Управляемый магнитоэлектрический двигатель Советский патент 1984 года по МПК H02K23/04 

Изобретение относится к электрическим машинам, используемым в элект роприводах роботов и промьшшенных манипуляторов в качестве исполнительного двигателя. .

По основному авт.св. № 1050057 известен управляемый магнитоэлектрический двигатель, содержаний полый якорь кoнcoлi.нoгo исполнения, полюса представляющие собой постоянные магниты, кольцевую обмотку последовательного возбуждения, полюса из магнитомягкого материала, чередующиеся с магнитами, распожженными на неподвижном внутреннем ярме, кольцевой Постоянный магнит, установленньй в полости, выполненной в ярме в зоне расположения обмотки возбуждения, причем направление намагничивания кольцевого магнита совпадает с осью двигателя и перпендикулярно направлению намагничивания постоянных полюсов магнитов р .

Однако известньй двигатель обладает невысокой перегрузочной способностью (отношение максимального момента к номинальному), а следовательно, и невьюоким быстродействием, что препятствует широкому его применению в электроприводах роботов и промышленных манипуляторов. Это объясняется тем, что при перегрузках шунтирующий участок магнитопровода насьщается и, начиная с некоторого значения тока, рост момента обеспечиваетсй лишь за счет роста тока якоря. :

Целью изобретения является повьш1ение быстродействия за счет увеличения максимального момента при расширении диапазона регу1Юрования магнит кого потока двигателя.

Поставленная цель достигается тем,.что двигатель постоянного тока, содержащий полый якорь консольного исполнения, полюса, представляющие собой постоянные магниты, кольцевую обмотку последовательного возбуждени полюса из магнитомягкого материала, чередующиеся с магнитами, расположенными на внутреннем ярме, кольцевой постоянный магнит, установленный в полости, вьтолненный в ярме в зоне расположения обмотки возбуждения, снабжен дополнительным кольцевым магнитом, установленным соосно с основным кольцевым магнитом, обхватывая последний, причем направление намагничивания обоих магнитов

совпадает, и его высота составляет 0,25-0,5 от высоты основного кольце вого магнита.

На фиг. 1 изображен двигатель,по5 перечный разрез, на фиг. 2 - То же,. продольный разрез.

Внутри полого цилиндрического якоря 1 (фиг.1) размещены активные полюса 2, представляющие собой посто 0 янные магниты одной полярности, и пассивные полюсу 3 из магнитомягкого материала, которые закреплены на одном внутреннем ярме 4 (фиг.2). Указанное ярмо и второе внутреннее

5 ярмо 5 имеют цилиндрическое отверстие, внутри которого проходит немагнитный вал 6. В полости между ярмами 4 и 5 установлен основной кольцевой постоянный магнит 7, на коТо0 рый помещен добавочный кольцевой маг нит 8, причем направление намагничи| ания обоих магнитов совпадает с осью двигателя. Ярмо 5 над магнитом 8 охвачено обмоткой последоватёль5 ного возбуждения 9. Со стороны, коллекТора 10 подшипниковый щит 11 закреплен к наружному ярму 12.

Управляемый магнитоэлектрический двигатель работает следующим образом

При отсутствии Тока в цепи якоря 1 магнитные потоки от основного 7 и добавочного 8 кольцевых магнитов замыкаются по цепям 7-5-4-7 и 8-5-4 -8 соответственно. Участок внутреннего ярма 5 шунтщ)ует эти потоки, причем шунтирующий участок насьвцен этими Потоками в направлении, противоположном направлению намагничивающей силы обмотки возбуждения 9. Ввиду насыщенности учасТка ярма 5 некоторая

0 часть потоков от магнитов 7 и 8 замыкается по цепям 7-5-12-3-4-7 и 8-5-12-3-4-8, а поток от постоянных . магнитов 2 за№жается по цепи 2-12-3-4-2.

При наличии тока в цепи якоря 1 обмотка 9, включенная последовательно с якорем создает магнитный поток, который На шунтирующем участке ярма 5 направлен навстречу потокам0 от кольцевых магниТов 7 и 8 и замыкается по цепи 5-12-3-4-5.

В диапазоне некоторого значения намагничивающей силы обмотки возбуждения 9 шунтирующий участок ярма 5

5 перемагничивается в направлении намагничивающей силы обмотки возбуждения 9. При размагничивании магнитный поток от постоянньк магнитов 2 замыкается по цепи 2-12-3-4-2 и 2-12-5-4-2, а магнитные потоки от кольце вых магнитов 7 и 8 полностью шунтируются ярмом 5. Указанньй диапазон изменения тока в цепи якоря 1 характеризуется линейным повьшением среднего потока на полюс при увеличении тока за счет увеличения намагничиваю щей силы обмотки 9 возбуждения, тик как сопротивление магнитопровода в силу его ненасьпценного состояния пренебрежимо мало и вся намагничиваю щая сила обмотки 9 возбуждения приложена к воздушному зазору. В силу дополнительного- подмагничивания шунтирующего участка ярма 5 дополнительным магнитом 8 перемагничивание этого участка в противополож ном направлении под действием намаг ничивающей силы обмотки 9 возбужде-г ния происходит при большем ее значении, т.е. при больпих значениях потока через участок ярма 5, что рав:носильно| увепичению площади сече ния шунтирующего участка. При этом линейный участок зависимости среднего потока на полюс от тока обмотки 9 возбуждения расщиряется в сторону больших значений намагничивающей силы (тока) обмотки .9 возбуждения. Дальнейщий рост тока якоря 1 переводит гучасток ярма 5 в насьш;енное состояние и сопровождается вьп-еснением потоком от магнитов 7 и 8 . в воздушный зазор. Поток от постоян ных магнитов 2 снова переходит на классическое замыкание по цепи 2-12 -3-4-2. Данньй диапазон изменения тока якоря 1 характеризуется ростом среднего потока на полюс за счет вытеснения потоков от магнитов 7 и 8из шунтирующего участка ярма 5 в воздушньй зазор, а такжеза счет роста намагничивающей силы обмотки 9возбуждения. При некотором значении на магничивакщей силы обмотки 9 возбуждения потоки от магнитов 7 и 8 полностью вьпесняются из шунтирующего участка ярма 5 в воздушный зазор и замыкаются по цепям 7-5-12тЗ-4-7 и 8-5-12-3-4-8 соответственно. Однако явно вь аженного насыщения зависимость среднего потока не полюс от1тока якоря 1 не , поскольку намагничивающая сила обмотки 9 возбуждения начинает превьш1ать намагничивающую силу добавочного магнита 8, так как его вьюота, а следовательно, и намагничивающая сила невелики и средний поток иа полюс при дальнейшем увеличении тока якоря 1 paicTeT за счет роста намагничивающей силы обмотки 9 возбуждения. При перегрузках, характеризующихся большими значениями тока, а следовательно, и большими значениями намагничивакщей силы обмотки 9 возбуждения, участок ярма 5 насыщен. Рост среднего потока на полюс в этом случае постигается установкой пополнительного магнита 8 с невысоким значением намагничивающей силы. При этом высота дополнительного магнита выбирается в пределах 0,25-0.5 от высоты основного кольцевого, магнита и определяется номинальным и максимальным потоками двигателя. Установка дополнительного магнита высотой менее 0,25 от вьюоты основного кольцевого магнита приводит к снижению на 5% номинального, потока (момента) двигателя, а применение дополнительного магнита высотой более чем 0,5 от -основного приводит к снижению максимального потока (момента) на 10%. Таким образом, использование дополнительного кольцевого магнита с невысоким значением намагничивающей силы (высота дополнительного магнита составляет 0,25-0,5 от высоты основного) позволяет повысить величину максимального потока (момента) за счет его ростам под действием намагничивающей силы обмотки возбуждения при перегрузках, что обеспечивает повышение быстродейст-вия предлагаемого двигателя, а также расширение диапазона регулирования его потока.

УПРАВЛЯЕМЫЙ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ по авт.св. № 1050057,- отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия путем увеличения максимального момента при расширении диапазона регулирования магнитного потока, он снабжен дополнительным кольцевым магнитом, установленным соосно с основным кольцевым магнитом, обхватывая последний, причем направление намагничивания обоих магнитов совпадает и его высота составляет 0,250,5 от в 1соты основного кольцевого магнита я (/) Ф«г./