SU1111236A1

SU1111236A1 - Face wave electric motor

Info

Publication number: SU1111236A1
Application number: SU833538122A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Вениаминович Аверьянов; Павел Александрович Гуськов; Карл Петрович Зарубин; Алексей Петрович Сеньков; Эдуард Ефимович Ефименок
Original assignee: Предприятие П/Я М-5381
Priority date: 1983-01-13
Filing date: 1983-01-13
Publication date: 1984-08-30

Abstract

ТОРЦОВЬЙ ВОЛНОВОЙ ЭЛЕКТРО . ДВИГАТЕЛЬ, содержащий статор с обмот кой и многослойный гибкий ротор, отличающийс тем что, с целью повьпаени энергетических характеристик , магнитопровод статора и гибкий ротор выполнены в виде набора кольцевых пластин с полюсными выступами по внешнему диаметру, отог нутыми в сторону,рабочего зазора, причем число выступов на роторе крат но числу выступов на статоре. § (Л сTRIM WAVE ELECTRO. MOTOR containing a stator with a winding and a multilayer flexible rotor, characterized in that, in order to improve the energy characteristics, the stator magnetic circuit and the flexible rotor are made in the form of a set of annular plates with pole protrusions in outer diameter, bent to the side, of the working gap, and the number protrusions on the rotor is a multiple of the number of protrusions on the stator. § (L s

Description

1 Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано при проектировании торцовых волновых .электродвигателей. Известен торцовый волновой электpoflBHraTejib , содержащий торцовый ста тор и гибкий шихтованный ротор, пред ставл ющий собой набор конусных колец .из электротехнической стали, прикрепленных к упругому плоскому диску и имеющих возможность деформироватьс в направлении, перпендикул рном скошенной поверхности магните провод а статора L13 Недостаток известного электродвигател заключаетс в изменении параметров (момента и скорости) в течение срока службы из-за наличи фрикционного контакта мелдчу полюсами ста тора и рабочей поверхностью магнитопровода ротора, изготовленных из электротехнической стали: фрикционный контакт приводит к износу и изме нению геометрических размеров контак тирующих поверхностей, а следователь но, к наличию продуктов износа и изменению передаточного отношени в фрикционной паре. Наиболее близким.к предлагаемому вл етс торцовьй волновой электродвигатель , содержащий статор с обмоткой и многослойный гибкий poTopt2 Недостаток известного электродвигател заключаетс в низких энергетических характеристиках из-за наличи гибкого зубчатого колеса S расточке статора. Гибкие элементы волновых передач на практике изготазвли :ваютс из конструкционных сталей и сштавов, обла.дающих низкими магнитными свойствами. Толщина гибких эле ментов ий услови прочности выбираетс соизмеримой с модулем зацеплени и приближенно равна рабочему во душному зазору в магнитной системе. Как показывают практические исследовани , наличие гибкого элемента волновой передачи в воздушном зазоре снижает нагрузочную способность, и быстродействие двигателей на 2530% . Кроме того, -известной конструк ции присуща технологическа сложность ползгчени пакета вогнутых (по любому закону) дисков, обладающих достаточной эластичностью. Необ ходима из конструктивных соображений заделка таких дисков в наборе на валу двигател приводит к тому. 6 . 2 что набор дисков обладает большой жесткостью, причем жесткость набора дисков значительно возрастает при незначительном отклонении по геометрической форме нескольких дисков, вызванном технологическими допусками на изготовление. Цель изобретени - повьш1ение энергетических характеристик торцового волнового электродвигател . Поставленна цель достигаетс тем, что в торцовом волновом электродвигателе , содержащем статор с обмоткой и многослойный гибкий ротор, магнитопровод статора .и гибкий ротор выполнены в виде набора кольцевых пластин с полюсными выступами по внешнему диаметру, отогнутыми в сторону рабочего зазора, причем число зыступов на роторе кратно числу выступов на статоре. На фиг. 1 изображена конструкци TopitbBoro волнового двигател , продольный разрез; на фиг. 2 - элементы магнитной цепи двигател ; на фиг. 3 - деформаци ротора со сплошными пластинами магнитопровода; на фиг. 4 - тоже, при произвольном количестве полюсовых выступов на роторе; на фиг. 5 - то же, при числе полюсных выступов на роторе, кратном числу выступов на статоре. Двигатель состоит из корпуса 1, установленного в нем статора 2 и ротора 3. Статор 2 содержит магнитопровод , набранный из пластин 4 с выступами 5, образующими полюса, на которых расположены катушки 6, шайбу 7 с прорез ми под полюса, жесткое колесо 8 волновой передачи. Ротор 3 содержит гибкое зубчатое колесо 9, магнитопровод, состо щий из пластин 10 сполюсными выступами 11 по внешнему диаметру, отогнутыми в сторону рабочего зазора, поджимающей пружины 12. Ротор 3 установлен на валу 13 в корпусе 1 и щите 14 с помощью подшипников 15. Дл образовани торцовых полюсных поверхностей выступы 5 и II пластин 4 и 10 загнуты навстречу друг другу и.образуют рабочий зазор. Дл того, чтобы плоскость гибкого зубчатого колеса 9 по всей поверхности сопр галась с первой пластиной 10 магнитопровода ротора, а перва и последующие пластины .10 не деформировались за пределами гибкого зубчатого колеса 9, загиб выступов перво пластины 10 ротора произведен по диаметру, охватьшающему гибкое зубч тое колесо 9, выступы последующих пластин загнуты до полног о прилега ,ни друг к другу. . Дл одинаковой степени насыщени участков магнитной цепи двигател в всех услови х эксплуатации число пластин 4 в пакете статора может бы незначительно большим числа пластин 10 на роторе. Двига1ель работает следующим образом . При подаче питани на катзппки активные поверхности полюсов статора 2 и ротора 3, сокраща воздушный зазор, деформируют гибкое зубчатое колесо 9 до полного зацеплени с жестким зубчатым колесом 8. При последовательном переключении катушек зона деформации и зацеплени перемещаетс , осуществл посредством кинематических преобразований в волновой зубчатой передаче вращение выход ного вала 13. Деформаци магнитопровода ротора не имеет особенностей по сравнению с деформацией в известных торцовых волновых двигател х, т.е. закон изменени деформации ротора в общем случае соответствует закону -4nax- s AoC , где W - деформаци ротора на участке с угловой координатой oi. югГ максимальное значение радиальной деформации ротора (в зоне полного зацеплени ) ; , п - число волн деформации,обычно принимают . Минимальное количество полюсных выступов на статоре дл волновых электродвигателей должно быть не Менее 8, тай как шаг НДС, исход из услови достижени максимального момента при переключении фаз, должен быть равен 45 геометрическим градусам (на фиг. 2 упрощенно показано меньшее количество полюсных выступов на статоре). При включении катушек двух диаметральных полюсов в цепь питани полюсные выступы 11 ротора, противолежащие активным (включенным в цепь питани ) полюсным выступам статора, прит гиваютс к ним, при этом образуютс две волны деформации poTojpa (характер деформации представлен на фиг. 3, где показан статор с полю .сами I-B). Из услови передачи вращающего момента соотношени жесткости магнитопровода ротора и гибкого колеса волновой передачи обычно выбирают так, что жесткостью магнитопровода можно пренебречь, а упругие свойства ротора определ ютс только упругостью гибкого колеса. При этих услови х и включении катушек полюсов Г и 5 деформаци ротора со сплошными пластинами магнитопровода (фиг. 3) и пластинамиi имеющими выступы (упрощенно показано на фиг. 2), практически одинакова. Однако при произвольном количестве полюсных выступов на пластинах ротора d- соответствии с фиг. 4) над полюсными выступами смежных фаз статора наход тс участки ротора с разной магнитной проводимостью , так, например, над полюсом два выступа ротора с одним пазом между ними, над полюсом три выCTytia с двум пазами, что приводит при работе двигател к погрешности по углу и пульсации вращающего момента . При нечетном количестве выступов на роторе двухволнового двигатей имеет место динамическа несбалансированность ротора, так как диаметрально расположенные участки магнитной цепи одной фазы содержат З астки ротора с различной магнитной проводимостью и различной массой. Фиг. 5 иллюстрирует расположение полюсных выступов ротора, число которых кратно числу|выступов на статоре. При любом положении ротора все участки цо тора и статора наход тс в одинаковых услови х, т.е. имеют одинаковые магнитные и механические характеристики , что имеет место только при условии, когда число полюсных выступов на роторе кратно числу выступов на статоре. Конструкци двигател позвол ет упростить по сравнению с прототипом конструкцию двигател , так как статор и ротор геометрически подобны, изготовлены из одного исходного материала заготовок с применением общев оснастки; повысить энергетические характеристики двигател , так как магнитный поток направлен только вдоль шихтовки ротора и статора, при1 The invention relates to electrical engineering and can be used in the design of face wave electric motors. A face wave electrofusion BHraTejib is known, which contains a face stator and a flexible laminated rotor, which is a set of tapered rings of electrical steel attached to an elastic flat disk and able to deform in the direction perpendicular to the beveled surface of the magnet wire and stator L13. is to change the parameters (torque and speed) during the service life due to the presence of frictional contact between the torch and the working surface of the stator rotor casing, made of electrical steel: frictional contact leads to wear and changes in the geometric dimensions of the contacting surfaces, and, consequently, to the presence of wear products and a change in gear ratio in the friction pair. The closest one to the present invention is a face-wave electric motor containing a stator with a winding and multi-layer flexible poTopt2. A disadvantage of the known electric motor lies in its low energy characteristics due to the presence of a flexible gear wheel S to the bore of the stator. The flexible elements of wave gears are made in practice: they are made of structural steels and bars that have low magnetic properties. The thickness of the flexible elements and the strength conditions are chosen to be comparable with the engagement module and approximately equal to the working in a stuffy gap in the magnetic system. Practical studies show that the presence of a flexible wave transfer element in the air gap reduces the load capacity and the speed of the engines by 2530%. In addition, the well-known structure is characterized by the technological complexity of the creep of a package of concave (by any law) discs with sufficient elasticity. Due to design considerations, the insertion of such discs in the kit on the motor shaft leads to this. 6 2 that a set of disks has a high rigidity, and the rigidity of a set of disks increases significantly with a slight deviation in the geometric shape of several disks caused by technological tolerances for production. The purpose of the invention is to increase the energy characteristics of an end wave electric motor. The goal is achieved by the fact that in an end wave motor containing a stator with a winding and a multilayer flexible rotor, the stator magnetic circuit and the flexible rotor are made in the form of a set of ring plates with pole lugs in outer diameter bent toward the working gap, and the number of spikes on the rotor multiple to the number of protrusions on the stator. FIG. Figure 1 shows the design of the TopitbBoro wave engine, longitudinal section; in fig. 2 - elements of the magnetic circuit of the engine; in fig. 3 - deformation of the rotor with solid plates of the magnetic circuit; in fig. 4 - also, with an arbitrary number of pole protrusions on the rotor; in fig. 5 - the same, when the number of pole protrusions on the rotor is a multiple of the protrusions on the stator. The engine consists of a housing 1, a stator 2 installed therein and a rotor 3. The stator 2 contains a magnetic core assembled from plates 4 with protrusions 5 forming poles on which coils 6 are located, washer 7 with slots under poles, rigid wheel 8 wave transmission . The rotor 3 contains a flexible gear wheel 9, a magnetic core consisting of plates 10 with polar lugs 11 in outer diameter, bent to the side of the working gap, which presses the spring 12. The rotor 3 is mounted on the shaft 13 in the housing 1 and shield 14 with the help of bearings 15. For Forming end pole surfaces, the projections 5 and II of the plates 4 and 10 are bent towards each other and form a working gap. In order for the plane of the flexible gear 9 to mate with the first plate 10 of the rotor magnetic core over the entire surface, and the first and subsequent plates .10 not to deform beyond the limits of the flexible gear 9, the projections of the first plate 10 of the rotor are bent in diameter to fit the flexible gear This wheel 9, the protrusions of the subsequent plates are bent to a full fit, or to each other. . For the same degree of saturation of the sections of the magnetic circuit of the engine in all operating conditions, the number of plates 4 in the stator pack could be a slightly larger number of plates 10 on the rotor. Dvigil1el works as follows. When power is applied to the rods, the active surfaces of the poles of the stator 2 and the rotor 3, reducing the air gap, deform the flexible gear wheel 9 to fully engage with the hard gear wheel 8. When the coils are switched sequentially, the deformation and gearing zone is moved, performed by kinematic transformations in the wave gear rotation of the output shaft 13. The deformation of the rotor magnetic core has no peculiarities as compared with the deformation in the known end wave motors, i.e. the law of variation of the rotor deformation generally corresponds to the law -4nax- s AoC, where W is the deformation of the rotor in the section with the angular coordinate oi. YugH is the maximum value of the radial deformation of the rotor (in the zone of full engagement); , n is the number of strain waves, usually taken. The minimum number of pole protrusions on the stator for wave electric motors should be no less than 8, Thai as a VAT step, based on the condition of reaching the maximum moment during phase switching, should be equal to 45 geometric degrees (in Fig. 2, a smaller number of pole protrusions on the stator are shown) . When coils of two diametrical poles are turned on in the supply circuit, the rotor pole protrusions 11 opposite the active stator pole protrusions (included in the supply circuit) are attracted to them, and two deformation waves poTojpa are formed (the deformation pattern is shown in Fig. 3, which shows the stator with IB sami field). From the torque transfer condition, the stiffness ratios of the rotor and the flexible wave transmission wheel are usually chosen so that the stiffness of the magnetic conductor can be neglected, and the elastic properties of the rotor are determined only by the elasticity of the flexible wheel. Under these conditions and the inclusion of the coils of the poles G and 5, the deformation of the rotor with the solid plates of the magnetic circuit (Fig. 3) and the plates having protrusions (simplified shown in Fig. 2) is almost the same. However, with an arbitrary number of pole projections on the rotor plates d, in accordance with FIG. 4) over the pole protrusions of adjacent stator phases there are rotor sections with different magnetic conductivities, for example, over the pole there are two protrusions of the rotor with one groove between them, three poles above the pole with two grooves, which leads to an error in the angle and ripple torque. With an odd number of protrusions on the rotor of two-wave engines, there is a dynamic imbalance of the rotor, since the diametrically located sections of the magnetic circuit of one phase contain 3 rotors of the rotor with different magnetic conductivity and different mass. FIG. 5 illustrates the arrangement of the pole protrusions of the rotor, the number of which is a multiple of the number of protrusions on the stator. At any position of the rotor, all parts of the torus and the stator are in the same conditions, i.e. have the same magnetic and mechanical characteristics, which takes place only under the condition that the number of pole projections on the rotor is a multiple of the number of projections on the stator. The design of the engine allows to simplify the design of the engine in comparison with the prototype, since the stator and the rotor are geometrically similar, made of the same starting material of the workpieces using common tooling; to increase the energy characteristics of the engine, since the magnetic flux is directed only along the rotor and stator

$ 111$ 111

этом рабочий воздушный зазор между полюсами статора и ротора минимален и н6 содержит конструкционных элементов волновых передач (как прказьгоают экспериментальные исследовани , в двигател х без гибкого элемента в рабочем зазоре магнитна индукци возрастает приблизительно в 1,5 раза); повысить надежность двигател посредством исключени фрикционного контакта меаду полюсами статора и магнитопроводом ротора., создающего паразитный момент при работе двигател , чтоThus, the working air gap between the stator and rotor poles is minimal and n6 contains structural elements of wave gears (as experimental studies show, in motors without a flexible element in the working gap, magnetic induction increases approximately 1.5 times); increase the reliability of the engine by eliminating frictional contact between the stator poles and the rotor magnetic circuit, creating a parasitic moment when the engine is running,

12366 .12366.

обеспечиваетс минимальным рассто нием между центрами возникновени т говых усилий и зубчатыми венцами, а также действием т говых усилий наprovides a minimum distance between the centers of origin of the thrust and the gear rims, as well as the action of the thrust

5 элементы магнитопровода ротора только на раст жение после входа в зацепление элементов волновых передач в рабочей зоне; осуществить построение базовой модели торцового волнового5 elements of the rotor magnetic circuit only for stretching after the engagement of the wave transmission elements in the working area; to build a basic model of the face wave

10 электродвигател с оптимальными характеристиками дл всех габаритов размерно-параметрического р да .10 motor with optimum performance for all dimensions of the size-parametric range.

Ж. 4G. 4

УГUG

ii

v: 4г v: 4g

ii

.УГ.AG

ЦТDH

фиеЛfieL

Claims

SIDE WAVE ELECTRIC MOTOR, comprising a stator with winding ^; and a multilayer flexible rotor, characterized in that, in order to increase energy characteristics, the stator magnetic circuit and the flexible rotor / are made in the form of a set of ring plates with pole protrusions in outer diameter, bent to the side. working gap, and the number of protrusions on the rotor multiple of the number of protrusions on the stator.

fig.!

1111