Электродвигатель постоянного тока

(щ 928554 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИяК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(54) ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Изобретение относится к электротехнике и может быть использованов электроприводах, которые требуют получить совмещенное перемещение подвижного элемента в осевом направ 5 лении с вращательным движением вокруг продольной оси. Такие двигатели можно использовать для достижения плавного регулирования скорости винтового движения в широком диапазоне и необходимости получения точного останова рабочего органа. Одной,из важных областей применения вышеуказанных двигателей является электро- привод промышленных роботов и манипуляторов, где требуется совмещение поступательного и вращательного движений и достижения точного позиционирования.Известен электродвигатель постоянного тока с винтообразным статором, состоящим из двух магнитопроводов размещенных по двухзаходной винтовой линии и ферромагнитный ротор, имеющий выступы, размещенные по винтовой линии, Иагнитопроводы статора имеют участки с продольными пазами, в которых уложены якорные обмотки, и участок, занимаемый обмоткой возбуждения 111.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.Оель изобретения - уменьшение затрат на изготовление двигателя.Поставленная цели достигается тем, что в электрическом двигателе постоянного тока с винтообразным магнитопроводом статора коммутатор92855содержит контактные кольца и коллекторные пластины, укрепленные на статоре, втулку, связанную с валом шлицевым соединением, закрепленные навтулке две системы щеток, транзисторы и контактные переключатели,причем одна система щеток подключенак контактным кольцам, а другая кколлекторным пластинам, из. которыхп 2 пластин подключены к якорной обмотке, а на втулке на участке занимаемом остальными(К-п 2) пластинамиукреплен выступ, взаимодействующийс упомянутыми контактными переключателями, число которых равно числущеток, подключенных к коллекторнымпластинам,где Е - число пазов, занимаемых якорной обмоткой;л - 1,2 у 3К - общее число коллекторныхпластин,На фиг, 1 представлен электродви-атель постоянного тока, общий вид;на фиг, 2 - винтообразный магнито 25провод статора; на Фиг. 3 - Ферромагнитный магнитопровод ротора; наФиг, 4 - электрическая схема коллектора с тремя контактными кольцами;на Фиг. 5 - то же, содержащего дваконтактных кольца; на фиг. 611(с 1, б, 8 и.1,) - коллекторный узелэлектродвигателя при различных положениях ротора; на Фиг,7 - принципиальная схема одного блока щеток,обеспечивающих питание якорной обмотки;на фиг. 8 - электродвигательсо стороны коммутатора, вид сбоку,Электродвигатель постоянного токасодержит винтообразный магнитопро 40вод статора 1, вдоль винтовой линиикоторого можно уложить (Ъп) гдев =2,3,4 полюсных делений двигателя, таким образом, цто два крайнихучастка магнитопровода длиной, кратЭ 45ной двум полюсным делениям С каждыи,заняты обмоткой якоря, а на среднемучастке 2 длиной в (2 К+1), гдеК = 0,1,2,3 полюсных делений уложена обмотка возбуждения.целью выполнения обмоток якоря 50из общих секций для обоих участковмагнитопровода, кратным двум полюсным делениям, необходимо, чтобы против каждого паза 3 одного участканаходился аналогичный паз 3 противоположного участка и токи в проводниках обмотки якоря, уложенных в этихпазах совпадали по направлению. Для 4этого (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, то есть на 360Ротор двига еля выполнен из Ферромагнитного материала фиг 3) и представляет собой цилиндр 4, на котором размещены по винтовой линии с шагом, равным шагу магнитопровода статора, винтовые выступы 5. Длина каждого выступа вдоль винтовой линии равна полюсному делению 7, а расстояние между ними измеряемое также вдоль винтовой линии, равно полюсному делению Г . Высота выступов вы-, полнена равной (10-15) У, где У односторонний воздушный зазор двигателя. Углубление б 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,4 и 5. В шести пазах, располагающихся на двух полюсных делениях размещены проводники 7-12 верхнего слоя обмотки и йунктиром обознацены проводники ее нижнего слоя. Для нормального функционирования обмотки требуется шесть коллекторных пластин 13-18, каждая из которых занимает коллекторное деление, равное Д, = й)1 у 1 р2 6где 11 - коллекторное деление;Й. - угол между соседними пазамиякорной обмотки;используемая длина дугибарабанного коллектора;2. - число пазов, занимаемыхякорной обмоткой.Таким образом, используемая длина дуги барабанного коллектора составляет 8, в то время, как полная длина его дуги, равна 360Предположим, что 1:ь; Р =Я где 3 - длина винтовои линии, используемая под обмотку возбуждения;1 д - отрезок винтовой линии, используемый под обмоткуякоря,то используемая длина дуги коллектора составляет 240 из полной длины5 9285его окружности и 360 . Полное числоколлекторных пластин определяетсякак 54 6 потенциал от щетки 39 поступит набазу транзистора 29, что откроетегЬ и обеспечит протекание тока отконтактного кольца 34 к щетке 24через якорную обмотку. Когда данныйузел сделает один полный оборот, топереключатель 33 замкнет клеммы 43и 44, цто обеспечит подачу положительного потенциала на базу транзи:- тора 30, а соответственно и протекание токов от кольца 35 к щетке24, при этом база транзистора 29обесточена и он закрыт.На вышеуказанном примере показано, как меняется потенциал каждойщетки, проходящей через участокзамыкаемый пластинами 19-21, Необходимость смены потенциала вытекаетиз принципа работы данного коллекторного узла и якорной обмотки.Вместо указанной схемы управлениявозможно применение,датчиков положения, но это усложняет конструкциюколлекторного узла и соответственноувеличивает его стоимость.Двигатель работает следующим образом,На Фиг, 6 (а,б, Ь и 1. ) показанпринцип работы коллекторного узлаи якорной обмотки при различных положениях ротора. Для меньшего загромождения чертежа не показано устройство для управления транзисторами,рассмотренное на фиг.7. На фиг,6, ащетка 22 подключается к положительному потенциалу питающей сети черезоткрытый транзистор 25 (транзистор26 закрыт), а щетки 23 к отрицательному потенциалу сети через открытыйтранзистор 28 (транзистор 27 закрыт).Одновременно щетка 24 обесточиваетсяподачей управляющего сигнала от схе-.мы управления, при этом транзисторы29 и 30 закрываются.На Фиг. 6,б для щеток 23 и 22 сохраняется подключение, показанное вположении а,а щетка 24 подключаетсяподачей управляющего сигнала к отрицательному потенциалу питающей сетипутем открывания транзистора 30. Этообусловлено необходимостью подачиотрицательного потенциала на коллекторную пластину 13 для обеспечениянормальной коммутациии секций.В положении 6 щетки 24 и 22 подключаются к питающей, сети в соответ-.ствии с положением о, а на щетку23 подается положительный потенциалчерез открывшийся транзистор 27.Сиг 360 Е 360 6 р о;тю Тогда, исходя из того, что на(К-Е) коллекторных пластинах производится изменение полярности щетки на противоположную, количество таких пластин равноК=9-6=3 где К - полное цисло коллекторных 15пластин;- Е - число пластин, подключенныхк якорной обмотке;8 - отрезок винтовой линии,используемый под якорнуюобмотку.Участок дуги коллектора, занимаемый коллекторными пластинами 19-21,дополняет его окружность до полной .длины и фактически соответствует длине дуги, занимаемой обмоткой возбуждения, т. е. ,Щетки 22-24 питаемые через тран. -зисторы 25-30 обеспечивают нормальное питание секций якорной обмотки. зоРабота транзисторов в требуемойпоследовательности обеспечивается спомощью переключателей 31-33, черезкоторые подается сигнал на базутранзисторов.На фиг. 7 (для пояснения работыкоммутатора показана принципиальная схема одного блока щеток обеспечивающих питание якорной обмотки.Здесь коллекторные пластины 19,20,21,13,14 и 15,контактные кольца бсновного потенциала 34 и 35 и контактноекольцо 36, обеспечивающее подачусигнала на базу транзисторов, располагаются на корпусе 37 коллектора,Щетки 38 предназначены для токосъема электрического потенциала, ащетка 39 - для питания базы транзисторов. Выступ 40 служит для включения переключателя 33 на одну, либо50.другую пару контактов, что соответствует подаче управляющего сигнала.на базу транзистора 29 или 3 О.Допустим, цто необходимо подать нащетку 24 .положительный потенциал,тогда выключатель 33 устанавливается.так, чтобы проходя под выступом 40его подвижный контакт замкнет двенижних клеммы 41 и 42, положительный25 нал на управление транзистором 27поступает со схемы управления. Полярность щетки 23 обусловлена необходимостью подачи положительного потенциала на коллекторную пластину 13, 5что обеспечивает нормальную коммутацию секций обмотки якоря.В положении ъ для щеток 23,24сохраняется подключение, показанноедля положения 9 а щетка 22 под- включается .подачей управляющего сигнала к отрицательному потенциалу питающей сети путем открытия транзистора26 (транзистор 25 закрыт), В дальнейшем коммутация секций продолжается аналогично.Исследование коммутации нз схемах обмоток при различной длине дуги, занимаемой якорной обмоткой иразличном 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 обеспечения нормального питания секцииякорной обмотки и собирается на кор- зопусе электродвигателя. Коллек 1 орныепластины 13-21 неподвижно укрепленына корпусе. Щетки жестко укрепленыс помощью рычагов Й 5 на вращающейсявтулке 46. При вращении ротора электродвигателя втулка вращается во круг оси, а в осевом направлении.скользит по углублению 6, оставаясьна месте под действием выступов 47,формула изобретенияЭлектродвигатель постоянного тока,содержащий винтообразный магнитопровод статора с обмоткой возбуждения и уложенной в пазы якорной обмоткой, ферромагнитный ротор с выступами, размещенными по винтовойлинии и коммутатор, о т л и ч а ющ и й с я 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 навтулке две системы щеток, транзисторы и контактные переключатели,причем одна система щеток подключенак контактным кольцам, а другая кколлекторным пластинам, из которыхпЕ пластин подключены к якорной обмотке, а на втулке на участке, занимаемом остальными (К-п 2) пластинамиукреплен выступ, взаимодействующийс упомянутыми контактными переключателями, число которых равно числущеток, подключенных к коллекторнымпластинам, где 2 - число пазов, занимаемых якорной обмоткой, и = 1,2,3, и К - общее число коллекторныхпластин.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2579545/07,Н 02 К 41/02, 19782. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 575355 Л 7Н 02 К 41/02, 1978С. Щомак з 3277/71ВНИИ 5 03 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна Тираж 719И Государственного ком делам изобретений и о Москва, Ж, Раушская Оодписноеитета СССРткрытий