Электрический двигатель постоянного тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii>985894

Союз Советски н

Социапистических

Республик (61) Дополнительное к авт. с вид-ву— (22)»<»e«05.11.80 (21) 3003065/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30. 12. 82. Бюллетень № 48

Дата опубликования описания 05.01.83 (5! )М. Кд.

Н 02 К41/035

9жударатвснньв квинтет (53) УДК621.313. . 282 (088. 8) оо делам нзо4ретеннй н открытнй (72) Авторы изобретения

В. T. Беликов и В. Г. Челак (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, реализующих совмещенное перемещение подвижного элемента в осевом направлении с вращательным движением вокруг продольной оси.

Такие двигатели можно использовать для достижения плавного регулирования скорости. винтового движения в широком диапазоне и получения точного останова рабочего органа. Одной из важных областей применения является электропривод промышленных роботов и манипуляторов, где требуется сочетание поступательного и вращатель

15 ного движений и достижение точного позиционирования.

Известен электрический двигатель с винтообразным статором (1 3.

Недостатком известного электрического двигателя является незначительный диапазон изменения скорости.

Наиболее близкий по технической сущности к изобретению электрический двигатель постоянного тока содержит корпус; подшипниковый щит, винтообразный статор, несущий состоящую из секций обмотку якоря и обмотку возбуждения, ферромагнитный ротор с винтообразными выступами, жестко связанный с валом, и коммутирующий узел.

Этот двигатель, сохраняя все преимущества обычной электрической машины постоянного тока с точки зрения плавности, регулирования скорости и значительных диапазонов ее изменения, позволяет повысить энергетические показатели машины за счет увеличения потокосцепления статорных обмоток с ротором, совершающим винтовое перемещение (2 ).

Однако якорные обмотки этого двигателя должны подключаться к полупроводниковому коммутатору, что исключает применение цилиндрических электромеханических коллекторов обычного типа. Таким образом, недостатками этого двигателя являются сложный процесс токоподвода к секциям якорной обмот985894 ки и большие затраты на изготовление

l 1Е>Я

Бель изобретения - упрощение конструкции электрического двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что коммутирующий узел электрического двигателя постоянного тока выполнен в виде плоского линейного электромеханического коллектора, состоящего из трех параллельных продольному ходу 10 участков, два из которых представляют собой сплошные контактные полосы, подключенные к внешней питающеЙ сети, а третий выполнен в виде плоских коллекторных пластин, подключенных к сек- циям обмотки якоря, и системы контактных щеток, укрепленных на щеткодержа BflHx, закрепленных на продольной .пт".11ãå, при этом íà валу ротора у<.;,H,-- >,плен подшипник качения, на внеШ N нгс ..Опьцо котооого насажена обойма, ж"-.Отк<-., -.вязанная с упомянутой про—,Ол =;-!Gv Ill 1 ан1гой, а в подшипниковом щи: е выполнено отверс ие, через которс О 11роходит г>родольная штанга. - г фиг. 1 представлен д=,игатель, :..:,ии вид, на фиг. 2 — статор элекI р"одвигателя с якорными обмотками и

Обмоткам:; на фиг. .— и: < громе><ани наес кий колле ктор.

39

З.ll=.кт ри ческий двигатель постоянО тока содержит статор, выполнен- .ый а виде феоромагнитного магнитогровоц" 1 прямоугольного сечения, и; тавляюцего собой такой отрезок

Ой линии, вдО;"Iь кОто >ОГО мОжнО

35 гь (2п + 1) .полюсных делений, — 2 3 4,... а >< — полюсное

7 9 ,:,.: = íêå, таким Образом, что два край l B c ò к а м а г;-1 и т О Г1 э О В 0 д а,д л и н О и, 4Î

:— : ..>и ь ка>1<дыЙ > зайяты якОрнОи

<,=,.c>òKîé 2, которая 1,фи г. 2) представлена в виде секционных сторон, под1<л>аченных к пластинам 3-8 линейно;. О эле кт ромехани -, -cKG го колле ктора.

КО..",мутация якорной обмотки осущест45 вля=:. ;cÿ с помощью контактных щеток

9 и 10, На среднем участке статора выполнен паз 11 длиной (2k + 1) У, где

К --- 0, 1, 2, 3,,в который уложена

Обмотка 12 возбуждения, питание которой осуществляется от сети постоян, >ого тока. Для выполнения обмоток якоря из общ1их секций необходимо,,тобы против каждого паза 13 одного участка находился аналогичный паз 13 .†:ротивополо>кного участка и токи в проводниках обмотки якоря, .уложенных в этих пазах, совпадали по направлению. Для этого, как показано на фиг. 2, требуется, чтобы первая и вторая части магнитопровода, отводимые на обмотку якоря, и участок, предназначенный для намотки обмотки возбуждения, располагались только на одном шаге винтовой линии статора, т. е. íà 360о

Ротор двигателя (фиг. 1) выполнен из ферромагнитного материала и представляет собой цилиндр 14, на котором размещены по винтовой линии с шагом, равным шагу винтовой линии магнитопровода статора, винтовые выступы 15.

Длина каждого выступа вдоль винтовой линии равна с<. <, а расстояние между ними, измеренное также вдоль линии равно (2- о р) ь-, где о« -.коэффициент полюсной дуги. На торцовой части вала двигателя с помощью винта 16 крепится подшипник 17, а дистанционные. шайбы 18 обеспечивают надежность его вращения, На подшипник насажена обойма 19, с помощью которой вал двигателя механически связан с щеткодержателем электромеханического коллектора.

Линейный электромеханический коллектор (фиг. 3) состоит из электропроводных коллекторных пластин 3-8, повторяющихся циклически целое число раз (ниже приведен расчет количества пластин), двух контактных полос 20, к которым подводится постоянное напряжение Б, снимаемое контактными

1цетками 21 и 22. С щеток 21 и 22

I-làïðÿæåHèå подается на якорную обмтку через коммутационные щетки 9 и

10. Ширину b>< и длину >< щеток выбирают в зависимости от максимальной токовой нагрузки якорной цепи. Этим же параметром определяется количество коммутационных щеток, коммутирующих секции якорной обмотки так (на фиг. 3 количество щеток равно двум ), чтобы плотность тока в щеточном контакте составляла (10-12) А/смЗ (для щеток, изготовленных из разных мате- . риалов, она колеблется и иногда достигает 20 A/ñì .

Контактные и коммутационные щетки связаны соответственно проводниками

23 и 24 электрически, а жесткой монтажной пластиной - механически (не попоказана). Гнезда для крепления щеткодержателей на этой пластине изолиро-. ваны от корпуса. Сама пластина может быть выполнена, например, в виде пря985894 моугольника, габариты которого определены размерами электромеХанического коллектора, а толщина рассчитана в сосоответствии с заданной жесткостью конструкции. 5

Изоляционные прокладки 25 разделяют коллекторные пластины, а прокладки 26 - контактные полосы 20.

Составные элементы линейного коллектора объединяются общим корпусом 10 из изоляционного материала. Осевая длины коллектора L „ = L o + h, где величина заданного осевого перемещения подвижного элемента, h— шаг винтовой резьбы. 15

Общее число коллекторных пластин, при условии что обмотка якоря занимает полную окружность, равно

К

n = — Z к

Формула изобретения

20 к

t к= —. пк где Z - число пазов якорной обмотки.

Действительное число коллекторных пластин, так как якорная обмотка занимает дугу, равную (о определяют из к 360 хОДс1 360 е ъ

8 В

Тогда коллекторное деление равно

На фиг. 1, где показано конструктивное объединение коллекторного уз.ла с валом двигателя и расположение коллектора в двигателе, штанга 27 жестко связана с одной стороны с обоймой 19, а с другой - с монтажной пластиной 28, описанной выше.

На последней размещены щетки 9 и 10, укрепленные в -щеткодержателях 29.

Подшипник 17, обойма 19, штанга 27 и опора 30 являются узлом механического преобразования вращательно-поступательного перемещения ротора 14 в прямолинейное перемещение щеток 9 и 10 и 21 и 22 по коллектору, обеспечивая надежность токосъема питающего напряжения с контактных полос и токораспределение по обмотке через . коллекторные пластины.

Двигатель работает следующим образом.

Напряжение питания подач на якорную обмотку через контактные полосы

20, щетки 21 и 22 и 9 и 10, а на

55 обмотку возбуждения .- непосредственно от сети постоянного тока, при этом подвижный элемент машины переме щается винтообразно согласно закону

Био-Савара-Лапласа. Благодаря механической связи штанги 27 с обоймой

19; свободно вращающейся на подшипнике 17, щетки не имеют радиальной составляющей скорости двигателя, а перемещаются только аксиально, обеспечивая заданный закон коммутации якорной обмотки., Такое конструктивное решение полностью устраняет из коллекторного узла полупроводниковые элементы и значительно упрощает систему управления двигателем;

Электрический двигатель постоянного тока, содержащий корпус, подшипниковый щит, винтообразный статор, несущий состоящую из секций обмотку якоря и обмотку возбуждения, ферромагнитный ротор с винтообразными выступами, жестко связанный с валом, и коммутирующйй узел, подающий питание от внешней сети к секциям якорной обмотки, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, коммутирующий узел выполнен в виде плоско го линейно го эле кт ро мех а ниче с-кого коллектора, состоящего из трех параллельных продольному ходу участков, два из которых представляют собой сплошные контактные полосы, подключенные к внешней питающей сети, а третий выполнен в виде плоских коллекторных пластин, подключенных к ,секциям обмотки якоря, и системы кон,тактных щеток, укрепленных на щеткодержателях, закрепленных на продоль ной штанге, при этом на валу ротора установлен подшипник качения, на внешнее кольцо которого насажена обойма, жестко связанная с упомянутой продольной штангой, а в подшипниковом щите выполнено отверстие, через которое проходит продольная штанга.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке N 64141, кл; Н 02 К 19/02, 1945.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 11 2575355/24-07, кл. Н 02 К 41/02, 1978.

985894

Заказ 101 78/74

Тираж 721 Подписное

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

Составитель A. Лисов

Редактор A. Orap Техред E.баритончик Корректор Е. Рошко.