МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2000 года по МПК H02K1/12 H02K23/54 

Изобретение относится к электрическим машинам постоянного тока, в частности к магнитоэлектрической системе машины с регулируемым воздушным зазором между магнитами.

Изобретение может быть использовано для сохранения магнитного потока в воздушном зазоре и, соответственно, электромагнитной мощности электрической машины.

Известна магнитоэлектрическая система электрической машины постоянного тока, содержащая расположенные с воздушным зазором относительно друг друга магнитопроводы, закрепленные на них обращенные к зазору постоянные магниты, установленный в зазоре между магнитопроводами якорь и щеткодержатели со щетками (1). Щетки электрически соединены с коллектором, постоянные магниты снабжены сужающимися в сторону воздушного зазора наконечниками.

Недостатками известной конструкции являются: наличие в конструкции сложного в сборке коллектора приводит к нетехнологичности ее изготовления; корпус, передняя и задняя крышки увеличивают ее габариты и вес; малое количество коллекторных пластин повышает уровень радиопомех; плохая ремонтопригодность.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой конструкции является магнитоэлектрическая система электрической машины постоянного тока, содержащая расположенные с воздушным зазором относительно друг друга магнитопроводы, закрепленные на них обращенные к зазору постоянные магниты, установленный в зазор между магнитопроводами якорь и закрепленные на одном из магнитопроводов щеткодержатели со щетками, поджимаемыми упругими элементами к якорю (2). Магнитопроводы выполнены в виде большего и меньшего секторов.

При анализе известной конструкции можно отметить ее следующие недостатки: сложность изготовления и сборки, т.к. вырезание секторов является сложной операцией; отсутствие регулирования воздушного зазора магнитоэлектрической системы; сложность создания многоякорной машины.

Техническими задачами, решаемыми предлагаемой магнитоэлектрической системой электрической машины постоянного тока, являются простота конструкции; технологичность сборки (отсутствие корпуса и приклейки магнитов); возможность изменения магнитного потока за счет регулирования воздушного зазора между магнитопроводами; обеспечение установки различных по толщине магнитов и якорей; универсальность конструкции (при одних и тех же ее элементах создание различных по мощности электрических машин как с симметричной, так и несимметричной магнитоэлектрической системой).

Поставленные задачи решаются созданием магнитоэлектрической системы электрической машины постоянного тока, содержащей расположенные с воздушным зазором друг относительно друга магнитопроводы, закрепленные на них обращенные к зазору постоянные магниты, установленный в зазоре между магнитопроводами якорь и закрепленные на одном из магнитопроводов щеткодержатели со щетками, поджимаемыми упругими элементами к якорю, которая, согласно изобретению, снабжена механизмом регулирования воздушного зазора между магнитопроводами, а магнитопроводы выполнены составными, одна часть которых выполнена в виде двух полуколец, а вторая - целого кольца.

Выполнение магнитопроводов составными дает возможность обеспечивать механическое соединение полуколец и исключить потери магнитного потока в зазорах, расположенных в диаметральной плоскости между полукольцами магнитопровода.

Разрезные кольца магнитопроводов обеспечивают исключение размагничивания магнитов при разборке и сборке, а также возможность создания многоякорных конструкций электрических машин постоянного тока.

Наличие механизма регулирования воздушного зазора между магнитопроводами обеспечивает возможность выполнения конструкции электромагнитной системы без корпуса. Это дает возможность легко встраивать в корпуса различных изделий предлагаемую систему, причем механизм регулирования воздушного зазора между магнитопроводами может быть выполнен в виде соединяющих полукольца магнитопроводов стяжек, один конец которых зафиксирован с возможностью поворота на одном полукольце, а второй конец - размещен в отверстии, выполненном на другом полукольце.

Изобретение также характеризуется тем, что в магнитах и магнитопроводах выполнены отверстия, предназначенные для крепежного элемента.

Это обеспечивает простоту, точность и надежность сборки без применения сложной оснастки. Сокращает время сборки с одновременным повышением экологичности конструкции за счет исключения клеевых операций.

Механическое соединение магнитов на магнитопроводах повышает работоспособность конструкции в целом в течение длительности периода времени работы при повышенных температурных и механических воздействиях.

Изобретение также характеризуется тем, что каждый упругий элемент, поджимающий щетку к якорю, выполнен в виде плоской пружины.

Наличие плоских пружин позволяет значительно уменьшить габариты щеточного узла, а тем самым и габариты электромашины и повысить надежность качества контакта.

Изобретение характеризуется тем, что магнитоэлектрическая система снабжена дополнительным якорем, соосно установленным основному якорю в воздушном зазоре между магнитопроводами.

Это позволяет увеличить мощность двигателя при незначительных увеличениях габаритов и сократить количество дополнительных элементов.

Приведенные существенные признаки изобретения составляют совокупность признаков, необходимых и достаточных для решения поставленных задач.

Сущность изобретения и его преимущества будут понятны из нижеследующего описания конструкции и предлагаемых чертежей, где на:
фиг. 1 показана конструкция магнитоэлектрической системы электрической машины постоянного тока;
фиг. 2 - конструкция магнитоэлектрической системы электрической машины постоянного тока, установленной на входном валу изделия;
фиг. 3 - конструкция магнитоэлектрической системы многоякорной электрической машины постоянного тока;
фиг. 4 - конструкция магнитоэлектрической системы с кожухом в составе изделия;
фиг. 5 - конструкция многоякорной магнитоэлектрической системы с якорями, расположенными в одном воздушном зазоре.

Магнитоэлектрическая система электрической машины постоянного тока содержит расположенные с воздушным зазором друг относительно друга магнитопроводы, каждый выполненный составным, одна часть которого выполнена в виде двух полуколец 1, 2 и 3, 4, а вторая - целого кольца 5, 6, механизм регулирования воздушного зазора между ними в виде стяжек 7, один конец которых зафиксирован с возможностью поворота на полукольцах 1 и 4 магнитопроводов, а второй размещен в отверстиях 8 и 9, выполненных на других 2 и 3 полукольцах. Количество стяжек 7 и место их расположения определяются требованиями к механической прочности для обеспечения необходимого воздушного зазора.

На полукольцах магнитопроводов закреплены постоянные магниты 10.

При симметричной магнитоэлектрической системе магниты установлены на каждом магнитопроводе и расположены друг против друга с воздушным зазором.

При несимметричной системе магниты расположены на одном магнитопроводе и воздушный зазор создают между магнитопроводом с магнитами и магнитопроводом без них.

Крепление магнитов 10 могут осуществлять различными приемами, например, посредством крепежных элементов 11. Для этого в магнитах 10 и полукольцах 1, 2, 3, 4 выполняют отверстия (позициями не обозначены), через которые и проходят крепежные элементы. На торцах магнитов 10 могут быть закреплены полюсные наконечники 12.

Наличие полюсных наконечников позволяет обеспечить оптимальное распределение магнитных потоков при функционировании магнитной системы и необходимую форму магнитного потока в воздушном зазоре при одной и той же форме магнитов.

Между постоянными магнитами 10 установлен основной якорь 13.

Магнитоэлектрическая система может быть снабжена дополнительным якорем 20, соосно установленным с основным якорем.

Это обеспечивает нормальный режим работы двигателей, имеющих один и тот же магнитный поток в едином зазоре.

На одном из магнитопроводов установлены щеткодержатели 14 (на чертеже не показаны) со щетками 15, поджимаемыми упругими элементами 16 к якорю 13. Упругий элемент может быть выполнен в виде плоской пружины.

К каждой щетке 15 подведен щеточный провод 17, соединенный с упругим элементом 16.

Предлагаемая магнитоэлектрическая система может быть закреплена непосредственно на входном валу изделия (фиг. 2), таких как дрели, редукторы и т. д.

В данном случае магнитную систему крепят к неподвижной части 18 изделия, а ротор с якорем - на подвижной части 19.

Магнитоэлектрическая система может быть выполнена в виде нескольких магнитопроводов, например трех (фиг. 3), соединенных между собой стяжками 7.

Для этого на торцах среднего магнитопровода закреплены постоянные магниты 10 и на торцах крайних магнитопроводов, обращенных к среднему, также закреплены постоянные магниты. Между постоянными магнитами в воздушном зазоре установлены якоря 13.

Магнитоэлектрическая система может быть установлена в кожухе 21, закрепленном на неподвижной части 18 изделия (фиг. 4).

Магнитоэлектрическую систему электрической машины постоянного тока подготавливают к работе и она работает следующим образом.

Систему сначала собирают на полукольцах 1, 2, 3, 4. Для этого на каждом полукольце устанавливают магниты 10 и стяжки 7.

Затем осуществляют настройку системы из полуколец на требуемый воздушный зазор (Δ). Для этого между постоянными магнитами 10 (или полюсными наконечниками 12 при их наличии) устанавливают шаблон (на чертеже не показан) и, вращая стяжки 7, устанавливают заданный воздушный зазор (Δ_з), после чего фиксируют стяжки 7 и убирают шаблон.

При настройке системы, изображенной на фиг. 3, воздушный зазор устанавливают для каждой системы, перемещая полукольца крайних магнитопроводов относительно полуколец среднего магнитопровода.

После настройки магнитоэлектрической системы между постоянными магнитами в середине магнитного зазора устанавливают якорь 13. Далее на полукольца укрепляют кольца 5, 6 с внешних сторон.

На магнитопроводы устанавливают щеткодержатели со щетками 15. На щетки 15 подают напряжение, под действием которого в якоре 7 начинает протекать ток, и его взаимодействие с магнитным полем постоянных магнитов 10 обеспечивает вращающий момент на подвижной части конструкции.

Предлагаемая конструкция магнитоэлектрической системы обладает высокой взаимозаменяемостью.

Она дает возможность контролировать состояние электрической машины в процессе эксплуатации без разборки и охлаждение якоря при работе за счет отсутствия корпуса. А это повышает мощность двигателя.

Наличие механизма регулировки воздушного зазора между магнитопроводами дает возможность индивидуально настраивать электрическую машину на осевое биение якоря и обеспечивает возможность выброса отработанного материала щеток из зоны работы якоря.

Источники информации, принятые во внимание
1. Патент СССР N 1382412 по кл. H 02 K 23/54, 1980 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 1332458, кл. H 02 K 1/12, 1985 г.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам постоянного тока с магнитоэлектрической системой и регулируемым воздушным зазором между магнитами. Изобретение может быть использовано для сохранения магнитного потока в воздушном зазоре и, соответственно, электромагнитной мощности электрической машины. Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемой магнитоэлектрической системы электрической машины постоянного тока, состоит в следующем: простота конструкции; технологичность сборки вследствие отсутствия корпуса, возможность изменения магнитного потока за счет регулирования воздушного зазора между магнитопроводами, обеспечение установки различных по толщине магнитов и якорей, универсальность конструкции, так как при одних и тех же ее элементах возможно создание различных по мощности электрических машин как с симметричной, так и несимметричной магнитоэлектрической системой. Сущность изобретения: заявленная электрическая машина снабжена механизмом регулирования воздушного зазора между магнитопроводами. При этом магнитопроводы выполнены составными, одна их часть выполнена в виде двух полуколец, а вторая - целого кольца. При этом, согласно изобретению механизм регулирования выполнен в виде соединяющих полукольца магнитопроводов стяжек, один конец которых зафиксирован с возможностью поворота на одном полукольце, а второй конец размещен в отверстии, выполненном на другом полукольце. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Магнитоэлектрическая система электрической машины постоянного тока, содержащая расположенные с воздушным зазором относительно друг друга магнитопроводы, закрепленные на них обращенные к зазору постоянные магниты, установленный в зазоре между магнитопроводами якорь и закрепленные на одном из магнитопроводов щеткодержатели с щетками, поджимаемыми упругими элементами к якорю, а магнитопроводы выполнены составными, одна их часть выполнена в виде двух полуколец, а вторая - целого кольца, отличающаяся тем, что снабжена механизмом регулирования воздушного зазора между магнитопроводами, который выполнен в виде соединяющих полукольца магнитопроводов стяжек, один конец которых зафиксирован с возможностью поворота на одном полукольце, а второй конец размещен в отверстии, выполненном на другом полукольце. 2. Магнитоэлектрическая система электрической машины постоянного тока по п.1, отличающаяся тем, что в магнитах и магнитопроводах выполнены отверстия, предназначенные для крепежного элемента. 3. Магнитоэлектрическая система электрической машины постоянного тока по п.1 или 2, отличающаяся тем, что каждый упругий элемент, поджимающий щетку к якорю, выполнен в виде плоской пружины. 4. Магнитоэлектрическая система электрической машины постоянного тока по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным якорем, соосно установленным с основным якорем в воздушном зазоре между магнитопроводами.