ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H02K23/00 H02K15/02 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, в частности, при изготовлении прецизионных высокоскоростных электрических машин.

Известны электрические машины, содержащие установленный на валу ротор, размещенные в корпусе статор с коммутационным узлом, связанный с корпусом центрирующий элемент, а также подшипники под вал ротора, установленные в корпусе.

Способ изготовления выше приведенных электрических машин включает в себя установку ротора внутри статора с одновременной ориентацией коммутационного узла относительно статора, и последующую фиксацию взаимного положения ротора и статора [1] [2]
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является электрическая машина, содержащая корпус с центрирующим элементом, установленный на валу ротор, размещенный в корпусе статор, коммутационный узел, и пару подшипников, которые установлены на концах вала с возможностью разворота в корпусе.

Способ изготовления приведенной электрической машины включает в себя установку статора и подшипников в корпусе с центрирующим элементом, размещение ротора на валу и установку его в подшипниках внутри статора, установку коммутационного узла с одновременной ориентацией его положения относительно статора и последующую фиксацию взаимного положения составных элементов электрической машины [3]
Существенным недостатком всех выше перечисленных технических решений является пониженные эксплуатационные характеристики, обусловленные отсутствием возможности получения высокой степени соосности вала ротора с осью посадочного места электрической машины (т.к. при фиксации взаимного положения ротора и статора за счет наличия допусков на составные элементы конструкции (допуски на форму и расположение поверхностей, допуски на линейные размеры) будет происходить обязательное смещение одного подшипника относительно другого, как в радиальном направлении, так и по углу, что приводит к дополнительному перекосу вала ротора относительно посадочного места (центрирующего элемента) электрической машины. Следствием выше указанного является то, что при установке электрической машины в посадочное отверстие базовой детали, с последующим креплением, вал ротора также расположится с дополнительной угловой погрешностью к оси посадочного места, а следовательно и к оси сопрягаемого с ним элемента, что ограничивает возможности применения электрической машины в качестве прецизионного, высокоскоростного элемента.

Для уменьшения выше указанного отрицательного эффекта в известных машинах необходимо изготовление составных элементов конструкции по очень высоким степеням точности, что сказывается на понижении технологичности изготовления изделия, а следовательно, и повышении стоимости.

Предлагаемая электрическая машина, содержащая корпус с центрирующим элементом, установленный на валу ротор, коммутационный узел, и пару подшипников, которые установлены на концах вала с возможностью разворота в корпусе, характеризуется тем, что центрирующий элемент корпуса выполнен с опорным буртиком и сферической внешней поверхностью, при этом опорный буртик ортогонален оси вала, а геометрический центр сферической поверхности центрирующего элемента расположен вблизи центра разворота близлежащего подшипника.

Предлагаемый способ изготовления электрической машины, согласно которому статор и подшипники размещают в корпусе с центрирующим элементом, ротор размещают на валу и устанавливают его в подшипниках внутри статора, устанавливают коммутационный узел с одновременной ориентацией его положения относительно статора и фиксируют их взаимное положение, характеризуется тем, что
центрирующий элемент корпуса изготавливают с опорным буртиком, имеющим припуск по толщине, а после фиксации взаимного положения ротора и статора придают вращение корпусу электрической машины относительно оси вала и осуществляют при этом снятие припуска толщины буртика центрирующего элемента корпуса до момента обеспечения ортогональности его обрабатываемой поверхности к оси вала электрической машины.

Данная совокупность признаков позволяет получить новый технический результат, заключающийся в том, что, за счет выполнения центрирующего элемента сферической формы с центром сферы, расположенной в области центра вращения близлежащего подшипника, а также за счет обеспечения ортогональности опорной поверхности буртика к оси вала роторной части электрической машины повышается технологичность изготовления (т.к. составные элементы изделия можно изготавливать по более низким классам точности), а также улучшаются эксплуатационные характеристики электрической машины за счет обеспечения более высокой степени соосности вала роторной части с осью посадочного отверстия базовой детали (а, следовательно, и с осью сопрягаемого с электрической машиной элемента).

На фиг. 1 представлена предлагаемая электрическая машина (на примере коллекторного электродвигателя); на фиг.2 сечение по Б-Б на фиг.1; на фиг.3 технологическая операция по получению опорной поверхности ортогональной оси вала ротора электрической машины; на фиг.4 крепление готового изделия в базовой детали.

Предлагаемая электрическая машина содержит корпус 1, установленный на валу 2 ротор 3 с обмотками 4, коллектор 5 с коммутационным узлом в виде щеток 6, подпружиненных к коллектору токопроводящими упругими элементами 7, электрически связанными с выводами 8, магнитную систему в виде пары магнитов 9 и 10, закрепленных в корпусе 1, пару подшипников 11 и 12, установленных на концах вала 2, боковая поверхность которых выполнена сферической формы и контактирует с расточками корпуса, выполненными также сферическими. Со стороны выходного конца вала на корпусе предусмотрен центрирующий элемент 13 с опорным буртиком 14, причем боковая поверхность элемента 13 выполнена сферической формы и ее геометрический центр О₂ расположен вблизи центра О₁ вращения подшипника 11, а опорная поверхность буртика 14 строго ортогональна к оси вала 2.

Способ изготовления электрической машины включает в себя установку в корпусе 1 магнитов 9 и 10 и подшипников 11 и 12 с последующим размещением вала 2 ротора в подшипниках 11 и 12 с ориентацией коммутационного узла относительно магнитов 9 и 10 и фиксацией взаимного положения составных элементов конструкции (ориентация коммутационного узла осуществляется посредством пазов 15 диэлектрической части корпуса (задней стенки), в которые отгибаются лепестки 16 корпуса 1). Для обеспечения собираемости изделия в корпусе 1 предусмотрены дугообразные пазы 17, через которые посредством технологического приспособления осуществляется отгибание упругих элементов 7, чем обеспечивается свободный проход коллектора 5 между щетками 6. На корпусе 1 предусматривают центрирующий элемент 13 с буртиком 14, изготавливаемым по толщине с припуском S, обеспечивающим при его снятии ортогональность своей опорной поверхности к оси вала 2 роторной части (фиг.3).

После фиксации взаимного положения составных элементов конструкции электрическую машину устанавливают в центрах 18 и 19 и с помощью поводка 20 придают вращение корпусу 1 относительно оси вала 2 (в токарном или круглошлифовальном станке), осуществляя подачу в направлении t (фиг.3), проводят снятие припуска S с буртика 14, чем достигают получение высокой степени ортогональности опорной поверхности последнего к оси вала 2 ротора электрической машины.

При установке изделия в базовой детали 22 располагают элемент 13 своей центрирующей поверхностью (сферической формы) в посадочном отверстии 21 базовой детали 22. При поджатии электрической машины к опорной поверхности базовой детали происходит ее самоцентрирование за счет свободного разворота центрирующего элемента до плотного соприкосновения опорных поверхностей буртика 14 и детали 22, чем обеспечивается соосность выходного конца вала 2 с осью посадочного отверстия 21 с высокой степенью точности.

Работа предлагаемой электрической машины (на примере коллекторного электродвигателя) осуществляется следующим образом.

При подключении щеток двигателя к источнику постоянного тока в обмотках ротора, находящихся под постоянными магнитами, протекает ток. Ток, взаимодействуя с магнитным полем магнитов, создает вращающий момент, который стремится вывести катушки с током из магнитного поля, вращая ротор. При повороте ротора одновременно в коллекторном узле происходит коммутация другой группы катушек ротора, которые аналогично вступают во взаимодействие с полем магнитов, создавая тем самым непрерывное вращение ротора двигателя.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, при изготовлении прецизионных высокоскоростных электрических машин. Сущность изобретения состоит в том, что в электрической машине, содержащей корпус с центрирующим элементом, статор, ротор, коммутационный узел и пару подшипников по концам вала ротора, центрирующий элемент выполнен с опорным буртиком и со сферической поверхностью. Опорный буртик ортогонален оси вала ротора, а геометрический центр сферической поверхности центрирующего элемента расположен вблизи центра разворота близлежащего подшипника. Особенность способа изготовления данной электрической машины характеризуется тем, что упомянутый опорный буртик выполняют с припуском по толщине, а после фиксации взаимного положения ротора и статора корпусу электрической машины придают вращение относительно оси вала и снимают припуск толщины буртика до момента обеспечения ортогональности с его обрабатываемой поверхности к оси вала электрической машины. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

1. Электрическая машина, содержащая корпус с центрирующим элементом, установленный на валу ротор, размещенный в корпусе статор, коммутационный узел и пару подшипников, которые установлены на концах вала с возможностью разворота в корпусе, отличающаяся тем, что центрирующий элемент корпуса выполнен с опорным буртиком и со сферической внешней поверхностью, при этом опорный буртик ортогонален оси вала, а геометрический центр сферической поверхности центрирующего элемента расположен вблизи центра разворота одного из подшипников. 2. Способ изготовления электрической машины, согласно которому статор и подшипники размещают в корпусе с центрирующим элементом, ротор размещают на валу и устанавливают его в подшипниках внутри статора, устанавливают коммутационный узел с одновременной ориентацией его положения относительно статора и фиксируют их взаимное положение, отличающийся тем, что центрирующий элемент корпуса изготавливают с опорным буртиком, имеющим припуск по толщине, а после фиксации взаимного положения ротора и статора придают вращение корпусу электрической машины относительно оси вала и осуществляют при этом снятие припуска толщины буртика центрирующего элемента корпуса до момента обеспечения ортогональности его обрабатываемой поверхности к оси вала электрической машины.