ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H02K33/02 H01F7/16 B21J7/30 

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано для создания электромагнитных прессов, молотов и других механизмов с поступательным движением рабочего органа.

Известен электромагнитный двигатель, приводящий в движение рабочий орган пресса [1] состоящий из статора, смонтированной в нем катушкой и якорем, возвратной пружины и фиксаторов с регулировочными винтами для удержания якоря на этапе трогания.

Основными недостатками такого устройства являются его низкий эксплуатационный ресурс и нестабильность работы вследствие износа фиксаторов. Другим не менее существенным недостатком рассматриваемого устройства является повышенный уровень шума.

Последний недостаток частично устраняется в конструкции электромагнитного двигателя пресса, подробно рассмотренного в книге [2] содержащего цилиндрический статор с закрепленной внутри обмоткой, комбинированной формы якорь, состоящий из цилиндрической втяжной и притягивающейся дисковой частей, возвратную пружину и устройство удержания якоря, расположенного в верхней части двигателя.

Принципиальное отличие конструкции в данной книге от [1] состоит в том, что двигатель снабжен устройством удержания, выполненным в виде цилиндрического электромагнита с внешним притягивающимся якорем, обмотка которого питается с помощью управляемого выпрямителя. Наличие удерживающего электромагнита позволяет повысить стабильность работы и повысить эксплуатационный ресурс электромагнитного двигателя пресса, а также значительно расширить его функциональные возможности.

К недостаткам данного устройства следует отнести сложность и низкую надежность конструкции ввиду того, что устройство снабжено дополнительным электромагнитом с управляемым выпрямителем, что также ухудшает массогабаритные показатели.

Известен также электропривод возвратно-поступательного движения для машин и устройств ударного (импульсного) действия [3] содержащий линейный электромагнитный двигатель, имеющий неподвижную часть с обмотками и ферромагнитный подвижный элемент, блок формирования управляющих импульсов, подключенный к обмоткам и соединенный с его входами генератор импульсов, снабженный по крайней мере одним установленным на неподвижной части двигателя удерживающим электромагнитом, а также блоком формирования импульсов удержания.

Бесспорным достоинством данного устройства является высокая энергия удара. К основным недостаткам также, как и в предыдущем случае, следует отнести сложность и низкую надежность.

Повышение энергии удара электромагнитных двигателей с удержанием якоря на этапе трогания является несомненным преимуществом ударных устройств.

Их основными недостатками являются сложность и низкая надежность. Это прежде всего связано с тем, что сам принцип работы ударных устройств с удержанием требует использования дополнительных вспомогательных механизмов в виде механических защелок или управляемых электромагнитов. Опыт эксплуатации таких устройств с удержанием якоря, выполненных в виде механической защелки, показывает уже в первые часы нестабильность работы двигателя пресса. Данная нестабильность определяется непостоянством усилия срыва с фиксаторов, зависящее от многих факторов (степени износа, наличия смазки и т.д.). Характерными особенностями электромагнитных двигателей, выполненных с устройствами удержания в виде управляемых электромагнитов, являются их сложность исполнения и существенные затраты на изготовление.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является электромагнитный двигатель пресса [4]
Общим признаком предлагаемого технического решения и рассмотренных по [1] и [2] является по-существу наличие линейного электромагнитного двигателя с размещенной внутри катушкой и якорем, выполненным в форме цилиндра с плоской дисковой частью и возвратной пружины.

Электромагнитный двигатель пресса по [4] содержит цилиндрический статор, катушку и якорь. Основным достоинством двигателя пресса является повышение усилия удара за счет выполнения якоря в виде плоского диска и цилиндрического сердечника длиной (0,5.0,8) длины катушки, а стопа статора высотой (0,2. 0,5) длины катушки.

Помимо этого к числу достоинств двигателя рассматриваемого пресса следует также отнести его простоту конструкции. Вместе с тем недостатком конструкции является невысокая удельная энергия удара.

Целью изобретения является повышение удельной энергии удара линейного электромагнитного двигателя при одновременном упрощении конструкции.

Указанная цель достигается тем, что линейный электромагнитный двигатель, содержащий статор с размещенной внутри катушкой и якорем, выполненным в форме цилиндра с плоской дисковой частью, расположенной внутри направляющего корпуса, и возвратную пружину, снабжен направляющим корпусом, выполненным из ферромагнитного материала с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору и установленным с возможностью взаимодействия с внешней дисковой частью якоря.

Такое конструктивное исполнение линейного электромагнитного двигателя за счет выполнения направляющего корпуса из ферромагнитного материала и возможности взаимодействия с ним внешней дисковой части якоря позволяет повысить его удельную энергию удара при существенном упрощении конструкции.

Сущность изобретения заключается в объединении в одной конструкции двигателя и удерживающего устройства.

На чертеже показана конструкция предлагаемого линейного электромагнитного двигателя на этапе трогания якоря в режиме его удержания.

Линейный электромагнитный двигатель содержит статор 1 с размещенной внутри катушкой 2 и якорем 3, выполненным в форме цилиндрической 4 и дисковой 5 жестко связанных между собой частей, примыкающий к статору ферромагнитный корпус 6, являющийся одновременно направляющей якоря 3, подшипники скольжения 7, 8, возвратную пружину 9 и регулировочную ферромагнитную шайбу 10. Торцевая цилиндрическая часть якоря 4 и внутренняя дисковая часть якоря 5 образуют со статором 1 рабочие воздушные зазоры δ₁ и δ₂ Направляющий ферромагнитный корпус 6 по отношению к статору 1 выполнен конструктивно с меньшей площадью поперечного сечения.

Линейный электромагнитный двигатель работает следующим образом.

В исходном состоянии якорь 3 под действием усилия возвратной пружины 9 находится в крайнем верхнем положении, т.е. внешняя дисковая часть 5 якоря 3 через регулировочную ферромагнитную шайбу 10 плотно поджата к направляющему ферромагнитному корпусу 6.

При подаче на катушку 2 импульса напряжения в ней возбуждается магнитный поток Φ который последовательно замыкается по цепи: статор двигателя 1, направляющий ферромагнитный корпус 6, регулировочная ферромагнитная шайба 10, дисковая часть якоря 5, цилиндрическая часть якоря 4, рабочий воздушный зазор d₁, статор двигателя 1. В начальный момент времени усилие удержания F_y, образованное поверхностями внешней дисковой части якоря 5 и ферромагнитного направляющего корпуса 6, превышает усилие в рабочем воздушном зазоре Fδ₁ F_y > Fδ₁ и таким образом функция обмотки 2 двигателя в этот период заключается в создании усилия удержания якоря 3. По мере нарастания тока в цепи катушки 2 и увеличения рабочего магнитного потока Φ происходит насыщение участков магнитной цепи направляющего ферромагнитного корпуса 6. Это приводит к увеличению его магнитного сопротивления и перераспределению пути замыкания основного магнитного потока F статор двигателя 1, рабочий воздушный зазор d₂ дисковая часть якоря 5, цилиндрическая часть якоря 4, рабочий воздушный зазор δ₁ статор двигателя 1. Начиная с момента времени, когда F_y < Fδ₁+ Fδ₂, происходят отрыв якоря 3 и ускоренное его перемещение. При отключении импульса напряжения якорь 3 под действием усилия возвратной пружины 9 возвращается в исходное состояние.

Такое конструктивное исполнение позволяет повысить ток трогания якоря и тем самым увеличить его конечную скорость движения и как следствие этого энергию удара.

Для регулирования усилия удержания якоря 3 и энергии удара в процессе настройки двигателя путем изменения поверхности соприкосновения внешней дисковой части якоря 5 с направляющим ферромагнитным корпусом 6 предусмотрена регулировочная ферромагнитная шайба 10.

Для предотвращения влияния нерабочих потоков технологический зазор Δ следует выбирать максимально возможным.

Использование: для создания электромагнитных прессов, молотов и других импульсных устройств с поступательным движением рабочих органов. Сущность изобретения: линейный электромагнитный двигатель содержит статор 1 с размещенной внутри катушкой 2 и якорем 3, выполненным в форме цилиндрической 4 и дисковой 5 частей, примыкающий к статору направляющий корпус 6, подшипники скольжения 7, 8, возвратную пружину 9 и регулировочную шайбу 10. Для увеличения удельной энергии удара за счет удержания якоря 3 на начальном этапе его движения направляющий корпус 6 выполнен из ферромагнитного материала меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору 1 и установлен с возможностью взаимодействия с внешней дисковой частью якоря 3. 1 ил.

Линейный электромагнитный двигатель, содержащий статор с размещенной в нем катушкой и якорем, выполненным в форме цилиндра с плоской дисковой частью, расположенной внутри направляющего корпуса, и возвратную пружину, отличающийся тем, что направляющий корпус выполнен из ферромагнитного материала меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору и установлен с возможностью взаимодействия с внешней дисковой частью якоря.