ЛИНЕЙНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 1995 года по МПК H02K41/25 H02P7/62 

Изобретение относится к электротехнике, а более точно к линейному электроприводу и предназначено для использования в робототехнике.

Известен линейный асинхронный электропривод [1] содержащий индуктор с катушками многофазной обмотки, электропроводящий вторичный элемент и коммутирующее устройство, выполненное с возможностью одновременного подключения к источнику напряжения по меньшей пяти фазных катушек обмотки, образующих вдоль продольной оси индуктора первоначальный ряд, в котором до середины прямой, а после середины противоположный порядок чередования фаз, причем для совершения шага вторичного элемента с возможностью отключения последней катушки ряда, а для его электромагнитной фиксации с возможностью отключения первой катушки ряда и подключения катушки, следующей за последней катушкой первоначального ряда, с образованием нового ряда с тем же порядком чередования фаз, что у первоначального ряда, при этом вторичный элемент установлен на вращающихся опорах. Этот электропривод выбран в качестве прототипа.

Данный электропривод не допускает одновременного с шагом вращения вторичного элемента, что ограничивает его функциональные возможности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей двигателя.

Цель достигается тем, что в линейном асинхронном электроприводе, содержащем индуктор с катушками многофазной обмотки, электропроводящий вторичный элемент и коммутирующее устройство, выполненное с возможностью одновременного подключения к источнику напряжения по меньшей мере пяти фазных катушек обмотки, образующих вдоль продольной оси индуктора первоначальный ряд, в котором до середины прямой, а после середины противоположный порядок чередования фаз, причем для совершения шага вторичного элемента с возможностью отключения последней катушки ряда, а для его электромагнитной фиксации с возможностью отключения первой катушки ряда и подключения катушки, следующей за последней катушкой первоначального ряда, с образованием нового ряда с тем же порядком чередования фаз, что у первоначального ряда, при этом вторичный элемент установлен на вращающихся опорах, согласно изобретению, индуктор выполнен в виде отдельных сердечников цилиндрической формы, обмотка каждого из них выполнена многофазной и образует во внутренней его расточке прямой порядок следования фаз, при этом каждый следующий сердечник повернут по отношению к предыдущему на угол, занимаемый по меньшей мере одним зубцовым делением и по большей мере одной катушечной группой обмотки сердечника, а вторичный элемент выполнен цилиндрической формы и размещен во внутренних расточках сердечников.

Выполнение индуктора из отдельных сердечников цилиндрической формы с многофазными обмотками, образующими во внутренних расточках сердечников прямые порядки следования фаз, поворот каждого следующего сердечника по отношению к предыдущему на угол, занимаемый по меньшей мере одним зубцовым делением и по большей мере одной катушечной группой обмотки сердечника, выполнение вторичного элемента цилиндрической формы и размещение его во внутренних расточках сердечников эти признаки определяют новизну технического решения.

На фиг. 1 линейный асинхронный электропривод, общий вид; на фиг. 2 фрагмент сечения части электропривода; на фиг. 3 порядок подключения фаз обмоток сердечников индуктора до совершения первого шага вторичного элемента; на фиг. 4 то же, при отключенной обмотке последнего сердечника первоначального ряда начало первого шага; на фиг. 5 то же, по завершении первого шага (электромагнитная фиксация вторичного элемента); на фиг. 6 фрагменты схемы подключения обмоток сердечников, развернутый в плоскости; на фиг. 7 схема подключения выводов обмоток сердечников коммутирующим устройством к источнику напряжения.

Линейный асинхронный электропривод (фиг. 1) содержит индуктор, состоящий из отдельных сердечников 1 с катушками 2 многофазной обмотки, электроприводящий вторичный элемент 3 и коммутирующее устройство 4, cвязанное c иcточником напряжения рубильником 5. Вторичный элемент 3 имеет цилиндрическую форму и размещен внутри расточек сердечников 1, он опирается на шаровые опоры 6 (фиг. 2).

На фиг. 3 показан порядок подключения фаз обмоток индуктора к источнику напряжения до совершения первого шага вторичного элемента. Усилия F₁ и F₂, действующие на вторичный элемент, обозначены стрелками; A, B, C обозначения фаз обмоток сердечников.

На фиг. 4 отключены катушки многофазной обмотки последнего сердечника 1 первоначального ряда, что иллюстрирует начало первого шага.

На фиг. 5 представлен порядок подключения фаз обмоток сердечников 1 после первого шага вторичного элемента с его электромагнитной фиксацией. Показан новый ряд подключенных сердечников.

Фрагмент схемы-развертки сердечников 1 в плоскости изображен на фиг. 6. Здесь все обозначения те же, что на фиг. 1-5. Показана простейшая обмотка, когда на каждом сердечнике размещено по три катушки 2 обмотки. Под каждым горизонтальным рядом катушек 2 обмотки показан порядок подключения катушек к фазам источника напряжения, причем порядок следования фаз катушек 2 первоначального ряда обозначен позициями 7-9 (до совершения первого шага). То же после совершения первого шага обозначено позициями 10-12, а после совершения второго шага позициями 13-15.

Схема подключения выводов катушек обмоток сердечников к контактам коммутирующего устройства изображена на фиг. 7. Контакты коммутирующего устройства обозначены позициями 16-60. О, A, B и C обозначения выводов источника напряжения.

Линейный асинхронный электропривод работает следующим образом.

До совершения первого шага (фиг. 1 и 2) к источнику напряжения подключены катушки обмоток первых пяти сердечников 1, образующих первоначальный ряд, при этом замкнуты контакты 16-18, 20-22, 27, 28, 32, 35, 39, 40, 43, 47, 51 (фиг. 7) коммутирующего устройства. Все остальные контакты разомкнуты. Во внутренних расточках сердечников 1 (по окружности) образуются прямые порядки следования фаз (фиг. 3 и 6), а в продольном (осевом) направлении система всех катушек пяти сердечников образует до середины ряда прямые, а после середины противоположные порядки следования фаз: A, B, C, B, A; B, C, A, C, B; C, A, B, A, C (фиг. 3, 6 и 7). Это соответствует рядам 7-9 на фиг. 6. В расточке каждого сердечника возбуждается вращающееся магнитное поле, пересекающее вторичный элемент и наводящее в нем ЭДС, вызывающие протекание вихревых токов.

В результате взаимодействия вращающихся магнитных полей с вихревыми токами вторичного элемента создаются вращающие моменты, под действием которых вторичный элемент придет во вращение. Одновременно вся система катушек пяти сердечников первоначального ряда возбуждает бегущие в осевом направлении навстречу друг другу магнитные поля, которые пересекают вторичный элемент и наводят в нем ЭДС, вызывающие протекание вихревых токов, которые взаимодействуют со встречно бегущими магнитными полями. В результате этого взаимодействия создаются осевые усилия F₁ и F₂, действующие на вторичный элемент и направленные навстречу друг другу (фиг. 3). Эти усилия уравновешивают друг друга и не оказывают влияния на вращение вторичного элемента.

Для совершения шага вращающегося вторичного элемента коммутирующее устройство 4 отключает от источника напряжения катушки 2 последнего (пятого) сердечника первоначального ряда (фиг. 4 и 7). При этом размыкаются контакты 43, 47 и 51 коммутирующего устройства, остаются замкнутыми контакты 16-18, 20-22, 27, 28, 32, 35, 39 и 40. Симметрия встречно бегущих магнитных полей нарушается, так как слева направо (фиг. 4) бегущие магнитные поля возбуждаются токами, протекающими по группам обмоток, содержащих по три катушки, расположенные в осевом направлении: A, B, C; B, C, A и C, A, B, а магнитные поля, бегущие навстречу первым (справа налево), создаются токами, протекающими по группам обмоток, включающим по две катушки: B, C; C, A; A, B.

Таким образом, магнитные поля, бегущие справа налево, являются несимметричными и имеют эллиптический характер. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают вторичный элемент, наводят в нем ЭДС, вызывающие протекание вторичных токов. При взаимодействии бегущих магнитных полей с вихревыми токами создаются механические встречно направленные усилия F₁ и F₂. В этом случае усилие F₁ будет больше усилия F₂ и вращающийся вторичный элемент под действием разности этих сил начнет двигаться слева направо и будет продолжать движение до тех пор, пока усилия не станут равными по величине. Равновесие продольных усилий наступает после завершения первого шага, при этом поля, бегущие навстречу друг другу, будут иметь одинаковый эллиптический характер, т.е. слева направо-чередование фаз подключенных катушек: B, C; C, A и A, B и справа налево: B, C; C, A и A, B.

Для устойчивой электромагнитной фиксации (в осевом направлении) вращающегося вторичного элемента отключают от источника напряжения катушки обмотки первого (левого) сердечника первоначального ряда (фиг. 5-7) и подключают к источнику напряжения катушки обмотки сердечника, следующего за последним сердечником первоначального ряда. Размыкаются контакты 16-18 (фиг. 7) и замыкаются контакты 19, 23, 24, 26, 30, 31, 36, 37, 41, 44, 48, 49, 52, 56 и 60 коммутирующего устройства 4. Остальные контакты разомкнуты. Картина подключения катушек 2 сердечников 1 будет соответствовать фиг. 5 и позициям 10-12 на фиг. 6. При этом будем иметь симметричные бегущие навстречу друг другу в осевом направлении магнитные поля, пересекающие вторичный элемент и индуктирующие в нем ЭДС, вызывающие протекание вторичных вихревых токов. В результате взаимодействия этих токов с бегущими магнитными полями создаются усилия F₁ и F₂ (фиг. 5), направленные встречно и уравновешивающие друг друга. Эти усилия не оказывают влияния на вращение вторичного элемента и фиксируют его в продольном направлении. Аналогично совершается следующий шаг, и так далее. При большом числе шагов электропривода управлять включением катушек обмоток сердечников целесообразно при помощи микропроцессоров или ЭВМ.

По сравнению с прототипом расширены функциональные возможности линейного асинхронного электропривода: достигнуто вращение вторичного элемента при его шаговом перемещении и электромагнитной фиксации после совершения шага.

Использование: в робототехнике и приводе станков. Сущность изобретения: линейный асинхронный электропривод содержит индуктор, состоящий из отдельных сердечников с катушками многофазной обмотки, электропроводящий вторичный элемент, имеющий цилиндрическую форму, и коммутирующее устройство, соединяющее катушки обмотки с источником напряжения. Коммутирующее устройство связано с источником напряжения посредством рубильника. Благодаря специальному подключению катушек сердечников к источнику напряжения возбуждается вращающееся магнитное поле, пересекающее вторичный элемент, который будет, вращаясь, совершать шаговые перемещения. 7 ил.

ЛИНЕЙНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий индуктор с катушками многофазной обмотки, электропроводящий вторичный элемент и коммутирующее устройство, выполненное с возможностью одновременного подключения к источнику напряжения по меньшей мере 5 фазных катушек обмотки, образующих вдоль продольной оси индуктора первоначальный ряд, в котором до середины прямой, а после середины противоположный порядок чередования фаз, причем для совершения шага вторичного элемента с возможностью отключения последней катушки ряда, а для его электромагнитной фиксации с возможностью отключения первой катушки ряда и подключения катушки, следующей за последней катушкой первоначального ряда с образованием нового ряда с тем же порядком чередования фаз, что и первоначального ряда, при этом вторичный элемент установлен на вращающихся опорах, отличающийся тем, что индуктор выполнен в виде отдельных сердечников цилиндрической формы, обмотка каждого из них выполнена многофазной и образует во внутренней его расточке прямой порядок следования фаз, при этом каждый следующий сердечник повернут по отношению к предыдущему на угол, занимаемый по меньшей мере одним зубцовым делением и по большей мере одной катушечной группой обмотки сердечника, а вторичный элемент выполнен цилиндрической формы и размещен во внутренних расточках сердечников.