ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА


RU (11) 2302069 (13) C2

(51) МПК
H02K 13/10 (2006.01)
H02K 13/14 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2005126872/09 
(22) Дата подачи заявки: 2005.08.25 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.08.25 
(45) Опубликовано: 2007.06.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2073296 C1, 10.02.1997. RU 2006139 C1, 15.01.1994. RU 2073297 С1, 10.02.1997. SU 811418 А1, 07.03.1981. SU 1492422 A1, 07.07.1989. SU 1785064 A1, 30.12.1992. GB 1079792 A, 16.08.1967. US 3560841 А, 17.06.1968. FR 2704369 А, 28.10.1994. DE 3022948 A1, 07.05.1981. ЕР 0279427 А2, 24.08.1988. 
(72) Автор(ы): Вафин Шамсимухамет Исламович (RU); Сафин Альфред Робертович (RU); Ахметгалиев Рамиль Фаридович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Казанский государственный энергетический университет (RU) 
Адрес для переписки: 420066, г.Казань, ул. Красносельская, 51, Казанский государственный энергетический университет, ОПНТИ 

(54) ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в коллекторном электрическом двигателе постоянного тока с дополнительным устройством для улучшения коммутации. Техническим результатом является повышение срока службы щеточно-коллекторного узла за счет снижения величин тока и напряжения якоря. Щеточно-коллекторный узел электрического двигателя постоянного тока содержит коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные щетки, блок улучшения коммутации. Блок улучшения коммутации выполнен на транзисторах, при этом к каждой проводящей пластине подсоединены базы двух транзисторов с разной проводимостью p-n-p и n-p-n, коллекторы которых соединены и подключены к обмотке якоря двигателя, а эмиттер каждого транзистора соединен через резистор с базой и с контактным кольцом, установленным на валу двигателя. Щетки расположены на геометрической нейтрали и подключены к источнику питания посредством управляемого делителя напряжения. 1 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к коллекторным электрическим двигателям постоянного тока, имеющим дополнительные устройства для улучшения коммутации.

Известно устройство коммутации тока обмотки якоря, относящееся к коллекторным электрическим машинам постоянного тока, которое описано в книге Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высших технических учебных заведений. - 3-е изд., перераб. - Л.: Энергия, 1978. - 832 с., ил. Устройство включает неподвижные щетки, на которые поступает постоянное напряжение, коллекторные пластины и изоляционные прокладки, закрепленные на вращающемся валу, через которые напряжение подается на обмотку якоря, где возникает ток, который прерывается при прохождении щетки по изоляционной прокладке между коллекторными пластинами и снова появляется при соприкосновении щетки со следующей коллекторной пластиной.

Недостатком такого устройства коммутации тока обмотки якоря является возникновение искрения между коллекторными пластинами переходящего в круговой огонь, приводящий к выходу из строя как коллекторно-щеточного узла, так и двигателя в целом. Основной причиной возникновения искрения и кругового огня является коммутация значительных величин тока и напряжения якоря через механический контакт, с частыми прерываниями и включениями.

Известен коллектор электродвигателя по патенту РФ №2073296, МПК H02K 13/14, 27/22, содержащий электронный коммутатор, диэлектрическую втулку и три токопроводящих контактных кольца, установленных на диэлектрической втулке, контактирующих с подпружиненными токопроводящими щетками, установленными в щеткодержателях, две из которых связаны с токопроводящими шинами, а их контактные кольца подключены через коммутатор и разъемы к обмотке ротора электродвигателя, третье контактное кольцо выполнено с наружными контактными пластинами, по бокам электрически изолированными друг от друга, и электрически связано с цепью управления коммутатора, причем щетка третьего кольца подключена к управляющему напряжению.

Недостатком данного технического решения является возможность применения лишь для специальных типов машин постоянного тока.

Наиболее близким к заявленному изобретению является щеточно-коллекторный узел электрической машины по патенту РФ №2026595, МПК Н02К 13/10, содержащий коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные группы щеток, каждая из которых состоит из основной и вспомогательной щетки, выполненной тангенциально-расслоенной и состоящей из продольных элементов, имеющих одинаковую аксиальную длину и изолированных друг от друга, располагаемой со стороны сбегающего края основной и изолирована от нее, блок улучшения коммутации, причем смежные продольные элементы и основная щетка соединены друг с другом посредством нелинейно-резистивных элементов потенциально-ограничивающего типа. Основная щетка подключена непосредственно к зажиму источника питания, а вспомогательная щетка подключена к указанному зажиму через блок улучшения коммутации.

Недостатком данного технического решения опять же является сохранение больших токов коммутации и высоких напряжений, что при перегрузках и загрязнениях коллектора приводит к возникновению значительного искрения, часто переходящего в круговой огонь, и, как следствие, приводит к ускоренному выходу из строя данного узла, а иногда и всей электрической машины.

Задачей настоящего изобретения является устранение появления кругового искрения на коллекторе и, как следствие, повышение срока службы электрического двигателя.

Технический результат достигается тем, что в щеточно-коллекторном узле электрического двигателя постоянного тока, содержащем коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные щетки, блок улучшения коммутации, причем щетка подключена к источнику питания, блок улучшения коммутации выполнен на транзисторах, при этом к каждой проводящей пластине подсоединены базы двух транзисторов с разной проводимостью p-n-p и n-p-n, коллекторы которых соединены и подключены к обмотке якоря двигателя, а эмиттер каждого транзистора соединен через резистор с базой и с контактным кольцом, установленным на валу двигателя, причем щетки расположены на геометрической нейтрали и подключены к источнику питания посредством управляемого делителя напряжения.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока. Щеточно-коллекторный узел содержит коллектор с чередующимися проводящими 1, 2 и изолирующими пластинами (не показаны) и контактирующие с ними щетки 3 и 4, причем щетки расположены на геометрической нейтрали, транзисторы 5 и 6, базы которых соединены с проводящими пластинами 1 и 2, а коллекторы - с обмоткой якоря 7. Эмиттеры транзисторов 5 и 6 подсоединены соответственно к контактным кольцам 8 и 9. Щетки 3 и 4 подсоединены к контактным кольцам 8, 9 посредством управляемого делителя напряжения 10. Базы транзисторов 5 и 6 соединены с эмиттерами через резисторы 11.

Работа щеточно-коллекторного узла осуществляется следующим образом. Формируют требуемой величины управляющие напряжения положительной и отрицательной полярности, подаваемые на базы транзисторов 5 и 6, соединенные с эмиттерами через резисторы 11 посредством управляемого делителя напряжения 10. Управляющее напряжение положительной полярности подают через щетку 3, а отрицательной полярности - через щетку 4. Коммутационный процесс начинается с момента контакта щеток 3 и 4 с пластинами 1 и 2, в результате чего всегда открываются два транзистора разной проводимости, например, при подаче на базу напряжения положительной полярности открывают транзистор 5 (с n-p-n-проводимостью), а при подаче на базу напряжения отрицательной полярности открывают транзистор 6 (с p-n-p-проводимостью), и по секции якоря начинает течь ток.

Таким образом, управляя подачей напряжения на базы транзисторов, незначительной величиной напряжения (мВ), осуществляют коммутацию токов обмотки якоря в десятки и более ампер. К эмиттерам транзисторов подключают постоянное по величине напряжение, которое измеряют и устанавливают равным номинальному напряжению транзистора. Положительной полярности напряжение подается на эмиттер транзистора 6 (с p-n-p-переходом), а напряжение отрицательной полярности на эмиттер транзистора 5 (с n-p-n-переходом) посредством контактных колец 8 и 9 соответственно.

По сравнению с известными из литературы устройствами для улучшения коммутации данное изобретение позволяет повысить срок службы щеточно-коллекторного узла за счет снижения величин тока и напряжения якоря.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Щеточно-коллекторный узел электрического двигателя постоянного тока, содержащий коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные щетки, блок улучшения коммутации, причем щетка подключена к источнику питания, отличающийся тем, что блок улучшения коммутации выполнен на транзисторах, при этом к каждой проводящей пластине подсоединены базы двух транзисторов с разной проводимостью p-n-p и n-p-n, коллекторы которых соединены и подключены к обмотке якоря двигателя, а эмиттер каждого транзистора соединен через резистор с базой и с контактным кольцом, установленным на валу двигателя, причем щетки расположены на геометрической нейтрали и подключены к источнику питания посредством управляемого делителя напряжения.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru