РОТОР МАЛОГАБАРИТНОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H02K13/00 H02K23/00 H02K15/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкции и изготовлению полого двигателя постоянного тока. Такие двигатели используются, когда требуется незначительная инерция ротора, связанная с малым временем пуска, и повышенная надежность двигателя.

Известен малогабаритный двигатель с полым ротором, стенки которого образуются обмоткой, запрессованной в пластмассу, обмотка имеет цилиндрическую форму. Концы секции обмотки выводятся к коллектору, который укреплен на валу.

Недостатком данного двигателя является высокая трудоемкость изготовления, низкая надежность и трудность автоматизации изготовления двигателя такой конструкции.

Известен малогабаритный двигатель, ротор которого содержит вал с закрепленным на нем фланцем для крепления обмотки, коллектор, состоящий из металлического контакта сложной формы и залитый реактопластом, варистор, закрепленный на выводах коллектора и расположенный в отверстии, сформованном в лобовых частях катушки, собственно катушку и кольцо, создающее магнитное натяжение для прижима сферической поверхности вала к подпятнику.

Недостатком данного устройства является высокая сложность конструкции, обусловленная наличием деталей сложной формы (коллектор и фланец), изготавливаемых методом резанья металлов, сравнительно большой диаметр рабочей части коллектора, что снижает надежность двигателя. Кроме того, такой двигатель имеет значительные активные потери в лобовой части катушки, обусловленные наличием отверстия для установки варистора. Такая конструкция двигателя очень трудно поддается автоматизации изготовления.

Известен способ изготовления ротора малогабаритного двигателя путем намотки катушечных групп на цилиндрическую оправку, имеющую коническую поверхность на одном из торцов, с последующей их формовкой. Перед намоткой на оправку устанавливают шаблоны, причем число шаблонов соответствует числу наматываемых катушечных групп, а внутренняя поверхность каждой части имеет выемку, соответствующую профилю секции, затем производят намотку всех катушечных групп, затем отводят шаблоны и фиксируют обмотку при помощи полого стакана.

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и сложность изготовления.

Задача изобретения состоит в создании простой конструкции ротора и упрощении технологии его изготовления. Следствием решения этой задачи является повышение надежности двигателя.

Задача решается в устройстве тем, что в роторе малогабаритного двигателя, содержащем вал с закрепленным на нем коллектором, катушку, варистор и кольцо, создающее магнитное натяжение для прижима сферической поверхности вала к подпятнику, катушка намотана на коллектор, представляющий собой ламели, скрепленные между собой при помощи термопластичной массы и имеющие паз для установки варистора, лобовые части катушки расположены поверх варистора, а вал выполнен двухступенчатым.

Упрощение конструкции достигается за счет того, что коллектор конструктивно представляет собой диск из термопластичной массы, в которой закреплены ламели, изготовленные, например, из проволоки круглого сечения. Этот диск выполняет одновременно функцию коллектора и фланца для крепления катушки.

Повышение надежности двигателя осуществляется за счет уменьшения диаметра рабочей части коллектора с одновременным введением опорной поверхности для осевых нагрузок вала. Для этого вал двигателя выполнен ступенчатым. В зоне коллектора уменьшен диаметр вала, так как в этой части к валу прикладывается лишь осевая нагрузка, а радиальная практически отсутствует, что и позволяет уменьшить диаметр вала в зоне коллектора по отношению к диаметру всего вала. Уменьшение диаметра ограничено технологическими возможностями и заданной осевой нагрузкой на ось двигателя.

Задача в способе решается тем, что в способе изготовления полого ротора путем намотки катушечных групп на цилиндрическую оправку с последующей их формовкой перед намоткой на оправку устанавливают коллектор, в пазы которого размещают варистор, электрически связанный с ламелями коллектора, затем наматывают секции катушки на оправку с размещением лобовых частей катушки поверх коллекторного узла при помощи легкосъемных шаблонов проводом с термопластичным клеевым слоем, причем в процессе намотки выводы катушки сразу наматывают на выступающие ламели коллектора, после чего производят обдув намотки горячим воздухом в течение короткого времени (не более 20 с) для предварительной фиксации витков обмотки на оправке, снимают ротор с оправки и переставляют на другую, нагретую до 100-150^оС, и плавно насаживают на катушку полый цилиндр, также нагретый до этой температуры, затем всю конструкцию нагревают до температуры не ниже 150^оС и выдерживают ротор при этой температуре не менее 5 мин в зависимости от сложности ротора, затем охлаждают до 20-60^оС, после чего извлекают ротор и производят пайку выводов катушки к ламелям коллектора.

В прототипе после изготовления катушки необходимо произвести сборку коллектора и катушки, затем закрепить выводы катушки на ламелях коллектора и произвести запайку выводов.

В предлагаемом способе упрощение технологического процесса изготовления ротора малогабаритного двигателя достигается за счет того, что катушка наматывается непосредственно на коллектор и снимается с оправки не катушка, а готовый ротор.

На фиг.1 изображен ротор малогабаритного двигателя; на фиг.2 коллектор.

Ротор малогабаритного двигателя содержит коллектор 1, состоящий из ступенчатого вала 2, ламелей 3, закрепленных на валу при помощи термопластичной массы 4, в которой выполнено посадочное место под варистор 5, катушку 6 и металлическое кольцо 7.

Устройство работает следующим образом.

Ротор находится в воздушном зазоре электродвигателя между цилиндрическим магнитом и корпусом электродвигателя. Таким образом, ротор находится в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом. Ток в катушку 6 подается через ламели 3 коллектора. Магнитное поле, возникающее в результате прохождения тока через катушку, взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита. В результате этого взаимодействия возникают электромагнитные силы, заставляющие ротор перемещаться вокруг своей оси, т.е. ротор проводится во вращение.

Для изготовления ротора малогабаритного двигателя предлагаемым способом необходимо установить на оправку коллектор, изготовленный предварительно методом запрессовки в термопластичную массу ламелей и вала ротора, затем установить в паз коллектора варистор и подвести шаблоны. После этого производится посекционная намотка катушки на коллектор, причем после намотки каждой секции катушки производится закрепление вывода катушки на соответствующую выступающую ламель. Намотка производится проводом с термопластичным клеевым слоем. После окончания намотки нагревают витки катушки с помощью струи горячего воздуха, подаваемого через гибкий воздухопровод, на конце которого установлен нагреватель. Обдув проводится в течение короткого промежутка времени, которого достаточно для того, чтобы термопластичная изоляция провода размягчилась и произошло слипание витков между собой, т.е. обеспечена предварительная фиксация витков катушки. Окончательное спекание и формовку катушки производят на другой оправке, предварительно нагретой, например, в нагревательном шкафу. На эту оправку, имеющую отверстия для вала ротора, устанавливают ротор, насаживают на него цилиндр, также нагретый в шкафу. Предварительный нагрев оправки и цилиндра обеспечивает уменьшение усилия сборки этой конструкции и предотвращает повреждение витков, так как при повышенной температуре более 100^оС обеспечивается пластичность витков обмотки без нарушения ее целостности. Полученную конструкцию нагревают до 175 ± 20^оС, например, в нагревательном шкафу, и выдерживают при этой температуре в течение времени, необходимого для окончательной формовки катушки. Затем производят охлаждение конструкции на воздухе при комнатной температуре до 20-60^оС. Затем конструкцию разбирают и вынимают готовый ротор, производят припайку выводов катушки к ламелям коллектора.

При необходимости для увеличения жесткости конструкции ротора лобовые части катушки пропитывают клеем с малой вязкостью, т.е. лобовые части катушки приклеиваются к коллектору.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении электрических машин в машиностроении. Сущность изобретения: ротор малогабаритного двигателя, содержащий вал, с закрепленным на нем коллектором, катушку, варистор и кольцо, создающее магнитное натяжение для прижима сферической поверхности вала к подпятнику, характеризуется тем, что катушка намотана на коллектор, представляющий собой ламели с выступающими над поверхностью коллектора частями скрепленных между собой при помощи термопластичной массы. Коллектор имеет паз для установки варистора. Лобовые части упомянутой катушки размещены поверх выступающих частей коллектора, а вал выполнен двухступенчатым. Способ изготовления ротора малогабаритного двигателя характеризуется тем, что его осуществляют путем намотки катушечных групп на цилиндрическую оправку с последующей их формовкой. Перед намоткой на оправку устанавливают коллектор, в паз которого устанавливают варистор, электрически связанный с ламелями коллектора, затем наматывают секции катушки на оправку с размещением лобовых частей катушки поверх выступающих частей коллектора при помощи легкосъемного шаблона проводом с термопластичным клеевым слоем. В процессе намотки выводы катушки сразу наматывают на выступающие ламели коллектора, после чего производят обдув обмотки горячим воздухом в течение короткого времени не более 20 с для предварительной фиксации витков обмотки на оправке. Снимают ротор с оправки и переставляют на другую, нагретую до температуры в пределах 100 - 150°С и плавно насаживают на катушку полый цилиндр, а также нагретый до этой температуры. Затем всю конструкцию нагревают до температуры не ниже 150°С и выдерживают ротор при этой температуре не менее 15 мин в зависимости от сложности ротора, затем охлаждают до 20 - 60°С, после чего извлекают ротор и производят пайку выводов катушки к ламели коллектора. Изобретение направлено на упрощение конструкции коллектора и в целом ротора двигателя, а также на упрощение технологии его изготовления и снижение трудоемкости. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ротор малогабаритного двигателя, содержащий вал с закрепленным на нем коллектором с токопроводящими элементами, катушечную обмотку, варистор, электрически связанный с токопроводящими элементами коллектора, и кольцевой элемент для обеспечения магнитного натяжения и прижима сферической поверхности вала к подпятнику подшипника двигателя, отличающийся тем, что вал выполнен двухступенчатым, токопроводящие элементы коллектора выполнены в виде ламелей с выступающими над поверхностью коллектора частями, скрепленных между собой термопластичной массой, коллектор выполнен с пазом, в котором размещен варистор, секции обмотки и ее лобовые части размещены поверх выступающих частей коллектора. 2. Способ изготовления ротора малогабаритного двигателя, согласно которому наматывают на цилиндрическую оправку секции катушечной обмотки ротора при помощи шаблона и осуществляют их последующую формовку, отличающийся тем, что перед намоткой катушечных групп на цилиндрическую оправку устанавливают коллектор, размещают в его пазу варистор, затем наматывают на коллектор проводом с термопластичным клеевым слоем секции катушечной обмотки с размещением ее лобовых частей поверх коллектора и при этом закрепляют выводы секций катушечной обмотки на выступающих частях ламелей, затем обдувают обмотку горячим воздухом в течение не более 20 с для предварительной фиксации витков обмотки, снимают ротор с цилиндрической оправки и переносят его на другую оправку, нагретую предварительно до 100 150^oС, плавно насаживают на катушечную обмотку полный технологический цилиндр, также предварительно нагретый до указанной температуры, затем всю конструкцию нагревают до температуры не ниже 150^oС и выдерживают при ней в течение не менее 15 мин, затем охлаждают до 20 60^oС, извлекают ротор и производят пайку выводов катушечной обмотки к ламелям коллектора.