Намотка якоря коллекторного двигателя: ремонт якоря коллекторного двигателя, чистка коллекторных пластин, короткозамкнутных витков

Перемотка электродвигателя своими руками: пошаговая инструкция

Многие бытовые приборы используют электродвигатель. Интенсивная работа способствует быстрому выхода их из строя, однако приобретать новое оборудование достаточно дорого. Выход один — отремонтировать двигатель. Чаще всего при отказе возникают две неисправности: механическая возникает, если рассыпался сепаратор. В результате электродвигатель шумит или его заклинивает. Этот дефект легко устраняется заменой исправным подшипником. Вторым распространенным дефектом является пробой обмотки. Электродвигатель можно отдать в мастерскую, где перемотают сгоревшую деталь. Однако, дешевле произвести ремонт самостоятельно. О том, как это сделать своими руками, мы сейчас и расскажем.

• Особенности ремонта
• Методика перемотки электродвигателя
• Перемотка статора
• Перемотка якоря
• Перемотка однофазных двигателей
• Ремонт двигателей постоянного тока
• Заключение

Особенности ремонта

В бытовых аппаратах применяются различные двигатели — асинхронные трехфазные, коллекторные однофазные и однофазные с пусковой обмоткой.

Неисправности с обмотками возникают в 90% случаев отказа.

Перемотать двигатель своими руками не так сложно. Если есть опыт работы с электричеством, своя мастерская или гараж, то можно отремонтировать электрическую машину самостоятельно.

Для этого потребуется:

• тестер или мультиметр;
• подготовить рабочее место и необходимые материалы;
• инструменты: кусачки, молоток, выколотки, напильник, шлифовальную шкурку и т.п.;
• обеспечить соблюдение правил техники безопасности.

Чтобы перемотать двигатель, потребуется специальный станок. Но в домашних условиях для восстановления одного двигателя приобретать его не целесообразно.

Методика перемотки электродвигателя

Начинают ремонтные работы с демонтажа двигателя. Производят внешний осмотр и очищают от загрязнений.

После чего придерживаются алгоритма:

• Разбирают двигатель.
• Производят осмотр. Если явных признаков нет, прозванивают обмотки тестером. Находят неисправность, которая может проявляться как короткое замыкание витков, обрыв проводов или короткое на корпус.
• При определении неисправности с помощью тестера учитывают, обмотки трехфазного двигателя имеют одинаковое сопротивление, а сопротивление относительно корпуса стремится к бесконечности. У однофазного двигателя с пусковой обмоткой, сопротивление пусковой будет больше, у чем рабочей.
• Проверяют обмотку якоря.

Перемотка статора

Найдя неисправность статора двигателя, вырезают все обмотки. Очищают поверхность статора и пазы от загрязнений и лака.  По справочнику определяют количество витков, сечение, тип провода и способ намотки.

Обычно используют «Справочник обмотчика асинхронных двигателей» под редакцией В.Л. Лихачева, но в интернете можно найти и другие источники.

На рисунке снизу показана часть такой таблицы:

Для этих целей в быту применяют кондуктор, если отсутствует станок. Иногда делают простейший станок, который позволяет произвести плотную и качественную намотку катушки. После чего в пазы укладывается изоляционный материал и запрессовываются обмотки, как показано на изображении снизу:

Эту операцию необходимо выполнять с максимальной осторожностью, чтобы не повредить изоляцию обмоток. После чего аккуратно осаживают витки катушек и срезают выступающую из пазов изоляцию.

Полученный статор имеет вид, как на фото:

Производят распайку обмоток по торцам, согласно рекомендациям справочной литературы. Выводят концы в клеммную коробку.

После сборки проверяют качество укладки обмоток в пазы, прозванивают тестером и пропитывают статор лаком. Высушивают лак при температуре 120-150 ⁰С. Производят окончательную сборку. Подключают электродвигатель к сети, он должен заработать.

Таким образом, можно восстановить трехфазные двигатели как на 220, так и на 380 Вольт.

Бывают случаи, когда необходимо перемотать рабочий двигатель с 380 на 220 Вольт. Для этого в справочнике имеются данные на электродвигатель, где в таблице указаны количество витков и сечение провода для данного вида напряжения.

Аналогичным образом поступают, если необходимо перемотать двигатель с 220 на 12 Вольт.

Перемотка якоря

Сложнее самому выполнить ремонт коллекторного двигателя. В таких электродвигателях чаще выходит из строя якорь.

Ремонт своими руками начинают с разборки двигателя. Осматривают все детали. Распространенным дефектом является выход из строя ламелей коллектора, как показано на фото:

Для восстановления достаточно проточить коллектор на станке.

Сложнее обстоит дело, если неисправность возникает в обмотке. В интернете можно встретить информацию, что перемотать якорь своими руками невозможно. Это ошибочное заявление. Для того чтобы перемотать якорь, необходимо действовать по инструкции:

• Электродвигатель разбирают.
• Очищают от грязи и осматривают.
• Прозванивают обмотки, убеждаются, что они неисправны. Основные неисправности – обрыв проводников, межвитковое замыкание, замыкание на корпус. Проверку производят с помощью тестера.
• С помощью кусачек или ножовки по металлу демонтируют обмотку с передней части.
• Аккуратно удаляют из пазов остатки проводов. Очищают пазы от грязи, остатков проводов, лака.
• В пазы закладывают изоляцию.
• По справочнику определяют количество витков и толщину провода.
• Как можно плотнее производят намотку, а выводы обмоток приваривают к петушкам коллектора.
• Срезают выступающие части изоляции и пропитывают лаком.
• Отремонтированный якорь запекают в печи при температуре 120-150 ⁰С.
• После ремонта, его необходимо проточить на станке и произвести балансировку. Это самая сложная операция в домашних условиях.
• Собирают двигатель и проверяют его работоспособность.

Если отсутствует справочная литература, то после демонтажа передней части обмоток, считают количество витков. Замеряют толщину проводника, предварительно удалив лаковое покрытие. После чего производят перемотку якоря. Это же справедливо при восстановлении статора.

Мастер класс по восстановлению сгоревшего электродвигателя можно посмотреть на видео:

Перемотка однофазных двигателей

Если имеется сгоревший однофазный двигатель, ремонт производят по вышеописанной инструкции. Однако, следует учитывать, что пусковая обмотка намотана проводом меньшего сечения.

Но существуют электроприборы, где рабочая и пусковая обмотки имеют одинаковую толщину проводника.

Ремонт двигателей постоянного тока

Перемотать двигатель постоянного тока можно, придерживаясь алгоритма ремонта якоря. В справочной литературе имеются таблички и диаграммы. В них указано направление намотки, количество витков, сечение проводов.

Если справочная литература отсутствует, при демонтаже проводов подсчитывают количество витков. Записывают данные витков и способ намотки.

После очистки пазов, удаляют все неровности и металлические задиры на якоре. Намотку начинают с начального паза, соблюдая шаг и сброс проводников.

Выводы обмоток припаивают к ламелям. Поверяют на отсутствие замыканий. После чего пропитывают лаком или эпоксидной смолой. Высушенное изделие протачивают, балансируют.

Заключение

Перематывая электродвигатель своими руками, строго соблюдают последовательность операций. Укладывают катушки в пазы, соблюдая осторожность, чтобы не повредить изоляцию проводов. Пропитывают только рекомендованными лаками или эпоксидной смолой с последующей сушкой в печи. Собирают двигатель в обратной последовательности. Проверяя отремонтированное электродвигатель, соблюдают технику безопасности.

Самостоятельный ремонт коллекторных двигателей – компания «УСС-Электро»

Основной причиной износа коллектора является загрязнение ребер графитовой пылью от абразивных щеток. Зазоры между ребрами предназначены для их изоляции, но графитовая пыль в них является проводником электричества, что ухудшает рабочие характеристики коллекторного двигателя и приводит к так называемой кольцевой искре. Если при работающем двигателе из щеток по периметру коллектора вылетает искра, значит, рейки загрязнены и их следует очистить.

Содержание

Ремонт коллекторного двигателя: восстановление коллекторного двигателя самостоятельно

Правильная работа перфоратора Makita 2450 с коллекторным двигателем сопровождается легким искрением щеток в области коллектора. Если двигатель работает нормально, искрение равномерное с коротким хвостом.

По изменению характера искрения можно определить характер и местоположение неисправности в Makita 2450, 2470.

Повышенная дуга в коллекторе двигателя может быть вызвана дефектными щетками и их износом, замыканием или повреждением якоря, дефектами обмоток статора двигателя, повреждением или неправильной установкой щеткодержателей.

Значительное искрение в области коллектора приводит к образованию канавок на коллекторе, подгоранию пластин и неравномерному износу щеток.

Наличие этих дефектов вызывает быстрый износ ребер самого коллектора.

Шероховатость выше нормы

Поскольку молоток является мощным инструментом, небольшие искры допускаются без нагрузки, но если инструмент подвергается большим усилиям, отдельные искры могут быть круглыми. В случае сильного искрения следует выяснить причину.

Наиболее распространенной неисправностью коллектора является увеличение шероховатости ребер при повышенном дуговом разряде щеток.

Повышенная шероховатость поверхности коллектора Makita 2450 обусловлена не только повышенным искрообразованием. На медных пластинах коллектора образуется оксид меди, который более твердый, чем угольные щетки. На шероховатость влияет неравномерный износ щеток и загрязнение искрами.

Царапины возникают не только из-за неравномерного износа щеток и разной структуры материала, но и из-за попадания в рабочую зону частиц воздуха.

Неправильное хранение молотка Makita может привести к окислению медных пластин на коллекторе из-за высокой влажности или значительных колебаний температуры во время работы.

Коллектор должен быть отшлифован для удаления поверхностных дефектов.

Изношенные или поврежденные подшипники являются причиной повышенного шума (гула) при работе двигателя. Своевременное устранение проблемы предотвратит заклинивание вала ротора и выход из строя других частей электрической машины. Поэтому регулярный ремонт коллекторных двигателей очень важен. Мы рады предложить свои услуги по такому ремонту.

Как перемотать арматуру двигателя в домашних условиях

Перед началом ремонта необходимо подготовить нужные инструменты и материалы:

• Мультиметр. Если у вас нет такого прибора, вам понадобится вольтметр, мегомметр и 12-вольтовая лампочка мощностью 30-40 Вт;
• новая обмотка. Диаметр сердечника должен быть идентичен диаметру старой катушки;
• паяльник;
• Диэлектрическая бумага толщиной 0,3 мм;
• Лак или эпоксидная смола;
• моток толстой хлопчатобумажной нити;
• наждачная бумага.

Чтобы избежать ненужной работы, важно правильно определить причину поломки устройства. Для этого осмотрите инструмент и проверьте с помощью мультиметра или индикатора, что коллектор и кнопка пуска находятся под напряжением. Если все в порядке, проверьте инструмент внутри.

Диагностика двигателя

Отключите инструмент от источника питания и снимите корпус. Понюхайте ротор. Если между роторами происходит короткое замыкание, изоляционное покрытие плавится и выделяет резкий запах.

Если внешние признаки неисправности отсутствуют, стоит проверить ребра якоря с помощью мультиметра. Переключитесь в режим омметра и установите диапазон на 200 Ом. Используйте два щупальца, чтобы “прощупать” соседние плавники. Изменение сопротивления указывает на неисправную катушку.

Вместо лампочки можно использовать омметр. Подключите плюсовую и минусовую клеммы к штекеру прибора и установите лампу в гнездо. Вращайте вал якоря вручную. Если лампочка “мигает”, произошло короткое замыкание. Лампа не загорается? Тогда в одном из ребер имеется разомкнутая цепь или отсутствует сопротивление.

Замена обмотки и новая изоляция предотвратят перегорание двигателя. Для продления срока службы двигателя рекомендуется перематывать ротор не реже одного раза в два года.

Инструкция: Как перемотать обмотку якоря

Перед перемоткой запишите основные показатели двигателя. Считайте и записывайте: Количество пазов якоря и ламелей коллектора. Определите шаг намотки. Наиболее распространенный шаг 1-6, когда катушка укладывается на стартовый паз, затем на паз 7 и закрепляется на пазе 1.

В некоторых заводских упаковках используется сброс по часовой стрелке или против часовой стрелки. Например, при намотке и сбросе вправо катушка перемещается вправо относительно начального паза. Итак, при 12 пазах якоря, шаге намотки 1-6 и сбросе вправо, обмотка входит в паз 1, затем в паз 8, и после намотки нужного количества витков она вставляется в паз 2. Все это необходимо учитывать. В противном случае обмотка будет расположена неправильно, что негативно скажется на направлении вращения.

Самостоятельная намотка якоря двигателя займет около 4 часов. Чтобы избежать трудностей при сборке, рекомендуется фотографировать исходное положение детали на каждом этапе работы:

Определите направление намотки и начальный паз. Найдите катушку на обмотке, которая не покрыта остальными. Это последний виток. Если обмотка укладывается по часовой стрелке, то начальный паз находится справа налево от последнего витка. Здесь вы должны начать прокладывать провода. Это позволит максимально приблизить обмотку якоря к заводским условиям. Отметьте зазор маркером. В оригинальной симметричной обмотке катушки располагаются попарно, поэтому последняя катушка и начальный паз также являются двумя. Определите их таким же образом. Обратите внимание на рисунок, который поможет вам найти пазы:

При неосторожности преимущество может превратиться в недостаток. Асинхронные двигатели очень чувствительны к перегреву; значительное повышение рабочей температуры приведет к расплавлению изоляции на обмотках ротора. Сначала двигатель будет работать ненормально, а затем, когда произойдет межвитковое короткое замыкание, двигатель полностью остановится. Если двигатель косилки перегреется несколько раз, то, скорее всего, расплавится якорь. Кроме того, под воздействием высокой температуры происходит спаивание контактов, соединяющих провода первичной обмотки с коллектором, что приводит к прекращению подачи электрического тока.

Как проверить арматуру болтореза на наличие неисправностей

Виды неисправностей в якоре:

• Изоляция на землю – это короткое замыкание между обмоткой и металлическим корпусом ротора. Это происходит из-за повреждения изоляции.
• Провода коллектора не припаяны.
• Неравномерный износ коллекционера.

Если якорь неисправен, двигатель перегревается, изоляция обмотки плавится и происходит короткое замыкание катушек. Контакты, соединяющие обмотку якоря с пластинами коллектора, припаяны. Протекание тока прекращается, и двигатель перестает работать.

Можно провести диагностику арматуры:

Стандартная диагностика

Перед снятием диагностического прибора осмотрите якорь. Клапан может быть поврежден. Если шланги оплавлены, сгоревший изоляционный лак оставляет черные следы или специфический запах. Вы можете заметить погнутые и смятые катушки или проводящие частицы, например, остатки припоя. Эти частицы вызывают короткое замыкание между катушками. Ламели имеют загнутые края, называемые кокилями, для соединения с обмотками.

Ламели перегорают из-за прерывания этих контактов.

Другие повреждения коллектора: выпуклые, изношенные или перегоревшие ламели. Графит от щеток может скапливаться между ребрами, что также указывает на короткое замыкание.

Запеченные коллекционные тарелки

Перед разборкой проверьте наличие искрения в механизме контакта щеток.

Самостоятельный ремонт коллекторного двигателя

В большинстве бытовых приборов (пылесосы, стиральные машины, мясорубки, фены, инструменты и т.д.) используется коллекторный двигатель. Как и любой другой прибор, он может выйти из строя.

Коллекторные двигатели можно отремонтировать в домашних условиях без помощи специалистов. Достаточно знать, что это такое, и иметь хотя бы минимальный опыт.

Что такое двигатель с коммутатором?

Двигатель такого типа обычно представляет собой синхронный агрегат, подключенный к сети 220 В, и состоит из:

• статор;
• ротор;
• узел щеточного коллектора;
• подшипники.

Все детали заключены в корпус.

Предварительная проверка коллекторного двигателя

Если устройство не работает, сначала проверьте, не кроется ли проблема в самом двигателе. Для этого:

• Убедитесь, что на устройство подается напряжение. Подключите его к другой розетке (возможно, требуется ремонт блока питания).
• Проверьте, не сломан ли кабель.
• Убедитесь, что кнопки питания и управления не имеют ослабленных контактов или механических повреждений.

Если эти детали не повреждены, разберите устройство. Обратитесь к руководству по эксплуатации, которое производитель обязательно включил в спецификацию.

Возможные неисправности двигателя коллектора

Иногда даже люди, знакомые с механизмом, не имеют представления о том, как проверить коллекторный двигатель. Ниже мы опишем все возможные неисправности, а также способы их выявления и устранения.

• Контактный дефект. Об этом сигнализирует активное искрение.
• Межобмоточное замыкание (короткое замыкание обмотки в коллекторе). Это также приводит к возникновению дуги.
• Износ узла щеточного коллектора. Это приведет к его почернению и возникновению дуги. Проблема обычно решается заменой старых компонентов на новые. Чтобы снять узел, отодвиньте кронштейн и выкрутите крепежный винт (в зависимости от модели двигателя).
• Потемнение контактной части коллектора. Часто бывает достаточно отшлифовать его мелкой абразивной тканью.
• В зоне контакта между щетками и коллектором образовалась канавка. Необходимо провести обработку устройства.
• Износ подшипников. Эту неисправность можно распознать по повышенной вибрации корпуса при работе двигателя и биению рукоятки. В этом случае необходимо заменить подшипник.
• Прикосновение якоря к статору. Иногда достаточно заменить якорь, но в некоторых случаях необходимо заменить и якорь, и статор.
• Сбой управления на микроконтроллере. Установка нового микроконтроллера – лучшее решение проблемы.
• Сгоревшие или поврежденные обмотки. Обратите внимание на цвет и целостность обмотки. Почернение всего или части корпуса обмотки свидетельствует о выгорании, трещину можно легко обнаружить визуально. В этом случае замените или перемотайте.
• Графитовая пыль в пространстве между лезвиями. Ваш прибор просто нуждается в очистке.
• Сгоревшая изоляция проводов. На эту проблему указывает характерный запах.

Во всех вышеперечисленных случаях можно восстановить коллектор двигателя своими руками при наличии необходимых запчастей и инструментов. Только если у вас нет опыта в намотке, лучше обратиться в сервисный центр. После устранения неисправности подключите все детали в обратном порядке.

Проверка двигателя коллектора с помощью мультиметра

Предположим, что визуальный осмотр не дал результатов – на первый взгляд, все компоненты целы, трещин не видно и нет запаха гари. В этом случае необходимо проверить устройство и его компоненты с помощью мультиметра. Этот процесс состоит из нескольких этапов:

• Установите режим измерения сопротивления на приборе на 200 Ом.

• Обведите пары выводов обмотки статора на ребрах. Значения сопротивления должны быть одинаковыми.
• Проверьте корпус якоря и ребра. В идеале значение сопротивления должно быть бесконечным.
• Обойдите выводы обмотки. Если в одной или нескольких цепях нет сопротивления, двигатель неисправен.
• Проверьте цепь между корпусом статора и выводами обмотки. Если корпус поврежден, эксплуатация устройства запрещена.
• Проверьте ротор, поместив щупы тестера на коллектор как можно дальше друг от друга. Когда мультиметр покажет значение, слегка поверните ротор, пока щупы не будут подключены к следующей обмотке. Проверьте таким образом все обмотки. Если значение сопротивления в каждой обмотке одинаково или отличается незначительно, устройство в порядке.

Вам не придется сразу же обращаться в мастерскую или выбрасывать “сломанное” устройство, как предпочитают делать многие. Вы сэкономите деньги, если будете знать, как отремонтировать коллектор двигателя самостоятельно. Процесс не слишком сложный и не занимает много времени, а механизм сможет прослужить долгое время.

Во всех вышеперечисленных случаях можно самостоятельно восстановить коллектор двигателя, если у вас есть необходимые запчасти и инструменты. Только если у вас нет опыта в намотке, лучше обратиться в сервисный центр. После устранения неисправности подключите все детали в обратном порядке.

Особенности ремонта

В бытовых приборах используются различные двигатели – трехфазные асинхронные, однофазные коллективные и однофазные с пусковыми обмотками. Неисправности обмотки происходят в 90% всех отказов.

Намотать двигатель своими руками несложно. Если у вас есть опыт работы с электричеством и собственная мастерская или гараж, вы можете отремонтировать электромобиль самостоятельно.

Для этого вам понадобятся:

• тестером или мультиметром;
• Подготовьте рабочее место и необходимые материалы;
• Инструменты: плоскогубцы, молоток, пробойники, напильник, абразивная ткань и т.д;
• Обеспечить соблюдение правил техники безопасности.

Для перемотки двигателя необходим специальный станок. Но не рекомендуется покупать его дома для восстановления одного двигателя.

Двигатель такого типа чаще всего представляет собой синхронный агрегат, подключенный к сети 220 В и состоящий из:

Двигатель такого типа чаще всего представляет собой синхронный агрегат, подключенный к сети 220 В, и состоит из:

• статор;
• ротор;
• узел щеточного коллектора;
• подшипники.

Все детали заключены в корпус.

Предварительная проверка коллекторного двигателя

Если устройство не работает, сначала проверьте, не кроется ли проблема в самом двигателе. Для этого:

• Убедитесь, что на устройство подается напряжение. Подключите его к другой розетке (возможно, требуется ремонт блока питания).
• Проверьте, не сломан ли кабель.
• Убедитесь, что кнопки питания и управления не имеют ослабленных контактов или механических повреждений.

Если эти детали не повреждены, разберите устройство. Обратитесь к руководству по эксплуатации, которое производитель обязательно включил в спецификацию.

Возможные неисправности двигателя коллектора

Иногда даже люди, разбирающиеся в механизме, не имеют представления о том, как проверить двигатель коллектора. Ниже мы опишем все возможные неисправности, а также способы их выявления и устранения.

• Ошибка контакта. Об этом сигнализирует активное искрение.
• Межобмоточное замыкание (короткое замыкание обмотки в коллекторе). Это также приводит к возникновению дуги.
• Износ узла щеточного коллектора. Это приведет к его почернению и возникновению дуги. Проблема обычно решается заменой старых компонентов на новые. Чтобы снять узел, отодвиньте кронштейн и выкрутите крепежный винт (в зависимости от модели двигателя).
• Потемнение контактной части коллектора. Часто бывает достаточно отшлифовать его мелкой абразивной тканью.
• В зоне контакта между щетками и коллектором образовалась канавка. Необходимо провести обработку устройства.
• Износ подшипников. Эту неисправность можно распознать по повышенной вибрации корпуса во время работы двигателя и биению рукоятки. В этом случае необходимо заменить подшипник.
• Прикосновение якоря к статору. Иногда достаточно заменить якорь, но в некоторых случаях необходимо заменить и якорь, и статор.
• Сбой управления на микроконтроллере. Установка нового микроконтроллера – лучшее решение проблемы.
• Сгоревшие или поврежденные обмотки. Обратите внимание на цвет и целостность обмотки. Почернение всего или части корпуса обмотки свидетельствует о выгорании, трещину можно легко обнаружить визуально. В этом случае замените или перемотайте.
• Графитовая пыль в пространстве между лезвиями. Ваш прибор просто нуждается в очистке.
• Сгоревшая изоляция проводов. На эту проблему указывает характерный запах.

Во всех вышеперечисленных случаях можно восстановить коллектор двигателя своими руками при наличии необходимых запчастей и инструментов. Только если у вас нет опыта в намотке, лучше обратиться в сервисный центр. После устранения неисправности подключите все детали в обратном порядке.

Проверка двигателя коллектора с помощью мультиметра

Предположим, что при визуальном осмотре не все ясно – на первый взгляд, все компоненты целы, трещин не видно и нет запаха гари. В этом случае необходимо проверить устройство и его компоненты с помощью мультиметра. Этот процесс состоит из нескольких этапов:

• Установите режим измерения сопротивления на приборе на 200 Ом.

• Обведите пары выводов обмотки статора на ребрах. Значения сопротивления должны быть одинаковыми.
• Проверьте корпус якоря и ребра. В идеале значение сопротивления должно быть бесконечным.
• Соедините провода обмотки в цепь. Если в одной или нескольких цепях нет сопротивления, двигатель неисправен.
• Проверьте цепь между корпусом статора и выводами обмотки. Если корпус поврежден, эксплуатация устройства запрещена.
• Проверьте ротор, поместив щупы тестера на коллектор как можно дальше друг от друга. Когда мультиметр покажет значение, слегка поверните ротор, пока щупы не будут подключены к следующей обмотке. Проверьте таким образом все обмотки. Если значение сопротивления в каждой обмотке одинаково или отличается незначительно, устройство в порядке.

Вам не придется сразу же обращаться в мастерскую или выбрасывать “сломанное” устройство, как предпочитают делать многие. Вы сэкономите деньги, если будете знать, как отремонтировать коллектор двигателя самостоятельно. Процесс не слишком сложный и не занимает много времени, а механизм сможет прослужить долгое время.

Читайте далее:

• Ремонт коллекторных двигателей.
• Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
• Характерные неисправности электродвигателей и способы их устранения.
• Проектирование коллекторной машины постоянного тока; Студопедия.
• ГОСТ 21888-82 (IEC 276-68, IEC 560-77) Щетки, щеткодержатели, коллекторы и контактные кольца электрических машин. Термины и определения (с изменениями N 1) от 30 марта 1982 года.
• Что такое якорь в электродвигателе – Станция техобслуживания ЭкоПаркинг.
• Коллекторный двигатель: конструкция, история развития, характеристики.

Щеточный двигатель постоянного тока: конструкция и принцип действия

Коллекторные двигатели довольно распространены в быту и на производстве. Их используют для привода различных механизмов, электроинструментов, в автомобилях. Отчасти популярность обусловлена ​​простой регулировкой скорости вращения ротора, но есть некоторые ограничения их использования и, конечно же, недостатки. Давайте рассмотрим, что такое коллекторный двигатель постоянного тока (КДТТ), какие существуют разновидности этого типа электродвигателя и где они применяются.

• Определение и устройство
• Принцип действия
• Типы КДПТ и схемы соединения обмоток
• Схема подключения и реверс
• Область применения
• Преимущества и недостатки

Определение и устройство

В справочниках и энциклопедиях приводят такое определение:

«Коллекторным двигателем называется электродвигатель, у которого датчик положения вала и переключатель обмоток являются одним и тем же устройством – коллекторным. «Такие двигатели могут работать либо только на постоянном токе, либо на постоянном и переменном токе».

Коллекторный двигатель, как и любой другой, состоит из ротора и статора. В этом случае ротор является якорем. Напомним, что якорь – это часть электрической машины, потребляющая основной ток, и в которой индуцируется электродвижущая сила.

Зачем нужен и как устроен коллектор? Коллектор расположен на валу (роторе) и представляет собой набор продольно расположенных пластин, изолированных от вала и друг от друга. Их называют ламелями. Отводы секций обмоток якоря соединяются с ламелями (устройство якорной обмотки КДПТ можно увидеть на группе рисунков ниже), а точнее, конец предыдущей и начало следующей секции обмотки соединяются с каждый из них.

Ток подается на обмотки через щетки. Щетки образуют скользящий контакт и при вращении вала соприкасаются то с одной, то с другой пластиной. Таким образом коммутируются обмотки якоря, для этого и нужен коллектор.

Щеточный узел состоит из кронштейна со щеткодержателями, непосредственно в них устанавливаются графитовые или металлографитовые щетки. Для обеспечения хорошего контакта щетки прижаты к коллектору пружинами.

На статоре (обмотке возбуждения) устанавливаются постоянные магниты или электромагниты, которые создают статорное магнитное поле. В литературе по электрическим машинам вместо слова «статор» чаще употребляются термины «магнитная система» или «индуктор». На рисунке ниже показана конструкция ДПТ в разных проекциях. Теперь давайте посмотрим, как работает коллекторный двигатель постоянного тока!

Принцип действия

При протекании тока по обмотке якоря возникает магнитное поле, направление которого можно определить с помощью правил буравчика. Постоянное магнитное поле статора взаимодействует с полем якоря, и он начинает вращаться за счет того, что одноименные полюса отталкиваются, притягиваясь к разноименным. Что прекрасно иллюстрирует рисунок ниже.

При переключении щеток на другие ламели ток начинает течь в обратном направлении (если рассматривать приведенный выше пример), магнитные полюса меняются местами и процесс повторяется.

В современных коллекторных машинах двухполюсную конструкцию не применяют из-за неравномерности вращения, в момент переключения направления тока силы, действующие на якорь, будут минимальными. А если включить двигатель, вал которого остановился в этом “переходном” положении – он может вообще не начать вращаться. Поэтому коллектор современного двигателя постоянного тока имеет значительно больше полюсов и секций обмоток, укладываемых в пазы футерованного сердечника, чем достигается оптимальная плавность хода и крутящий момент на валу.

Принцип работы коллекторного двигателя простым языком для чайников раскрыт в следующем видео, настоятельно рекомендуем его прочитать.

Типы КДПТ и схемы соединения обмоток

По способу возбуждения коллекторные двигатели постоянного тока бывают двух типов:

1. С постоянными магнитами (маломощные двигатели мощностью десятки и сотни ватт).
2. С электромагнитами (мощные машины, например, на грузоподъемных механизмах и станках).

Различают такие виды КДТТ по способу соединения обмоток:

• Последовательное возбуждение (в старой русской литературе и от старых электриков можно услышать название «Последовательный», от англ. Serial). Здесь обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря. Преимуществом такой схемы является высокий пусковой момент, а недостатком – падение частоты вращения при увеличении нагрузки на вал (мягкая механическая характеристика), и то, что двигатель буксует (неконтролируемое увеличение оборотов с последующим выходом из строя к подпятникам и якорю) на холостом ходу или при нагрузке на вал менее 20-30% от номинальной.
• Параллельный (также называемый «шунт»). Соответственно, обмотка возбуждения подключается параллельно обмотке якоря. При малых скоростях на валу крутящий момент высок и стабилен в относительно широком диапазоне оборотов, а при увеличении оборотов снижается. Преимуществом являются стабильные обороты в широком диапазоне нагрузки на вал (ограниченной его мощностью), а недостатком – при обрыве цепи в цепи возбуждения она может выйти из строя.
• Зависимый. Обмотки возбуждения и якоря питаются от разных источников. Такое решение позволяет более точно контролировать скорость вращения вала. Особенности работы аналогичны ДПТ с параллельным возбуждением.
• Смешанный. Часть обмотки возбуждения включена параллельно, а часть последовательно с якорем. Объедините преимущества последовательного и параллельного типов.

Графический символ на схеме вы видите ниже.

В зарубежной и современной отечественной литературе, а также на схемах можно встретить и другое представление УГО для КДТ, как это было показано на предыдущем рисунке в виде круга с двумя квадратами, где круг обозначает якорь и два квадрата представляют кисти.

Схема соединения и реверс

Схема соединения обмоток статора и ротора определяется при изготовлении, и, в зависимости от того, где используется конкретный двигатель, нужно выбрать соответствующее решение. В некоторых режимах работы (например, в режиме торможения) схемы включения обмоток могут быть изменены или введены дополнительные элементы.

К ним относятся маломощные коллекторные двигатели постоянного тока с использованием: полупроводниковых ключей (транзисторов), тумблеров или кнопок, специализированных драйверных микросхем или с использованием маломощных реле. Большие мощные машины подключаются к сети постоянного тока через двухполюсные контакторы.

Ниже вы видите обратную схему подключения двигателя постоянного тока к сети 220В. На практике схема будет аналогична в производстве, но диодного моста в ней не будет, так как все линии подключения таких двигателей проложены от тяговых подстанций, где переменный ток выпрямляется.

Реверс осуществляется изменением полярности на обмотке возбуждения или на якоре. Нельзя менять полярность и там, и там, так как направление вращения вала не изменится, как это бывает у универсальных коллекторных двигателей при работе на переменном токе.

Для плавного пуска двигателя в цепь питания обмотки якоря или обмотки якоря и обмотки возбуждения (в зависимости от схемы их соединения) вводят регулировочное устройство, например реостат, но вал точно так же регулируют скорость, но вместо реостата часто используют набор постоянных резисторов, соединенных с помощью набора контакторов.

В современных приложениях изменение скорости вращения осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и полупроводникового ключа, что и сделано в аккумуляторном электроинструменте (например, отвертке). Эффективность этого метода намного выше.

Область применения

Щёточные электродвигатели постоянного тока применяются повсеместно как в быту, так и в промышленных устройствах и механизмах, кратко рассмотрим область их применения: дворников), в стеклоподъемниках, для запуска двигателя (стартер представляет собой коллекторный двигатель постоянного или смешанного возбуждения) и других приводов.

В грузоподъемных механизмах (кранах, подъемниках и др.) применяются КДПТ, которые работают от сети постоянного тока напряжением 220В или любым другим доступным напряжением.

В детских игрушках и маломощных радиоуправляемых моделях используются КДТТ с трехполюсным ротором и постоянными магнитами на статоре.

В ручном аккумуляторном электроинструменте – различные дрели, шлифовальные машины, электрические шуруповерты и т.п.

Обратите внимание, что в современном дорогом электроинструменте устанавливаются бесколлекторные двигатели, но бесколлекторные.

Преимущества и недостатки

Проанализируем плюсы и минусы коллекторного двигателя постоянного тока. Преимущества:

1. Отношение габаритов к мощности (весовые и габаритные показатели).
2. Простота регулировки оборотов и реализация плавного пуска.
3. Пусковой момент.

К недостаткам КДПТ относятся:

1. Изношенные щетки. Высоконагруженные двигатели, которые регулярно эксплуатируются, требуют регулярного осмотра, замены щеток и обслуживания коллектора в сборе.
2. Коллектор изнашивается из-за трения щеток.
3. Возможно искрение щеток, что ограничивает применение во взрывоопасных местах (тогда используйте КДТТ во взрывозащищенном исполнении).
4. Из-за постоянного переключения обмоток этот тип двигателя постоянного тока вносит помехи и искажения в цепь питания или сеть, что приводит к сбоям в работе и проблемам в работе других элементов схемы (особенно актуально для электронных схем).
5. В магнитах с постоянными магнитами магнитные силы со временем ослабевают (размагничиваются), и КПД двигателя снижается.

Итак, мы рассмотрели, что такое щеточный двигатель постоянного тока, как он устроен и каков его принцип работы. Если у вас есть вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Сопутствующие материалы:

• Что такое анод и катод
• Как работает магнитный пускатель
• Как понизить напряжение
• Что такое асинхронный двигатель

Опубликовано: 05.06.2019 Обновлено: 05.06.2019 Пока без коментариев

ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА СО СТАЦИОНАРНЫМ ЯКОРОМ И ПОЛЕВЫМ

Это изобретение было сделано служащим правительства Соединенных Штатов и может быть использовано правительством или для правительства в государственных целях без выплаты каких-либо гонораров за него или за него.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С момента открытия взаимодействия проводника, несущего электрический ток, в магнитном поле, двигатели постоянного тока были построены с тремя основными частями – якорем, полем и коммутатором. Поскольку поток поля стационарен во времени, он может создаваться как постоянными магнитами, так и электромагнитами. В обычных двигателях постоянного тока постоянного тока поле установлено в неподвижном положении в корпусе двигателя, а якорь установлен на вращающемся валу. Поскольку ток, протекающий в якоре, должен изменяться в зависимости от положения якоря по отношению к потоку поля, должны быть предусмотрены средства изменения тока, протекающего в якоре. Обычно это средство включает в себя скользящие контакты коммутатора. В частности, коммутатор с помощью неподвижных щеток последовательно подает питание на ряд выводов якоря по мере вращения якоря. Клеммы электрически соединены с набором коллекторных «стержней», установленных на части поверхности ротора, на которую опираются щетки. Существует соответствующее угловое соотношение между расположением коллекторных стержней и щеток, так что происходит взаимодействие между током, протекающим в якоре, и магнитным потоком, создаваемым полем. Это взаимодействие вызывает действие вращательного двигателя.

Из-за механических и электрических нагрузок на скользящие контакты (щетки и стержни) коллектор является наиболее подверженным износу элементом двигателя постоянного тока. В нормальных условиях эксплуатации необходимо частое техническое обслуживание, обычно требующее замены щеток. А в определенных условиях, например, на больших высотах и ​​в космосе, обычные материалы для щеток выходят из строя преждевременно и часто катастрофически. Следовательно, желательно и часто необходимо исключить скользящие контакты из двигателя постоянного тока.

Чтобы решить проблему с коммутатором, недавно были разработаны двигатели постоянного тока с электронной коммутацией (бесщеточные). В этих устройствах функция коммутатора разделена. Датчики (оптические, емкостные или электромагнитные) определяют угловое положение вращающегося элемента двигателя. Транзисторные или другие полупроводниковые переключатели управляются датчиками, так что они подают питание на соответствующие клеммы якоря в соответствующих точках рабочего цикла. Более конкретно, бесщеточные двигатели постоянного тока предшествующего уровня техники инвертировали обычную схему двигателя; то есть якорь установлен в стационарном положении, а поле установлено на вращающемся валу. Поле формируется из материала с постоянными магнитами, поэтому его не нужно подключать к внешнему источнику энергии, например, через токосъемные кольца. Ток якоря переключается полупроводниковыми переключателями в соответствии с измеренным положением ротора, чтобы обеспечить требуемый ток. Если контактные кольца (а не постоянный магнит) используются для обеспечения питания поля и создания потока поля, возникают проблемы, связанные с работой коммутатора. Это и является причиной использования ротора с постоянными магнитами.

Хотя бесщеточные двигатели постоянного тока, использующие поле постоянного магнита и электрически переключаемый якорь, нашли широкое применение, их характеристики ограничены. В частности, они демонстрируют соотношение крутящего момента с фиксированной скоростью, которое нельзя изменить, и единую точку пикового КПД в зависимости от нагрузки. Кроме того, в некоторых случаях желательно иметь возможность использовать специальные характеристики обычного двигателя постоянного тока, такие как последовательное, параллельное или составное соединение обмотки возбуждения, а также иметь возможность переключаться с одного типа соединения на другой тип соединения. Эти результаты не могут быть получены с бесщеточными двигателями постоянного тока предшествующего уровня техники без повторного введения токосъемных колец или других сложных элементов, таких как вращающиеся трансформаторы и выпрямители, расположенные на подвижном элементе.

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание нового улучшенного бесщеточного двигателя постоянного тока.

Также целью настоящего изобретения является обеспечение характеристик последовательного, параллельного и составного двигателя постоянного тока в двигателе постоянного тока с электронной коммутацией.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание бесщеточного электродвигателя постоянного тока, обладающего гибкостью управления.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание надежного и эффективного бесщеточного двигателя постоянного тока с регулируемым возбуждением, в котором исключены подверженные износу элементы, устранено рассеивание мощности вращающегося узла и уменьшены механические и магнитные потери во вращающейся конструкции.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание двигателя постоянного тока, в котором вращаются только явно выраженные полюса двигателя, тем самым уменьшая инерцию двигателя и улучшая время отклика двигателя.

Дополнительной целью настоящего изобретения является создание бесщеточного двигателя постоянного тока с электрически управляемым направлением крутящего момента и реверсивностью крутящего момента.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание бесщеточного двигателя постоянного тока, который может создавать управляемые динамические тормозные моменты, а также управляемые ускоряющие моменты.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с принципом настоящего изобретения предлагается двигатель постоянного тока, имеющий стационарный якорь и стационарный источник магнитного поля. Ротор, выполненный из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, установлен с возможностью вращения рядом со стационарным источником магнитного поля. Ротор включает в себя множество выступающих полюсов или зубцов, которые обеспечивают потокосцепление для потока поля. Поток поля взаимодействует с током, проходящим через якорь. Это взаимодействие заставляет ротор двигаться, тем самым создавая вращательное движение.

В соответствии с другим принципом данного изобретения ток якоря регулируется полупроводниковой системой переключения. Твердотельная система включает в себя датчик для определения местоположения ротора. Средство измерения соединено со средством переключения, которое управляет подачей тока на якорь. Таким образом обеспечивается переменный ток якоря. Более конкретно, обмотки якоря последовательно запитываются, чтобы создать поле якоря, которое взаимодействует с потоком поля, вызывая движение ротора.

В соответствии с еще одним принципом настоящего изобретения стационарный источник магнитного поля содержит множество обмоток, находящихся под напряжением. Эти обмотки с помощью соответствующих средств управления могут быть соединены либо последовательно, либо в шунтирующую, либо в составную конфигурацию.

В соответствии с еще одним принципом настоящего изобретения стационарный якорь и стационарный источник магнитного поля имеют круглую форму и установлены концентрически вокруг общей оси. А зубья ротора проходят через отверстие между якорем и источником магнитного поля.

В соответствии с еще одним принципом данного изобретения стационарный якорь и стационарный источник магнитного поля имеют круглую форму и установлены концентрически вокруг общей оси. При этом зубья ротора вращаются в плоскостях по обе стороны от якоря и источника магнитного поля.

В соответствии с еще одним принципом данного изобретения неподвижный якорь и стационарный источник магнитного поля монтируются рядом с ротором. При этом зубья ротора проходят мимо якоря и источника магнитного поля.

Из вышеприведенного описания следует, что изобретение обеспечивает бесщеточный двигатель постоянного тока, имеющий электромагнитный якорь и источник электромагнитного поля. Поскольку источник поля электромагнитный, он может быть шунтовым, последовательным или составным. Кроме того, поскольку источник магнитного поля является стационарным, в контактных кольцах нет необходимости. Кроме того, поскольку поток, наведенный на зубья ротора стационарным источником магнитного поля, не показывает изменения магнитного сопротивления при вращении, передача происходит практически без потерь.

Из вышеприведенного описания также следует, что изобретение является недорогим в электрическом, магнитном и механическом отношении и несложным. Кроме того, поскольку источник магнитного потока может быть подключен в различных конфигурациях, изобретение является гибким. Кроме того, поскольку мощность, подаваемая на источник магнитного поля, легко регулируется, крутящий момент и скорость двигателя легко регулируются. Следовательно, может быть обеспечено либо медленное, либо быстрое время отклика. Также помогает быстрое время отклика, поскольку вращается только ротор, а не ротор и источник магнитного поля.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вышеизложенные задачи и многие из сопутствующих преимуществ настоящего изобретения станут более понятными по мере того, как они станут более понятными при обращении к следующему подробному описанию в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

РИС. 1 представляет собой схему магнитной цепи, иллюстрирующую один вариант осуществления изобретения, показывающую половину поперечного сечения двигателя относительно оси вращения.

РИС. 2 представляет собой схему магнитной цепи, иллюстрирующую второй вариант осуществления изобретения, показывающую половину поперечного сечения двигателя относительно оси вращения.

РИС. 3 представляет собой вид в разрезе варианта конструкции двигателя постоянного тока, выполненного в соответствии со схемой магнитной цепи, показанной на фиг. 1.

РИС. 4 представляет собой изображение ротора, который является частью двигателя, показанного на фиг. 3.

РИС. 5 – вид в разрезе альтернативного варианта конструкции двигателя постоянного тока, выполненного в соответствии со схемой магнитной цепи, показанной на фиг. 2.

РИС. 6 представляет собой изображение элементов двигателя, которые составляют часть варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 5.

РИС. 7 представляет собой вид еще одного альтернативного варианта конструкции двигателя постоянного тока, выполненного в соответствии с изобретением.

РИС. 8 представляет собой сечение якоря, источника магнитного поля и ротора варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 7; и

РИС. 9 представляет собой принципиальную схему электронного коммутатора, подходящего для управления якорем и источником магнитного поля структурных вариантов осуществления изобретения, показанных на фиг. 3–8.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

ФИГ. 1 и 2 представляют собой схемы магнитных цепей, которые иллюстрируют основную теорию работы изобретения и используются для описания этой теории работы. Элементы, показанные на фиг. 1, содержат: стационарную катушку 11 возбуждения, окруженную U-образным сердечником 13 возбуждения; якорь 15, окруженный обмоткой якоря 17; и пару элементов 19 и 21 ротора, которые проходят через пространство между магнитом возбуждения и якорем, оставляя зазоры с обеих сторон. Элементы ротора представляют собой элементы с выступающими полюсами, изготовленные из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью и вращающиеся вокруг оси вращения, показанной справа на рисунке линией 23. И катушка возбуждения, и магнит возбуждения неподвижны, как и якорь и обмотки якоря.

Во время работы обмотка якоря и катушка возбуждения находятся под напряжением. Катушка возбуждения создает путь магнитного потока, который существует вдоль темной линии. Поскольку этот путь проходит через полюса элементов ротора, в нем индуцируется магнитный поток. Магнитный поток, наведенный в элементах ротора, пытается взаимодействовать с током, проходящим через обмотки или катушки якоря, как это обычно бывает с двигателями. Из-за этого взаимодействия на выступающие полюса действуют силы, заставляющие их двигаться. Когда элементы ротора движутся, токи якоря переключаются, так что эти силы продолжают действовать, вызывая движение в том же направлении, что приводит к непрерывной работе вращающегося двигателя. Следовательно, без скользящих контактов или токосъемных колец изобретение создает поток постоянного поля, который взаимодействует с током якоря, создавая вращательное движение.

РИС. 2 представляет собой схему магнитной цепи, иллюстрирующую альтернативную конфигурацию основных элементов изобретения, показанных на фиг. 1. Как показано на фиг. 2, ротор 25, который обычно имеет U-образную форму в поперечном сечении, имеет концы или выступающие полюса, которые выступают над якорем 27. Якорь окружен обмотками якоря 29. Катушка возбуждения 31 установлена ​​внутри U ротора рядом с поперечина U-образного ротора. Ось вращения проходит вдоль внешнего края поперечины U-образного ротора, как показано вертикальной линией справа на фиг. 2. Путь потока, создаваемого катушкой возбуждения, проходит по темной линии, проходящей через ротор 25 и якорь 27. Как и в конфигурации, показанной на фиг. 1, как якорь 27, так и поле 31 неподвижны. И ток якоря, поскольку катушки тока якоря последовательно запитываются, вызывает перемещение полюсов ротора, вызывая вращательное движение вокруг оси вращения.

Из предшествующего описания фиг. 1 и 2, следует понимать, что изобретение относится к новому устройству, которое в основном содержит стационарное поле и подвижный ротор. Поле индуцирует магнитный поток в полюсах ротора. Затем поток ротора взаимодействует с током якоря, создавая крутящий момент вокруг оси вращения ротора. Именно этот крутящий момент заставляет ротор вращаться, что приводит к работе двигателя.

РИС. 3 и 4 иллюстрируют один вариант осуществления изобретения, в котором конфигурация элемента, показанная на фиг. 1 используется. Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 3 и 4, включает катушку возбуждения 11, магнит возбуждения 13, якорь 15 и обмотки якоря 17. Кроме того, элементы ротора или явно выраженные полюса 19и 21 проиллюстрированы. Обмотки якоря представляют собой множество обмоток, намотанных на якорь обычным образом.

Как и на РИС. 1, полевое железо 13 имеет U-образное поперечное сечение. Кроме того, внешняя конфигурация полевого железа имеет круглую форму с выступающими внутрь рукавами. Катушка 11 возбуждения установлена ​​между плечами и поперечиной U. Электромагнит возбуждения 13 жестко прикреплен к внутренней стороне внешнего цилиндрического элемента корпуса 33. Элемент корпуса имеет множество пазов 35 для излучения тепла.

Якорь 15 неподвижно прикреплен к невращающемуся валу 37 с помощью кольца 39. Кольцо прикреплено к валу с помощью штифта 41. Вал прикреплен к переднему и заднему элементам корпуса 43 и 45, которые, в свою очередь, прикреплены к цилиндрический элемент корпуса 33. Вал выполнен неподвижным за счет соединения с рычагом 47 с помощью штифта 49. Рычаг, в свою очередь, соединен с задним элементом корпуса 45 с помощью пальца 51.

Устанавливается на валу 37 рядом с передним корпусом Элемент 43 представляет собой передний подшипник 53. Точно так же на валу рядом с задним элементом 45 корпуса установлен задний подшипник 55. На переднем подшипнике 53 установлен опорный конус 57 переднего ротора, а на заднем подшипнике 55 установлен задний ротор. опорный конус 59.

К опорному конусу 57 переднего ротора прикреплена передняя секция 61 ротора, которая лучше всего показана на РИС. 4. Точно так же к опорному конусу 59 заднего ротора прикреплена секция 63 заднего ротора. Каждая передняя и задняя секции ротора имеют кольцеобразную форму и имеют элементы ротора или выступающие полюса, которые выступают с одной стороны в направлении, параллельном центральной оси. кольца. Предпочтительно передняя и задняя секции ротора выполнены из магнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью. Выступающие полюса передней и задней секций ротора выступают друг над другом, как показано на фиг. 4. То есть полюса передней секции 61 ротора выступают между полюсами задней секции 63 ротора и наоборот. Кроме того, как показано на фиг. 3, полюса выступают в пространство между сердечником 13 возбуждения и якорем 15. Между полюсами установлен элемент 66 прокладки ротора, выполненный из немагнитного материала. Как показано на фиг. 3, элемент 66 распорки ротора прикреплен к передней и задней секциям 61 и 63 ротора в точках, противоположных полюсам другой секции.

Частью опорного конуса 59 заднего ротора является шкив 65, который лучше всего показан на фиг. 4. Вокруг шкива 65 закреплен ремень 67, который лучше всего показан на фиг. 3. Понятно, что могут быть предусмотрены альтернативные способы использования мощности двигателя. В этом методе, когда ротор вращается, шкив перемещается и приводит в действие свою нагрузку обычным образом.

Также показано на РИС. 3 показана световая структура 73 с фотоэлементом, которая работает как средство определения положения. Световая структура фотоэлемента 73 взаимодействует с кольцеобразным элементом 69 разделения света.прикреплен к переднему опорному конусу 57 ротора на стороне, противоположной передней секции 61 ротора. Кольцеобразный элемент 69 измельчения света имеет множество отверстий 71, подробно показанных на фиг. 4, расположенный по его периферии. Отверстия расположены под заданным углом к ​​полюсам передней и задней секций 61 и 63 ротора. Эти отверстия проходят между фотоэлементом 77 и лампой 79, установленной в световой конструкции 73 с фотоэлементом. лампа и фотоэлемент, свет определяется фотоэлементом.

Лампа 79 подключена к источнику питания проводами 85, которые проходят через отверстие 87 в конструкции фотоэлемента 73. Фотоэлемент 77 подключен к схеме управления, такой как схема, показанная на фиг. 9 и далее описано проводами 89, которые проходят через отверстие 91 в световой конструкции 73 с фотоэлементом.

Хотя на фиг. 3, следует понимать, что множество таких структур будет расположено в заранее определенных угловых положениях в переднем корпусе 43. Следовательно, предусмотрено множество точек измерения, которые используются, как описано ниже, для управления потоком тока через якорь. обмотки 17.

Из вышеизложенного следует, что довольно несложная структура для реализации идеи изобретения, показанной на фиг. 1 обеспечивается устройством, показанным на фиг. 3 и 4. Энергия к обмоткам якоря 17 подводится проводами 93, которые проходят через отверстие 95 вдоль оси вала 37. Провода проходят через второе отверстие 97 сбоку вала и крепятся к обмоткам якоря. 17. Энергия, подаваемая на обмотку якоря, переключается по схеме, показанной на фиг. 9, так что обеспечивается подвижный ток якоря. Катушка возбуждения 11 создает магнитный поток на полюсах 19 и 21, как показано на фиг. 1 и ранее описанным. Магнитный поток полюса взаимодействует с током движущегося якоря, так что полюса 19 и 21 стремятся двигаться. Это движение создает крутящий момент и вращательное движение, которое передается ремнем 67 на нагрузку.

РИС. 5 и 6 иллюстрируют альтернативный вариант конструкции согласно изобретению, в котором используется расположение элементов, показанное на фиг. 2. Вариант осуществления, показанный на фиг. 5 и 6 содержит ротор 25, якорь 27, обмотку якоря 29.и катушку возбуждения 31. Ротор содержит передний и задний элементы 99 и 101 и металлическую втулку 115. Как видно на фиг. 6, каждый элемент представляет собой круглый кусок магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, имеющий множество выступающих наружу выступающих полюсов. Вся конструкция лежит в одной плоскости, при этом плоскости передней и задней секций установлены параллельно вокруг вала 103, показанного на фиг. 5.

Вал установлен с возможностью вращения в переднем и заднем подшипниках 105 и 107, удерживаемых в корпусе 109. Корпус содержит U-образную в поперечном сечении цилиндрическую заднюю часть 111 и переднюю пластину 113. Передний и задний подшипники установлены в передней пластине и задней части соответственно. Внутри U-образной задней секции неподвижно закреплен круглый якорь 27 с прорезями 28 (фиг. 6), через которые намотаны обмотки 29 якоря. Внутри обмоток якоря установлена ​​круглая катушка возбуждения 31. Катушка возбуждения удерживается в стационарном положении любым подходящим способом. Внутри катушки возбуждения 31 концентрично установлена ​​металлическая втулка 115, которая жестко прикреплена к переднему и заднему элементам 9 ротора.9 и 101. Кроме того, на валу 103 неподвижно закреплено кольцо 115.

К переднему элементу ротора 99 стационарно или неподвижно прикреплен измельчающий диск 117. Измельчающий диск вращается вместе с вращающимися элементами ротора и имеет множество отверстий, проходящих между лампой 119 и фотодатчиком 121. Лампа, отверстия и фотодатчик работают аналогично работе их соответствующих элементов на фиг. 3 и 4 для подачи сигналов, которые используются для управления протеканием тока через обмотку якоря 29..

Двигатель, показанный на РИС. 5 и 6 работает аналогично работе теоретического варианта осуществления, показанного на фиг. 2. То есть катушка возбуждения 31 создает магнитный поток в явно выраженных полюсах переднего и заднего элементов 99 и 101 ротора, и ток якоря взаимодействует с потоком, создавая вращательное движение, когда ток якоря переключается заданным образом.

Следует понимать, что варианты осуществления изобретения, показанные на фиг. 3 и 4, и 5 и 6 представляют собой бесщеточные двигатели постоянного тока, обладающие всеми преимуществами двигателей щеточного типа предшествующего уровня техники. То есть обмотка возбуждения может быть соединена последовательно, шунтирующим или составным образом, чтобы получить преимущества каждого конкретного соединения без использования щеток или токосъемных колец. Следовательно, преимущества двигателей постоянного тока предшествующего уровня техники сохраняются без их недостатков.

РИС. 7 и 8 иллюстрируют альтернативный вариант конструкции согласно изобретению, в котором большое колесо приводится во вращение под действием описанного здесь эффекта магнитной связи. Вариант осуществления, показанный на фиг. 7 и 8, содержит большое колесо 131, имеющее внешнюю периферию, состоящую из множества взаимосвязанных, но разделенных зубьев, подобных полюсам 19 и 21 на фиг. 3 или 4. Этот кольцеобразный элемент соединен множеством распорных элементов 133 с внутренней ступицей 135. Вал 137 проходит через ступицу 135 и отделен от нее подшипником 139.. Вал 137 удерживается неподвижно; следовательно, колесо 131 может вращаться вокруг него.

Полюса колеса 131 проходят через приводную конструкцию 141, которая включает в себя катушку 143 возбуждения и якорь 145. На фиг. 8 показано поперечное сечение приводной конструкции 141.

Катушка возбуждения 143 установлена ​​вокруг стойки 147. С обеих сторон стойки установлены и выступают в сторону колеса 131 верхний и нижний железные элементы 149 и 151. Такой способ установки позволяет магнитному пути существовать через полюса колеса 131 и поле 143. Установлен между верхним и нижним металлическими элементами 149и 151, и около его внешних концов находится опора 152 якоря. На опоре 152 якоря закреплен якорь 153, и вокруг якоря 153 намотана обмотка 155 якоря.

Вариант осуществления изобретения, показанный на ФИГ. 7 и 8 работает идентично другим вариантам осуществления изобретения. То есть поле индуцирует магнитный поток в явных полюсах, примыкающих к полевому железу в любой конкретный момент. Этот поток взаимодействует с током, протекающим в обмотках якоря. Взаимодействие между током якоря и потоком поля приводит к перемещению полюсов. При желании колебания якоря можно контролировать извне или коммутировать с помощью датчика, установленного рядом с колесом, показанным на фиг. 7. В любом случае должны быть предусмотрены подходящие средства управления для управления потоком тока через обмотки якоря, чтобы вызвать желаемое действие ротора или колеса.

Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 7 и 8, можно использовать в условиях, когда желательно обеспечить большой крутящий момент для перемещения крупных предметов. Например, вариант осуществления изобретения можно использовать для управления выдвижением солнечных лопастей в космическом корабле. Удлинение солнечных лопастей требует низкой скорости и высокого крутящего момента. И вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 7 и 8 адаптированы для низкой скорости и высокого крутящего момента.

РИС. 9представляет собой принципиальную схему типичной схемы управления, подходящей для управления прохождением тока в якоре и обмотках возбуждения описанных выше вариантов осуществления изобретения. В целях иллюстрации полностью описан только один канал управления. Однако следует понимать, что число каналов управления равно количеству фаз обмотки якоря. Например, если, как показано на фиг. 9, в двигатель должна быть включена трехфазная обмотка якоря, должны быть предусмотрены три чувствительных элемента и каналы управления.

Схема управления, показанная на РИС. 9 включает разделенную обмотку возбуждения, состоящую из катушек F1 и F2. Один конец F1 подключен к источнику положительного напряжения V+. Другой конец F1 подключен к одному концу F2, а другой конец F2 подключен к коллектору полевого транзистора Q1 управления. База транзистора управления полем Q1 соединена с входной клеммой управления полем. Эмиттер Q1 подключен к земле или источнику отрицательного напряжения (V-). Соединение между F1 и F2 соединяется с центром трех обмоток якоря A1, A2 и A3, соединенных звездой.

Открытый конец A1 подключен к коллектору первого якорного переключающего транзистора Q2. Эмиттер Q2 подключен через первый резистор R1 к земле или V-. Точно так же открытый конец A2 подключен к коллектору второго якорного переключающего транзистора Q3, а эмиттер Q3 подключен через R1 к земле или V-. И открытый конец A3 подключен к коллектору третьего якорного переключающего транзистора Q4, а эмиттер Q4 подключен через R1 к земле или V-. Q2, Q3 и Q4 управляют протеканием тока через соответствующие обмотки якоря A1, A2 и A3.

Для ясности, как указано выше, показано только базовое соединение Q2. База Q2 подключена к эмиттеру управляющего транзистора Q5, а коллектор Q5 подключен через второй резистор R2 к V+. База Q5 подключена к эмиттеру фотоприемного транзистора P1. Коллектор P1 подключен через третий резистор R3 к источнику напряжения V+.

Основание P1 монтируется в конструкциях двигателей, описанных выше, для обнаружения света от лампы, когда отверстие в режущем диске или режущем элементе проходит между лампой и фототранзистором. База транзистора Q5 также подключена через пару диодов D1 и D2, соединенных последовательно, к входу управления якорем. Вход управления якорем также подключается через четвертый резистор R4 к земле или V-. Другие диоды D3 и D4 для других каналов подключены к переходу между D1 и D2. Все транзисторы являются транзисторами NPN.

Транзисторы Q2, Q3 и Q4 являются переключающими транзисторами и управляют подачей питания на обмотки якоря. Как было сказано выше, обмотки якоря соединены звездой. Обмотки последовательно включаются с интервалом вращения 120°, чтобы обеспечить вращающийся ток якоря. Транзистор Q1 является транзистором управления током возбуждения и управляет величиной тока, протекающего через обмотки возбуждения в ответ на управляющий потенциал, приложенный к его базе. Кроме того, управляя потенциалом, подаваемым на базу транзистора Q1, катушка возбуждения F2 может быть фактически соединена шунтом с обмотками якоря, так что, например, обеспечивается работа двигателя со смешанной обмоткой.

Во время работы всякий раз, когда на один из фототранзисторов подается питание, связанный с ним переключающий транзистор включается, вызывая протекание тока через одну из обмоток якоря. Ток также протекает через одну или обе обмотки возбуждения (в зависимости от смещения управляющего транзистора) к отрицательной клемме питания. Отверстия в элементе отсекания света расположены так, что обмотки якоря запитываются последовательно, так что генерируется вращающийся ток якоря; например, каждая обмотка якоря находится под напряжением приблизительно на 120° для трехфазных обмоток, показанных на фиг. 9. Пока ток обмотки якоря вращается, его вращение не влияет на обмотки возбуждения, поэтому поток, создаваемый этими обмотками, остается постоянным. Стационарное поле индуцирует поток в полюсах ротора описанным выше образом. И поток полюса ротора взаимодействует с током якоря, вызывая действие двигателя.

Из приведенного выше описания схемы, показанной на фиг. 9 видно, что, за исключением обеспечения управления обмоткой возбуждения, схема аналогична и работает аналогично многим схемам управления бесщеточными двигателями постоянного тока с электронной коммутацией предшествующего уровня техники. То есть схема (за исключением обмотки возбуждения) может быть использована для управления протеканием токов якоря в известном бесщеточном двигателе постоянного тока, в котором используется ротор с постоянными магнитами. Следовательно, следует понимать, что многие схемы управления бесщеточными двигателями постоянного тока предшествующего уровня техники могут использоваться в этом изобретении вместо схемы, показанной на фиг.