Cтраница 4
Подшипниковая система азимутальной оси представляет собой комбинацию упорного подшипника и предварительно нагруженного радиального подшипника. С каждой стороны угломестной оси имеется по два предварительно нагруженных подшипника. На каждой из указанных осей установлен моментный двигатель с тахометром, а угол поворота вала измеряется двадцатидвухразрядным цифровым датчиком типа индуктосин. Вал угломестной оси допускает благодаря специальному креплению подшипников юстировку перпендикулярности азимутальной оси. [46]
Единственным путем повышения чувствительности и поддержания собственной частоты является применение основного преобразователя большей чувствительности или переход к системе уравновешивания сил. Чувствительность такой системы на выходе относительно G является лишь функцией чувствительности моментного двигателя. В табл. 17 - 8 представлено несколько акселерометров. Устройства, создающие выходные величины на потенциометре, обладают относительно высоким порогом чувствительности, но также и высокой относительной чувствительностью. Применение преобразователей с проволочными датчиками или с дифференциальными трансформаторами улучшает порог чувствительности, но требует дополнительного усиления для повышения уровня выходного сигнала до приемлемого значения. Пьезоэлектрические акселерометры и акселерометры с проволочными датчиками относятся к тому же типу, что и приборы с пружиной и массой, но упругое сопротивление обеспечивается самим преобразовательным элементом и особой пружины не требует. [47]
В электрооборудовании различных устройств для плавного перемещения или поворота различных рабочих органов широко используются регулируемые и нерегулируемые по скорости вращения тихоходные асинхронные электродвигатели. Применение последних особенно желательно там, где требуется обеспечить уверенный пуск и регулирование скорости вращения ротора в широких пределах без применения специальных регулировочных устройств. Асинхронные индукторные двигатели обеспечивают большие пусковые моменты и хорошие динамические характеристики при весьма низких скоростях вращения и поэтому могут найти применение в различных позиционных следящих системах и в качестве моментных двигателей. [48]
На статоре двигателя располагаются две смещенные в пространстве на 90 обмотки - возбуждения и управления. Ротор двигателя для наибольшей электрической симметрии, необходимой для снижения остаточного момента, выполняется в виде полого немагнитного стакана или омедненного ферромагнитного цилиндра. Конструктивно двухфазный моментный двигатель выполняется без подшипниковых узлов, в виде двух раздельных частей: ротора, закрепляемого. Обмотка возбуждения постоянно находится под номинальным напряжением UfN, а на обмотку управления у подается управляющее напряжение, которое сдвинуто по фазе на некоторый угол т э по отношению к напряжению возбуждения. [50]
На рис. 5.6 показана одна из возможных схем жидкостного регулятора скольжения. В цепь ротора основного электродвигателя включен жидкостный реостат. Тяжелая траверса с подвижными электродами подвешена через блок вспомогательного двигателя ВАД и частично уравновешена противовесом. Двигатель ВАД работает с малой скоростью и поэтому получил название моментного двигателя. Он включен во вторичную обмотку трансформаторов тока статора основного электродвигателя. В случае увеличения нагрузки основного электродвигателя сила тока в первичной обмотке трансформаторов тока растет, отчего напряжение в их вторичной обмотке увеличивается и, следовательно, увеличиваются напряжение на зажимах двигателя ВАД и его момент. Подвижные контакты вместе с траверсой поднимаются, сопротивление в цепи ротора основного двигателя увеличивается, растет его скольжение, что позволяет использовать кинетическую энергию маховика. [52]
В некоторых случаях нагрузка реагирует на действующее значение полного напряжения выхода. Это имеет место, например, когда нагревательный элемент системы автоматического регулирования температуры ( питается от магнитного усилителя. В большинстве случаев подводимая к нагрузке электрическая мощность идет а создание механического момента, усилия или перемещения. Такими нагрузками являются элементы систем автоматического регулирования: электромагнитные муфты, электромагниты, моментные двигатели, двигателя постоянного и переменного токов, гидравлические клапаны с электрическим приводом, обмотки возбуждения генераторов и двигателей. Диапазон мощностей таких - элементов очень широк-от долей ватта до нескольких киловатт, К другим видам нагрузки относятся измерители перемещений, лампы накаливания с регулировкой яркости, управляющие обмотки более мощных магнитных усилителей. [53]
Последние вращаются непрерывно с постоянной скоростью. В установившемся режиме контакты, укрепленные на валу моментного двигателя, не касаются контактной звездочки и контактного кольца. Система регулирования в этом режиме разомкнута. При отклонении регулируемого напряжения от заданного значения нарушается равновесие измерительного элемента и ротор моментного двигателя поворачивается, увлекая за собой колодку с контактами. [54]
Чтобы двигатель не мог вызвать вращения передачи в обратном направлении, его применение ограничивается передачами с высоким передаточным числом, при котором он нагружается значительным моментом сил трения, особенно большим на быстроходных ступенях. При этом снимаются люфты только последних ступеней, что бывает вполне достаточным, так как на них находится основная часть общего люфта. Так как этот метод применяется только для передач с высоким передаточным числом, то добавочная нагрузка от моментного двигателя, приведенная к валу быстроходного двигателя, составляет весьма незначительную величину. [56]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Изобретение относится к области электротехники, в частности к моментным магнитоэлектрическим двигателям, и может быть использовано для создания момента в различных системах коррекции и программного разворота. Моментный двигатель содержит магнитную систему, состоящую из многополюсного постоянного магнита и магнитопровода, а также активный элемент в виде спирально намотанной электропроводящей ленты, покрытой слоем изоляционного материала. На боковых краях ленты поочередно с одного и другого края выполнены узкие поперечные вырезы. Эти вырезы на каждом витке намотки ленты находятся над и под аналогичными вырезами на нижележащем и вышележащем слоях. Эти вырезы создают на витом активном элементе боковые пазы, причем расстояние между смежными пазами соответствует полюсному делению магнита. К концам намотанной ленты подключен источник постоянного тока. Технический результат - расширение рабочего диапазона углов взаимного поворота ротора и статора моментного двигателя. 3 ил. 
Изобретение относится к электрическим двигателям, а именно к моментным магнитоэлектрическим двигателям, и может найти применение для создания момента в различных системах коррекции и программного разворота.
В приборных устройствах широко применяются системы коррекции, программного разворота, цепи силовых обратных связей, следящие системы. Исполнительными устройствами таких систем чаще всего являются электрические машины, называемые (в зависимости от их назначения) датчиками момента, двигателями стабилизации, двигателями отработки, моментными двигателями. Требования, предъявляемые к указанным устройствам, как правило, оказываются более жесткими, чем требования, предъявляемые к электрическим машинам общего назначения. Это приводит к необходимости разработки специальных конструкций исполнительных устройств приборов.
Известны наиболее распространенные типы моментных двигателей: асинхронные, электромагнитные, магнитоэлектрические и электродинамические [Авиационные моментные двигатели / Л.И.Столов, Б.Н.Зыков, А.Ю.Афанасьев, Ш.С.Галеев. - М.: Машиностроение. 1979. С.С.7-8, 15-16]. Конструктивные особенности моментных двигателей определяются принципами их работы. Асинхронный моментный двигатель функционирует за счет взаимодействия вращающегося магнитного поля, создаваемого статорной обмоткой, с наведенными этим полем токами в обмотке ротора. Электромагнитные моментные двигатели содержат ферромагнитный якорь, притягиваемый к сердечнику с обмоткой, по которой пропускается электрический ток. Электродинамический моментный двигатель в своем составе имеет обмотку управления, активные проводники которой находятся в постоянном магнитном поле, создаваемом электромагнитом; при протекании через обмотку управления постоянного тока создается момент, пропорциональный этому току.
Перечисленные типы моментных двигателей имеют свои преимущества и недостатки, к числу последних относится малая величина рабочего диапазона углов относительного разворота ротора и статора, в котором создается достаточная величина развиваемого момента.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому результату является магнитоэлектрический моментный двигатель, выбранный в качестве прототипа [Авиационные моментные двигатели / Л.И.Столов, Б.Н.Зыков, А.Ю.Афанасьев, Ш.С.Галеев. - М.: Машиностроение. 1979. С.14]. Конструктивно магнитоэлектрический моментный двигатель состоит из многополюсного постоянного магнита и статора-магнитопровода, а также обмотки управления, расположенной на немагнитной обойме. Активные проводники обмотки находятся в магнитном поле в зазоре между магнитом и магнитопроводом. При подаче в обмотку управления электрического тока моментный двигатель развивает момент, пропорциональный этому току и имеющий знак, зависящий от направления протекания тока. Для увеличения момента, развиваемого двигателем, постоянный магнит выполнен многополюсным. В зависимости от конструктивного исполнения прибора, в котором используется моментный двигатель, подвижным элементом может быть как магнитная система, включающая в себя постоянный магнит и внешний магнитопровод, так и обойма (немагнитный стакан) с расположенной на ней обмоткой. В последнем случае для передачи тока на подвижную обмотку в приборе предусматриваются специальные токоподводы.
Наряду с положительными качествами такого моментного двигателя (простота конструкции, пропорциональность развиваемого момента от тока), имеются и недостатки, в частности малый рабочий диапазон углов взаимного поворота магнита и обмотки, что характерно для случая использования многополюсного магнита. Рабочий диапазон определяется положением, когда активные проводники обмотки находятся в зоне действия магнитного потока полюсов магнита. При больших углах взаимного поворота проводники обмотки выходят из-под полюса и попадают в зону, где действуют магнитные потоки рассеяния и создаваемый момент резко уменьшается. Одним из приемов расширения рабочего диапазона углов работы моментного двигателя является увеличение длин дуг полюсов магнита. Однако такой прием имеет недостаток, заключающийся в том, что резко увеличивается масса магнитной системы и в итоге растет момент инерции подвижной части прибора, ухудшая динамические характеристики последнего.
Поставлена задача разработать моментный двигатель, обладающий достаточно большим рабочим диапазоном углов взаимного поворота обмотки и магнитной системы, не увеличивая его габариты.
Эта задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом моментный двигатель содержит первичный элемент, выполненный в виде многополюсного магнита и магнитопровода. Магнит и магнитопровод соединены диафрагмой из немагнитного материала. Согласно изобретению вторичный элемент, в отличие от обмотки двигателя-прототипа, выполнен в виде спирально намотанной электропроводящей ленты, покрытой слоем изоляционного материала. Намотка из электропроводящей ленты помещена в зазор между полюсами магнита и магнитопроводом. К концам ленты подключен источник постоянного тока. По боковым краям ленты поочередно с одного и другого края выполнены узкие поперечные вырезы. Расположение этих вырезов выполнено таким образом, что вырезы на каждом витке намотки ленты находятся над и под аналогичными вырезами на нижележащем и вышележащем слоях, образуя пазы во вторичном элементе (в намотке электропроводящей ленты). При этом расстояние между смежными пазами во вторичном элементе (намотке), полученными наложением участков ленты с вырезами, соответствует полюсному делению магнита.
Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2.
Многополюсный постоянный магнит 1 соединен с магнитопроводом 2 немагнитной диафрагмой 3 в единый узел - первичный элемент. В зазор между полюсами магнита и магнитопроводом помещается вторичный элемент 4, который представляет собой спирально намотанную ленту из электропроводящего материала, преимущественно немагнитного для исключения моментов тяжения при работе двигателя. Лента покрыта слоем изоляционного материала. На фиг.2 элемент крепления вторичного элемента (намотки) обозначен как 5. По боковым краям ленты имеются поперечные вырезы, которые при намотке образуют во вторичном элементе боковые пазы. Расстояние между центрами получившихся боковых пазов равно полюсному делению магнита. Если к началу и концу ленты подключить источник постоянного тока, то характер протекания тока определяется наличием в ленте поперечных вырезов. Поперечные составляющие этого тока, взаимодействуя с полем постоянного магнита, вызывают появление сил, создающих момент относительно оси вращения подвижного элемента моментного двигателя - магнитной системы или вторичного элемента (намотки ленты).
Работа предлагаемого моментного двигателя поясняется следующим образом. На фиг.3 представлен элемент ленты, из которой выполняется намотка вторичного элемента. Поперечные вырезы, выполненные на боковых сторонах ленты, заставляют ток J протекать по диагоналям участков ленты, лежащих между вырезами. При этом ток J имеет две компоненты: Jn - продольную, направленную вдоль ленты, и Jo - поперечную (осевую), направленную поперек ленты в направлении, совпадающем с осью вращения подвижной части моментного двигателя. Полюсы магнита на фиг.3 отображены прямоугольниками N и S. Предполагается, что полюсы находятся над плоскостью рисунка и силовые линии магнитного поля, создаваемого полюсом N, входят в плоскость рисунка, а силовые линии полюса S выходят из него. Взаимодействие компонент тока Jo с магнитным полем приводит к появлению сил F, действующих на магнит - источник магнитного поля. Суммарное действие этих сил приводит к появлению вращающего момента, который стремится повернуть магнитную систему относительно неподвижной намотки из ленты. Продольные составляющие тока Jn вызывают появление сил Р, которые действуют со стороны магнита на опоры его подвеса. В том случае, если магнит имеет одну пару полюсов, то эти силы создают момент, перпендикулярный оси вращения моментного двигателя, и вызывают радиальную нагрузку на опоры. Если число пар полюсов магнита больше одной, то силы в осевом направлении взаимно компенсируются и в радиальном направлении нагрузки на опоры не создают. Величина полезного момента, создаваемого силами F, будет тем больше, чем больше выполнено витков в намотке, так как под действием магнитного потока полюса будут находиться участки ленты с одним и тем же характером протекания тока.
Пример технической реализации изобретения поясняется фиг.2. Постоянный магнит 1 и магнитопровод 2 монтируют на немагнитной диафрагме 3, которую, в свою очередь, крепят к подвижной части прибора. Вторичный элемент-намотку 4 крепят на оправке 5, которую, в свою очередь, монтируют на неподвижном элементе прибора. Вторичный элемент (намотка) выполнен из тонкой ленты фольги, которую наматывают на тонкую трубчатую основу. На ленте, как минимум с одной стороны, нанесен слой изоляционного материала. Вырезы на боковых краях ленты могут быть выполнены в процессе ее намотки лучом лазера. Трубчатая основа для намотки выполнена из материала с высокой теплопроводностью, что позволит при повышенной плотности тока в ленте отводить тепло на корпус прибора. Предлагаемая технология выполнения вторичного элемента не ограничивает возможные варианты его изготовления.
Технический результат изобретения: расширение рабочего диапазона углов взаимного поворота ротора и статора моментного двигателя, при котором величина развиваемого момента достаточна для нормальной работы прибора.
Моментный двигатель, содержащий первичный элемент, выполненный в виде многополюсного магнита и магнитопровода, отличающийся тем, что вторичный элемент, находящийся в зазоре между полюсами магнита и магнитопроводом, выполнен в виде спирально намотанной электропроводящей ленты, покрытой слоем изоляционного материала, к концам которой подключен источник постоянного тока, а по боковым краям ленты поочередно с одного и другого края выполнены узкие поперечные вырезы, причем вырезы на каждом витке намотки ленты находятся над и под аналогичными вырезами на нижележащем и вышележащем слоях, причем расстояние между смежными пазами вторичного элемента, полученными наложением участков ленты с вырезами, соответствует полюсному делению магнита.
www.freepatent.ru
Количество просмотров публикации МОМЕНТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ - 178
В моментных двигателях ротор, развивая необходимый момент, поворачивается лишь на весьма малые углы, составляющие долю его оборота. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, двигатель работает практически с неподвижным ротором или, как говорят, в режиме короткого замыкания.
В качестве моментных бывают использованы двигатели различных типов как постоянного, так и переменного тока.
К примеру, у двигателя постоянного тока независимого возбуждения момент кроткого замыкания пропорционален приложенному напряжению. У асинхронного двигателя (трехфазного или двухфазного) момент определяется квадратом напряжения в цепи статора, причем в двухфазном двигателе достаточно регулировать ток в одной обмотке – обмотке управления и изменять момент за счёт внесения асимметрии.
Наиболее рационально использование двухфазного синхронного двигателя с возбуждением от постоянного магнита и питанием обмотки статора постоянным током (рис.5.11). Изменяя соотношение токов от I1=max, I2=0 до I1=0, I2=max, можно обеспечить поворот ротора в пределах 900. При I1=max положение ротора будет совпадать с осью обмотки 1, при I2=max – с осью обмотки 2. В этом режиме по сути дела мы имеем двигатель постоянного тока, работающий без коллектора в пределах одного полюсного деления. В этом случае коллектор не нужен, так как нет крайне важно сти в коммутации. Более того, коллектор крайне нежелателен, так как изменения сопротивления щеточного контакта приводит к нестабильности развиваемого момента и, как следствие, к колебаниям ротора около положения равновесия. В маломощных установках взамен синхронной машины можно применять поворотный трансформатор (без щеточного контакта). В случае если на обмотки статора подавать питание от дифференциального усилителя постоянного тока, а одну из обмоток ротора использовать в качестве обмотки возбуждения.
| |
Рис.5.11
При крайне важно сти поворота ротора на угол больше 900 уже требуется коммутатор. Размещено на реф.рфВ этом случае целесообразно применять вентильный двигатель, коммутируя обмотки посредством полупроводниковых приборов за счёт сигналов. Подаваемых от датчика положения оси ротора. Датчик должна быть построен на тех же принципах, сто и рассмотренные выше датчики вентильного двигателя. Можно также использовать поворотный трансформатор.
Моментный двигатель в отличие от обычных (вращающихся) двигателей представляет собой в первом приближении не интегрирующее звено, а пропорциональное. По этой причине при крайне важно сти иметь систему с астатизмом должны быть введены интегрирующие звенья. К пропорциональным звеньям следует также отнести и двигатели для микропремещений, рассмотренные в предыдущем параграфе.
Системы с моментными двигателями отличаются повышенным быстродействием. Так как двигатель не вращается, то его механическая энергия не оказывает влияния на динамику системы. Переходные процессы определяются в основном электромагнитной инерцией обмоток. Так как электромагнитная постоянная двигателя обычно существенно меньше электромеханической, то переходные процессы завершаются за боле короткие промежутки времени, чем при отработке перемещений.
В моментных двигателях ротор, развивая необходимый момент, поворачивается лишь на весьма малые углы, составляющие долю его оборота. Таким образом, двигатель работает практически с неподвижным ротором или, как говорят, в режиме короткого замыкания. В качестве... [читать подробнее].
В моментных двигателях ротор, развивая необходимый момент, поворачивается лишь на весьма малые углы, составляющие долю его оборота. Таким образом, двигатель работает практически с неподвижным ротором или, как говорят, в режиме короткого замыкания. В качестве моментных... [читать подробнее].
referatwork.ru
Изобретение относится к области электротехники, в частности к моментным электродинамическим двигателям, и может быть использовано для создания момента в различных системах корреляции и программного разворота. Указанный технический результат достигается следующим образом. Моментный двигатель содержит обмотку возбуждения, расположенную на магнитопроводе, смонтированном на подвижной части двигателя, и элементы электрической цепи управления, расположенные на его неподвижной части. Элементы цепи управления представляют собой пакет четного количества прямоугольных ферромагнитных электропроводящих пластин, поверхности которых разделены электроизоляционным материалом и параллельны поверхностям полюсов электромагнита. В двух диагонально расположенных вершинах углов пластин имеются контакты, которые на нечетных пластинах расположены на диагоналях одного направления, а на четных - на диагоналях другого направления. При этом каждая пластина соединена со смежными пластинами в последовательную электрическую цепь с помощью перемычек, причем последние расположены у тех граней пакета, по направлению к которым имеется возможность перемещения магнитопровода, а свободные контакты крайних пластин подсоединены к источнику питания цепи управления. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, - повышение момента, развиваемого двигателем. 3 ил.
Изобретение относится к электрическим двигателям, а именно к моментным электродинамическим двигателям, и может найти применение для создания момента в различных системах коррекции и программного разворота.
В приборных устройствах широко применяются системы коррекции, программного разворота, цепи силовых обратных связей, следящие системы. Исполнительными устройствами этих систем чаще всего являются электрические машины, называемые (в зависимости от их назначения) датчиками момента, двигателями стабилизации, двигателями отработки, моментными двигателями. Требования, предъявляемые к указанным устройствам, как правило, оказываются более жесткими, чем требования, предъявляемые к электрическим машинам общего назначения. Это приводит к необходимости разработки специальных конструкций исполнительных устройств приборов.
К наиболее распространенным типам моментных двигателей следует отнести асинхронные, электромагнитные, магнитоэлектрические и электродинамические [Авиационные моментные двигатели. Л.И.Столов, Б.Н.Зыков, А.Ю.Афанасьев, Ш.С.Галеев. - М.: Машиностроение. 1979. С.7-8, 15-16]. Конструктивные особенности моментных двигателей определяются принципами их работы. Асинхронный моментный двигатель функционирует за счет взаимодействия вращающегося магнитного поля, создаваемого статорной обмоткой, с наведенными этим полем токами в обмотке ротора. Электромагнитные моментные двигатели содержат ферромагнитный якорь, притягиваемый к сердечнику с обмоткой, по которой пропускается электрический ток. Магнитоэлектрический моментный двигатель в своем составе имеет обмотку, активные проводники которой находятся в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом; при протекании через обмотку постоянного тока создается момент, пропорциональный этому току.
Перечисленные типы моментных двигателей имеют свои преимущества и недостатки, к числу последних относится малая величина развиваемого момента.
Известен также электродинамический моментный двигатель, выбранный в качестве прототипа [Никитин Б.А., Шестов С.А., Матвеев В.А. Гироскопические системы, ч. III. Элементы гироскопических приборов. Под ред. Д.С.Пельпора. - М.: Высшая школа, 1972. С.410-412]. Конструктивно электродинамический моментный двигатель отличается от магнитоэлектрического тем, что вместо постоянного магнита используется электромагнит. Схемы электродинамических двигателей могут быть выполнены как с внешним, так и с внутренним электромагнитом. Подавая в обмотку электромагнита соответствующий ток, можно получить в рабочем воздушном зазоре значительно большие значения магнитной индукции по сравнению с конструкцией, использующей постоянный магнит. При этом возрастет и развиваемый двигателем момент. Обмотка электромагнита обычно подключается постоянно к сети и является обмоткой возбуждения двигателя; вторая подключается к цепи управления и называется обмоткой управления. Обмотка управления выполняется обмоточным проводом и по характеру расположения на магнитопроводе может быть как кольцевой, так и барабанной. Обмотки возбуждения и управления расположены на разных частях моментного двигателя - статоре и роторе, в зависимости от конструктивных особенностей конкретного двигателя. Однако увеличение индукции в воздушном зазоре с целью увеличения развиваемого момента ограничено допустимым положением рабочей точки на кривой намагничивания материала как сердечника электромагнита, так и материала магнитопровода, на котором расположена обмотка управления. Увеличение числа витков и тока в обмотке управления для создания большего развиваемого двигателем момента приведет к необходимости увеличения воздушного зазора, в котором размещены активные проводники упомянутой обмотки. Следствием увеличения воздушного зазора при неизменных параметрах цепи возбуждения станет уменьшение магнитной индукции в зазоре, что в итоге скомпенсирует положительный эффект, создаваемый увеличением числа витков и тока в обмотке управления.
Недостаток электродинамического моментного двигателя - малая величина развиваемого момента.
Поставлена задача разработать моментный двигатель, обладающий достаточно большим развиваемым моментом при небольшой потребляемой мощности в цепи возбуждения.
Эта задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом моментный двигатель содержит обмотку возбуждения, расположенную на магнитопроводе, смонтированном на подвижной части двигателя, и элементы электрической цепи управления, расположенные на его неподвижной части. Согласно изобретению элементы цепи управления представляют собой пакет четного количества прямоугольных ферромагнитных электропроводящих пластин, поверхности которых разделены электроизоляционным материалом и параллельны поверхностям полюсов электромагнита. В двух диагонально расположенных вершинах углов пластин имеются контакты, которые на нечетных пластинах расположены на диагоналях одного направления, а на четных - на диагоналях другого направления. При этом каждая пластина соединена со смежными в последовательную электрическую цепь с помощью перемычек, причем последние расположены у тех граней пакета, по направлению к которым имеется возможность перемещения магнитопровода, а свободные контакты крайних пластин подсоединены к источнику питания цепи управления.
Предлагаемая схема моментного двигателя поясняется фиг.1. Сердечник электромагнита 1 с обмоткой возбуждения 2 закреплены на валу 3, что дает возможность электромагниту вместе с нагрузкой 4 вращаться относительно корпуса. В зазоре сердечника электромагнита находится пакет 5 электропроводящих пластин, жестко связанный с корпусом прибора. Пакет состоит из четного количества пластин, поверхности которых параллельны поверхностям полюсов электромагнита. Между пластинами находятся слои электроизолирующего материала. Пластины соединены последовательно в электрическую цепь управления при помощи перемычек 6, которые соединяют контакты смежных пластин, находящиеся в противоположных углах упомянутых пластин. При пропускании по обмотке электромагнита тока возбуждения Iв и по пакету пластин тока управления Iу возникает сила F, которая на плече R создает момент M=FR.
Работа предлагаемого моментного двигателя поясняется следующим образом. Рассмотрим однородную электропроводящую пластину прямоугольной формы, подключенную к электрической цепи таким образом, что точки подключения находятся в вершинах двух ее диагонально расположенных углов (фиг.2). При этом можно утверждать, что отдельные токи Ii, составляющие распределенный по пластине ток, в каждой точке будут иметь две компоненты Iiх и Iiу. Пластину по нормали пересекает магнитный поток с индукцией В, зона действия которого выделена пунктиром. Если просуммировать компоненты всех токов, протекающих в зоне действия магнитного потока, получим, что в этой зоне протекают две составляющие полного тока Iх и Iу. Соотношение между этими компонентами определяется геометрией проводящей пластины. Ток Iх, взаимодействуя с магнитным полем, создает силу Fy, направленную по оси Y, а ток Iу - силу Fx, направленную по оси X. Эти силы будут действовать между пластиной и источником магнитного потока, вызывая их взаимное перемещение. Предположим, что пластина неподвижна, а источник магнитного поля может перемещаться вдоль оси X. При этом действие силы Fy, создаваемой током Iх, будет компенсироваться в опорах подвеса источника магнитного потока, а сила Fx, вызванная током Iу, будет создавать необходимый момент. Создаваемая сила увеличивается последовательным электрическим подключением еще одной аналогичной пластаны, которая монтируется над (или под) первой таким образом, чтобы их поверхности были параллельны и разделены изолятором. Точки подсоединения (контакты) второй пластины к электрической цепи находятся в вершинах ее углов, связываемых другой диагональю получаемого пакета пластин (фиг.3). В этом случае силы Fx, создаваемые токами обеих пластин, суммируются, a Fy вычитаются. Дальнейшее увеличение силы, направленной вдоль оси Х и создающей необходимый момент двигателя, осуществляется дополнительным монтажом и последовательным подключением к полученной цепи дополнительных пар аналогично связанных между собой пластин, которые окончательно в конструктивном отношении представляют единый пакет.
Увеличение количества пластин приведет к необходимости увеличения зазора магнитопровода, в котором устанавливается пакет пластин. Увеличение зазора приведет в свою очередь к увеличению сопротивления прохождению магнитного потока возбуждения, что уменьшает индукцию. Поддержание индукции на прежнем уровне требует существенного увеличения потребляемого электромагнитом тока. Чтобы избежать этого увеличения, предлагается в качестве материала пластин использовать электропроводящий ферромагнетик, например электротехническую сталь. При этом зазор электромагнита, на преодоление которого затрачивается основная часть магнитодвижущей силы возбуждения, будет состоять только из суммы толщин слоев изолятора, размещенного между пластинами, и воздушных промежутков по обе стороны пакета, гарантирующих отсутствие механического контакта между пакетом и электромагнитом в процессе работы двигателя. Магнитное сопротивление полученного участка цепи между полюсами электромагнита будет уменьшено, а необходимая индукция поля достигается при меньшем токе возбуждения.
Пример технической реализации поясняется фиг.1. Обмотка возбуждения моментного двигателя расположена на сердечнике электромагнита, который в свою очередь крепится на рычаге, вращающемся на валу, с которым связана нагрузка. Упомянутые элементы в совокупности представляют собой ротор моментного двигателя. Так как диапазон взаимного перемещения ротора и статора ограничен, то подвод питания к обмотке возбуждения может быть осуществлен при помощи гибких проводников. Неподвижная часть моментного двигателя - пакет пластин - помещен в зазор электромагнита и жестко закреплен на корпусе прибора. Пластины изготовлены из листового материала - электротехнической стали, покрытой лаком. Пластины собраны в пакет, склеены и обжаты так, чтобы получился монолитный элемент. Перемычки выполняются из монтажного провода и привариваются к контактам, имеющимся на пластинах. Предлагаемая технология выполнения пакета не ограничивает возможные варианты его изготовления. Технический результат изобретения: повышение момента, развиваемого двигателем, увеличение числа вариантов конструктивного исполнения приборов, в состав которых входят моментные двигатели.
Моментный двигатель, содержащий обмотку возбуждения, расположенную на магнитопроводе, смонтированном на подвижной части двигателя, и элементы электрической цепи управления, расположенные на его неподвижной части, отличающийся тем, что элементы цепи управления представляют собой пакет четного количества прямоугольных ферромагнитных электропроводящих пластин, поверхности которых разделены электроизоляционным материалом и параллельны поверхностям полюсов магнитопровода, а в двух диагонально расположенных вершинах углов пластин имеются контакты, которые на нечетных пластинах расположены на диагоналях одного направления, а на четных - на диагоналях другого направления, при этом каждая пластина соединена со смежными в последовательную электрическую цепь с помощью перемычек, причем последние расположены у тех граней пакета, по направлению к которым имеется возможность перемещения магнитопровода, а свободные контакты крайних пластин подсоединены к источнику питания цепи управления.
www.findpatent.ru
Читайте также:
|
В моментных двигателях ротор, развивая необходимый момент, … поворачивается лишь на весьма малые углы, составляющие долю его оборота. Таким образом, двигатель работает практически с неподвижным ротором или, как говорят, в режиме короткого замыкания.
В качестве моментных могут быть использованы двигатели различного типа как постоянного, так и переменного токов. Например, у двигателя постоянного тока независимого возбуждения момент короткого замыкания пропорционален приложенному напряжению. У асинхронного двигателя (трехфазного или двухфазного) момент определяется квадратом напряжения в цепи статора, причем в двухфазном двигателе достаточно регулировать ток в одной обмотке (обмотке управления) и изменять момент за счет внесения асимметрии.
Наиболее рациональным является двухфазный синхронный двигатель с возбуждением от постоянного магнита и питанием обмотки статора постоянным током (рис. 19.8), в котором изменяя соотношение токов от I1= max, I2 = 0 до I1 = 0, I2 = max, можно обеспечить поворот ротора в пределах 90°. При I1 = max положение ротора будет совпадать с осью обмотки 1, при I2 = max — с осью обмотки 2.
Системы с моментными двигателями отличаются повышенным быстродействием. Поскольку двигатель не вращается, то его механическая инерция не влияет на динамику системы, а переходные процессы определяются в основном электромагнитной инерцией обмоток. Так как электромагнитная постоянная двигателя обычно существенно меньше электромеханической, то переходные процессы в них завершаются быстрее, чем при отработке перемещений.
refac.ru
ВВЕДЕНИЕ
Электрические моментные двигатели постоянного тока широко используются в качестве исполнительных элементов в современных системах автоматики, телемеханики, измерительной техники.
Теория, разработка и применение этих двигателей в последние годы получили значительное развитие.
Разработчики различных систем управления при выборе исполнительного двигателя сталкиваются с рядом задач. Это –определение целесообразности применения моментных двигателей, которые наряду с крупными достоинствами нередко имеют значительно большие энергопотребление и массу, чем быстроходные двигатели с редуктором. Кроме того, это выбор структуры и значений параметров системы управления приусловии сравнительно большой электромеханической постоянной времени. При проектировании моментных двигателей для конкретной системы необходимо выбирать технические данные на его разработку по известным характеристикам нагрузки и входного воздействия, а также, исходя из требований к системе, выбирать конструкцию двигателя, выполнять необходимые расчеты.
Целью настоящего проекта является разработка универсального лабораторного стенда для исследования высокомоментного двигателя.
1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Моментным двигателем (МД) называется электромеханический преобразователь, на вход которого подается электрический сигнал постоянного или переменного тока, а выходом является электромагнитный момент, при котором в рабочем режиме ротор либо неподвижен, либо вращается с весьма малой скоростью.
Рисунок 1
1.1 Область применения МД
1.1.1 В коррекционных устройствах гидросистем (для компенсации возмущающих моментов, вызывающих прецессию оси гироскопа).
1.1.2 В стабилизирующих устройствах (система управления положением разных более крупных объектов: антенна, прицел и т.п.).
1.1.3 В устройствах силовой компенсации (в системах с отрицательными о.с.).
1.1.4 Используются в качестве электрических пружин.
1.1.5 Используют в качестве натяжных устройств, чтобы регулировать или сохранять неизменной силу натяжения провода, ленты, цепи и т.п.
1.1.6 В качестве поворотных электромагнитов управляющих заслонками, клапанами, тормозными устройствами и т.п.
1.1.7 В тиристорных, транзисторных электроприводах (далее ЭП) и в приводах подач металлорежущих станков.
1.2 Основные требования к МДПМ
1.2.1 Заданный диапазон углов поворота ротора[1] .
1.2.2 Заданная зависимость момента от положения ротора1 .
1.2.3 Заданная зависимость момента от сигнала, подаваемого в ОУ. В большинстве случаев эта зависимость линейная.
1.2.5 Отношение
, что особенно важно при маломощных источниках питания. С увеличением Mэм и размеров МДПМ потребляемая мощность на единицу момента обычно уменьшается. 1.2.6 При отсутствии тока в ОУ, остаточный момент должен быть весьма мал (вообще отсутствовать).
1.2.7 Tэм , Tэ должны быть как можно меньше. Большие постоянные времени снижают быстродействие и могут привести к неустойчивости следящей системы.
1.2.8 Чувствительность, определяемая наименьшей мощностью сигнала, на которую система начинает реагировать, должна быть высокой.
1.2.9 Масса и габариты ® min.
1.2.10 Устойчивость по отношению к внешним воздействиям (температура, вибрация, удары, давление, влажность, ускорение, радиация и т.п.).
1.3 Достоинства высокомоментного двигателя
1.3.1 Благодаря отсутствию обмотки возбуждения (ОВ) и потерь в этих обмотках машины с постоянными магнитами имеют по сравнению с машинами электромагнитного возбуждения более высокий КПД, облегченные условия охлаждения.
1.3.2 Малые габариты и масса.
1.3.3 Более стабильное возбуждение (поток постоянных магнитов не зависит ни от частоты вращения ни от напряжения ни от температуры).
1.3.4 Простота конструктивного исполнения, когда магнитная система представляет собой намагниченное определенным образом кольцо из магнитотвердого материала.
1.3.5 Наличие постоянных магнитов (ПМ) обеспечивает высокие значения углового ускорения в переходных режимах работы.
1.3.6 Наличие ПМ обеспечивает равномерный ход при малых частотах вращения.
1.3.7 Наличие ПМ обеспечивает способность выдерживать большую перегрузку по току без размагничивания магнитной системы.
1.4 Недостатки высокомоментного двигателя
1.4.1 Напряжение генераторов и частоту вращения двигателей невозможно регулировать изменением поля возбуждения.
1.4.2 При мощности более десятков ватт они уступают по габаритным размерам, массе и стоимости машинам электромагнитного возбуждения.
1.4.3 Материалы, входящие в состав сплавов для ПМ дефицитны.
1.4.4 Технология изготовления и намагничивания ПМ отличается большой сложностью.
1.4.5 Существенное размагничивающее действие МДС якоря.
1.4.6 Запрещается в МДПМ вытаскивать ротор без замены его на какое-нибудь металлическое тело таких же размеров.
1.5 Конструктивные разновидности высокомоментного двиателя
Следует отметить, что у некоторых МД с неограниченным углом поворота ротора частота вращения в установившемся режиме может оказаться довольно значительной (в таких случаях нельзя провести четкую грань между МД и тихоходным двигателем). Однако если этот МД используется в следящей системе, и он, работая в режиме частых пусков и реверсов, в основном вращается с малой частотой; следовательно, и в этом случае также можно считать, что энергия, подводимая из сети, почти полностью выделяется в виде тепла в обмотках. МД постоянного тока широко применяются в качестве исполнительных элементов в современных системах автоматики, телемеханики, измерительной техники. Эти двигатели используются в гироскопах и акселерометрах, в приводах антенн, телескопов, фотоаппаратов, солнечных и звездных датчиков, роботов и манипуляторов; в автоматических построителях графиков; в качестве силовых компенсаторов в измерительных системах; в качестве элементов электрогидравлических и электропневматических приводов; в качестве электрических пружин поворотных электромагнитов и т. д. .
Если МД работает в режиме слежения, то его роль аналогична роли быстроходного исполнительного двигателя в сочетании с редуктором. Однако МД, нередко обладая большими, чем у редукторного привода, энергопотреблением, массой и электромеханической постоянной времени, имеет по сравнению с редукторным приводом весьма существенные преимущества. К ним относятся высокая разрешающая способность МД вследствие отсутствия неизбежных в редукторе МД постоянного тока широко применяются в качестве исполнительных элементов в современных системах автоматики, телемеханики, измерительной техники. Эти двигатели используются в гироскопах и акселерометрах, в приводах антенн, телескопов, фотоаппаратов, солнечных и звездных датчиков, роботов и манипуляторов; в автоматических построителях графиков; в качестве силовых компенсаторов в измерительных системах; в качестве элементов электрогидравлических и электропневматических приводов; в качестве электрических пружин поворотных электромагнитов и т. д. .
Если МД работает в режиме слежения, то его роль аналогична роли быстроходного исполнительного двигателя в сочетании с редуктором. Однако МД, нередко обладая большими, чем у редукторного привода, энергопотреблением, массой и электромеханической постоянной времени, имеет по сравнению с редукторным приводом весьма существенные преимущества. К ним относятся высокая разрешающая способность МД вследствие отсутствия неизбежных в редукторе люфтов и трений, стабильность механических свойств при изменении условии окружающей среды, высокая резонансная частота, возможность установки на одном валу и в общем корпусе с исполнительным механизмом, простота конструкции, более высокая надежность.
МД выпускаются на моменты от нескольких десятитысячных до нескольких тысяч ньютон-метров при потребляемой мощности от долей ватт до десятков киловатт, массе до сотен килограммов, длине до 0,3 м и выше и диаметре до 1,2 м.
Качество МД тем выше, чем больше отношения момента, развиваемого МД, к объему, массе, потребляемой мощности, мощности управления, чем меньше электромагнитная и электромеханическая постоянные времени, а также чем меньше остаточный момент (момент трогания) при нулевом сигнале, возникающий в МД вследствие трения, гистерезиса, неравномерности воздушного зазора, неоднородности магнитных материалов и несбалансированности ротора.
МД могут классифицироваться по их назначению, принципу действия, роду тока, а также по конструктивному выполнению: одноименнополюсные или разноименнополюсные, с радиальным воздушным зазором или торцевые, с неподвижной (барабанной, кольцевой) или подвижной обмоткой, с зубцовопазовой зоной или беспазовые (с гладким якорем), коллекторные или вентильные, с ограниченным или неограниченным углом поворота и т. д. .
Ниже приведены классификация МД в зависимости от их назначения и краткие сведения об областях их применения.
В гироскопах, акселерометрах и в других устройствах широко применяются коррекционные МД. В указанных устройствах, находящихся, например, на борту летательного аппарата (ЛА), ось ротора гироскопа под влиянием механических сопротивлений, изменения в процессе полета географических координат положения летательного аппарата и из-за вращения Земли может изменить свое положение относительно заданного. Задача коррекционного МД заключается в том, чтобы компенсировать соответствующие моменты, вызывая прецессию оси гироскопа, или создать прецессию оси, обеспечивающую неизменность положения оси гироскопа относительно неподвижной системы координат. Момент коррекционных МД невелик и обычно составляет от нескольких десятитысячных до нескольких тысячных, а иногда до нескольких сотых ньютон-метра. Для уменьшения компонента остаточного момента, вызванного гистерезисом, коррекционные МД постоянного тока с электромагнитным возбуждением в некоторых гироскопических системах снабжаются размагничивающими обмотками переменного тока.
mirznanii.com
Изобретение относится к электротехнике в частности к электродвигателям с постоянными магнитами, и может быть использовано при построении точных следящих систем и при построении гидростабилизаторов. Моментный двигатель содержит ротор, состоящий из втулки ротора (1) и магнитопровода ротора (2), индуктор с постоянными магнитами (10), которые разделены полюсными наконечниками и укреплены на немагнитной втулке статора (9), обмотки якоря (3) расположенные на роторе, два щеткодержателя (7) со щетками (6), скользящих по коллекторным пластинам (5). Уменьшение магнитных потоков рассеяния осуществляется путем введения со стороны каждого из торцов индуктора магнитных экранов (11), намагниченных аксиально, число которых вдвое превышает число постоянных магнитов (10), при этом на участке перекрытия полюсных наконечников магнитные экраны (11) имеют толщину равную четвертой части толщины магнита в направлении намагничивания, а на участке перекрытия магнитов до их середины толщина уменьшается по линейному закону до нуля, причем постоянные магниты и экраны примыкают к одному полюсному наконечнику полюсами одной полярности. Уменьшение магнитных потоков рассеяния приводит к увеличению точности работы приборов, входящих в систему, и на которые существенное влияние оказывают внешние магнитные поля. 3 ил.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к электродвигателям с постоянными магнитами и может быть использовано для построения точных следящих систем (прецизионных электроприводов), а более конкретно, для построения гиростабилизаторов.
Известны электромагнитные датчики момента (см. Е.А.Никитин, В.А. Матвеев, "Гироскопические системы", М. Высшая школа 1988 г.). Они состоят из статора и ротора с явно выраженными полюсами. Статор крепится к неподвижной части прибора, ротор - к подвижной. На полюсах статора размещаются катушки возбуждения, управления, компенсации, перемагничивания. Недостатком таких датчиков является образование больших магнитных потоков рассеяния. Известны коллекторные двигатели с постоянными магнитами и полым ротором типа ДПР (см. "Элементы приборных устройств". Курсовое проектирование под ред. О.Ф. Тищенко том 2, М. Высшая школа 1978 г.) Недостатком таких датчиков является образование больших магнитных потоков рассеяния. Известен коллекторный моментный двигатель с постоянным магнитами, принятый за прототип (см. Л.И.Столов, А.Ф.Афанасьев, "Моментные двигатели постоянного тока", М. Энергоатомиздат 1989 г.). Это двигатель в обращенном исполнении. Он состоит из ротора, индуктора с размещенными на нем постоянными магнитами, разделенные полюсными наконечниками и укрепленные на немагнитной втулке статора, обмотки якоря расположенные на роторе, двух щеткодержателей со щетками, которые скользят по коллекторным пластинам. Недостатком таких моментных двигателей является образование больших магнитных потоков рассеяния, что отрицательно сказывается на работе рядом расположенных устройств. Изобретение решает задачу уменьшения магнитных потоков рассеяния. Указанная задача достигается тем, что в моментном двигателе, имеющем ротор, индуктор с постоянными магнитами, разделенные полюсными наконечниками и укреп ленные на немагнитной втулке статора, обмотки якоря расположенные на роторе, два щеткодержателя, щетки, скользящие по коллекторным пластинам, установлены магнитные экраны со стороны каждого торца индуктора, причем эти магнитные экраны намагничены аксиально и их число вдвое превышает число постоянных магнитов, при этом на участке перекрытия полюсных наконечников магнитные экраны имеют толщину, равную четвертой части толщины магнита в направлении намагничивания, а на участке перекрытия магнитов до их середины толщина уменьшается по линейному закону до нуля, причем магниты и экраны примыкают к одному полюсному наконечнику полюсами одной полярности. На приведенных чертежах представлены моментный двигатель, а также развертки индуктора без магнитного экрана и с магнитным экраном. На фиг. 1 изображен эскиз конструкции моментного двигателя в разрезе (причем, индуктор разрезан по постоянному магниту). На фиг. 2 изображен разрез моментного двигателя с указанием части магнитных экранов. На фиг. 3а показаны магнитные потоки рассеяния прототипа, причем, индуктор изображен в виде развертки. На фиг. 3б показаны линии равных магнитных потенциалов заявляемого двигателя. Моментный двигатель, показанный на фиг. 1 имеет втулку ротора 1, магнитопровод ротора 2, обмотку якоря 3, коллектор 4, пластину коллектора 5, щетку 6, щеткодержатель 7, вал 8, немагнитную втулку статор 9, постоянный магнит 10, магнитный экран 11, пластмассовое кольцо 12. Моментный двигатель, показанный на фиг. 2 имеет втулку ротора 1, магнитопровод ротора 2, обмотку якоря 3, немагнитную втулку статора 9, постоянный магнит 10, магнитный экран 11, полюсный наконечник 13. Развертка индуктора, показанная на фиг. 3, а содержит постоянный магнит 10, полюсный наконечник 13, магнитные потоки рассеяния 14. На фиг. 3, б показаны постоянный магнит 10, магнитный экран 11, полюсный наконечник 13, 0 - потенциал на поверхности магнитного экрана,
м/2 - потенциал в середине магнитного экрана, м - потенциал на поверхности постоянного магнита. Моментный двигатель работает следующим образом. На обмотку якоря (3), расположенную на роторе, состоящего из втулки ротора (1) и магнитопровода ротора (2) через две пары щеток (6) подается постоянное напряжение, по обмотке протекает ток, который взаимодействует с полем постоянного магнита (10) и создает электромагнитный момент, который приводит ротор во вращение. Магниты (10) индуктора являются источником потоков расстояния, которые могут отрицательно сказаться на работе рядом расположенных устройств. Например, в гиростабилизаторе они влияют на датчики момента гироскопов, что приводит к увеличению дрейфа гироскопа. С целью уменьшения потоков рассеяния в конструкцию двигателя введены магнитные экраны (11), которые имеют специальную форму. В соответствии с теорией магнитных потоков, они будут иметь вид, показанный на фиг. 3, а. В предлагаемой конструкции, магнитные потоки рассеяния будут замыкаться внутри магнитной системы моментного двигателя, что показано на рис. 3, б. Экранирующие свойства объясняются следующим образом. Магнитный экран (11) представляет собой сплав SmCo5, кривая размагничивания которого описывается уравнением: B = Br+
H. При H= -Hc (что соответствует точке на поверхности экрана) B=O. Максимальная энергия создается магнитом при H= -Hc/2 и B=Br/2. Если мерить расстояние от середины магнита, то магнитный потенциал будет равен м= (Hc/2)x, где x = hm/2, а hm - толщина постоянного магнита. На поверхности экрана 
0, поэтому = м-Hcy, где y - толщина магнитного экрана. Это же уравнение можно записать следующим образом: = (Hc/2)(hм/2)-Hcy = 0, значит y=hm/4. Итак, толщина магнитного экрана равна четвертой части толщины постоянного магнита. Таким образом, введение магнитных экранов позволяет уменьшить магнитные потоки рассеивания, что приводит к увеличению точности работы приборов входящих в какую-либо систему и на которые существенное влияние оказывают внешние магнитные поля, например это происходит в гиростабилизаторах; энергоемкость двигателя увеличивается за счет концентрации магнитного потока в рабочем зазоре. Конструкция опробирована при лабораторных испытаниях индикаторного гиростабилизатора в гироинклинометре, при этом дрейф гиростабилизатора при прочих равных условиях уменьшается в 2-3 раза.Формула изобретения
Моментный двигатель, содержащий ротор, индуктор с постоянными магнитами, разделенные полюсными наконечниками и укрепленные на немагнитной втулке статора, обмотки якоря, расположенные на роторе, два щеткодержателя, щетки, скользящие по коллекторным пластинам, отличающийся тем, что со стороны каждого торца индуктора установлены магнитные экраны, намагниченные аксиально, число которых вдвое превышает число постоянных магнитов, при этом на участке перекрытия полюсных наконечников экраны имеют толщину, равную четвертой части толщины магнита в направлении намагничивания, а на участке перекрытия магнитов до их середины толщина уменьшается по линейному закону до нуля, причем постоянные магниты и экраны примыкают к одному полюсному наконечнику полюсами одной полярности.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3www.findpatent.ru
