БЕСКОЛЛЕКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2009 года по МПК H02K29/06 

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения бесколлекторных электрических машин постоянного тока, предназначенных для использования в качестве двигателей или генераторов постоянного тока.

Известна электрическая машина, описанная в заявке РФ №92012386 «Электрическая машина и способ ее изготовления» по кл. Н02К 15/02, 23/00, заявлено 16.12.92, опубл. 10.03.95.

Известная электромашина содержит установленную на валу роторную часть, размещенную в корпусе статорную часть с коммутационным узлом, связанный с корпусом центрирующий элемент с опорным буртиком, а также пару подшипников под концы вала роторной части, установленных в корпусе с возможностью ограниченного вращения, при этом поверхность центрирующего элемента выполнена сферической, а его буртик ортогонален оси вала роторной части электрической машины, причем центр сферы центрирующего элемента расположен в области центра вращения близлежащего подшипника.

Недостатком известной электромашины является сложность конструкции, обусловленная наличием центрирующего элемента.

Известна бесколлекторная универсальная электрическая машина постоянного тока, описанная в одноименной заявке №2004137225 по кл. Н02К 57/00, заявлено 20.12.2004, опубл. 27.05.2006 г.

Известная машина содержит неподвижный статор из магнитомягкой стали, выполненный в виде пустотелого цилиндра, кольцевую обмотку, безобмоточный ротор с постоянными магнитами, при этом на внутренней и наружной сторонах статора параллельно его продольной стороне выполнены открытые продольные пазы, расположенные в шахматном порядке, на валу ротора закреплен диск, на торце которого размещены два концентрично расположенных пустотелых цилиндра, охватывающих статор с внутренней и наружной его сторон, причем на наружной поверхности внутреннего цилиндра и внутренней поверхности наружного цилиндра равномерно по их окружности размещено одинаковое количество постоянных магнитов, а плоскости симметрии каждой пары магнитов совпадают с диаметральными плоскостями симметрии ротора, общими для каждой пары магнитов, а одноименные полюса всех магнитов обращены в сторону статора.

Недостатком известной электрической машины является сложность конструкции.

Известна бесколлекторная универсальная электрическая машина постоянного тока, описанная в одноименном патенте РФ №2130682 по кл. Н02К 27/00, 27/24, 23/54, заявлено 13.02.98, опубл. 20.05.99.

Известная электрическая машина содержит корпус, ротор с магнитными системами и статор с многовитковыми рабочими обмотками, и имеется по меньшей мере один модуль, в котором на валу ротора установлена втулка с внешней и внутренней магнитными системами, между полюсами которых размещен статор с четным или нечетным числом рабочих многовитковых обмоток с четным или нечетным числом рабочих рядов в них, внутри статора размещена система управления рабочими рядами многовитковых обмоток, электрически связанная с электронными коммутаторами, при этом ротор каждого модуля выполнен с пазами для взаимодействия с другими модулями.

Недостатком известной электрической машины является сложность конструкции.

Хотя известны бесколлекторные электрические машины постоянного тока, однако, по мнению заявителя, конструктивно наиболее близкой к заявляемой является электрическая машина постоянного тока, описанная в кн.: И.П.Копылова «Электрические машины», М., «Высшая школа», 2006 г., стр.482-495 и выбранная в качестве прототипа.

Известная электрическая машина постоянного тока - это двигатель (то же, стр.490-492), к станине которого прикреплены главные полюсы с обмотками возбуждения и добавочные полюсы для обеспечения удовлетворительной коммутации, а на валу расположен магнитопровод якоря с обмоткой, секции которой присоединены к коллектору, служащему коммутатором секций обмотки, якорь машины соединен со статором через подшипниковые щиты, в которых находятся подшипники, закрепленные крышками; к одному из подшипниковых щитов прикреплена траверса, на которой расположены щеточные пальцы со щеткодержателями, в которых находятся щетки, обеспечивающие при вращении скользящий контакт с коллектором и служащие токосъемным аппаратом. Для измерения частоты вращения на подшипниковом щите укреплен тахогенератор, выполненный на базе генератора постоянного тока. Станина является одновременно ярмом статора и в ней замыкается поток возбуждения от обмоток возбуждения. Коллектор обычно используется с графитовыми щетками.

При таком конструктивном решении из-за наличия трущихся деталей контактной группы невозможно исключить искрообразование, происходит износ щеточного узла, что накладывает большие ограничения на ресурс электрической машины. Сопротивление в щеточном узле является сопоставимым с сопротивлением обмоток ротора, что приводит к потерям и низкому коэффициенту полезного действия. В совокупности это ухудшает эксплуатационные свойства машины.

Задачей является улучшение эксплуатационных характеристик.

Поставленная задача решается тем, что в электрической машине постоянного тока, содержащей размещенную в корпусе статорную часть с обмотками, расположенными на корпусе, установленную на валу роторную часть с обмоткой, связанную с коммутатором, и соединенную со статором через подшипниковые щиты, в которых расположены подшипники, связанные с токосъемными элементами, согласно изобретению корпус и вал разделены на электрически изолированные части, введен датчик для указания положения ротора, соединенный с коммутатором, который представляет собой полупроводниковую схему управления подачей напряжения на обмотки ротора, и запитывается через подшипники с электропроводящей смазкой.

Разделение корпуса и вала на две электрически изолированные части дает возможность подавать напряжение на полупроводниковую схему управления на обмотки ротора через подшипники, что в совокупности с использованием электропроводящей смазки, исключающей подгорание подшипников, позволяет исключить искрообразование, уменьшить потери и улучшает качество управления.

Технический результат - обеспечение возможности подавать напряжение на схему управления через подшипники.

Заявляемое техническое решение обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как разделение корпуса и вала на электрически изолированные части, введение датчика положения ротора, соединенного со входом коммутатора, выполнение коммутатора в виде полупроводниковой схемы, подача напряжения на схему управления через подшипники, снабженные электропроводящей смазкой, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Хотя выполнение коммутатора полупроводниковым известно (см. вышеназванную книгу, стр.483), однако заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, позволяющими в совокупности получить заданный эффект, поэтому он считает, что заявляемая бесколлекторная электрическая машина постоянного тока соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемая электрическая машина может найти широкое применение в области электротехники в качестве двигателя или генератора постоянного или переменного тока, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежом, где показан схематично вид устройства в разрезе.

Заявляемая бесколлекторная электрическая машина постоянного тока содержит корпус 1, соосно размещенные в нем на валу 2 статор 3 с обмотками 4, ротор 5 с обмотками 6, подшипники 7, датчик 8 положения ротора 5, схему 9 управления подачей напряжения на обмотки ротора 5. При этом корпус 1 разделен на электрически изолированные части 1' и 1'' с помощью изолятора 10, а вал - также на электрически изолированные части 2' и 2'', выход датчика 8 положения ротора 5 электрически соединен со входом схемы 9 управления подачей напряжения на обмотки 6 ротора 5. Схема 9 управления выполнена на полупроводниковых ключах, датчик 8 может быть механическим, емкостным или оптическим.

Электромашина работает следующим образом.

Напряжение постоянного тока от источника (на чертеже не показан) прикладывается между частями 2' и 2'' вала через подшипники 7. Схема 9 управления подачей напряжения на обмотки 6 ротора 5 на основании показаний датчика 8 положения ротора 5 подает напряжение на обмотки 6 таким образом, чтобы создать вращающий момент в нужном направлении. Обмотки 4 статора 3 всегда запитаны одинаковым образом и могут быть заменены постоянными магнитами. После поворота ротора 5 до следующего показания датчика 8 положения ротора 5 схема 9 управления подачей напряжения на обмотки 6 ротора 5 переключает напряжение на обмотках ротора 5 таким образом, чтобы снова создать момент в нужном направлении вращения. Использование электропроводящей смазки, например марки «HCG+», для подшипников исключает их подгорание.

В сравнении с прототипом заявляемая бесколлекторная электрическая машина постоянного тока имеет более хорошие эксплуатационные характеристики.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве двигателя или генератора постоянного тока. Технический результат состоит в улучшении эксплуатационных характеристик. Бесколлекторная электрическая машина постоянного тока содержит корпус, соосно размещенные в нем на валу статор с обмотками, ротор с обмотками, подшипники, датчик положения ротора, схему управления подачей напряжения на обмотки ротора. Корпус и вал разделены на электрически изолированные части. Выход датчика положения ротора электрически соединен со входом схемы управления подачей напряжения на обмотки ротора. Схема управления выполнена на полупроводниковых ключах. Датчик положения ротора может быть механическим, емкостным или оптическим. Разделение корпуса и вала на две электрически изолированные части дает возможность подавать напряжение на полупроводниковую схему управления через подшипники, что в совокупности с использованием электропроводящей смазки, исключающей подгорание подшипников, позволяет исключить искрообразование, уменьшить потери и улучшает качество управления. Полупроводниковая схема управления подает напряжение на обмотки ротора в зависимости от показаний датчика о положении ротора. 1 ил.

Электрическая машина постоянного тока, содержащая размещенную в корпусе статорную часть с обмотками, расположенными на корпусе, установленную на валу роторную часть с обмоткой, связанную с коммутатором, и соединенную со статором через подшипниковые щиты, в которых расположены подшипники, связанные с токосъемными элементами, отличающаяся тем, что корпус и вал разделены на электрически изолированные части, введен датчик для указания положения ротора, соединенный с коммутатором, который представляет собой полупроводниковую схему управления подачей напряжения на обмотки ротора и запитывается через подшипники с электропроводящей смазкой.