Двигатель постоянного тока

 

ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого размещены якорь Консольного исполнения, кольцевая катушка обмотки последовательного воэбуждения , полюса из магнитомягкого материала, чередующиеся с полюсами из постоянньгх магнитов, расположенные на неподвижном внутреннем ярме, и постоянный магнит, размещенньй в полости внутреннего ярма, причем направление намагниченности магнита совпадает с осью двигателя, и подшипниковый щит, примыкаюац1й к торцевым частям корпуса и внутреннего ярма , отличающийся тем, что, с целью повышения массогабаритных показателей путем увеличения номинального удельного и максимального вращающего моментов, он снабжен кольцевым постоянным магнитом и кольцом из магнитодиэлектрика, подшипниковый ащт выполнен с кольцевой цилиндрической проточкой на торцевом участке, пpи flIкaющeм к корпусу,и уступом , образующим кольцевую полость между внутренней йоверхностыо цилиндрического корпуса и щитом, а часть щита, обращенная к внутреннему ярму , и полость ярма выполнешл конусными , причем кольцевой постоянный магнит размещен Б проточке, в в кольцевой полости установлено кольцо иэ магнитодиэлектрика наружный радиус которого равен внутреннему радиусу кольцевого магнита. СП 1 о с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (()) 4(и) Н 02 К 23/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPHTHA (21) 3603806/24-07 (22) 10.06.83 (46) 15.04.85. Бюл. N- 14 (72) В.И.Малинин, Е.У.Хохлов, В.Д.Naкельский и Л.И.Малинин (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 621. 313. 2 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 639095, кл. Н 02 К 23/04, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3468076, кл. Н 02 K 23/04, 1983. (54) (57) ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого размещены .якорь кон= сольного исполнения, кольцевая катушка обмотки последовательного возбуждения, полюса из магнитомягкого материала, чередунж(неся с полюсами из постоянных магнитов, расположенные на неподвижном внутреннем ярме, и постоянный магнит, размещенный в полости внутреннего ярма, причем направление намагниченности магнита совпадает с осью двигателя, и под.шипниковый щит, примыкакщий к торцевым частям корпуса и внутреннего ярма, отличающийся тем, что, с целью повышения массогабаритных показателей. путем увеличения номинального удельного и максимального вращакщего моментов, он снабжен кольцевым постоянным магнитом и кольцом из магнитодиэлектрнка, подшипниковый щит выполнен с кольцевой цилиндрической проточкой на торцевом участке, прижкающем к корпусу,и уступом, образующим кольцевую полость между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и щитом, а часть щита, обращенная к внутреннему ярму, и полость ярма выполнены конусными, причем кольцевой постоянный магнит размещен в проточке, à s кольцевой полости установлено кольцо нэ магнитодизлектрика, наружный радиускоторого равен внутреннему радиусу кольцевого магнита. I 1150706

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в электроприводах роботов и автоматических манипуляторов s качестве исполнительного двигателя. 5

Известен двигатель постоянного тока комбинированного возбуждения„.сочетающий магнитоэлектрическое и последовательное электромагнитное возбуждение,.содержащий полый якорь кон- 10 сольного исполнения, полюса, представляющие собой постоянные магниты, кольцевую обмотку последовательного возбуждения и полюса из магнитомягкого материала, чередующиеся с маг- 15 интами (1) .

Но в таких машинах существенно ухудшены массогабаритные показателя по сравнению .с двигателями нерегули" руемого магнитоэлектрического возбуж- 20 дения (особенно при больших степенях компаундирования) эа счет использова-,. ния значительной доли электромагнитного возбуждения. .

Наиболее близким к предлагаемому .25 является двигатель магнитоэлектрического регулируемого возбуждения, содержащий полый якорь консольного исполнения, полюса, представляющие собой постоянные магниты ° кольцевую катушку обмотки последовательного возбужпения, полюса из магнитомягког o материала, чередующиеся с магнитами, расположенными на неподвижном внутреннем ярме, и постоянный магнит, размещенный ц полости внутреннего ярма $2j .

Однако для данного двигателя номинальный удельный момент (соотношение номинального момента двигателя к мас-40 се) имеет меньшее значение, чем для двигателя нерегулируемого магнитоэлектрического возбуждения,,что препятствует широкому применению его в электроприводах промышленных роботов 45 и манипуляторов, так как исполнительные двигатели в указанных устройствах размещаются непосредственно на подвижных звеньях конструкций, требующихповышенных весовых и габаритйыхпоказателей на единицу вращающего момента двигателя. Кроме того, вращающий момент при перегрузках (максимальный момент двигателя) меньше, чем у двигателя комбинированного возбуждения, Ы имеющего одинаковые с прототипом номинальные данные, что приводит к снижению максимального быстродейст4 вия, которое оценивается максимальным ускорением двигателя

ИупаХ .Е их х где E „„— максимальное ускорение, Мщд„ вЂ” максимальньЯ момент, Ig . — момент инерции двигателя.

При этом в прототипе большой расход дефицитных материалов (постоянных магнитов), что повышает себестоимость двигателя.

Цель изобретения — повышение массогабаритных показателей путем увеличения номинального удельного и максимального вращающего моментов.

Поставленная цель достигается тем, что двигатель постоянного тока, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого размещены якорь консольного исполнения, кольцевая катушка обмотки последовательного возбуждения, полюса иэ магнитомягкого материала, чередующиеся с полюсами иэ постоянных магнитов, расположенные на неподвижном внутреннем ярме, и постоянный магнит, размещенный в полости внутреннего ярма, причем направление намагниченности магнита совпадает с осью двигателя, и подшипниковый щит, примыкающий к торцевым частям корпуса и внутреннего ярма, снабжен кольцевым постоянным магнитом и кольцом иэ магнит оди зле кт рика, подшип нико вый щит выполнен с кольцевой цилиндрической проточкой на торцевом участке, примыкающем к корпусу, и уступом, образующим кольцевую полость между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и щитом, а часть щита, обращенная к внутреннему ярму, и полость ярма выполнены конусным, причем кольцевой постоянный магнит размещен в проточice, а в кольцевой полости установлено кольцо из магнитодиэлектрика, размещенный радиус которого равен внутреннему радиусу кольцевого магнита.

На фиг.1 приведена схема двигателя, поперечный разрез, на фиг.2— то же, продольный разрез.

Внутри полого цилиндрического якоря 1 (фиг. 1) размещены полюса 2, представляющие собой постоянные магниты одной полярности и полюса 3 иэ магнитомягкого материала, которые выполнены,как одно целое с внутренним ярмом 4 (фиг.2), имеющим цилиндрическое отверстие, внутри которого проходит вал из немагнитного матери3 11507 ала 5. Внутреннее ярмо 4 на периферийном участке от вала 5 двигателя соединено с подшипниковым щитом 6, являющимся одновременно магнитопроводом, а на участке, прилегакщем к валу между внутренним ярмом 4 и подшипниковым щитом 6, установлен конусный магнит 7. В подшипниковом щите 6 расположен кольцевой магнит

8, который соприкасается по внутрен- 10 нему радиусу с наружным радиусом кольца из магнитодиэлектрика 9, установленным между подшипниковым щитом

6 и наружным магнитопроводом 10. В окне, образованном участком внутреннего ярма 4, кольцом из магнитодиэлектрика 9 и наружным магнитопроводом 10, размещена обмотка возбужде- ния 1f. Со стороны коллектора 12 второй подшипниковый щит 13 закреплен 0 к наружному магнитопроводу 10, а первый подшипниковый щит 6 снабжен немагнитной втулкой 14, предназначенной для установки подшипника.

Двигатель постоянного тока работает следующим образом.

При отсутствии тока цепи якоря 1 магнитный поток конусного магнита 7 замыкается по цепи 7-6-4-7, т.е. шунтируется. Начальный рабочий маг30

HHTHblH поток создается постоянными магнитами 2 и частично кольцевым магнитом 8, причем поток магнитов 2 замыкается.по цепям 2-10-9-6-4-2, 2-10-6-4-2 и 2-10-3-4-2, а некоторая часть потока кольцевого магнита

8 замкнется по цепи 8-10-3-4-6-8.

При этом часть потока магнита 8 не участвует в создании рабочего потока, замыкаясь по цепям 8"10-9-6-8 и.

8-10-6-8. Такое распределение пото40 ков в машине обусловлено: тем что участок внутреннего ярма 4 над конусным магнитом 7 ненасьпцен, кольцо 9 из магнитодиэлектрика (например, альсифера) имеет низкое эначе4S ние относительной магнитной проницаемости (p =30-100) а участок магнитопровода подшипникового щита 6 над. кольцевым магнитом 8 насьпцен.

При наличии тока цепи якоря 1 обмотка 11, включенная последовательно . с якорем, создает магнитный поток, препятствующий шунтированию потоков от магнита 8 по цепям 8-10-9-6-8 и 55

8-10-6-8. С ростом тока якоря все большая часть потока кольцевого магнита 8 переходит на замыкание по це06 4 пи 8-10-3-4-6-8. Поток кольцевого магнита 8 и поток, создаваемый обмоткой возбуждения 11 по цепям 4- 6-9-10-3-4 и 4-6-10-3-4, препятствуют протеканию потока от магнита 2 по цепям

2-10-9-,6-4-2 и 2-10-6-4-2. В результате этого поток постоянных магнитов

2 постепенно переходит на классичес- . кое замыкание по цепи 2-10-3-4-2. С некоторого значения тока цепи якоря

1 поток кольцевого магнита 8 полностью переходит иа замыкание по цепи

8-10-3-4-6-8. При этом участок внутреннего ярма 4 над конусным магнитом

7 начинает насыщаться под действием потоков кольцевого магнита 8 и обмотки возбуждения 11. Насыщение этого участка препятствует замыканию потока конусного магнита 7 по цепи 7-64-6, заставляя его переходить íà saмыкание по цепям 7-6-!0-3-4-7 и

7-6-9-10-3-4-7. Иаксимальному значению тока (току короткого замыкания двигателя) соответствует заьпикание потоков по цепям: от магнитов 2 — по цепи 2-10-3-4-2, от обмотки возбуздения 11 — по цепям 4-6-9" 10-3-4 и 4-6-10-3-4, от кольцевого магнита 8- по цепи 8-10-3-4-6-8, от конусного магнита 7по цепям 7-6-9-10-3-4-7 к 7-6-10-3-4-7.

Такое каскадное сочетание работы постоянных магнитов пассивных полюсов и внутреннего ярма с кольцевой обмоткой последовательного возбуждения позволяет произвести перераспределение потоков в зависимости от режима работы двигателя и суммирование потоков кольцевого и конусного магнитов, а также потока обмотки возбуждения в рабочем зазоре машины под пассивными полюсами. Перераспределение потоков с увеличением тока цепи якоря сопровождается увеличением среднего потока на полюс машины за счет повышения использования сначала кольцевого магнита, а затем и конусного.

Суммарная площадь постоянных магнитов, создающих аксиальные магнитные потоки, увеличивается по сравнению с прототипом, так как конусный магнит имеет наибольшую площадь в данной конструкции двигателя, а кольцевой магнит размещается на большем радиусе от вала двигателя. Увеличению суммарной площади постоянных магнитов соот1 150706 и с ветствует большое значение номинального и максимального потоков,а следовательно, и большие значения номинального и максимального моментов двигателя. При этом номинальный ток и число витков обмотки возбуждения у предлагаемого двигателя и у прототипа равны. Каскадное сочетание работы магнитов позволяет уменьшить высоту магнитов активных полюсов, а кольцевой и конусный магниты выполнить с небольшими толщинами. Следствием этого является снижение массы и увеличение сечения магнитопровода внутреннего ярма, Последнее создает возмо>к- 1 ность повышения максимального значения потока (момента) . В результате увеличения средних на полюс значений номинального и максимального потоков и снижения массы двигателя повышается его номинальный удельный момент и максимальный вращающий момент при перегрузках.

Таким образом, предлагаемая конструкция двигателя позволяет повысить номинальный удельный момент и вращающий момент при перегрузках по сравнению с прототипом за счет введения конусного магнита, кольца из магнитодиэлектрика и кольцевого магнита, расположенного в подшипниковом щите, вместо кольцевого магнита, расположенного в полости внутреннего ярма.

Каскадное сочетание работы магнитов ббеспечивает двигателю механические характеристики, близкие к характеристикам, присущим двигателю последовательного возбуждения. При этом номинальный удельный момент предлагаемого двигателя несущественно отличается от этого же параметра у двигателя с нерегулируемым магнитоэлектрическим возбуждением, а электромагнитная инерция, равная инерции в прототипе, значительно меньше, чем у двигателя последовательного возбуждения.

1150706

Составитель С.Шутова

Редактор К.Волощук Техред А.Бабинец

Корректор E.Ñèðîõìàí

Закаэ 2157/41 ТиРаж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная, 4