ЛИНЕЙНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 1996 года по МПК H02K41/25 H02P7/62 

Изобретение относится к области электротехники, а точнее к линейному электроприводу и предназначено для использования в робототехнике и приводе станков.

Известен линейный асинхронный электропривод /см. авт. с. СССР N 790080, кл. H 02 K 41/02, 1980), содержащий индуктор, состоящий из отдельных сердечников с обмотками, подключенными посредством коммутирующего устройства к источнику напряжения. Ограниченные функциональные возможности недостаток данного электропривода.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является линейный асинхронный электропривод /см. авт. св. СССР N 1755352, кл. H 02 K 41/025/, содержащий индуктор, состоящий из сердечника, включающего ярмо и зубцы, с катушками многофазной обмотки, каждая из которых охватывает по одному зубцу сердечника, электропроводящий вторичный элемент и коммутирующее устройство, соединяющее катушки обмотки с источником напряжения, при этом, по меньшей мере, первые пять катушек обмотки, подключенные коммутирующим устройством к источнику напряжения, образуют первоначальный ряд, катушки обмотки первоначального ряда образуют до середины ряда прямой, а после середины ряда противоположный порядок следования фаз. Для совершения шага вторичного элемента коммутирующее устройство отключает последнюю катушку обмотки индуктора первоначального ряда от источника напряжения, для электромагнитной фиксации вторичного элемента коммутирующим устройством отключается первая катушка обмотки первоначального ряда и подключается к источнику напряжения катушка обмотки, следующая за последней из первоначального ряда, при этом создается новый ряд, катушки обмотки которого образуют до середины ряда прямой, а после середины противоположный порядок следования фаз, причем, вторичный элемент размещен на опорах, установленных с возможностью вращения.

Этот электропривод обеспечивает шаговое поступательное перемещение вторичного элемента лишь с шагом в одно зубцовое деление, не допуская при этом регулирования величины шага.

Это недостаток прототипа.

Целью настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка.

Указанная цель достигается тем, что в линейном асинхронном электроприводе, содержащем индуктор, состоящий из сердечника, включающего ярмо и зубцы с катушками многофазной обмотки, охватывающими по одному зубцу сердечника каждая, электропроводящий вторичный элемент и коммутирующее устройство, соединяющее катушки обмотки с источником напряжения, при этом, по меньшей мере, первые пять катушек обмотки, подключенные коммутирующим устройством к источнику напряжения, образуют первоначальный ряд, катушки обмотки первоначального ряда образуют до середины ряда прямой, а после середины противоположный порядок следования фаз, причем вторичный элемент размещен на опорах, установленных с возможностью вращения, согласно изобретению, индуктор содержит дополнительные катушки многофазной обмотки, охватывающие, по меньшей мере, два зубца сердечника каждая, их выводы соединены с дополнительным коммутирующим устройством, подключающим их к источнику напряжения, что обеспечивает возможность совершения вторичным элементом шагового перемещения, величина которого равна стольким зубцовым делениям, сколько зубцов охватывает одна дополнительная катушка, при этом, по меньшей мере, первые пять дополнительных катушек обмотки, подключенные дополнительным коммутирующим устройством к источнику напряжения, образуют первоначальный ряд, дополнительные катушки обмотки первоначального ряда образуют до середины ряда прямой, а после середины противоположный порядок следования фаз.

Для совершения шага вторичного элемента на несколько зубцовых делений, при работе электропривода дополнительное коммутирующее устройство отключает последнюю дополнительную катушку первоначального ряда от источника напряжения, для электромагнитной фиксации вторичного элемента дополнительным коммутирующим устройством отключается от источника напряжения первая дополнительная катушка первоначального ряда и подключается к источнику напряжения дополнительная катушка, следующая за последней из первоначального ряда. Создается новый ряд, дополнительные катушки которого образуют до середины ряда прямой, а после середины противоположный порядок следования фаз.

Наличие дополнительных катушек многофазной обмотки индуктора, охватывающих, по меньшей мере, два зубца сердечника каждая, и дополнительного коммутирующего устройства, соединяющего дополнительные катушки обмотки с источником напряжения эти признаки определяют новизну технического решения.

Сходных решений в области линейного асинхронного электропривода и в смежных областях техники нами при патентном поиске не обнаружено. Это позволяет вынести суждение о том, что заявляемый электропривод обладает существенными отличиями.

В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения (фиг. 1-9):
фиг. 1 изображает общий вид линейного асинхронного электропривода /вид спереди/;
фиг. 2 схематически фрагмент индуктора линейного асинхронного электропривода /вид спереди/;
фиг. 3 порядок подключения фаз катушек многофазной обмотки индуктора до совершения первого шага вторичного элемента на одно зубцовое деление;
фиг. 4 то же, но при отключенной последней катушке обмотки первоначального ряда начало первого шага;
фиг. 5 то же, но по завершению первого шага электромагнитная фиксация вторичного элемента после шага на одно зубцовое деление;
фиг. 6 порядок подключения фаз дополнительных катушек /охватывают по два зубца сердечника каждая/ многофазной обмотки индуктора до совершения первого шага вторичного элемента на два зубцовых деления;
фиг. 7 то же, но при отключенной последней дополнительной катушке ряда начало первого шага вторичного элемента на два зубцовых деления;
фиг. 8 то же, но по завершению первого шага на два зубцовых деления - электромагнитная фиксация вторичного элемента;
фиг. 9 фрагмент схемы подключения выводов катушек обмотки и дополнительных катушек обмотки индуктора посредством коммутирующего устройства и дополнительного коммутирующего устройства, соответственно, к источнику напряжения.

Линейный асинхронный электропривод /фиг. 1/ содержит индуктор, состоящий из сердечника 1, включающего ярмо и зубцы, с катушками 2 /охватывают по одному зубцу сердечника 1 каждая/ и дополнительными катушками 3 /охватывают по два зубца сердечника 1 каждая/ многофазной обмотки, электропроводящий вторичный элемент 4, опирающийся на шаровые опоры 5. Коммутирующее устройство 6 связывает катушки 2 с источником напряжения через рубильник 7, и через него же дополнительное коммутирующее устройство 8 связывает дополнительные катушки 3 с источником напряжения. О, А, В, С обозначения выводов источника напряжения.

На фиг. 2 показан /схематически/ фрагмент индуктора линейного асинхронного электропривода, а именно, расположение катушек 2 и дополнительных катушек 3 многофазной обмотки на зубцах сердечника 1.

На фиг. 3 показан порядок подключения фаз катушек 2 /показаны схематически/ обмотки индуктора посредством коммутирующего устройства 6 /на фиг. 3 не показано/ к источнику напряжения до совершения первого шага вторичного элемента 4 на одно зубцовое деление. Усилия F1 и F2, действующие на вторичный элемент 4, обозначены стрелками. А, В, С обозначения фаз катушек 2 обмотки индуктора, подключенных к источнику напряжения. Остальные обозначения те же, что и на фиг. 1.

Фиг. 4 изображает то же, что и фиг. 3, но при отключенной последней катушке 2 обмотки индуктора первоначального ряда катушек 2 и иллюстрирует начало первого шага вторичного элемента 4.

На фиг. 5 представлен порядок подключения фаз катушек 2 обмотки индуктора по завершению первого шага вторичного элемента 4 на одно зубцовое деление при его электромагнитной фиксации. Здесь представлен новый ряд катушек 2 обмотки индуктора.

На фиг. 6 показан порядок подключения фаз дополнительных катушек 3 /показаны схематически/ обмотки индуктора посредством дополнительного коммутирующего устройства 8 /на фиг. 6 не показано/ к источнику напряжения до совершения первого шага вторичного элемента 4 на два зубцовых деления. Усилия F1 и F2, действующие на вторичный элемент 4 обозначены стрелками. А, В, С обозначения фаз дополнительных катушек 3 обмотки индуктора, подключенных к источнику напряжения.

Фиг. 7 изображает то же, что и фиг. 6, но при отключенной последней дополнительной катушке 3 первоначального ряда дополнительных катушек 3 обмотки индуктора. Этот рисунок иллюстрирует начало первого шага вторичного элемента 4 на два зубцовых деления.

Фиг. 8 представляет порядок подключения фаз дополнительных катушек 3 обмотки индуктора по завершению первого шага вторичного элемента 4 на два зубцовых деления при его электромагнитной фиксации. Здесь представлен новый ряд дополнительных катушек 3 обмотки индуктора.

Фиг. 9 изображает фрагмент схемы подключения катушек 2 обмотки и дополнительных катушек 3 обмотки индуктора посредством коммутирующего устройства 6 и дополнительного коммутирующего устройства 8 к источнику напряжения соответственно. Контакты коммутирующего устройства 6 обозначены позициями 9-41. Контакты дополнительного коммутирующего устройства 8 обозначены позициями 42-56. О, А, В, С обозначения выводов источника напряжения.

Рассмотрим работу данного линейного асинхронного электропривода.

До совершения первого шага вторичного элемента 4 на одно зубцовое деление /фиг. 3/ коммутирующим устройством 6 к источнику напряжения подключены первые пять катушек 2 обмотки индуктора электропривода, образующие первоначальный ряд. При этом замкнуты контакты 9, 11, 14, 16, 18 /фиг. 9/ коммутирующего устройства 6. Все остальные контакты разомкнуты. Катушки 2 первоначального ряда образуют до середины ряда прямой порядок следования фаз, а после середины противоположный: А, В, С, В, А /фиг. 3 и фиг. 9/. Создаются симметричные встречно бегущие магнитные поля, возбуждаемые токами, протекающими по системам катушек 2 обмотки индуктора, содержащим по три катушки 2: А, В, С слева направо и А, В, С справа налево. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают электропроводящий вторичный элемент 4 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов. При взаимодействии магнитных полей с вихревыми токами создаются механические встречно направленные усилия F1 и F2, действующие на вторичный элемент 4 /фиг. 3/. Эти усилия уравновешивают друг друга и удерживают вторичный элемент 4 в первоначальном положении.

Для совершения шага вторичного элемента 4 на одно зубцовое деление коммутирующее устройство 6 отключает последнюю катушку 2 обмотки в первоначальном ряду катушек 2 /фиг. 4 и фиг. 9/. При этом размыкается контакт 18 коммутирующего устройства 6, остаются замкнутыми контакты 9, 11, 14, 16, остальные контакты разомкнуты. Симметрия встречно бегущих магнитных полей нарушается, так как слева направо /фиг. 4/ бегущее магнитное поле возбуждается токами, протекающими по системе катушек 2 обмотки индуктора, содержащей три катушки 2: А, В, С, а магнитное поле, бегущее навстречу первому /справа налево/ создается токами, протекающими по системе катушек 2 обмотки индуктора, включающей лишь две катушки 2: В, С. Таким образом, магнитное поле, бегущее справа налево, является несимметричным и имеет "эллиптический характер". Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают вторичный элемент 4 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов во вторичном элементе 4. При взаимодействии бегущих магнитных полей с вихревыми токами создаются встречно направленные усилия F1 и F2. При этом усилие F1 будет больше усилия F2, и вторичный элемент 4 под действием разности этих сил начнет двигаться слева направо. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока встречно направленные усилия не станут равными по величине. Равновесие усилий F1 и F2 наступает по завершению первого шага, при этом поля, бегущие навстречу друг другу, будут иметь одинаковый эллиптический характер, т.е. слева направо: В, С и справа налево: В, С. Для устойчивой электромагнитной фиксации вторичного элемента 4 в новом положении отключают от источника напряжения первую катушку 2 обмотки индуктора из первоначального ряда катушек 2 и подключают к источнику напряжения коммутирующим устройством 6 катушку 2, следующую за последней такой же из первоначального ряда /фиг. 5 и фиг. 9/. Размыкаются контакты 9, 11, 14, 16 и замыкаются контакты 10, 13, 17, 19, 21 коммутирующего устройства 6. Остальные контакты разомкнуты /фиг. 9/. Картина подключения катушек 2 будет соответствовать фиг. 4. При этом будем иметь симметричные, бегущие навстречу друг другу, магнитные поля, пересекающие вторичный элемент 4 и индуктирующие в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов во вторичном элементе 4. При взаимодействии этих вихревых токов с бегущими магнитными полями создаются механические усилия F1 и F2 /фиг. 5/, направленные встречно и уравновешивающие друг друга. Эти усилия фиксируют вторичный элемент 4 в новом положении. И так далее.

До совершения первого шага вторичного элемента 4 на два зубцовых деления /фиг. 6/ дополнительным коммутирующим устройством 8 к источнику напряжения подключены первые пять дополнительных катушек 3 обмотки индуктора. При этом замкнуты контакты 42, 44, 47, 49, 51 /фиг. 9/ дополнительного коммутирующего устройства 8. Все остальные контакты разомкнуты. Дополнительные катушки 3 первоначального ряда образуют до середины ряда прямой, а после середины - противоположный порядок следования фаз: А, В, С, В, А /фиг. 6 и фиг. 9/. Создаются симметричные встречно бегущие магнитные поля, возбуждаемые токами, протекающими по системам дополнительных катушек 3 обмотки индуктора, содержащим по три дополнительных катушки 3: А, В, С слева направо и А, В, С справа налево. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают электропроводящий вторичный элемент 4 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов. При взаимодействии магнитных полей с вихревыми токами создаются механические встречно направленные усилия F1 и F2, действующие на вторичный элемент 4 /фиг. 6/. Эти усилия уравновешивают друг друга и удерживают вторичный элемент 4 в первоначальном положении.

Для совершения шага вторичного элемента 4 на два зубцовых деления дополнительное коммутиpующее устройство 8 отключает от источника напряжения последнюю дополнительную катушку 3 обмотки в первоначальном ряду дополнительных катушек 3 /фиг. 7 и фиг. 9/. При этом размыкается контакт 51 дополнительного коммутирующего устройства 8, остаются замкнутыми контакты 42, 44, 47, 49, остальные контакты разомкнуты. Симметрия встречно бегущих магнитных полей нарушается, так как слева направо /фиг. 7/ бегущее магнитное поле возбуждается токами, протекающими по системе дополнительных катушек 3 обмотки индуктора, содержащей три дополнительных катушки 3: А, В, С, а магнитное поле, бегущее справа налево /навстречу первому/ создается токами, протекающими по системе, включающей лишь две дополнительные катушки 3: В, С. Таким образом, магнитное поле, бегущее справа налево, является несимметричным и имеет "эллиптический" характер. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают вторичный элемент 4 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов во вторичном элементе 4. При взаимодействии бегущих магнитных полей с вихревыми токами создаются встречно направленные усилия F1 и F2. При этом усилие F1 будет больше F2 и вторичный элемент 4 под действием разности этих сил начнет двигаться слева направо. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока встречно направленные усилия не станут равными по величине. Равновесие усилий F1 и F2 наступает по завершению первого шага, при этом поля, бегущие навстречу друг другу, будут иметь одинаковый "эллиптический характер", т.е. слева направо: В, С и справа влево: В, С. Для устойчивой электромагнитной фиксации вторичного элемента 4 в новом положении отключают от источника напряжения первую дополнительную катушку 3 обмотки индуктора из первоначального ряда дополнительных катушек 3 и подключают к источнику напряжения дополнительным коммутирующим устройством 8 дополнительную катушку 3, следующую за последней такой же из первоначального ряда /фиг. 8 и фиг. 9/. Размыкаются контакты 42, 44, 47, 49 и замыкаются контакты 43, 46, 50, 52, 54 дополнительного коммутирующего устройства 8. Остальные контакты разомкнуты /фиг. 9/. Картина подключения дополнительных катушек 3 будет соответствовать фиг. 8. При этом будем иметь симметричные бегущие навстречу друг другу магнитные поля, пересекающие вторичный элемент 4 и индуктирующие в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов во вторичном элементе 4. При взаимодействии этих вихревых токов с бегущими магнитными полями создаются механические усилия F1 и F2 /фиг. 8/, направленные встречно и уравновешивающие друг друга. Эти усилия фиксируют вторичный элемент 4 в новом положении. И так далее.

Управлять включением контактов коммутирующего устройства 6 и дополнительного коммутирующего устройства 8 можно и с помощью ЭВМ.

По сравнению с прототипом расширены функциональные возможности электропривода: получена возможность варьировать величину шага вторичного элемента на целое число зубцов делений. ЫЫЫ8

Использование: в системах автоматики и робототехники. Сущность изобретения: линейный асинхронный электропривод содержит индуктор, состоящий из сердечника 1, включающего ярмо и зубцы с катушками 2 многофазной обмотки, охватывающими один зубец сердечника 1 каждая, и дополнительными катушками 3 многофазной обмотки, охватывающими, по меньшей мере, два зубца сердечника 1 каждая, электропроводящий вторичный элемент 4, размещенный на вращающихся опорах, коммутирующее устройство 6 и дополнительное коммутирующее устройство 8, соединяющие соответственно катушки 2 и дополнительные катушки 3 обмотки индуктора с источником напряжения посредством рубильника 7. Таким образом, получена возможность варьировать величину шага вторичного элемента на целое число зубцовых делений. 9 ил.

Линейный асинхронный электропривод, содержащий индуктор, состоящий из сердечника, включающего ярмо и зубцы, на зубцах размещены катушки 3-х фазной обмотки, охватывающие по одному зубцу сердечника каждая, электропроводящий вторичный элемент, установленный на опорах, коммутирующее устройство, выполненное с возможностью одновременного подключения к источнику напряжения для фиксации якоря по меньшей мере пяти фазных катушек обмотки, образующих вдоль продольной оси индуктора первоначальный ряд, в котором до его 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, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным коммутирующим устройством и дополнительной 3-х фазной обмоткой, каждая катушка которой охватывает по меньшей мере два зубца сердечника и подключена к дополнительному коммутирующему устройству, выполненному так же, как и основное коммутирующее устройство, с такой же коммутацией катушек дополнительной 3-х фазной обмотки, что и коммутация катушек основной обмотки основным коммутирующим устройством.