ИНДУКЦИОННО-ДИНАМИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H02K33/02 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в различных отраслях народного хозяйства в быстродействующих возвратно-поступательных электроприводах систем автоматики, преимущество в случае охвата двигателем объекта управления, регулирования.

Известны индукционно-динамические двигатели (ИДД), состоящие из неподвижного индуктора, содержащего магнитопровод с обмоткой, и pасположенного соосно с ним подвижного якоря, содержащего магнитопровод и короткозамкнутую обмотку. Магнитопроводы индуктора и якоря выполнены в виде тел вращения и набраны из шихтованных Г-образных сегментов, расположенных симметрично относительно продольной оси двигателя. Магнитопроводы индуктора и якоря образуют в совокупности замкнутый паз, так как кольцевой выступ каждого из магнитопроводов прилегает к рабочей поверхности другого магнитопровода. Обмотка индуктора крепится к магнитопроводу с помощью обоймы из нержавеющей стали. Сегменты магнитопроводов закреплены между Г-образными нажимными пластинами с помощью стяжных шпилек. Торцы всех Г-образных нажимных пластин приварены к кольцам, которые резьбовыми соединениями соединены с корпусными деталями [1]
Недостатки данной конструкции: низкий коэффициент заполнения сталью, большой вес подвижного элемента, низкий коэффициент использования стали и меди. Следовательно, двигатель при относительно больших габаритах имеет низкие КПД, быстродействие и тяговое усилие. Кроме того, при данной конструкции основное индукционно-динамическое тяговое усилие частично или полностью компенсируется магнитным тяговым усилием, направленным встречно, стремящимся втянуть магнитопровод подвижного элемента во внутрь электромагнитной системы, как у обычного электромагнита.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является индукционно-дина- мический двигатель, содержащий корпус, в котором установлен индуктор, выполненный в виде магнитопровода с обмоткой, расположенной в его пазу, и замкнутый подвижный элемент, выполненный из электропроводящего материала и размещенный соосно с магнитопроводом в прорези постоянной ширины [2]
Недостатки данной конструкции: недоиспользование возможностей ИДД по КПД, быстродействию и тяговому усилию, так как лобовые части подвижного элемента достаточно велики по сравнению с той частью его, которая размещена в рабочем зазоре, что приводит к большим потокам рассеяния, и так как подвижный элемент должен быть достаточно тяжелым для того, чтобы быть жестким.

Целью изобретения является увеличение КПД, быстродействия и тягового усилия за счет устранения лобовых частей и увеличения поверхности охлаждения, а также за счет уменьшения массы подвижного элемента вследствие увеличения его жесткости.

Для этого индуктор в плане имеет осесимметричную форму, магнитопровод его выполнен из пластин в виде двояко-симметричных фигур, внутренний контур которых окружность, а внешний контур прямоугольник, вписанный в окружность, соосную внутренней, но большего радиуса, прорезь выполнена по радиусу внешней окружности, параллельному продольной оси симметрии двигателя, между шихтованными пакетами магнитопровода расположены промежуточные клинья из немагнитного материала, в которых также выполнены паз для обмотки и прорезь для размещения подвижного элемента, а корпус выполнен из двух частей, плотно прилегающих к нижним и боковым участкам внешней поверхности пакетов и частично охватывающих верхние участки.

Причем внешний и внутренний контуры как правильные, так и неправильные многоугольники. Внешний и внутренний контуры индуктора могут быть окружности.

На наружной поверхности корпуса, не соприкасающейся с поверхностью шихтованных пакетов, могут быть выполнены ребра охлаждения.

Такая конструкция обеспечивает гарантированное сжатие пластин магнитопровода при приблизительно равном их количестве в пакетах, и, следовательно, гарантированные магнитные свойства магнитопровода. Увеличение поверхности охлаждения делает возможным повышение токов в обмотке возбуждения, что приводит к увеличению быстродействия и тягового усилия. Сокращаются нерабочие участки подвижного элемента, а также расход меди обмотки возбуждения.

На фиг. 1 представлен сложный разрез ИДД двумя плоскостями, проходящими через ось симметрии двигателя; на фиг. 2 контуры индуктора в форме многоугольника (в данном случае шестиугольника); на фиг. 3 то же, в форме окружности; на фиг. 4 и 5 геометрическое построение индуктора, контур которого, соответственно, многоугольник и окружность; на фиг. 6 пластина магнитопровода.

Двигатель содержит шихтованный магнитопровод 1 с уложенной в его пазы обмоткой возбуждения 2 и подвижный элемент 3. Магнитопровод собран из шихтованных пакетов, между которыми помещены клинья 4 из немагнитного материала, сжимающие пакеты в направлении, перпендикулярном плоскости пластин. Магнитопровод закреплен между нижним 5 и верхним 6 полукорпусами, стянутыми болтами 7. Подвижный элемент 3 размещается в рабочем зазоре 8.

Геометрическое построение индуктора видно из фиг. 4 и 5: пластина 9 мысленно вращается по часовой стрелке вокруг оси симметрии двигателя 10, образуя внутренний 11 и внешний 12 контуры индуктора. Вращение выполняется по линии QQ'Q, при этом точки А, В, С, D, E, F отображаются соответственно в А¹, В¹, С¹, D¹, E¹, F¹, а оси вращаемой фигуры взаимно ортогональны. Облик пластины магнитопровода можно представить, строго следуя ее описанию, по фиг. 6. Проводят на плоскости две взаимно перпендикулярные прямые 13 и 14 оси симметрии пластины (двоякосимметричной), затем окружность 15 с центром в точке пересечения линий 13 и 14 внутренний контур пластины. Из того же центра проводят окружность 16 большего радиуса, чем окружность 15. Описывают вокруг окружности 16 прямоугольник 17. Непрерывные линии 16, 17, 18, 19, описанные вокруг окружности 17, могут образовывать внешний контур пластины. По радиусу окружности 16, параллельному оси симметрии двигателя и совпадающему с линией 13, выполнена прорезь 20.

Двигатель работает следующим образом.

При подаче на обмотку индуктора 2 переменного напряжения высокой частоты создается поле возбуждения, под действием которого в подвижном элементе 3 индуцируются вихревые токи. Вихревые токи создают поле, силовые линии которого направлены встречно силовым линиям поля возбуждения. Взаимодействие двух полей приводит к появлению аксиального усилия, выталкивающего подвижный элемент 3 из зазора 8. Обратный ход подвижного элемента может осуществляться, например, под воздействием пружины.

Применение изобретения приводит к увеличению КПД, быстродействия и тягового усилия двигателя, а следовательно, к расширению функциональных возможностей системы автоматики и снижению энергопотребления и материалоемкости. Положительный эффект достигается за счет сокращения нерабочих участков подвижного элемента, увеличения поверхности теплоотдачи и уменьшения массы подвижного элемента вследствие увеличения его жесткости.

Использование: в быстродействующих возвратно-поступательных электроприводах систем автоматики. Сущность изобретения: двигатель содержит шихтованный магнитопровод 1 с уложенной в его пазы обмоткой 2 возбуждения и подвижный элемент 3, размещенный в рабочем зазоре. Магнитопровод собран из шихтованных пакетов, между которыми помещены клинья из немагнитного материала, сжимающие пакеты в направлении, перпендикулярном плоскости пластин. Магнитопровод закреплен между нижним 5 и верхним 6 полукорпусами, стянутыми болтами 7. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. ИНДУКЦИОННО-ДИНАМИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус, в котором установлен индуктор, выполненный в виде магнитопровода с обмоткой, расположенной в его пазу, и замкнутый подвижный элемент, выполненный из электропроводящего материала и размещенный соосно с магнитопроводом в прорези постоянной ширины, отличающийся тем, что индуктор в плане имеет осесимметричную форму, магнитопровод его выполнен из шихтованных пакетов пластин в виде двоякосимметричных фигур, внутренний контур которых - окружность, а внешний контур прямоугольник, вписанный в окружность, соосную внутренней, но большего радиуса, прорезь выполнена по радиусу внешней окружности, параллельному продольной оси симметрии двигателя, между шихтованными пакетами магнитопровода расположены промежуточные клинья из немагнитного материала, в которых также выполнены паз для обмотки и прорезь для размещения подвижного элемента, а корпус выполнен из двух частей, плотно прилегающих к нижним и боковым участкам внешней поверхности пакетов и частично охватывающих верхние участки. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что внешний и внутренний контуры индуктора как правильные, так и неправильные многоугольники. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что внешний и внутренний контуры индуктора окружности. 4. Двигатель по пп.1 3, отличающийся тем, что на наружной поверхности корпуса, не соприкасающейся с поверхностью шихтованных пакетов, выполнены ребра охлаждения.