ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H02K33/02 

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к линейным шаговым электродвигателям, которые находят широкое применение в дискретном электроприводе.

Известен линейный электродвигатель, состоящий из многофазного статора с цилиндрическими обмотками, полюсами между ними, магнитными кольцевыми элементами и подшипниками скольжения, а также якоря, расположенного внутри статора и имеющего чередующиеся магнитные втулки. Для увеличения силы тяги полюсы статора снабжены наконечниками, внутренний диаметр которых равен наружному диаметру кольцевых элементов, которые по длине охватывают по одному элементу магнитопровода смежных фаз, а между этими элементами размещены подшипники скольжения [1].

Недостатки двигателя - значительные габариты, а также большая материалоемкость.

В качестве прототипа выбран линейный электродвигатель, состоящий из статора с намагничивающими катушками и бегуна, выполненных из чередующихся магнитных и немагнитных колец и прилегающих к рабочим воздушным зазорам магнитных и немагнитных элементов вблизи каждой намагничивающей катушки, нижний предел отношения радиального и осевого размеров немагнитных элементов в осевом сечении равен 0,5:1 [2].

Недостаток прототипа - значительный воздушный зазор в магнитной системе двигателя, что увеличивает его габариты и материалоемкость, а также потребляемую из сети мощность при неизменной выполняемой работе.

Цель изобретения - увеличение эффективности работы двигателя за счет снижения капитальных и эксплуатационных затрат на единицу развиваемой механической мощности.

Цель изобретения достигается тем, что отношение радиальных размеров к осевым размерам прилегающих к рабочим воздушным зазорам немагнитных элементов статора и бегуна вблизи каждой намагничивающей катушки в осевом сечении двигателя оптимально определяется как 1:1.

На фиг.1-3 представлены изображения линейного электродвигателя с тремя типами бегуна: совмещенного (внутреннего и внешнего), внутреннего и внешнего.

Двигатель состоит из статора и бегуна. Статор содержит шпильки 1, на которые надеты магнитные основания 2, втулки 3, полюсы 4, немагнитные втулки 5, шпильки 6, на которые надеты магнитные обоймы 7, обруч 8, немагнитные обоймы 9, шайбы 10, опора 11, намагничивающая катушка 12. Бегун содержит внутренний якорь, имеющий в своем составе стержень 13, на котором крепятся магнитные гайки 14, немагнитные гайки 15, торцовые гайки 16, наружный якорь, имеющий в своем составе шпильки 17, на которые надеты магнитные кольца 18, немагнитные кольца 19, внутренний и наружный якори соединены немагнитным диском 20. Для надежного изолирования провода катушки 12 от корпуса статора могут быть предусмотрены диэлектрические ободы 21 (фиг.1).

Двигатель работает следующим образом.

При отсутствии токов в катушках 12 двигателя бегун занимает произвольное положение в пространстве в пределах рабочего хода. При поочередной (прямой последовательности) подаче токов в катушки 12 бегун приходит в движение в прямом направлении; при поочередной (обратной последовательности) подаче токов в катушки 12 бегун приходит в движение в обратном направлении. При этом частота следования импульсов тока в катушки 12 определяет скорость движения бегуна. При одновременной подаче тока во все катушки 12 двигателя бегун затормаживается.

Немагнитные втулки 5, обоймы 9, гайки 15, кольца 19 назовем обобщенно немагнитными элементами (5, 9, 15, 19). Магнитные втулки 3, обоймы 7, гайки 14, кольца 18 назовем обобщенно магнитными элементами (3, 7, 14, 18). Отношение радиального и осевого размеров в осевом сечении двигателя для немагнитных элементов (5, 9, 15, 19) существенным образом влияет на все показатели работы двигателя. Оптимальным отношением при этом является 1:1.

При рассматриваемом отношении, меньшем чем 1:1, из-за тонких стенок магнитных элементов (3, 7, 14, 18) ослабляется магнитный поток, проходящий через рабочий воздушный зазор, а вместе с ним значительно снижается величина силы, действующей на бегун. При данном отношении, большем чем 1:1, магнитный поток, проходящий через рабочий воздушный зазор, также ослабляется, но на сей раз за счет его шунтирования статором; кроме того, уменьшается обмоточное пространство, занимаемое катушкой 12, что также дает снижение электромагнитной силы, действующей на бегун. Рассматриваемое отношение 0,5: 1 в основном соответствует маломощным двигателям, а отношение радиального и осевого размеров в осевом сечении двигателя 1:1 для немагнитных элементов (5, 9, 15, 19) наиболее характерно для машин большей мощности.

Площади ферромагнитных элементов магнитной системы двигателя, разделенные воздушными зазорами, должны быть примерно равными, особенно в тот момент, когда соответствующая сила проходит через максимум своего значения. Исходя из этого предположения, было экспериментально доказано, а затем установлено, что отношение радиального и осевого размеров немагнитных элементов в осевом сечении статора и бегуна должно быть равным 1:1.

И лишь для двигателей, радиальный габарит которых ограничен, приходится, снижая в какой-то мере эффективность их работы, доводить это отношение до значения 0,5:1.

Применение предлагаемого линейного электродвигателя в составе приводов возвратно-поступательного перемещения рабочих органов машин позволит повысить экономический эффект за счет снижения материалоемкости и массы двигателя на единицу выполняемой работы.

Использование: в дискретном электроприводе. Сущность изобретения: двигатель состоит из статора и бегуна, содержащих магнитные и немагнитные кольца, чередующиеся между собой и прилегающие к рабочим воздушным зазорам. Нижний предел отношения радиального и осевого размеров немагнитных колец в осевом сечении равен 0,5:1, а верхний предел указанного отношения достигает значения 1: 1. Такое соотношение позволяет снизить материалоемкость и массу двигателя. 3 ил.

ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, состоящий из статора с намагничивающими катушками и бегуна, выполненных из чередующихся магнитных и немагнитных колец и прилегающих к рабочим воздушным зазорам магнитных и немагнитных элементов вблизи каждой намагничивающей катушки, нижний предел отношения радиального и осевого размеров немагнитного элемента в осевом сечении равен 0,5 : 1, отличающийся тем, что верхний предел указанного отношения достигает значения 1 : 1.