Электрический двигатель постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК H02K41/35 

(5) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, реализующих совмещенное перемещение подвижного элемента в осевом направлении с вращательным движением вокруг продольной оси. Такие двигатели можно использовать для достижения плавного регулирования скорости,винтового движения в широком диапазоне и получения точного останова рабочего органа. Одной из важных областей применения является электропривод промышленных роботов и манипуляторов, где требует.ся сочетание поступательного и вращатель ного движений и достижение точного позиционирования.

Известен электрический двигатель с винтообразным статором 1 .

Недостатком известного электрического двигателя является незначительный диапазон изменения скорости.

Наиболее близкий по технической сущности к изобретению электрический

двигатель постоянного тока содержит корпус, подшипниковый щит, винтообразный статор, несущий состоящую из секций обмотку якоря и обмотку возбуждения, ферромагнитный ротор с винтообразными выступами, жестко связанный с валом, и коммутирующий узел. Этот двигатель, сохраняя все преимущества обычной электрической машины постоянного тока с точки зрения плавности, регулирования скорости и значительных диапазонов ее изменения, позволяет повысить энергетические показатели машины за счет увеличения потокосцепления статорных обмоток с ротором,

15 совершающим винтовое перемещение 2. Однако якорные обмотки этого двигателя должны подключаться к полупроводниковому коммутатору, что исключает применение цилиндрических электро20механических коллекторов обычного Типа. Таким образом, недостатками этого двигателя являются сложный процесс токоподвода к секциям якорной обмот,/: И оольшие затраты на изготовление дв.- га те л я . Цель изобретения упрощение конструкции электрического двигателя. Поставленная цель достигается тем что коммутирующий узел электрическог двигателя постоянного тока выполнен ввиде плоского линейного электромеханического коллектора, состоящего из трех параллельных продольному ход участков, два из которых представляют собой сплошные контактные полосы подключенные к внешней питающей сети а третий выполнен в виде плоских кол лекторных пластин, подключенных к се циям обмотки якоря, и системы контактных щеток, укрепленных на щеткодержателях, закрепленных на продольной итанге, при этом на валу ротора устг Мовле1-1 подшипник качения, на вне h;ee :;олы,о г оторого насажена обойма кест:со связанная с упомянутой про...лльной штангой, а в подшипниковом ге выполнено отверстие, через кото рос проходит продольная штанга. Нг: фиг. 1 представлен двигатель, на фиг. 2 - статор элекгродвигателя с якорными обмотками и обмотками возбуждения; на фиг. 3 :),пе; тромеханический коллектор. Электрический двигатель постоян:-:о-г; тока содержит статор, выполненный в виде феоромагнитного магнитопровода 1 прямоугольного сечения, ::ре.г(стазляющего собой такой отрезок :ч:..:;-;-:-озОЙ ЛИНИИ. ВДОЛЬ КОТОРОГО МОЖНО VJ4; ;; Tb (2п + 1 )Спол с.ных делений, Г:С Г 2, 3, , . . ., а ь - полюсное деление, таким образом, что два край i-:;-ix участка магнитопровода длиной, 2 - каждый, заняты якорной обмоткой 2, которая (фиг. 2) представлена в виде секционных сторон, подключенных к пластинам 3-8 линейного электромеханического коллектора Коммутация якорной обмотки осущестзляс.тся с помощью контактных щеток 9 и 10. На среднем участке статора выполнен паз 1 1 длиной (2k + 1) t , где К -- О, 1, 2, 3r-tB который уложена обмотка 12. возбуждения, питание которой осуществляется от сети постоянного тока. Для выполнения обмоток якоря из общих секций необходимо, чтобы против каждого паза 13 одного участка находился аналогичный паз 1 противоположного участка и токи в проводниках обмотки якоря, уложенных В этих пазах, совпадали по направлению. Для этого, как показано на фиг. 2, требуется, чтобы первая и вторая части магнитопровода, отводимые на обмотку якоря, и участок, предназначенный для намотки обмотки возбуждения, располагались только на одном шаге винтовой линии статора, т. е. на 360. Ротор двигателя (фиг. 1) выполнен из ферромагнитного материала и представляет собой цилиндр 1, на котором размещены по винтовой линии с шагом, равным шагу винтовой линии магнитопровода статора, винтовые выступы 15. Длина каждого выступа вдоль винтовой пинии равна ,a расстояние между ними, измеренное также вдоль линии равно (2- oiyi)f- где ,коэффициент полюсной дуги. На торцовой части вала двигателя с помощью винта 16 крепится подшипник 17, а дистанцион-ные шайбы 18 обеспечивают Надежность его вращения. На подшипник насажена обойма 19, с помощью которой вал двигателя механически связан с щеткодержателем электромеханического коллектора. Линейный электромеханический коллектор (фиг. З) состоит из электропроводных коллекторных пластин 3-8, повторяющихся циклически целое число раз (ниже приведен расчет количества пластин), двух контактных полос 20, к которым подводится постоянное напряжение и, снимаемое контактными щетками 21 и 22. С щеток 21 и 22 напряжение подается на якорную обмтку через коммутационные щетки 9 и 10. Ширину Ьк и длину 8к щеток выбирают в зависимости от максимальной токовой нагрузки якорной цепи. Этим же параметром определяется количество коммутационных щеток, коммутируюи(их секции якорной обмотки так (на фиг. 3 количество щеток равно двум чтобы плотность тока в щеточном контакте составляла (10-12) А/смЗ (для щеток, изготовленных из разных мате-, риалов, она колеблется и иногда достигает 20 А/смЗ. Контактные и коммутационные щетки связаны соответственно проводниками 23 и 2 электрически, а жесткой монтажной пластиной - механически (не попоказана), Гнезда для крепления щеткодержателей на этой пластине изолированы от корпуса. Сама пластина может быть выполнена, например, в виде пряделены размерами электромеханического коллектора, а толщина рассчитана в сосоответствии с заданной жесткостью конструкции.

Изоляционные прокладки 25 разделяют коллекторные пластины, а прокладки 2б - контактные полосы 20.

Составные элементы линейного коллектора объединяются общим корпусом из изоляционного материала. Осевая длины коллектора 1ц h, где 1у0дд,- величина заданного осебого перемещения подвижного элемента, h шаг винтовой резьбы..

Общее число коллекторных пластин, при условии что обмотка якоря занимает полную окружность, равно

п к т h

где Z - число пазов якорной обмотки. Действительное число коллекторных пластин, так как якорная обмотка занимает дугу, равную Е° определяют

из1-1,

и -I 7 Ь0° -ходо 360

2l 71

Тогда коллекторное деление равно

L

t ,

п к

На фиг. 1, где показано конструктивное объединение коллекторного узла с валом двигателя и расположение коллектора в двигателе, штанга 27 жестко связана с одной стороны с обоймой 19, а с другой - с монтажной пластиной 28, описанной выше. На последней размещены щетки 9 и 10, укрепленные в щеткодержателях 29. Подшипник 17, обойма 19, штанга 27 и опора 30 являются узлом механического преобразования вращательно-поступательного перемещения ротора Т в прямолинейное перемещение щеток 9 и 10 и 21 и 22 по коллектору, обеспечивая надежность токосъема питающего напряжения с контактных полос.и токораспределение по обмотке через . коллекторные пластины.

Двигатель работает следующим образом.

Напряжение питания подач на якорную обмотку через контактные полосы 20, щетки 21 и 22 и 9 и 10, а на

но от сети постоянного тока, при этом подвижный элемент машины перем щается винтообразно согласно закону Био-Савара-Лапласа. Благодаря механической связи штанги 27 с обоймой 19у свободно вращающейся на подшипнике 17, щетки не имеют радиальной составляющей скорости двигателя, а перемещаются только аксиально, обеспечивая заданный закон коммутации якорной обмотки. .

Такое конструктивное решение полностью устраняет из коллекторного узла полупроводниковые элементы и значительно упрощает систему управления двигателем.

Формула изобретения

Электрический двигатель постоянного тока, содержащий корпус, подшипниковый щит, винтообразный статор, 5 несущий состоящую из секций обмотку якоря и обмотку возбуждения, ферромагнитный ротор с винтообразными выступами, жестко связанный с валом, и коммутирующий узел, подающий питание от внешней сети к секциям якорной обмотки, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, коммутирующий узел выполнен в виде плоского линейного электрЬмеханичес- кого коллектора, состоящего из трех параллельных продольному ходу участков, два из которых представляют-собой сплошные контактные полосы, подключенные к внешней питающей сети, а третий выполнен в виде плоских коллекторных пластин, подключенных к |Секциям обмотки якоря, и системы контактных щеток, укрепленных на щеткодержателях, закрепленных на продольной штанге, при этом на валу ротора установлен подшипник качения, на внешнее кольцо которого насажена обойма, жестко связанная с упомянутой продольной штангой, а в подшипниковом щите выполнено отверстие, через которое проходит продольная штанга.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. Н 02 К А1/02, 19/8.