Совмещенный коллекторный двигатель-тахогенератор Советский патент 1990 года по МПК H02K23/66 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкциям совмещенных электрических машин, содержащих коллекторный двигатель и тахо- генератор, и может быть использовано в ручных и автоматизированных электроприводах электроинструментов, применяющихся, например, при шлифовании и сверлении.

Цель изобретения - повышение точности контроля частоты вращения.

На фиг. 1 представлен совмещенный коллекторный двигательттахогенера- тор, рапрез; на фиг, 2 - пакет тахогенератора, поперечный разрез; на фиг. 3 - схема соединения обмоток тахогенератора; на фиг. 4 - схемы

замещения магнитной цепи тахогенера- тора.

Совмещенный коллекторный двигатель-генератор содержит установленный на валу 1 зубчатый магнитопро- вод ротора 2 двигателя с обмоткой 3 якоря, уложенной в пазах, и шихтованный магнитопровод статора 4 с аксиально смещенными и жестко соединенными между собой пакетами 5-7 (фиг.1) Крайние пакеты 5 и 7 содержат только главные полюса 8 двигателя, а средний пакет 6, кроме главных полюсов 8 двигателя, содержит равные по ширине дополнительные полюса 9 и 10 тахо- генератора, которые расположены по отношению друг к другу со сдвигом по окружности на целое число зубцовых делений ротора 2.

Для обеспечения пупьсации магнитной проводимости тахогенераторз полюса 9 и 10 целесообразно выполнить с ограничением по ширине. Ширина полюсов 9 и 10 должна быть не больше величины раскрытия пазов ротора у его периферии. Полюса 9 и 10 тахогенера- тора отделены от зубцов ротора 2 соответственно воздушными зазорами 1 и 12 равной величины. Главные полюса 8 отделены от ротора 2 воздушным зазором 13 и охвачены обмоткой 14 возбуждения двигателя (фиг.2)ь Катушки 15 и 16 выходной (генераторной) обмотки расположены на полюсах 9 и 10 соответственно, имеют одинаковое число витков w и соединены между собой последовательно-встречно На полюсах 9 и 10 размещены также катушки 17 и 18 обмотки возбуждения тахогенератора, также включенные последовательно-встречно (фиг.З).

Для обеспечения универсальности режимов питания двигателя его обмотка 14 возбуждения включена последовательно с обмоткой 3 якоря При этом рн может быть подключен как к сети . постоянного, так и к сети переменног

тока.

i

Совмещенный коллекторный двигатель-тахогенератор работает следующим образом.

При подключении двигателя к сети однофазного переменного тока по его обмоткам 13 и 14 проходит переменный ток, создающий переменный магнитный поток возбуждения двигателя. Частота изменения тока и потока соответствуе частоте сети источника питания. Вза

0

5

0

5

0

5

0

5

имодействие тока и магнитного потока приводит к развитию пульсирующего вращающего момента, при этом ротор 2 вращается. Направление вращающего момента не меняется, так как с изменением направления тока в обмотках 3 и 14 на противоположное изменяется также направление магнитного потока. При этом часть переменного потока одновременно пронизывает полюса 9 и 10 тахогенератора.

Принцип работы тахогенератора заключается в следующем. При питании катушек 17 и 18 обмотки возбуждения постоянным током одновременно образуются две системы магнитной цепи. В первой из них поток тахогенератора проходит через пслюс 9, воздушный зазор 11, зубец магнитопровода ротора 2 (фиг,2). Далее этот поток разветвляется на три потока, два равных из которых проходят через воздушные зазоры 13 и главные полюса 8 двигателя, замыкаясь на полюсе 9, а оставшаяся часть потока через воздушный зазор 12 попадает в полюс 10 тахогенератора, а оттуда по ярму магнитопровода 6 - в полюс 9. Во второй системе магнитная цепь, образуется потоком тахогенератора, проходящим через полюс 10 тахогенератора и разветвляющимся на два равных потока в ярме магнитопровода 6. В свою очередь, эти разветвленные равные потоки также раветвляются, но на два неравных, больший из которых попадает в главный полюс 8, через воздушный зазор 13 проходит через магнитопровод ротора 2, воздушный чазор 12 тахогенератора, замыкаясь на его полюсе 10, а меньший через ярмо магнистопрово- да 6 попадает в полюс 9, а затем через воздушный зазор 11, магнитопровод рстора 2, воздушный зазор 12 замыкается на полюсе 10.

Схема замещения описанной магнитной цепи для двух систем потоков представлена на фиг. 4 (а - для первой системы потоков; б - для второй). Из фиг. 4 следует, что результирующие магнитные проводимости для потоков тахогенератора определяются следующим выражением:

6тС&г+2.Сд) G 2(Gr+GA) где G ,G - соответственно магнитные проводимости воздушных зазоров в области полюсов

(О

тахогенератора и в области главных полюсов двигателя.

Учитывая, что ширина главных полюсов 8 двигателя по крайней мере на порядок больше ширины полюсов 9 и 10 тахогенератора, величиной GTno сравнению с постоянной величиной Сд в скобках выражения (1) можно правомерно пренебречь. При этом .

При вращающемся роторе первая (основная) гармоника магнитной проводимости в воздушных зазорах 1 и 12 изменяется по периодическому закону

G f Ge+Gwcosot,

где G,j jtj - соответственно постоянная составляющая и амплитуда переменной составляющей магнитной проводимости воздушных зазоров 11 и I2 тахогенератора; t - текущее время, с; to- угловая частота, рад/с, FZpn

To-

где Zp - число зубцов ротора;

п - частота вращения ротора,

об/мин.

По такому же закону изменяются первые гармоники магнитных потоков в зазорах 11 и 12 тахогенератора

С (;44GT-Fe(Gft+G osW0 ,

где FO - МДС каждой из катушек 17 и

18 обмотки возбуждения тахогенератора , причем Te,wc - соответственно величина постоянного тока и число витков каждой из катушек 17 и 18 обмотки возбуждения тахогенератора.

При идентичной ориентации катушек 15 и 16, 17 и 18 относительно оснований и наконечников полюсов 9 и 10 в катушках 15 и 16 на одноименных зажимах наводятся ЭДС, первые гармоники которых изменяются по зако нам:

d dt

«;

«wF G sinttft; (2)

Об)

d

СИ)

e (1S)(t) w - «-wFjG ainwt. (3)

При последовательно-встречном соединении катушек 15 и 16 в выходной обмотке тахогенератора- наводится ЭДС с первой гармоникой, определяемой

разностью ЭД; и (3);

полученных по (2) e(t)e(f5 (t)-eW(t)2wFe Gm 0sim0t

e sincDt,

(4)

0

5

й

5

0

где Gmod- амплитуда ЭДС выходной обмотки.

Из (А) следует, что амплитуда и частота выходного сигнала прямо пропорциональна частоте вращения, причем независимо от гармонического состава потоков , чаетота выходного сигнала жестко связана с частотой вращения,

При описании принципа работы тахогенератора не рассматривались составляющие переменного потока двигателя, так как при последовательно-встречном включении катушек 15 и 16 в выходной обмотке ЭДС от составляющих переменного потока двигателя взаимно уничтожаются .

В качестве постоянного напряжения питания обмотки возбуждения тахогенератора может быть использовано ки- женное выпрямленное и сглаженное напряжение сети переменного тока.

Если устройство работает в режиме двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением, то дополнительного питания обмотки возбуждения тахогекератора не требуется, так как необходимый поток создается постоянным током обмотки 14 возбуждения двигателя. В этом случае в качестве выходной обмотки может быть использовала любая из обмоток тахогенератора 0 или обмотка, образованная последовательно-согласным включением обмотки возбуждения тахогенератора и его выходной обмоткой.

Изобретение обеспечивает повышение 5 точности контроля частоты вращения за счет исключения влияния пульсаций тока в обмотке возбуждения тахогенератора на идентичность законов пульсации потоков в воздушных зазорах 11 0 и 12 тахогенератора. Это достигается - за счет размещения второй дополнительной катушки обмотки возбуждения тахогенератора. Кроме того, размеще-i ние пакета тахогенератора в середине между крайними, содержащими только | главные полюса 8, пакетами исключает влияние выполняемых на близкой к торцу поверхности зубцов ротора балансировочных углублений на качество вы

5

ходного сигнала тахогенератора, что Повышает точность контроля частоты йращения.

Формула изобретения

Совмещенный коллекторный двига- тель-тахогенератор, содержащий ротор Ј пазами, в которых размещена якорная обмотка, статор в виде трех аксиально смещенных пакетов с главны- kn полюсами, на которых установлена рбмотка возбуждения двигателя, магни топровод тахогенератора, выполненный и виде пакета пластин с дополнительными полюсами равной длины, охваченными своей обмоткой возбуждения И выходной обмоткой, выполненной из

двух равновитковых катушек, включенных последовательно-встречно, каждая из которых расположена на соответствующем полюсе магнитопровода тахогенератора, отличающий- с я тем, что,с целью повышения точности контроля частоты вращения, пакет пластин магнитопровода размещен

между крайними пакетами статора, полюса его расположены относительно друг друга со сдвигом на целое число зубцовых делений ротора, а обмотка возбуждения тахогенератора выполнена

в виде двух равновитковых последовательно-встречно включенных катушек, одна из которых расположена на одном полюсе, а другая - на его втором полюсе .

Изобретение относится к электромашиностроению. Цель - повышение точности контроля частоты вращения. Обмотка якоря и обмотка возбуждения включены последовательно и могут быть подсоединены к сети переменного или постоянного тока. Статор выполнен в виде жестко соединенных, аксиально смещенных пакетов пластин. Пластины крайних пакетов имеют только главные полюса, а пластины среднего пакета содержат дополнительные выступы, являющиеся полюсами тахогенератора /Т/, расположенные со сдвигом относительно друг друга на целое число зубцовых делений ротора. Т содержит две обмотки - выходную и обмотку возбуждения. Каждая из обмоток выполнена в виде двух последовательно встречно включенных равновитковых катушек, одна из которых размещена на одном полюсе Т, а другая - на его втором полюсе. При вращении ротора и питании обмотки возбуждения Т постоянным током в выходной обмотке Т наводится ЭДС, амплитуда и частота которой прямо пропорциональны частоте вращения. При работе машины в режиме двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением в качестве выходной обмотки Т может быть использована любая из его обмоток или обмотка, полученная при последовательно-согласном включении обмотки возбуждения Т и выходной обмотки Т. 4 ил.

JV 17 9

-яг ю

Фие.1

is л;г ;v

Ьд

Ъ

ti)

Составитель С. Шутоваi

Редактор А. Огар Техред. М.Ходаннч Корректор;М. Кучерявая

Заказ 2094

Тираж 443

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фиг.З

kr

Ы&

Л

ФиёЛ

Ф

т)

Подписное