Магнитоэлектрический моментный двигатель Советский патент 1991 года по МПК H02K26/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к бесконтактным момеитным электрическим двигателям. Такие двигатели широко используются в качестве исполнительных органов в современных роботехнических системах и автономных электроприводах.

Цель изобретения - увеличение удельного момента двигателя.

На фиг. 1 представлен предлагаемый двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 представлен поперечный разрез левой стороны двигателя с путями Marнитного потока; на фиг. 3 представлен поперечный разрез правой стороны двигателя с путями магнитного потока. Магнитоэлектрический моментный двигатель содерзтат немагнитный подшипниковый щит 1, наружный кольцевой магнитопровод 2 диска ротора, зубец 3 внутреннего кольцевого магнитопро- вода 4 диска ротора, внешнюю кольцевую обмотку возбуждения 5, П-образ- ный кольцевой магнитопровод 6, внешней кольцевой обмотки возбуждения 5, обмотки якоря 7 (кольцевого ти&

ГО У1

yi vj

31642557

немагнитный L-образный сегмент

пр де . ди го ве ос то

8, тороидальный магнитопровод 9 статора, зубец 10 наружного кольцевого магнитопровода 2 диска ротора, немагнитный диск 11 ротора, внутреннюю кольцевую обмотку возбуждения 12, второй П-образный кольцевой магнитопровод 13 внутренней кольцевой обмотки возбуждения 12, магнитопро- водящий корпус 14, немагнитный вал 15, кольцевой постоянный магнит 16, отстоящую часть 17 внутреннего кольцевого магнитопровода 4 диска ротора прилегающую часть 18 внутреннего кольцевого магнитопровода 4 диска ротора.

Немагнитный вал 15с подшипником устанавливается в левом немагнитном подшипниковом щите 1.

Далее на немагнитный вал 15 на ,шпонке крепится немагнитный левый диск 11 ротора, в который запрессо

iваны наружный кольцевой магнитопро- iвод 2 с зубцами 10, внутренний коль- цевой магнитопровод 4 с зубцами .3 и немагнитными L-образными сегментами 8, после чего запрессовывается кольцевой постоянный магнит 16.

Затем собираем статор, состоящий ,из тороидального магнитопровода 9, I обмотки якоря 7. На внутренней стороне статора неподвижно закрепляют внутреннюю кольцевую обмотку возбуждения 12 со вторым П-образным кольцевым магнитопроводом 13, а на внешней стороне статора устанавливают внешнюю кольцевую обмотку воз- буждения 5 со своим П-образным магнитопроводом 6, который позволяет собранный статор с кольцевыми обмотками возбуждения 5 и 12 укрепить в магнитопроводящем корпусе 14.

Собранный статор с обмотками возбуждения 5 и 12 и корпусом фиксируется за счет посадки на левом подшипниковом щите 1, закрепляется на нем и контролируется величина торцового рабочего зазора и зазора между наружной поверхностью кольцевого постоянного магнита 16 и поверхностью второго П-образного кольцевого магнитопровода 13 внутренней кольцевой обмотки возбуждения 12.

Далее на немагнитный вал 15 на шпонке крепится правый немагнитный диск 11 ротора, в котором запрессованы части аналогичные левому диску и фиксируется стопорным кольцом.

0

5

0

5

Положение противоположных зубцов правого и левого дисков ротора определяется смещением шпоночных канавок . дисков. Торцовые рабочие зазоры строго контролируются, а их симметрия и величина определяются допусками на осевые размеры статора и дисков ро- тора. После проверки правильности ус- ,

тановки дисков ротора относительно статора закрепляют на магнитопроводящем корпусе 4 правый подшипниковый щит 1 с подшипником и заканчивают сборку двигателя.

5 Принцип действия предложенного магнитоэлектрического моментного двигателя заключается в следующем.

Кольцевой постоянный магнит 16 и внутренняя кольцевая обмотка воз0 буждения 12 создают основной магнитный поток, который замыкается двумя путями.

Первый путь: полюс (N) кольцевого постоянного магнита 16, внутренний кольцевой магнитопровод 4 левого диска ротора, отстоящая часть 17 внутреннего кольцевого магнитопровода 4 левого диска, зубец 3 внутреннего кольцевого магнитопровода 4 левого диска ротора, торцовый рабочий зазор, зубцовая часть и спинка тороидального магнитопровода 9 статора, зубцы статора, торцовый рабочий зазор, зубец 3 внутреннего кольцевого магнитопровода 4 правого диска, отстоящая часть 17 внутреннего кольцевого магнитопровода 4 правого диска, внутренний кольцевой магнитопровод 4 правого диска, полюс (S) кольцевого постоянного магнита 16,

Второй путь: левый торец второго П-обраэного кольцевого магнитопровода 13 внутренней кольцевой обмотки возбуждения 12, торцовый зазор, при5 летающая часть 18 внутреннего кольцевого магнитопровода 4 диска ротора, зубец 3 внутреннего кольцевого магнитопровода и левого диска, торцовый зазор, зубцовая часть и спинка тороидального магнитопровода 9 статора, зубцы -статора, торцовый зазор, зубец 3 внутреннего кольцевого магнитопровода 4 правого диска ротора, прилегающая часть 18 внутреннего кольцевого магнитопровода 4 правого диска, торцовый зазор, правый торец второго Н-образного кольцевого магнитопровода 13 внутренней кольцевой обмотки возбуждения 12.

0

5

5

Магнитный поток, создаваемый вненей кольцевой обмоткой возбуждения можно рассматривать состоящим из двух частичных потоков.

Первая часть потока проходит следующим путем: правый торец П-образ- ного кольцевого магнитопровода 6 внешней кольцевой обмотки возбуждения 5, торцовый зазор, наружный кольцевой магнитопровод 2 правого диска ротора, зубец 10 правого диска ротора, торцовый зазор, зубец и спинка тороидального магнитопровода 9 статора, зубец магнитопровода 9, торцовый зазор, зубец 10 левого диска ротора, наружный кольцевой магнитопровод 2 левого диска, торцовый зазор, левый торец П-об- разного кольцевого магнитопрово- да 6.

Вторая часть потока идет следующим путем: правая часть магнитопро- водящего корпуса 14, радиальный зазор, наружный кольцевой магнитопровод 2 правого диска ротора, зубец 10, торцовый зазор, зубцы, спинка и зубцы тороидального магнитпровода 9, торцовый зазор, зубец 10 левого диска, наружный кольцевой магнитопровод 2 левого диска, радиальный зазор, левая часть магни- топроводящего корпуса 14.

Наличие большого числа полезных путей повышает проводимость магнитного потока и увеличивает величину и интенсивность в рабочем зазоре полезного магнитного потока при фиксированных значениях ампервитков обмотки возбуждения и размеров постоянного магнита, что обеспечивает достижение высокого удельного момента в двигателе.

Зубцы 3 и 10 кольцевых магнито- проводов 2 и 4 левого и правого дисков ротора одной полярности возбуждаются так же как и в прототипе разными обмотками возбуждения. Например, как показано на фиг.1 полюс N зубца 3 внутреннего кольцевого магнитопровода 4 левого диска возбуждается внутренней кольцевой обмоткой возбуждения 12 и кольцевым постоянным магнитом 16, а полюс N зубца 10 наружного кольцевого магнитопровода 2 правого диска возбуждаетс внешней кольцевой обмоткой возбуждения 5. Аналогично возбуждаются одноименные полюса другой полярности.

0

S

0

5

0

5

0

5

Полюса одной полярности каждого диска ротора (как в прототипе.) в магнитном отношении замкнуты между собой кольцевыми магнитопроводами 2 и 4.

Пути магнитного потока с разделением по наружному и внутренним кольцевым магнитопроводам 2 и 4 и их зубцам 3 и 10 левого и правого дисков ротора приведены на фиг.1-3. Под зубцами 3 и 1.0 внутреннего 4 и наружного 2 магнитопроводов левого и правого дисков ротора магнитные потоки будут максимальны, а в зонах, где отсутствуют зубцы-потоки, минимальны.

Как и в прототипе, в образовании электромагнитного момента участвуют обе торцовые стороны катушек обмотки якоря 7. Кроме того, в- предлагаемом техническом решении за счет использования кольцевого постоянного магнита 16 активный вес двигателя увеличивается на 10%, полезный магнитный поток увеличивается в 1,5 раза, происходит увеличение удельного момента до 4 нм/кг (достигнуто на макетном образце) при суммарном

моменте М 40 Нм, Применение предлагаемого технического решения позволяет также повысить надежность работы момента двигателя за счет того, что работоспособность двигателя сохраняется даже при неисправности (обрыве витков) двух обмоток возбуждения .

Простота сборки двигателя обеспечивается за счет независимой сборки основных узлов: левого и правого дисков ротора, подшипниковых щитов и статора с обмотками возбуждения, связанных между собой через вал и корпус. Кольцевые обмотки возбуждения выполнены в виде катушек и технологически просто изготавливаются и устанавливаются на статор и корпус.

Длнная конструктивная схема момент- ного двигателя позволяет выполнять 0 многомодульные варианты двигателей, когда число статоров больше одного.

Наличие двух обмоток возбуждения (продольной и поперечной) позволяет данный моментный двигатель использовать в режиме вентильного двигателя (при наличии датчика положения ротора) при уменьшении значения пульсаций момента за счет применения второй квадратурной обмотки возбуж

дения для компенсации провалов момента .

Предлагаемый моментный двигатель расширяет возможности применения эле ктрических машин не только в качеств моментных ниэкоскоростных вентильных двигателей, но и использовать их в качестве автономных систем питания с выходным напряжением управляемым, ка по амплитуде, так и по фазе.

Формула изобретения

Магнитоэлектрический моментный двигатель, содержащий статор с тороидальным магнитопроводом и кольцевой обмоткой, закрепленный неподвижно на корпусе, ротор дискового типа, кольцевые обмотки возбуждения - внешняя с П-образным кольцевым магнитопроводом и внутренняя, диски ротора, состоящие из зубчатой, а также внутренней и внешней кольцевых частей, разделенных немагнит- ным диском, закрепленным на немаг- нитном валу, о т л и ч а и й- с я тем, что, с целью увеличения - удельного момента, в него дополнительно введены второй П-образный магнитопровод внутренней кольцевой обмотки возбуждения, кольцевой аксиально намагниченный постоянный магнит, установленный с зазором относительно второго П-образного маг- нитопровода и L-образные немагнитные сегменты, при этом торцовые части второго П-образного магнито- провода размешены напротив внутренней части кольцевого магнитопровода ротора и отделены от них торцовыми рабочими зазорами, L-образные немагнитные сегменты расположены во внутренней части кольцевого магнито провода ротора, при этом горизонтальные части указанных сегментов выходят на торцовую поверхность дискового ротора и обращены к воздушному зазору между вторым П-образным магнитопроводом и постоянным магнитом, причем постоянный магнит, внутренняя и внешняя кольцевая части магнитопроводов дисков ротора через немагнитные диски жестко закреплены на немагнитном валу, а торцовые части П-образного магнитопровода наружной кольцевой обмотки возбуждения размещены через торцовые ра- . I бочие зазоры напротив торцовых частей наружных кольцевых магнитопроводов ротора, цилиндрические части кбто- рых через радиальный зазор обращены к магннтопроводящему корпусу, при этом зазор между постоянным магнитом и вторым П-образным магнитопроводом превышает торцовый рабочий зазор двигателя.

IQ

Т i

i n

чэ

11

и

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - увеличение удельного момента. Магнитоэлектрический моментный двигатель содержит немагнитные подшипниковые щиты 1, наружный 2 и внутрейний 4 кольцевые магнитоводы, соответственно их зубцы 10 и 3, внешнюю 5 и внутреннюю 12 кольцевые обмотки возбуждения, размещенные в П-образньгх кольцевых маг- нитопроводах 6 и 13, тороидальный маг- нитопровод 9 статора с обмоткой якоря 7, немагнитные L-образные сегменты 8, которые разделяют внутренний кольцевой магнитопровод 4 на отстоящую 17 и прилегающую 18 части. Кольцевой постоянный магнит 16 установлен на немагнитном валу 15. Двигатель размещен в магнитопроводящем корпусе 14. Организация большого числа полезных путей для машинного потока увеличивает его величину в рабочем заторе и при фиксированных значениях ампервитков обмотки возбуждения и размеров постоянного магнита приводит к увеличению удельного момента двигателя. 3 ил. г л

Фиг.з