ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК H02K33/02 H01F7/16 B21J7/30 

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к электромагнитным двигателям с возвратно-поступательным движением якоря и может быть использовано в механизмах ударного действия, например, исполнительных приводах прессового оборудования.

Известны конструкции линейных электромагнитных двигателей с двумя рабочими зазорами, содержащие статор с расположенной в нем обмоткой возбуждения, якорь, выполненный в виде цилиндра с плоской дисковой частью, возвратную пружину и корпус, являющийся одновременно кожухом и направляющей якоря. (А. с. 734911, кл. В 21 J 7/30, 1981 г. При подаче импульса напряжения в обмотку возбуждения двигателя, используемого в качестве силового привода пресса, якорь перемещается вниз, совершая рабочий ход. Тяговое усилие создается за счет магнитных потоков в верхнем и нижнем рабочих зазорах и частично за счет потоков рассеяния.

Недостатком известной конструкции является: относительно малая величина рабочего хода якоря и начального тягового усилия. Это связано с тем, что в двигателях подобной конструкции магнитной цепи суммарный воздушный зазор в два раза больше величины рабочего хода якоря. По этой причине начальное движение якоря, особенно при относительно больших рабочих ходах, характеризуется значительными потоками рассеяния приводящих к потери МДС и снижению начального усилия.

Известен также электромагнитный двигатель, содержащий статор с трехступенчатым стопом, в котором расположена обмотка, якорь, состоящий из трех притягивающихся и одной втяжной части и возвратную пружину (А.с. 844116 кл. В 21 J 7/30, 1981 г.).

Недостатками двигателя является: невысокое усилие в конечной части хода якоря, повышенный шум в работе, ограниченный ход якоря.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является электромагнитный двигатель с двумя рабочими зазорами, содержащий статор, помещенной в нем цилиндрической обмоткой, соосно расположенный втяжной и дисковый якорь, регулировочную втулку со сменными регулировочными кольцами и возвратную пружину (Н.П. Ряшенцев, Г.Г. Угаров, А.В. Львицын, Электромагнитные прессы. Новосибирск: Наука. Сиб. отделение 1989, 215 с. стр. 166, фиг. 7-30). Соосное расположение и возможность перемещения дискового якоря относительно втяжного при помощи регулировочной втулки позволяет регулировать начальное тяговое усилие и форму тяговой характеристики двигателя изменением величины верхнего рабочего зазора (воздушный зазор между дисковыми якорем и статором) при помощи высоты сменных колец.

Недостатками электромагнитного двигателя являются: малая величина амплитуды тяговой характеристики и конечного усилия на интервале движения втяжного якоря; в режиме ударного действия механическая энергия, накапливаемая при движении дискового якоря, расходуется на соударение о статор и не используется как полезная; значительное количество подвижных элементов снижает надежность работы двигателя; повышенный шум при работе.

Техническая задача, решаемая в предлагаемой конструкции расширение функциональных возможностей двигателя за счет увеличения рабочего хода якоря и начального тягового усилия.

Поставленная цель достигается тем, что линейный электромагнитный двигатель снабжен направляющим корпусом, выполненным из ферромагнитного материала, а его часть, прилегающая к статору выполнена большего диаметра.

Такое конструктивное исполнение позволяет в 1,5-2 раза увеличить ход якоря в сравнении с аналогичным двигателем, не имеющим указанных отличительных признаков при равенстве тяговых усилий в начале рабочего хода. На начальном этапе движения якоря, когда необходимо создать большое тяговое усилие двигатель работает как однозазорный. Увеличение начального тягового усилия объясняется уменьшением суммарного воздушного рабочего зазора по основному пути замыкания магнитного потока. На конечном этапе движения якоря, двигатель работает как двухзазорный, чем объясняются большие усилия в конце хода. Выполнение части направляющего корпуса, прилегающей к статору, большего диаметра позволяет шунтировать основной магнитный поток проходящий через направляющий корпус на конечном интервале движения якоря. Это создает дополнительную силу тяги в рабочем воздушном зазоре, образованном между дисковой частью якоря и торцевой частью статора. Высота и форма кольцевого паза, образованного примыканием частей направляющего корпуса и торцевой поверхности статора, позволяет регулировать вид тяговой характеристики.

C целью повышения технологичности изготовления направляющий корпус можно выполнить заодно со статором. Величина технологичности зазора Δ выбирается по известным рекомендациям.

На фиг. приведена конструктивная схема линейного электромагнитного двигателя в исходном состоянии.

Линейный электромагнитный двигатель содержит цилиндрический статор 1, состоящий из основания статора 2 и торцевой части статора 3, размещенную внутри статора катушку 4 и якорь 5, выполненный из цилиндрической 6 и дисковой 7 частей, примыкающий к торцевой части статора направляющий ферромагнитный корпус 8, крышку корпуса 9, подшипники скольжения 10, 11 и возвратную пружину 12.

Линейный электромагнитный двигатель работает следующим образом.

В исходном состоянии якорь 5 опирается на возвратную пружину 12. При подаче на катушку 4 импульса напряжения, в ней возбуждается магнитный поток, который последовательно замыкается по цепи: основание статора 2, торцевая часть статора 3, направляющий ферромагнитный корпус 8, технологический зазор D, дисковая часть якоря 7, цилиндрическая часть якоря 6, нижний рабочий воздушный зазор, основание статора 2. В нижнем воздушном рабочем зазоре, образованном торцевыми поверхностями цилиндрической части якоря 6 и основанием статора 2 возникает тяговое усилие и якорь 5 начинает движение. При подходе якоря 7 к части направляющего ферромагнитного корпуса 8, выполненного большим диаметром происходит перераспределение пути замыкания основного магнитного потока и включение в работу верхнего рабочего воздушного зазора, образованного внутренней дисковой частью якоря 7 и поверхностью торцевой части статора 3. В этом случае магнитный поток замыкается последовательно через основание статора 2, торцевую часть статора 3, верхний рабочий зазор, дисковую часть якоря 7, цилиндрическую часть якоря 6, нижний рабочий зазор, основание статора 2.

Дальнейшее перемещение якоря осуществляется под действием двух усилий, создаваемых в верхнем и нижнем рабочем зазоре. После завершения рабочего хода якорь 5 под действием сил возвратной пружины 12 возвращается в исходное состояние.

Использование: в механизмах ударного действия, например, в исполнительных приводах прессового оборудования. Сущность изобретения: линейный электромагнитный двигатель, содержит цилиндрический статор, состоящий из основания статора и торцевой части статора, размещенную внутри статора катушку и якорь, выполненный из цилиндрической и дисковой частей, примыкающий к торцевой части статора направляющий корпус, крышку корпуса, подшипники скольжения и возвратную пружину, направляющий корпус выполнен из ферромагнитного материала, а его часть, прилегающая к статору выполнена большего диаметра. При подходе якоря к этой части корпуса происходит перераспределение пути замыкания магнитного потока и включение в работу верхнего рабочего воздушного зазора, образованного внутренней частью якоря и поверхностью торцевой части статора. 1 ил.

Линейный электромагнитный двигатель, содержащий цилиндрический статор с размещенной в нем катушкой и якорь с возвратной пружиной, цилиндрическая часть которого размещена внутри катушки с возможностью взаимодействия со статором, а дисковая часть размещена в направляющем корпусе с возможностью взаимодействия с торцевой поверхностью статора, отличающийся тем, что направляющий корпус выполнен из ферромагнитного материала, а его часть, прилегающая к статору, выполнена большего диаметра.