Материал для самостоятельного изучения для обучающихся объединения "Конструирование"

5 группа. Тема: «Эскизы, чертежи модели. Основы и принципы работы микродвигателя»

Эскизы, чертежи модели автомобиля внедорожника можно найти по ссылке:

Эскизы, чертежи автомобиля внедорожника.

Электрический двигатель – механизм или специальная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую, при котором так же выделяется тепло.

Уже в 1821 году, знаменитый британский ученый Майкл Фарадей продемонстрировал принцип преобразования электромагнитным полем электрической энергии в механическую энергию. Установка состояли из подвешенного провода, которых окунался в ртуть. Магнит устанавливался посередине колбы с ртутью. При замыкании цепи, провод начинал вращение вокруг магнита, демонстрируя то, что вокруг провода, эл. током, образовывалось электрическое поле.

Эту модель двигателя часто демонстрировали в школах и университетах. Данный двигатель считается самым простым видом из всего класса электродвигателей. Впоследствии он получил продолжение в виде Колеса Барлова. Однако новое устройство носило лишь демонстрационный характер, поскольку вырабатываемые им мощности были слишком малы.

Ученые и изобретатели работали над двигателем с целью использования его в производственных нуждах. Все они стремились к тому, чтобы сердечник двигателя двигался в магнитном поле вращательно-поступательно, на манер поршня в цилиндре паровой машины.

Русский изобретатель Б.С. Якоби сделал все гораздо проще. Принцип работы его двигателя заключался в попеременном притяжении и отталкивании электромагнитов. Часть электромагнитов были запитаны от гальванической батареи, и направление течения тока в них не менялась, а другая часть подключалась к батарее через коммутатор, благодаря которому изменялось направление течения тока через каждый оборот. Полярность электромагнитов менялась, и каждый из подвижных электромагнитов то притягивался, то отталкивался от соответствующего ему неподвижного электромагнита. Вал приходил в движение.

Изначально мощность двигателя была небольшой и составляла всего 15 Вт, после доработок, Якоби удалось довести мощность до 550 Вт.. 13 сентября 1838 году, лодка, оборудованная этим двигателем, плыла с 12 пассажирами по Неве, против течения, развивая при этом скорость в 3 км/ч. Двигатель был запитан от большой батареи, состоящей из 320 гальванических элементов. Мощность современных электрических двигателей превышает 55 кВт.

В основу работы электрической машины заложено явление электромагнитной индукции (ЭМИ). Явление ЭМИ заключается в том, что при любом изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем (контуре) образуется индукционный ток.

Сам двигатель состоит из ротора (подвижной части – магнита или катушки) и статора (неподвижной части – катушки). Чаще всего конструкция двигателя представляет собой две катушки. Статор обложен обмоткой, по которой, собственно, и течет ток. Ток порождает магнитное поле, которое воздействует на другую катушку. В ней, по причине ЭМИ, так же образуется ток, который порождает магнитное поле, действующее на первую катушку. И так все повторяется по замкнутому циклу. В итоге, взаимодействие полей ротора и статора создает вращающий момент, приводящий в движение ротор двигателя. Таким образом, происходит трансформация электрической энергии в механическую, которую можно использовать в различных приборах, механизмах и даже в автомобилях.

Микродвигатель

​​​​​​​

Электродвигатели с небольшой мощностью применяют в аппаратах и механизмах бытового назначения. В доме можно найти несколько микродвигателей: в магнитофонах, пылесосах, холодильниках, измерительной технике. Микродвигатели применяются в системах регулирования автоматического типа, авиации.

В технике бытового применения двигатели используют в пылесосах, бормашинах, швейных машинах, вентиляторах. Например, в конструкции видеокамеры имеется 6 микродвигателей. Сегодня необходимость в микродвигателях велика, появились специальные фирмы, производящие и разрабатывающие их.

Виды микродвигателей

Микродвигатели (МД) постоянного тока применяются для преобразования электрического тока в механическое вращение, называются исполнительными микродвигателями.

Виды микродвигателей разделяются на моторы с обычным, дисковым, полым и беспазовым якорем.

Микродвигатели с обычным якорем

В конструкции магнитный поток образуется возбуждающей обмоткой, находящейся на полюсах, либо постоянными магнитами. В первом варианте систему магнитов создают шихтованной, корпус и полюсы производят одним пакетом из листов, штампованных из профиля. Это требуется, так как микродвигатели эксплуатируются в переходных режимах.

При втором варианте на корпусе статора размещают мощный постоянный магнит формы цилиндра, либо несколько магнитов, сделанных в виде сердечников полюсов, скоб. В исполнительных моторах систему магнитов создают ненасыщенной, чтобы якорь не влиял на поток и на скорость вращения. Катушку якоря наматывают в пазах якоря и соединяют с ламелями коллектора по такому же принципу, как в обычном исполнении моторов постоянного тока.

Схема с полым якорем

Магнитный поток образуется от обмотки возбуждения или от постоянных магнитов. Якорь сделан в виде стакана, находящегося между полюсами и стоящим на месте сердечником из ферромагнитного материала. Его насаживают на втулку подшипникового щита. Внутри якоря вместо сердечника можно установить неподвижные постоянные магниты формы цилиндра. Катушку якоря наматывают на каркас, пропитывают эпоксидкой, концы катушки припаивают к пластинам. После застывания эпоксидки коллектор и якорь образуют монолит.

Инерционный момент полого якоря небольшой, повышается скорость двигателя. Из-за того, что нет насыщения зубцов, повышается индукция микродвигателя в воздушном пространстве микродвигателя, а, следовательно, и его момент вращения и магнитный поток в сравнении с микродвигателями с обычным якорем. Это также увеличивает быстродействие мотора.

Микродвигатели с печатной обмоткой

Они имеют конструкцию диска и цилиндра. Дисковый имеет плоскую катушку якоря. Возбуждение создается магнитами с наконечниками из полюсов.

Этот тип микродвигателей оснащен плоской печатной катушкой якоря, которая нанесена на тонкий диск из текстолита или керамики. Возбуждение происходит постоянными магнитами с наконечниками в виде полюсов, сделанных как сегменты колец. Магнитный поток идет в направлении по двум воздушным зазорам и дискового якоря с печатной катушкой, замыкается на 2-х кольцах. Кольца сделаны из магнитномягкой стали, выполняют роль боковой поддержки. Магниты электрические или постоянные располагаются с одной или с двух сторон диска.

Печать катушки наносят на диск якоря химическим методом. Проводники расположены с двух сторон радиально, соединяются гальванически по сквозным отверстиям. Воздух является изоляцией проводников. Нанесение печати, соединения производится на станках, процесс механизирован.

Все секции обмотки имеют в составе два проводника. Они находятся на разных сторонах диска. Количество активных проводников мало, ограничивается габаритами диска, для повышения напряжения используют обычную намотку волнового вида. Для снижения расстояния лобовых соединений, микродвигатели изготавливают с несколькими полюсами.

Цилиндрический якорь также находит свое использование в микродвигателях. Их конструкция похожа на моторы с полым якорем, отличие в методе намотки катушки якоря. На двух сторонах полого якоря способом электромеханического воздействия создают печатную катушку, концы подключают к коллектору. Микродвигатели с печатным якорем в виде цилиндра и с полым якорем имеют похожие свойства.

Микродвигатели асинхронного типа с одной фазой широко распространены. Они изготовлены с учетом требований многих приводов аппаратов и приборов, отличаются малой ценой и шумностью, надежны, не требуют техобслуживания, подвижные контакты отсутствуют.

Подключение

Микродвигатель асинхронного типа имеет различные типы конструкций по числу обмоток: с 1-й, 2-мя, 3-мя обмотками. С одной катушкой в моторе отсутствует момент запуска, надо применять специальный пусковой мотор. В моторе с двумя катушками одна из них главная, соединяется к сети питания.

Для образования запуска нужен ток, который сдвинут по фазе от главной катушки. С этой целью к вспомогательной катушке последовательно подсоединяют сопротивление. Оно может быть разного вида.

Конструкция

На рисунке двигатель с 2-мя сосредоточенными обмотками, по полюсам. Каждая катушка состоит из двух катушек по полюсам. Их надевают на сердечник и устанавливают в ярмо формы квадрата. Обмотки крепятся выступами.

Источники: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/ustrojstva/mikrodvigateli/;

https://autohis.ru/electrodvig.php