Стрелочный электродвигатель постоянного тока

Полезная модель относится к области электромашиностроения, а именно к стрелочным электродвигателям постоянного тока, предназначенным для эксплуатации на железнодорожном транспорте для установки в стрелочных электроприводах для перевода стрелок тяжелых типов и на сортировочных горках.
Известен стрелочный электродвигатель постоянного тока типа МСП-0,25 представляющий собой двухполюсный реверсивный электродвигатель с горизонтальным валом на подшипниках (см. статью Дорохин Б.П., Сердюк Т.Н. Внедрение новых типов двигателей стрелочных электроприводов // Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті, 2013, № 6 [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://eadnurt.diit.edu.ua/bitstream/123456789/4205/1/10.pdf).
Недостатком известного стрелочного электродвигателя постоянного тока является низкая герметичность и виброустойчивость якорных обмоток и щеточно-коллекторного узла из-за влияния вибрации на лобовые части обмотки якоря и место соединения обмотки с ламелями коллектора. Это может привести приводит к отказам в эксплуатации электродвигателя, например, из-за обрыва проводов и межвитковых замыканий, снижая надежность и ухудшая его потребительские свойства.
Известен электродвигатель постоянного тока типа МСП-0,25, содержащий корпус, изготовленный из стальной трубы с приваренными лапками, к корпусу изнутри прикреплены два полюса с обмотками и снаружи – пластмассовая колодка с тремя клеммами, внутри корпуса расположен якорь с коллектором, корпус закрыт передним и задним щитами, в переднем щите размещено щеточное устройство, зубцы якоря образуют полузакрытые пазы грушевидной формы, обмотка якоря содержит 24 секции, в каждом пазу расположены по две стороны секций, намотанных одна поверх другой и изолированных лакотканью и электрокартоном от стенок паза, выводы секций якоря припаяны к коллекторным пластинам, щеткодержатели расположены диаметрально противоположно относительно коллектора и закреплены на стенках квадратной части переднего щита, каждый щеткодержатель имеет латунный корпус, в котором находятся щетка с пружиной и регулировочный винт (см. книгу Резников Ю.М. Стрелочные электроприводы электрической и горочной централизаций. М.: Транспорт, 1975, с. 104-110).
Недостатком известного электродвигателя постоянного тока является недостаточная герметичность и виброустойчивость якорных обмоток и щеточно-коллекторного узла, из-за влияния вибрации на лобовые части обмотки якоря и место соединения обмотки с ламелями коллектора. Это может привести к отказам в эксплуатации электродвигателя, например, к пробою обмоток при климатических и механических воздействиях, снижая надежность электродвигателя и ухудшая его потребительские свойства.
Известен 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, причем 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 H02K 5/24, H02K 5/15, опубл. 27.01.2006 г.).
Недостатком известного электродвигателя стрелочного постоянного тока является низкая герметичность и виброустойчивость якорных обмоток и щеточно-коллекторного узла, что приводит к отказам в эксплуатации, например, к пробою обмоток при климатических и механических воздействиях и снижает надежность электродвигателя, ухудшая его потребительские свойства.
Наиболее близким по технической сущности к предложенной полезной модели  является известный стрелочный электродвигатель постоянного тока (МСП-0.25), 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 алюминиевые крышки по обе стороны вала, стянутые между собой и корпусом стягивающими винтами, при этом один из концов вала имеет цилиндрическую форму со шпоночным пазом, при этом второй конец вала имеет форму квадрата, между крышками и стягивающими винтами расположены контрящие шайбы, выполненные из листового металлического материала толщиной 0,3-0,5 мм в виде равностороннего треугольника с отверстием в центральной части (см. патент РФ на полезную модель № 35178, МПК H02K 1/32, H02K 11/00, опубл. 27.12.2003 г.).
Недостатком известного стрелочного электродвигателя постоянного тока является низкая герметичность и виброустойчивость якорных обмоток и щеточно-коллекторного узла, что приводит к отказам в эксплуатации, например, из-за обрыва проводов и межвитковых замыканий. Это снижает надежность электродвигателя и ухудшает его потребительские свойства.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение надежности электродвигателя и улучшение его потребительских свойств.
Техническим результатом, достигаемым при решении поставленной задачи, является повышение герметичности и виброустойчивости обмотки якоря и щеточно-коллекторного узла.
Указанный технический результат достигается тем, что в стрелочном  электродвигателе постоянного тока, содержащим корпус, статор с двумя полюсами и обмотками, якорь, набранный из листов электротехнической стали, запрессованных на валу с пазами для обмотки, соединенной с пластинами коллектора, и щеточный узел для подведения напряжения к якорю, расположенному жестко на подшипниковом щите, две алюминиевые 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 квадрата, согласно полезной модели, лобовые части обмотки якоря и место соединения обмотки с коллектором пропитаны лаком и покрыты слоем компаунда на основе эпоксидной смолы, каждая щетка с токоведущим кабелем закреплена отдельно в отдельном щеткодержателе из алюминиевого сплава, при этом каждый щеткодержатель снабжен курком с нажимной пружиной, выполненной в виде пластины, контактирующей со щеткой с возможностью обеспечения постоянного давления независимо от износа щетки, и пазом, выполненным со стороны подведения токоведущего кабеля, коллектор запрессован на валу через шпоночное соединение с дополнительной фиксацией на эпоксидную смолу, а крепление обмотки якоря со стороны коллектора выполнено с помощью многослойного ниточного бандажа.
Пропитка лаком и покрытие слоем компаунда на основе эпоксидной смолы лобовых частей обмотки якоря и места соединения обмотки с ламелями коллектора позволяет обеспечить герметизацию обмоток якоря и снизить влияние вибрации.
Закрепление каждой щетки отдельно в отдельном щеткодержателе из алюминиевого сплава позволяет обеспечить бесперебойный электрический контакт между щетками и пластинами коллектора, повышая надежность электродвигателя,  улучшая его потребительские свойства.
Наличие в каждом щеткодержателе курка с нажимной пружиной, выполненной в виде пластины, контактирующей со щеткой, обеспечивает возможность постоянного давления независимо от износа щетки, и, соответственно, обеспечивает постоянство электрического контакта между щеткой и контактными платинами коллектора. Такое постоянное давление на щетку обеспечивает даже при сильной вибрации постоянный электрический контакт между рабочей поверхностью щетки и контактными пластинами коллектора, повышая, тем самым, виброустойчивость и надежность работы электродвигателя.
Наличие на щеткодержателе фигурного паза со стороны подведения токоведущего кабеля, позволяет по мере износа щетки и ее перемещения в сторону коллектора, входить токоведущему кабелю в этот паз, что дает возможность максимально использовать толщину и рабочую поверхность щетки в процессе эксплуатации, повышая срок службы щетки и улучшая потребительские свойства электродвигателя в целом.
Запрессовка коллектора на валу через шпоночное соединение с дополнительной фиксацией на эпоксидную смолу повышает виброустойчивость электродвигателя.
Выполнение крепления обмотки якоря со стороны коллектора на якоре с помощью многослойного ниточного бандажа повышает прочность и виброустойчивость обмотки.
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг.1 изображен пример выполнения электродвигателя постоянного тока стрелочного, вид сверху, поперечный разрез; на фиг. 2 – тоже, вид сбоку, продольный разрез; на фиг. 3 – сечение А-А на фиг. 1 (в увеличенном масштабе); на фиг. 4 – щеточный узел (в увеличенном масштабе); на фиг. 5 – вид А на фиг. 4 (в увеличенном масштабе).
Позиции на чертежах обозначают следующее: 1 – корпус электродвигателя; 2 – лапы для фиксации и установки электродвигателя; 3 – полюсы; 4 – полюсные  катушки; 5 - якорь; 6 – закрытые шарикоподшипники; 7 - крышка; 8 – щит подшипниковый; 9 – вал; 10 – обмотка якоря 5; 11 - коллектор; 12 – бандаж обмотки 10 якоря 5; 13 - коллекторные пластины; 14 - щетки; 15 – щеткодержатель; 16 – токоведущий кабель: 17 – курок; 18 – паз, выполненный в щеткодержателе 15 со стороны подведения токоведущего кабеля 16; 19 – клеммная колодка; 20 - окно для обслуживания щеточного узла, закрытое крышкой 7; 21  – ручка для переноски электродвигателя.
Электродвигатель постоянного тока стрелочный содержит корпус 1 (фиг. 1 и 2), изготовленный из стальной трубы диаметром 160 ±5 мм, к которой привариваются лапы 2 для фиксации электродвигателя в стрелочном электроприводе. Статор содержит два полюса 3 с полюсными катушками (двумя обмотками возбуждения)  4, прикрепленных изнутри на боковых сторонах корпуса 1. Внутри корпуса 1 расположен якорь 5, который вращается в закрытых шарикоподшипниках 6.
Корпус 1 закрыт крышкой 7 и щитом подшипниковым 8, в котором размещен щеточный узел для подведения напряжения к якорю 5, расположенному жестко на подшипниковом щите 8.
Якорь 5 состоит из стального вала 9, на который насажен пакет из штампованных листов электротехнической стали, запрессованных на валу 9 с пазами грушевидной формы, в которые уложена обмотка 10 якоря 5, выполненная из эмалированного медного провода и состоящая из 24 секций. Крепление обмотки 10 со стороны коллектора 11 на цилиндрическом якоре 5 выполняют с помощью многослойного ниточного бандажа 12, повышая прочность и виброустойчивость обмотки 10. Концы обмотки 10 соединены с пластинами 13 коллектора 11, секции в пазах закреплены клиньями. Якорь 5 выполнен с коротким коллектором 11. Коллектор 11 выполнен в виде корпуса из прессматериала, в который запрессованы 24 коллекторные пластины 13, изолированные друг от друга миканитовыми прокладками. Коллектор запрессован на валу 9 через шпоночное соединение с дополнительной фиксацией на эпоксидную смолу. По обе стороны вала 9 расположены две алюминиевые крышки, стянутые между собой и корпусом 1 стягивающими винтами. Один из концов вала 9 имеет цилиндрическую форму со шпоночным пазом, а второй конец вала 9 имеет форму квадрата.
Каждая щетка 14 закреплена отдельно в отдельном щеткодержателе 15 из алюминиевого сплава. Щетка 14 с токоведущим кабелем 16 расположена в обойме   щеткодержателя 15 (фиг. 3-5). Каждый щеткодержатель 15 снабжен курком 17 с нажимной пружиной, выполненной в виде пластины, контактирующей со щеткой 14 с возможностью обеспечения постоянного давления независимо от износа щетки 14, и пазом 18, выполненным со стороны подведения токоведущего кабеля 16.
Для герметизации лобовые части обмотки 10 якоря 5 и место соединения обмотки 10 с коллектором 11 пропитаны лаком и покрыты слоем компаунда на основе эпоксидной смолы.
Сверху на корпусе 1 размещена клеммная колодка 19.
Для обслуживания щеточного узла имеется окно 20, закрытое крышкой 7. Для переноски электродвигателя сверху на корпусе 1 расположена ручка 21.
Эксперименты, проведенные в ООО Электротехнический завод «ГЭКСАР» (г. Саратов), показали следующие основные характеристики предложенного электродвигателя постоянного тока стрелочного типа МСП-0,25: номинальное напряжение 160 В; потребляемый ток не более 2,5 А ±10%; мощность 250 Вт; частота вращения 1700 об/мин; номинальный вращающий момент 1,47 Нм; КПД 59%. Электродвигатель постоянного тока типа МСП-0,25 мощностью 0,25 кВт с последовательным соединением обмоток является двухполюсным, реверсивным, с горизонтальным валом на подшипниках качения № 80202 и № 80203 закрытых со смазкой. Смазывать в течение срока службы не надо. Щетки ЭГ8 ИЛФА 685.211.487 (ФУЗ.594.1599). Электродвигатель типа МСП-0,25 является электродвигателем закрытого типа; режим работы - повторно-кратковременный.
Вал электродвигателя изготовляется с двумя выступающими концами, причем конец вала со стороны коллектора должен быть квадратного сечения 10x10 мм, а с противоположной стороны - круглый.
Обмотки якоря и возбуждения выполняются проводом марки ПЭВ-2, выводные концы обмоток возбуждения - проводом марки ПГВ - 1x1,5 мм. Обмотки якоря и возбуждения пропитывают электроизоляционным лаком МЛ-92.
Электродвигатель постоянного тока стрелочный работает следующим образом.
При подключении электродвигателя к источнику питания постоянного тока, ток, протекая по одной из обмоток 4, расположенной на одном из его полюсов 3 и по якорю 5, индуцирует в полюсах 3 поток возбуждения, который пересекая якорь 5, приводит к возникновению вращающего момента. Коллектор 11, конструктивно объединенный с якорем 5, представляет собой совокупность медных пластин, к которым присоединены секции обмотки 10 якоря 5. Пластины коллектора 13 скользят по неподвижным токосъемным медно-угольным щеткам 14, в результате чего осуществляется электрический контакт в цепи: обмотка якоря - источник питания. При вращении вала электродвигателя приводится в действие исполнительный механизм железнодорожной стрелки, до срабатывания соответствующего датчика, контролирующего правильность перевода.
Предложенная конструкция электродвигателя обеспечивает повышение его надежности и улучшение потребительских свойств за счет повышения герметичности и виброустойчивости обмоток и щеточно-коллекторного узла.