Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коллекторным двигателям постоянного тока, работающим преимущественно при низких напряжениях, которые могут быть использованы для вспомогательных приводов оборудования транспортных средств. Электродвигатель включает статор с полюсными наконечниками в виде сегментов и якорь с секционированной обмоткой, подключенной к коллектору с диаметральными щетками. Последние размещены под углом к геометрической нейтрали равным половинному углу α, заключенному между смежными краями сегментов полюсных наконечников. Для обеспечения реверса щеточный узел может быть выполнен с возможностью поворота против направления вращения якоря на угол α. Конструкция позволяет отказаться от применения обмотки возбуждения для создания основного магнитного поля, что обеспечивает снижение расхода дорогостоящего обмоточного материала, трудоемкости изготовления, повышение удельной мощности машины и улучшение эксплутационных характеристик, например уменьшение габаритов и/или повышение крутящего момента. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коллекторным двигателям постоянного тока, работающим преимущественно при низких напряжениях, которые могут быть использованы для вспомогательных приводов оборудования транспортных средств.

Известен коллекторный электродвигатель постоянного тока, включающий статор с главными полюсами для создания постоянного магнитного поля в виде сердечников с катушкой обмотки возбуждения и полюсными наконечниками и якорь с секционированной обмоткой, подключенной к коллектору, и щетки, размещенные в плоскости геометрической нейтрали и имеющие с коллектором скользящий контакт, обеспечивающий соединение обмотки якоря с внешней цепью («Электротехника и электроника» под ред. В.В.Кононенко. - Ростов н/Д: Феникс, 2004, с.151-160).

Недостатком известного коллекторного электродвигателя является высокая себестоимость, обусловленная использованием дорогостоящего материала для выполнения обмотки возбуждения, в частности для главных полюсов статора. Кроме того, в работающем под нагрузкой двигателе возникает реакция якоря, выражающаяся в наложении основного магнитного поля главных полюсов и магнитного поля якоря. Реакция якоря оказывает негативное влияние на качество работы. Повышается искрение под щетками, возможно обгорание коллекторных пластин и появление продольного размагничивающего магнитного поля, снижающего эффективность работы двигателя. Дополнительно КПД известного электродвигателя снижается за счет наличия пассивных зон в витках обмотки возбуждения якоря.

Задача изобретения - упрощение конструкции коллекторного электродвигателя постоянного тока, снижение стоимости его изготовления и потребляемой мощности, улучшение эксплутационных характеристик.

Технический результат от использования изобретения - исключение обмотки возбуждения в главных полюсах статора, уменьшение габаритов и/или увеличение вращающего момента.

Технический результат достигается тем, что в коллекторном электродвигателе постоянного тока, включающем статор с полюсными наконечниками и якорь с секционированной обмоткой, подключенной к коллектору с диаметральными щетками, для соединения обмотки якоря с внешней сетью, полюсные наконечники выполнены в виде сегментов, а щетки коллектора размещены под углом к геометрической нейтрали равным половинному углу α, заключенному между смежными краями сегментов полюсных наконечников.

Для обеспечения реверса двигателя щетки коллектора могут быть установлены с возможностью поворота против направления вращения якоря на угол α.

Сущность изобретения заключается в том, что при выбранном размещении коллекторных щеток обеспечивается исключение пассивных зон в витках обмотки якоря, т.к. составляющие возникающего вектора магнитной индукции в контурах обмоток осуществляют намагничивание полюсных наконечников, придавая им свойства главных магнитов статора.

На чертеже схематично изображено поперечное сечение коллекторного электродвигателя.

Электродвигатель состоит из соосных статора, образованного трубчатым магнитопроводом 1 с полюсными наконечниками в виде сегментов 2, 3, и якоря в виде цилиндрического сердечника 4 с продольными пазами на внешней поверхности, в которых уложены проводники 5 обмотки. Концы секций обмотки соединены с пластинами коллектора, насажанного на вал (не показаны) рядом с сердечником 4. К пластинам коллектора с возможностью скользящего контакта прижата пара диаметрально расположенных щеток 6, 7, подключенных к выводам внешней сети. Щетки 6, 7 закреплены неподвижно относительно друг друга в щеточном узле (не показан) и размещены под углом к геометрической нейтрали 8 равным половинному углу α, заключенному между смежными краями сегментов 2, 3 полюсных наконечников.

Для обеспечения реверса щеточный узел выполняется с возможностью поворота против направления вращения якоря на угол α.

Работа электродвигателя осуществляется при подаче напряжения на щетки 6, 7. Ток протекает в витке обмотки якоря, вертикальные проекции поверхности которого совпадают с областью рабочей поверхности сегментов 2, 3, охватывающих через воздушный зазор сердечник 4 якоря. Составляющие возникающего вектора магнитной индукции в контуре витка обмотки осуществляют намагничивание магнитомягкого материала сегментов 2, 3 полюсных наконечников, придавая им свойства главных магнитов статора. Создается основное магнитное поле между полюсными наконечниками, и под действием возникающих электромагнитных сил якорь с валом начинает вращаться.

Для осуществления реверса меняют положение щеток 6, 7 (показано пунктиром), размещая под углом (-α/2) к геометрической нейтрали 8.

Конструкция электродвигателя позволяет отказаться от применения обмотки возбуждения для создания основного магнитного поля, что по сравнению с прототипом позволяет не только снизить расход дорогостоящего обмоточного материала и трудоемкость изготовления, но и повысить удельную мощность машины за счет исключения потерь, имеющих место в обмотке возбуждения. Кроме того, исключение катушки с обмоткой возбуждения, обладающей пониженной надежностью позволяет не только повысить надежность электродвигателя в целом, но и уменьшить наружный диаметр статора на 15-20% или увеличить диаметр якоря, что приводит к увеличению вращающего момента в 1,6-2 раза.

1. Коллекторный электродвигатель постоянного тока, включающий статор с полюсными наконечниками и якорь с секционированной обмоткой, подключенной к коллектору с диаметральными щетками для соединения обмотки якоря с внешней сетью, отличающийся тем, что полюсные наконечники выполнены в виде сегментов, а щетки коллектора размещены под углом к геометрической нейтрали, равным половинному углу α, заключенному между смежными краями сегментов полюсных наконечников.

2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что щетки коллектора установлены с возможностью поворота против направления вращения якоря на угол α.