МОМЕНТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК H02K26/00 H02K27/02 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электродвигателям с постоянными магнитами и может быть использовано для построения точных следящих систем (прецизионных электроприводов), а более конкретно, для построения гиростабилизаторов.

Известны электромагнитные датчики момента (см. Е.А.Никитин, В.А. Матвеев, "Гироскопические системы", М. Высшая школа 1988 г.). Они состоят из статора и ротора с явно выраженными полюсами. Статор крепится к неподвижной части прибора, ротор - к подвижной. На полюсах статора размещаются катушки возбуждения, управления, компенсации, перемагничивания.

Недостатком таких датчиков является образование больших магнитных потоков рассеяния.

Известны коллекторные двигатели с постоянными магнитами и полым ротором типа ДПР (см. "Элементы приборных устройств". Курсовое проектирование под ред. О.Ф. Тищенко том 2, М. Высшая школа 1978 г.)
Недостатком таких датчиков является образование больших магнитных потоков рассеяния.

Известен коллекторный моментный двигатель с постоянным магнитами, принятый за прототип (см. Л.И.Столов, А.Ф.Афанасьев, "Моментные двигатели постоянного тока", М. Энергоатомиздат 1989 г.). Это двигатель в обращенном исполнении. Он состоит из ротора, индуктора с размещенными на нем постоянными магнитами, разделенные полюсными наконечниками и укрепленные на немагнитной втулке статора, обмотки якоря расположенные на роторе, двух щеткодержателей со щетками, которые скользят по коллекторным пластинам.

Недостатком таких моментных двигателей является образование больших магнитных потоков рассеяния, что отрицательно сказывается на работе рядом расположенных устройств.

Изобретение решает задачу уменьшения магнитных потоков рассеяния.

Указанная задача достигается тем, что в моментном двигателе, имеющем ротор, индуктор с постоянными магнитами, разделенные полюсными наконечниками и укреп ленные на немагнитной втулке статора, обмотки якоря расположенные на роторе, два щеткодержателя, щетки, скользящие по коллекторным пластинам, установлены магнитные экраны со стороны каждого торца индуктора, причем эти магнитные экраны намагничены аксиально и их число вдвое превышает число постоянных магнитов, при этом на участке перекрытия полюсных наконечников магнитные экраны имеют толщину, равную четвертой части толщины магнита в направлении намагничивания, а на участке перекрытия магнитов до их середины толщина уменьшается по линейному закону до нуля, причем магниты и экраны примыкают к одному полюсному наконечнику полюсами одной полярности.

На приведенных чертежах представлены моментный двигатель, а также развертки индуктора без магнитного экрана и с магнитным экраном.

На фиг. 1 изображен эскиз конструкции моментного двигателя в разрезе (причем, индуктор разрезан по постоянному магниту).

На фиг. 2 изображен разрез моментного двигателя с указанием части магнитных экранов.

На фиг. 3а показаны магнитные потоки рассеяния прототипа, причем, индуктор изображен в виде развертки.

На фиг. 3б показаны линии равных магнитных потенциалов заявляемого двигателя.

Моментный двигатель, показанный на фиг. 1 имеет втулку ротора 1, магнитопровод ротора 2, обмотку якоря 3, коллектор 4, пластину коллектора 5, щетку 6, щеткодержатель 7, вал 8, немагнитную втулку статор 9, постоянный магнит 10, магнитный экран 11, пластмассовое кольцо 12.

Моментный двигатель, показанный на фиг. 2 имеет втулку ротора 1, магнитопровод ротора 2, обмотку якоря 3, немагнитную втулку статора 9, постоянный магнит 10, магнитный экран 11, полюсный наконечник 13.

Развертка индуктора, показанная на фиг. 3, а содержит постоянный магнит 10, полюсный наконечник 13, магнитные потоки рассеяния 14.

На фиг. 3, б показаны постоянный магнит 10, магнитный экран 11, полюсный наконечник 13, 0 - потенциал на поверхности магнитного экрана, ϕ_м/2 - потенциал в середине магнитного экрана, ϕ_м - потенциал на поверхности постоянного магнита.

Моментный двигатель работает следующим образом.

На обмотку якоря (3), расположенную на роторе, состоящего из втулки ротора (1) и магнитопровода ротора (2) через две пары щеток (6) подается постоянное напряжение, по обмотке протекает ток, который взаимодействует с полем постоянного магнита (10) и создает электромагнитный момент, который приводит ротор во вращение. Магниты (10) индуктора являются источником потоков расстояния, которые могут отрицательно сказаться на работе рядом расположенных устройств. Например, в гиростабилизаторе они влияют на датчики момента гироскопов, что приводит к увеличению дрейфа гироскопа.

С целью уменьшения потоков рассеяния в конструкцию двигателя введены магнитные экраны (11), которые имеют специальную форму. В соответствии с теорией магнитных потоков, они будут иметь вид, показанный на фиг. 3, а. В предлагаемой конструкции, магнитные потоки рассеяния будут замыкаться внутри магнитной системы моментного двигателя, что показано на рис. 3, б. Экранирующие свойства объясняются следующим образом.

Магнитный экран (11) представляет собой сплав SmCo₅, кривая размагничивания которого описывается уравнением: B = B_r+μH.
При H= -H_c (что соответствует точке на поверхности экрана) B=O. Максимальная энергия создается магнитом при H= -H_c/2 и B=B_r/2.

Если мерить расстояние от середины магнита, то магнитный потенциал будет равен ϕ_м= (H_c/2)x, где x = h_m/2, а h_m - толщина постоянного магнита.

На поверхности экрана ϕ ≡ 0, поэтому ϕ = ϕ_м-H_cy, где y - толщина магнитного экрана. Это же уравнение можно записать следующим образом: ϕ = (H_c/2)(h_м/2)-H_cy = 0, значит y=h_m/4.

Итак, толщина магнитного экрана равна четвертой части толщины постоянного магнита.

Таким образом, введение магнитных экранов позволяет уменьшить магнитные потоки рассеивания, что приводит к увеличению точности работы приборов входящих в какую-либо систему и на которые существенное влияние оказывают внешние магнитные поля, например это происходит в гиростабилизаторах; энергоемкость двигателя увеличивается за счет концентрации магнитного потока в рабочем зазоре.

Конструкция опробирована при лабораторных испытаниях индикаторного гиростабилизатора в гироинклинометре, при этом дрейф гиростабилизатора при прочих равных условиях уменьшается в 2-3 раза.

Изобретение относится к электротехнике в частности к электродвигателям с постоянными магнитами, и может быть использовано при построении точных следящих систем и при построении гидростабилизаторов. Моментный двигатель содержит ротор, состоящий из втулки ротора (1) и магнитопровода ротора (2), индуктор с постоянными магнитами (10), которые разделены полюсными наконечниками и укреплены на немагнитной втулке статора (9), обмотки якоря (3) расположенные на роторе, два щеткодержателя (7) со щетками (6), скользящих по коллекторным пластинам (5). Уменьшение магнитных потоков рассеяния осуществляется путем введения со стороны каждого из торцов индуктора магнитных экранов (11), намагниченных аксиально, число которых вдвое превышает число постоянных магнитов (10), при этом на участке перекрытия полюсных наконечников магнитные экраны (11) имеют толщину равную четвертой части толщины магнита в направлении намагничивания, а на участке перекрытия магнитов до их середины толщина уменьшается по линейному закону до нуля, причем постоянные магниты и экраны примыкают к одному полюсному наконечнику полюсами одной полярности. Уменьшение магнитных потоков рассеяния приводит к увеличению точности работы приборов, входящих в систему, и на которые существенное влияние оказывают внешние магнитные поля. 3 ил.

Моментный двигатель, содержащий ротор, индуктор с постоянными магнитами, разделенные полюсными наконечниками и укрепленные на немагнитной втулке статора, обмотки якоря, расположенные на роторе, два щеткодержателя, щетки, скользящие по коллекторным пластинам, отличающийся тем, что со стороны каждого торца индуктора установлены магнитные экраны, намагниченные аксиально, число которых вдвое превышает число постоянных магнитов, при этом на участке перекрытия полюсных наконечников экраны имеют толщину, равную четвертой части толщины магнита в направлении намагничивания, а на участке перекрытия магнитов до их середины толщина уменьшается по линейному закону до нуля, причем постоянные магниты и экраны примыкают к одному полюсному наконечнику полюсами одной полярности.