Устройство для передачи угловых перемещений с усилением вращающего момента Советский патент 1983 года по МПК H02K24/00 

Изобретение относится к электрическим машинам, работающим в качаетве усилителей вращающего момента и может быть применено в системах автоматики.

Известно устройство для усиления крутящего момента, содержащее сельсин-датчик и сельсин-приемник, работающие в трансформаторном режиме, усилитель сигнала сельсина-приемника, исполнительный двигатель и редуктор {1 .

Недостатком такого усилителя крутящего момента является его сложность.

Более близко к предлагаемому устройство угловых перемещений с усилением вращающего момента.

В этом устройстве статор соединен с основным ротором.через редуктор. Между поверхностью редуктора и расточкой статора установлен полый коротко замкнутый ротор..Ось МДС ротора смещается относительно оси МДС статора, возникает крутящий момент, .под воздействием которого полый короткоЗсьмкнутый ротор вращается в соответствующую сторону, поворачивая выходной вал с соответственно большим крутящим моментом 2. /

Вращающий момент на выходном валу создается асинхронньлм двигателем с полым ротором, с характерным для подобных двигателей низким КПД, обусловленным значительной величиной их немагнитного.зазора, что приводит к соответствующему снижению КПД-устрой- ства.

10

Кроме того, при отклонении ротора под воздействием крут-ящего момента на входном валу от исходного положения, в котором линии действия векторов магнитных потоков роторной

15 и статорнойобмоток совпадают, возникает крутящий момент, .направленный противоположно моменту на входном валу и обусловленный взаимодействием магнитного потока ротора как с маг20нитным потоком статора, так и с магнитными потоками.

Недостатком известного устройства является то,-что в немсоздается противодействующий крутящий момент, яв25 ляющийся дополнительной нагрузкой

на входном валу, увеличивающей затраты мощности на его вращение и снижает тем самым усиление по мощности устройства,и, при фиксированном пврв30 .латочном отношении между входным и выходным валами, усиление крутящего момента. Целью изобретения является повышение коэффициента усиления вращающего момента. Для достижения этой цели в устрой стае для передачи угловых перемещений с усилением вращающего момента, содержащем электродвигатель и электр механический преобразователь, послед ,ний выполнен в виде двух дросселей насыщения с цилиндрическими замкнутыми магнитными системами, в средней части которых выполнен кольцевой выступ, а на его внутренней поверхности выполнены две кольцевые канавки, а внутри каждого -выступа с зазором . размещены цилиндрические магнитопроводы, ширина которых равна ширине кольцевых выступов, а на внешней поверхности магнитопроводов выполнены две кольцевые канавки, размеры и рас положение которых по ширине магнитопроводов совпадают с размерами и расположением канавок на внутренней поверхности кольцевого выстуиа, причем ширина канавок больше ширины зубцов, образующих канавки, а цилиндрические магнитопроводы размещены на. валу с толкателем, расположенным в пазу магнитопроводов, установленных с возможностью перемещения и смещенных между собой вдоль вала в противоположные стороны относительно середины кольцевых выступов на ширину их зубцов, в магнитной системе каждого дросселя установлены направляющие, проходящие через пазы, выполненные на периферии цилиндрических магнитопроводов, установленных с-возможностью аксиального перемещения вдоль них совместно с валом, причем на концах вала установлены с возможностью поворота втулки, связанные с валом резьбовым соединением, а выходные обмотки дросселей .насыщения включены в цепь питания электродвигателя, выходной вал которого соединен с валом преобразователя. Кроме того, в качестве электродвигателя может быть взят двигатель лостоянвего тока с независимым возбуждением, устройство содержит два двухполупроводниковых выпрямителя, в плече каждого из которых включены выходные обмотки дросселей насыщения, причем у выпрямителей, соединены входы и разнополярные выходы, элект зодвига тель подключен к выходам выпрямительных мостов. Кроме того, электродвигатель может быть универсальным коллекторным, к одному зажиму якорной цепи которого подключено начало одной выходной обмотки одного дросселя, а к другому зажиму подключен конец другой выход. ной обмотки того же дросселя, одна выходная обмотка другого дросселя подключена к началам обмоток первого дросселя, а .другая - к их концам. Кроме того, на кольцевых выступах могут быть установле-ны постоянные магниты. Между валом электродвигателя и валом преобразователя может быть установлен редуктор. На фиг. 1 изображено устройство передачи вращающего момента, общий вид на фиг. 2 - электрическая схема, включения элементов устройства; на фиг.Зсхема включения с электродвигателем постоянного тока устройства с универсальным коллекторньм двигателем переменного тока. Устройство содержит (фиг. 1) соосно расположенные .магнитопроводы 1 двух идентичных дросселей насьпцения 2 и 3 с расположенными на их торцовых частях 4 выходными обмотками 5 и с кольцевыми выступами 6 в их средней части, на которых размещены обмотки насьпцения 7 с указанныг и на фиг, 1 направлениями протекания токов в них. Выходные обмотки 5, расположены на противоположных торцовых частях 4 каждого магнитопровода 1 по две на каждой торцовой части, что создает равные по модулю магнитные потоки, и включены так, что эти магнитные потоки совпадают по направлению в цилиндрической части магвитопроводов 1. По продольной оси устройства проходит вал управления S, приводимый во вращение через шлицевое соединение со шлицевой втулкой 9, жестко закрепленной на входном валу 10 и вращающейся в опоре 11. На другом конце вал управления 8 соединен посредством правовинтового резьбового соединения с резьбовой втулкой 12, жестко соединенной с валом 13 двигателя постоянного тока 14 с независимым возбуждением. На валу управления 8 расположены с возможностью проворачивания относительно него два идентичных цилиндрических магнитопровода 15 длиной/ равной ширине кольцевых выступов 6, служащие- для. коммутации магнитных потоков обмоток на- сыщения 7. Вал управления 8 имеет кольцевые толкатели 16, посредством которых через пазы 17 в цилиндрических магнитопроводах 15 последним сообщается поступательное движение по продольным направляющим 18, фиксирующим угловое положение цилиндрических магнитопроводов 15, проходя,. через отверстия в них, и закрепленным в торцовых частях 4 магнитопроводов 1. На кольцевых выступах 6 и на ди-. линдрических магиитопроводах 15 выполнены, канавки с шириной канавок и зубцов, равной ширине соответствующих элементов кольцевых выступов 6,

причем ширина канавок вдвое большая ширины зубцов.

Расположение кольцевых толкателей 16 на валу управления 8 и, соответственно, расположение цилиндрических магнитопроводов 15, таково/ что последние С мещены от Положения, в котором поперечные оси симметрии цилиндрических магнитопроводов 15 и соответствующих им кольцевых выступов 6 совпадают, на ширину зубцов в проти1вополо,жные сторона.

Якорная цепь двигателя постоянного тока 14 (фиг. 2) подсоединена к сети переменного тока через два параллельно и противоположно включенных выпрямителя на выпрямительных Ьлементах 19-26, и последовательно b выпрямительными элементами каждого рзвыпрямителей включены выходные обмотки 5 одного из дросселей насыщения 2 или- 3, обозначенные на электрической схеме 27-30. Полярность постоянного-напряжения выпрямителей 19-22 к 23-26 такова,: что якорь двигателя 14 вращается в ту же сторону/ что и входной вал 10.

При использовании универсального , коллекторного двигателя ,с независящим возбуждением,. питаемого переменным током, рабочие обмотки 27-28 дрос селя 2 включены (фиг. 3) последовательно с якорной цепью этого двигателя, а рабочие обмотки 31-32 дросселя 3 подключены своими выводами к началам и к концам рабочих обмоток 27-28 дросселя 2.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии магнитная проводимость зазора между цилиндрическими магнитопроводами 15 и соответствующими им кольцевыми выступа ми 6 мала, а следовательно, магнитный поток обмоток насыщения 7 Мал, индуктивное сопротивление выходных обмоток дросселей велико и напряжение на якоре двигателя 14 отсутствует i С поворотом входного вала 10 на некоторый угол в направлении, показанном на фиг. 1, вал управления 8, . вворачиваясь в резьбовую втулку 12 с правой резьбой, смещается в устройстве по фиг. 1 вправо, смещая вправо и цилиндрические магнитопроводы 15, что приводит к увеличению магнитной проводимости зазора между цилиндрическим магнитопроводом 15. и кольцевым выступом 6 дросселя 2, тогда как магнитная проводимость такого же зазора дросселя 3 уменьшается. Индуктивное сопротивление выходных обмоток 27-30 дросселя 2 уменьшается и на выходе выпрямителя 19-22 появляется постоянное напряжение. Поворот вала двигателя 14 приводит к повороту резьбоьой втулки 12 и соответствующему смещению (фиг. 1) влево вала управления 8 и связанных с ним цилиндрцческих магнитопроводов 15, что приводит к увеличению индуктивного сопрртиаления выходных обмоток дросселя .2 и к уменьшению напряжения на якоре двигателя- 14, которое становится равным нулю после поворота его вала на тот же угол, что и входной нал 10.

При повороте входного вала ГО в другую сторону устройство работает,

0 {аналогичным образом, с той разницей, что напря-жение на якорь даига1теля 14, имеющее в этом случае другую полярность, поступает через выходные об- .. мотки 31-34 да)осселя 3-й выпрямитель

5 23-26.

Повышение КПД усилителя крутяй его момента позволяет уменьшить потребляемую им из сети для создания той же мощности на выходном валу энер0 гию, приводя к ее экономии, и уменьшить нагрузку, а, следовательно, и габаритные размеры обмоток устройства. .

Отсутствие в данном устройстве

5 элемента, создающего противодействующий момент, обуславливает ряд его дополнительных достоинств, к которым прежде всего относятся повышение его КПД и быстродействия.

Кроме того, в процессе отработки

0

заданного угла поворота входного ва- , ла последний не возв ращается в исходное положение, что в ряде Случаев, в частности при усилении вращающего момента серводвигателей, является

5 дополнительным достоинством данного устройства.

Формула изобретения

40

1, Устройство для передачи угловых перемещений с усилением вргодающего момента, содержащее электродвигатель и электромеханический преобразователь, отличающееся тем, что, с целью повьвиения коэффициента усиления вращающего момента, электромеханический преобразователь выполнен в виде двух дросселей насыщения с цилиндрическими замкнутьми магнитными системами, в средней части которых выполнен кольцевой выступ, а на его внутренней поверхности выполнены две кольцевые канавки, внутри каждого выступа с зазором размещены цилиндрические магнитопроводы, ширина которых равна ширине кольцевых выступов, а на внешней поверхности магнитопроводов против поверхности кольцевых выступов выполнены две кольцевые канавки, размеры и расположение которых по ширине магнитопроводов совпащают с размерац ш и

расположением канавок на внутренней поверхности кольцевого выступа, причем ширина1канавок больше ширины зубцов, образующих канавки, а цилиндрические магнитопроводы размещены Hci валу с закрепленным на нем толкателем, расположенным в пазу магнитопро водов, установленных, с возможностью перемещения и смещенных между собой вдоль вала в противоположные стороны отнрсительно середины кольцевых выступов на ширину их зубцов, в маг итной системе каждого дросселя уста новлены направляющие, проходящие через пазы, выполненные на периферии цилиндрических магнитопроводов, уста новленных с возможностью аксиального перемещения вдоль них совместно с валом, причем на концах вала установлены с возможностью поворота втул ки, связанные с валом резьбовым соединением, а выходные обмотки дросселей насыщения включены в цепь питания электродвигателя, выходной вал которого соединен с валом преобразователя. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено двумя двухполупериодными выпрямителями, в плече каждого из которых включены выходные обмотки одного из дросселей насыщения, причем у выпрямителей соединены входы и разнополяр ные выходы, электродвигатель выполнен в виде электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением и подключен к выходам выпрямительных мостов. 3.Устройство по п. 1, отли ча.ющееся тем, что электродвигателем является универсальный коллекторный двигатель, причем к одному зажиму якорной цепи подключено начало одной выходной обмотки одного дросселя, а кдругому зажиму якорной цепи подключен конец другой выходной обмотки того же дросселя, одна выходная обмотка другого дросселя подключена к началам обмоток первого дросселя, а другая - к их концам. 4.Устройство по п. 1, отличающее с я -тем, что на кольцевых выступах магнитопроводов установлены постоянные магниты, 5.--Устройство по пп. 1-4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что вал преобразователя связан с электродвигателем через редуктор. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1/ Арлинский Е.В, и др. Электрические микромашины, М, Высшая школа , 1975, с. 181. 2. Авторское свидетельство СССР № 116161, кл. Н 02 К 24/00, 1957.

V

.