Електричний двигун постійного струму індукторного типу

Електричний двигун постійного струму індукторного типу, що містить кільцевий корпус, в якому установлені два нерухомих статори з обмотками якоря та збудження, а також ротор з полюсними виступами, який відрізняється тим, що обидва нерухомих статори містять одну спільну обмотку якоря, секції якої комутуються комутаторомколектором, установленим нерухомо в торцевій частині двигуна, при цьому щітковий вузол комутатора-колектора жорстко з'єднаний з валом двигуна, крім того двигун забезпечений додатковими Пподібними полюсами, обмотки яких розташовані в торцевих зонах ротора та з'єднані послідовно з обмоткою якоря за допомогою двох контактних кілець та щіток Винахід відноситься до галузі електромашинобудівництва і може бути використаний в електроприводах загальнопромислових механізмів для підтримання стійкої регульованої частоти обертання у широкому діапазоні швидкостей Відомий однопакетний однойменнополюсний електричний двигун постійного струму індукторного типу, що містить на статорі шихтований пакет якоря з якірною обмоткою та кільцеву обмотку збудження Ротор складається з магнітом'якої втулки і пакета із сталі з полюсними виступами (зубцями) Відомим Є також однойменнополюсний електричний двигун постійного струму індукторного типу з двобічним збудженням, в якому дві обмотки збудження розташовані по обидва боки від якоря і пакета ротора з виступами (Д А Бут, Бесконтактные электрические машины - М Высшая школа, 1990, стр137 138) Спільним недоліком відомих індукторних електродвигунів є наявність додаткових технологічних проміжків між втулкою ротора і консольною розточкою корпусу, що призводить до збільшення розмірів обмоток збудження та, ВІДПОВІДНО, ДО збільшення електричних втрат і габаритів машини у цілому Найближчим до винаходу є двухпакетний однойменнополюсний індукторний електричний двигун, в якому активні зони з обмотками якоря і зуб частим ротором розташовуються по обидва боки від обмотки збудження Даний двигун обраний прототипом Прототип має наступні СПІЛЬНІ ознаки з винаходом - загальний нерухомий кільцевий корпус, який несе статори та розташовану між ними обмотку збудження, - ротори з виступами Недоліком прототипу слід вважати - наявність укладених на кожному зі статорів двох повнорозмірних обмоток якоря, внутрішні лобові частини яких різко збільшують загальну довжину індукторного двигуна, - при збільшенні потужності двигуна різко збільшується діаметр вала В основу винаходу поставлена задача створити електричний двигун постійного струму індукторного типу (ЕДПСІТ) в якому за рахунок додаткової установки комутатора-колектора та полюсів особливої конструкції забезпечити спрощення виготовлення двигуна та підвищення питомих значень, його потужності та моменту і, як наслідок, зменшити собівартість двигуна Поставлена задача вирішена в конструкції електричного двигуна постійного струму індукторного типу, що містить кільцевий корпус, в якому установлені два нерухомих статора з обмотками якоря і збудження, а також ротор з по (О ю 59619 люсними виступами тим, що обидва нерухомих статора містять одну спільну обмотку якоря, секції якої комутуються комутатором-колектором, установленим нерухомо в торцевій частині двигуна, при цьому щітковий вузол комутатора-колектора жорстко з'єднаний з валом двигуна, крім того, двигун забезпечений додатковими П-образними полюсами, обмотки яких розташовані в торцевих зонах ротора та з'єднані послідовно з обмоткою якоря за допомогою двох контактних кілець та щіток Новим у винаході, що заявляється, є наявність таких ознак - одна спільна для статорів обмотка якоря, - полюсні виступи (зубці) ротора одного статора зсунуті відносно виступів другого статора на 180°, - додатково установлений комутатор-колектор, - додаткові П-образні полюси, - особливість виготовлення та установлення додаткових П-образних полюсів та їх обмоток, - спосіб з'єднання обмоток додаткових Побразних полюсів з обмоткою якоря В ЕДПСІТ, що заявляється, на відміну від прототипу, обидва статора мають одну спільну обмотку якоря, тобто лобові частини обмоток якоря, які прилягають до обмотки збудження, відсутні, що призводить до зменшення загальної довжини активної частини двигуна і, звичайно, до зменшення витрат активних матеріалів ЕДПСІТ та його собівартості Так, для двигунів однакової потужності Р н =180Втта однакових значень полюсного поділу т =30мм з активною довжиною провідника 1б=30мм виліт лобових частин складає пп=15мм Ширина вікна обмотки збудження Ьов-15ммЗ урахування вищевикладеного загальна довжина згідно з прототипом Ц=2-1 б+21 п+Ьов=2-30+215+15=105мм Довжина запропонованого ЕДПСІТ І_'д=2-1 б+Ьов=2-30+15=75мм, тобто довжина двигуна зменшується на 28,6% Таким чином забезпечується зменшення його масо-габаритних показників Використання додаткових полюсів дозволяє збільшити значення ЛІНІЙНОГО струмового навантаження, а конструкція ротора з полюсами одного статора, зсунутими на 180° відносно полюсів іншого статора, дозволяє збільшити порівняно з класичною машиною постійного струму, як величину коефіцієнта полюсного перекриття а б , так і величину магнітної індукції у робочому повітряному проміжку Вб, що дозволяє підвищити питомі значення його потужності і моменту Таким чином, згідно з даними дослідного зразка ЕДПСІТ розробленого для приводу дверей трамваю та тролейбусу М „ я = - ^ = 7,12кг/н-м, Рі = 209,5Вт/н-і Л = 0,63 Для двигуна постійного струму чеського виробництва, типу FK3S (120Вт, 10.5А, 2000об/мин ) 'уД=8,73кг/н м, Р'уД=209,2Вт/н м, л =0 54 Електричний двигун постійного струму індукторного типу (ЕДПСІТ) зображений на кресленнях, де Фіг 1 - конструктивна схема двигуна, Фіг 2 - вигляд двигуна, переріз А-А, Фіг 3 - вигляд ротора двигуна з додатковими полюсами, аксонометрія (елементи ротора разнесені уздовж вала), Фіг 4 - вигляд ротора двигуна, переріз по А-А, Фіг 5 - схематичне зображення розгортки ротора на площині, Фіг 6 - поперечний переріз двигуна з ротором кільцевого типу Електричний двигун постійного струму індукторного типу (фіг 1, 2, 3) містить в собі нерухому частину 1, обертовий ротор 2 і комутатор-колектор 3 Нерухома частина 1 містить кільцевий корпус 4, на внутрішній поверхні якого розташовані два статора 5, 6-У пазах статорів 5, 6 укладені секції спільної обмотки якоря 7, а у проміжку між статорами 5, б - обмотка збудження 8 Нерухома частина 1 з торців закрита немагнітними підшипниковими щитами 9, 10, які установлені у підшипниках 11,12 в котрих обертається вал 13 ротора 2 3 валом 13 жорстко з'єднані полюсні виступи 14 статора 5 і полюсні виступи 15 статора 6, зсунуті попарно відносно один одного на 180° (для 2р=4) Довжина кожного з полюсних виступів 14,15 є рівною активній довжині провідника обмотки якоря 7 (1б), а ширина уздовж твірної - а & , Де ag - коефіцієнт полюсного перекриття, т - величина полюсного поділу Полюсні виступи 14,15 відокремлені від статорів 5, 6 повітряним проміжком 5 0 Магнітний потік Ф о , створений обмоткою збудження 8 замикається по шляху статор 5, полюсний виступ 14, вал 13, полюсний виступ 15, статор б, корпус 4, проходячи при цьому два робочих повітряних проміжки бо Число контурів замикання магнітних потоків Ф о дорівнює числу полюсних виступів одного статора 2р, тобто на кожній ДІЛЯНЦІ двигуна, що дорівнює 2т (фіг 2), замикається один контур магнітного потоку Ф о Живлення обмотки якоря 7 забезпечується комутатором-колектором 3, який за допомогою закріпної конструкції 16 і ПІДШИПНИКІВ 17, 18, установлений нерухомо та уявляє собою колектор звичайної обертальної машини постійного струму, з обох КІНЦІВ якого через ІЗОЛЯЦІЙНІ прокладки 20 додатково установлені контактні кільця 21, 22 До колекторних пластин ВІДПОВІДНО ДО схеми обмотки підключені виводи секцій обмотки якоря 7, з'єднані джгутом 23 Щіткотримачі 24 зі щітками 25 (щітковий вузол) конструктивно з'єднані з траверсою 26, жорстко з'єднаного з валом 13 Щітки 25 комутатора-колектора 3, одночасно контактуючи зі струмопідвідними кільцями 21,22 та ВІДПОВІДНИМИ колекторними пластинами 19, виконують функції як струмопідводу так і струморозподілу секцій обмотки якоря 7 В запропонованому електродвигуні постійного струму додаткові полюси (фіг 2, 3, 4, 5) розташовані на лінії геометричної нейтралі кожного зі статорів 5, б, примикаючи з обох боків до кожного з 59619 5, полюс 27, осердя ЗО При виготовленні запропонованого ЕДПСІТ великих потужностей (наприклад, тягових електродвигунів електротранспорту) ділянка вала 13, який виконує роль і магнітопроводу ротора 2, трансформується у кільцевий магнітопровід 38 з полюсними виступами 14, 15, з'єднаний з валом 13 торцевими немагнітними кільцями 39 Число полюсних виступів може бути збільшено (фіг 6, додаткові полюси не показані) Додаткові полюси і в цьому випадку установлюються таким же чином, як і для чотириполюсного двигуна (фіг 5) Запропонований ЕДПСІТ працює таким чином При подачі напруги на обмотку збудження 8 та обмотку якоря 7 (фиг 1, 2), взаємодією магнітного потоку Ф о і струмів провідників обмотки якоря 7, що знаходяться в цей момент у зоні полюсних виступів 14, 15 статорів 5, 6, утворюється електромагнітний момент М е н під впливом якого (при прийнятих на фіг 2 напрямах струму і потоку) ротор 2 починає обертатися проти годинникової стрілки Комутатор-колектор 3 перемикає струми у секціях обмотки якоря 7 таким чином, щоб при обертанні в один бік струми провідників, які знаходяться в даний момент проти полюсних виступів Магнітний потік додаткових полюсів Ф д , ство14,15, зберігали незмінний напрям Регулювання рений обмоткою 31 (для одного полюсного виступу швидкості та реверс ЕДПСІТ відбувається 14 ротора 2) замикається по шляху (фіг 2, 3, 5) відомими для класичних машин способами осердя ЗО, полюс 26, зубцева зона і ярмо статора полюсніх виступів 14, 15 Додатковий полюс Побразного виду складається з полюсів 26, 27, установлених через немагнітні прокладки 28, 29 та осердя ЗО, що несе обмотку додаткового полюса 31 Осердя ЗО у КІЛЬКОСТІ 2р (2р - число полюсних виступів 14,15 ротора установлені через немагнітне кільце 32 на вал 13 в торцевих частинах ротора 2 (фіг 3,4) На фіг 3 подана конструктивна схема установлення додаткових полюсів для статора 5 та схема установлення осердь з обмотками для статора б На вал 13 жорстко установлено немагнітне кільце 32 (фіг 4), з яким з'єднуються Побразні полюси 26, 27, які у свою чергу, з'єднані феромагнітним осердям ЗО, на якому розміщена обмотка додаткового полюса 31 Полярність полюсів і, ВІДПОВІДНО, полярність включення обмоток додаткових полюсів (фіг 2, 5) обирається з необхідної умови зустрічного напрямку потоку додаткових полюсів Ф д , та потоку реакції якоря Ф а (фіг 5) Виходячи з нього, всі обмотки додаткових полюсів 31 з'єднані послідовно, а виводи їх включені послідовно з обмоткою якоря 7 за допомогою двох обертальних кілець 33, 34, установлених на ІЗОЛЯЦІЙНИХ прокладках 35, об'єднаних з валом 13 та нерухомих щіток 36, 37 (фіг 3) 59619 59619 10 11 Комп'ютерна верстка Н Лисенко 59619 12 Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна Комп'ютерна верстка Н Лисенко Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна