ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к электромашиностроению и касается, в частности, конструкции щеточно-коллекторного узла электродвигателя.
Полезная модель может быть использована в электродвигателях, в которых длительный срок службы щеточно-контактного узла должен сочетаться с надежностью токоподвода к ротору двигателя, используемого для привода механизмов, работающих в тяжелых механических, вибрационных условиях и на открытом воздухе вне помещений.
Основные требования, предъявляемые к щеточно-коллекторным узлам вращающихся электрических машин и двигателей - устойчивость к центробежным усилиям, особенно при изменениях скорости вращения. Для этого необходимо надежное крепление на валу ротора соединительных проводов обмоток ротора с коллекторными кольцами, размещение щеткодержателей должно обеспечивать достаточную жесткость прилегания щеток к контактным кольцам, и крепление узла коллекторных колец также должно быть надежным и обеспечивать возможность доступа для замены колец и щеток с одновременной защитой от внешних воздействий.
Известен щеточно-коллекторный узел (DE 3838436), в котором каждое из коллекторных колец снабжено соединительной шиной, залитой в держателе колец, и задними концами этих шин, проходящими в радиальном направлении от держателя колец к обмоткам ротора. Изготовление и присоединение таких соединительных шин влечет за собой не только трудности их размещения в пластмассовом литом кожухе коллекторного узла, но также существенный расход материалов и усилий.
Известен также коллекторный узел, в котором соединительные проводники обмоток ротора каждый непосредственно соединяется с соответствующей задней поверхностью коллекторного кольца (DE 1261588). Недостатками такого решения являются трудности сборки, а также риск повреждения токоподводов, которые проходят через прорези в кожухе коллекторного узла и плохо защищены от вибраций при работе двигателя.
Известны вращающиеся электрические машины и электродвигатели, вал ротора которых установлен на подшипниках, закрепленных в подшипниковых щитах корпуса, коллекторный узел, закрепленный в корпусе снаружи от подшипникового щита, и средство для удержания проводов, соединяющих обмотки ротора с коллекторными кольцами, в виде упругой в осевом направлении конструкции, прижимающей провода к валу ротора (GB 2079542). Недостатками описанной конструкции являются сложность устройства для крепления проводов к валу ротора, трудность доступа к кольцам и щеткам, так как коллекторный узел установлен в общем корпусе электродвигателя.
Известен щеточно-коллекторный узел асинхронного двигателя электродвигателя с ротором (Д.Э.Брускин, А.Е.Зорохович, B.C.Хвостов, Электрические машины: в 2-х ч. Ч.1. М.: Высш.шк., 1978. - c.216-217), размещенным внутри корпуса на подшипниках, установленных на подшипниковых щитах. Три вывода обмотки ротора соединены с тремя контактными кольцами, вращающимися вместе с валом ротора. Узел коллекторных колец закреплен на валу ротора с помощью стопорных винтов. К крышке подшипника прикреплен кожух щеточно-коллекторного узла, выполненный из тонкого материала. На кожухе коллекторного узла изнутри закреплены щеткодержатели с расположенными на них щетками. Этот двигатель снабжен двумя коробками выводов. Одна из них расположена сбоку корпуса статора и служит для подвода питания к двигателю. Другая коробка выводов расположена на кожухе щеточно-коллекторного узла. К ней подведены коммутационные провода со щеткодержателей.
Размещение щеткодержателей на кожухе щеточно-коллекторного узла не обеспечивает достаточной жесткости прилегания щеток к контактным кольцам, и это часто вызывает искрение в щеточном контакте. Крепление кожуха щеточно-коллекторного узла не надежно. Такой двигатель не может работать вне помещений, и при вибрациях не выдерживает механических нагрузок.
Задачей полезной модели является повышение надежности контактного узла при высоких скоростях вращения, за счет повышения механической прочности, а также облегчение обслуживания щеточно-коллекторного узла, замены его составных частей.
Поставленная задача решается за счет того, что в электродвигателе, состоящем из статора, ротора, размещенного внутри статора на вращающемся валу, установленном в корпусе двигателя посредством подшипников, размещенных в заднем и переднем подшипниковых щитах, указанный узел, образованный контактными кольцами, зафиксированными на конце вала ротора, неподвижными щеткодержателями со щетками, а также выводами обмоток ротора, соединенными с контактными кольцами и коробкой выводов, расположен за пределами корпуса электродвигателя в отдельном кожухе, установленном на глубокий посадочный замок подшипникового щита и зафиксированном винтовым соединением по контуру замка, палец щеткодержателей установлен на подшипниковом щите соосно с валом ротора, выводы обмотки ротора уложены в направляющих, предусмотренных в теле вала ротора.
Коммутационные провода щеткодержателей выведены в общую для статора и ротора коробку выводов, расположенную на корпусе электродвигателя.
При этом возможны разные варианты выполнения вала ротора.
Если вал ротора выполнен одноконцевым, то направляющие, в которых уложены выводы обмотки ротора, выполнены в виде отверстий в теле указанного вала.
Если вал ротора выполнен двухконцевым, то указанные направляющие выполнены в виде пазов на внешней поверхности вала.
Такое выполнение щеточно-коллекторного узла, обеспечивает надежное крепление всех его элементов, существенно повышая механическую и вибрационную прочность электродвигателя в целом. Одновременно с этим, предложенная конструкция облегчает обслуживание щеточно-коллекторного узла, удобство замены контактных колец и щеток в случае необходимости.
Наличие одной общей коробки выводов обмоток статора и ротора, расположенной на корпусе статора, обеспечивает удобство подключения электродвигателя к питающей сети и пускорегу пирующим реостатам.
Далее сущность полезной модели поясняется ся с помощью рисунков, на которых представлено: фиг.1 - электродвигатель с одноконцевым выполнением вала ротора; фиг.2 - электродвигатель с двухконцевым валом ротора.
Электродвигатель содержит статор 1 с обмоткой 2, размещенный в закрытом корпусе 3, внутри которого расположен ротор 4 с обмоткой 5 и валом ротора 6, установленным на подшипниках 7 и 8 в рабочем 9 и коллекторном 10 подшипниковых щитах, и щеточно-коллекторный узел 11. Щеточно-коллекторный узел 11 электродвигателя образован контактными кольцами 12, зафиксированными на конце вала ротора 6, например, посредством шпоночного соединения, неподвижными щеткодержателями 13 со щетками, выводами обмоток ротора 14, соединенными с контактными кольцами 12. Щеточно-коллекторный узел 11 расположен за пределами корпуса 3 электродвигателя в отдельном кожухе 14. Кожух 14 установлен на глубокий посадочный замок 15 подшипникового щита 10 и зафиксирован посредством винтового соединения по контуру щита 10 (на рисунке не показано). Палец 16 щеткодержателей 13 установлен на подшипниковом щите 10 соосно с валом ротора 6, например, посредством резьбового соединения 17. Выводы обмотки ротора 14 зафиксированы стеклолентой со стороны обмотки и уложены в направляющих 18, выполненных в теле вала 6. На фиг.1 вал 6 выполнен одноконцевым, а направляющие 18 выполнены в виде отверстий в теле вала 6. Коммутационные провода 19 щеткодержателей 13 выведены в общую для статора и ротора коробку выводов 20, расположенную на корпусе 3. В варианте, показанном на фиг.2, вал 6 ротора выполнен двухконцевым, а направляющие для выводов обмотки ротора 12 выполнены в виде пазов 21 на поверхности вала 6.
При работе двигателя, контактные кольца 12 вращаются вместе с валом 6, контактируя с неподвижно установленными в щеткодержателях 13 щетками. Подшипник 8 в этой конструкции защищен от токопроводящих частиц графитовой пыли, возникающей при истирания щеток, при этом, защищены также обмотки ротора и статора. Электрические выводы 14 обмотки ротора в данной конструкции, уложенные в направляющих в теле ротора, находятся в зоне, свободной от стрессов, в результате, повышается стойкость их к вибрациям и к изменениям скорости при работе двигателя. Это выполняется также при наличии больших отклонений в осевом направлении элементов ротора и щеточно-коллекторного узла. Предложенная конструкция щеточно-коллекторного узла облегчает и удешевляет его обслуживание при замене контактных колец и щеток. Общая коробка выводов обмоток ротора и статора, расположенная снаружи корпуса электродвигателя, обеспечивает удобство подключения электродвигателя к питающей сети и пускорегулирующим реостатам.
Таким образом, за счет вышеперечисленных усовершенствований в конструкции щеточно-коллекторного узла срок службы электродвигателя можно увеличить в 2-3 раза по сравнению с прототипом.