Электродвигатель постоянного тока стрелочный

Полезная модель относится к области электромашиностроения, а именно к стрелочным электродвигателям постоянного тока, предназначенным для эксплуатации на железнодорожном транспорте в повторно-кратковременном режиме (S ГОСТ 183) с продолжительностью включения ПВ=15%, которые устанавливаются в электроприводе и служат для перевода остряков (подвижных сердечников) стрелочных переводов электрической и горочной централизации.
Известна классическая машина постоянного тока вращательного движения, неподвижная часть которой представляет собой индуктор с источником магнитодвижущей силы, а вращающаяся часть - якорь с обмоткой и коллектор, при этом сердечники полюсов набраны из неизолированных листов электротехнической стали, стянутых шпильками, концы которых расклепаны, сердечник якоря набран из штампованных дисков электротехнической стали, в пазы на внешней поверхности якоря уложены катушки обмотки якоря, которая соединена с коллектором, состоящим из медных пластин, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками, коллектор крепится на валу с помощью шпонки, для отвода тока от вращающегося коллектора и подвода к нему тока применяется щеточный узел, состоящий из щеток, щеткодержателей с курками и пружинами для прижима щеток, которые с помощью отводов соединены с выводными зажимами или с другими обмотками машины (см. книгу Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974, с. 33-39, 130-132).
Известный электродвигатель постоянного тока имеет недостаточную надежность из-за ухудшения электрического контакта между щетками и пластинами (ламелями) коллектора, например, при эксплуатации электродвигателя в условиях экстремальных сезонных температур от инея при морозе, при отсутствии дублирования щеток.
Известен также электродвигатель стрелочный постоянного тока, содержащий корпус, статор с двумя полюсами и обмотками, якорь, набранный из листов электротехнической стали, соединенных с пластинами коллектора, и щеточный узел для подведения напряжения к якорю, расположенному жестко на валу через компенсационные шайбы в подшипниках, две крышки по обе стороны вала, стянутые между собой и корпусом стягивающими винтами, при этом один из концов вала имеет цилиндрическую форму со шпоночным пазом, а второй конец вала имеет форму многоугольника, каждый подшипник выполнен закрытым двумя шайбами, а между крышками и стягивающими винтами расположены шайбы с переменной толщиной поперечного сечения и ребрами жесткости в виде прямых, расположенных по радиусам шайбы, и начинающихся у отверстия для размещения винта (см. патент РФ на полезную модель №51304, МПК Н02К 5/24, Н02К 5/15, опубл. 27.01.2006 г.).
Однако известный электродвигатель также имеет недостаточную надежность из-за пропадания электрического контакта между щетками и пластинами коллектора, например, от инея при морозе, без возможности дублирования щеток.
Наиболее близким по технической сущности к предложенной полезной модели является известный электродвигатель постоянного тока стрелочный (ДПС), содержащий корпус, в котором расположены статор со статорными катушками, размещенный на валу якорь с обмотками, соединенный с коллектором и, по крайней мере, один щеточный узел для подведения напряжения к якорю, содержащий пару щеток со щеткодержателями, на корпусе расположены клеммная колодка и окно для обслуживания щеточного узла, при этом в него введены хомут для герметизации окна, контакт для контроля электрического состояния щеточных узлов и, по крайней мере, одна дополнительная пара щеток, при этом щеткодержатели выполнены из композиционного материала. Электродвигатель может быть снабжен ручкой, расположенной на корпусе. Статорные катушки и якорные обмотки через щетки могут быть соединены с клеммной колодкой для подключения к питающей электрической сети (см. патент РФ на полезную модель №37282, МПК H02K 11/00, опубл. 10.04.2004 г.).
Недостатком известного стрелочного электродвигателя постоянного тока является недостаточная надежность, что снижает его потребительские свойства. Это связано с ухудшением электрического контакта между щетками и пластинами коллектора из-за отсутствия герметичности конструкции и характерного попарно диаметрального размещения противоположных щеток в щеткодержателях, не позволяющего обеспечить их дублирование, особенно при эксплуатации электродвигателя в условиях экстремальных сезонных температур от инея при морозе, а также высокой влажности, запыленности и вибрации.
Задачей настоящей полезной модели является создание конструкции стрелочного электродвигателя постоянного тока повышенной надежности и улучшенными потребительскими свойствами.
Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является увеличение срока службы щеточного узла за счет снижения токовой нагрузки на щетки.
Указанный технический результат достигается тем, что в электродвигателе постоянного тока стрелочном, содержащим корпус, в котором расположены полюса с полюсными катушками, размещенный на валу якорь с обмотками, соединенный с коллектором, щеточный узел для подведения напряжения к якорю, содержащий щеткодержатели со щетками, согласно полезной модели, каждый щеткодержатель установлен непосредственно на подшипниковом щите, при этом щетки в каждом щеткодержателе расположены попарно, причем пары щеток размещены друг напротив друга.
Лобовые части обмотки якоря могут быть залиты компаундом.
Установка каждого щеткодержателя непосредственно на подшипниковом щите, расположение щеток в каждом щеткодержателе попарно и их размещение друг напротив друга, позволяет снизить токовую нагрузку на щетки, при этом одна щетка резервирует другую, что приводит к увеличению срока службы.
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг. 1 изображен пример выполнения электродвигателя постоянного тока стрелочного, вид сбоку, частичный разрез; на фиг. 2 - тоже, вид сверху, продольный разрез; фиг. 3 - вид в аксонометрии щеточного узла (в увеличенном масштабе).
Позиции на чертежах обозначают следующее: 1 - корпус электродвигателя; 2 - полюса; 3 - полюсные катушки; 4 - вал; 5 - якорь; 6 - обмотки якоря 5; 7 - коллектор; 8 - щетки; 9 - щеткодержатель; 10 - крышка; 11 - подшипниковый щит; 12 - стягивающие винты; 13 - клеммная колодка; 14 - окно для обслуживания щеточного узла, закрытое хомутом; 15 - ручка; 16 - лапы для фиксации и установки электродвигателя.
Электродвигатель постоянного тока стрелочный типа ДПС содержит корпус 1, в котором расположены полюса 2 с полюсными катушками 3, размещенный на валу 4 якорь 5, набранный из листов электротехнической стали с якорными обмотками 6, соединенными с коллектором 7, щеточного узла для подведения напряжения к обмоткам 6 якоря 5, содержащего щетки 8 со щеткодержателем 9 (фиг. 1-3). Каждый щеткодержатель 9 установлен непосредственно на переднем подшипниковом щите 11 на удлиненном коллекторе 7, насаженным на валу 4 на шпонку и на эпоксидный клей. Щетки 8 в каждом щеткодержателе 9 расположены попарно, причем пары щеток размещены друг напротив друга (фиг. 3).
Лобовые части обмоток 6 якоря 5 залиты компаундом для обеспечения герметичности конструкции, что приводит к уменьшению влияния вибрации на корпус электродвигателя на месте его установки. Это позволяет повысить надежности и улучшить потребительские свойства стрелочного электродвигателя постоянного тока.
Щеткодержатель 9 выполнен из композиционного материала (пластмассы).
Корпус 1 выполнен из стальной трубы, полюса 2 установлены в вертикальной плоскости. Электродвигатель содержит крышку 10 и щит подшипниковый 11 по обе стороны вала 4, стянутые между собой и корпусом 1 стягивающими винтами 12. При этом один из концов вала 4 имеет цилиндрическую форму со шпоночным пазом, а второй конец вала 4 имеет форму квадрата. На корпусе 1 расположены клеммная колодка 13 и окно 14 для обслуживания щеточного узла, закрытое хомутом,
На корпусе 1 размещена ручка 15, облегчающая переноску и транспортировку электродвигателя, учитывая его массу более 15 кг. В нижней части корпуса 1 приварены лапы 16 для крепления и установки электродвигателя в электроприводе на месте эксплуатации.
В электродвигателе использованы закрытые подшипники 80203 С2 ГОСТ 7242, не требующие замены смазки на весь период эксплуатации (средний срок службы 20 лет). Электродвигатель малообслуживаемый, не требует замены смазки в течение всего срока эксплуатации, с повышенной надежностью щеточного узла.
Электродвигатель постоянного тока стрелочный используется следующим образом.
При подключении электродвигателя к источнику питания постоянного тока, ток, протекая по одной из обмоток 3, расположенной на одном из его полюсов 2 и по якорю 5, индуцирует в полюсах 2 поток возбуждения, который пересекая якорь 5, приводит к возникновению вращающего момента. При этом частота вращения якоря 5 (вала 4 электродвигателя) определяется величиной противо-ЭДС, наводимой в якоре 5 при вращении в магнитном поле полюсов 2, а величина вращающего момента определяется током, протекающим через якорь 5. Коллектор 7, конструктивно объединенный с якорем 5, представляет собой совокупность медных пластин (ламелей), к которым присоединены секции обмотки 6 якоря 5.
Пластины коллектора 7 скользят по неподвижным токосъемным медно-угольным щеткам 8 (в щеточном узле), в результате чего осуществляется электрический контакт в цепи: обмотка якоря - источник питания. Реверсирование электродвигателя достигается за счет подключения последовательно с якорем 5 другой обмотки полюсов 2, расположенной на другом полюсе.
Электродвигатель устанавливается внутри стрелочного электропривода - негерметичного и работающего в условиях экстремальных сезонных температур на открытом воздухе в условиях высокой влажности, запыленности и вибрации.
Подготовка электродвигателя к использованию. Внешним осмотром проверяют состояние клеммной колодки 13, затяжку винтов крепления крышек и хомута. Проверяют легкость вращения якоря: якорь 5 должен вращаться в подшипниках в обе стороны от руки без заеданий и задевания полюсов. Сопротивление изоляции обмоток электродвигателя, не бывшего в эксплуатации, относительно корпуса при нормальных климатических условиях (температура +20°C±5°C, относительная влажность до 90%) должно быть не менее 200 МОм.
Эксперименты, проведенные в ООО Электротехнический завод «ГЭКСАР» (г. Саратов), показали следующие основные характеристики предложенного электродвигателя постоянного тока стрелочного типа ДПС-0,25: номинальное напряжение 160 В; потребляемый ток не более 2,5 А; мощность 250 Вт; частота вращения 1700 об/мин; номинальный вращающий момент 1,47 Нм; КПД 54%; кратность пускового тока 5,5; кратность пускового момента 6; масса не более 15,9 кг.
Предложенная конструкция электродвигателя постоянного тока стрелочного обеспечивает повышение его надежности и улучшение потребительских свойств, увеличение срока службы щеточного узла за счет снижения токовой нагрузки на щетку при улучшенной герметичности и виброустойчивости за счет заливки лобовых частей обмотки якоря компаундом и размещения токоведущих элементов в рамках корпусных габаритов электродвигателя.