КОЛЛЕКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК H02K13/14 H02K23/02 H01R39/46 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коллекторным электродвигателям постоянного или переменного тока без дополнительных полюсов, и предназначено для приведения в движение машин и механизмов в случаях, когда определяющими факторами являются большая мощность двигателя и надежная работа его токосъемного устройства.

Известен универсальный коллекторный электродвигатель (КЭД) постоянного или переменного тока без дополнительных полюсов (ДП), имеющий такой же принцип действия, как и заявляемый КЭД [Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины и микромашины. Учебник для вузов. - М.: Высш. Школа, 1981]. Однако эти двигатели имеют малую мощность, так как безыскровая работа щеток КЭД без ДП большой мощности трудноосуществима, особенно при питании его переменным напряжением.

Также известен КЭД постоянного тока без ДП большой мощности, имеющий как и заявляемый двигатель изолированные от щеткодержателя составные щетки, части которых изолированы друг от друга и подключены к питающему проводу одной полярности через вентили [а.с. СССР №862292, H01R 39/46]. Однако токосъемное устройство этого двигателя содержит большое количество вентилей, равное числу частей составной щетки, и имеет низкую механическую прочность, так как ширина частей щеток не превышает толщину изоляции между коллекторными пластинами.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому КЭД (прототипом) является коллекторный электродвигатель постоянного тока без ДП большой мощности с многоходовой якорной обмоткой и изолированными от щеткодержателя составными щетками, части которых подключены к питающему проводу одной полярности через вентили [а.с. СССР №130960, Н02К 13/14 и Н02К 23/34]. Однако токосъемное устройство этого двигателя также содержит большое количество вентилей (при трехходовой якорной обмотке каждая щетка содержит четыре вентиля) и имеет низкую механическую прочность щеток, так как ширина их частей не превышает коллекторного деления.

Изобретением решается задача упрощения конструкции и повышения надежности токосъемного устройства КЭД без ДП большой мощности.

Это достигается тем, что в коллекторном электродвигателе постоянного тока без ДП большой мощности с многоходовой якорной обмоткой и изолированными от щеткодержателя составными щетками, части которых подключены к питающему проводу одной полярности через вентили, согласно изобретению, в каждом слое паза якоря уложено одинаковое число активных сторон секций каждого хода его обмотки, а части щетки непосредственно подключены к питающим проводам изолированных друг от друга источников постоянного или переменного напряжения, расположены одна от другой на расстоянии не менее толщины коллекторной пластины и имеют ширину А контакта с коллектором, удовлетворяющую следующему условию:

где m - число ходов якорной обмотки; β_к - коллекторное деление; Δ - толщина изоляции между коллекторными пластинами.

Изобретение поясняется графически. На фиг.1 показана схема питания постоянным или переменным напряжением трехходовой петлевой обмотки якоря четырехполюсного КЭД.

К пластинам коллектора К подключена трехходовая петлевая обмотка якоря, содержащая двенадцать параллельных ветвей W1-W12. На коллекторе К установлены четыре изолированные от щеткодержателя щетки, состоящие из двух частей В1 и В2; В3 и В4; В5 и В6; В7 и В8, которые непосредственно подключены к питающим проводам изолированных друг от друга двух источников постоянного или переменного напряжения U1 и U2.

Коллекторный электродвигатель, питание якорной обмотки которого осуществляется по схеме, изображенной на фиг.1, работает как обычный универсальный КЭД без ДП малой мощности. Но заявляемый двигатель может быть выполнен на большую мощность, так как безыскровая работа его щеток обеспечивается тем, что при выполнении условия (1) части щеток В1 и В2; В3 и В4; В5 и В6; В7 и В8, расположенные одна от другой на расстоянии не менее толщины коллекторной пластины, не замыкают накоротко коммутируемые секции S1-S12 якорной обмотки, так как они подключены к питающим проводам изолированных друг от друга различных источников U1 и U2.

При вращении коллектора заявляемого двигателя одновременно осуществляется коммутация тока во всех параллельных ветвях двух ходов якорной обмотки, причем в ветвях одного хода ток возрастает, а другого - снижается до нуля. При положении коллектора, приведенного на фиг.1, и его вращении по часовой стрелке в параллельных ветвях W1-W4 первого хода ток возрастает, а в ветвях W9-W12 третьего хода - снижается.

Учитывая, что у якорных секций, составляющих одну катушку и расположенных в одном слое паза, существует практически полная взаимоиндуктивная связь [Толкунов В.П. Теория и практика коммутации машин постоянного тока. - М.: Энергия, 1979, с.75], то при укладке в каждом слое паза якоря заявляемого двигателя одинакового числа активных сторон секций каждого хода обмотки одновременное увеличение и уменьшение токов в коммутируемых ветвях первого и третьего ходов не влияет на полный ток паза и созданный им магнитный поток. При этом в параллельных ветвях не индуктируются ЭДС от коммутации тока, и выключение ветвей W9-W12 третьего хода произойдет без возникновения искрения под щетками.

Для репульсионного КЭД статорную обмотку можно питать от одного источника переменного тока. При этом части каждой щетки должны быть накоротко замкнуты с близлежащими частями других щеток.

На фиг.2 показана схема подключения частей В1-В8 составных щеток для репульсионного КЭД, якорная обмотка которого изображена на фиг.1. В этом случае щетки также не замыкают накоротко коммутируемые секции S1-S12 якорной обмотки, а разрыв тока в параллельных ветвях W9-W12 третьего хода обмотки не сопровождается искрообразованием.

По сравнению с прототипом заявляемый КЭД имеет более простую и надежную конструкцию токосъемного устройства (отсутствие вентилей и более надежные в механическом отношении части составных щеток) и может работать на переменном токе.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к коллекторным электродвигателям постоянного или переменного тока без дополнительных полюсов, и предназначено для приведения в движение машин и механизмов в случаях, когда определяющими факторами являются большая мощность двигателя и надежная работа его токосъемного устройства. Технический результат, достигаемый данным изобретением, заключается в упрощении конструкции и повышении надежности токосъемного устройства двигателя (отсутствие вентилей и более надежные в механическом отношении части составных щеток), а также в возможности питания его переменным напряжением. Указанный технический результат достигается путем того, что в каждом слое паза якоря уложено одинаковое число активных сторон секций каждого хода его обмотки, а части щетки непосредственно подключены к питающим проводам изолированных друг от друга источников постоянного или переменного напряжения, расположены одна от другой на расстоянии не менее толщины коллекторной пластины и имеют ширину А контакта с коллектором, удовлетворяющую следующему условию: А≤(m-1)β_к+Δ, где m - число ходов якорной обмотки; β_к - коллекторное деление; Δ - толщина изоляции между коллекторными пластинами. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Коллекторный электродвигатель постоянного тока без ДП большой мощности с многоходовой якорной обмоткой и изолированными от щеткодержателя составными щетками, части которых подключены к питающему проводу одной полярности через вентили, отличающийся тем, что в каждом слое паза якоря уложено одинаковое число активных сторон секций каждого хода его обмотки, а части щетки непосредственно подключены к питающим проводам изолированных друг от друга источников постоянного или переменного напряжения, расположены одна от другой на расстоянии не менее толщины коллекторной пластины и имеют ширину А контакта с коллектором, удовлетворяющую следующему условию:

А≤(m-1)β_к+Δ,

где m - число ходов якорной обмотки; β_к - коллекторное деление;

Δ - толщина изоляции между коллекторными пластинами.