ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2007 года по МПК H02K13/10 H02K13/14 

Изобретение относится к коллекторным электрическим двигателям постоянного тока, имеющим дополнительные устройства для улучшения коммутации.

Известно устройство коммутации тока обмотки якоря, относящееся к коллекторным электрическим машинам постоянного тока, которое описано в книге Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высших технических учебных заведений. - 3-е изд., перераб. - Л.: Энергия, 1978. - 832 с., ил. Устройство включает неподвижные щетки, на которые поступает постоянное напряжение, коллекторные пластины и изоляционные прокладки, закрепленные на вращающемся валу, через которые напряжение подается на обмотку якоря, где возникает ток, который прерывается при прохождении щетки по изоляционной прокладке между коллекторными пластинами и снова появляется при соприкосновении щетки со следующей коллекторной пластиной.

Недостатком такого устройства коммутации тока обмотки якоря является возникновение искрения между коллекторными пластинами переходящего в круговой огонь, приводящий к выходу из строя как коллекторно-щеточного узла, так и двигателя в целом. Основной причиной возникновения искрения и кругового огня является коммутация значительных величин тока и напряжения якоря через механический контакт, с частыми прерываниями и включениями.

Известен коллектор электродвигателя по патенту РФ №2073296, МПК H02K 13/14, 27/22, содержащий электронный коммутатор, диэлектрическую втулку и три токопроводящих контактных кольца, установленных на диэлектрической втулке, контактирующих с подпружиненными токопроводящими щетками, установленными в щеткодержателях, две из которых связаны с токопроводящими шинами, а их контактные кольца подключены через коммутатор и разъемы к обмотке ротора электродвигателя, третье контактное кольцо выполнено с наружными контактными пластинами, по бокам электрически изолированными друг от друга, и электрически связано с цепью управления коммутатора, причем щетка третьего кольца подключена к управляющему напряжению.

Недостатком данного технического решения является возможность применения лишь для специальных типов машин постоянного тока.

Наиболее близким к заявленному изобретению является щеточно-коллекторный узел электрической машины по патенту РФ №2026595, МПК Н02К 13/10, содержащий коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные группы щеток, каждая из которых состоит из основной и вспомогательной щетки, выполненной тангенциально-расслоенной и состоящей из продольных элементов, имеющих одинаковую аксиальную длину и изолированных друг от друга, располагаемой со стороны сбегающего края основной и изолирована от нее, блок улучшения коммутации, причем смежные продольные элементы и основная щетка соединены друг с другом посредством нелинейно-резистивных элементов потенциально-ограничивающего типа. Основная щетка подключена непосредственно к зажиму источника питания, а вспомогательная щетка подключена к указанному зажиму через блок улучшения коммутации.

Недостатком данного технического решения опять же является сохранение больших токов коммутации и высоких напряжений, что при перегрузках и загрязнениях коллектора приводит к возникновению значительного искрения, часто переходящего в круговой огонь, и, как следствие, приводит к ускоренному выходу из строя данного узла, а иногда и всей электрической машины.

Задачей настоящего изобретения является устранение появления кругового искрения на коллекторе и, как следствие, повышение срока службы электрического двигателя.

Технический результат достигается тем, что в щеточно-коллекторном узле электрического двигателя постоянного тока, содержащем коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные щетки, блок улучшения коммутации, причем щетка подключена к источнику питания, блок улучшения коммутации выполнен на транзисторах, при этом к каждой проводящей пластине подсоединены базы двух транзисторов с разной проводимостью p-n-p и n-p-n, коллекторы которых соединены и подключены к обмотке якоря двигателя, а эмиттер каждого транзистора соединен через резистор с базой и с контактным кольцом, установленным на валу двигателя, причем щетки расположены на геометрической нейтрали и подключены к источнику питания посредством управляемого делителя напряжения.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока. Щеточно-коллекторный узел содержит коллектор с чередующимися проводящими 1, 2 и изолирующими пластинами (не показаны) и контактирующие с ними щетки 3 и 4, причем щетки расположены на геометрической нейтрали, транзисторы 5 и 6, базы которых соединены с проводящими пластинами 1 и 2, а коллекторы - с обмоткой якоря 7. Эмиттеры транзисторов 5 и 6 подсоединены соответственно к контактным кольцам 8 и 9. Щетки 3 и 4 подсоединены к контактным кольцам 8, 9 посредством управляемого делителя напряжения 10. Базы транзисторов 5 и 6 соединены с эмиттерами через резисторы 11.

Работа щеточно-коллекторного узла осуществляется следующим образом. Формируют требуемой величины управляющие напряжения положительной и отрицательной полярности, подаваемые на базы транзисторов 5 и 6, соединенные с эмиттерами через резисторы 11 посредством управляемого делителя напряжения 10. Управляющее напряжение положительной полярности подают через щетку 3, а отрицательной полярности - через щетку 4. Коммутационный процесс начинается с момента контакта щеток 3 и 4 с пластинами 1 и 2, в результате чего всегда открываются два транзистора разной проводимости, например, при подаче на базу напряжения положительной полярности открывают транзистор 5 (с n-p-n-проводимостью), а при подаче на базу напряжения отрицательной полярности открывают транзистор 6 (с p-n-p-проводимостью), и по секции якоря начинает течь ток.

Таким образом, управляя подачей напряжения на базы транзисторов, незначительной величиной напряжения (мВ), осуществляют коммутацию токов обмотки якоря в десятки и более ампер. К эмиттерам транзисторов подключают постоянное по величине напряжение, которое измеряют и устанавливают равным номинальному напряжению транзистора. Положительной полярности напряжение подается на эмиттер транзистора 6 (с p-n-p-переходом), а напряжение отрицательной полярности на эмиттер транзистора 5 (с n-p-n-переходом) посредством контактных колец 8 и 9 соответственно.

По сравнению с известными из литературы устройствами для улучшения коммутации данное изобретение позволяет повысить срок службы щеточно-коллекторного узла за счет снижения величин тока и напряжения якоря.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в коллекторном электрическом двигателе постоянного тока с дополнительным устройством для улучшения коммутации. Техническим результатом является повышение срока службы щеточно-коллекторного узла за счет снижения величин тока и напряжения якоря. Щеточно-коллекторный узел электрического двигателя постоянного тока содержит коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные щетки, блок улучшения коммутации. Блок улучшения коммутации выполнен на транзисторах, при этом к каждой проводящей пластине подсоединены базы двух транзисторов с разной проводимостью p-n-p и n-p-n, коллекторы которых соединены и подключены к обмотке якоря двигателя, а эмиттер каждого транзистора соединен через резистор с базой и с контактным кольцом, установленным на валу двигателя. Щетки расположены на геометрической нейтрали и подключены к источнику питания посредством управляемого делителя напряжения. 1 ил.

Щеточно-коллекторный узел электрического двигателя постоянного тока, содержащий коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные щетки, блок улучшения коммутации, причем щетка подключена к источнику питания, отличающийся тем, что блок улучшения коммутации выполнен на транзисторах, при этом к каждой проводящей пластине подсоединены базы двух транзисторов с разной проводимостью p-n-p и n-p-n, коллекторы которых соединены и подключены к обмотке якоря двигателя, а эмиттер каждого транзистора соединен через резистор с базой и с контактным кольцом, установленным на валу двигателя, причем щетки расположены на геометрической нейтрали и подключены к источнику питания посредством управляемого делителя напряжения.