Управляемый магнитоэлектрический двигатель Советский патент 1983 года по МПК H02K23/04 

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в электроприводах роботов и промышленных манипуляторов в качестве исполнительного двигателя. Известно последовательное возбуждение в электрической машине с постоянными магнитами. В этих машинах на полюсах, представляющих собой постоянные магниты, расположены катушки возбуждения, обтекаемые током якоря, что нейтрализует размагничиваюш,ие действия реакции якоря 1. Однако в таких машинах, где возбуждение осуществляется от постоянных магнитов, не представляется возможным осуществить регулирование магнитного потока электрическим путем, т.е. использовать преимущество применения постоянных магнитов в двигателях смешанного возбуждения. Наиболее близким техническим решением к изобретению является двигатель, содержащий полый якорь консольного исполнения, полюса, представляющие собой постоянные магниты, кольцевую обмотку последовательного возбуждения и полюса из магнитомягкого материала, чередующиеся с магнитами, расположенными на неподвижном внутреннем ярме 2. Однако в известном двигателе при значительной степени компаундирования (отношение номинальных магнитных потоков последовательного и независимого магнитоэлектрического возбуждения) существенно ухудшаются массогабаритные показатели двигателя, что препятствует широкому применению его в электроприводах промышленных роботов и манипуляторов, так как исполнительные двигатели в указанных устройствах размещаются непосредственно на подвижных звеньях конструкций, требующих минимальных весовых и габаритных показателей на единицу мощности. При этом в прототипе при степени компаундирования 1 значение электромагнитной постоянной времени цепи якоря примерно равно значению электромеханической постоянной времени двигателя.Это приводит к тому, что двигатель в системе привода робота или манипулятбра представляет собой колебательное звено второго порядка, причем из-за значительной индуктивности обмотки последовательного возбуждения он обладает повышенной электромагнитной инерцией. Электромагнитная инерция увеличивает время переходных процессов двигателя, а склонность к колебательным переходным процессам затрудняет коррекцию и ухудшает показатели замкнутых систем электропривода, что также препятствует широкому применению их в роботах и манипуляторах. Целью изобретения является улучшение .массогабаритных показателей при уменьшении электромагнитной инерции двигателя Поставленная цель достигается тем, что управляемый магнитоэлектрический двигатель, содержащий полый якорь консольного исполнения, полюса, представляющие собой постоянные магниты, кольцевую обмотку последовательного возбуждения и полюса из магнитомягкого материала, чередующиеся с магнитами, расположенными на неподвижном внутреннем ярме, снабжен кольцевым постоянным магнитом, установленным в полости, выполненной в ярме в зоне расположения обмотки возбуждения, причем направление намагничивания магнита совпадает с осью двигателя и перпендикулярно направлению намагничивания постоянных магнитов полюсов. На фиг. 1 показан предлагаемый двигатель, поперечный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - внутреннее ярмо, продольный разрез. Внутри полого цилиндрического якоря 1 (фиг. 1) размешены активные полюса 2, представляющие собой постоянные магниты одной полярности, и пассивные полюса 3 из магнитомягкого материала, которые закреплены к первому участку 4, образующие с вторым участком 5 внутреннее ярмо с цилиндрическим отверстием, внутри которого проходит вал 6. В полости между участками 4 и 5 установлен кольцевой постоянный магнит 7, направление намагничивания которого совпадает с осью двигателя, причем участок 5 внутреннего ярма охвачен обмоткой 8 последовательного возбуждения. Со стороны коллектора 9 подщипниковый щит 10 закреплен к наружному ярму 11. Управляемый магнитоэлектрический двигатель работает следующим образом. При отсутствии тока якоря магнитный поток кольцевого магнита 7 замыкается по цепи 7-5-4-7, т.е. участки внутреннего ярма шунтируют указанный поток, при этом начальный магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами 2, замыкается по двум цепям: 2-11-5-4-2 и 2-11-3- 4-2. При наличии тока цепи якоря 1 обмотка 8, включенная последовательно с якорем, создает магнитный поток, препятствуюший протеканию потоков от магнитов 2 и 7 по общему для них участку внутреннего ярма. С некоторого значения тока якоря поток постоянных магнитов 2 полностью переходит на классическое замыкание по цепи: 2-11-3-4-;2, а поток кольцевого магнита 7 и поток, создаваемый обмоткой 8, замыкается по цепям: 7-5-11-3-4-7 и 5-11-3-4-5. Такое сочетание постоянных магнитов, пассивных полюсов и внутреннего ярма с кольцевой обмоткой возбуждения позволяет произвести суммирование магнитных потоков в рабочем зазоре мащины под пассивными полюсами. Использование кольцевого

постоянного магнита для создания,осевого потока снижает необходимую величину намагничивающей силы последовательной обмотки возбуждения, в результате число витков обмотки уменьшается, а следовательно, уменьшаются вес, габариты и электромагнитНая инерция.

Таким образом, предлагаемая конструкция двигателя позволяет уменьшитьгабариты, вес и электромагнитную инерцию по сравнению с известной за счет введения кольцевого постоянного магнита, магнитный поток которого изменяет путь замыкания и величину суммарного потока в рабочем зазоре в зависимости от величины потока в последовательной обмотке возбуждения. Регулирование величины суммарного магнитного потока в рабочем зазоре током цепи якоря обеспечивает предлагаемому двигателю механические характеристики, аналогичные характеристикам известных двигателей комбинированного возбуждения, являющихся разновидностью двигат.елей смешанного возбуждения.

По сравнению с известными двигателями, предлагаемый имеет меньшие габариты, вес и электромагнитную инерцию.

УПРАВЛЯЕМЫЙ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержа-: щий полый якорь консольного исполнения,. полюса, представляющие собой постоянные магниты, кольцевую обмотку последовательного возбуждения и полюса из магнитомягкого материала, чередующиеся с магнитами, расположенными на неподвижном внутреннем ярме, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей при уменьшении электромагнитной инерции, он снабжен кольцевым постоянным магнитом, установленным в полости, выполненной в ярме в зоне расположения обмотки возбуждения, причем направление намагничивания магнита совпадает с осью двигателя и перпендикулярно направлению намагничивания постоянных л агнитов полюсов. (Л сд J сд

(Pff8.2

If

5