1 Объекты проектирования

1.1 Электродвигатели с полным якорем

Электродвигатели постоянного тока подразделяются на коллекторные и бесконтактные.

Коллекторные двигатели постоянного тока по конструкции якоря можно подразделить на три основных типа: пазовые, с гладким и полым якорем.

Электродвигателям с якорем пазовой и гладкой конструкции посвящено достаточно большое число книг /1, 2, 3, 4/. При этом вопросы проектирования электродвигателя с полым якорем освящены чрезвычайно ограничено / 5 /.

Именно поэтому, в качестве объектов проектирования будем рассматривать микродвигатели постоянного тока с полым немагнитным якорем и с возбуждением от постоянных магнитов.

Микродвигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов в настоящее время широко используется как для привода различных механизмов и машин, так и в системах автоматического управления и регулирования в качестве исполнительных двигателей.

Основные преимущества микродвигателей постоянного тока, обусловившие широкое их применение, заключаются в большом диапазоне регулирования частоты вращения, линейности их механических и регулировочных характеристик, высоком быстродействии. Кроме того, эти электродвигатели имеют малый объем и вес на единицу мощности и более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с микродвигателями переменного тока той же мощности.

Регулирование частоты вращения микродвигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов производится путем изменения напряжения питания, подводимого к якорной цепи электродвигателей.

Условия применения определяются достаточно жесткими требованиями, такими как высокие динамические и энергетические качества, ограниченные весогабаритные показатели, высокая надежность. Эти весьма противоречивые требования удачно могут быть реализованы в электродвигателях с полым якорем с возбуждением от постоянных магнитов.

Положительными качествами двигателей с полым якорем являются:

- малый момент инерции якоря;

- отсутствие потерь в стали двигателя;

- хорошее охлаждение проводников обмотки якоря при вращении, что позволяет значительно повысить плотность тока в обмотке якоря;

- хорошая безыскровая коммутация вследствие малой самоиндукции и взаимоиндукции коммутируемых секций, окруженных воздухом;

- отсутствие сил магнитного натяжения, действующих на якорь даже при неравномерном воздушном зазоре, что разгружает подшипники и уменьшает механические потери;

- высокий КПД при возбуждении постоянными магнитами, что объясняется отсутствием потерь в стали и весьма незначительной величиной механических потерь.

Конструкция электродвигателей с полым якорем требует применения постоянных магнитов, которые позволяют получить большой магнитный поток (отечественные марки магнитных материалов ЮН14ДК24, ЮНДК35Т5 и другие).

В настоящее время на ряде отечественных предприятий освоен серийный выпуск нового поколения постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов с рекордно высокими магнитными свойствами. С освоением новых магнитных материалов открываются пути дальнейшего развития электродвигателей с полым якорем.

Разработкой и внедрением электродвигателей с полым якорем с возбуждением от постоянных магнитов занимаются ряд зарубежных фирм, таких как “Яскава” (Япония), “Дженерал электрик” (США), “Броун-Бовери” (ФРГ) и другие.

Зарубежные электродвигатели с полым якорем имеют низкий момент инерции, малые потери, хорошие пусковые характеристики, высокую надежность и, как правило, высокотехнологичные обмотки якоря, допускающие полную автоматизацию обмоточных работ.

Характерной особенностью этих машин является отсутствие магнитопровода в конструкции якоря. Якорь данных микродвигателей бескаркасный, не содержит активной стали, а следовательно, не имеет магнитных потерь. Кроме того, ввиду отсутствия стали в якоре, условия коммутации здесь более благоприятны по сравнению с условиями коммутации электродвигателей классической конструкции. Это положительно сказывается и на износе щеток, который у машин данного типа существенно ниже, чем при других конструктивных решениях.

Классификация коллекторных двигателей постоянного тока с полым ротором представлена на рисунке 1.1 / 5 /.