Двигатель постоянного тока Советский патент 1985 года по МПК H02K23/04 

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в электроприводах роботов и автоматичееких манипуляторов в качестве исполнительного двигателя.

Известен двигатель постоянного тока комбинированного возбуждейия,.сочетающий магнитоэлектрическое и последовательное электромагнитное возбуждение,, содержащий полый якорь консольного исполнения, полюса, представляющие собой постоянные, магниты, кольцевую йбмотку последовательного возбуждения и полюса из магнитомягкого материала, чередутощиеся с магнитами l .

Но в таких машинах сзоцестненно ухудшены массогабаритные показатели по сравнению .с двигателями нерегулируемого магнитоэлектрического возбуждения (особенно при больших степенях коьгааундирования) за счет использонания значительной доли электромапштного возбуждения.,

Наиболее близким к предлагаемому является Двигатель магнотоэдектри ческого регулируемого возбуяу ения, содержаярй польй якорь консольного исполнения, полюса, представляющие собой постоянные магниты, кольцевую катушку обмотйи последовательного возбуждетм, полюса из магнитомягкого материала, чередующиеся с магнитами, расположенными иа неподвижном внутреннем ярме, и постоянньй магнитразмёщен1П)1Й к полости внутреннего ярма 2 .

Однако для данного двигателя номинальный удельный момент (соотношение номинального момента двигателя к массе) имеет меньшее значение, чем для двигателя нерезгУлируемого магнитоэлектрического возбуяяегшя, /что препягствует широкому применению его в электроприводах промыпшенных роботов и манипуляторов I так как исполнительные двигатели в указанных устройства размещаются непосредственно на подвижных звеньях конструкций, требующих повышенных весовых и габаритных показателей на единицу вращакщего момента двигателя. Кроме того, вращакадий момент при перегрузках (максимальньй момент двигателя) меньше, чем у двигателя комбишгрованного возбуждения, ш еюцего одинаковые с прототипом номинальные данные, что приводит к снижению максимального быстродейстБИЯ, которое оценивается максимальным ускорением двигателя jnaj

Е

ir

тог

где , - максимальное ускорение, тах максимальный момент, Ig - - момент инерции двигателя.

При этом в прототипе большой расход дефицитных материалов (постоянны магнитов), что повьш1ает себестоимост двигателя.

Цель изобретения - повьш1ение массогабаритных показателей путем увеличения номинального удельного и максимального вращающего моментов.

Поставленная цель достигается тем что двигатель постоянного тока, содержащий цилиндрический корпус,внутри которого размещены якорь консольного исполнения, кольцевая катушка обмотки пocлeдt)вaтeльнoгo возбуждения, полюса из магнитомягкого материала, чередуиздиеся с полюсами из постоянных магнитов, расположенные на неподвижном внутреннем ярме, и постоянный магнит, размещенньй в полости внутреннего ярма, причем направление намагниченности магнита совпадает с осью двигателя, и подшипниковый щит, примыкающий к торцевым частям корпуса и внутреннего ярма .снабжен кольцевы постоянным магнитом и кольцом из магнитодиэлектрика,подтипниковьй щит выполнен с кольцевой цилиндрической проточкой на торцевом участке,примыка1 щем к корпусу, и уступом, образующим кольцевую полость между внутренней по.верхностью цилиндрического корпуса и щитом, а часть щита, обращенная к внутреннему ярму, и полость ярма выполнены конусным, причем кольцевой постоянньй магнит размещен в проточке, а в кольцевой полости установлено кольцо из магнитодизлектрика, размещенный радиус которого равен внутреннему радиусу кольцевого магнита.

На фиг.1 приведена схема двигателя, поперечньй разрез} на фиг.2 то же, продольный.разрез.

Внутри полого цилиндрического якоря 1 (фиг.1) размещены полюса 2, представляющие собой постоянные магниты одной полярности и полюса 3 из магнитомягкого материала, которые выполнены, как одно целое с внутренним ярмом 4 (фиг. 2), имеющим гщливдрическое отверстие, внутри которого проходит вал из немагнитного материала 5. Внутреннее ярмо 4 на периферийном участке от вала 5 двигателя соединено с подшипниковым щитом 6, являющимся одновременно магнитопроводом, а на участке, прилегающем к валу между внутренним ярмом 4 и под шипниковым щитом 6, установлен конусный магнит 7. В подшипниковом щите 6 расположен кольцевой магнит 8, который соприкасается по внутрен нему радиусу с наружным радиусом кольца из магиитодиэлектрика 9, установленным между подшипниковым щит 6 и наружным магнитопроводом 10. В окне, образованном участком внутрен него ярма 4, кольцом из магнитодиэлектрика 9 и наружным магнитопрово дом 10, размещена обмотка возбувдения 11. Со стороны коллектора 12 второй подшипниковый щит 13 закрепл к наружному магнитопроводу 10, а первьй подшипниковый щит 6 снабжен немагнитной втулкой 14, предназначе ной для установки подшипника. Двигатель постоянного тока работ ет следуюш 1м образом. При отсутствии тока цепи якоря 1 магнитньш поток конусного магнита 7 замыкается по цепи 7-6-4-7, т.е. шунтируется. Начальный рабочий магнитный поток создается постоянными магнитами 2 и частично кольцевым магнитом 8, причем поток магнитов 2 замыкается по цепям 2-10-9-6-4-2, 2-10-6-4-2 и 2-10-3-4-2, а некоторая часть потока кольцевого магнита 8 замкнется по цепи 8-10-3-4-6-8. При этом часть потока магнита 8 не участвует в создании рабочего поток замыкаясь по цепям 8-10-9-6-8 и8-10-6-8. Такое распределение потоков в машине обусловлено . участок внутреннего ярма 4 над конусным магнитом 7 ненасыщен, кольцо 9 из магнитодиэлектрика (например, альсифера) имеет низкое значение относительной магнитной проница емости (ш 30-100) а участок магнит провода подшипникового щита 6 над кольцевым магнитом 8 насыщен. При наличии тока цепи якоря 1 об мотка 11, включенная последовательн с якорем, создает магнитньй поток, препятствукщий шунтированию потоков от магнита 8 по цепям 8-10-9-6-8 и 8-10-6-8. С ростом тока якоря все большая часть потока кольцевого маг нита 8 переходит на замыкание по це пи 8-10-3-4-6-8. Поток кольцевого магнита 8 и поток, создаваемый обмоткой возбуждения 11 по цепям 4-6-9-10-3-4 и 4-6-10-3-4, препятствуют протеканию потока от магнита 2 по цепям 2-10-9-6-4-2 и 2-10-6-4-2. В результате этого поток постоянных магнитов 2 постепенно переходит на классичес- ; кое за14ыкание по цепи 2 10-3-4 2. С , некоторого значения тока цепи якоря 1 поток кольцевого магнита 8 полностью переходит на замыкание по цепи 8-10-3-4-6-8. При этом участок внутреннего ярма 4 над конусным магнитом 7 начинает насыщаться под действием потоков кольцевого магнита 8 и обмотки возбуждения 11. Насыщение этого участка препятствует замыканию потока конусного магнита 7 по цепи 7-64-6, заставляя его переходить на эамыканиепо цепям 7-6-10-3-4-7 и 7-6-9-10-3-4-7. Максимальному значению тока (току короткого замыкания двигателя) соответствует за1 блсание потоков по цепям: от магнитов 2 - по цепи 2-10-3-4-2, от обмотки возбуждения П - по цепям 4-6-9-10-3-4 и 4-6-10-3-4, от кольцевого магнита В- по цепи 8-10-3-4-6-8, от конусного магнита 7 по цепям 7-6-9-10-3-4-7 и 7-6-10-3-4-7. Такое каскадное сочетание работы постоянных магнитов пассивных полюсов и внутреннего ярма с кольцевой обмоткой последовательного возбуждения позволяет произвести перераспределение потоков в зависимости от режима работы двигателя и суммирование потоков кольцевого и конусного магнитов, а также потока обмотки возбуяздения в рабочем зазоре машины под пассивными полюсами. Перераспределение потоков с увеличением тока цепи якоря сопровождается увеличением среднего потока на полюс машины за счет повьшения использования сначала кольцевого магнита, а затем и конусного. Суммарная площадь постоянных магнитов, создакяцих аксиальные магнитные отоки, увеличивается по сравнению с рототипом, так как конусный магнит меет наибольшую площадь в данной онструкции двигателя, а кольцевой агнит размещается на большем радиусе т нала двигателя. Увеличению суммарой площади постоянных магнитов соот5 11 ветствует большое значение номинального и максимального потоков,а следовательно, и большие значения номинального и мшссимального моментов двигателя. При этом номинальньш ток и число витков обмотки возб-у кдения у предлагаемого двигателя и у прототипа равны. Каскадное сочетание работы NsarHiiTOB позволяет уменьшить высоту магнитов активных полюсов, а кольцевой и конусный магниты выпол1тть с небольшими толщинами. Следствием этого является снижение массы и увеличение сечения магнитопровода вну реннего ярма,Последнее создает возмож ностй повышения максимального значения потока (момента). В результате увеличения средних на полюс значезшй номинального и максимального потоков и снижения массы двигателя повьпдается его ноьшналь-ньш удельньп момен и максимальный вращающий момент при перегрузках. Таким образом, предлагаемая конструкция двигателя позволяет повысить номинальный удельньй момент и вращающий момент при перегрузках по сравнению с прототипом за счет введения конусного магнита, кольца из магнитодиэлектрика и кольцевого магнита, расположенного в подшипниковом щите, вместо кольцевого магнита, расположенного в полости внутреннего ярма. Каскадное сочетание работы магнитов обеспечивает двигателю механические характеристики, близкие к характеристикам, присущим двигателю последовательного возбуждения. При этом номинальньй удельньй момент предлагаемого двигателя несущественно отличается от этого же параметра у -двигателя с нерегулируемым магнитоэлектрическим возбуждением, а электромагнитная инерция, равная инерции в прототипе, значительно меньше, чем у двигателя последовательного возбулщения.

ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого размещены якорь Консольного исполнения, кольцевая катушка обмотки последовательного воэбуждения, полюса из магнитомягкого материала, чередующиеся с полюсами из постоянньгх магнитов, расположенные на неподвижном внутреннем ярме, и постоянный магнит, размещенньй в полости внутреннего ярма, причем направление намагниченности магнита совпадает с осью двигателя, и подшипниковый щит, примыкаюац1й к торцевым частям корпуса и внутреннего ярма, отличающийся тем, что, с целью повышения массогабаритных показателей путем увеличения номинального удельного и максимального вращающего моментов, он снабжен кольцевым постоянным магнитом и кольцом из магнитодиэлектрика, подшипниковый ащт выполнен с кольцевой цилиндрической проточкой на торцевом участке, пpи flIкaющeм к корпусу,и уступом, образующим кольцевую полость между внутренней йоверхностыо цилиндрического корпуса и щитом, а часть щита, обращенная к внутреннему ярму, и полость ярма выполнешл конусными, причем кольцевой постоянный магнит размещен Б проточке, в в кольцевой полости установлено кольцо иэ магнитодиэлектрика наружный радиус которого равен внутреннему радиусу кольцевого магнита. СП 1 о с

10

П

/3,

11 8

,Г