АВТОМОБИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Предлагаемая полезная модель относиться к электрическим машинам постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, используемых, в частности, в качестве электродвигателей для привода различных электроагрегатов (вентиляторы, стеклоочистители и т.п.) автомобилей.
Известен автомобильный электродвигатель постоянного тока, содержащий статор с постоянными магнитами, ротор с секционной многовитковой обмоткой по петлевой схеме, щеточно-коллекторный узел, включающий в себя коллекторные пластины ротора, к которым подключены выводы секций катушек обмотки ротора (см. патент РФ на полезную модель №15525, МПК Н02К 23/00, 2000). К недостаткам известного электродвигателя можно отнести необходимость балансировки ротора из-за того, что в его лобовых частях образуется несимметричность укладки провода при наложении витков различных секций друг на друга. Это приводит к повышению стоимости электродвигателя и, к тому же, даже балансировка ротора не всегда обеспечивает достаточную ресурсную надежность работы щеточно-коллекторного узла и опорных подшипников, а, соответственно, и электродвигателя в целом.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является автомобильный электродвигатель постоянного тока, содержащий статор с постоянными магнитами, ротор с секционной многовитковой обмоткой по волновой схеме, щеточно-коллекторный узел, включающий в себя коллекторные пластины ротора, к которым подключены выводы секций катушек обмотки ротора, (см. патент РФ на изобретение №2044387, МПК Н02К 23/04, 1995). К недостаткам известного электродвигателя также можно отнести необходимость балансировки ротора из-за того, что в его лобовых частях образуется несимметричность укладки провода при наложении витков различных секций друг на друга. Это приводит к повышению стоимости электродвигателя и, к тому же, даже балансировка ротора не всегда обеспечивает достаточную ресурсную надежность работы щеточно-коллекторного узла и опорных подшипников, а, соответственно, и электродвигателя в целом.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи, состоящей в уменьшении стоимости электродвигателя за счет исключения необходимости балансировки ротора, а также в повышении его ресурсной надежности.
Данная задача решается тем, что в автомобильном электродвигателе постоянного тока, содержащем статор с постоянными магнитами, ротор с секционной многовитковой обмоткой по волновой схеме, щеточно-коллекторный узел, включающий в себя коллекторные пластины ротора, к которым подключены выводы секций катушек обмотки ротора, щеточно-коллекторный узел выполнен с общим количеством коллекторных пластин ротора вдвое превышающем число полюсов ротора, и содержит первый и второй ряд коллекторных пластин, количество которых в каждом ряду равно количеству полюсов ротора, причем каждая коллекторная пластина одного ряда чередуется с коллекторной пластиной другого ряда, секционная многовитковая общая обмотка ротора выполнена с шагом разводки равным единице по сложной сдвоенной волновой схеме, в которой первая обмотка последовательно соединена со второй обмоткой, выводы секций катушек первой обмотки подключены к первому ряду коллекторных пластин, а выводы секций катушек второй обмотки, размещенной в тех же секциях, что и первая обмотка, подключены к смежным коллекторным пластинам второго ряда.
При этом в автомобильном электродвигателе постоянного тока ротор может быть выполнен с пазами для размещения секционной многовитковой обмотки, скошенными относительно продольной оси ротора.
Для обеспечения катушечной обмотки ротора необходимо, чтобы шаг разводки, например, по пазам ротора был равен единице, а именно, выполнялось условие:
Где,
t - шаг разводки по пазам ротора;
Z - число пазов (зубцов) железа ротора;
(2р) - число полюсов статора.
Из данной зависимости находят Z. Например, при (2р)=4, Z=5 или 3. Для лучшей коммутации тока обычно принимают большее значение Z.
Другим условием применения катушечной обмотки ротора является то, что она должна иметь пусковую систему для обеспечения непрерывного вращения ротора, в противном случае ротор с катушечной обмоткой вращаться не будет.
Такой пусковой системой, по предлагаемому техническому решению, является вторая катушечная обмотка ротора, уложенная в те же пазы, что и первая, и последовательно соединенная с ней, причем выводы секций катушек второй обмотки, подключены к смежным коллекторным пластинам второго ряда. Так как вывод каждой секции катушки одной обмотки должен подключаться к своей коллекторной пластине, количество которых равно числу полюсов ротора, то наличие дополнительно второй обмотки, которая аналогичным образом требует подсоединения к своим коллекторным пластинам, обуславливает необходимость дополнительного своего второго ряда коллекторных пластин. Отсюда следует необходимость выполнения щеточно-коллекторного узла с общим количеством коллекторных пластин ротора вдвое превышающем число полюсов ротора и содержащего первый и второй ряд коллекторных пластин, количество которых в каждом ряду равно количеству полюсов ротора. Очевидно, что для удобства намотки целесообразно, чтобы каждая коллекторная пластина одного ряда чередовалась с коллекторной пластиной другого ряда.
Для улучшения условий потока сцепления катушечной обмотки ротора с полюсами статора, ротор может быть выполнен с пазами для размещения секционной многовитковой обмотки, скошенными относительно продольной оси ротора.
На фиг.1 представлен общий вид автомобильного электродвигателя постоянного тока; на фиг.2 - общая схема волновой обмотки ротора при Z=5 и 2р=4; на фиг.3 - схема общей обмотки по каждому кругу раскладки провода; на фиг.4 - схема раскладки провода первой катушечной обмотки ротора; на фиг.5 - схема раскладки провода второй катушечной обмотки ротора.
Автомобильный электродвигатель постоянного тока содержит статор 1 с постоянными магнитами 2, щеточно-коллекторный узел 3, включающий в себя коллекторные пластины 4 первого и второго рядов, общее количество которых вдвое превышает число полюсов ротора. Причем имеется первый и второй ряд коллекторных пластин, количество которых в каждом ряду равно количеству полюсов ротора, причем каждая коллекторная пластина одного ряда чередуется с коллекторной пластиной другого ряда. Электродвигатель также содержит ротор 5, секционная многовитковая общая обмотка которого выполнена с шагом разводки равным единице по сложной сдвоенной волновой схеме, в которой первая обмотка последовательно соединена со второй обмоткой, выводы секций катушек первой обмотки подключены к первому ряду коллекторных пластин, а выводы секций катушек второй обмотки, размещенной в тех же секциях, что и первая обмотка, подключены к смежным коллекторным пластинам второго ряда.
Приведенная на фиг.2-5 в качестве примера сдвоенная катушечная обмотка ротора относится к сложным обмоткам, которая осуществляется по волновой схеме следующим образом.
Первая обмотка (фиг.4), начало которой (H1) подключается к первой {1} коллекторной пластине, затем наматывается в пазы (1)-(2) ротора, а в конце намотки провод подсоединяется к третьей {3} коллекторной пластине. Затем провод наматывается в пазы (3)-(4) ротора и подсоединяется пятой {5} коллекторной пластине. Далее провод наматывается в пазы (5)-(1) ротора с последующим подсоединением к второй {2} коллекторной пластине и так далее осуществляется первая обмотка ротора до подсоединения провода на коллекторной пластине (1.1), которая определяет начало второй обмотки ротора. Как показано выше, выводы секций катушек первой обмотки подключены к первому ряду коллекторных пластин, а именно, согласно схеме разводки {1}-{3}-{5}-{2}-{4}.
Вторая обмотка ротора (фиг.5) осуществляется аналогично первой обмотки с той лишь разницей, что выводы секций катушек обмотки подключаются к смежным коллекторным пластинам второго ряда {1.1}-{3.3}-{5.5}-{2.2}-{4.4}.
Таким образом, приведенная в качестве примера, сдвоенная обмотка ротора автомобильного электродвигателя постоянного тока выполнена по волновой схеме с раскладкой провода на роторе 5 в четыре оборота. При этом имеет место симметричность укладки провода без наложения витков различных секций в лобовых частях одна на другую.
Предлагаемый автомобильный электродвигатель постоянного тока работает следующим образом.
Напряжение питания от источника постоянного тока, например, аккумулятора автомобиля (не показан) подается на щеточно-коллекторный узел 3 и по цепи щетки (не показаны) - коллекторные пластины 4 - обмотка ротора 5 протекает ток, взаимодействующий с магнитным потоком постоянных магнитов 2. При этом в результате такого взаимодействия с обеими обмотками ротора 5, одна из которых выполняет функции пусковой системы, возникает вращающий момент, воздействующий на ротор 5. Ротор 5 начинает вращаться.
Предлагаемый электродвигатель постоянного тока имеет небольшую стоимость за счет исключения необходимости балансировки ротора, а также высокую ресурсную надежность за счет исключения искрения на коллекторных пластинах под щетками, при том, что витки катушек смежных секций не накладываются друг на друга, обеспечивая симметричность обмотки в целом.