Электродвигатель постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК H02K41/35 

(5) ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, которые требуют получить совмещенное перемещение подвижного элемента в осевом направ лении с вращательным движением вокруг продольной оси. Такие двигадели можно использовать для достижения плавного регулирования скорости винтового движения в широком диапазоне и необходимости получения точного останове рабочего органа. Одной .из важных областей применения вышеуказанных двигателей является электропривод промышленных роботов и манипуляторов, где требуется совмещение поступательного и вращательного, движений и достижения точного позиционирования. Известен электродвигатель постоян ного тока с винтообразным статором, состоящим из двух магнитопроводов размещенных по двухзаходной винтовой линии и ферромагнитный ротор, имеющии выступы, размещенные по винтовой линии. Магнитопроводы статора имеют участки с продольными пазами, в которых уложены якорные обмотки, и участок, занимаемый обмоткой возбуждения tl . Известен также электрический .двигатель постоянного тока, содержащий винтообразный магнитопровод статора с обмоткой возбуждения и уложенной в пазы якорной обмоткой, ферромагнитный ротор с выступами, размещенными по винтовой линии и коммутатор 2. Недостатком данного двигателя являются большие затраты, связанные с его изготовлением, поскольку коммутатор построен на полупроводниковых элементах. Цель изобретения - уменьшение затрат на изготовление двигателя. . Поставленная цель достигается тем,-что в электрическом двигателе постоянного тока с винтообразным магнитопроводом статора коммутатор содержит контактные кольца и коллек торные пластины, укрепленные на ста торе, втулку, связанную с валом шли цевым соединением, закрепленные на ьтулке две системы щеток , транзисторы и контактные переключатели,при чем одна система щеток подключена к контактным кольцам, а -другая к коллекторным пластинам, из. которых nZ пластин подключены к якорной обмбтке, а на втулке на участке занимаемом остальными(K-nZ) пластинами укреплен выступ, взаимодействующий с упомянутыми контактными переключателями, число которых равно числу щеток, подключенных к коллекторным пластинам, где Z - число пазов, занимаемых яко ной обмоткой; п-1,2,3..« К - общее число коллекторных пластин. На фиг. 1 представлен электродви атель постоянного тока, общий вид; на фиг. 2 - винтообразный магнитопровод статора; на фиг. 3 - ферромагнитный магнитопровод ротора; на фиг. k - электрическая схема коллек тора с тремя контактными кольцами; на фиг. 5 то же, содержащего два контактных кольца; на фиг. 6 (о, 5, 6 и,г ) - Коллекторный узел электродвигателя при различных положениях ротора; на фиг.7 - принципиальная схема одного блока щеток, обеспечивающих питание якорной обмотки; на фиг.. 8 - электродвигатель со стороны коммутатора, вид сбоку. Электродвигатель постоянного тока содержит винтообразный магнитопровод статора 1, вдоль винтовой линии которого можно уложить (2т-1) где m 2,3,... полюсных делений двигателя, таким образом, что два крайни участка магнитопровода длиной, крат ной .двум полюсным делениям IT кажды заняты обмоткой якоря, а на среднем участке 2 длиной в (2К+1), где К 0,1,2,3-.. полюсных делений уло жена обмотка возбуждения. С целью выполнения обмоток якоря из общих секций для обоих участков магнитопровода, кратнь1м двум полюсным делениям, необходимо, чтобы про тив каждого паза 3 одного участка находился аналогичный паз 3 противо положного участка и токи в проводни ках обмотки якоря, уложенных в этих тазах совпадали по направлению. Для ЭТОГО (как показано на фиг.2) требуется, чтобы первая и вторая часть магнитопровода, отводимые на обмотку якоря и участок, предназначенный для намотки возбуждения, располагались только на одном шаге винтовой нарезки статора, на ЗбО°. Ротор двигателя выполнен из ферромагнитного материала (фиг.З) и представляет собой цилиндр 4, на котором размещены по винтовой линии с шагом, равным шагу магнитопровода статора, винтовые выступь 5- Длина каждого выступа вдоль винтовой линии равяа полюсному делению Т, а расстояние между ними измеряемое также вдоль винтовой линии, равно полюсному делению f . Высота выступов вы-, полнена равной (1 0-1 5) (5, где сЛ односторонний воздушный зазор двигателя. Углубление 6 служит для сочленения ротора с втулкой коллекторного узла шлицевым соединением, обеспечивая осевое скольжение втулки. Электрическая схема коллектора с подключением к его пластинам двухслойной обмотки показана на фиг. и 5- В шести пазах, располагающихся на двух полюсных делениях размещены проводники верхнего слоя обмотки и пунктиром обозначены проводники ее нижнего слоя. Для нормального функционирования обмотки требуется шесть коллекторных пластин 13-18, каждая из которых занимает коллекторное деление, равное . - t CL т: к Z 6 где ty коллекторное деление; d. - угол между соседними пазами якорной обмотки; g - используемая длина дуги барабанного коллектора; 1 - число пазов, занимаемых якорной обмоткой. Таким образом, используемая длина дуги барабанного коллектора составляет С g , в то время, как полная длина его дуги, равна ЗбоЯ Предположим, что Е ) Вд-О.С где Kg, длина винтовой линии, используемая под обмотку возбуждения;SQ - отрезок винтовой линии, используемый под обмотку якоря, то используемая длина дуги коллектора составляет из полной длины его окружности и ЗбО. Полное число коллекторных пластин определяется как Тогда, исходя из того, что на () коллекторных пластинах производится изменение полярности щетки на противоположную, количество таких пластин равно K. где К, полное число коллекторных пластин;число пластин, подключенны к якорной обмотке; отрезок винтовой линии,используемый Г1ОД якорную обмотку. У-часток дуги коллектора, занимае мый коллекторными пластинами 19-21 дополняет, его окружность до полной длины, и фактически соответствует дл не дуги, занимаемой обмоткой возбуждения, т.е. й . Щетки 22-2 питаемые через транзисторы 25-30 обеспечивают нормальное питание секций якорной обмотки. Работа транзисторов в требуемой последовательности обеспечивается с помощью переключателей 31-33, через которые подается сигнал на базу транзисторов. На фиг. 7 (для пояснения работы KOMMyTaTopaJ показана принципиальная схема одного блока щеток обеспечивающих питание якорной обмотки. Здесь коллекторные пластины 19,20,21 13,1 и 15,контактные кольца основн го потенциала З и 35 и контактное кольцо 36, обеспечивающее подачу сигнала на базу транзисторов, располагаются на корпусе 37 коллектора Щетки 38 предназначены для токосъема электрического потенциала, а щетка 39 - для питания базы транзис торов. Выступ kO служит для включения переключателя 33 на одну, либ .другую пару контактов, что соответствует подаче управляющего сигнала, на базу транзистора 29 или 30.Допустим, что необходимо подать на щетку 24 .положительный потенциал, тогда выключатель 33 устанавливаетс так, чтобы проходя под выступом «О его подвижный контакт замкнет две нижних клеммы 41 и 42, положительны .6 . . потенциал от щетки 39 поступит на базу транзистора 29 что откроет егЬ и обеспе.чит протекание тока от контактного кольца 34 к щетке 24 через якорную обмотку. Когда данный узел сделает один полный оборот, то переключатель 33 замкнет клеммы 43 и 44, что обеспечит подачу положительного потенциала на базу транзистора 30, а соответственно и протекание токов от кольца 35 к щетке 24, при этом база транзистора 29 обесточена и он закрыт. На вышеуказанном примере показано, как меняется потенциал каждой щетки, проходящей через участок замыкаемый пластинами 19-21. Необходимость смены потенциала вытекает и-з принципа работы данного коллекторного узла и якорной обмотки. Вместо указанной схемы управления возможно применение датчиков положения, но это усложняет конструкцию коллекторного узла и соответственно увеличивает его стоимость. Двигатель работает следующим образом. На фиг. 6 (а,5, биг ) показан принцип работы коллекторного узла и якорной обмотки при различных положениях ротора. Для меньшего загромождения чертежа не показано устройство для управления транзисторами, рассмотренное на фиг.7. На фиг.6, а щетка 22 подключается к положительному потенциалу питающей сети через открытый транзистор 25 (транзистор 26 закрыт) , а щетки 23 к отрицательному потенциалу сети через открытый транзистор 28 (транзистор 27 закрыт). Одновременно щетка 24 обесточивается подачей управляющего сигнала от схемы управления, при этом транзисторы 29 и 30 закрываются. На фиг. 6,6 для щеток 23 и 22 сохраняется подключение, показанное в положении а а щетка 24 подключается подачей управляющего сигнала к отрицательному потенциалу питающей сети путем открывания транзистора 30. Это обусловлено необходимостью подачи отрицательного потенциала на коллекторную пластину 13 для обеспечения нормальной коммутациии секций. В положении б щетки 24 и 22 подключаются к питающей/сети в соответг ствии с положением 5 , а на щетку 23 подается положительный потенциал через открывшийся транзистор 27.Сиг7нал на управление транзистором 21 поступает со схемы управления. Поля ность щетки 23 обусловлена необходимостью подачи положительного потенциала на коллекторную пластину 1 что обеспечивает нормальную коммутацию секций обмотки якоря. В положении i,, для щеток 23,2 сохраняется подключение, показанное для положения 0 а щетка 22 подключается .подачей управляющего сигна ла к отрицательному потенциалу питаю щей сети путем открытия транзистора 26 (транзистор 25 закрыт). В дальнейшем коммутация секций продолжается аналогично. Исследование коммутации РТ схемах обмоток при различной длине дуги, занимаемой якорной обмоткой и различном числе пазов, в которые укладывалась якорная обмотка, позволи.ло показать, что для каждого конкретного случая необходимо установление определенного числа коммутирующих щеток, На фиг, 6 представлена конструктивная схема электромеханического .коллектора. Он предназначен для обес печения нормального питания секций якорной обмотки и собирается на кор пусе электродвигателя. Коллекторные пластины 13-21 неподвижно укреплены на корпусе. Щетки жестко укреплены с помощью рычагов 5 на вращающейся втулке 46, При вращении ротора электродвигателя втулка вращается во круг оси, а в осевом направлении .скользит по углублению 6, оставаясь на месте под действием выступов 7Формула изобретения Электродвигатель постоянного тока, содержащий винтообразный магнитопровод статора с обмоткой возбуждения и уложенной в пазы якорной обмоткой, ферромагнитный ротор с выступами, размещенными по винтовой линии и коммутатор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения затрат на изготовление двигателя, упомянутый коммутатор содержит контактные кольца и коллекторные пластины, укрепленные на статоре, втулку, связанную с валом шлицевым соединением, закрепленные на втулке две системы щеток, транзисторы и контактные переключатели, одна система щеток подключена к контактным кольцам, а другая к коллекторным пластинам, из которых nZ пластин подключены к якорной обмотке, а на втулке на участке, занимаемом остальными (K-nZ) пластинами укреплен выступ, взаимодействующий с упомянутыми контактными переключателями, число которых равно числу щеток, подключенных к коллекторным пластинам, где Z - число пазов, занимаемых якорной обмоткой, п 1,2, 3.,., и К - общее число коллекторных пластин. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР по заявке tf 25795 5/0 Н 02 К itl/02, 1978 2,Авторское свидетельство СССР по заявке № 2575355/07 Н 02 К 41/02, 1978 2if ti5 36 Ж.3б 3SiS 5 3 /./ //

H-

2

f

a

-0 +

Pui.6