Дисковый якорь электродвигателя постоянного тока

Авторы патента:

Гюльмамедов Сафа Алисафа

Мингалеев Минимайлюджан Гаитович

H02K23/54 — двигатели или генераторы с дисковым якорем

Использование: дисковые электродвигатели постоянного тока с проволочной обмоткой. Сущность изобретения: дисковый якорь электродвигателя постоянного тока с проволочной обмоткой при заливке компаундом выполнен с впадиной в активной части обмотки с отношением толщины диска внешней лобовой части к толщине активной части в пределах 1,8-2,0. Технический результат: улучшение энергетических показателей материалоемкости и технологичности. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании и производстве электродвигателей постоянного тока с проволочной обмоткой якоря.

Известен электродвигатель постоянного тока, в котором якорь с волновой печатной обмоткой своей активной частью выполнен в виде прямоугольного участка, а внешняя лобовая часть по эвольвенте или дуге окружности [1] Известны конструкции электродвигателей, в которых дисковый якорь выполнен с обмоткой из проволоки и залит компаундным наполнителем [2] Такой наполнитель образует с обмоткой единое тело.

Ни один из указанных аналогов не обеспечивает снижения материалоемкости, технологичности при одновременном повышении удельных энергетических показателей. Конструкция дискового якоря электродвигателя постоянного тока, образованная заливкой проволочной обмотки компаундным наполнителем в единое тело, принята за прототип [2] Задачей изобретения является создание конструкции дискового якоря уменьшенной материалоемкости с одновременным повышением удельных энергетических показателей и технологичности.

Задача достигается тем, что при формировании диска активная часть выполнена впадиной относительно поверхности лобовых частей, при этом толщина лобовой части к активной части диска находятся в отношении 1,8-2,0.

На чертеже изображена конструкция дискового якоря с проволочной обмоткой в разрезе.

На чертеже обозначено: 1 якорь; 2 обмотка; 3 компаунд; 4 лобовая часть; 5 активная часть; h_л, h_а соответственно толщины лобовых и активных частей диска.

Якорь 1 представляет собой проволочную обмотку 2, залитую компаундом 3 в форму диска. Лобовая 4 и активная 5 части якоря формируются с толщиной диска так, чтобы выполнялось отношение в пределах h_л h_a 1,8-2,0.

При изменении пределов этого отношения падают удельные энергетические показатели, уменьшается жесткость конструкции и увеличивается материалоемкость.

Конструкция дискового якоря с проволочной обмоткой реализуется следующим образом.

На шаблонах наматываются катушки, количество которых равно количеству секций обмотки. Затем витки катушек закрепляются, а катушки снимаются с шаблонов и симметрично укладываются в приспособлении, имеющем форму диска.

Концы катушек соединяют с коллекторными пластинами пайкой или сваркой.

Полученную заготовку обмотки устанавливают в первую деталь пресс-формы, имеющей прямолинейную плоскость диска. После заливки заготовки обмотки компаундом устанавливают вторую деталь пресс-формы, плоскость которой имеет вид диска с утолщением, обеспечивающим формовку обмотки разной толщины в лобовой и активной частях обмотки якоря.

После запечки, готовый якорь вынимают из пресс-формы.

Формула изобретения

Дисковый якорь электродвигателя постоянного тока с проволочной обмоткой, залитой компаундом в единое тело, отличающийся тем, что на боковой стороне диска при заливке компаундом сформирована кольцевая впадина в зоне расположения активной части обмотки, величина которой обеспечивает выполнение отношения величины толщины диска в зонах расположения внешней лобовой части к активной части обмотки 1,8 2,0.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Похожие патенты:

Электродвигатель постоянного тока // 2076435

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании и производстве электромашин, имеющих систему возбуждения на постоянных магнитах

Электромеханическая машина а. в.фирсова // 2073300

Электродвигатель с постоянными магнитами // 2072614

Электродвигатель постоянного тока // 2070763

Торцевая электрическая машина // 2046516

Изобретение относится к электромашиностроению и касается торцовых электрических машин большой и средней мощности, преимущественно тихоходных

Электромаховичный двигатель белашова // 2000641

Генератор переменного тока // 1835581

Электромеханическая машина // 1833947

Электромаховичный двигатель белашова // 1831751

Электродвигатель постоянного тока с дисковым якорем // 1702491

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к электродвигателям постоянного тока с дисковым проволочным якорем и возбуждением от поUPIMH СТОРННЫХ магнитов для промышленных ро ботов и других систем автоматики Цель изобретения — снижение габаритов и массы электродвигателя Коллекторный электродвигатель постоянно о тока содержит дисковый проволочный якорь 3, расположенный в зазоре между полюсами постоянных магнитов 1 и магнитопроводом 2

Нереверсивный бесконтактный электродвигатель постоянного тока // 2103788

Универсальная электрическая машина белашова // 2118036

Изобретение относится к области электротехники и касается конструкции универсальных электрических машин модульного типа, предназначенных для использования в любых отраслях народного хозяйства в качестве генератора постоянного тока, однофазного или многофазного генератора переменного тока, машины постоянного тока или однофазного, многофазного двигателя переменного тока, питающегося от генератора частот

Бесколлекторная универсальная электрическая машина белашова // 2130682

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения бесколлекторных электрических машин, предназначенных для использования в качестве двигателей или генераторов переменного или постоянного тока

Генератор переменного тока // 2143169

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к тихоходным электрическим машинам

Многополюсный тихоходный торцевой синхронный электрический генератор // 2152118

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и касается усовершенствования конструкции синхронных генераторов, которые могут быть использованы преимущественно для получения электрической энергии в ветроагрегатах

Магнитоэлектрическая система электрической машины постоянного тока // 2152680

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам постоянного тока с магнитоэлектрической системой и регулируемым воздушным зазором между магнитами

Нереверсивный бесконтактный электродвигатель постоянного тока // 2152681

Изобретение относится к области электротехники, в частности к вентильным электроприводам

Однофазный нереверсивный бесконтактный электродвигатель постоянного тока с осевым усилием, противодействующим осевым нагрузкам на валу // 2166828

Изобретение относится к области электротехники, в частности к вентильным электроприводам

Универсальная электрическая машина белашова // 2175807

Изобретение относится к области электротехники и касается конструкции универсальных электрических машин модульного типа, предназначенных для использования в любых отраслях народного хозяйства в качестве генератора постоянного тока, однофазного или многофазного генератора переменного тока, машины постоянного тока или однофазного, многофазного двигателя переменного тока

Универсальная электрическая машина белашова // 2218651

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям универсальных электрических машин модульного типа, предназначенных для использования в любых отраслях народного хозяйства в качестве генератора постоянного тока, однофазного или многофазного генератора переменного тока, машины постоянного тока, однофазного или многофазного двигателя переменного тока, сварочного аппарата переменного или постоянного тока

Электродвигатель постоянного тока.

Хотя система своременного электроснабжения основана на применении переменного тока, тем не менее машины постоянного находят широкое использование в самых различных отраслях промышленности и в быту.

Основными частями машины постоянного тока (см. рис. 1) являются неподвижная станина, несущая электромагниты, и вращающаяся часть – якорь. Часто их называют по аналогии с машинами переменного тока статором – неподвижную часть и ротором – вращающуюся часть. Станина с электромагнитами служит для возбуждения главного магнитного поля машины, а во вращающемся якоре индуктируется э.д.с. и проходят токи, создающие в генераторе тормозящий момент, а в двигателе – вращающий момент.

Станина изготавливается из литой стали и представляет собой полый цилиндр, на внутренней стороне которого укреплены сердечники полюсов: главных и дополнительных. На сердечники главных полюсов надеты катушки, составляющие обмотку возбуждения машины. Сердечники полюсов снабжаются наконечниками, служащими для более равномерного распределения магнитной индукции вдоль окружности якоря. Дополнительные полюса имеются имеются только на более крупных машинах. Эти полюса устанавливаются на станине посредине между главными полюсами. Их обмотка соединяется последовательно с обмоткой якоря. Назначение этих полюсов – поддерживать магнитное поле работающей машины относительно постоянным независимо от нагрузки. Это нужно для безыскровой работы щеток на коллекторе.

Сердечник якоря собран из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. Он снабжен пазами, в которые закладывается обмотка якоря, обычно состоящая из отдельных секций.

Характерной для машин постоянного тока деталью является коллектор – полый цилиндр, собранный из изолированных одна от другой и от вала машины клинообразных медных пластин. Последние определенным образом соединяются с витками обмотки якоря. На коллекторе в щеткодержателях устанавливаются неподвижные щетки, через которые обмотка якоря соединяется с внешней цепью. Щетки к коллектору прижимаются пружинами. щеткодержатели укрепляются на щеточных траверсах. Последние устанавливаются на подшипниках машины и их можно поворачивать, изменяя таким путем положение щеток по отношению к полюсам машины.

Коллектор в генераторах постоянного тока служит для выпрямления переменной э.д.с., индуктируемой во вращающейся обмотке якоря, а в двигателях постоянного тока – для получения постоянного по направлению вращающего момента. Одна и та же машина постоянного тока может работать в режимах генератора и двигателя, т.е. она обратима, как все электрические машины.

В режиме генератора машина работает тогда, когда ее вращает какой-либо первичный двигатель (паровая или гидравлическая турбина, двигатель внутреннего сгорания и т.д.), главное магнитное поле возбуждено, а обмотка якоря через щетки замкнута на нагрузку. В этой обмотке индуктируется э.д.с. и возникает ток, протекающий через якорь и нагрузку. Ток в якоре, взаимодействуя с главным магнитным полем, создает тормозящий момент, который должен преодолеть первичный двигатель. В режиме двигателя внешний источник электроэнергии посылает электрические токи в цепи якоря и возбуждения машины, а ток якоря, взаимодействуя с главным магнитным полем, образует вращающий момент. Под действием этого момента якорь вращается, а машина преобразует электрическую энергию в механическую.

Почему сердечники якоря двигателя постоянного тока изготавливаются из пластин?

Вы здесь: Домашняя страница / Часто задаваемые вопросы + основы / Часто задаваемые вопросы: Почему сердечники якоря двигателя постоянного тока изготавливаются из пластин?

18 декабря 2016 г. By Danielle Collins Оставить комментарий

Двигатели постоянного тока состоят из двух основных частей: ротора и статора. Ротор имеет кольцеобразный железный сердечник с прорезями, которые удерживают катушки или обмотки. Согласно закону Фаради, когда сердечник вращается в магнитном поле, в катушках индуцируется напряжение или ЭДС. Эта индуцированная ЭДС вызывает протекание тока, известного как вихревой ток.

Вихревые токи являются результатом вращения сердечника якоря в магнитном поле.
Изображение предоставлено: electric4u.com

Вихревые токи представляют собой форму магнитных потерь, а потеря мощности из-за потока вихревых токов называется потерями на вихревые токи. (Потери на гистерезис — еще один компонент магнитных потерь.) Эти потери выделяют тепло и снижают КПД двигателя.

Величина потерь на вихревые токи зависит от нескольких факторов, включая:

• плотность магнитного потока
• частота ЭДС индукции (частота, при которой меняется полярность потока)
• толщина магнитного материала

P _E = K _E * B ² * F ² * T ²

, где:

P _{ED 1112 111111111112 1112 11111111 2 11111111112 2 2 . e = константа вихревого тока}

B = плотность потока

f = частота инверсий магнитного поля

t = толщина материала

На развитие вихревых токов влияет сопротивление материала, в котором они протекают. Для любого магнитного материала существует обратная зависимость между площадью поперечного сечения материала и его сопротивлением, а это означает, что уменьшение площади вызывает увеличение сопротивления и, в свою очередь, уменьшение вихревых токов. Один из способов добиться уменьшения площади поперечного сечения — сделать материал тоньше.

Вот почему сердечники арматуры состоят из множества тонких кусков железа, а не из одного большого цельного куска. Эти отдельные тонкие детали имеют более высокое сопротивление, чем цельная деталь, и, следовательно, создают меньше вихревых токов и имеют меньшие потери на вихревые токи.

Отдельные железные детали, из которых состоит арматура, называются пластинами.

На верхнем изображении показана сплошная арматура, а на нижнем изображена арматура, состоящая из пяти пластин. Сумма вихревых токов в слоистом сердечнике меньше, чем в сплошном сердечнике.
Изображение предоставлено: wikipedia.org

Эти пластины изолированы друг от друга, как правило, лаковым покрытием, чтобы предотвратить «скачки» вихревых токов от пластины к пластине. Обратно-квадратичная зависимость между толщиной материала и потерями на вихревые токи означает, что любое уменьшение толщины окажет значительное влияние на величину потерь. Из-за этого производители стремятся сделать пластины сердечника якоря как можно более тонкими с точки зрения производства и стоимости, при этом в современных двигателях постоянного тока обычно используются пластины толщиной от 0,1 до 0,5 мм.

Источник изображения: Brighthubengineering.com

Все о шунтирующих двигателях постоянного тока

Электродвигатели принесли нам почти все современные удобства, позволив нам превращать электрическую энергию в физическое движение. Эти машины помогли нам создать такие чудеса, как автомобили, компьютеры, кондиционеры и многое другое, и все это благодаря разнообразию электродвигателей, доступных в промышленности. Двигатель постоянного тока — электродвигатель, в котором используется источник питания постоянного тока, такой как батарея, — является одной из наших самых старых, но наиболее широко используемых конструкций, и в этой статье будет рассмотрен один конкретный двигатель постоянного тока, шунтирующий двигатель постоянного тока. На первый взгляд может быть трудно увидеть уникальные свойства этого двигателя, но эта статья призвана помочь выделить эти различия и показать, почему инженеры могут предпочесть эту конструкцию другим моделям. Мы надеемся, что эта статья, изучая настройку, работу и технические характеристики шунтирующих двигателей постоянного тока, поможет разработчикам сделать более осознанный выбор при создании правильной машины для своего приложения.

Что такое коллекторный двигатель постоянного тока и как он работает?

Шунтирующий двигатель постоянного тока — это просто особый тип щеточного двигателя постоянного тока, поэтому будет полезно сначала объяснить основные принципы, общие для всех этих конструкций (похожее объяснение можно найти в нашей статье о двигателях постоянного тока с последовательной обмоткой). Рисунок 1 дает упрощенное представление о том, как работают двигатели постоянного тока, и показан ниже:

Рис.

1: Упрощенная принципиальная схема двигателей постоянного тока. Обратите внимание, что поле статора не включено в схему, так как его размещение зависит от того, как работает двигатель постоянного тока.

Все двигатели постоянного тока состоят из двух основных частей: статора — внешнего корпуса, содержащего поле статора, и ротора — вращающегося компонента, подключенного к источнику питания постоянного тока. Поле статора может состоять либо из настоящих постоянных магнитов, либо из проволочной обмотки (или «обмотки возбуждения», показанной на рис. 1), которые создают постоянное магнитное поле через узел ротора. Ротор состоит из якоря, обмоток якоря, выходного вала, коллекторов и щеток. Обмотка якоря представляет собой катушку проволоки, которая проходит через якорь или через пластины металла, направляющие обмотки якоря вокруг выходного вала. Эти якорные обмотки оканчиваются на кольцах коммутатора, которые механически отделены от источника постоянного тока (другими словами, они «парят» над выходным валом, ожидая, когда их толкнут щетки). Когда оператор запускает двигатель, щетки защелкиваются на кольцах коллектора и замыкают цепь на рис. 1, заставляя ток течь через щетки, кольца коллектора и обмотки якоря. При этом в якоре создается электромагнитное поле, противодействующее постоянному полю статора. Поскольку ротор может свободно вращаться, взаимодействие между этими двумя полями вызывает вращение выходного вала и, в конечном счете, полезную скорость/крутящий момент.

Что такое шунтирующие двигатели постоянного тока и как они работают?

Теперь, когда мы показали общие принципы для всех двигателей постоянного тока, давайте взглянем на конкретное расположение шунтирующего двигателя постоянного тока, показанное ниже на рисунке 2:

Рис. 2: Принципиальная схема шунтирующих двигателей постоянного тока. Обратите внимание, что обмотка возбуждения подключена параллельно узлу ротора — это определяющая особенность шунтирующих двигателей постоянного тока.

Обмотка возбуждения, создающая постоянное магнитное поле в статоре, соединяется параллельно или параллельно с обмотками якоря в шунтирующих двигателях постоянного тока. Таким образом, для питания якоря и обмотки возбуждения используется один и тот же источник питания, а общий ток разделяется на два «параллельных» пути.

Обмотка возбуждения в шунтирующих двигателях постоянного тока состоит из множества витков тонкой проволоки, чтобы увеличить силу магнитного поля и ограничить ток через катушку. Таким образом, ток через катушку возбуждения уменьшается и, таким образом, увеличивается в якоре (помните, что при параллельном соединении ток распределяется). Больший ток в якоре создает явление, известное как обратная ЭДС — электродвижущая сила, создаваемая магнитным полем якоря, вращающимся через поле статора, — а обратная ЭДС служит для уменьшения тока через обмотку якоря.

По мере увеличения скорости двигателя эта противо-ЭДС увеличивается (поскольку она пропорциональна скорости) и аналогичным образом уменьшается, если вращение якоря замедляется из-за увеличения нагрузки на вал. Это дает шунтирующим двигателям постоянного тока уникальную способность саморегулировать свою скорость, особенно когда на вал воздействует большая нагрузка, и поэтому они в просторечии известны как двигатели с постоянной скоростью. Таким образом, параллельные двигатели имеют низкий пусковой момент, но постоянную скорость; это противоположно двигателям постоянного тока с последовательным возбуждением, где их пусковой момент высок, но практически нет регулирования скорости (дополнительную информацию см. в нашей статье о двигателях постоянного тока с последовательным возбуждением). Они также обратимы простым изменением полярности катушки якоря или катушки возбуждения.

Технические характеристики параллельного двигателя постоянного тока

Полезно знать, на какие значения обращать внимание при выборе шунтирующего двигателя постоянного тока. В этой статье будут кратко рассмотрены некоторые общие спецификации, на которые следует обратить внимание, но знайте, что в большинстве спецификаций содержится гораздо больше информации, чем та, что представлена ​​здесь.

Напряжение якоря/возбуждения

Из-за того, что обмотки якоря и обмотки возбуждения соединены параллельно, на каждый компонент приходится два отдельных напряжения (хотя и не на всю цепь; помните, что они используют один и тот же источник питания). В результате в большинстве спецификаций указаны два номинальных напряжения для шунтирующего двигателя постоянного тока, по одному на каждую катушку, часто с диапазонами. Например, шунтирующий двигатель может иметь напряжение возбуждения 220 В с максимальным значением до 500 В и напряжение якоря 440 В с максимальным значением до 600 В. Обратите внимание, что эти значения зависят от типоразмера и конструкции двигателя. Также обратите внимание, что двигатель постоянного тока никогда не следует использовать с источником питания, напряжение которого ниже его номинального напряжения, так как это снижает производительность и может привести к перегреву.

Мощность и базовая скорость

Поскольку эти двигатели считаются двигателями с постоянной скоростью, обычно в спецификации указывается базовая скорость, а также соответствующая мощность (в л.с. или кВт). Эти значения показывают, что двигатель может перемещать и как быстро он может перемещать его, хотя двигатели постоянного тока с параллельным подключением могут регулировать свою скорость даже при изменении нагрузки (в пределах безопасных допусков).

Размер/размер рамы

Существуют стандартные размеры рамы, установленные NEMA, чтобы облегчить покупателю замену между продавцами двигателей, но обычно размеры двигателя всегда указываются, если они не стандартизированы. Размер рамы даст разработчику представление о том, как двигатель подойдет для любого конкретного применения, и дает приблизительное представление о том, насколько мощным будет двигатель (хотя размер электродвигателя может ввести в заблуждение, поэтому будьте осторожны).

Жизнь щетки

Поскольку в шунтирующем двигателе постоянного тока для подключения источника питания к вращающемуся якорю используются щетки, они со временем естественным образом изнашиваются. Большинство двигателей постоянного тока имеют срок службы щеток (в часах), поэтому операторы могут записывать, как долго щетки использовались и когда их нужно заменить. Очень важно обслуживать эти двигатели, заменяя щетки при необходимости, иначе они могут выйти из строя или перестать работать.

Применение и критерии выбора

В отличие от серийных двигателей постоянного тока, шунтирующие двигатели постоянного тока лучше всего подходят для приложений с постоянной скоростью благодаря своей конструкции с обратной связью. Они могут поддерживать точное число оборотов и крутящий момент даже при различных условиях нагрузки, что делает их полезными для деревообрабатывающего оборудования, шлифовальных станков или любого другого вращающегося электроинструмента, где пользователь будет толкать против вращения. Обратите внимание, что эти двигатели имеют низкий пусковой крутящий момент, поэтому эти двигатели не могут быть подключены к большой нагрузке при запуске и должны ожидать использования на номинальной скорости. Они также немного теряют скорость при большой нагрузке, так как ни один электродвигатель не работает в идеальных условиях, и все испытывают потери.

Эти двигатели очень просты в установке, с возможностью работы с регуляторами скорости. Чаще всего они используются в вышеупомянутых электроинструментах, а также в автомобильных стеклоочистителях, автомобильных окнах, компьютерных вентиляторах и т.