ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ РЕАКТИВНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАЕМЫЙ

Полезная модель относится к электрическим двигателям и предназначено для приведения в движение машин и механизмов в случаях, когда определяющим фактором является минимальная стоимость двигателя и его высокая надежность в тяжелых условиях эксплуатации, например, в устройствах автоматики на железнодорожном транспорте.
Известен электродвигатель постоянного тока близкий к заявляемому электродвигателю реактивному переключаемому (ЭРП) по признаку наличия механического скользящего контакта (коллектора): [Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины и микромашины. Учебник для вузов. - М.: Высш. Школа, 1981. (стр.397)]. Однако двигатель постоянного тока (в обычном исполнении), в отличие от ЭРП, имеет более сложную конструкцию активной части: обмотку возбуждения на статоре (или постоянные магниты) и распределенную обмотку якоря на вращающейся части.
Также 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 и датчик положения ротора. Количество фаз RSM определяется конструктивным исполнением магнитопроводов статора и ротора. Подробно SRM описан в литературе: [Miller Т. Switched Reluctance Motors and Their Control. Magna Physics Publishing and Oxford University Press. Oxford. 1993]. Однако RSM требует для обеспечения своей работоспособности 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 ограничивает возможности RSD.
Наиболее близким по своей технической сущности к ЭРП является электродвигатель, обмотки которого коммутируются механическими скользящими контактами: патент США, номер по международной классификации WO 01/50578 А1, автор PENGOV, Wayne, А, который взят за прототип. Этот электродвигатель содержит статор с зубчатым магнитопроводом с обмоткой, щеткодержатель, обеспечивающий скользящий контакт с контактным кольцом ротора, ротор с зубчатым магнитопроводом без обмотки (реактивный) с контактным кольцом для присоединения скользящих контактов.
Однако двигатель имеет большое количество скользящих контактов - шесть. Это снижает надежность работы и повышает стоимость двигателя.
Предлагаемая полезная модель позволяет решить задачу уменьшения количества скользящих контактов, а, следовательно, уменьшения стоимости двигателя и повышения надежности его работы.
Это достигается тем, что в электродвигателе, содержащем статор с зубчатым магнитопроводом с обмоткой, щеткодержатель, обеспечивающий скользящий контакт с контактным кольцом ротора, ротор с зубчатым магнитопроводом без обмотки (реактивный) с контактным кольцом для присоединения скользящих контактов, согласно изобретению, на статоре на щеткодержателе расположены скользящие контакты в количестве равном числу фаз обмотки плюс один общий, соединенный с питающим проводом, на роторе контактное кольцо содержит чередующиеся поверхности из проводящего и непроводящего материала, расположенные таким образом, чтобы при повороте ротора через два контакта была подключена к источнику питания та фаза обмотки статора, которая обеспечит вращение ротора в заданную сторону, параллельно каждой фазе обмотки подключены демпферные цепи.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 показана схема питания ЭРП, а на фиг.2 изображена конструкция механического контакта для трехфазного симметричного варианта ЭРП.
ЭРП содержит три фазные обмотки W1, W2 и W3, параллельно которым включены демпферные цепи, состоящие из диодов VD1, VD2 и VD3. На статоре расположены скользящие контакты 1,2 и 3, соединенные с фазными обмотками W1, W2, W3 соответственно. Имеется контакт 4, непрерывно соприкасающийся с проводящей поверхностью 5. Контакты 1, 2, 3 при вращении контактного кольца попеременно соприкасаются с проводящей поверхностью 5 или с непроводящей поверхностью 6.
ЭРП работает следующим образом. Если требуется вращение ротора, например, по часовой стрелке, питание получает та фаза обмотки статора, зубцы которой находятся против пазов ротора, например, фаза с обмоткой W1. Питание на эту фазу передается через механические скользящие контакты 1, 4, и проводящую поверхность 5. Ток, протекающий в обмотке W1, создает магнитное поле, и зубцы этой возбужденной фазы притягивают к себе зубцы ротора. Ротор начинает вращательное движение. При приближении к положению совпадения зубцов возбужденной фазы статора и зубцов ротора, скользящий контакт 1 попадает на непроводящую поверхность 6 с таким расчетом, чтобы, при полном совпадении зубцов ротора и зубцов рассматриваемой фазы статора, ток уменьшился бы до нуля или до малого значения. Следующая фаза работает аналогично предыдущей с той лишь разницей, что начало ее работы сдвинуто на угол, определяемый числом фаз и соотношением чисел зубцов статора и ротора. При работе второй фазы с обмоткой W2, ток замыкается через контакты 2, 4 и проводящую поверхность 5. При работе третьей фазы с обмоткой W3, ток замыкается через контакты 3, 4 и проводящую поверхность 5. Во время вращения ротора, при разрыве механического контакта 1 или 2 или 3, ток в соответствующей фазе спадает, протекая через демпферные диоды, соответственно, VD1 или VD2 или VD3.
Роль демпферных цепей заключается в сбросе электромагнитной
энергии, накопленной в обмотке двигателя за один такт коммутации. Для особо тяжелых условий эксплуатации при температурах, превышающих допустимую рабочую температуру полупроводниковых элементов, в демпферной цепи вместо диодов VD1, VD2,VD3 могут использоваться варисторы с расширенным температурным диапазоном, самовосстанавливающиеся предохранители и другие устройства.
Все фазы не обязательно соединяются к одному питающему проводу, каждая фаза обмотки может подсоединяться к своему источнику питания или к фазе многофазной питающей сети.
По сравнению с прототипом, заявляемый ЭРП имеет меньшее количество скользящих контактов, что является конструктивным отличием машины такого класса.