Электрический двигатель

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихреспублик и 983928(22) Заявлено 150181 (21) 3236019/24-07 И 1 М. Кл.з Н 02.К 41/035 с присоединением заявки Мо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторыизобретен В.Т. Беликов, В.Г. Челак, А.Д. Ивлев, В.Ди Л.В. Скубий 1) Заявитель 4) ЭЛЕКТРИЧЕСКИИ ДВИГАТЕЛЬ ор совербо линей дводе рольное, л1.ого техограничеподвижно коп атраздельном то о шает либо вращ е ное перемещениеНедостатком э решения является чина перемещения ического ная велио элеменс м 15 иИзобретение относится к электро- машиностроению и может быть использовано в приводах, где требуется каковместно осевое и вращательное переещение подвижного элемента, так и реализация движения этого вида при необходимости плавно регулировать скорости перемещения в широком диапазоне и осуществлять точный останов рабочего органа. Одной из важнейших областей возможного применения предлагаемого озобретения является электропривод металлообрабатывакщих станков, промышленных роботов и манипуляторовИзвестен электрический двигатель, дающий возможность получить винтовое, либо раздельное перемещение подвижного элемента за счет особой конструкции статора и ротора двигателя, В этом двигателе.индуктор состоит из двух частей:. одна из них выполняется с кусочко-кольцевыми зубцами, а другая - в виде статора обычного асинхронного двигателя. Ротор двигателя имеет винтовую и продольную зубчатую нарезки. При одновременной передаче питания на обмотки линейной и поворотной части якорь совершает сложное линейно-поворотное движение, а при та.Наиболее близким к изобретениюявляется электрический двигатель, содержащий магнитопровод статора, несущий обмотки вращательного и поступательного перемещения, установленные одна за другой в аксиальном направлении, и ферромагнитный ротор(2 .-Недостатками этого двигателя яв-.ляются ограниченная величина переме"щения подвижного элемента (ротора),сложность обеспечения широкого диапазона регулирования скорости, что обусловлено органическими свойствамиэлектрических машин переменного тока, технологические сложности, возникающие при изготовлении ротора, 25 что связано с необходимостью изготовления на нем двух видов нарезок - внтовой и продольной.Цель изобретения - упрощение конструкции и расширение функциональныа 30 возможностей.Эта цель достигается тем, что электрический двигатель снабжен цилиндрическим электромеханическим коллектором и линейным электромеханическим коллектором, между обмотками вращательного и поступательного перемеще ния выполнен. кольцевой паз, в котором размещена обмотка возбуждения, а ротор имеет Ферромагнитные выступы, размещенные в осевом направлении на расстоянии 8/2 и имеющие длину в 10 этом направлении, равную 8/2, при этом ширина выступов, измеряемая по внешней окружности равна с Г и расстояние между ними в направлении вращения равно ( 2 -с( )с )5 где 1," - расчетная длина статора, занимаемая как обмоткой вращательного перемещения, так и обмоткой поступательного перемещения;20Г- полюсное деление обмотки,обеспечивающей вращательноеперемещение;С. - коэффициент полюсной дуги.На Фиг, 1 изображен двигатель, общий вид; на фиг. 2 - магнитопровод ротора с кольцевыми выступами, форми" рующими магнитное поле; на Фиг. 3 схема якорной обмотки вращательной части; на фиг. 4 - схема якорной обмотки линейной части; на фиг. 5 - коллекторный узел двигателя; на Фиг.б схема шлицевой муфты.Магнитопровод статора предлагаемого двигателя состоит из двух частей 1 и 2, обеспечивающих соответственно 35 вращение и осевое перемещение ротора 3. Статор 1 активной длиной г, выполняется в виде цилиндрического магнитопровода, аналогично обычному статору асинхронной машины, в пазах кото рого размещается якорная обмотка 4 по типу якорных обмоток машин постоянного тока. Коммутация секции этой якорной обмотки может производиться, например, с помощью цилиндрического 45 коллектора (Фиг. 1), состоящего из коллекторных пластин 5, коммутирующих щеток б, токопсдводящих колец 7 и токосъемных щеток 8. Жесткое сочленение вала двигателя с коллектором вращательного перемещения обеспечивается тягой 9, Ста.тор 2, служащий для создания осевого перемещения подвижного элемента, состоит из ряда стальных колец 10, между которыми располагается кольцевая обмотка с секциями 11 (Фиг. 4) и коммутация которой обеспечивается, например, линейным электромеханическим коллектором, в свою очередь состоящим из контактных колец 12 (количество которых определяется необходимой длиной осевого перемещения ротора и величиной коллекторного деления), играющих. роль коллекторных пластин, коммутирующих щеток 13 и тяги 14, обеспечивающей ме ханическую связь коллектора линейного перемещения с валом машины.Обмотка 15 возбуждения создает общий для статора 1 и 2 магнитный поток возбуждения. Она выполняется в виде кольцевой обмотки и располагается в пазу 16 между статором 1 и 2. Основной магнитный поток фэ замыкается по корпусу 17 двигателя, черег магнитопроводы статоров линейного и вращательного перемещения и подвижный элемент (ротор) двигателя. Вал машины ееремещается на подшипниках 18 по нМ правляющим, вмонтированным в крышки 19 корпуса электродвигателя. Подвижный элемент (ротор) 3 (фиг. 2 ) машины выполнен из ферромагнитного материала и представляет из себя цилиндр, на котором размещены Ферромагнитные полюсообразующие выступы 20, располо" женные во внутренней расточке кольцевых поверхностей магнитопроводов статора 1 и 2, несущих якорные обмотки. Длина каждого из этих выступов вдоль продольной оси двигателя составляет половину активной длины статора 1 и 2 - 1/2, Наружная длина выступа в поперечном направлении составляетсГ где- д. - коэффициент расчетной полосной дуги. Ширина впадины 21 между выступами 20 равна (2 - о)"; . Расстояние между внутренними поверхностями выступов 20, измеренное вдоль двигателя равно Г/2, т.е. аксиальной длине выступа. Высота выступов обеспечивает максимальное сцепление с магнитным потоком возбуждения статора, для чего ее выполняют равной (15+20) СГ, где д - односторонний воздушный зазор,Представленная схема - развертка (фиг. 3) якорной обмотки обычной вращающийся машины постоянного тока используется для вращательной части предлагаемого двигателя и укладывает" ся в пазах магнитопровода статора 1 (фиг. 1). Показанная обмотка является, например, простой петлевой и выполнена на число пар полюсов равное двум (в общем случае число полюсов выбирается на этапе проектирования), Эта обмотка состоит из активных про водников секций соответственно верхнего и нижнего слоев, которые по известным схемам коммутации подключается к электромеханическому коллектору вращательного движения, а, в частнос-. ти к его коллекторным пластинам 5. Электромеханическая коммутация секцнй такой обмотки осуществляется с по- ф. мощью контактных щеток б (Фиг,1) . Ироцесс коммутации происходит, как и 1 обычной машине постоянного тока, а конструкция коллекторного узла показана на фиг. 5Упрощенная схема кольцевой якорной обмотки (фиг. 4) применяется для получения тягового усилия в продольном направлении. Обмотка состоит из кольцевых секций 11, каждая иэ которых имеет промаркированные концы: Н - начало) К - конец. По известной схеме, кольцевые секции обмотки подключаются к электромеханическому коллектору линейного перемещения, состоящему из коллекторных пластин (сплошных медных колец). 12 и коммутируются с помощью щеток 13 (фиг. 1). Представленная обмотка также выполнена (для при-, мера) на число пар полюсов, равное 10 двум.Схема коллекторного узла (фиг. 5) включает коллекторы линейного и вращательного движений. Линейный коллектор состоит из колец 12, коммутирую щих щеток 13, жестко укрепленных ыа кольце иэ электроизоляционного материала, которое с помощью тяги 14 жестко соединено с валом 3 двигателяДлина коллектора Ь предопределяется2 О величиной хода подвижного элемента и может быть определена, какЬ= ( + игде 1 - коллекторное деление;и - число кольцевых секций;0- величина хода.Последнее коллекторное кольцо показано оборванным н предположении воэможности необходимого удлинения линейного коллектора в соответствии с требующейся длиной хода. С этой целью кольца следующего цикла соответственно электрически соединяются с кольцами предыдущего цикла. Вращательный коллектор состоит из коммутирующих щеток б, токосъемочных щеток 8, жестко связанных с несущим кольцом, укрепленном на шлиценой втулке 22 с помощью тяги 9. Шлицевая втулка может скользить н осевом направлении по шлиценому валу 23, соединенному с валом двигателяДлина шлифованной части нала= "х +(вШ 45 где Ь - осевой размер втулки;- величина хода.Секции якорной обмотки вращательного движения подключаются к коллекторным пластинам 5. Питание к ним подводится токоподводящими кольцами 7.От осевого сдвига вращательную систему удерживает с одной стороны .кры-. шка 10 а с другой стороны - опорный выступ, который предусмотрен из-за наличия незначительного трения в шли цевой паре. Механический узел (фиг. б) состоит иэ шлииевой втулки 22 и шлицевого вала 23 и обеспечивает вращательное движение коллектора нраща тельного перемещения за счет зацепления шлицов втулки и вала при круговом движении. При осевом движении подвижнОго элемента двигателя коммутирующие щетки вращательного коллектора , 65 остаются на месте из-.эа наличия рабо" чего зазора между шлицом вала и впадиной втулки. На шлицевом налу имеются шлицы и впадины. Аналогичная структура выполняется на поверхности внутренней,втулки.Двигатель работает следующим образом.Пусть при возбужденной магнитной системе подали напряжение только на якорную обмотку линейной части и подвижный элемент (ротор) начал смещаться слева направо. Тогда щетки 13 придут в движение за счет жесткого соединения с тягой 14, валом машины и начнут коммутировать секции кольцевой обмотки для того, чтобы созда" ваемое усилие было однонаправленньм. Токоподвод к щеткам 13 осуществляется с помощью гибкого электрического соединения (не показан) с токосъемными щетками. При этом поворотная часть коллекторного узла останется на.месите из-за наличия шлицевого соедине ния между налом двигателя и коммутирующей системой. После обесточивания линейной системы подадим напряжение со щеток 8 на коммутирующие щетки б поворотной части, Вал двигателя придет во вращение, но так как линейная часть коллекторного узла выполнена из колец, то ее исходное состояние неизменно. Вращение обеспечено шли-. цовым зацеплением поворотной части и жестким соединением линейной части.Таким образом, работа одной поло" вины коллекторного узла не оказывает влияния на состояние другой его части.Силы, перемещающие ротор в линей" ном и вращательном направлениях, возникают н соответствии с законом ВиоСавара-Лапласа, и в зависимости от соотношения сил н указанных направлениях (при работе обеих систем) появляется возможность электрического управления величиной шага винтового перемещения подвижного элемента,Предлагаемая конструкция двигателя обеспечивает практически неограниченные (без учета механических особенностей) пределы перемещения подвижного элемента, позволяет в широких пределах регулировать скорость движения, увеличивать равномерность пере . мещения значительно упрощает конструкцию по сравнению с известной.формула изобретенияЭлектрический .двигатель, содержащий магнитопровод статора, несущий обмотки вращательного и поступательного перемещения, установленные одна за другой в аксиальном направлении, и ферромагнитный ротор, о т л и ч а 7 983928 8ю щ и й с я тем, ч,то, с целью упрощения конструкции, и расширения функциональных возможностей, двигатель снабжен цилиндрическим электромеханическим коллектором и линейным электромеханическим коллектором, между обмотками вращательного и поступательного перемещения выполнен кольцевой паз, в котором размещена обмотка возбуждения, а ротор имеет ферромагнитные выступы, размещенные в осевом направлении на расстоянии О/2 и име ющие длину в этом направлении, равную 1/2, при этом ширина выступов, измеряемая по внешней окружности, равна О.Т и расстояние между ними,в направлении вращения равно (2-с)где 1 - расчетная длина статора, занимаемая как обмоткой вращательного перемещения, так иобмоткой поступательного перемещения;- полюсное деление обмотки,обеспечивающей вращательноеперемещение;Источники информации,принятые во внимание при экспертизе10 1. Ивоботенко Б.А. и др. Путидостроения оптимальных шаговых электфоприводов поступательного действия.Труды МЭИ, вып. 220, 1975.2. Авторское свидетельство СССР15 по заявке Р 27,19101, кл. Н 02 К 41/02,1979.983928 Составитель С.ВенгржановскаяРедактор Н.Бобкова Техред З.Палий Коррект Заказ писное д. 4/5 пиал ППП Патентф, г. Ужгород, ул,Проектная,50/7 0 Тираж 721 ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений 113035, Москва, Ж, Р Пкомитета СССРи открытийушская наб.,