коллекторный электродвигатель постоянного тока

Формула изобретения

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 , 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 .

Описание изобретения к патенту

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 , 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 .

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 , заключенному между смежными краями сегментов 2, 3 полюсных наконечников.

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

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 (- /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.