Бесконтактная электрическая машина торцового типа Советский патент 1990 года по МПК H02K29/06 

(Л

с

Изобретение относится к бесконтактным моментным электрическим машинам. Цель изобретения - увеличение удельного момента машины. В машину дополнительно введена вторая обмотка 3 возбуждения, выполненная в виде катушки, расположенной в П-образном кольцевом магнитопроводе 2, закрепленном между внешней стороной статора и внутренней стороной немагнитного корпуса 1, а диски ротора выполнены зубчатыми с чередующейся полярностью. Зубцы наружных кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков имеют магнитную связь через торцовые зазоры с П-образным магнитопроводом 2 внешней обмотки 3 возбуждения и смещены между собой на половину расстояния между однополярными зубцами одного диска, а зубцы внутренних кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков жестко соединены между собой через магнитомягкую втулку, причем зубцы наружного и внутреннего кольцевых магнитопроводов одного диска (левого и правого) имеют противоположную полярность, зубцы разных дисков (правого и левого) одной полярности находятся один против другого. Зубцы одной стороны диска ротора и одной полярности жестко соединены между собой за счет кольцевых магнитопроводов, зубцы внутренних кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков жестко укреплены на валу 12 машины, зубцы, принадлежащие наружным и внутренним кольцевым магнитопроводам каждого диска, скреплены между собой механически через немагнитный обод 20, обеспечивающий жесткую механическую связь дисков ротора с валом 12 машины. 4 ил.

Сл оо

со

CD

магнитную связь через торцовые зазоры с П-образным магнитопроводом 2 внешней обмотки 3 возбуждения и смещены между собой на половину расстоя- ния между однополярными зубцами одного диска, а зубцы внутренних кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков жестко соединены между собой через магнитно-мягкую втулку, причем зубцы наружного и внутреннего кольцевых магнитопроводов одного диска (левого и правого) имеют противоположную полярность, зубцы разных дисков (правого и левого) одной полярности нахо-

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к бесконтактным моментным электрическим машинам, широко используемым в электромеханических и автоматических системах управления.

Цель изобретения - увеличение удельного момента машины.

На фиг. 1 представлена предлагаемая машина, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Ь на фиг, 1; на фиг. 4 - развертка магнитной системы машины с путями магнитного пот-ока.

Предлагаемая машина содержит немаг нитный корпус 1, магнитопровод 2 внеш ней обмотки возбуждения (П-образного вида), внешнюю обмотку 3 возбуждения (-катушечного типа) , обмотку k якоря (кольцевого типа) , тороидальный магнитопровод 5 статора, немагнитный обод 6 левого диска ротора, зубец 7 наружного кольцевого магнитопровода правого диска ротора, внутреннюю обмотку В возбуждения (катушечного типа) , стопорное кольцо 9, подшипниковый узел 1Q, шпонку 11, немагнитный вал 12, внутренний кольцевой магнито провод 13 правого диска ротора, наруж ный кольцевой магнитопровод 1А правого диска ротора, правый подшипниковый щит 15 (немагнитный), наружный кольцевой магнитопоовод 16 левого диска ротора, зубец 17 внутреннего кольцевого магнитопровода левого диска рото ра, внутренний кольцевой магнитопровод 18 левого диска ротора, левый под шипниковый щит 19 (немагнитный), немагнитный обод 2U правого диска ротои

дятся один против другого. Зубцы одной стороны диска ротора и одной полярности жестко соединены между собой за счет кольцевых магнитопроводов, зубцы внутренних кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков жестко укреплены на валу 12 машины, зубцы, принадлежащие наружным и внутренним кольцевым магнитопроводам каждого диска, скреплены между собой механически через немагнитный обод 20, обеспечивающий жесткую механическую связь дисков ротора с валом 12 машины. k ил.

25

30

-35

40

45

50

ра , зубец 21 внутреннего кольцевого магнитопровода правого диска ротора, зубец 22 наружного кольцевого магнитопровода левого диска ротора.

На немагнитном валу 12 на шпонке 11 крепится левый диск ротора, который включает в себя немагнитный обод 20, в котором неподвижно закреплены (запрессованы) внутренний 18 и наружный 16 кольцевые магнитопроводы с зубцами и 22 соответственно. Левый диск фиксируется на валу стопорным кольцом 9.

Левый подшипниковый щит 13 устанавливается с подшипниковым узлом 10. Статор состоит из тороидального магнитопровода 5 и обмотки якоря. На внутренней стороне собранного статора неподвижно закреплена (на клею) обмотка 8 возбуждения катушечного типа, а на внешней стороне статора укреплена обмотка 3 возбуждения с магнитопроводом 2 П-образного вида, который позволяет закрепить собранный статор с обмотками возбуждения в немагнитном корпусе 1.

Собранный статор с корпусом фиксируется за счет посадки на левом подшипниковом щите 19 и закрепляется на нем. Аналогично левому диску собирается правый диск, состоящий из немагнитного обода 6 с зафиксированными в нем внутренним 13 и наружным 1 маг- нитопроводами с зубцами 21 и 7 соответственно. Собранный правый диск надевается на вал до упора с левым диском и фиксируется стопорным кольцом 9.

Положение зубцов противоположных дисков определяется смещением шпоночзазоры должны строго контроливаться, а их симметрия и величина определяются допусками на осевые размеры дисков г ротора и статора. После провеоки правильности установки дисков ротора OT-JQ го и носительчо статора закрепляется на корпусе 1 правый подшипниковый щит 15 с подшипниковым узлом 10.

Предлагаемая машина работает следующим образом.15

Обмотка 8 возбуждения (фиг. 1 - ) создает аксиально направленный магнитный поток Ф , проходящий по внутрен5133991 6

них канавок о правом и левом дисках (фиг. 3 и k и затем через наружный на половину расстояния между зубцами кольцевой магнитопровод 16 левого дис- одной полярности диска (фиг. 1 и 2). ка ротора и торцовый зазор попадает в При этом торцовые воздушные (рабочие) с П-образный магнитопровод 2, где замыкается вокруг внешней обмотки 3 возбуждения „

Пути магнитного потока аналогичны для всех других пар зубцов внутреш- наружного кольцевых магнитопр водов правого и левого дисков рото.). Описанные пути магнитных потоков предлагаемой машины схематично представлены на фиг. t.

Очевидно, что под зубцами внутреннего и наружного магнитопроводов левого и правого дисков ротора (17 и /, 21 и 22) магнитные потоки максимальны, ним кольцевым магнитопроводам левого а в зонах, где отсутствуют зубцы, по- 18 и правого 13 дисков ротора и далее OQ токи минимальны. Благодаря сдвигу зуб- входящий в зубцы Г/ внутреннего кольцевого магнитопровода левого диска. Проходя через обмотку k якоря, магнитный поток попадает в тороидальный магнитопровод 5 статора, проходит 25 нитопровода Б статора, а катушки об- вдоль части магнитопровода 5 и через мотки k якоря каждой секции машины на- пространство, занятое другой стороной обмотки k якоря, попадает на зубцы 21 внутреннего кольцевого магнитопровода

правого диска ротора, замыкаясь вок- зо якоря X, фиг. 0 , что при встечном руг внутренней обмотки 8 возбуждения включении, например, катушек А и X через внутренний кольцевой магнитопровод 31 правого диска ротора.

Зубцы 7 наружного кольцевого магнитопровода правого диска ротора воз- 35 буждаются через торцовый (немагнитный) зазор внешней обмотки 3 возбуждения через П-образный магнитопровод 2, причем полярность зубцов 17 внутреннего кольцевого магнитопровода ле-40 дает удвоенный электромагнитный нового диска совпадает с полярностью мент, противоположных зубцов 7 наружного кольцевого кагнитопровода правого дисцов внутреннего и наружного кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков ротора поток имеет тангенциальную составляющую внутри тороидального магходятся в зонах противоположно направленных потоков (например, сторона Ь катушки якоря А и сторона а катушки

приводит к созданию однонаправленного (удвоенного) электромагнитного момента .

Аналогично пронизывается магнитным потоком другой обмотки возбуждения, например, сторона а катушки якоря А и сторона Ь катушки якоря X, мто при встречном включении этих катушек также

Все это приводит к образованию электромагнитного момента в два раза большего, чем у известной машины.

ка, далее поток через наружный кольВсе это приводит к образованию электромагнитного момента в два раза большего, чем у известной машины.

Путь основного магнитного потока показан пунктиром на фиг. 1-, на которых видно, что обе торцовые стороны одной и той же катушки обмотки k якоря (например, катушки А) находятцевой магнитопровод 1 правого диска 45 ротора попадает на зубцы 7 наружного кольцевого магнитопровода этого диска и через торцовый вбздушный зазор и пространство, занятое обмоткой k якоря, входит в тороидальный магнитопро-5о ся под одним и тем же полюсом (напри- вод 3 статора, проходит вдоль части Мер, N), что приводит к образованию магнитопровода 5 в том же направлении, что и магнитный поток от внутренней обмотки 8 возбуждения (потоки

складываются). Далее поток через об- 5g чае эффективность электромеханическо- отку А якоря и торцовый воздушный го преобразования в два раза выше, зазор попадает в зубец 22 противопо- поскольку в образовании электромагнит- ложной полярности наружного кольцево- ного момента участвуют обе торцовые го магнитопровода левого диска ротора стороны катушки обмотки якоря, тогда

электромагнитного момента в обеих ак- дивных сторонах обмотки якоря (стороны, а, Ь, фиг. 5), т.е. в данном слуОчевидно, что под зубцами внутреннего и наружного магнитопроводов левого и правого дисков ротора (17 и /, 21 и 22) магнитные потоки максимальны, а в зонах, где отсутствуют зубцы, по- токи минимальны. Благодаря сдвигу зуб- нитопровода Б статора, а катушки об- мотки k якоря каждой секции машины на-

цов внутреннего и наружного кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков ротора поток имеет тангенциальную составляющую внутри тороидального магОчевидно, что под зубцами внутреннего и наружного магнитопроводов левого и правого дисков ротора (17 и /, 21 и 22) магнитные потоки максимальны, а в зонах, где отсутствуют зубцы, по- токи минимальны. Благодаря сдвигу зуб- нитопровода Б статора, а катушки об- мотки k якоря каждой секции машины на-

ходятся в зонах противоположно направленных потоков (например, сторона Ь катушки якоря А и сторона а катушки

якоря X, фиг. 0 , что при встечном включении, например, катушек А и X

дает удвоенный электромагнитный номент,

приводит к созданию однонаправленного (удвоенного) электромагнитного момента .

Аналогично пронизывается магнитным потоком другой обмотки возбуждения, например, сторона а катушки якоря А и сторона Ь катушки якоря X, мто при встречном включении этих катушек такж

дает удвоенный электромагнитный номент,

Все это приводит к образованию электромагнитного момента в два раза большего, чем у известной машины.

Путь основного магнитного потока показан пунктиром на фиг. 1-, на которых видно, что обе торцовые стороны одной и той же катушки обмотки k якоря (например, катушки А) находятся под одним и тем же полюсом (напри- Мер, N), что приводит к образованию

ся под одним и тем же полюсом (напри- Мер, N), что приводит к образованию

чае эффективность электромеханическо- го преобразования в два раза выше, поскольку в образовании электромагнит ного момента участвуют обе торцовые стороны катушки обмотки якоря, тогда

электромагнитного момента в обеих ак- дивных сторонах обмотки якоря (стороны, а, Ь, фиг. 5), т.е. в данном слу

как в известной машине активной стороной является только та, которая находится напротив зубца ротора. При этом, несмотря на некоторое увеличение объема и веса станины (не более 15%), происходит значительное увеличение удельного момента (не менее чем в 1 ,fj раза) ,

.Применение предлагаемого технического решения позволяет, кроме/того, повысить надежность машины за счет того, что ее работоспособность сохраняется даже при неисправности (обрыве витков) в одной из обмоток возбуждения,; при этом, происходит только уменьшение основного потока и снижение полезного момента в 2 раза, т.е. жесткость механической характеристики машины уменьшается в два раза.

Сравнительная простота сборки машины обеспечивается за счет независимой сборки трех основных больших узлов- : двух дисков ротора с подшипниковыми щитами и статора, связанных между собой через корпус и вал.

Обмотки возбуждения выполнены в виде катушек, что обеспечивает технологическую простоту их выполнения и сборки с другими элементами конструк- ции (статором и корпусом).

Кроме указанных преимуществ, предлагаемая конструктивная схема позволяет выполнять многомодульные варианты машин (когда число статоров больше одного) при малом числе однотипных деталей. Наличие большого обмоточного пространства, занимаемого обмоткой возбуждения, позволяет секционировать ее (например, на три катушки с каждой стороны), что расширяет возможности использования машин (позволяет применять их в режимах вентильных двигателей с питанием от трехфазной сети сети через циклоконвер- ( тор при последовательно включенных обмотках возбуждения и статора без дополнительных катушек индуктивности),

Если к внешней и внутренней обмоткам 3 и 8 возбуждения подвести постсэя-нный ток такой полярности, которая обеспечивает создание магнитных потоков, изображенных на фиг. ks а к обмотке 4 якоря подвести переменный ток через полупроводниковый коммутатор (преобразователь частоты непосредственный или со звеном постоянного тока), то создается вращающееся магнитное поле, взаимодействующее с

0

5

0

5

0

о 5

д

5

5

полем зубцов внутреннего и наружного кольцевых магнитопроводов обоих дисков ротора (17, 21 и 7, 22), что, в свою очередь, приводит к возникновению вращающегося электромагнитного момента, воздействующего на вал машины.

Формула изобретения

Бесконтактная электрическая машина торцового типа, содержащая статор с тороидальным магнитопроводом и кольцевой якорной обмоткой, зубчатый ротор дискового типа с кольцевыми магнитопроводами дисков, размещенных с двух сторон якоря, внутреннюю не- iподвижную первую обмотку возбуждения, немагнитные вал и корпус, отличающаяся тем, что, с целью увеличения удельного момента машины, дополнительно введены наружный кольцевой магнитопровод дисков ротора, магнитно-мягкая втулка, немагнитный обод, П-образный кольцевой магнйтопро- вод, внешняя вторая обмотка возбуждения, выполненная в виде катушки, расположенной в П-образном кольцевом маг- нитопроводе, закрепленном между внешней стороной статора и внутренней стороной немагнитного корпуса, причем зубцы наружных кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков магнитно связаны через торцовые зазоры с П-об- разным магнитопроводом внешней обмотки возбуждения, эти зубцы наружных магнитопроводов смещены между собой на половину расстояния между однопо- лярными зубцами одного диска, а зубцы внутренних кольцевых магнитопроводов левого и правого дисков жестко соединены между собой через магнитно- мягкую втулку, причем зубцы наружного и внутреннего кольцевых магнитопроводов одного диска, левого и правого, имеют противоположную полярность при противоположном направлении осевых потоков внутреннего и внешнего магнитопроводов, зубцы разных дисков, правого и левого, одной полярности находятся один против другого, при этом зубцы одной полярности, лежащие со стороны диска ротора, жестко соединены между собой и с кольцевыми магнитопроводами, зубцы внутренних кольцевых магнитопроводой левого и правого дисков жеско укреплены на валу машины, зубцы, принадлежащие наружным и внутИ

1S

п

9«„ jJ77%

feb.

Л,

ft

ui г

//

Редактор А. Огар

Составитель А. Санталов

Техред А.Кравчук Корректор 0. Ципле

Заказ 226

Тираж 43

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. k/S

Фиг. 4

Подписное