ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H02K41/03 

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

Известен многофазный шаговый электродвигатель, состоящий из статора с обмотками, зубчатого магнитопровода и якоря с зубцами (Патент Великобритании N 1410663, кл. H 02 K 41/02, 1975). Подобные электродвигатели имеют сравнительно большой зазор между статором и ротором, для них требуются специальные опоры, увеличивающие линейные размеры, что в совокупности снижает их энергетические показатели и увеличивает габариты.

В качестве прототипа выбран линейный шаговый электродвигатель, состоящий из многофазного статора с цилиндрическими обмотками, полюсами между ними, ферромагнитными 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 (Авторское свидетельство СССР N 1043792, кл. H 02 K 5/04, 1983).

Недостатки прототипа - сложность конструкции, большая материалоемкость, быстрый износ трущихся частей.

Цель изобретения - снижение потерь на трение и уменьшение износа трущихся частей.

Это достигается тем, что электродвигатель содержит два якоря (внутренний и внешний), детали которых являются элементами подшипниковых узлов, а пространство между магнитопроводами намагничивающих катушек заполнено смазкой.

На фиг. 1 и 2 изображен линейный электродвигатель с совмещенным якорем (внутренним и внешним).

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, обручи 8, немагнитные обоймы 9, опоры 10; втулки 11, намагничивающие катушки 12. Из элементов 1. . .9 статора собираются четыре магнитопровода по количеству намагничивающих катушек.

Бегун содержит внутренний якорь, имеющий в своем составе стержень 13, на котором посредством резьбового соединения крепятся магнитные гайки 14, немагнитные гайки 15, торцевые гайки 16, наружный якорь, имеющий шпильки 17, на которые надеты магнитные кольца 18, немагнитные кольца 19, внутренний и наружный якоря соединены немагнитным диском 20. Пространство между магнитопроводами намагничивающих катушек 21 заполняется смазкой. Между статором и якорями образуются воздушные зазоры меньшего 22 и большего 23 диаметров.

Прилегающие к воздушному зазору магнитные и немагнитные элементы статора и якоря назовем магнитными и немагнитными кольцами.

На фиг.1 представлен общий вид электродвигателя, где в воздушном зазоре меньшего диаметра 22 немагнитные кольца 5 статора по прилегающему к воздушному зазору диаметру выступают по отношению к его магнитным кольцам 3 на величину воздушного зазора 22, совмещая опору скольжения, а в воздушном зазоре большего диаметра 23 - немагнитные кольца 19 наружного якоря по прилегающему к воздушному зазору диаметру выступают по отношению к его магнитным кольцам 18 на величину воздушного зазора 23, совмещая опору скольжения.

На фиг.2 представлен общий вид электродвигателя, где в воздушном зазоре меньшего диаметра 22 немагнитные кольца 15 внутреннего якоря по прилегающему к воздушному зазору диаметру выступают по отношению к его магнитным кольцам 14 на величину воздушного зазора 22, совмещая опору скольжения, а в воздушном зазоре большего диаметра 23 немагнитные кольца 9 по прилегающему к воздушному зазору диаметру выступают по отношению к его магнитным кольцам 7 на величину воздушного зазора 23, совмещая опору скольжения.

Двигатель работает следующим образом.

При отсутствии токов в катушках 12 двигателя, якорь 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 двигателя бегун затормаживается.

В отличие от прототипа в предложенной конструкции трение в подшипниковых узлах осуществляется между магнитными и немагнитными кольцами статора и двух якорей - внутреннего и внешнего, где, с одной стороны, в качестве рабочей поверхности подшипника выступает поверхность магнитных и немагнитных колец, а с другой - поверхность немагнитных колец. Кроме этого, конструкция содержит пространства, которые заполняются смазкой. Это позволит уменьшить потери на трение и увеличить срок службы трущихся частей подшипникового узла.

В предложенном линейном электродвигателе трение скольжения между элементами статора и якоря осуществляется по двум воздушным зазорам. В электромагнитных механизмах большое внимание уделяется центровке подвижной части в неподвижной, так как радиальные усилия, действующие на подвижную часть, всегда превосходят осевые силы. Предложенная конструкция позволяет максимально отцентровать подвижную часть относительно статора, обеспечить более равномерный износ трущихся поверхностей подшипникового узла. Варианты решений, где одна сторона подшипникового узла имеет один диаметр, а другая - ступенчатую конструкцию с выступающими немагнитными кольцами, зависят от условий эксплуатации и технологии изготовления. Например, у двигателя, показанного на фиг.1, в воздушном зазоре меньшего диаметра статор является элементом с выступающими немагнитными кольцами, а в воздушном зазоре большего диаметра якорь является элементом с выступающими немагнитными кольцами. Такая конструкция позволяет устанавливать на статоре сальники. В конструкции, показанной на фиг. 2, в воздушном зазоре меньшего диаметра якорь является элементом с выступающими немагнитными кольцами, а в воздушном зазоре большего диаметра статор является элементом с выступающими немагнитными кольцами, предусматривается более высокая технологичность изготовления и сборки. Кроме этого, оба варианта конструкции предусматривают в двигателях между намагничивающими катушками наличие полостей, где находится смазка, которая осуществляет нормальный режим работы трущихся частей.

Применение предлагаемого подшипникового узла позволит повысить экономический эффект за счет снижения потерь на трение и уменьшения износа трущихся частей.

Использование: в дискретном электроприводе. Сущность изобретения: электродвигатель состоит из многоэлементного статора, каждый элемент которого содержит магнитопровод с полюсами и намагничивающей катушкой и якорь. Причем полюсы статора и якоря выполнены в виде прилегающих к воздушным зазорам магнитных колец, чередующихся с немагнитными кольцами. На прилегающих к воздушным зазорам диаметрах магнитные и немагнитные кольца одного из элементов выступают по отношению к его магнитным кольцам на величину воздушного зазора, совмещая функцию подшипников скольжения. Пространство между магнитопроводами намагничивающих катушек заполнено смазкой. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, включающий два элемента-многоэлементный статор, каждый элемент которого содержит магнитопровод с намагничивающей катушкой и полюсами, и якорь, полюса статора и якоря выполнены в виде прилегающих к воздушному зазору магнитных колец, чередующихся с немагнитными кольцами, причем на прилегающем к воздушному зазору диаметре магнитные и немагнитные кольца одного из элементов двигателя имеют одинаковый размер, а немагнитные кольца другого элемента по прилегающему к воздушному зазору диаметру выступают по отношению к его магнитным кольцам на величину воздушного зазора, совмещая функцию подшипников скольжения, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным внешним якорем, аналогичным основному якорю, образующим дополнительный воздушный зазор большего диаметра, а пространство между магнитопроводами намагничивающих катушек заполнено смазкой. 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что в воздушном зазоре меньшего диаметра статор является элементом с выступающими немагнитными кольцами, а в воздушном зазоре большего диаметра якорь является элементом с выступающими немагнитными кольцами. 3. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что в воздушном зазоре меньшего диаметра якорь является элементом с выступающими немагнитными кольцами, а в воздушном зазоре большего диаметра статор является элементом с выступающими немагнитными кольцами.