RU2145143C1

RU2145143C1 - Commutator machine

Info

Publication number: RU2145143C1
Application number: RU98108273A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Селяев
Original assignee: Томский политехнический университет
Priority date: 1998-05-05
Filing date: 1998-05-05
Publication date: 2000-01-27

Abstract

FIELD: electromechanical engineering. SUBSTANCE: machine shaft 10 mounts commutator whose plastic casing 9 accommodates segments 1 with planar rolls in-between; the latter are assembled of three parallel folded metal- foil strips 2, 3, 4 separated by high-dielectric-constant insulation 5 and folded many times into planar roll; one extreme strip 2 contacts one side surface of segment 1 through its non-insulated end; other extreme strip 4 contacts side surface of adjacent segment 1 through its non-insulated and elongated end 6 placed around roll; Intermediate strip 3 placed inside planar roll contacts upper part of U-shaped metal plate 7 through its starting non- insulated portion; end portions of plate 7 contact shaft 10. Cavities formed between each segment 1 and grounded shaft 10 are uniformly arranged over commutator and function to facilitate operation of running-over edge of brush contact. EFFECT: reduced arcing and electromagnetic radiation which improves reliability, service life, and radio interference of machine. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при производстве коллекторных электрических машин, обладающих повышенными требованиями к уровню радиопомех при эксплуатации. The invention relates to electrical engineering and can be used in the manufacture of collector electrical machines with increased requirements for the level of radio interference during operation.

Известна коллекторная электрическая машина [1], содержащая вал, на котором размещен коллектор с укрепленными в его пластмассовом корпусе ламелями и установленными между ними посредством изоляционных прокладок, выполненных из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, металлическими пластинами, примыкающими неизолированными ребрами к валу машины. Known collector electric machine [1], containing a shaft on which the collector is placed with lamellas fixed in its plastic case and installed between them by means of insulating spacers made of a material with high dielectric constant, metal plates adjacent to the insulated ribs to the shaft of the machine.

Данная конструкция машины хорошо применима для машин малой мощности, а в машинах средней мощности с большим количеством витков секции якоря, где существенно увеличиваются собственные емкости машины и за счет последовательного их включения по параллельным ветвям машины становится затруднительно обеспечивать оптимальное и равномерное распределение емкости по коллектору из-за небольших боковых поверхностей ламелей, от которых прямо пропорционально зависят полученные емкости коллектора. This design of the machine is well applicable for low-power machines, and in medium-power machines with a large number of turns of the armature section, where the machine’s own capacities increase significantly and due to their sequential switching on parallel branches of the machine, it becomes difficult to ensure an optimal and uniform distribution of the capacitance across the collector behind the small side surfaces of the lamellas, on which the obtained reservoir capacities directly proportional.

Задачей изобретения является снижение уровня радиопомех и искрения путем обеспечения оптимального и равномерного распределения емкости по коллектору при многовитковых секциях якоря электрических машин повышенной мощности. The objective of the invention is to reduce the level of radio interference and sparking by ensuring optimal and uniform distribution of capacity across the collector with multi-turn sections of the armature of high-power electric machines.

Коллекторная электрическая машина, содержащая вал, на котором размещен коллектор с укрепленными в его пластмассовом корпусе ламелями и установленными между ними посредством изоляции, выполненной из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, металлическими пластинами, примыкающими неизолированными ребрами к валу, согласно изобретению в каждом промежутке между боковыми поверхностями ламелей установлен плоский рулон, который выполнен из трех параллельно сложенных полос металлической фольги, разделенных изоляцией с высокой диэлектрической проницаемостью и многократно свернутых в плоский рулон, причем одна крайняя полоса металлической фольги своей концевой неизолированной частью контактирует с одной боковой поверхностью ламели, а другая крайняя полоса металлической фольги своей концевой неизолированной и удлиненной частью, огибающей плоский рулон, контактирует с боковой поверхностью другой соседней ламели, при этом средняя полоса металлической фольги внутри плоского рулона своей начальной неизолированной частью контактирует с верхней частью установленной П-образной металлической пластиной, концевые части которой контактируют с валом. A collector electric machine comprising a shaft, on which a collector is placed with lamellas fixed in its plastic case and installed between them by means of insulation made of a material with high dielectric constant, metal plates adjoining uninsulated ribs to the shaft, according to the invention, in each gap between the side surfaces lamels a flat roll is installed, which is made of three parallel folded strips of metal foil, separated by high insulation permeability and repeatedly rolled into a flat roll, moreover, one extreme strip of metal foil with its end uninsulated part is in contact with one side surface of the lamella, and the other extreme strip of metal foil with its end uninsulated and elongated part enveloping the flat roll is in contact with the side surface of another adjacent lamella while the middle strip of metal foil inside the flat roll with its initial uninsulated part is in contact with the upper part of the installation ennoy U-shaped metal plate, which end portions are in contact with the shaft.

Этим достигается образование: по две параллельных емкости с каждой ламели на заземленный вал машины, обеспечивающих оптимальное и равномерное распределение емкости по коллектору, что позволило в свою очередь обеспечить замыкание высокочастотных пульсаций, противоположных по знаку от разнополярных щеток, в местах их возникновения, а также отвод высокочастотных паразитных зарядов на "землю". Оптимальное и равномерное распределение емкости по коллектору значительно повышает суммарную емкость, шунтирующую секцию. На завершающем этапе коммутации, в момент разрыва щетки с ламелью, электромагнитная энергия, запасенная в секции электрической машины, расходуется в активном сопротивлении, в дуге и на электромагнитное излучение. При наличии увеличенной емкости, шунтирующей секцию на завершающем этапе коммутации, ток, разрываемый щеткой, замыкается через созданные емкости, стремясь поддержать напряжение на секции постоянным, что облегчает работу сбегающего края щеточного контакта в момент разрыва, благодаря чему в совокупности уменьшаются искрообразование и энергия электромагнитного излучения. This results in the formation of: two parallel capacitances from each lamella to the grounded shaft of the machine, which ensure optimal and uniform distribution of the capacitance across the collector, which in turn made it possible to close high-frequency ripples opposite in sign from the bipolar brushes at their places of origin, as well as the tap high-frequency spurious charges to the "earth". Optimum and uniform distribution of capacity across the collector significantly increases the total capacity of the shunting section. At the final stage of switching, at the time of breaking the brush with the lamella, the electromagnetic energy stored in the section of the electric machine is spent in active resistance, in the arc and on electromagnetic radiation. In the presence of an increased capacitance shunting the section at the final stage of switching, the current disrupted by the brush closes through the created capacitors, trying to maintain the voltage across the sections constant, which facilitates the operation of the runaway edge of the brush contact at the time of rupture, which in turn reduces spark formation and electromagnetic radiation energy .

На фиг. 1 - показан увеличенный разрез вырыва межламельного промежутка коллектора в поперечном сечении; на фиг. 2 - схема замещения предлагаемой коллекторной электрической машины, где I₁, I₂ - высокочастотные токи.In FIG. 1 - shows an enlarged section of the breakout of the interlamella gap of the collector in cross section; in FIG. 2 is an equivalent circuit of the proposed collector electric machine, where I ₁ , I ₂ - high-frequency currents.

Коллекторная электрическая машина содержит ламели 1, полосы металлической фольги 2, 3 и 4, межполосную изоляцию 5 с высокой диэлектрической проницаемостью. Полосы металлической фольги 2, 3 и 4, изолированные между собой изоляцией 5, многократно свернутые образуют плоский рулон. Коллекторная электрическая машина содержит также П-образную металлическую пластину 7 с концевыми частями 6, пластмассовый корпус 9 коллектора, установленного на валу 10. The collector electric machine contains lamellas 1, strips of metal foil 2, 3 and 4, interband insulation 5 with high dielectric constant. Strips of metal foil 2, 3 and 4, insulated with each other by insulation 5, repeatedly rolled up to form a flat roll. The collector electric machine also contains a U-shaped metal plate 7 with end parts 6, a plastic case 9 of the collector mounted on the shaft 10.

На фиг. 2 в представленной схеме замещения коллекторной машины позициями 11 и 12 обозначены щетки разной полярности, 13 - секции обмотки якоря электрической машины, 14 - эквивалентная схема замещения межламельного промежутка коллектора, 15 - емкости равномерно распределенные по коллектору, 16 - обозначены точки контактирования средней полосы металлической фольги 3 плоского рулона с верхней частью П-образной металлической пластиной 7, позицией 17 - обозначены точки контактирования концевых частей 6 П-образных металлических пластин 7 с валом 10; I₁ - высокочастотный ток, протекающий по наикратчайшему пути через емкости 15 соседних одновременно коммутируемых ламелей в процессе коммутации, I₂ - высокочастотный ток, протекающий по наикратчайшему пути через емкости 15, концевые части 8 П-образных металлических пластин 7 и вал 10 от одновременно коммутируемых ламелей разнополярных щеток 11 и 12.In FIG. 2, in the presented equivalent circuit of the collector machine, positions 11 and 12 indicate brushes of different polarity, 13 - sections of the winding of the armature of the electric machine, 14 - equivalent circuit of the inter-lamella gap of the collector, 15 - containers uniformly distributed across the collector, 16 - points of contact of the middle strip of metal foil 3 flat rolls with the upper part of the U-shaped metal plate 7, the position 17 indicates the contact points of the end parts 6 of the U-shaped metal plates 7 with the shaft 10; I ₁ - high-frequency current flowing along the shortest path through the capacitance 15 of simultaneously adjacent switched lamellas during switching, I ₂ - high-frequency current flowing along the shortest path through the capacitance 15, end parts 8 of U-shaped metal plates 7 and shaft 10 from simultaneously commutated lamellas of bipolar brushes 11 and 12.

При изготовлении предлагаемой коллекторной машины между нарезанными полосами металлической фольги 2, 3 и 4 устанавливают изоляционный материал 5 с высокой диэлектрической проницаемостью, начальную неизолированную часть средней металлической фольги 3 соединяют с верхней частью П-образной металлической пластиной 7 любым известным способом, например, пайкой, затем плотно сложенные полосы 2, 3 и 4 с изоляцией 5 сворачивают в плоский рулон и концевые части полос 2 и 3 обрезают с одной боковой поверхности плоского рулона, а концевую удлиненную часть 6 металлической фольги 4 загибают на другую сторону плоского рулона и также обрезают. Количество сворачиваний металлических полос зависит от необходимости получения определенной величины емкости С_д.In the manufacture of the proposed collector machine, insulating material 5 with a high dielectric constant is installed between the cut strips of metal foil 2, 3 and 4, the initial uninsulated part of the middle metal foil 3 is connected to the upper part of the U-shaped metal plate 7 by any known method, for example, by soldering, then tightly folded strips 2, 3 and 4 with insulation 5 are rolled into a flat roll and the end parts of strips 2 and 3 are cut from one side surface of a flat roll, and the end elongated hour 6 metal foils 4 are folded onto the other side of a flat roll and also trimmed. The number of folding metal strips depends on the need to obtain a certain value of the capacitance C _d

Для сборки коллектора в оправке между ламелями 1 устанавливают полученные плоские рулоны так, чтобы все концевые части 8 П-образных металлических пластин 7 были радиально направлены к центру оправки, затем собранный пакет коллектора спрессовывают пластмассой, образующей корпус 9 коллектора. Отверстие под вал 10 машины разворачивают разверткой, тем самым зачищают ребра концевых частей 8 П-образных металлических пластин 7. Полученный коллектор устанавливают на вал 10 электрической машины по прессовой посадке, чем обеспечивают надежный контакт между концевыми частями 8 П-образных металлических пластин 7 и заземленным валом 10. To assemble the collector in the mandrel between the lamellas 1, the obtained flat rolls are installed so that all the end parts 8 of the U-shaped metal plates 7 are radially directed to the center of the mandrel, then the assembled collector package is pressed with plastic forming the collector body 9. The hole for the machine shaft 10 is expanded by sweep, thereby cleaning the ribs of the end parts 8 of the U-shaped metal plates 7. The resulting collector is installed on the shaft 10 of the electric machine by press fit, which ensures reliable contact between the end parts 8 of the U-shaped metal plates 7 and the grounded shaft 10.

Емкость конденсатора, образованного между каждой ламелью и заземленным валом, выбирают из условия обеспечения оптимального и равномерного распределения емкости по коллектору, где собственные емкости машины составляют 5-7% от вводимом емкости С_д, поэтому собственными емкостями машины можно пренебречь.The capacitance of the capacitor formed between each lamella and the grounded shaft is selected from the condition of ensuring optimal and uniform distribution of the capacitance across the collector, where the machine’s own capacities are 5-7% of the input capacitance C _d , therefore, the machine’s own capacities can be neglected.

Таким образом, выполнение предлагаемой коллекторной электрической машины при многовитковых секциях якоря машины повышенной мощности за счет снижения искрообразования и электромагнитного излучения позволяет повысить надежность и эксплуатационный ресурс работы данного класса машин, а также существенно улучшить качество их электромагнитной совместимости с радиоэлектронными системами различного назначения, количество которых непрерывно возрастает и постоянно расширяется разнообразие выполняемых ими функциональных задач. Thus, the implementation of the proposed collector electric machine with multi-turn sections of the armature of a high-power machine by reducing sparking and electromagnetic radiation can improve the reliability and service life of this class of machines, as well as significantly improve the quality of their electromagnetic compatibility with electronic systems for various purposes, the number of which is continuous The variety of functional tasks performed by them increases and constantly expands.

Литература
1. Авт. св. 1332433 СССР, МКИ 4 H 01 R 39/04, БИ N 31, 1987.Literature
1. Auth. St. 1332433 USSR, MKI 4 H 01 R 39/04, BI N 31, 1987.

Claims

A collector electric machine comprising a shaft, on which a collector is placed with lamellas fastened in its plastic case and installed between them by means of insulation made of a material with high dielectric constant, metal plates adjoining uninsulated ribs to the shaft, characterized in that in each gap between a flat roll is installed on the lateral surfaces of the slats, which is made of three parallel-folded strips of metal foil, separated by high insulation permeability and repeatedly rolled into a flat roll, moreover, one extreme strip of metal foil with its end uninsulated part is in contact with one side surface of the lamella, and the other extreme strip of metal foil with its end uninsulated and elongated part enveloping the flat roll is in contact with the side surface of another adjacent lamella while the middle strip of metal foil inside the flat roll with its uninsulated initial part is in contact with the upper part of the installation ennoy U-shaped metal plate, which end portions are in contact with the shaft.