КОЛЛЕКТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
COMMUTATOR MOTOR

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано для производства коллекторных электродвигателей.
В описании к патенту РФ на изобретение №2334343, опубликованному 20.09.2008, бюл. № 26, представлено описание электродвигателя, включающего статор с полюсными наконечниками в виде сегментов и якорь с секционированной обмоткой, подключенной к коллектору с диаметральными щетками. Щетки в двигателе размещены под углом к геометрической нейтрали, равным половинному углу, заключенному между смежными краями сегментов полюсных наконечников (а). Щеточный узел может быть выполнен с возможностью поворота против направления вращения якоря на угол а, что обеспечивает реверс. Конструкция известного электродвигателя позволяет отказаться от применения обмотки возбуждения для создания основного магнитного поля, что обеспечивает снижение расхода дорогостоящего обмоточного материала, трудоемкости изготовления, повышение удельной мощности машины и улучшение эксплуатационных характеристик, например уменьшение габаритов и/или повышение крутящего момента.
Известен коллекторный электродвигатель с компенсационной обмоткой, в котором обеспечена потенциальная устойчивость к образованию круговых огней на коллекторе. См. патент РФ на изобретение №2392725, опубликованный 20.06.2010 г., бюл. №17. Указанный технический результат достигается посредством выбора рациональных параметров компенсационной обмотки и геометрии зубцовой зоны главных полюсов, а также путем соответствующего скоса их пазов.
Наиболее близким техническим решение к предлагаемому является коллекторный электродвигатель, описание которого представлено в патенте РФ на изобретение №2035824, опубликованном 20.05.1995. Известный электродвигатель содержит корпус со статором, в подшипниковых узлах которого установлен приводной вал с якорем, электрообмотки которого соединены с коллекторными пластинами, щеточный узел, соединенный с вводными электропроводами, и каналы для прохождения внутри корпуса охлаждающего воздуха. Сущность изобретения заключается в особом обустройстве щеточного узла. Токопроводящее устройство содержит литую пластмассовую траверсу со свободно вставленными в специальные гнезда щеткодержателями коробчатой формы с надетыми на них упругими прижимами. Траверса установлена непосредственно в корпусе электродвигателя, зафиксирована в нем своими выступами и окончательно закреплена в этом корпусе крышкой, отштампованной из листовой стали. Известное техническое решение позволяет снизить трудовые и материальные затраты при производстве коллекторных электродвигателей за счет упрощения конструкции токоподводящего устройства и замены материалов для изготовления траверсы и крышки электродвигателя.
Все известные коллекторные электродвигатели, в том числе и наиболее близкие, обеспечивают передачу электрической энергии через щеточный узел, в котором, вследствие коммутационного искрового пробоя генерируются и выбрасываются в окружающее пространство аэрозольные частицы нанометрового диапазона. Учитывая малый размер и их высокую концентрацию (в проводимых автором экспериментах концентрация генерируемых аэрозольных частиц более, чем на порядок превышает фоновую концентрацию), генерируемые коллекторным электродвигателем частицы, ухудшают экологию и могут нанести ущерб окружающей среде обитания.
Целью предлагаемого изобретения является повышение экологической безопасности.
Для достижения цели предлагаемого изобретения в известном коллекторном электродвигателе, содержащем корпус со статором, в подшипниковых узлах которого установлен приводной вал, с вентилятором и якорем, электрообмотки которого соединены с коллекторными пластинами примыкающего к якорю установленного на приводном валу с противоположной от вентилятора стороне коллекторного узла, щеточный узел, соединенный с вводными электропроводами, каналы для прохождения внутри корпуса охлаждающего воздуха со сквозными отверстиями, выполненными в торцевой крышке корпуса со стороны вентилятора, в корпусе, в противоположной от вентилятора области якоря, выполнены дополнительные сквозные отверстия для прохождения охлаждающего воздуха, а торцевая часть внутреннего объема корпуса, примыкающая к дополнительным сквозным отверстиям со стороны щеточного узла, перекрыта прикрепленным к корпусу фланцем, внутреннее отверстие которого с зазором охватывает примыкающую часть коллекторного узла к якорю, а в нижней части корпуса под щеточным узлом выполнено технологическое отверстие с герметично закрывающейся крышкой.
Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом техническом решении выход охлаждающего потока воздуха в окружающее пространство обеспечивается через дополнительные сквозные отверстия, выполненные в корпусе двигателя, в противоположной от вентилятора области якоря. Снижается вероятность прохождения охлаждающего воздуха через щеточный узел, что снижает вероятность выноса в окружающее пространство образуемых в коллекторном узле аэрозольных частиц. Образуемые частицы в процессе регламентных работ через технологическое отверстие удаляются из корпуса двигателя и утилизируются, не загрязняя окружающее пространство.
На рис. 1 представлена условная схема коллекторного электродвигателя. Электродвигатель включает в себя установленный в подшипниковых узлах 1 и 2 корпуса 3 приводной вал 4. Якорь 5 и коллекторный узел 6 установлены на приводном валу 4. Коллекторные пластины 7 коллекторного узла 6 соединены с электрообмотками якоря 5 (на рис. 1 не показаны). Щеточный узел, включающий щеткодержатель со щеткой 8, траверсу 9 и пластину 10, соединен с вводными электропроводами (на рис. 1 не показаны). Статор 11, включающий в себя при необходимости главный и дополнительный полюса, установлен в корпусе 3 с зазором относительно якоря 5. Величина воздушного зазора между статором и якорем устанавливается в зависимости от конструкции и мощности электродвигателя (в малых электродвигателях менее 1 мм, а в крупных до 1 см). В якоре 5 в зависимости от выбранной системы вентиляции выполнены аксиальные или радиальные каналы (на рис. 1 не показаны). Аксиальные каналы образуются выштампованными в дисках сердечника якоря отверстиями. Радиальные каналы создаются с помощью дистанционных распорок или ветрениц, посредством которых сердечник якоря подразделяется на отдельные пакеты и каналы между ними (на рис. 1 не показаны). С противоположной стороны от коллекторного узла 6 на приводном валу 4 вслед за якорем 5 установлен вентилятор 12. В торцевой крышке 13 корпуса 3 со стороны вентилятора 12 выполнены сквозные отверстия для прохода охлаждающего воздуха 14. В корпусе 3, в противоположной от вентилятора 12 области якоря 5, выполнены дополнительные сквозные отверстия 15. Торцевая часть внутреннего объема корпуса 3, примыкающая к сквозным отверстиям 15 со стороны щеточного узла, перекрыта фланцем 16, внутреннее отверстие которого с зазором охватывает примыкающую часть коллекторного узла 6 к якорю 5. Крепление фланца 16 к корпусу на рис. 1 не показано и может быть осуществлено известными конструктивными методами, например, с помощью болтового соединения. Примыкающая к коллекторному узлу часть фланца 16, либо весь фланец 16 выполнены из электроизоляционного материала. В нижней части корпуса 3 под щеточным узлом, между фланцем 16 и торцевым фланцем корпуса 3 подшипникового узла 1 выполнено технологическое отверстие с герметично закрываемой с помощью болтов крышкой 17.
Конструкция и принцип работы предлагаемого электродвигателя аналогичны известным коллекторным электродвигателям и достаточно широко освещены в литературе. См., например, http://electriku.ru/odnofaznye-kollektornye-dvigateli-posledovatelnogo-vozbuzhdeniya/. Отличительной особенностью предлагаемой конструкции является схема прохождения охлаждаемого воздуха внутри корпуса двигателя. Вентилятор 12 забирает охлаждающий воздух через отверстия 14 в торцевой крышке 13, прогоняет охлаждающий воздух по каналам в якоре 5, охлаждает обмотки якоря 5 и выбрасывает отработанный воздух наружу в окружающее пространство через дополнительные отверстия 15 в корпусе. Торцевой фланец 16 препятствует попаданию струи охлаждаемого воздуха в щеточный и коллекторный узел. Образуемые в процессе работы двигателя аэрозольные частицы в результате коммутационных электрических разрядов в месте контакта щеток с пластинами коллектора локализуются в окружающем щеточный узел пространстве, укрупняются и оседают в нижней части корпуса. Во время профилактического ремонта накопившиеся аэрозольные частицы через нижнее отверстие люка 17 извлекаются из двигателя и отправляются на утилизацию. Как показали эксперименты, проведенные автором предлагаемого изобретения, мелкодисперсные аэрозольные частицы при достижении определенной концентрации интенсивно объединяются между собой и укрупняются в размере. И дальнейшего роста концентрации не наблюдается.
Таким образом, благодаря новым признакам в предлагаемом техническом решении генерируемые щеточным узлом электродвигателя аэрозольные частицы локализуются в изолированном пространстве, укрупняются и осаждаются в нижней части корпуса двигателя. Образуемые аэрозольные частицы не выносятся в окружающее пространство, а удаляются из двигателя в период проведения профилактического ремонта, что позволяет повысить экологическую чистоту двигателя и достичь цели предлагаемого изобретения.