Устройство для снижения уровня радиопомех и искрения коллекторных электрических машин Советский патент 1980 года по МПК H01R39/04 H02K13/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ РАДИОПОМЕХ И ИСКРЕНИЯ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

1

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при производстве коллекторных электрических машин для снижения уровня радиопомех и искрения при их эксплуатации.

Известны различные устройства подавления радиопомех и снижения искрения, возникаюших между коллектором и шетками электрических машин, у которых используют специальные конструкции коллекторов, где проводяшая и диэлектрическая пластины расположены соответственно между несушей частью коллектора и коллекторными пластинами, причем проводяшая пластина соединена с заземленным валом 1.

Основным недостатком этих конструкций является сложная технология изготовления коллекторов, так как между несушей частью коллектора и коллекторными пластинами дополнительно расположены проводяшая и диэлектрическая пластины соответственно. Таким образом, возникает большая трудоемкость установки коллекторных пластин на диэлектрическую пластину, а также снижается прочность соединения коллекторных пластин с несушей частью коллектора. Поэтому подобные конструкции могут быть приемлемы в электрических машинах с низкими скоростями вращения.

Известно устройство для снижения уровня радиопомех и искрения коллекторных электрических машин, содержашее диэлектрическое кольцо и проводяший элемент, выполненный в виде металлического слоя, нанесенного на внешнюю поверхность диэлектрического кольца, которое установлено с торцов коллекторных пластин и прилегает к ним своей неметаллизированной поверх0 ностью 2.

Однако это устройство неравномерно снижает уровень радиопомех в подлежашем зашите радиоспектре, т. е. не одинаково воздействует на несушие частоты с личной природой возникновения, которые имеют различную частоту.

Цель изобретения - повышение равномерной эффективности подавления напряжений радиопомех в подлежашем зашите радиоспектре с различной природой возникнове20 ния и снижения искрения коллекторных электрических машин.

Для достижения поставленной цели устройство снабжено двумя догюлнительными диэлектрическими кольцами, металлизированными с одной стороны, одно из которых прилегает неметаллизированной стороной к наружной поверхности петушков, а другое - к торцам упомянутых петушков, обращенных к рабочей поверхности коллектора, а диэлектрические кольца выполнены из материалов с различной диэлектрической проницаемостью.

Кроме того, диэлектрические кольца выполнены различной толщины.

Снижение искрения достигнуто при помощи шунтирования дуговых разрядов под сбегающим краем щетки суммарным действием емкостей конденсаторов одновременно коммутируемых коллекторных пластин, обкладками которых являются нерабочие поверхности этих пластин и металлизированные поверхности диэлектрических колец.

На завершающем этапе коммутации, в момент разрыва щетки с коллекторной пластиной, электромагнитная энергия, запасенная в секции электрической машины, расходуется в активном сопротивлении, в дуге и на электромагнитное излучение. При наличии увеличенной емкости, шунтирующей секцию на завершающем этапе коммутации, ток, разрываемый щеткой, замыкается через емкости, таким образом стремясь поддержать напряжение на секции постоянным, что облегчает работу вбегающего края щеточного контакта в момент разрыва, благодаря чему и уменьщается искрообразование и энергия электромагнитного излучения.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 схема замещения устройства.

Устройство содержит щетки 1 и 2 разной полярности, коллектор 3, коллекторные пластины 4, плоское диэлектрическое кольцо 5, установленное с торца петушка, обращенного к рабочим поверхностям коллекторных пластин, металлизированный слой 6 диэлектрического кольца 5, цилиндрическое диэлектрическое кольцо 7, металлизированный слой 8 цилиндрического диэлектрического кольца 7, плоское диэлектрическое кольцо 9, установленное с торца коллекторных пластин, металлизированный слой 10 диэлектрического кольца 9.

Диэлектрические кольца 5, 7 и 9 с металлизированными слоями 6, 8 и 10 соответственно установлены неметаллизированными поверхностями на внещние нерабочие поверхности коллектора 3 так, что диэлектрические кольца равномерно прилегают к нерабочим поверхностям всех коллекторных пластин 4. Кольцо 5 установлено с торцов петушка коллекторных пластин, обращенных к рабочей поверхности пластин, кольцо 7 - по наружной поверхности петушков коллекторных пластин, а кольцо 9 - с торцов коллекторных пластин.

Установку диэлектрических колец производят на коллектор при полностью изготовленном якоре электрической машины, когда выводы обмоток распаяны по коллектору, а коллектор продорожен и про-гочен окончательно.

Таким образом, диэлектрические кольца можно устанавливать на собранный якорь в процессе изготовления электрических машин, не изменяя основной технологии изготовления коллекторов, а также на эксплуатируемые коллекторные машииы с необходимой предварительной проточкой коллектора.

Схема замещения предлагаемого устройства содержит щетки 1 и 2 разной полярности, коллектор 3 в развернутом виде, коллекторные пластины 4, коммутируемые щетками; плоское диэлектрическое кольцо 5, расположенное с торца петушков коллекторных пластин, обращенных металлизированной поверхностью к рабочей поверхности пластин, которое создает емкости Ci, металлизированный слой 6 диэлектрического кольца 5; цилиндрическое диэлектрическое кольцо 7, расположенное на петушках коллекторных пластин, образующее емкости С г, металлизированный слой 8 диэлектрического кольца 7, плоское диэлектрическое кольцо 9, установленное с торцов колJ лекторных пластин, образующее емкости Cj, металлизированный слой 10 диэлектрического кольца 9, секции 11 обмотки электрической мащины, высокочастотный ток 3 :, замыкающийся по наикратчайшему пути че- рез конденсаторы С i и С з и металлизированные поверхности 6 и 10 диэлектрических колец 5 и 9 соответственно, соседние одновременно коммутируемые коллекторные пластины по высокой частоте в процессе коммутации в момент разрыва щетки с отходя5 щей из-под щетки коллекторной пластиной; высокочастотный выравнивающий ток 3 2, протекающий по наикратчайщему пути через конденсаторы Cj и С, металлизированные поверхности 6 и 10 диэлектрических колец 5 и 9 соответственно от одновременно коммутируемых коллекторных пластин разнополярных щеток; симметрирующий ток tJa,протекающий по наикратчайшему пути через конденсаторы С 2, металлизированную поверхность 8 диэлектрического 5 кольца 7 от пульсаций потенциалов коллекторных пластин.

За счет емкостей С 2, образованных диэлектрическим кольцом 7 и его металлизированным слоем 8, по которым протекает ток J 3, выравниваются потенциалы коллекторных пластин от пульсаций основного магнитного потока ,в воздушном зазоре, обусловленные зубчатостью, различного рода эллиптичностью или эксцентриситетом якоря, анизотропией магнитных свойств стали S и т. п. с помощью совокупного действия емкостей С i и Cj, образованных диэлектрическими кольцами 5 и 9, и их металлизированными слоями 6 и 10 соответственно, по которым протекает ток 3 2, замыкаются по наикратчайшему пути высокочастотные на пряжения радиопомех, образующиеся в каждом скользящем контакте между коллектором и разнополярными щетками, а также ток 3 i, разрываемый между щеткой и коллекторной пластиной, по наикратчайщему пути через емкости С| и Cj соседних коллекторных пластин, облегчая работу сбегающего края щетки, стремясь поддержать напряжение секционно постоянным, что приводит к уменьщению амплитуд перенапряжений в момент разрыва секции со щеткой, следствием уменьшения которых является снижение искрения и уровня радиопомех. Таким образом, созданы равномерно распределенные по коллектору емкости между внещними нерабочими поверхностями каждои коллекторной пластины и металлизированными поверхностями 6, 8 и 10 диэлектрических колец 5, 7 и 9 соответственно, причем емкости конденсаторов от каждого кольца различны по величине, а материалы, из которых выполнены диэлектрические кольца, имеют различную зависимость диэлектрической проницаемости от частоты. В результате замыкаются на самом коллекторе по наикратчайшим путям различные по своей природе возникновения высокочастотные напряжения радиопомех, чем и достигается повышение равномерной эффективности подавления радиопомех в подлежащем зашите радиоспектре от 0,15 до 300 мГц. Емкости конденсаторов Cj-€3, образованные между нерабочими поверхностями коллекторных пластин и металлизированными слоями диэлектрических колец 5, 7 И 9, выбираются из условия,требуемого снижения уровня радиопомех и искрения. Емкости зависят от толщины диэлектрических колец и диэлектрической проницаемости применяемых материалов, а также от конструктивных особенностей коллектора электрической машины. Снижение уровня радиопомех и искрения предлагаемым устройством проверяется на коллекторных электрических машинах. В исследуемых машинах применяются диэлектрическое кольцо 5, сделанное из конденсаторной керамики типа ТСМ-200 с диэлектрической проницаемостью Е 200, толщина диэлектрического кольца равна 0,5 мм; диэлектрическое кольцо 7, сделанное из конденсаторной керамики типа ТСМ40 с диэлектрической проницаемостью Е 40, толщина диэлектрического кольца равна 1 мм; диэлектрическое кольцо 9, еделанное из конденсаторной керамики типа ТСМ-80 с диэлектрической проницаемостью Е 80, толщина которого равна 0,7 мм, а толщина металлизированных слоев 6, 8 и 10, полученных вжиганием серебряной пасты, составляет у всех 0,01 мм. В результате образуются емкости, равномерно распределенные по коллектору, между каждой внешней поверхностью коллекторной пластины и металлизированными слоями: от диэлектрического кольца 5 - по 15 пФ, от диэлектрического кольца 7 - по 2 пФ и от диэлектрического кольца 9 - по 4 пФ. За счет образованных емкостей достигается более равномерное уменьщение уровня радиопомех практически по всем диапазоне частот от 0,15 до 300 мГц (в среднем в 4-10 раз) и снижение искрения с 1,5 до 1 балла по ГОСТ- 183-74. Таким образом, уменьщая уровень радиопомех коллекторных электрических мащин, которые щироко применяются в следящих приводах как исполнительные двигатели, как генераторы для питания бортовой аппаратуры и аппаратуры связи в системах электроснабжения на летательных аппаратах, суднах, а также в качестве тяговых и приводных электродвигателей, значительно повышается качество электромагнитной совместимости машин с радиоэлектрическими системами, и существенно улучшается качество радиосвязи. Снижение искрения между коллектором и щетками увеличивает срок службы коллекторных электрических машин, так как искрение вызывает подгар и повышенный иэнос как шеток, так и коллектора электрической машины. Формула изобретения 1.Устройство для снижения уровня радиопомех и искрения коллекторных электрических машин, содержашее диэлектрическое кольцо и проводящий элемент, выполненный в виде металлического слоя, нанесенного на внещнюю поверхность диэлектрического кольца, которое установлено с торцов коллекторных пластин и прилегает к ним своей неметаллизированной поверхностью, отличающееся тем, что, с целью повышения равномерной эффективности подавления напряжений радиопомех с различной природой возникновения в радиоспектре, подлежащем защите, и снижения искрения, устройство снабжено двумя дополнительными диэлектрическими кольцами, металлизированными с одной стороны, одно из которых прилегает неметаллизированной стороной к наружной поверхности петущков, а другое - к торцам упомянутых петушков, обращенных к рабочей поверхности коллектора. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диэлектрические кольца выполнены из материалов с различной диэлектрической проницаемостью. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диэлектрические кольца выполнены различной толщины. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Японии № 50-37363, кл. 55А21, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке N° 2590352/24-07, 1978.