КОЛЛЕКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ПОВЫШЕННОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТЬЮ Российский патент 1999 года по МПК H01R39/46 H02K13/10 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при производстве коллекторных электрических машин, к которым предъявляются повышенные требования к электромагнитной совместимости при эксплуатации.

Известна коллекторная электрическая машина (А.с. СССР N 1424087, МКИ H 01 R 39/04, Б.И. N 34, 1988), содержащая вал, на котором размещен коллектор с укрепленными в его пластмассовом корпусе ламелями, а между ними посредством изоляционных прокладок, выполненных из материала с высокой диэлектрическою проницаемостью, установлены металлические пластины, выполненные с участками, выступающими за пределы торцов пластмассового корпуса коллектора, которые соединены с металлическими дисками, установленными на валу с торцов пластмассового корпуса коллектора.

Недостатком данной конструкции коллекторной электрической машины является то, что паразитные высокочастотные электромагнитные поля коммутирующего контакта наводят высокочастотные ЭДС в лобовых частях обмоток, соединительных проводах и щеточных канатиках, а это в свою очередь приводит к повышенным уровням напряжений и токов радиопомех на выходных зажимах электрической машины.

Известна коллекторная электрическая машина (А.с. СССР N 1654902, МКИ H 01 R 39/04, Б. И. N 21, 1991), выбранная в качестве прототипа, содержащая вал, на котором размещен коллектор с укрепленным в его пластмассовом корпусе ламелями и установленными между ними посредством изоляционных прокладок, выполненных из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, металлическими пластинами и снабженная двумя металлическими дисками, установленными на валу с торцов пластмассового корпуса коллектора. Металлические пластины выполнены с участками, выступающими за пределы торцов пластмассового корпуса, и соединены с металлическими дисками. На верхние части щеток, выступающие из колодцев щеткодержателей, которые выполнены из ферромагнитного металла, надеты экраны из ферромагнитного металла. На каждом щеткодержателе со стороны, обращенной к торцевой части коллектора, свободной от выводов якорной обмотки, установлен дополнительный щеткодержатель из электроизоляционного материала, в котором установлена дополнительная щетка, контактирующая своей рабочей поверхностью с металлическим диском, расположенным с торцевой стороны коллектора, свободной от выводов якорной обмотки. Каждая дополнительная щетка электрически соединена через конденсатор с соответствующим металлическим ферромагнитным щеткодержателем и металлическим ферромагнитным экраном, а конденсатор неподвижно закреплен на дополнительном щеткодержателе.

Недостатком данной конструкции является то, что она не обеспечивает достижения минимально возможного уровня радиопомех, генерируемых силовым коммутирующим скользящим контактом электрической машины. Это объясняется тем, что силовой коммутирующий скользящий контакт с верхней и нижней полусферами имеет экраны, но паразитные электромагнитные поля радиопомех от сбегающего и набегающего краев щеток выходят из зазора между коллектором и щеткодержателем и наводят паразитные высокочастотные ЭДС в лобовых частях обмоток, соединительных проводах и щеточных канатиках, что проводит к повышенному уровню напряжений и токов радиопомех на выходных зажимах работающей машины.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение электромагнитной совместимости коллекторных электрических машин за счет снижения уровня напряженности паразитных электромагнитных полей радиопомех силового скользящего контакта при коммутации машины.

Поставленная задача выполняется тем, что в коллекторной электрической машине, содержащей вал, на котором размещен коллектор с укрепленными в его пластмассовом корпусе ламелями и установленными между ними посредством изоляционных прокладок, выполненных из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, металлическими пластинами, которые выполнены с выступающими участками за пределы торцов пластмассового корпуса коллектора и соединены с металлическими дисками, установленными по торцам коллектора, а также на верхние части щеток, выступающие из колодцев щеткодержателей, которые выполнены из ферромагнитного металла, установлены экраны из ферромагнитного металла и на каждом щеткодержателе со стороны, обращенной к торцевой части коллектора, свободной от выводов якорной обмотки, установлен дополнительный щеткодержатель, выполненный из электроизоляционного материала, в котором установлена дополнительная щетка, контактирующая своей рабочей поверхностью с металлическим диском, расположенным с торцевой стороны коллектора, свободной от выводов якорной обмотки, а каждая дополнительная щетка электрически соединена через конденсатор с соответствующими ферромагнитными щеткодержателем и экраном, а конденсатор неподвижно закреплен на дополнительном щеткодержателе, каждый колодец щеткодержателя в своей нижней части с набегающей и сбегающей сторон щеток выполнен с крылообразными экранами, повторяющими геометрию коллектора, а носовые части крылообразных экранов расположены ниже уровня касательной линии, проведенной к точкам набегания и сбегания щеток, причем внутренняя поверхность крылообразных экранов является частью поверхности параболоида с кривизной параболического вида y² = 2px по всей ширине щетки, при этом ось параболы лежит на касательной линии, а фокус параболы находится на расстоянии p/2 от вершины параболы, расположенной на расстоянии p от точек набегания и сбегания щеток, кроме того, щеткодержатель со стороны, обращенной к петушкам коллектора, по всей ширине щеткодержателя имеет полый прилив, который расположен над петушками коллектора и повторяет геометрию над ними, при этом внутренняя поверхность полого прилива также выполнена с кривизной параболического вида, причем ось параболы в плоскости сечения вдоль оси машины расположена выше нижней грани полого прилива на величину удвоенного зазора между полым приливом и цилиндрической поверхностью петушков коллектора.

Поэтому в коллекторной электрической машине при работе коммутирующего скользящего контакта возникаемое высокочастотное паразитное электромагнитное поле радиопомех, характерной особенностью которого является прямолинейное распространение, локализуется внутри полости крылообразных экранов щеткодержателя с набегающей и сбегающей сторон щетки, а также в полости прилива, расположенного над петушками коллектора, то есть в непосредственной близости от силового коммутируемого скользящего контакта и не наводит высокочастотные ЭДС в лобовых частях обмоток, соединительных проводах и щеточных канатиках, расположенных внутри электрической машины.

Таким образом, в предлагаемой конструкции коллекторной электрической машины благодаря полному экранированию паразитных электромагнитных полей от коммутирующего скользящего контакта в непосредственной близости, особенно сбегающего края щеток, уровень напряжений и токов радиопомех на выходных зажимах машины имеет существенно пониженное по сравнению с прототипом значение в широком диапазоне частот от 0,15 МГц до 1000 МГц, что в отличие от прототипа существенно улучшает качество электромагнитной совместимости данного класса электрических машин с радиоэлектронными системами различного назначения, количество которых постоянно возрастает, а разнообразие выполняемых ими функциональных задач расширяется.

Предложенная конструкция поясняется чертежами: на фиг. 1 показан поперечный разрез щеточно-коллекторного узла, где V - направление вращения коллектора; на фиг. 2 показан фрагмент от продольного сечения машины.

Показанная на фиг. 1 и 2 коллекторная электрическая машина содержит коллектор 1, щетки 2, экран 3, посаженный на выступающую часть щетки 2 из колодца щеткодержателя 4, 5 - крылообразный экран из ферромагнитного металла, внутренняя поверхность которого выполнена параболической кривизны, установленный с набегающего края 6 и сбегающая края 7 щетки 2, 8 - ось параболы, совмещенная с касательной линией, проведенной к точкам набегания и сбегания щетки 2. Носовая часть крылообразных экранов 5 расположена ниже оси параболы 8, 9 - петушок коллекторной пластины, 10 - прилив щеткодержателя 4 с полостью 11, внутренняя поверхность полости выполнена кривизной параболического вида в осевой плоскости сечения машины, 12 - ось параболы прилива 10, расположенного над петушками 9 коллектора 1 на расстоянии удвоенного зазора между нижней гранью прилива 10 и цилиндрической поверхностью петушков 9. Расстояние между цилиндрической поверхностью коллектора 1 и крылообразными экранами 5 и приливом 10 выполнено минимальным, но достаточным для надежной механической работы машины, и геометрия нижней части крылообразных экранов 5 и щеткодержателя 4 с приливом 10 повторяет геометрию коллектора 1.

Устройство работает следующим образом. При коммутации машины между щетками и коллекторными пластинами возникают искро- и дуговые процессы, которые являются интенсивным источником высокочастотных паразитных электромагнитных полей радиопомех от скользящего контакта. На практике при правильной настройке нейтрали в электрической машине, как правило, наиболее интенсивное искрение наблюдается под сбегающим краем щетки. Высокочастотное электромагнитное поле радиопомех, характерной особенностью которого является прямолинейное распространение путем отражения от препятствий, выходит из зазора между щеткодержателем 4 и коллектором 1 и попадает в полости крылообразных экранов 5, носовая часть которых находится ниже уровня касательной линии 8, проведенной к точкам набегания 6 и сбегания 7 щетки 1. За счет того, что внутренняя поверхность крылообразного экрана 5 имеет кривизну параболического вида, высокочастотное электромагнитное поле радиопомех многократно отражается от внутренней поверхности крылообразного экрана 5, выполненного из ферромагнитного металла, где при каждом отражении происходит и частичное поглощение электромагнитной энергии. Аналогичная работа по поглощению электромагнитной энергии происходит и в приливе 10 щеткодержателя 4, расположенного над петушками 9 коллектора 1, который повторяет цилиндрическую поверхность коллектора 1 над петушками 9 с минимальным зазором между ними, но достаточным для надежной механики вращения якоря машины. Внутренняя поверхность прилива 10 также выполнена с кривизной параболического вида, где ось параболы 12 расположена выше нижней грани прилива 10 щеткодержателя 4 на величину удвоенного воздушного зазора между приливом 10 и цилиндрической поверхностью петушков 9 коллектора 1 и параллельна оси машины.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при производстве коллекторных машин, к которым предъявляются повышенные требования к электромагнитной совместимости при эксплуатации. Для этого колодец щеткодержателей 4 в своей нижней части с набегающей и сбегающей стороны по всей ширине щетки 2 выполнен с крылообразными экранами 5, концевые части которых расположены ниже уровня касательной линии 8, проведенной к точкам набегания 6 и сбегания 7 щетки 2. Внутренняя поверхность крылообразных экранов 5 выполнена с кривизной параболического вида y²=2px, где ось параболы лежит на касательной линии, причем фокус параболы находится на оси на расстоянии р/2 от вершины параболы. Щеткодержатель 4 со стороны, обращенной к петушкам коллектора 1, по всей ширине щеткодержателя имеет полый прилив, расположенный над петушками коллектора 1, и внутренняя поверхность полого прилива также выполнена с кривизной параболического вида, где ось параболы в плоскостях сечения вдоль оси машины расположена выше нижней грани полого прилива на величину удвоенного зазора между полым приливом и цилиндрической поверхностью петушков коллектора 1. Таким образом, в электрической машине при работе коммутирующего скользящего контакта возникаемые высокочастотные паразитные электромагнитные поля радиопомех локализуются во внутренних полостях экранов щеткодержателей и не наводят высокочастотные ЭДС в лобовых частях обмоток, соединительных проводах и щеточных канатиках, чем достигается повышенная электромагнитная совместимость данного класса машин с радиоэлектронными системами различного назначения. 2 ил.

Коллекторная электрическая машина, содержащая вал, на котором размещен коллектор с укрепленными в его пластмассовом корпусе ламелями и установленными между ними посредством изоляционных прокладок, выполненных из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, металлическими пластинами, которые выполнены с выступающими участками за пределы торцов пластмассового корпуса коллектора и соединены с металлическими дисками, установленными по торцам коллектора, а также на верхние части щеток, выступающие из колодцев щеткодержателей, которые выполнены из ферромагнитного металла, установлены экраны из ферромагнитного металла и на каждом щеткодержателе со стороны, обращенной к торцевой части коллектора,
свободной от выводов якорной обмотки, установлен дополнительный щеткодержатель, выполненный из изоляционного материала, в котором установлена дополнительная щетка, контактирующая своей рабочей поверхностью с металлическим диском, расположенным с торцевой стороны коллектора, свободной от выводов якорной обмотки, а каждая дополнительная щетка электрически соединена через конденсатор с соответствующими металлическими ферромагнитными щеткодержателем и экраном, а конденсатор неподвижно закреплен на дополнительном щеткодержателе, отличающаяся тем, что каждый колодец щеткодержателя в своей нижней части с набегающей и сбегающей сторон щеток выполнен с крылообразными экранами, повторяющими геометрию коллектора, а носовые части крылообразных экранов расположены ниже уровня касательной линии, проведенной к точкам набегания и сбегания щеток, причем внутренняя поверхность крылообразных экранов является частью поверхности параболоида с кривизной параболического вида y²= 2px по всей ширине щетки, при этом ось параболы лежит на касательной линии, а фокус параболы находится на расстоянии p/2 от вершины параболы,
расположенной на расстоянии p от точек набегания или сбегания щеток, кроме того, щеткодержатель со стороны, обращенной к петушкам коллектора, по всей ширине щеткодержателя имеет полый прилив, который расположен над петушками коллектора и повторяет геометрию над ними, при этом внутренняя поверхность полого прилива также выполнена с кривизной параболического вида, причем ось параболы в плоскости сечения вдоль оси машины расположена выше нижней грани полого прилива на величину удвоенного зазора между полым приливом и цилиндрической поверхностью петушков коллектора.