ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА
Полезная модель относится к электромеханике и предназначена для работы в системе автоматического регулирования (САР) микроминиатюрного электропривода постоянного тока.
Известна электрическая машина, позволяющая осуществить регулировку полюсных и коллекторных пульсаций напряжения, обеспечивая их на минимальном уровне /1/.
Недостатком такой машины является увеличение аксиальной длины машины вследствие наличия двух якорей и двух щеткодержателей, расположенных вдоль аксиальной длины машины, а также невозможность использования напряжения коллекторных пульсаций в качестве управляющего сигнала обратной связи САР, обусловленную непостоянством контакта между щет1«)й и коллектором.
В /2/ предложено применить металлическую контактную пару щетка-коллектор из сплавов благородных металлов (золота, серебра, платины, палладия) совместно со специальным микрорельефом /3/ рабочей поверхности коллектора в виде концентрических канавок, заполненных антифрикционной защитной смазкой, что обеспечивает стабильность и надежность контакта и позволяет достичь временной стабильности пульсации. Однако это не решает проблему обеспечения остальных параметров коллекторных пульсаций напряжения в целом, таких, например, как форма, амплитуда и частота пульсаций.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная
модель, является создание микроминиатюрной электрической машины постоянного тока с возможностью выполнения функции электропривода постоянного тока с предельно малой аксиальной длиной, предельно малыми габаритными размерами электродвигателя, с регулируемой либо стабилизированной частотой вращения за счет использования в качестве сигнала обратной связи напряжения коллекторных пульсаЦИЙ.-; -n.v ., .
Поставленная задача решается тем, что у электрической машины постоянного тока, содержащей корпус, дисковый якорь, ма1: нитную систему, коллектор вьшолнен цилиндрическим и имеет на рабочей по- , верхности кольцевые канавки глубиной и шириной 0,02-0,03 мм, шагом 0,04-0,06 мм, число полюсов магнитной системы  или . Количество секций и число коллекторных пластин связаны соотношением:
//:/
МЖ Ю2К 23/54
Un  3, 0,08 MM  Виз  0.15 MM, BK  ()биз ,
где S - количестю сеюдай,
К - число коллекторных пластин, р - число пар полюсов магнитной системы, Ш - число активных сторон секций на полюс. Виз  ширина изоляционного промезкутка меаду коллекторными пластинами,
к - пшрина коллекторной пластины.
Щетки выполнены цельнометаллическими и состоят, по крайней мере, из двух контактных элементов, причем i : fg  5 : 17, где
- длина контактного элемента щетки от края щетки до места контакта с коллектором,
2 - длина контактного элемента щетки от места контакта с коллектором до места вая мления в щеткодержателе.
Щетки установлены на коллекторе под углом  2° при числе полюсов  и  1 или   числе полюсов .
Указанные коллекторные пластины и контактные элементы щеток вьшолнены из сплавов на основе благородных металлов.
На фиг. 1 показана конструкция электрической машины с односторонним расположением магнита; на фиг, 2-е двухсторонним располойвением магнита. На фиг, 3 показано расположение щеток на коллекторе. На фиг. 4 приведена тшовая форма напряжения коллекторных пульсаций.
Нредлагаемая электрическая машина включает:
корпус 1, дисковый якорь 2, магнитную систему 3, цилиндрический коллектор 4, щетки 5, щеткодержатель 6.
Щ)и конкретной реализации электрической мапшны ее магнитная система 3 может быть выполнена торцевого типа с односторонним (фиг. 1) либо двухсторонним (фиг..2) расположением магнита кольцевой формы с осевой (вдоль акеиальной длины) магнитной текстурой.
Полюсная структура магнитной систеки - неявнополюсная с чередующейся полярностью полюсов, образующейся при намагничивании магнита. Число полюсов 2р удовлетворяет условию оптимальности по энергетическому испольвовавдю /4/ и выбирается равным 4 либо 6.
Благодаря постоянной длине магнита вдоль оси намагничивания обеспечивается постоянство .tk Д. с. и индукции в воздушном зазоре на всей поверхности, ограйш&нной  тталюоа, что обеепе т вает, в свою очередь, отсутствие низкочастотной (оборотной) паразитной амплитудной модуляции (ПАМ) напрязюения коллекторных пульсаций.
Якорь 2 электрической машины выполнен дисковым, неферромагнитным и состоит из секций, выполненных из провода с эмалевой изоляцией, для придания прочности залитых термореактивным компаундом. Структура якоря содержит предварительно отформованные секции, активные стороны которых уложены по поверхности якоря друг относительно друга с постоянным угловым шагом и угловой погрешностью не более ±3, что обеспечивает постоянство периода (частоты) коллекторных пульсаций напряжения и, тем самым, минимальный уровень паразитной частотной модуляцией (ПЧМ) сигнала обратной связи САР, сформированного на основе коллекторных пульсаций напряжения.
Количество секций S, определяющее наряду с частотой враш,ения электродвигателя частоту напряжения коллекторных пульсаций, позволяет реализовать простую волновую обмотку и соответствует условию:
- количество импульсов напряжения коллекторных пульсаций за один оборот электродвигателя составляет не менее 10;
S - 2pUn± 1 - целое число, где
Ш - число сторон секций на полюс, причем Ш  3.
Коллектор 4 выполнен цижндрическим. Количество коллекторных пластин К равно количеству секций S. Для обеспечения минимального уровня ПЧМ напряжения коллекторньк пульсаций коллекторные пластины выполнены с угловой погрешностью более ± 2.
Для предотвра1цения потери .контакта между щеткой и коллектором в процессе коммутации соотйршение между шириной коллекторной пластины ЕК и шириной изоляционного промежутка между пластинами 6,3 удовлетворяет условию:
0,08 мм    0,15 мм ,
gK  (5т10)из .
Микрорельеф рабочей поверхности коллектора в зоне контактирования со щеткой выполнен ;в виде, кольцевых канавок глубиной 0,02-0,03 мм, шириной ,-03 мм, шагом 0,04-0,06 мм.
Щетки 5 выполнены чистом ачишческими с раздельными контактными элементами (пластинами).
3.
ностью тока, протекащего в переходе щетка-коллектор и составляет от двух и более.
Для предотвращения отрыва щетки от коллектора (так назьшаемого отскока) и устранения вибраций щетки в процессе работы электродвигателя длина «)нтактного элемента щетки от края щетки до места контак га с коллектором (размер t) и длина контактного элемента от места контакта с коллектором до места защемления в щет1«)держателе (размер E-j) соотносятся как 5:17. Контактное нажатие щетки на коллектор определяется нажатием каадого контактного элемента, которое составляет от 0,3 гс до 0,5 гс.
Для обеспечения низкого и стабильного контактного сопротивления перехода щетка-шэллектор в процессе эксплуатации машины коллекторные платины и контактные элементы щетки выполнены из сплавов на основе благородных металлов (золота, серебра, платины, палладия). Щ)едпочтительные сочетания марок контактной пары соответствуют ряду.
ЗлМ-800 (щетка) - ЗлХ-2,8 (коллектор),
ЗлМ-800 (щетка) - ОрМЭСЮ (коллектор),
ТТдСрЗлПлЦнМ (щетка) - СрШОО (коллектор).
Для обеспечения хороших фрикционных свойств электрического скользящего контакта, стабильности контактного сопротивления, устранения или сведения к минимуму контактных пульсаций трущейся пары в месте расположения канавок на коллекторе и пазов между коллекторными пластинаш предусмотрено внесение электроконтактной пластичной смазки с высокой диэлектрической прочностью. Типовыми представителями такой смазки являются смазки марок: ВНИИНП-274, ВШШШ-248, ВНИИШ1-502, Электра-1, Электра-2, Элура.
Для исключения или сведения к минимуму электроэррозионного износа плеток угол установки .щеток на коллекторе соответствует:
-90 2 - при числе полюсов
1 или  2 - при числе полюсов .
При удовлетворении указанных условий становится возможным обеспечить получение стабильных, требуемой формы, амплитуды и частоты импульсов напряжения коллекторных пульсаций, которые могут быть использованы в качестве управляющего сигнала САР.
Типовая форма напрязкения коллекторных пульсаций приведена на фиг. 4.
4.
па с дисковым якорем в режиме двигателя общеизвестен. Момент вращения создается при взаимодействии магнитного потока, создаваемого магнитами (полюсами), и тока, проходящего по якорной обмотке. Как следствие данной работы возникают коллекторные пу ггьсации напрязйэния, обусловленные подразделенностью обмотки якоря, которые, в  случае, предусмотренном в /1/ кш негативный фактор, подлежат уменьшению (ослаблению), а в исключительных случаях, как это предусматривается предлагаемой полезной моделью, выполняют определенную функцию и используются в качестве сигнала обратной связи регулируемого электропривода постоянного тока.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет:
-обеспечить плоскую конфигурацию электрической машины с предельно малой (не более 10 мм) аксиальной длиной;
-отказываться от использования автономного датчика частоты вращения в виде отдельного конструктивного элемента (сборочной единицы), располагаемого непосредственно в машине или на ее поверхности;
-обеспечить получение напрял ения коллекторных пульсаций требуемой формы, амплитуды и частоты;
-использовать коллекторные пульсации напряжения в качестве управляющего сигнала обратной связи САР по регулированию или стабилизации частоты вращения электродвигателя.
В соответствии с заявляемой полезной моделью изготовлен опытный образец электрической машины. Испытания подтвердили ее высокие эксплуатационные характеристики и надежность ее работы.
5.
Заявитель Директор НЛП ,1Щфе1М; Ш |Т -- -г- .Б. Г. Лутченко
источники ИНФОРМАЦИИ
1.Авторское свидетельство СССР №1640 97А1, кл. HD2K 23/54. Опубл. 07.04.91, Бюл. №13 (прототип).
2.Кустовинов М. А., Кафтанатий В. Т. Использование коллекторных пульсаций для стабилизации частоты вращения электродвигателей постоянного тока малой мощности // Электротехн. пром-сть. Сер. Электрические машины, 1984, вып. 8(162), с. 8-9.
3.Авторское свидетельство СССР №585569, М. Кл. HOIR 39/18, Опубл. 25.12.77, Бюл. NM7.
4.Кафтанатий В. Т. Определение оптимального числа полюсов магнитоэлектрического двигателя постоянного тока с неявнополюсной магнитной системой торцевого типа // Электротехн. пром-сть. Сер. Электрические машины, 1984, вып. 11 (165), с. 8-9.