ЛИНЕЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КАТЯЩИМСЯ РОТОРОМ Российский патент 1994 года по МПК H02K41/06 E05F15/10 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для привода различного вида плунжерных насосов, например, в нефтяной промышленности, для различного вида толкателей, в устройствах открывания и закрывания дверей и т.д.

Известен линейный двигатель с катящимся ротором, содержащий тележку с ходовыми колесами и рамой, установленный на раме индуктор, выполненный в виде двух секций с направляющими роликами, между которыми расположен вторичный элемент в виде гибкой ленты, которая выполнена замкнутой и охватывающей ходовые колеса (авт.св. N 1539916, кл. Н 02 К 41/025, 1990).

Недостаток - сложность конструкции и невысокие удельные массогабаритные показатели.

Известен (прототип) линейный электродвигатель с катящимся ротором, содержащим опору с установленной вдоль нее индуктором и ротор-колесом взаимодействующим с индуктором и перемещающимся по опоре (патент США N 3555380, кл. Н 02 К 41/06, 1971).

Недостаток - невысокие энергетические показатели и низкий передаваемый момент.

Цель (технический результат) заявленного - повышение энергетических показателей и улучшение массогабаритных показателей.

Технический результат в заявленном достигается тем, что в линейном двигателе с катящимся ротором, содержащим подвижный элемент в виде перемещающегося по опоре колеса, взаимодействующего с неподвижно установленным статором, последний установлен со стороны, противолежащей опоре, а точка приложения момента от колеса к рабочему органу расположена по диаметральной линии, соединяющей центр колеса и точку контакта колеса с опорой.

Кроме этого предусмотрено, что:
между статором и колесом установлено в направляющих механическое звено в виде подвижного бруса, у которого сторона, обращенная к колесу, имеет с ним механическое зацепление, а сторона, обращенная к статору, имеет с ним электромагнитное зацепление;
электромагнитное зацепление выполнено посредством плоского статора и плоского ротора;
электромагнитное зацепление выполнено посредством магнитной "винт-гайки", причем подвижный брус ("гайка") снабжен желобообразным ротором, а статор ("винт") выполнен в виде вращающегося цилиндра, закрепленного в подшипниках,
линейный двигатель содержит по крайней мере два колеса, а упомянутый подвижный брус имеет механическое зацепление с обоими колесами;
центры колес соединены между собой механической связью, например, в виде рейки, причем рейка связана с неподвижно закрепленной шестерней;
неподвижно закрепленная шестерня связана с дополнительной подвижной рейкой, которая соединена с рабочим органом;
неподвижно закрепленная шестерня выполнена со шкивом, на котором закреплен трос, соединенный с рабочим органом;
центры колес соединены между собой гибкой бесконечной связью (например цепью, лентой и т.д.), с которой соединен рабочий орган.

Такое выполнение линейного двигателя с катящимся ротором позволяет улучшить массогабаритные и энергетические показатели, так как:
установка статора со стороны противолежащей опоре (точке касания колеса) и даже при передаче момента с оси колеса мы увеличиваем момент по крайней мере в два раза по сравнению с "чисто" линейным двигателем, а это примерно двойной выигрыш в массогабаритных показателях;
наличие механической передачи между колесом с статором позволяет по сравнению с "чисто" линейным двигателем с катящимся ротором эффективнее использовать площадь статора и увеличить суммарную силу электромагнитного взаимодействия;
зацепление "винт-гайка" позволяет, особенно, при тихоходной передаче, двигатель выполнить быстроходным и тем самым получить более высокие энергетические и массогабаритные показатели.

На фиг.1 показана схема двигателя; на фиг.2 - то же, но с промежуточным звеном; на фиг.3 - вид с торца при плоском статоре; на фиг.4 - то же, но при зацеплении "винт-гайка"; на фиг.5, 6 - варианты схем двигателя.

Линейный двигатель с катящимся ротором содержит неподвижно закрепленный статор 1, установленное на опоре 2 катящееся колесо 3, которое электромагнитным путем взаимодействует со статором 1. Между статором 1 и колесом 3 установлено механическое звено 4, которое со стороны статора имеет ротор 5 (электромагнитное взаимодействие), а с колесом 3 имеет механический контакт (зубчатое, цевочное, фрикционное и т.д. зацепление).

Статор 1 может быть плоским или в виде вращающегося цилиндра 6, установленного в подшипниках 7. При этом ротор 5 выполнен желобообразным (фиг. 4), а электромагнитное зацепление осуществляется по типу магнитных, "винт-гайка".

Для повышения эффективности двигателя оно имеет дополнительное колесо 8. При этом оси колеса 3 и 8 могут быть соединены жесткой механической связью, например в виде рейки 9 (с зубчатым цепочным и т.п. зацеплением). Причем рейка 9 взаимодействует с неподвижно закрепленной шестерней 10, которая в свою очередь соединена через эту же шестерню 10 (или дополнительно установленный редуктор) с подвижной рейкой 11, которая в свою очередь соединена с рабочим органом. Возможно также соединение центров колес 3 и 8 посредством гибкой связи 12 в виде цепи гибкой ленты и т.д. При этом рабочий орган связан напрямую с указанной гибкой связью. Все прямолинейно движущиеся элементы расположены в направляющих 13, а шестерня имеет опорную площадку 14.

В качестве линейного двигателя может быть выбран любой из класса известных, удовлетворяющий требованиям двигателя с катящимся ротором.

Линейный двигатель работает следующим образом. При подаче напряжения на статор 1 образуется бегущее магнитное поле, которое, взаимодействуя с колесом 3, перекатывает последнее по опоре 2 и тем самым передает момент рабочему органу. При больших перемещениях момент предпочтительнее передавать с оси колеса 3 и 8 через механическую связь 9, шестерню 10 и подвижную рейку 11 или же посредством гибкой связи 12, т.е. через цепь, гибкую ленту, с которыми связан рабочий орган. Не изменяется принцип pаботы двигателя и при наличии механического звена 4. При этом подвижный ротор 5 плоский или желобообразный взаимодействует со статором 1. Ротор 5 перемещается прямолинейно, а в силу механического сцепления с колесами 3 и 8 перекатывает их. Следует отметить, что при малых перемещениях в пределах части оборота колеса 3 точку передачи момента целесообразно выбрать на диаметральной линии, соединяющей ось колеса с точкой касания колеса к опоре, причем ближе к точке опоры.

Использование: в качестве привода возвратно-поступательного движения, в частности, в устройствах открывания и закрывания дверей. Сущность изобретения: линейный двигатель с катящимся ротором содержит статор 1, установленное на опоре 2 колесо 3. Между статором 1 и колесом 3 установлено механическое звено 4, которое имеет со статором 1 электромагнитное зацепление, а с колесом - механическое зацепление. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. ЛИНЕЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КАТЯЩИМСЯ РОТОРОМ, содержащий подвижную часть в виде установленного на опоре колеса и неподвижно установленный статор, отличающийся тем, что статор установлен со стороны, противолежащей опоре, а между статором и колесом установлено в направляющих механическое звено в виде подвижного элемента, у которого сторона, обращенная к колесу, имеет с ним механическое зацепление, а сторона, обращенная к статору, выполнена с возможностью электромагнитного взаимодействия с этим статором. 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит по крайней мере два колеса, а подвижный элемент имеет механическое зацепление с обоими колесами. 3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что центры колес соединены между собой жесткой механической связью, выполненной с возможностью взаимодействия с неподвижно закрепленной шестерней. 4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что неподвижно закрепленная шестерня связана с дополнительной подвижной рейкой, которая соединена с рабочим органом. 5. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что неподвижно закрепленная шестерня выполнена со шкивом, на котором закреплен трос, соединенный с рабочим органом. 6. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что центры колес соединены между собой гибкой бесконечной связью, с которой соединен рабочий орган.