ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H02K41/02 

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

Известен линейный электродвигатель, состоящий из индуктора с аксиально расположенными полюсами, обмоткой, чередующимися магнитными и немагнитными кольцами, прилегающими одно к другому, и якоря, имеющего свои магнитные и немагнитные кольца и антифрикционные элементы. Между магнитными кольцами индуктора установлены дополнительные прокладки, с помощью которых достигается смещение зубцовой зоны одной фазы относительно другой [1]
Недостаток этого электродвигателя повышенный расход потребляемой из сети мощности на единицу развиваемой силы.

Известен также цилиндрический линейный электродвигатель, содержащий N параллельных якорей, выполненных в виде установленных поочередно магнитных и немагнитных колец с возможностью продольного перемещения соосно с системой обмоток индуктора, магнитопровод которого выполнен из поперечных магнитных элементов, установленных поочередно с обмотками индуктора и имеющих отверстия для якорей [2]
Недостаток этого электродвигателя увеличенные осевые размеры индуктора, а следовательно, уменьшенный ход якоря при неизменной длине последнего.

Цель изобретения уменьшение осевого размера индуктора для увеличения хода якоря на единицу массы линейного электродвигателя.

Это достигается тем, что магнитопровод индуктора двигателя разбивается на N цилиндрических магнитопроводов. Затем все N цилиндрических магнитопроводов каждый со своим якорем и своей обмоткой, оси которых параллельны и размещены по углам и серединам сторон квадрата, располагаются примерно в одной плоскости. Для уменьшения радиальных размеров нового двигателя цилиндрические магнитопроводы соприкасаются образующими друг с другом и с внутренней трубой, имеющей ось, проходящую через центр квадрата, внутри которой размещен общий шток или трос, соединенный со всеми якорями и общей нагрузкой.

На фиг.1 изображен предложенный линейный электродвигатель, состоящий из цилиндрических магнитопроводов с обмотками и якорей; на фиг.2 осевой разрез одного цилиндрического магнитопровода с обмоткой и якорем (единичный двигатель).

Линейный электродвигатель (см. фиг.1) содержит неподвижную часть N цилиндрических магнитопроводов с обмотками, например восемь, оси которых размещены по серединам сторон и углам квадрата, соприкасающихся по образующим друг с другом и с трубой, ось которой проходит через центр квадрата, а также подвижную часть N якорей, например восемь, соединенных по обеим торцам. Для смещения зубцовой зоны одной фазы относительно другой соседние цилиндрические магнитопроводы или якоря сдвинуты и зафиксированы один относительно другого в осевом направлении и в циклической последовательности, а расположенные осесимметрично цилиндрические магнитопроводы ил якоря не имеют такого сдвига.

Единичный двигатель (см. фиг.2) состоит из статора и якоря. Статор содержит корпус 1, полюсы 2 и магнитные втулки 3, образующими цилиндрический магнитопровод. Между полюсами 2 и магнитными втулками 3 размещены немагнитные обоймы 4, охватывающие все вместе обмотку 5. Якорь имеет стержень 6, на котором фиксируются магнитные гайки 7, немагнитные гайки 8, шайбы 9, крепежные гайки 10, стягивающие все детали якоря по торцам.

Количество единичных двигателей (восемь) объясняется тем, что данный линейный электродвигатель имеет оптимальную четырехфазную структуру для устранения перекоса траверсы, соединяющей якоря линейного электродвигателя с четырьмя единичными двигателями, осесимметрично к единичному двигателю каждой фазы приходится ставить еще по одному единичному двигателю.

Линейный электродвигатель работает следующим образом.

При отсутствии токов в катушках двигателя подвижный якорь занимает произвольное положение в пределах рабочего хода. Импульсы тока подаются одновременно в обмотки осесимметричных единичных двигателей (на фиг.1 обозначены одинаковыми буквами). При поочередной подаче токов (прямой последовательности а, б, в, г) в осесимметричные обмотки 5 якорь приходит в движение в прямом направлении. При поочередной подаче токов (обратной последовательности г, в, б, а) в осесимметричные обмотки 5 якорь приходит в движение в обратном направлении. При этом частота подаваемых импульсов тока в противолежащие обмотки 5 определяет скорость движения якоря. При одновременной подаче токов во все обмотки 5 двигателя якорь затормаживается.

В отличие от прототипа у предложенного линейного двигателя индуктор составлен из N цилиндрических магнитопроводов каждый со своей обмоткой и своим якорем, оси которых расположены по серединам сторон и углам (вершинам) квадрата; длина каждой стороны квадрата при этом равна двойному диаметру единичного двигателя. Цилиндрические магнитопроводы соседних единичных двигателей соприкасаются друг с другом по образующим, а половина из них и с установленной внутренней трубой, ось которой проходит через центр квадрата, а ее диаметр равен диаметру цилиндрического магнитопровода. Якоря линейного двигателя соединены по торцам траверсой, связанной со штоком или тросом, совпадающим с осью трубы, что позволяет совместить вектор силы двигателя с вектором силы нагрузки.

Одновременно соседние цилиндрические магнитопроводы или якоря сдвинуты и зафиксированы один относительно другого в осевом направлении в циклической последовательности на величину осевого размера немагнитной обоймы или немагнитной гайки, а расположенные осесимметрично цилиндрические магнитопроводы или якоря не имеют такого сдвига.

В результате осевой размер индуктора уменьшается примерно во столько раз, сколько фаз имеет двигатель, что при неизменной длине якоря увеличивает его ход на единицу массы.

Данная конструкция имеет более высокую технологичность изготовления и сборки, а также более высокое усилие и меньшую потребляемую из сети мощность на единицу массы двигателя.

Применение предложенного линейного электродвигателя в составе привода 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. Цель изобретения - повышение эффективности работы линейного электродвигателя. Электродвигатель содержит неподвижную часть - восемь статоров, оси которых размещены по серединам сторон и углам квадрата, соприкасающихся по образующим друг с другом и с немагнитной трубой, ось которой проходит через центр квадрата; подвижную часть - восемь якорей, соединенных по обоим торцам. Для смещения зубцовой зоны одной фазы относительно другой соседние статоры или якоря сдвинуты и зафиксированы один относительно другого в осевом направлении на величину одного шага, а расположенные осесимметрично якоря или статоры не имеют такого сдвига. 2 ил.

ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий параллельные якоря и индуктор с цилиндрическим магнитопроводом и обмотками, концентрично размещенными относительно якорей, отличающийся тем, что индуктор выполнен из восьми цилиндрических магнитопроводов, концентричных якорям с обмотками, оси которых размещены по серединам сторон и углам квадрата, соприкасающихся по образующим друг с другом и установленной внутренней трубой, ось которой проходит через центр квадрата, причем полюса соседних магнитопроводов или якорей в циклической последовательности сдвинуты и зафиксированы относительно друг друга в осевом направлении, а расположенные осесимметрично якоря или статоры не имеют такого сдвига.