Электрический двигатель

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик о>983928 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 150181 (23) 3236019/24-07 р рд g+ э

Н 02 . К 41/035 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

)53j УДК 621.313. . 282 (088. 8) Опубликовано 231282. Бюллетень ¹ 47

Дата опубликования описания 23.1 28 2 (72) Авторы изобретения

В.Т. Беликов, В.Г. Челак, А.Д. Ивлев, В.Д. и Л.В . Скубий (7i) Заявитель (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКИИ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в приводах, где требуется как совместно осевое и вращательное перемещение подвижного элемента, так и реализация движения этого вида при необходимости плавно регулировать скорости перемещения в широком диапазоне и осуществлять точный останов рабочего органа. Одной из важнейших областей возможного применения предлагаемого озобретения является электропривод металлообрабатывакщих станков, промышленных роботов и манипуJIHTOpOB °

Известен электрический двигатель, дающий возможность получить винтовое, либо раздельное перемещение подвижного элемента за счет особой конструкции статора и ротора двигателя.

В этом двигателе.индуктор состоит из двух частей:. одна из них выполняется с кусочко-кольцевыми зубцами, а другая — в виде статора обычного асинхронного двигателя. Ротор двигателя имеет винтовую и продольную зубчатую нарезки. При одновременной передаче питания на обмотки линейной и поворотной части якорь совершает сложное линейно-поворотное движение, а при раздельном токоподводе ротор совер- шает либо вращательное, либо линейное перемещение (1).

Недостатком этого технического решения является ограниченная величина перемещения подвижного элемента.

Наиболее близким к изобретению является электрический двигатель, содержащий магнитопровод статора, несущий обмотки вращательного и посТупательного перемещения, установленные одна за другой в аксиальном направлении, и ферромагнитный ротор

15 (2) .

Недостатками этого двигателя яв-. ляются ограниченная величина перемещения подвижного элемента (ротора), сложность обеспечения широкого диапазона регулирования скорости, что обусловлено органическими свойствами электрических машин переменного тока, технологические сложности, возникающие при изготовлении ротора, 25 что связано с необходимостью изготовления на нем двух видов нарезок — винтовой и продольной.

Цель изобретения — упрощение конструкции и расширение функциональньр

30 возможностей.

983928

Эта цель достигается тем, что электрический двигатель снабжен цилиндрическим электромеханическим коллектором и линейным электромеханическим коллектором, между обмотками вращательного и поступательного перемещения выполнен. кольцевой паз, в котором размещена обмотка возбуждения,, .а ротор имеет ферромагнитные высту пы, размещенные в осевом направлении на расстоянии C/2 и имеющие длину в 10 этом направлении, равную Г/2, при этом ширина выступов, измеряемая по внешней окружности„ равна g Д и расстояние между ними в направлении вращения равно (2 -g )..я 15 где C — расчетная длина статора, занимаемая как обмоткой вращательного перемещения, так и обмоткой поступательного перемещения;

20 Г- полюс ное деление обмо тки, обеспечивающей вращательное перемещение;

С(. — коэффициент полюсной дуги.

На фиг. 1 изображен двигатель, общий вид; на фиг. 2 — магнитопровод ротора с кольцевыми выступами, формирующими магнитное поле; на фиг. 3 схема якорной обмотки вращательной части; на фиг. 4 — схема якорной обмотки линейной части; на фиг. 5 — ко-30 ллекторный узел двигателя; на фиг.б схема шлицевой муфты.

Магнитопровод статора предлагаемого двигателя состоит из двух частей

1 и 2, обеспечивающих соответственно 35 вращение и осевое перемещение ротора

3. Статор 1 активной длиной г. выполняется в виде цилиндрического магнитопровода, аналогично обычному статору асинхронной машины, в пазах кото- 40 рого размещается як:орная обмотка 4 по типу якорных обмоток машин постоянного тока. Коммутация секции этой якорной обмотки может производиться, например, с помощью цилиндрического 45 коллектора {фиг. 1) состоящего из коллекторных пластин 5, коммутирую щих щеток б, токопсдводящих колец 7 и токосъемных щеток 8. Жесткое сочленение вала двигателя с коллектором вращательного перемещения обеспечивается тягой 9. Ста.тор 2, служащий для создания осевого перемещения подвижного элемента, состоит из ряда стальных колец 10, между которыми располагается кольцевая обмотка с секциями 11 (фиг. 4) и коммутация которой обеспечивается, например, линейным электромеханическим коллектором, в свою очередь состоящим из контактных колец 12 (количество которых определяется необходимой длиной осевого перемещения ротора и величиной коллекторного деления), играющих. роль коллекторных пластин, коммутирующих щеток 13 и тяги 14, обеспечивающей ме- 65 ханическую связь коллектора линейного перемещения с валом машины.

Обмотка 15 возбуждения создает общий для статора 1 и 2 магнитный поток возбуждения. Она выполняется в виде кольцевой обмотки и располагается в пазу 16 между статором 1 и 2. Основной магнитный поток фэ замыкается по корпусу 17 двигателя, черег магнитопроводы статоров линейного и вращательного перемещения и подвижный элемент (ротор) двигателя. Вал машины

4iеремещается на подшипниках 18 по í правляющим, вмонтированным в крышки

19 корпуса электродвигателя. Подвижный элемент (ротор) 3 (фиг. 2 ) машины выполнен из ферромагнитного материала и представляет из себя цилиндр, на котором размещены ферромагнитные полюсообразующие выступы 20, расположенные во внутренней расточке кольцевых поверхностей магнитопроводов статора 1 и 2, несущих якорные обмотки.

Длина каждого из этих выступов вдоль продольной оси двигателя составляет половину активной длины статора 1 и

2 — 0/2. Наружная длина выступа в поперечном направлении составляет о Г где- а(— коэффициент расчетной полосной дуги. Ширина впадины 21 между выступами 20 равна (2 — oC)" : . Расстояние между внутренними поверхностями выступов 20, измеренное вдоль двигателя равно Г/2, т,е. аксиальной длине выступа. Высота выступов обеспечивает максимальное сцепление с магнитным потоком возбуждения статора, для чего ее выполняют равной (15+20) д, где д — односторонний воздушный зазор.

Представленная схема — развертка (фиг. 3) якорной обмотки обычной вращающийся машины постоянного тока ис-. пользуется для вращательной части предлагаемого двигателя и укладывается в. пазах магнитопровода статора 2 (фиг. 1). Показанная обмотка является, например, простой петлевой и выполнена на число пар полюсов равное двум (в общем случае число полюсов выбирается на этапе проектирования), Эта обмотка состоит из активных про . водников секций соответственно верхнего и нижнего слоев, которые по известным схемам коммутации подключается к электромеханическому коллектору вращательного движения, а, в частнос-. ти к его коллекторным пластинам 5.

Электромеханическая коммутация секций такой обмотки осуществляется с помощью контактных щеток б (фиг.1) . Ироцесс коммутации происходит, как и Н обычной машине постоянного тока, а конструкция коллекторного узла показана на фиг. 5.

Упрощенная схема кольцевой якорной обмотки (фиг. 4) применяется для получения тягового усилия в продольном направлении. Обмотка состоит из коль983928 цевых секций 11, каждая иэ которых имеет промаркированные концы: Н - начало) К вЂ” конец. По известной схеме, кольцевые секции обмотки подключаются к электромеханическому коллектору. линейного перемещения, состоящему из коллекторных пластин (сплошных медных колец). 12 и коммутируются с помощью щеток 13 (фиг. 1). Представленная обмотка также выполнена (для при-, мера) на число пар полюсов, равное 10 двум.

Схема коллекторного узла (фиг. 5) включает коллекторы линейного и вращательного движений. Линейный коллектор состоит из колец 12, коммутирую- 15 щих щеток 13, жестко укрепленных аа кольце иэ электроизоляционного материала, которое с помощью тяги 14 жестко соединено с валом 3 двигателя °

Длина коллектора } предопределяется 2()

4 величиной хода подвижного элемента и может быть определена, как

Ь,= } + " n где t — коллек торное деление; 25 и — ч ис ло к оль цен ых с ек ций;

QLy- величина хода.

Последнее коллекторное кольцо показано оборванным н предположении воэможности необходимого удлинения линейного коллектора в соответствии с требующейся длиной хода. С этой целью кольца следующего цикла соответственно электрически соединяются с кольцами предыдущего цикла. Вращательный 35 коллектор состоит. из коммутирующих щеток б, токосъемочных щеток 8, жестко связанных с несущим кольцом, укрепленном на шлиценой втулке 22 с помощью тяги 9. Шлицевая втулка может скользить н осевом направлении по шлиценому валу 23, соединенному с валом двигателя ° Длина шлифованной части нала

"Х +}8

Ш 45 где L — осевой размер втулки; — величина хода.

Секции якорной обмотки вращательного движения подключаются к коллекторным пластинам 5. Питание к ним подводится токоподводящими .кольцами

7.

От осевого сдвига вращательную систему удерживает с одной стороны.кры-. шка 10> а с другой стороны — опорный выступ, который предусмотрен из-за наличия незначительного трения в шли цевой паре. Механический узел (фиг. б) состоит иэ шлииевой втулки 22 и шлицевого вала 23 и обеспечивает враJ щательное движение коллектора вращательного перемещения за счет зацепления шлицов втулки и вала при круговом движении. При осевом движении подвижнОго элемента двигателя коммутирующие щетки вращательного коллектора, 65 остаются на месте из-.эа наличия рабочего зазора между шлицом вала и впадиной втулки. На шлицевом налу имеются шлицы и впадины. Аналогичная структура выполняется на поверхности внутренней,втулки.

Двигатель работает следующим образом.

Пусть при возбужденной магнитной системе подали напряжение только на якорную обмотку линейной части и подвижный элемент (ротор) начал смещаться слева направо. Тогда щетки 13 придут в движение за счет жесткого соединения с тягой 14, валом машины и начнут коммутировать секции кольцевой обмотки для того, чтобы созда" ваемое усилие было однонаправленньм.

Токоподвод к щеткам 13 осуществляется с помощью гибкого электрического соединения (не показан) с токосъемными щетками. При этом поворотная часть коллекторного узла останется на.месте из-за наличия шлицевого соединеФ ния между валом .двигателя и коммутирующей системой. После обесточивания линейной системы подадим напряжение со щеток 8 на коммутирующие щетки б поворотной части. Вал двигателя придет во вращение, но так как линейная часть коллекторного узла выполнена из колец, то ее исходное состояние неизменно. Вращение обеспечено шли-. цовым зацеплением поворотной части и жестким соединением линейной части.

Таким образом, работа одной половины коллекторного узла не оказывает влияния на состояние другой его части.

Силы, перемещающие ротор в линейном и вращательном направлениях, возникают н соответствии с законом ВиоСавара-Лапласа, и в зависимости от соотношения сил н указанных направлениях (при работе обеих систем) появляется возможность электрического управления величиной шага винтового перемещения подвижного элемента.

Предлагаемая конструкция двигателя обеспечивает практически неограниченные (без учета механических особенностей) пределы перемещения подвижного элемента, позволяет в широких пределах регулировать скорость движения, увеличивать равномерность пере мещения значительно упрощает конструкцию по сравнению с известной.

Формула изобретения

Электрический .двигатель, содержащий магнитопровод статора, несущий обмотки вращательного и поступательного перемещения, установленные одна за другой в аксиальном направлении, и ферромагнитный ротор, о т л и ч а7 983928

8 ю шийся тем, ч,то, с целью упрощения конструкции, и расширения функциональных возможностей, двигатель снабжен цилиндрическим электромеханическим коллектором и линейным электромеханическим коллектором, между обмотками вращательного и поступательного перемещения выполнен кольцевой паз, в котором размещена обмотка возбуждения, а ротор имеет ферромагнитные выступы, размещенные в осевом направлении на расстоянии /2 и име ющие длину в этом направлении, равную 8/2, при этом ширина выступов, измеряемая по внешней окружности, равна а . и расстояние между ними,в направлении вращения равно (2-с ) где 0 — расчетная длина статора, занимаемая как обмоткой вращательного перемещения, так и обмоткой поступательного перемещения;

N — полюсное деление обмотки, обеспечивающей вращательное перемещение;

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

10 1. Ивоботенко Б.A. и др. Пути достроения оптимальных шаговых электфоприводов поступательного действия .

Труды МЭИ, вып. 220, 1975.

2. АвтОрское свидетельство СССР

15 по заявке Р 27,19101, кл. Н 02 К 41/02, 1979.

983928

Составитель С.Венгржановская

Редактор Н.Бобкова Техред З.Палий Коррек тор Е. Рошко

Заказ 9950j70 Тираж 721 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул.Проектная, 4