Содержание
Предыдущий § Следующий

28.6. Двигатели для электрифицированных игрушек

28.6.1. Технические требования и условия эксплуатации

В СССР ежегодно выпускается до 10 млн. микроэлектродвигателей, предназначенных для привода электромеханических игрушек. Их производство в основном осуществляют предприятия легкой промышленности.

Микродвигатели для игрушек являются коллекторными машинами постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, удовлетворяющими требованиям ОСТ 17-648-76. Питание двигателей осуществляется от химических источников тока — гальванических элементов различных типов. Направление вращения якоря не оговаривается, возможен реверсивный режим.

Номинальные напряжения питания выпускаемых двигателей установлены в диапазоне 3 — 4,5 В. В технических условиях и паспортных данных указываются для заданного номинального напряжения рабочие показатели двигателя при номинальной нагрузке и в режиме холостого хода. Однако в реальных условиях эксплуатации машины работают при напряжениях питания, изменяющихся в широком диапазоне от номинального вниз по мере разряда гальванического элемента. При выборе двигателя для привода конкретной игрушки обычно учитывается требование ее нормального функционирования при снижении питающего напряжения до 0,5U_B0M. Таким образом, длительность нормальной работы электрифицированной игрушки определяется правильным выбором источника питания.

Трудности обеспечения игрушек химическими источниками энергии вызваны прежде всего тем, что двигатели наиболее

распространенных типов потребляют под нагрузкой ток около 0,5А, т. е. ток, превышающий допустимый практически для всех выпускаемых промышленностью батарей. Так, чаще всего устанавливаемые в игрушках плоские батареи типа КБС-Л-0,5 должны эксплуатироваться при токах 0,05 — 0,15 А, а при 0,4 А срок их службы сокращается до 0,5 ч.

Наиболее распространенные химические элементы выполняются на основе системы диоксид марганца — цинк с солевым электролитом и имеют начальное напряжение 1,5 — 1,7 В. Электролит находится в пастообразном состоянии или пропитывает пористую диафрагму. Такой электролит не растекается, поэтому элементы называются сухими. Они подразделяются на три типа, которые предназначены для следующих интервалов температур окружающей среды:

Универсальный (У) . . . . -40- +60 °С

Летний (Л).......-20-+60°С

Тропический (Т).....-10-+60°С

Сухие элементы имеют цилиндрическую, прямоугольную или дисковую форму. Их достоинством является относительно низкая стоимость. К существенным недостаткам следует отнести значительное изменение напряжения при разряде (рис. 28.17), невысокую удельную мощность (5—10 Вт/кг) и зависимость свойств элемента от времени хранения (табл. 28.30).

Промышленностью выпускаются элементы системы диоксид марганца — цинк со щелочным электролитом — 30-40 %-ным раствором гидроксида калия, пропитывающим пористую диафрагму или смешанным до

Рис. 28.17. Разрядные характеристики элемента 373 с солевым электролитом при температуре 20 °С и различных токах разряда: 7 — 10 мА; 2-40 мА, 3-100 мА; 4 - 250 мА

Рис. 28.18. Разрядная характеристика батареи «Крона ВЦ»

пастообразного состояния с крахмалом. В целях увеличения поверхности анода цинк применяют в виде пасты или прессованного порошка. Элементы имеют корпус и выполняются в виде дисков или цилиндров. Напряжение элементов со щелочным электролитом изменяется при разряде значительно меньше, чем элементов с солевым электролитом.

Характеристики некоторых элементов и батарей данной системы, наиболее часто используемых в игрушках, приведены в табл. 28.31.

Система кислород воздуха — цинк используется в батареях «Крона ВЦ» (ГОСТ 17659-72). Окислителем в элементе служит кислород воздуха, электролитом — раствор щелочи. Сразу после изготовления батарея имеет напряжение 8 В, в конце гарантийного срока хранения (9 мес) — 7,8 В. Продолжительность работы при прерывистом режиме разряда (4 ч в сутки, сопротивление внешней цепи 900 Ом и конечное напряжение 5,4 В) составляет 80 ч для свежеизготовленной батареи и 40 ч в конце гарантийного срока хранения.

Элемент сохраняет работоспособность в интервале окружающих температур от —10 до +50°С, его удельная энергия 160 — 200 Вт-ч/кг.

На рис. 28.18 изображена разрядная характеристика батареи «Крона ВЦ».

Для нормальной работы двигателей необходимо соответствие токов, потребляемых двигателями и допустимых для гальванических элементов. Расчетное время работы гальванических источников тока емкостью 0,55—1,5 Ач исчисляется для токов не выше 0,45 А. Номинальный ток многих промышленных двигателей превышает это значение, что сокращает срок службы источника питания и приводит к его частой замене.

Таблица 28.30. Технические данные элементов системы диоксид марганца — цинк

с солевым электролитом

Таблица 28.31. Технические данные элементов системы диоксид марганца — цинк

со щелочным электролитом

* Система диоксид марганца — кислород воздуха — цинк

Примечание В числителе дроби указаны данные элементов обычного исполнения, в знаменателе — исполнения «экстра»

Кроме потребляемого тока важнейшими показателями микродвигателей в рабочем режиме являются номинальный момент, частота вращения якоря при номинальной нагрузке на валу и КПД. Двигатели, выпускаемые отечественной промышленностью, по рабочим свойствам существенно различаются между собой. Хотя принципиальная конструктивная схема всех рассматриваемых микродвигателей для игрушек одинакова, они отличаются друг от друга показателями как номинального режима, так и холостого хода. Даже у одного типа серийно выпускаемой машины разброс значений тока холостого хода может достигать 20 — 40%, прежде всего в зависимости от качества и точности сборки подшипников и щеточно-коллекторного узла.

Двигатели для игрушек имеют большой ток холостого хода и пониженный КПД по сравнению с магнитоэлектрическими машинами постоянного тока аналогичной мощности, но иного назначения. Причины этого — упрощение и удешевление конструкции и технологии производства, что зачастую ведет к несовершенству сборки, к большому рабочему воздушному зазору (0,5 мм и более), к низкому коэффициенту заполнения паза якоря. В ряде случаев заводы-изготовители используют постоянные магниты низкого качества и несовершенную технологию их намагничивания.

Стремление к упрощению и удешевлению конструкции привело также к использованию в двигателях для игрушек металлических бронзовых щеток. В результате срок службы этих машин снизился до 10 — 15 ч из-за интенсивного электроэрозионного износа контактной пары, главным образом щеток.

28.6.2. Особенности конструкции

и технические данные электродвигателей

для игрушек

Микродвигатели отечественного производства для игрушек имеют магнитопровод якоря, выполненный в виде трехзубцового пакета, шихтованного из штампованных листов электротехнической стали (рис. 28.19). Петлевая обмотка якоря, имеющая три укороченные секции, наматывается непосредственно на зубцы пакета и соединяется в звезду или треугольник. Начало каждой секции присоединяется к коллекторной пластине. Питание двигателя осуществляется через щеточный узел, смонтированный в крышке машины, и трехламельный цилиндрический коллектор, напрессованный на вал якоря.

Рис. 28.19. Микродвигатель с трехзубцовым якорем:

/ — щит; 2 — корпус; 3 — якорь; 4 —коллектор; 5 — постоянные магниты; 6 — скоба; 7 — прокладка

Таблица 28.33. Габаритные и установочные

размеры, мм, микродвигателей МДП-1,

МДП-1Ф, ДП-2Ф, МДП-15

Таблица 28.32. Технические данные двигателей для электрифицированных игрушек

Примечания 1 /_{х х}, п_хх — ток и частота вращения при холостом ходе

2 Для отдельных типов двигателей заводы-изготовители предусматривают некоторое отклонение данных от приведенных в таблице

Широкое многообразие характерно для конструктивного исполнения щеточных узлов, корпусов, крышек, а также формы и материалов постоянных магнитов. В частности, отличительной особенностью двигателей типа МДШ, МДП-15 и ДП-12А является использование магнитов в виде призм

Рис. 28.20. Габаритные и установочно-при-

соединительные размеры микродвигателя

МДП-1 «Чайка», ДП-12А, ДИ-12, Э23.129.000,

МЭ-2П

прямоугольного сечения из сплава ЮН14ДК-24, намагниченных по длине и вмонтированных вместе с магнитопроводами в пластмассовый корпус. Полистироловая крышка с установленными на ней пластинчатыми бронзовыми щетками и выводными клеммами склеивается с корпусом.

Двигатели типов ДП-2Ф, МДП-1Ф и МЭ-2П выполнены по той же конструктивной схеме, но вместо кобальтовых сплавов в них применены ферритбариевые анизотропные магниты марки 16БА190.

В металлическом корпусе выполнены машины типов Э23.129.000 и ДИ1-2. В них используются изотропные ферритбариевые магниты марки 6БИ240, намагниченные ра-диально и имеющие форму колец или сегментов. Пластмассовые крышки этих машин сочленяются с корпусом посредством

обжимных лапок. Двигатель Э23.129.000 имеет пластинчатые бронзовые щетки, а ДИ1-2 — проволочные бронзовые.

В табл. 28.32 приведены технические данные основных типов отечественных двигателей для игрушек. Габаритные и установочные размеры двигателей, выпускаемых в настоящее время, приведены в табл. 28.33 и на рис. 28.20.

Следует отметить, что примерно 80% всего годового объема выпуска составляют двигатели типов ДП и МДП.

Содержание
Предыдущий § Следующий