МОМЕНТНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТОРЦЕВОГО ТИПА

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к вентильным магнитоэлектрическим моментным двигателям, предназначенным для работы в электромеханических и автоматических системах управления.
Известен электродвигатель с постоянными магнитами, содержащий два ротора, между которыми установлен магнитопроводящий статор, выполненный в виде гладкого кольца и снабженный секционной обмоткой управления, секции которой расположены вплотную друг к другу. Роторы электродвигателя выполнены в виде магнитопроводящих ступенчатых колец с расположенными на них постоянными магнитами и соединены друг с другом [Свидетельство на полезную модель №20995 U1, H02К 26/00, опубл. 10.12.2001, Бюл. №34].
Этот электродвигатель не предназначен для работы на механически независимые валы, так как его роторы соединены между собой и насажены на общий вал.
Известен вентильный электродвигатель, предназначенный для работы в электроприводе с обратной связью по частоте вращения и снабженный тахогенератором [патент СССР №1419531 А3, Н02К 29/08, опубл. 23.08.1988, описание с.2, 3]. Двигатель имеет дисковый ротор, в корпусе которого утоплены восемь постоянных магнитов в форме кольцевого сегмента. Статор двигателя состоит из двух половинок, симметрично расположенных с каждой стороны дискообразного ротора. Якорь состоит из кольцевых магнитопроводов и обмоток, расположенных напротив ротора. Двигатель и тахогенератор конструктивно совмещены с датчиком положения ротора и расположены на одном валу.
Такая конструкция электродвигателя также не предназначена для работы на механически независимые валы.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности является моментный двигатель торцевого исполнения с зубцово-пазовой зоной и кольцевой обмоткой на статоре [Столов Л.И., Афанасьев А.Ю., Моментные двигатели постоянного тока, М, Энергоатомиздат, 1989, с.87, рис 4.19]. В данном источнике приведен чертеж машины, которая содержит два статора с витыми тороидальными сердечниками, между которыми вращается ротор дискового типа с постоянными магнитами чередующейся полярности с осевой намагниченностью. На тороидальных магнитопроводах статоров закреплены кольцевые статорные обмотки.
Приведенная конструктивная схема, имеющая два разнесенных по длине машины статора, увеличивает жесткость всей конструкции. Однако однодисковый ротор не позволяет получить разнонаправленное вращение вала, необходимое, например, при управлении транспортным роботом. Кроме того, в этой машине внешние торцевые стороны обмоток статоров охлаждаются менее интенсивно, чем внутренние, что приводит к местным перегревам.
Задачей создания полезной модели явилась разработка моментного вентильного электродвигателя торцевого типа, способного обеспечивать разнонаправленное вращение вала и имеющего улучшенные тепловые характеристики.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей двигателя, в увеличении удельного момента машины, приходящегося на единицу массы, а также в уменьшении теплового сопротивления статора, что способствует увеличению момента при допустимом перегреве машины, определяемом классом изоляции статорной обмотки.
Для достижения такого результата в моментом вентильном двигателе торцевого типа, содержащем два статора с тороидальными
магнитопроводами и кольцевыми обмотками и ротор дискового типа с постоянными магнитами чередующейся полярности и осевой намагниченностью. Упомянутый ротор выполнен из двух дисков, соосно расположенных и жестко не связанных между собой, при этом диски ротора с размещенными на них магнитопроводами и постоянными магнитами охватывают через рабочие торцевые зазоры наружные поверхности обоих статоров и жестко соединены с рабочими валами, выполненными полыми.
Полезная модель поясняется примером выполнения, где:
на фиг.1 представлен продольный разрез двигателя и
на фиг.2 представлен поперечный разрез двигателя.
Предлагаемый двигатель содержит:
1 - немагнитный корпус;
2 - кольцевая обмотка;
3 - тороидальный магнитопровод статора;
4 - центральная немагнитная перемычка;
5 - немагнитный щит;
6 - немагнитный обод диска ротора;
7 - магнитопровод ротора;
8 - постоянный магнит;
9 - рабочий вал;
10 - регулировочная шайба;
11 - регулировочное кольцо;
12 - упорная крышка;
13 - неподвижная ось;
14 - шпонка.
На центральную немагнитную перемычку двутаврового сечения 4 устанавливается и фиксируется левый тороидальный магнитопровод статора 3 с предварительно намотанной в его пазах кольцевой обмоткой 2. Аналогично устанавливается правый тороидальный магнитопровод
статора 3 с правой кольцевой обмоткой 2 и фиксируется в центральной немагнитной перемычке 4 в требуемом положении относительно левого статора. Собранные статоры на центральной перемычке 4 устанавливаются и фиксируются в немагнитном корпусе 1. Затем насаживается на центральную перемычку 4 немагнитная неподвижная ось 13 со шпонкой 14. Устанавливается на ось 13 левая регулировочная шайба 40, левое регулировочное кольцо 11, левый немагнитный обод диска ротора 6 с предварительно жестко установленными на нем магнитопроводом 7 и постоянными магнитами 8. Далее устанавливается на левый конец неподвижного вала 13 подшипник и упорная крышка 12, после чего заводится на подшипник левый полый рабочий вал 9 и фиксируется с левым немагнитным ободом диска ротора 6. Аналогичные операции осуществляются на правом конце неподвижного вала 13. Затем проверяется величина левого и правого торцевых рабочих зазоров и правильность расположения постоянных магнитов 8 левого и правого дисков ротора относительно друг друга и кольцевых обмоток 2 обоих статоров. После этого закрепляются на корпусе 1 левый и правый немагнитные щиты 5.
Постоянный магнит 8 левого диска ротора 6 (фиг.1, 2) создает осевой рабочий магнитный поток, который проходит через рабочий торцевой зазор и через зубцовую зону левого статора попадает в тороидальный магнитопровод 3 левого статора и, проходя вдоль него через зубец и второй рабочий зазор, попадает на постоянный магнит 8 противоположной полярности того же (левого) диска ротора 6 и замыкается по магнитопроводу 7 ротора на исходный постоянный магнит 8. Путь рабочего магнитного потока правого диска ротора аналогичен (фиг.1, 2). Пропускаемый по кольцевым обмоткам 2 статоров ток создает электромагнитные моменты левого и правого дисков ротора, которые могут совпадать или отличаться как по величине, так и по направлению. Это приводит к тому, что выходные полые валы двигателя, независимые один от другого, будут вращаться с требуемой частотой. Для работы в режиме
вентильного двигателя необходимо иметь два датчика положения ротора, контролирующих положения правого и левого дисков ротора.
При настройке двигателя с целью получения идентичных рабочих характеристик возможно взаимное перемещение левого и правого статоров и их фиксация относительно несущей центральной перемычки двутаврового течения. Для настройки торцевых зазоров необходимо согласовать размеры регулировочных колец с допусками на линейные размеры остальных сопрягаемых деталей.
Наличие двух дисков ротора, вращающихся независимо и встречно друг относительно друга, приводит к улучшению теплового состояния двигателя.
Сближение статоров увеличивает их совместную жесткость и возможность реализации двигателя при большом наружном диаметре. Этому также способствует введение общей немагнитной несущей втулки двутаврового сечения. Кроме того, введение немагнитной несущей втулки резко уменьшает тепловое сопротивление статора, что способствует увеличению момента при допустимом перегреве машины, определяемом классом изоляции обмотки. Уменьшение толщины дисков ротора в два раза приводит к улучшенной балансировке их на валу при меньших технологических зазорах. Отсутствие жесткой связи между дисками ротора и выходными валами правого и левого диска позволяет использовать двигатель в различных скоростных режимах как по величине, так и по направлению вращения, что значительно упрощает кинематику привода и его систему управления (роботы, манипуляторы, формирователи передающие и др.). Все это в совокупности позволяет по сравнению с аналогами и прототипом реализовать двигатель с лучшими рабочими характеристиками - с большим удельным моментом и с расширенными функциональными возможностями.