ПЛАНЕТАРНЫЙ ЭЛЕКТРОМОТОР-РЕДУКТОР С УПРАВЛЯЕМЫМ КОЛЛЕКТОРОМ Российский патент 2009 года по МПК H02K7/116 H02K7/10 H02K23/68 

Изобретение относится к электромеханике, в частности к электрическим машинам, конструктивно сопряженными с редукторами, и может использоваться в качестве электропривода широкого применения. Результатом изобретения является применение электромотор-редуктора с рычагом управления коллектором, позволяющим увеличить эксцентриситет вращения энергораспределительного устройства (коллектора).

Планетарный электромотор-редуктор с рычагом управления коллектором содержит двухступенчатую планетарную передачу, у которой в колесе с внутренним зацеплением расположен статор электродвигателя, а в шестерне с наружным зацеплением - якорь электродвигателя. Питание катушек электродвигателя осуществляется коллектором с токоподводящими и отводящими элементами, смещающимся рычагом, в результате эксцентриситет вращения коллектора увеличивается в несколько раз по сравнению с эксцентриситетом вращения самого сателлит-якоря электродвигателя.

Известен планетарный электромотор-редуктор по заявке №2005116565/09 (018900) от 31.05.2005 г., у которого зубчатое колесо первой ступени планетарного редуктора выполняет функцию статора электродвигателя, а шестерня - функцию сателлит-якоря, на оси которого жестко посажен торцевой коллектор с токоподводящими и отводящими контактами. Торцевой коллектор вращается синхронно с сателит-якорем, а их центры описывают окружности радиусом, равным эксцентриситету сателлит-якоря. Зубчатые колесо и шестерня имеют катушки электромагнитов, которые смещают сателлит-якорь относительно точки наибольшего вхождения зубьев друг в друга или относительно точки контакта образованной ими фрикционной пары. Торцевой коллектор электродвигателя, имеющий возможность вращаться эксцентрично относительно оси корпуса, обеспечивает смещение фазы электродвижущей силы электродвигателя, запитывая катушки электромагнитов статора и сателлит-якоря. Шестерня сателлит-якоря электродвигателя может покрываться материалом специального профиля, способного одеваться на зубья или детали фрикционной пары как чехол и сниматься с них. С целью уменьшения вибрационных нагрузок электродвигателя появилась тенденция к уменьшению эксцентриситета вращения сателлит-якоря (например, до одного миллиметра), однако у таких планетарных электромотор-редукторов возникли трудности в размещении контактов в коллекторе и в корпусе щеткодержателя с электроподводящими и отводящими элементами, при этом возникает сильное искрообразование, а между близко расположенными контактами коллектора, вращающегося по окружности с малым эксцентриситетом е, происходит пробивание электрической дуги между полюсами тока.

Предлагаемый планетарный электромотор-редуктор с рычагом управления коллектора включает в себя: кроме известных зубчатых колес редуктора или фрикционных пар, выполняющих одновременно функцию статора и сателлит-якоря электродвигателя, рычаг управления коллектором, увеличивающим эксцентриситет вращения только коллектора, то есть энергораспределительного устройства, причем вибрационные нагрузки будут возникать в противофазе между сателлит-якорем и коллектором, что способствует гашению вибрационных нагрузок электродвигателя. При этом стальной якорь электродвигателя заменяется упругим материалом (например, резиной или капроном) с вмонтированными в него постоянными магнитами, создающими крутящий момент выходного вала привода за счет фрикционной пары или зубьев, при этом энергораспределительное устройство может не вращаться вокруг своей оси, а только эксцентрично смещаться, поочередно запитывая катушки электродвигателя. Кроме того, имеется возможность установить зубчатые или фрикционные пары планетарных передач по торцам сателлит-якоря так, что они выполняют функцию подшипников, при этом тела сателлит-якоря и статора не касаются друг друга при работе.

На фиг.1 показан предлагаемый планетарный электромотор-редуктор с рычагом управления коллектором. Рычаг своим коротким концом входит в шлицевое зацепление сателлит-якоря и совершает вращение с небольшим эксцентриситетом, а длинный его конец входит в шлицы коллектора, который будет иметь эксцентриситет вращения в несколько раз больший, чем у сателлит-якоря. Концы рычагов и его опора выполнены сферической или прямой формы и обхватываются соответственно прямой или сферической формой подшипников.

На фиг.2 - то же, сечение А-А.

На фиг.3 - то же, вид по Б-Б с наложением на него вида Б'-Б'.

На фиг.4 - планетарный электромотор-редуктор с рычагом управления коллектором. У рычага отсутствуют шлицевые соединения на его концах, при этом коллектор имеет токоподводящие и отводящие кольца, расположенные по диаметру коллектора, у которого центр описывает окружность с радиусом большого эксцентриситета (е₁), причем коллектор может не вращаться вокруг своей оси, а только смещаться, наезжая на контакты, закрепленные в рессорных шинах. Контакты соединены с катушками электродвигателя, при этом токоподводящие и отводящие кольца удерживаются от проворота пружинами.

На фиг.5 - то же, сечение В-В.

На фиг.6 - то же, сечение (Г-Г) контактов с рессорными шинами.

На фиг.7 - то же, сечение (Д-Д) подвода сетевого напряжения к коллектору.

На фиг.8 показан электромотор-редуктор, у которого зубчатые или фрикционные пары установлены по торцам сателлит-якоря, выполняя функцию подшипников, при этом сателлит-якорь и статор установлены так, что они не касаются друг друга.

В корпусе 1 (фиг.1, 2 и 3) расположен статор 2 с катушками 3 электромагнитов. Статор 2 имеет зубья 4 с внутренним зацеплением, которые входят в зацепление с зубьями 5 сателлит-якоря 6, в котором расположены силовые электропроводы 7, соединенные по торцам между собой. Сателлит-якорь 6 зубьями 8 входит в зацепление с зубьями 9 шпинделя 10, переходящего в силовой вал привода. Сателлит-якорь 6 через подшипник 11 также воздействует на короткий конец 12 рычага 13, который сферической поверхностью 14 опирается на сферическое гнездо звездочек (шайб) 15 и 16. Рычаг 13 вторым концом 17 входит в зацепление с коллектором 18, прижатым пружиной 19 к крышке 20 электродвигателя.

За счет разности плеч рычага 13 малый эксцентриситет е сателит-якоря электродвигателя преобразуется в большой эксцентриситет е₁ коллектора, в результате появляется возможность надежного размещения щеток 21 и 22 с электропроводами электрокатушек 3, а также сетевого токоподводящего кольца 23 и отводящего контакта 24, что исключает пробивание электродуги и уменьшает искрообразования между контактами 25 коллектора 18 по сравнению с электродвигателями, у которых коллектор вращается с малым эксцентриситетом е. Рычаг 13 на концах имеет шлицевые соединения, которые контактируют с подшипником 11 и коллектором 18, при этом коллектор 18 вращается синхронно с сателлит-якорем 6, но в противофазе, гася вибрационные нагрузки электродвигателя.

У электромотор-редуктора, изображенного на фиг.4, 5, 6 и 7, сателлит-якорь 26 выполнен не стальным, а из упругого материала (например, резины или капрона), в который встроены пластины 27 постоянного магнита, причем сателлит-якорь может вставляться в статор 2 без зазора или в натяг. При подаче же электрического тока в обмотки катушки 3 сателлит-якорь 26 прижмется к одной из сторон статора 2, создав эксцентриситет е и зазор 28 в противоположной стороне статора 2, при этом внутренней полостью 29 сателлит-якорь 26 плотно прижмется к валу 30, а при обкатывании сателлит-якоря 26 по статору 2 вал 30 за счет силы трения также придет во вращение, создавая крутящий момент электродвигателя. Рычаг 31 может не иметь на концах шлицов, во время работы он не будет вращаться вокруг своей оси, в результате коллектор 32 также не будет вращаться, а только смещаться, при этом его точка центра будет описывать окружность радиусом e₁. Токоподводящие и отводящие кольца 33 и 34 касаются подпружиненных контактов 35 и 36 (фиг.6), укрепленных на рессорных шинах 37 и 38 (фиг.4). Величина хода рессорных шин 37 и 38 регулируется ограничителями 39 (фиг.6), укрепленными на подвижной шайбе, в результате регулируется количество подпружиненных контактов 35 и 36, замкнутых одновременно на кольцах 33 и 34 (фиг.4). Напряжение сети подводится к кольцам 40 (фиг.7) и 41 (фиг.4), от которых оно через токосъемники 42 и 43 подается к кольцам 33 и 34. Кольца 40 и 41 удерживаются от проворота пружинами 44. Рукояткой 45 регулируется положение корпуса 46 коллектора 32, обеспечивая изменение частоты вращения вала и крутящего момента, а также осуществляется реверс электродвигателя.

При подаче на обмотки электромагнитов статора соответствующего переменного тока рычаг и коллектор не устанавливаются в электродвигателе.

На фиг.8 изображен планетарный электромотор-редуктор, у которого первая и вторая ступень передач разнесены по торцам сателлит-якоря 47. К утолщенной части 48 сателлит-якоря крепится съемная шестерня 49, которая обкатывается по съемному колесу 50 с внутренним зацеплением, образуя первую ступень редуктора или фрикционной пары. К другой утолщенной части 51 сателлит-якоря крепится другая съемная шестерня 52, которая с колесом 53 образует вторую ступень, в свою очередь колесо 53 переходит в вал 54 электродвигателя.

Изобретение относится к области электротехники и электромеханики, в частности - к электрическим машинам, и касается особенности конструктивного выполнения планетарного электромотор-редуктора с рычагом управления коллектором. Сущность изобретения состоит в том, что для увеличения эксцентриситета вращения коллектора в несколько раз по сравнению с эксцентриситетом сателлит-якоря, в предлагаемом планетарном электромотор-редукторе используется рычаг управления коллектором. Предлагаемый планетарном электромотор-редуктор содержит планетарную передачу в виде фрикционной пары или планетарного редуктора, первая ступень которых выполняет функцию статора и сателлит-якоря электродвигателя, при этом коллектор вращается синхронно с сателлит-якорем, а статор и сателлит-якорь снабжены катушками электромагнитов, смещающих сателлит-якорь относительно точки наибольшего вхождения зубьев колеса и шестерни первой ступени планетарного редуктора друг в друга или относительно точки контакта фрикционной пары, коллектор, имеющий возможность вращаться эксцентрично относительно корпуса, обеспечивает смещение фазы электродвижущей силы электродвигателя и замыкает катушки электромагнитов статора и сателлит-якоря, а упомянутый рычаг управления коллектором имеет разные плечи, конец короткого из которых входит в зацепление сателлит-якоря, а конец длинного - входит в коллектор для обеспечения его вращения с эксцентриситетом, превышающим эксцентриситет вращения сателлит-якоря. Коллектор может быть использован как с торцевым, так и с цилиндрическим расположением контактов, при этом токоподводящие и отводящие элементы коллектора не вращаются, а имеют только колебательное движение. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в улучшении работы планетарного электромотор-редуктора путем увеличения эксцентриситета вращения коллектора, позволяющего надежно разместить токоподводящие и отводящие элементы в коллекторе и щеткодержателе, уменьшить искрообразование щеток и электрической дуги от контактов коллектора, а также в обеспечении широкой регулировки частоты вращения, крутящего момента и реверса электродвигателя. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Планетарный электромотор-редуктор с управляемым коллектором, содержащий планетарную передачу в виде фрикционной пары или планетарного редуктора, первая ступень которых выполняет функцию статора и сателлит-якоря электродвигателя, при этом коллектор вращается синхронно с сателлит-якорем, а статор и сателлит-якорь снабжены катушками электромагнитов, смещающих сателлит-якорь относительно точки наибольшего вхождения зубьев колеса и шестерни первой ступени планетарного редуктора друг в друга, или относительно точки контакта фрикционной пары, при этом коллектор, имеющий возможность вращаться эксцентрично относительно корпуса, обеспечивает смещение фазы электродвижущей силы электродвигателя и замыкает катушки электромагнитов статора и сателлит-якоря, отличающийся тем, что он снабжен рычагом управления коллектором, имеющим разные плечи, конец короткого из которых входит в зацепление сателлит-якоря, а конец длинного входит в коллектор для обеспечения его вращения с эксцентриситетом, превышающим эксцентриситет вращения сателлит-якоря.

2. Планетарный электромотор-редуктор с управляемым коллектором по п.1, отличающийся тем, что сателлит-якорь выполнен из упругого материала, например резины или капрона, с вмонтированными в него постоянными магнитами.

3. Планетарный электромотор-редуктор с управляемым коллектором по п.1, отличающийся тем, что коллектор выполнен с цилиндрическим расположением подпружиненных контактов и устройством регулирования количества упомянутых подпружиненных контактов, замыкающихся на токоподводящих и отводящих элементах коллектора.

4. Планетарный электромотор-редуктор с управляемым коллектором по п.1, отличающийся тем, что концы рычага управления коллектором выполнены со сферическими или прямыми поверхностями, которые охватываются, соответственно, прямыми или сферическими втулками, выполняющими функцию подшипников.

5. Планетарный электромотор-редуктор с управляемым коллектором по п.1, отличающийся тем, что содержит подвижный корпус коллектора с системой управления им, при этом коллектор имеет возможность перемещаться синхронно с сателлит-якорем, но в противофазе с ним, для обеспечения гашения вибрационных нагрузок, регулирования частоты вращения вала и крутящего момента, а также для осуществления реверса электродвигателя.

6. Планетарный электромотор-редуктор с управляемым коллектором по п.1, отличающийся тем, что зубчатые или фрикционные пары планетарных передач установлены по торцам сателлит-якоря и выполняют функции подшипников.