Электродвигатель реактивный с механическим коммутатором

Полезная модель относится к электрическим двигателям и предназначено для приведения в движение машин и механизмов, например, привода железнодорожного стрелочного перевода. Электродвигатель реактивный с механическим коммутатором содержит статор с зубчатым магнитопроводом с обмоткой, фазы которой соединены с питающей сетью через диоды, ротор с зубчатым магнитопроводом без обмотки (реактивный) и механический коммутатор с кодовым устройством ротора и щеткодержателем статора. Кодовое устройство выполнено виде двух коллекторов с одинаковым количеством пластин, равным 2NZ_p (где N - число фаз обмотки; Z_p - число зубцов ротора). Пластины с четным порядковым номером каждого коллектора соединены с одним из сетевых проводов. Пластины с нечетным порядковым номером одного коллектора присоединены к началу n-ой фазы, а пластины с нечетным порядковым номером второго коллектора - к концу n-ой фазы. Коллекторы изолированы от статора и жестко закреплены на нем по отношению к зубцам магнитопровода статора. Щеткодержатель закреплен на роторе и имеет по одному скользящему контакту на каждый коллектор. Технический результат - упрощение конструкции механического коммутатора за счет применения более простого кодового устройства и уменьшения количества скользящих контактов. 1 н.п. ф-лы, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к электрическим двигателям и предназначено для приведения в движение машин и механизмов, например, привода железнодорожного стрелочного перевода.

Известен вентильно-индукторный двигатель, в англоязычной литературе именуемый как switched reluctance motors (SRM), имеющий аналогичный принцип действия и конструктивные элементы активной части: безобмоточный ротор, коммутатор переключения обмоток статора и датчик положения ротора. Количество фаз SRM определяется конструктивным исполнением магнитопроводов статора и ротора (см. монографию Miller T.J.E. Switched Reluctance Motors and their Control. - Magna Physics Publishing and Clarendon Oxford Press, 1993. - 203 p.).

Однако данному двигателю для обеспечения своей работоспособности требуется полупроводниковый электронный коммутатор, который по стоимости соизмерим с электрической машиной, и в ряде случаев не обеспечивает высокую надежность работы, например, в широком диапазоне изменения температуры. Это значительно ограничивает его возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предложенной полезной модели является электродвигатель, обмотки которого переключаются механическим коммутатором (см. патент Всемирной Организации Интеллектуальной Собственности (ВОИС) WO 0150578, МПК H01R 39/08; H02K 19/10; H02K 25/00; H01R 39/00; H02K 19/02; H02K 25/00, опубл. 12.07.2001 г.). Указанный электродвигатель содержит статор с зубчатым магнитопроводом с обмоткой, фазы которой соединены с питающей сетью через диоды, ротор с зубчатым магнитопроводом без обмотки (реактивный) и механический коммутатор с кодовым устройством ротора и щеткодержателем статора.

Недостатком известного двигателя является то, что механический коммутатор имеет сложную конструкцию кодового устройства и большое количество в щеткодержателе скользящих контактов, равное шести. Это снижает надежность работы и повышает стоимость двигателя.

Задачей настоящей полезной модели является создание конструкции двигателя с повышенной надежностью работы.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящей полезной модели, является упрощение в целом конструкции механического коммутатора за счет упрощения кодового устройства и уменьшения количества скользящих контактов.

Указанный технический результат достигается тем, что в электродвигателе реактивном с механическим коммутатором, содержащем статор с зубчатым магнитопроводом с обмоткой, фазы которой соединены с питающей сетью через диоды, ротор с зубчатым магнитопроводом без обмотки (реактивный) и механический коммутатор с кодовым устройством ротора и щеткодержателем статора, согласно полезной модели, кодовое устройство выполнено виде двух коллекторов с одинаковым количеством пластин, равным 2NZ _p, где

N - число фаз обмотки;

Z_p - число зубцов ротора,

причем пластины с четным порядковым номером каждого коллектора соединены с одним из сетевых проводов, пластины с нечетным порядковым номером одного коллектора - к началу n-ой фазы, а пластины с нечетным порядковым номером второго коллектора - к концу n-ой фазы, коллекторы изолированы от статора и жестко закреплены на нем по отношению к зубцам магнитопровода статора, щеткодержатель закреплен на роторе и имеет по одному скользящему контакту на каждый коллектор.

Целесообразно, чтобы электродвигатель был снабжен электронным коммутатором, у которого датчиком положения ротора является скользящий контакт механического коммутатора.

Выполнение кодового устройства в виде двух коллекторов с одинаковым количеством пластин К=2NZ_p (где N - число фаз обмотки; Z_p - число зубцов ротора) и соединение определенным образом пластин каждого коллектора, в частности, с одним из сетевых проводов или с началом или концом n-ой фазы упрощает конструкцию механического коммутатора. Выполнение коллектора изолированным от статора и закрепленным на нем в определенном положении по отношению к зубцам его магнитопровода, а также щеткодержателя закрепленным на роторе и имеющим по одному скользящему контакту на каждый коллектор, то есть фактически выполнение ротора с одним скользящим контактом на каждый коллектор, уменьшает общее количество скользящих контактов, что повышает устойчивость и надежность работы электродвигателя.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где представлен пример выполнения электрической схемы электродвигателя реактивного с механическим коммутатором при числе фаз обмотки N=3 и числе зубцов ротора Z_p=4.

На чертеже показано:

Е - источник постоянного напряжения;

W1W3 - фазы обмотки статор;

K1, K2 - коллекторы;

124 - порядковый номер пластин коллектора;

CK1, CK2 - скользящие контакты щеткодержателя;

VD1VD6 - диоды;

С - конденсатор.

Электродвигатель реактивный с механическим коммутатором содержит статор с зубчатым магнитопроводом с обмоткой, имеющей, например, три фазы W1, W2 и W3, которые соединены с сетевыми проводами через диоды VD1-VD6, ротор с зубчатым магнитопроводом без обмотки (реактивный) и механический коммутатор с кодовым устройством ротора и щеткодержателем статора, при этом кодовое устройство выполнено виде двух коллекторов К1 и К2 с одинаковым количеством пластин, которое выбирается из условий, что за один оборот ротора N фаз обмотки должны переключиться Z_p раз. Кроме того, каждая вторая пластина (пластина с четным порядковым номером) обоих коллекторов соединена с сетевым проводом. Таким образом, для выполнения этих условий количество К пластин каждого коллектора, должно быть равным 2NZ_p. Для рассматриваемого примера К=2·3·4=24.

У коллектора К1 четные пластины соединены с плюсом сети, а пластины с порядковыми номерами 2(i+N·j)-1(i=1, 2,, N; j=0, 1,, Z_p-1) соединены с началом соответствующей фазы (порядковый номер фазы соответствует i). Например, пластина с порядковым номером 2(1+3·0)-1=1 соединена с началом фазы W1, пластина с порядковым номером 2(2+3·0)-1=3 - с началом фазы W2, а пластина с порядковым номером 2(3+3·0)-1=5 - с началом фазы W3. У коллектора К2 четные пластины соединены с минусом сети, а пластины с порядковыми номерами 2(i+N·j)-1(i=1, 2,, N; j=0, 1,, Z_p-1) соединены с концом соответствующей фазы (порядковый номер фазы соответствует i). Так, пластина с порядковым номером 2(1+3·0)-1=1 соединена с концом фазы W1, пластина с порядковым номером 2(2+3·0)-1=3 - с концом фазы W2, а пластина с порядковым номером 2(3+3·0)-1=5 - с концом фазы W3.

Коллекторы изолированы от статора и закреплены жестко на нем по отношению к зубцам магнитопровода статора в таком положении, чтобы началу коммутации тока в любой фазе обмотки статора соответствовало совпадение ее зубцов с пазами ротора. Закрепленный на роторе щеткодержатель имеет два скользящих контакта СК1 и СК2, которые контактируют соответственно с коллекторами К1 и К2 и одновременно выполняют роль датчиков положения ротора. Ширина скользящих контактов СК1 и СК2 определяется продолжительностью включенного состояния фазы и условием перекрытия фаз, т.е. из условия, что еще до момента разрыва тока в одной фазе должна уже быть включена другая фаза обмотки.

Электродвигатель реактивный с механическим коммутатором работает следующим образом.

При положении ротора, изображенном на чертеже, питание от источника постоянного напряжения Е получает фаза W1 по следующей цепи: плюс источника - пластина 2 коллектора К1 - скользящий контакт СК1 - пластина 1 коллектора К1 - фаза W1 - пластина 1 коллектора К2 - скользящий контакт СК2 - пластина 2 коллектора К2 - минус источника. Ток, протекающий по фазе W1, создает магнитное поле, и зубцы этой возбужденной фазы притягивают к себе ближайшие к ним зубцы ротора, которые расположены против часовой стрелки, и ротор начинает вращаться по часовой стрелке. При этом скользящие контакты СК1 и СК2 замкнут пластины 3 коллекторов К1 и К2, и включится фаза W2, когда ее зубцы совпадут с пазами ротора. При вращении ротора по часовой стрелке зубцы фазы W2 притягивают к себе зубцы ротора, расположенные против часовой стрелки. В этом случае также возникает вращающий момент, стремящийся повернуть ротор по часовой стрелке. Еще до разрыва фазы W2 скользящие контакты СК1 и СК2 замкнут пластины 5 коллекторов К1 и К2, и включится фаза W3, зубцы которой также будут притягивать к себе зубцы ротора, расположенные против часовой стрелки. Еще до разрыва фазы W3 скользящие контакты СК1 и СК2 замкнут пластины 7 коллекторов К1 и К2. При этом включится фаза W1 и цикл повторится. Таким образом, на ротор электродвигателя реактивного с механическим коммутатором при подключении его к питающей сети будет действовать непрерывный момент сил, вращающий его по часовой стрелке.

Ширина скользящих контактов СК1 и СК2 выбирается таким образом, чтобы при разрыве фазы ток в ней уменьшался до нуля или до малого значения при совпадении зубцов ротора с зубцами рассматриваемой фазы. Для быстрого спада тока после разрыва фазы служат диоды VD1-VD6, которые подают на нее обратное напряжение источника питания Е. При этом накопленная в этой фазе магнитная энергия, преобразуясь в электрическую, генерируется обратно в сеть, производя подзарядку конденсатора С, включенного на входе источника. Электродвигатель реактивный с механическим коммутатором может работать от электронного коммутатора, у которого датчиком положения ротора является скользящий контакт механического коммутатора.

По сравнению с прототипом, предложенный электродвигатель реактивный с механическим коммутатором имеет более простую конструкцию механического коммутатора (более простое кодовое устройство и меньшее количество скользящих контактов). Кроме этого, достоинствами предложенного ЭРМК являются:

- высокая надежность;

- технологичность изготовления;

- высокие энергетические показатели;

- в сравнении с асинхронным двигателем менее чувствителен к изменению питающего напряжения и сохраняет свою работоспособность при значительном его снижении.

1. Электродвигатель реактивный с механическим коммутатором, содержащий статор с зубчатым магнитопроводом с обмоткой, фазы которой соединены с питающей сетью через диоды, ротор с зубчатым магнитопроводом без обмотки (реактивный) и механический коммутатор с кодовым устройством ротора и щеткодержателем статора, отличающийся тем, что кодовое устройство выполнено в виде двух коллекторов с одинаковым количеством пластин, равным 2NZ_p, где N - число фаз обмотки; Z_p - число зубцов ротора, причем пластины с четным порядковым номером каждого коллектора соединены с одним из сетевых проводов, пластины с нечетным порядковым номером одного коллектора - к началу n-й фазы, а пластины с нечетным порядковым номером второго коллектора - к концу n-й фазы, коллекторы изолированы от статора и жестко закреплены на нем по отношению к зубцам магнитопровода статора, щеткодержатель закреплен на роторе и имеет по одному скользящему контакту на каждый коллектор.

2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что содержит электронный коммутатор, у которого датчиком положения ротора является скользящий контакт механического коммутатора.