ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1997 года по МПК H02K23/54 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам постоянного тока и может быть использовано в любой области техники, где применен электропривод и генераторы.

Известна электрическая машина постоянного тока, включающая корпус, размещенную в нем обойму с установленными с двух сторон магнитами, вал, подшипниковые опоры которого смонтированы во фланцах корпуса, и размещенные на нем диски якоря, и щеткодержатели с щетками. Причем обойма расположена между дисками якорей /1/.

Недостатками данной конструкции являются большие ее габариты и вес при невысоких функциональных возможностях. В данной конструкции нельзя изменить магнитную систему в зависимости от выполняемых задач.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является электрическая машина постоянного тока, содержащая многополюсный статор с разрезным в горизонтальной плоскости корпусом, с одинаковыми в обеих половинах элементами магнитной системы, имеющими постоянные магниты и разрезные и боковые магнитопроводы, щеткодержателями с щетками и ротор с дисками якоря, размещенными между элементами магнитной системы, со смещением вдоль оси на общем валу /2/.

Магнитопроводы установлены симметрично относительно плоскостей разъема и закреплены в гнездах корпуса статора, причем гнезда для крайних магнитопроводов имеют ребра с отверстиями, в которых размещены щеткодержатели и опоры. Ротор в собранном виде закреплен между частями статора через опоры.

Данная электрическая машина обладает низкими эксплуатационными возможностями и имеет большие осевые габариты.

Цель изобретения:
повышение характеристик электрической машины;
снижение габаритно-весовых показателей;
возможность регулировки зазора в магнитной системе;
возможность свободной установки основных узлов электромашины в изделии с использованием его компонентов в качестве элементов электромашины;
возможность варьирования мощностью двигателя за счет многоякорности и симметричной и несимметричной магнитной системы.

Поставленная цель достигается созданием электрической машины постоянного тока, содержащей многополюсный статор с разъемным в горизонтальной плоскости корпусом, с одинаковыми в обеих половинах элементами магнитной системы, имеющими постоянные магниты, разрезные магнитопроводы с щеткодержателями и щетками, и ротор с дисками якоря, размещенными между элементами магнитной системы со смещением вдоль оси на общем валу, в которой согласно изобретению разъемный в горизонтальной плоскости корпус с выполненными в нем отверстиями для установки постоянных магнитов и проточками по его торцам дополнительно выполняют разрезным в плоскости, параллельной магнитной системе по воздушным зазорам, а боковые магнитопроводы выполняют составными из двух соединяемых частей, одна из которых разрезная, а вторая целая, причем разрезная часть примыкает к магнитам и размещена в торцевых проточках разрезного корпуса, а диски якоря установлены на общем валу с возможностью съема.

Изобретение характеризуется тем, что целая часть боковых магнитопроводов выполнена ступенчатой, причем размер меньшей ступени равен размеру разрезной части, и она установлена в торцевой проточке корпуса, а также выполнением целой и разрезной частей боковых магнитопроводов одинаковых размеров.

Результат достигается также тем, что постоянные магниты расположены с одной стороны плоскости диска якоря.

Изобретение характеризуется также тем, что вал ротора выполнен полым и выполнением на валу ротора посадочных выступов; на диске якоря имеются посадочное и крепежное отверстия.

Изобретение характеризуется установкой на валу одного диска якоря, а также тем, что щетки установлены в щеткодержатели с возможностью радиального перемещения.

Выполнение магнитопровода составным из двух соединенных частей (разрезной и целой) позволяет исключить потери магнитного потока и исключить размагничивание системы при сборке и разборке.

На фиг. 1 показана двухякорная электрическая машина постоянного тока с вращающимся валом и симметричной магнитной системой; на фиг. 2 то же, вид сбоку на фиг. 1; на фиг. 3 то же, вид сбоку на фиг. 1 с разведенными симметричными элементами разрезной части магнитопровода; на фиг. 4 элемент корпуса статора; на фиг. 5 одноякорная электрическая машина постоянного тока с вращающимся валом и несимметричной магнитной системой; на фиг. 6 - одноякорная электрическая машина постоянного тока с симметричной магнитной системой и вращающимся диском якоря и неподвижной осью.

Электрическая машина постоянного тока содержит статор, включающий в себя корпус, разрезанный в горизонтальной плоскости и плоскости, параллельной магнитной системе по воздушному зазору, состоящий из четырех частей 1, 2, 3, 4, установленную между ними обойму 5 из немагнитного материала с разрезным магнитопроводом 6, постоянные магниты 7 и боковые магнитопроводы, выполненные составными из двух частей: разрезной части 8 и целой 9, причем разрезная часть магнитопровода примыкает к магнитам 7 и размещена в торцевых проточках 10, 11, щеткодержатель 12 с установленными в нем щетками 13 и ротор с дисками якоря 14, установленными на общем валу 15 между постоянными магнитами 7 с возможностью их съема.

Размеры и выполнение частей боковых магнитопроводов может быть различно. На фиг. 1 показаны два варианта выполнения. Первый вариант (на фиг. 1 слева)
целую часть магнитопровода крепят к корпусу и выполняют с ним одного размера. В этом случае целая часть усиливает конструкцию.

Второй вариант ( фиг. 1 справа) разрезная 8 и целая 9 части магнитопровода выполнены одного размера и установлены в торцевой проточке 10 корпуса. При этом толщина бокового магнитопровода может быть равна глубине проточки или быть больше или меньше ее. В этом случае магнитопровод или проточка соответственно могут быть посадочными местами. Это позволяет легко стыковать электрическую машину с изделием по посадочному месту фланца.

Целая часть магнитопроводов 9 может быть выполнена ступенчатой (фиг. 6), причем размер меньшей ступени равен размеру торцевой проточки 11 и установлен в ней. А размер большей может быть любым. Это зависит от выполняемых ею функций (для крепления машины к изделию размер большей ступени целой 8 части магнитопровода больше размера корпуса; для точной стыковки размер большей ступени равен размеру посадочного места в изделии).

Это обеспечивает возможность установки электрической машины в различные изделия без существенной их переработки.

Щетки 13 могут быть установлены в щеткодержатели 12 с возможностью углового перемещения за счет наличия в нем паза 16. Это позволяет обеспечить положение щеток в зоне геометрической нейтрали магнитной системы, что приводит практически к исключению искрения и повышению КПД электрической машины.

Щетки 13 контактируют с дисками якоря 14. Причем щетки могут быть установлены непосредственно на магнитопроводе.

Размещение постоянных магнитов 7 относительно дисков якоря 14 может быть различно: по обе стороны плоскости диска якоря или только с одной стороны. Это зависит от мощности машины. При симметричном расположении получают более мощный магнитный поток, что приводит к повышению мощности, но несимметричное расположение дешевле и снижает габариты электрической машины.

Разрезные магнитопроводы 6 могут быть установлены без обоймы или в ней в средней части корпуса.

Электрическую машину постоянного тока собирают модульным способом следующим образом.

Первоначально осуществляют сборку магнитной системы.

Для этого в одной из разрезных частей корпуса (например, 1) устанавливают в проточку 10 один из элементов разрезной части 8, а постоянные магниты 7 размещают в отверстия 17 корпуса, чтобы они примыкали к разрезной части 8. Форма и размеры проточки 10 соответствуют форме и размерам разрезной части 8 (она может быть полукруглой, квадратной и т. д.)
Затем собирают обойму с разрезным магнитопроводом. Это делают известным способом.

Собрав все части корпуса, расположенные по одну сторону от горизонтальной оси разъема, их соединяют вместе. Затем в корпус устанавливают ротор электрической машины, собранный на отдельной позиции.

Сборку ротора осуществляют несколькими способами. На валу 15 выполняют посадочные выступы 18. На выступ 18 посадочным отверстием 19 устанавливают диск якоря 14, причем в диске якоря выполнены крепежные отверстия 20, а с другой стороны размещают кольцо 21 и крепежными элементами закрепляют тем самым диск якоря 14.

Вторым способом выполнения сборки ротора является крепление на вал 15 втулки 22 с выступом, на которой устанавливают диск якоря 14. Применение данного крепления позволяет легко осуществлять сборку ротора и замену дисков якоря. На одном валу, таким образом, может быть установлено несколько дисков.

Вал 15, на котором крепят диски якоря 14, может быть выполнен полым и установленным на подшипниковой опоре на неподвижной оси 23.

Затем собранные части устанавливают во вторую горизонтальную половину машины. Части скрепляют друг с другом и закрепляют целую часть 9 магнитопровода на корпусе статора, создавая систему. Устанавливают щетки 13 с щеткодержателем 12. После чего осуществляют контакт щеток 13 с дисками якоря 14.

Для обеспечения точной сборки и жесткости конструкции на боковых частях корпуса выполнена замковая система соединения.

Электрическая машина постоянного тока работает следующим образом.

На щетки 13 подают электрическое напряжение, под действием которого в дисках якоря начинает протекать ток, и его взаимодействие с магнитным полем постоянных магнитов обеспечивает вращающий момент на валу машины.

Выполнение магнитопровода составным позволяет осуществлять сборку магнитной системы по модульному принципу, в зависимости от назначения электрической машины, что дает возможность под каждую задачу скомпоновать электрическую машину с оптимальными характеристиками и минимальной массой и габаритами. Такая конструкция машины может быть применена и для одноякорной машины (фиг. 5, фиг. 6).

Благодаря предложенной конструкции магнитной системы возможно выполнение бескорпусного варианта электрической машины.

В данном случае роль корпуса выполняет магнитопровод, его целая часть 9, а диск якоря крепят непосредственно на выходном валу изделия. Это значительно упрощает конструкцию электрической машины и расширяет ее область применения.

Предложенная электрическая машина обладает также высокой ремонтопригодностью.

Приведенная на фиг. 6 конструкция электрической машины постоянного тока с симметричной магнитной системой и вращающимся диском якоря и неподвижной осью 23 может быть использована в качестве привода двигателя колеса, как например, для инвалидной коляски, тележки и т. д.

Использование: электропривод и источники электроэнергии постоянного тока. Сущность изобретения: электрическая машина постоянного тока имеет разрезной в горизонтальной плоскости корпус с выполненными в нем отверстиями для установки постоянных магнитов и проточками по его торцам, дополнительно выполнен разрезным в плоскости, параллельной магнитной системе по воздушным зазорам, боковые магнитопроводы выполнены составными из двух соединяемых частей, одна из которых примыкает к магнитам и размещена в торцевых проточках разрезного корпуса, а диски якоря установлены на общем валу с возможностью съема. Технический результат: улучшение массо-габаритных показателей, обеспечение свободной установки основных узлов машины в изделии с использованием его компонентов в качестве элементов машины. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Электрическая машина постоянного тока, содержащая многополюсный статор с разъемным в горизонтальной плоскости корпусом, с одинаковыми в обеих половинах элементами магнитной системы, имеющими постоянные магниты, разрезной магнитопровод и боковые магнитопроводы с щеткодержателями и щетками и ротор с диском якоря, отличающаяся тем, что корпус выполнен с отверстиями для установки постоянных магнитов и проточками по его торцам и дополнительно разрезанным по воздушным зазорам в плоскости, параллельной магнитной системе, а боковые магнитопроводы выполнены составными из двух соединяемых частей, одна из которых разрезная, а другая целая, причем разрезная часть примыкает к магнитам и размещена в торцевых проточках корпуса, а диск якоря установлен на валу с возможностью съема. 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что целая часть боковых магнитопроводов выполнена ступенчатой, причем размер меньшей ступени равен размеру разрезной части. 3. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что целая и разрезная части боковых магнитопроводов выполнены одинакового размера. 4. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что постоянные магниты расположены с одной стороны плоскости диска якоря. 5. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что вал ротора выполнен полым. 6. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что на валу ротора выполнены установочные выступы, а диск якоря имеет установочное и крепежные отверстия. 7. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что щетки установлены в щеткодержателе с возможностью радиального перемещения. 8. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что ротор снабжен дополнительными дисками якоря и дополнительными разрезными магнитопроводами.