ТЯГОВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК H02K41/25 

Изобpетение относится к линейным электрическим машинам, а более конкретно к линейным асинхронным двигателям с устройством компенсации.

Известен линейный асинхронный двигатель, содержащий протяженный вторичный элемент и индуктор с трехфазной рабочей обмоткой [1]
У двигателей такой конструкции из-за разомкнутости магнитопровода индуктора существуют так называемые волны концевого эффекта, возникающие на входном и выходном концах индуктора. Для высокоскоростных двигателей входная волна концевого эффекта оказывает размагничивающее действие на магнитное поле в рабочем зазоре двигателя, создает тормозную силу и тем самым уменьшает результирующее тяговое усилие двигателя.

Волна выходного концевого эффекта или, как ее называют, магнитный шлейф имеет место за пределами индуктора и тормозную силу не создает.

Известно также тяговое устройство, включающее в себя линейный асинхронный двигатель, содержащий индуктор, в пазах магнитопровода которого уложены катушки трехфазной обмотки с четным числом полюсов, и вторичный элемент. Перед индуктором двигателя по ходу движения установлен компенсационный блок, в пазах магнитопровода которого уложены такие же с тем же числом на полюс, что и в индукторе двигателя, катушки трехфазной обмотки с четным числом полюсов, меньшим числа полюсов индуктора. Обмотка индуктора соединена с обмоткой компенсационного блока последовательно, а зазор между рабочей поверхностью компенсационного блока и вторичным элементом равен рабочему зазору двигателя [2]
В известном тяговом устройстве компенсационный блок устанавливается так, что возникающий на его выходном конце магнитный шлейф протекает в рабочий зазор двигателя и при рационально выбранном расстоянии между компенсационным блоком и индуктором можно магнитным шлейфом не только компенсировать волну входного концевого эффекта индуктора, но и создать дополнительное тяговое усилие.

В описываемом устройстве в компенсационном блоке число полюсов p 2, а число полюсов двигателя p 4. В то же время рациональнее с точки зрения получения высоких тягово-энергетических показателей выполнять компенсационный блок минимальной длины, а индуктор двигателя максимально возможной длины.

Это обусловлено следующими обстоятельствами. В описываемом техническом решении концевой эффект, а значит и тормозная сила проявляются в полной мере на компенсационном блоке, в двигателе же, в силу наложения магнитного поля шлейфа на поле собственного концевого эффекта двигателя, результирующее значение концевого эффекта, а следовательно и тормозные силы либо отсутствуют, либо, в области малых скольжений, проявляются позитивно, т.е. создают дополнительное тяговое усилие. Таким образом, чем короче компенсационный блок, тем меньше негативное проявление концевого эффекта.

В общем случае тяговое усилие одиночного скоростного двигателя можно представить в виде
F F_o F_к.э., где F_o сила обусловленная нормально-бегущей составляющей магнитного поля;
F_к.э. сила, обусловленная полем концевого эффекта.

Тяговое же усилие линейного асинхронного двигателя в составе тягового устройства запишется в виде:
F F_o F_к.э. + F_ш, (1) где F_ш сила, обусловленная взаимодействием магнитного поля шлейфа с токами двигателя.

Позитивное проявление концевого эффекта (увеличение тягового усилия) наблюдается в области малых скольжений 0 < S 0,15. Во многих же случаях линейный двигатель, в силу его конструктивных особенностей, работает в более широком диапазоне скольжений 0,1 ≅ S ≅ 1. Таким образом, недостаток описываемого устройства состоит в том, что позитивный эффект увеличение тягового усилия, наблюдается лишь в малой области скольжения.

Цель изобретения расширение диапазона изменения скольжения с позитивным проявлением концевого эффекта, т.е. функциональных возможностей устройства.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Тяговое устройство включает в себя линейный асинхронный двигатель, содержащий индуктор, в пазах магнитопровода которого уложены катушки трехфазной обмотки с четным числом полюсов, вторичный элемент, и установленный перед индуктором двигателя по ходу движения компенсационный блок, в пазах магнитопровода которого уложены такие же с тем же числом на полюс, что и в индукторе двигателя, катушки трехфазной обмотки с четным числом полюсов, меньшим числа полюсов индуктора. Обмотки компенсационного блока и индуктора соединены последовательно.

Устройство отличается тем, что зазор между рабочей поверхностью компенсационного блока и вторичным элементом больше рабочего зазора двигателя.

При работе устройства возникающий за компенсационным блоком шлейф магнитного поля проникает в рабочий зазор двигателя и изменяет амплитуду и фазу результирующего магнитного поля двигателя так, что в диапазоне скольжений 0,2 S ≅ 1 увеличивается результирующее тяговое усилие двигателя.

На фиг. 1 представлено тяговое устройство, вид сбоку; на фиг. 2 распределение по длине магнитных полей линейного двигателя при δ₁ 0,5 δ₂; на фиг. 3 распределение по длине магнитных полей линейного двигателя при δ₁ 1,5 δ₂; на фиг. 4 зависимость коэффициента силы линейного двигателя от скольжения.

Тяговое устройство содержит индуктор 1 линейного асинхронного двигателя с катушками трехфазной обмотки 2, компенсационный блок 3 с такими же и с тем же числом на полюс, что и в индукторе 1 двигателя, катушками трехфазной обмотки 4 и вторичный элемент 5. Компенсационный блок 3 и индуктор 1 двигателя установлены на несущей раме 6 таким образом, что зазор δ₁ между рабочей поверхностью компенсационного блока 3 и вторичным элементом 5 больше рабочего зазора δ₂ двигателя. Обмотка 4 компенсационного блока 3 с четным числом полюсов 2p₁ последовательно соединена с обмоткой 2 двигателя с четным числом полюсов 2p₂, при этом 2p₁ < 2p₂.

При работе тягового устройства и движении по направлению, указанному стрелкой, за сбегающим краем компенсационного блока 3 возникает шлейф магнитного поля, который проникает в рабочий зазор двигателя. При этом происходит наложение магнитного поля шлейфа компенсационного блока 3 на магнитное поле концевого эффекта двигателя. Характер наложения этих полей зависит от соотношения зазоров δ₁ и δ₂. На фиг. 2 и фиг. 3 приведены зависимости полей концевого эффекта (кривая 1), шлейфа (кривая 2) и их результирующей (кривая 3) по длине индуктора двигателя при двух значениях зазора в компенсационном блоке, т.е. δ₁ 0,5 δ₂ и δ₁ 1,5 δ₂.

Анализ зависимостей показывает, что результирующее поле, поле концевого эффекта и шлейфа двигателя меняет свои амплитуду и фазу, а следовательно, это скажется на тяговом усилии двигателя, так как тяговое усилие представляет собой векторное произведение индукции и тока.

Для количественного анализа влияние изменения амплитуды и фазы результирующего поля на тяговые характеристики двигателя используем коэффициент силы К_F, равный отношению силы концевого эффекта, с учетом магнитного поля шлейфа, к силе, обусловленной собственным полем концевого эффекта (см. формулу (1))
K_F= 1
На фиг. 4 представлены зависимости коэффициента силы от величины зазора δ₁ под компенсационным блоком для электромагнитной добротности двигателя ε_о 10, которая выбрана исходя из того, что при ε_о 10 двигатель относится к высокоскоростным.

Анализ кривых показывает, что при зазоре δ₁ под компенсационным блоком больше рабочего зазора δ₂ двигателя К_F < 0 при S 0,2. Отрицательное значение коэффициента силы означает увеличение результирующего тягового усилия, причем его значение при δ₁ > δ₂ меньше чем при равенстве зазоров δ₁ и δ₂. Другими словами, можно сказать, что при увеличенном зазоре компенсационного блока двигатель создает большее тяговое усилие, чем при равенстве зазоров.

Таким образом, предложенное тяговое устройство позволяет расширить диапазон изменения скольжения, где концевой эффект проявляется позитивно, т.е. расширяются его функциональные возможности.

Использование: в линейном высокоскоростном транспорте. Сущность изобретения: тяговое устройство содержит индуктор 1 линейного асинхронного двигателя, в пазах магнитопровода которого уложены катушки трехфазной обмотки 2 с четным числом полюсов, вторичный элемент 5 и установленный перед индуктором 1 двигателя по ходу движения компенсационный блок 3, в пазах магнитопровода которого уложены такие же с тем же числом на полюс, что и в индукторе 1 двигателя, катушки трехфазной обмотки 4 с четным числом полюсов, меньшим числа полюсов индуктора 1. Обмотки 4 и 2 блока 3 и индуктора 1 соединены последовательно. Зазор между рабочей поверхностью блока 3 и вторичным элементом 5 больше рабочего зазора двигателя. Такое тяговое устройство увеличивает результирующее тяговое усилие двигателя в большем диапазоне изменения скольжения. 4 ил.

ТЯГОВОЕ УСТРОЙСТВО, включающее в себя линейный асинхронный двигатель, содержащий индуктор, в пазах магнитопровода которого уложены катушки трехфазной обмотки с четным числом полюсов, и вторичный элемент, и установленный перед индуктором двигателя по ходу движения компенсационный блок, в пазах магнитопровода которого уложены такие же с тем же числом на полюс, что и в индукторе двигателя, катушки трехфазной обмотки с четным числом полюсов, меньшим числа полюсов индуктора, при этом обмотка компенсационного блока последовательно соединена с обмоткой индуктора, отличающееся тем, что зазор между рабочей поверхностью компенсационного блока и вторичным элементом больше рабочего зазора двигателя.