ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК H02K41/02 H02K33/02 

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к электрическим двигателям с возвратно-поступательным перемещением бегуна, и может быть использовано в регулируемых электроприводах, например в исполнительных органах рабочих механизмов.

Известен линейный электродвигатель, содержащий немагнитный корпус, с размещенными в нем электромагнитами прямого и обратного хода, и дополнительную катушку с магнитопроводом, причем якори электромагнитов и торцевые элементы магнитопровода дополнительной катушки имеют асимметричные отверстия, через которые пропущен бегун, установленный в подшипниках (авт. св. СССР N 936257, кл. Н 02 К 33/02, 1980).

Недостаток указанного электродвигателя относительно небольшое тяговое усилие на единицу массы.

В качестве прототипа нами выбран линейный электродвигатель, содержащий неподвижную часть, включающую удерживающий и тяговые магниты, и подвижную часть, включающую бегун и промежуточный магнит, а также упругие элементы, причем промежуточный магнит является общим якорем для тяговых магнитов, оси катушек промежуточного и тяговых магнитов взаимно перпендикулярны, а линия рабочего пути бегуна параллельна оси катушек тяговых магнитов (патент СССР N 1802909, кл. H 02 K 33/02, 1990).

Недостаток электромагнита повышенное потребление электрической мощности из сети на единицу массы.

Техническая задача увеличение развиваемой электродвигателем мощности на единицу его массы.

Поставленная техническая задача решается следующим образом.

Удерживающий постоянный магнит прототипа заменен электромагнитом, а питающие его катушку импульсы тока несинхронны по отношению к импульсам токов промежуточного и тяговых магнитов.

Ярмо промежуточного магнита сконструировано таким образом, что оно изготавливается в форме, имеющей окно, внутри которого помещены катушки и двойной Ш-образный магнитопровод тяговых магнитов, что делает всю конструкцию более компактной, а потому менее массивной.

Установка перпендикулярна осям катушек удерживающего и тяговых магнитов осей тормозных магнитов и позволяет использовать в качестве рабочих оставшиеся две боковые грани бегуна и жестко фиксировать его в статике (режимы выпуска продукции и исчезновения напряжения в сети).

Общий вид электродвигателя приведен на фиг. 1,2.

Электродвигатель состоит из бегуна 1, установленного в подшипниках 2 и жестко связанного со столом 3. К бегуну 1 прилегает удерживающий магнит 4 с катушкой 5, соединенный с проставкми 6, выводящими удерживающий магнит 4 на один уровень с промежуточным магнитом 7, имеющим катушку 8. Развитое ярмо магнита 7 имеет прямоугольное окно, внутрь которого помещены два тяговых магнита с двойным Ш-образным магнитопроводом 9, ось симметрии которого совпадает с осями катушек 5 и 8 удерживающего 4 и промежуточного 7 магнитов. Магнитопровод 9 закреплен на стойке 10 и содержит катушку 11 ("вперед") и катушку 12 ("назад"). Между торцами полюсов магнитопровода 9 и опирающимися на подушки 13, противолежащими элементами развитого ярма магнита 7, образованы равные воздушные зазоры. Перпендикулярно осям катушек 5, 8, 11, 12 удерживающего 4, промежуточного 7 и магнитопровода 9 тяговых магнитов установлены оси тормозных магнитов 14, якори 15 которых с помощью (тарельчатых) пружин 16 прижимают тормозные колодки 17 к бегуну 1. Магнитопровод 9, а также магнитопроводы удерживающего 4 и промежуточного 7 магнитов шихтованы.

На фиг. 3 изображен в аксонометрии двойной Ш-образный магнитопровод с общим ярмом, имеющим полюсы 18, соединенный с двух сторон со стойками 10 (фиг.4), каждая из которых из соображений технологичности изготовления содержит по одному уголку 19 и по две полосы 20. Нижняя часть стойки 10 соединена с фундаментом (показан штриховкой), а верхняя связана с магнитопроводом 9 (сваркой, болтовым соединением, клеем и т.д.). Уголок 19 нужен для того, чтобы "обойти" катушку 11; две стойки 10 позволяют жестко закрепить магнитопровод 9 на фундаменте с двух сторон.

Полюсы 18 двойного Ш-образного магнитопровода 9 (сверху и снизу), противолежащие им элементы 21 развитого ярма магнитопровода 7 и разделяющие их воздушные зазоры 22 изображены на фиг. 5.

Обозначение на фиг. 1,2 "ось симметрии" означает, что осесимметрично представленному изображению (А-А и Б-Б) может иметься еще одно такое же изображение, которые вместе содержат общий стол 3, поднимаемый или опускаемый двумя бегунами 1.

Электродвигатель работает следующим образом.

При отсутствии токов во всех катушках двигателя бегун 1, удерживаемый колодками 17, занимает произвольное положение в пределах рабочего хода.

Для подъема стола 3 выполняют следующие операции.

Подают в катушку 5, например положительную полуволну тока промышленной частоты, а в катушку 8 отрицательную полуволну.

При этом бегун 1 поочередно притягивается то к полюсам магнита 4, то к полюсам магнита 7. Затем включаются тормозные магниты 14, якори 15 которых, сжимая пружины 16, отжимают колодки 17 от бегуна 1, давая возможность последнему для движения "вперед" или "назад". Однако бегун 1 пока остается неподвижным в направлении рабочего хода, так как в рассматриваемый момент времени он, как отмечено, притягивается поочередно магнитами 4 и 7 и удерживается в подвешенном состоянии. Далее отрицательная полуволна тока подается в катушку 11 тягового магнита "вперед". В этот момент магнит 7 сцепляется с бегуном 1, который перемещается "вперед" на величину одного шага воздушного зазора 22 (фиг. 5) между неподвижным магнитопроводом 9 и зажатым между упругими элементами 13 развитым ярмом магнита 7. При этом, за счет того, что начальный рабочий воздушный зазор между деталями 1 и 7 меньше чем аналогичный зазор 22 (фиг. 5) между деталями 7 и 9, имеет место следующая последовательность (селективность) работы двигателя. Сначала бегун 1 сцепляется с магнитом 7, а затем магнитопровод 9 сцепляется с развитым ярмом магнита 7, что нужно для четкой отработки каждого шага. В следующий момент времени на магнит 4 опять поступает положительная полуволна тока; при этом магнит 7, потеряв силу сцепления с бегуном 1, отбрасывается упругими элементами 13 в нейтральное положение, а бегун 1 не изменяет своего положения в пространстве, так как он уже подхвачен полем удерживающего магнита 4. Таким образом, бегун 1 переместился на один шаг "вперед", а при последующей подаче отрицательной полуволны тока в катушки 8 и 11 бегун 1 переместится еще на один шаг "вперед".

Далее все описанное будет повторяться до тех пор, пока не прекратится поступление отрицательных полуволн тока в катушку 11. Для реализации движения бегуна 1 "назад" все остается без изменения, но отрицательная полуволна тока должна поступать в катушку 12. Движение "назад" прекращается после обесточивания катушки 12. Когда стол 3 достигнет нужного положения, отключаются катушки тормозных магнитов 14, а их якори 15 под действием пружин 16 прижимают колодки 17 к бегуну 1 и жестко фиксируют его. То же самое происходит, если исчезает напряжение в сети, а бегун 1 в подшипниках 2 и стол 3 не падают. Синхронизация импульсов тока в катушках 8 и 11 или 8 и 12, а также несинхронность последних с импульсами тока в катушке 5 достигается не обязательно путем использования полуволн тока промышленной частоты, но и любым приемлемым схемным способом. При необходимости, стол 3 подпирается двумя бегунами 1, которые должны двигаться синхронно, и как все другие элементы двигателя в этом случае имеют общую ось симметрии (фиг. 1,2 показана пунктиром). Указанное на фиг. 1,2 место оси симметрии позволяет обеспечить значительную базу между бегунами 1 при минимальных габаритах объединенного таким образом двигателя, что, например, необходимо для предотвращения качаний во время работы столов деревообрабатывающих станков.

В отличие от прототипа:
а) удерживающий постоянный магнит заменен электромагнитом;
б) развитое ярмо промежуточного магнита образует окно, внутри которого размещены катушки и двойной Ш-образный магнитопровод тяговых магнитов;
в) конструкция и расположение упругих элементов обеспечивают строго плоскопараллельное движение промежуточного магнита при отсутствии тока в его катушке;
г) при обесточивании тормозных магнитов их колодки надежно фиксируют бегун;
д) жесткое крепление магнитопровода тяговых магнитов с помощью стойки к фундаменту дает равенство и прямоугольность форм рабочих зазоров между его торцами и противолежащими частями промежуточного магнита.

Реализация указанных конструктивных решений позволяет получить положительный эффект, состоящий в увеличении развиваемой мощности новым электродвигателем на единицу массы при возрастании надежности его работы.

Использование: в регулируемых электроприводах, например в исполнительных органах рабочих механизмов. Сущность изобретения: электродвигатель состоит из бегуна 1, установленного в подшипниках 2 и жестко связанного со столом 3. К бегуну прилегает удерживающий магнит 4 с катушкой 5, соединенный с проставками 6, выводящими удерживающий магнит 4 на один уровень с промежуточным магнитом 7, имеющим катушку 8. Развитое ярмо магнита 7 имеет прямоугольное окно, внутрь которого помещают два тяговых магнита с двойным Ш-образным магнитопроводом 9, ось симметрии которого совпадает с осями катушек 5 и 8 удерживающего 4 и промежуточного 7 магнитов. Магнитопровод 9 закреплен на стойке 10 и содержит катушку 11 ("вперед") и катушку 12 ("назад"). Между торцами плюсов магнитопровода 9 и опирающимися на подушки 13, противолежащими элементами развитого ярма магнита 7 образованы равные воздушные зазоры. Перпендикулярно осям катушек 5, 8, 11, 12 удерживающего 4, промежуточного 7 и магнитопровода 9 тяговых магнитов установлены оси тормозных магнитов, якори которых с помощью (тарельчатых) пружин прижимают тормозные колодки к бегуну 1. Магнитопровод 9, а также магнитопроводы удерживающего 4 и промежуточного 7 магнитов шихтованы. 5 ил.

Линейный электродвигатель, содержащий неподвижную часть, включающую удерживающий магнит и тяговые электромагниты с Ш-образными магнитопроводами, и подвижную часть, включающую бегун и промежуточный электромагнит, являющийся общим якорем для тяговых электромагнитов и подпружиненный упругими элементами параллельно оси бегуна относительно неподвижной части, причем оси катушек промежуточного и тяговых электромагнитов взаимно перпендикулярны, а продольная ось бегуна параллельна оси катушек тяговых магнитов, отличающийся тем, что он снабжен тормозными магнитами, удерживающий магнит выполнен в виде электромагнита, ярмо промежуточного электромагнита выполнено с окном, внутри которого размещены тяговые электромагниты так, что между их полюсами и опирающимися на упругие элементы противолежащими элементами ярма промежуточного электромагнита образованы равные воздушные зазоры, Ш-образные магнитопроводы тяговых электромагнитов выполнены с общим ярмом, продольная ось которого совпадает с осью катушки удерживающего электромагнита, а перпендикулярно последней, а также оси катушек тяговых электромагнитов расположены оси тормозных электромагнитов.