ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК H02K41/25 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве тягового привода на транспорте, в робототехнике и других областях.

Известен линейный двигатель [1] содержащий гребенчатый индуктор с двухфазной обмоткой и вторичный элемент бегун.

Недостатком данного двигателя являются низкий КПД, малая величина пусковой тяги, невозможность параметрической регулировки по напряжению.

Наиболее близким к предлагаемому является линейный электродвигатель, содержащий гребенчатый индуктор, вторичный элемент и трехфазную обмотку, состоящую из трех слоев катушек: каждому слою соответствует своя фаза. Индуктор или статор выполнен пластинчатым. Предусмотрены каналы для охлаждения двигателя [2]
Однако и данный двигатель не является параметрическим, т.е. скорость перемещения индуктора или вторичного элемента не может регулироваться в сколько-нибудь широких пределах. Энергетические показатели данного двигателя, в частности его удельная тяга, невысоки и это ограничивает область использования двигателя.

Цель изобретения расширение области применения двигателя и улучшение его энергетических показателей.

Цель достигается тем, что известный линейный электродвигатель, содержащий гребенчатый индуктор, вторичный элемент и трехфазную обмотку, снабжен вторыми гребенчатым индуктором и трехфазной обмоткой, индукторы выполнены двенадцатиполюсными, фазы трехфазной обмотки образованы четверками последовательно-встречно соединенных катушек, которые попарно расположены на одноименных полюсах индукторов, причем фазы первой трехфазной обмотки соединены в треугольник, второй в звезду, а между катушками каждой фазы одной трехфазной обмотки расположены катушки другой фазы другой трехфазной обмотки.

При этом одноименные фазы трехфазных обмоток, выполненных с одинаковой последовательностью фаз, линейно смещены друг относительно друга на 150 электрических градусов.

Цель достигается также тем, что известный линейный электродвигатель, содержащий гребенчатый индуктор, вторичный элемент и обмотку, снабжен вторыми гребенчатым элементом и обмоткой, и индукторы выполнены четырехполюсными, обмотки образованы четверками последовательно-встречно соединенных катушек, которые попарно расположены на одноименных полюсах индукторов, причем между катушками одной обмотки расположены катушки другой обмотки.

Кроме того, временной фазовый сдвиг между векторами магнитной индукции соседних полюсов индукторов составляет 90 градусов.

Целесообразно также, чтобы величина между боковой поверхностью полюса индуктора и полкой вторичного элемента не превышала величины зазора между полюсами индукторов.

Девяностоградусный временной сдвиг между векторами индукции соседних полюсов однозначно задает чередование фаз в обмотках двигателя, подключение катушек к сети. Иными словами катушки наматываются, располагаются и подключаются так, что соблюдаются все вышеприведенные фазовые и пространственные соотношения.

Следует учитывать также, что все вышеуказанные параметры могут на практике отличаться от оптимальных значений на 5 10 по технологическим или иным причинам.

На фиг. 1 приведена схема двенадцатиполюсного двигателя; на фиг 2 - четырехполюсный двигатель (модуль), который может использоваться как часть двенадцатиполюсного или самостоятельно; на фиг. 3 временная диаграмма изменения индукции для двух соседних полюсов (фазы A и C1); на фиг. 4 - поперечный разрез двигателя; на фиг. 5 его конструкция с указанием потоков.

На фиг. 1-5 приведены следующие обозначения:
A, B и C входы трехфазной обмотки по схеме "треугольник";
A1, B1, и C1 входы обмотки по схеме "звезда";
ПН трехфазный преобразователь напряжения;
B3 вторичный элемент;
K_i катушка;
l₀ соответствующие воздушные зазоры;
* отсутствие потока Ф_i;
к, н конец и начало катушки;
5 выводы катушки;
6 выводы обмотки;
7 преобразователь напряжения.

Линейный электродвигатель, содержит два гребенчатых индуктора 1, магнитопроводы которых шихтованные, из электротехнической стали. Между индукторами расположен вторичный элемент 2 проводящий немагнитный, например, из алюминиевого сплава или меди. Индукторы 1 выполнены 12-полюсными. Индукторы содержат две 3-фазные обмотки. Фазы этих обмоток образованы четверками последовательно-встречно соединенных катушек 4, которые попарно расположены на одноименных полюсах 3 индукторов 1. Фазы первой 3-фазной обмотки соединены в "треугольник", второй 3-фазной обмотки в "звезду". Между катушками 4 каждой n фазы одной 3-фазной обмотки расположены катушки 4 другой фазы другой 3-фазной обмотки.

Одноименные фазы 3-фазных обмоток могут быть смещены друг относительно друга на 150^o электрических градусов.

Согласно второму варианту исполнения индукторы 1 выполнены 4-полюсными. Их обмотки образованы четверками последовательно-встречно соединенных катушек 4, которые попарно расположены на одноименных полюсах 3 индукторов 1. Питание 2-фазного 4-полюсного двигателя производится, например, от линейного напряжения BC и фазы A 3-х фазной сети.

Расположение катушек 4 индукторов 1 может обеспечивать временной фазовый сдвиг между векторами магнитной индукции соседних полюсов индукторов 90^o.

Величина зазора между боковой поверхностью полюса 3 индуктора 1 и полкой вторичного элемента 2 может не превышать величину зазора между полюсами индукторов.

Двигатель работает следующим образом. При подаче трехфазного напряжения на обмотки двигателя в элементе 2 индуцируются токи, в результате взаимодействия которых с полем катушек возникает сила, приводящая в движение элемент 2 (при закрепленных индукторах 1) или индукторы 1 (при фиксированном элементе 2).

Лабораторные исследования двигателя показали, что магнитные потоки фаз не взаимодействуют друг с другом (фиг. 2). Соблюдение условий, наложенных на величины зазоров, обеспечивает дополнительное повышение тяги на 10 14
Были изготовлены двигатели с пусковой силой тяги от 10 до 6200 Н. Их удельная сила тяги составила 40-57 Н/кг (с воздушным охлаждением) и 127 Н/кг (с жидкостным охлаждением). Аналогичные параметры отечественных и зарубежных двигателей, соответственно 10 20 и 33 40 Н/кг.

Основным достоинством предлагаемого двигателя является возможность плавной регулировки тягового усилия в широком диапазоне (1:10000) путем изменения напряжения питания (известные двигатели по этому параметру не управляются).

Использование: в качестве тягового привода на транспортере, в робототехнике и других областях. Сущность изобретения: линейный электродвигатель содержит два гребенчатых двенадцатиполюсных индуктора 1 с общим вторичным элементом 2 между ними. Фазы трехфазных обмоток индукторов образованы четверками последовательно-встречно соединенных катушек 4, которые попарно расположены на одноименных полюсах 3 индукторов 1. Фазы первой трехфазной обмотки соединены в треугольник, второй - в звезду, а между катушками 4 каждой фазы одной трехфазной обмотки расположены катушки 4 другой фазы другой трехфазной обмотки. Во втором варианте изобретения индуктор 1 выполнен четырехполюсным. Обмотки образованы четверками последовательно-встречно соединенных катушек 4, которые попарно расположены на одноименных полюсах 3 индукторов 1. Между катушками 4 одной обмотки расположены катушки 4' другой обмотки. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Линейный электродвигатель, содержащий гребенчатый индуктор, вторичный элемент и трехфазную обмотку, отличающийся тем, что он снабжен вторыми гребенчатым индуктором и трехфазной обмоткой, индукторы выполнены двенадцатиполюсными, фазы трехфазных обмоток образованы четверками последовательно-встречно соединенных катушек, которые попарно расположены на одноименных полюсах индукторов, причем фазы первой трехфазной обмотки соединены в треугольник, второй в звезду, а между катушками каждой фазы одной трехфазной обмотки расположены катушки другой фазы другой трехфазной обмотки. 2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что одноименные фазы трехфазных обмоток смещены друг относительно друга на 150 электрических градусов. 3. Линейный электродвигатель, содержащий гребенчатый индуктор, вторичный элемент и обмотку, отличающийся тем, что он снабжен вторыми гребенчатым индуктором и обмоткой, индуктор выполнен четырехполюсным, обмотки образованы четверками последовательно-встречно соединенных катушек, которые попарно расположены на одноименных полюсах индукторов, причем между катушками одной обмотки расположены катушки другой обмотки. 4. Электродвигатель по п. 1 или 3, отличающийся тем, что расположение катушек обеспечивает временной фазовый сдвиг между векторами магнитной индукции соседних полюсов индукторов 90^o. 5. Электродвигатель по п. 1 или 3, отличающийся тем, что величина зазора между боковой поверхностью полюса индуктора и полкой вторичного элемента не превышает величину зазора между полюсами индукторов.