Електричний двигун постійного струму

Електричний двигун постійного струму, що має нерухомий статор, який містить обмотки якоря і збудження та ротор з феромагнітними полюсами, який відрізняється тим, що двигун додатково забезпечено комутатором - колектором, щітковий вузол якого установлений з можливістю обертання, крім того, двигун має додаткові полюси, кожен з яких складається з двох орієнтованих назустріч виступів кігтеподібного виду, які установлені на феромагнітному циліндрі, що несе спільну обмотку додаткових полюсів, виводи якої увімкнені послідовно з обмоткою якоря за допомогою двох контактних кілець, що обертаються, і нерухомих щіток. (19) (21) 2000063618 (22) 21.06.2000 (24) 15.05.2001 (33) UA (46) 15.05.2001, Бюл. № 4, 2001 р. (72) Гололобов Володимир Васильович, Римша Віктор Іванович, Римша Віталій Вікторович, Івлєв Анатолій Дмитрович, Івлєв Дмитро Анатолійович (73) товариство з обмеженою відповідальністю науово-виробниче підприємство "Одесмонтажспецпроект", Гололобов Володимир Васильович, Римша Віктор Іванович, Римша Віталій Вікторович, Івлєв Анатолій Дмитрович, Івлєв Дмитро Анатолійович 38319 У електричному двигуні постійного струму за винаходом комутація обмотки якоря забезпечується не напівпровідниковим комутатором за сигналами датчика положення ротора (як у прототипу), а щітковим вузлом, який обертається синхронно з ротором відносно нерухомо установленого комутатора - колектора. Відсутність напівпровідникового комутатора, який є складним як у виготовленні, так і в обслуговуванні, а також має масу, яка сумірна масі електродвигуна, дозволяє спростити технологію виготовлення двигуна постійного струму і зменшити значення питомих мас m m· = , p де m - маса двигуна, кг; р - потужність двигуна, кВт. Для вентильного двигуна постійного струму повна маса m S=m EM+m HK, де m EM - маса електричної машини, m HK - маса напівпровідникового комутатора і схеми керування. Для двигуна за винаходом m S=m EM+m K, де m EM – маса електричної машини, m k - маса щітково-комутатор-колекторного вузла. Застосування додаткових полюсів дозволяє збільшити лінійне навантаження двигуна постійного струму і зменшити його розміри і вартість, забезпечуючи підвищення його питомих значень моменту і потужності: m P m M = EM ; m p = , Sa Sа де Sa - площа активної поверхні якоря. Таким чином, в двигуні постійного струму за винаходом основний магнітний потік Фо є зовніньозамкнутим, а потік додаткових полюсів Фд внутрішньозамкнутим. Електричний двигун постійного струму, зображений на креслені: фіг. 1 - конструктивна схема двигуна; фіг. 2 - двигун, переріз А - А; фіг. 3 - елементи двигуна, які обертаються; фіг. 4 - конструктивна схема комутатора - колектора; фіг. 5 - конструктивна схема частини, яка обертається, з додатковими полюсами; фіг. 6 - переріз А - А дви гуна з додатковими полюсами. Електричний двигун постійного струму включає статор 1, рухомий ротор 2 і комутатор - колектор 3. На статорі 1 розміщені дві обмотки збудження 4 і 5, а також обмотка якоря 6, секції якої розташовані в пазах ши хтованого стального осердя якоря 7. Ярмо 8 виконано з магнітом'якої сталі. Два феромагнітних кільця 9 і 10 відокремлені від ротора 2 технологічними зазорами dт1 і dт2. Торцеві щити 11 і 12 з'єднані з ярмом 8 болтами 13. Ротор 2 має вал 14, який обертається в підшипниках 15, що установлені в торцевих щитках 11 і 12. З валом 14 жорстко з'єднані два феромагнітних кільця 16 і 17, які несуть кігтеподібні полюси 18 і 19, що установлені зі зсувом один відносно другого на 180° Число таких полюсів визначає число 2Р, яке відповідає числу реальних полюсів класичної машини постійного струму. Полюси 18 і 19 відокремлені від осердя якоря 7 робочим повітряним зазором dp, який є розрахунковою величиною. Для усунення можливості шунтування магнітного потоку вал 14 має вставку 20 з немагнітного матеріалу. Магнітний потік Фо1 створений обмоткою збудження 5, можна розглядати як суму потоків Ф'01 і Ф''о1, кожен з яких створюється МРС провідників обмотки, які знаходяться в даний момент у зоні полюса 18 і у зоні, віддаленій від полюса 18 на 180°. Потік Ф'о1 замикається по шляху: полюс 18 повітряний зазор dр - осердя якоря 7 - ярмо 8 торцевий щит 12 - кільце 17 - полюс 18. Потік Ф"о1 замикається по шляху: полюс 18 - повітряний зазор dр - осердя якоря 7 - ярмо 8 (в площині, перпендикулярній валу 14) - торцевий щит 12 - кільце 10 - технологічний зазор dт2 - кільце 17 - полюс 19. Подібним чином утворюється і потік Фо2, який проходить через полюс 19. Живлення обмотки якоря 6 здійснюється за допомогою комутатора - колектора 3, який можна виготовити зі звичайного циліндричного колектора машин постійного струму, що обертаються, шляхом наступних доробок. По обидва боки колектора виконуються два пази, у які ізольовано від мідних пластин за допомогою ізоляційних (текстолітових) прокладок 21 і 22 установлюються контактні кільця 23 і 24, до яких підводиться напруга мережі. Ця частина комутатора закріплюється нерухомо закріпляючою конструкцією 25 до торцевого щита 12 (фіг. 1). Секції обмотки якоря 6 (фіг. 1), відповідно до схеми якірної обмотки, підключаються до колекторних пластин 26 за допомогою джгута 27. На вал двигуна колектор насаджується за допомогою підшипників 28, 29. Щіткотримачі 30 і 31 з ізоляційного матеріалу з щітками 32, 33 конструктивно поєднуються траверсою 34, що жорстко, без прослизання, зчленовується з торцем вала гвинтом 35. Такий комутатор легко виконується захищеним, закритим чи зануреним в олію, що дозволяє ізолювати його від шкідливих впливів зовнішнього середовища. Щітки 32 і 33 комутатора - колектора 3, одночасно контактуючи зі стр умопровідними кільцями 23, 24 і відповідними колекторними пластинами 26, здійснюють функції як струмопроводу, так і струморозподілення секцій якірної обмотки 6. У запропонованому двигуні постійного струму додаткові полюси (фіг. 5, 6) розташовані на лінії геометричної нейтралі в проміжку між кігтеподібними виступами основних полюсів 18 і 19 (фіг. 1). Додатковий полюс складається з двох зустрічне орієнтованих кігтеподібних виступів 36, 37, укріплених на загальному феромагнітному порожньому циліндрі 38, що жорстко з'єднаний з немагнітною вставкою 20 загального вала 14 (фіг. 1). На феромагнітному циліндрі 38 розміщена обмотка 39 додаткового полюса, число витків якої визначається виходячи з величини МРС реакції якоря. Обмотка 39 з'єднується послідовно з електричним колом якоря за допомогою додатково встановлюваних контактних кілець 40, закріплених на валі 14 через ізоляційні прокладки 41, контактних затисків 42 і нерухомих щіток 43. Магнітний потік Ф¶, створений МРС обмотки 39 додаткових полюсів, замикається по шляху (фіг. 6): полюс 36 (N¶) - осердя якоря 7 - полюс 37 (S¶) феромагнітний циліндр 38, тобто потік Ф¶ спрямований зустрічно потоку реакції якоря Фа, чим за 2 38319 безпечується поліпшення умов комутації секцій у зоні геометричної нейтралі. Число додаткових полюсів визначається числом пар основних полюсів 18, 19 при незмінному значенні числа витків обмотки 39. При необхідності, наприклад, у випадку використання запропонованого двигуна постійного струму як тягового двигуна, у сталі основних полюсів 18, 19 може бути покладена компенсаційна обмотка, що включається в якірне коло двигуна послідовно з обмоткою додаткових полюсів за допомогою тих самих контактних кілець 40. Запропонований електричний двигун постійного струму працює наступним чином. При подачі напруги на обмотки збудження 4, 5 і обмотку якоря 6 (фіг. 1, 2) взаємодією основного магнітного пото ку Фо і стр умів провідників обмотки якоря 6, що знаходяться в зоні полюсів 18, 19, створюється електромагнітна сила FEM, що діє (при прийнятих на фіг. 2 напрямках струмів і потоків) за годинниковою стрілкою на статор 1 і, відповідно, проти годинникової стрілки на полюси 18, 19. Під дією пари сил, що визначають величину і напрямок електромагнітного моменту MEM, ротор 2 приводиться в обертання. Комутатор - колектор 3 переключає струми в секціях обмотки якоря 6 таким чином, щоб при обертанні в одну сторону струми провідників, що знаходяться в даний момент проти полюсів 18, 19, зберігали незмінний напрямок. Регулювання швидкості і реверс здійснюються відомими для класичних машин постійного струму способами. Фіг. 1 Фіг. 2 3 38319 Фіг. 3 Фіг. 4 4 38319 Фіг. 5 5 38319 Фіг. 6 ___________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6