ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H02K41/25 

Изобретение относится к электромеханике, в частности к линейным цилиндрическим электродвигателям.

Известна электрическая машина с якорем (ротором) как вращающимся, так и движущимся продольно и имеющим два комплекта полюсных зубцов, которые покомплектно соответствуют полюсным зубцам разъемного электромагнита возбуждения (статора) с обмоткой, разделенной на две электрические разделенные частичные обмотки, от которых возбуждается соответствующий один комплект полюсных зубцов статора. Обе частичные обмотки возбуждения электромагнита через коммутационное устройство так питаются переменным током, что в пространстве образуются движущиеся магнитные поля.

Недостатками указанной электрической машины являются повышенный расход материалов, сложность эксплуатации и ограниченность диапазона частот вращения частотой не выше 3000 об/мин.

Известен линейный цилиндрический электродвигатель (электромагнитный двигатель), содержащий вал, цилиндрический ферромагнитный якорь с винтовой системой зубцов и цилиндрический ферромагнитный статор с зубцами и обмотками управления. Якорь выполнен в виде втулки, насаженной на вал с возможностью перемещения вдоль оси, винтовые системы зубцов выполнены с правой и левой нарезкой, а зубцы статора также выполнены в виде левой и правой систем зубков такого же шага, что и шаг нарезки зубцов якоря, а обмотки управления статора выполнены концентрическими.

Недостатками такого электродвигателя являются повышенный расход материалов и электроэнергии, сложность при эксплуатации.

Целью изобретения является снижение расхода материалов и потерь электроэнергии, повышение надежности и упрощение эксплуатации, а также функциональных возможностей (расширение диапазона частот вращения) электродвигателя.

Указанная цель достигается тем, что в электромагнитном двигателе, содержащем статор и якорь, разделенные вдоль продольной оси на две половины, в пазы статора уложены катушки обмотки управления, зубцы цилиндрического ферромагнитного якоря выполнены в виде спирали с левой нарезкой для его одной половины и с правой для его другой половины, причем углы наклона спиралей равны, а катушки левой половины магнитопровода статора уложены в пазы в такой последовательности фаз, что обеспечивают движение магнитного поля в одном направлении вдоль продольной оси, а катушки другой его части имеют последовательность фаз, обеспечивающую встречное направление движения магнитного поля вдоль продольной оси, якорь снабжен короткозамкнутой обмоткой, размещенной в его пазах между зубцами.

На чертеже изображен линейный цилиндрический электродвигатель, разрез.

Электродвигатель состоит из индуктора 1, в пазы которого уложена обмотка якоря 2, и вала 3, вращающегося в опорах 4. Индуктор и якорь выполнены симметричными относительно оси 0-0 (в качестве примера для упрощения, однако не нарушая общности, двигатель показан двухфазным с восьмью пазами на индукторе). В пазы 5 уложены катушки обмотки первой фазы, в пазы 6 второй. Соответственно винтовые пазы 7 в левой половине якоря имеют угол наклона такой же, какой и винтовые пазы в первой половине, но направлены в противоположную сторону. В пазы якоря уложена короткозамкнутая обмотка, состоящая из стержней, находящихся в винтовых пазах, одного или нескольких стержней 9, направленных вдоль оси вращения вала, и короткозамыкающих колец 10.

Двигатель работает следующим образом.

При подаче на обмотку двухфазного напряжения в левой половине индуктора будет создано бегущее магнитное поле, движущееся, например, слева направо, а в правой половине встречное, движущееся справа налево. Соответственно в роторе под действием этого поля текут токи, взаимодействие которых с магнитным потоком индуктора создает силы, направленные перпендикулярно к винтовым пазам; осевые составляющие этих сил взаимно уравновешиваются, а тангенциальные создадут вращающий момент, под действием которого ротор будет вращаться. Отсутствие же вовне направленных осевых сил позволяет уменьшить расход материалов на опоры двигателя и повысить его надежность.

Синхронная частота вращения двигателя должна наступить тогда, когда ЭДС в стержне, создаваемая магнитным потоком статора при движении его вдоль оси вала со скоростью V_o уравновесится встречной ЭДС, возникающей при вращении со скоростью V_т. Величина скорости V_т зависит от угла скоса стержней якоря (шага винтовой нарезки пазов). Чем меньше будет угол скоса, тем больше будет частота вращения, и наоборот. Поэтому в отличие от обычных (нелинейных) асинхронных двигателей, данный двигатель может иметь практически сколь угодно большую частоту вращения.

Использование: в электроприводе. Сущность изобретения:электродвигатель состоит из индуктора 1, в пазы 5 которого уложена обмотка одной фазы, а в пазы 6 - другой фазы. Винтовые пазы 7 в левой половине ротора 2 имеют угол наклона такой же, как и винтовые пазы 8 в правой половине, но направлены в противоположную сторону. При подаче на обмотку двухфазного напряжения в левой половине индуктора создается бегущее магнитное поле, движущееся например, слева направо, а в правой половине - встречное, бегущее справа налево. Под действием этих полей осевые составляющие сил, действующих на ротор, взаимно уравновесятся, а тангенциальные создадут вращающий момент, под действием которого ротор будет вращаться. Отсутствие осевых сил уменьшает нагрузку на опоры вала. 1 ил.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий статор и якорь, разделенный вдоль продольной оси на две половины, в пазы статора уложены катушки обмотки управления, зубцы цилиндрического ферромагнитного якоря выполнены в виде спирали с левой нарезкой его одной половины и с правой нарезкой для его другой половины, причем узлы наклона спиралей равны, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода материалов и потерь электроэнергии, повышения надежности и упрощения эксплуатации, а также расширения функциональных возможностей (расширение диапазона частот вращения) электродвигателя, катушки левой половины магнитопровода статора уложены в пазы в последовательности фаз такой, что обеспечивают движение магнитного поля в одном направлении вдоль продольной оси, а катушки второй его части имеют последовательность фаз, обеспечивающую встречное направление движения магнитного поля вдоль продольной оси, якорь снабжен короткозамкнутой обмоткой, размещеннной в его пазах между зубцами.