КОЛЛЕКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ФЕРРИТОВЫМИ МАГНИТАМИ Российский патент 1997 года по МПК H02K23/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электродвигателям приводов вспомогательного оборудования подвижных объектов, преимущественно автомобилей и тракторов, и может быть использовано при проектировании и производстве указанных электродвигателей.

Известны двигатели постоянного тока, преимущественно большой мощности, с электромагнитным возбуждением, содержащие якорь с обмоткой и коллектором, цилиндрический магнитопроводящий корпус, на внутренней поверхности которого установлены основные полюса с обмоткой возбуждения и дополнительные полюса с компенсационной обмоткой, включенной последовательно обмотке якоря. Дополнительные полюса имеют меньшую, по сравнению с основными полюсами, ширину и располагаются в зонах коммутации с целью компенсации магнитной индукции, наводимой током якоря в нейтральной зоне, для улучшения процесса коммутации, благодаря чему снижаются искрение и дугообразование на коллекторе электродвигателя. (Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М. Энергия, 1980, с. 704).

Недостатком такой конструкции является сложность и дороговизна исполнения, а, следовательно, невозможность ее реализации в массовом производстве.

Известно также устройство электродвигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, содержащее якорь с обмоткой и коллектором и цилиндрический магнитопроводящий корпус, одновременно являющийся ярмом, с установленными на его внутренней поверхности полюсами, представляющими собой ферритобариевые или ферритостронциевые постоянные магниты, выполненные в виде сегментов (Гаршина А.В. Кондратьев В.Н. и др. Особенности конструкции, параметры автотракторных электродвигателей и перспективы их развития: Заказное издание. М. НИИНАвтопром, 1976, с. 22-50; Кенио Т. Нагамори С. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами./ Пер. с англ. М. Энергоатомиздат, 1989, с. 22-26).

Недостатком такой конструкции является то, что в режимах, отличных от холостого хода, происходит смещение физической магнитной нейтрали относительно геометрической нейтрали, на которой устанавливаются щетки, в направлении, противоположном вращению якоря электродвигателя, что значительно ухудшает условия коммутации в щелочно-коллекторном узле, так как при этом в коммутируемых секциях обмотки якоря наводится ЭДС, замедляющая коммутацию. Причем величина магнитной индукции в зоне коммутации увеличивается с ростом нагрузки электродвигателя.

Цель изобретения создание электродвигателя постоянного тока с возбуждением от ферритовых магнитов, имеющего повышенный ресурс работы щелочно-коллекторного узла за счет улучшения процесса коммутации в номинальном режиме работы.

Сущность изобретения состоит в том, что в электродвигателе с возбуждением от ферритовых магнитов, содержащем якорь с обмоткой и коллектором и цилиндрический магнитопроводящий корпус, сбегающие края сегментовидных полюсов продлены в зону коммутации и пересекают геометрическую нейтраль машины, при этом продленные участки полюсов имеют меньшую длину магнита, чем основные сегментовидные участки, расположенные в рабочей полюсной зоне электродвигателя, причем форма внешней поверхности продленных в зону коммутации участков полюсов образована продолжением дуги окружности, образующей внешнюю поверхность основных сегментовидных участков. К тому же оптимальной формой внутренней поверхности продленных в зону коммутации участков сбегающих краев полюсов является форма, образованная кривой или ломаной линией таким образом, что минимальная длина магнита продленных участков имеет место на границе зоны коммутации со сбегающим краем основного сегментовидного участка полюса, а максимальная длина магнита продленных участков на оси геометрической нейтрали электродвигателя.

Отличие данного технического решения от известного состоит в том, что в электродвигателе с возбуждением от ферритовых сегментовидных магнитов сбегающие края полюсов не заканчиваются на границе между полюсной зоной и зоной коммутации, а продлены в зону коммутации и пересекают геометрическую нейтраль машины. При этом продленные в зону коммутации участки полюсов имеют меньшую длину магнита, по сравнению с длиной магнита основных сегментовидных участков, расположенных в рабочей полюсной зоне электродвигателя, а форма внешней поверхности продленных в зону коммутации участков полюсов образована продолжением дуги окружности, образующей внешнюю поверхность основных сегментовидных участков полюсов.

Цель изобретения повышение надежности электродвигателя и увеличение ресурса работы щеточно-коллекторного узла за счет улучшения процесса коммутации в номинальном режиме, посредством компенсации магнитной индукции, наводимой током якоря в нейтральной зоне, магнитным полем продленных в зону коммутации участков сбегающих краев полюсов.

На фиг. 1 изображена магнитная система двухполюсного электродвигателя с постоянными магнитами, имеющего продленные в зону коммутации участки сбегающих краев полюсов, внутренняя поверхность которых образована ломаной линией; на фиг.2 диаграммы распределения магнитной индукции в воздушном зазоре двухполюсного электродвигателя вдоль поверхности якоря в направлении его вращения (а для принятой за прототип конструкции электродвигателя с сегментовидными ферритовыми магнитами; б для предлагаемого электродвигателя).

Предлагаемый двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов содержит якорь 1 с обмоткой возбуждения и коллектором, цилиндрический магнитопроводящий корпус 2, внутри которого установлены ферритовые сегментовидные магнитные полюса 3, имеющие продленные в зону коммутации 4 и пересекающие ось геометрической нейтрали участки сбегающих краев. Продленные в зону коммутации 4 участки полюсов 3 имеют меньшую длину магнита, по сравнению с длиной магнита основных сегментовидных участков, расположенных в рабочей полюсной зоне 5 электродвигателя, а также форму внешней поверхности, образованную продолжением дуги окружности, образующей внешнюю поверхность основных сегментовидных участков полюсов 3.

Поскольку магнитная индукция, наводимая в зоне коммутации 4 током якоря 1, имеет максимальную величину на оси геометрической нейтрали, а минимальную величину на границе зоны коммутации 4 со сбегающим краем основного сегментовидного участка магнита 3, расположенного в рабочей полюсной зоне 5 электродвигателя, то для более полной компенсации магнитной индукции в нейтральной зоне 4 оптимальной формой внутренней поверхности продленных в зону коммутации участков сбегающих краев полюсов 3 является форма, образованная кривой или ломаной линией таким образом, что минимальная длина магнита L₁ продленных участков имеет место на границе зоны коммутации 4 со сбегающим краем основного сегментовидного участка, расположенного в рабочей полюсной зоне 5 электродвигателя, а максимальная длина L₂ продленных участков на оси геометрической нейтрали машины. При этом величины L₁, L₂ определяются индивидуально для каждой конкретной марки электродвигателя так, чтобы в номинальном режиме 6 происходила полная компенсация магнитной индукции в зоне коммутации 4, вплоть до совпадения физической магнитной нейтрали с геометрической нейтралью машины.

Электродвигатель работает следующим образом.

При протекании электрического тока по обмотке якоря 1 в нейтральной зоне 4 наводится магнитная индукция, действие которой компенсируется магнитным полем продленных участков сбегающих краев сегментовидных магнитных полюсов 3, причем в номинальном режиме 6 работы электродвигателя осуществляется полная компенсация магнитной индукции в нейтральной зоне 4, обеспечивающая совпадение физической магнитной нейтрали с геометрической нейтралью машины. В этом случае при нагрузках ниже номинальной 6, включая режим холостого хода 7, смещение физической нейтрали происходит в направлении вращения якоря 1, а при нагрузках выше номинальной 6, включая пусковой режим 8, физическая нейтраль смещается против направления вращения якоря 1.

Таким образом, использование предлагаемой конструкции обеспечивает повышение надежности электродвигателя с возбуждением от ферритовых магнитов посредством увеличения ресурса работы щелочно-коллекторного узла за счет улучшения процесса коммутации в номинальном режиме.

Использование: электродвигатели приводов вспомогательного оборудования подвижных объектов, преимущественно автомобилей и тракторов. Сущность изобретения: электродвигатель с возбуждением от ферритовых магнитов, содержащий якорь с обмоткой и коллектором и цилиндрический магнитопроводящий корпус, в котором сбегающие края сегментовидных полюсов продлены в зону коммутации и пересекают геометрическую нейтраль машины, при этом продленные участки полюсов имеют меньшую длину магнита, чем основные сегментовидные участки, расположенные в рабочей полюсной зоне электродвигателя, причем форма внешней поверхности продленных в зону коммутации участков полюсов образована продолжением дуги окружности, образующей внешнюю поверхность основных сегментовидных участков, а оптимальной формой внутренней поверхности продленных в зону коммутации участков сбегающих краев полюсов является форма, образованная кривой или ломаной линией таким образом, что минимальная длина магнита продленных участков имеет место на границе зоны коммутации со сбегающим краем основного сегментовидного участка полюса, а максимальная длина магнита продленных участков - на оси геометрической нейтрали электродвигателя. Положительный эффект: повышение надежности электродвигателя и увеличение ресурса работы щеточно-коллекторного узла за счет улучшения процесса коммутации в номинальном режиме, посредством компенсации магнитной индукции, наводимой током якоря в нейтральной зоне, магнитным полем продленных в зону коммутации участков сбегающих краев полюсов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов преимущественно для приводов вспомогательного оборудования автомобилей и тракторов, содержащий якорь с обмоткой и коллектором, цилиндрический магнитопроводящий корпус и ферритовые сегментовидные магнитные полюса, отличающийся тем, что сбегающие края сегментовидных полюсов продлены в зону коммутации и пересекают геометрическую нейтраль электродвигателя, причем продленные участки полюсов имеют меньшую длину магнита, чем основные сегментовидные участки, расположенные в полюсной зоне электродвигателя, при этом форма внешней поверхности продленных в зону коммутации участков сбегающих краев полюсов образована продолжением дуги окружности, образующей внешнюю поверхность основных рабочих сегментовидных участков полюсов. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что форма внутренней поверхности продленных в зону коммутации участков сбегающих краев полюсов образована кривой линией так, что минимальная длина магнита продленных участков имеет место на границе зоны коммутации со сбегающим краем основного сегментовидного участка полюса, а максимальная длина магнита продленных участков на оси геометрической нейтрали электродвигателя. 3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что форма внутренней поверхности продленных в зону коммутации участков сбегающих краев полюсов образована ломаной линией.