ВИБРАТОР Российский патент 1997 года по МПК H02K33/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для привода виброинструмента.

Известен аналог (2) вибратор, содержащий цилиндрический ротор, снабженный постоянными магнитами, подвижные элементы из магнитомягкого материала, системы возбуждения, выполненной в виде замкнутого ярма с обмотками постоянного тока и отверстиями, в которых размещены подвижные элементы.

Известен аналог (3) вибратор, содержащий 4-полюсный симметричный статор с обмотками на явновыраженных полюсах, внутри которого расположен 4-полюсный якорь с полюсами, смещенными по окружности на половину ширины полюса статора попарно и против часовой стрелки.

Наиболее близким к предложению по технической сущности аналогом является вибратор, содержащий две неподвижные части с зубцами, прорезями и обмотками, питаемыми от сети переменного тока через выпрямительные элементы, и якорь, закрепленный на подвижном элементе с прорезями и зубцами, размещенными в прорезях неподвижных элементов так, что рабочие зазоры образованы между зубьями одной из неподвижных частей и зубцами якоря (1).

Недостатком наиболее близкого аналога является низкий КПД, так как активные материалы используются недостаточно эффективно, а также их малые функциональные возможности из-за наличия у подвижной части только одной степени свободы.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение КПД за счет более эффективного использования активных материалов и увеличения площади рабочего воздушного зазора, а также повышения функциональных возможностей за счет создания колебания якоря с двумя степенями свободы.

Задача решается тем, что в вибраторе, содержащем две неподвижные части с зубцами, прорезями и обмотками, питаемыми от сети переменного тока через выпрямительные элементы, и якорь, закрепленный на подвижном элементе с прорезями и зубцами, размещенными в прорезях неподвижных элементов так, что рабочие зазоры образованы между зубцами одной из неподвижных частей и зубцами якоря, в отличие от прототипа, зубцы неподвижных элементов и якоря выполнены охватывающими обмотки и снабжены спинками с образованием исполнительных рабочих воздушных зазоров между торцами зубцов одной из неподвижных частей, и спинкой якоря и торцами зубцов якоря и спинкой одной из неподвижных частей, причем, прорези неподвижных частей расположены асимметрично относительно оси симметрии якоря.

Кроме того, в вибраторе в отличие от прототипа обмотки расположены в пазах, выполненных в неподвижных элементах.

На фиг. 1 изображен описываемый вибратор, вид сбоку; на фиг. 2 вид сверху, разрез.

Вибратор содержит две неподвижные части 1 и 2, каждая из которых имеет продольные прорези, образующие внутренние зубцы 3 и внешние зубцы 4, соединенные между собой участками магнитопровода 5, и внешние спинки 6 и внутренние спинки 7, якорь 8, имеющий аналогично неподвижным частям продольные прорези, образующие внутренние зубцы 9 внешние зубцы 10, соединенные между собой участками магнитопровода 11, и внутренние спинки якоря 12 и внешние спинки якоря 13, а зубцы неподвижных частей входят в прорези якоря, охватывая обмотки 14 и 15, заложенные в пазы неподвижных частей и охватывающие внутренние зубцы соответствующей неподвижной части и входящие в пазы этой неподвижной части внутренние зубцы якоря, при этом каждая пара сориентированных друг к другу зубцов неподвижной части и якоря образует три рабочих воздушных зазора 16, 17 и 18, причем два первых параллельны, а третий перпендикулярен им, кроме того, величины и соотношения величины рабочих воздушных зазоров регулируются путем перемещения одной неподвижной части относительно другой в плоскости (фиг. 2).

Вибратор работает следующим образом.

При подаче переменного напряжения ток в первый полупериод протекает по обмотке 14, в результате чего возникает магнитный поток, который проходит через три рабочих воздушных зазора, расположенных внутри конструкции вибратора:
1. рабочий воздушный зазор 16, образованный между внутренними спинками 7, неподвижной части 1 и торцами внутренних зубцов 9 якоря 8;
2. рабочий воздушный зазор 17, образованный между внутренними спинками 12 якоря 8 и торцами внутренних зубцов 3 неподвижной части 1;
3. рабочий воздушный зазор 18, образованный между боковыми поверхностями внутренних зубцов 3 неподвижной части 1 и боковыми поверхностями внутренних зубцов 9 якоря 8.

Таким образом, магнитный поток переходит с внутренних зубцов 3 неподвижной части 1 на внутренние зубцы 9 якоря 8. Далее магнитный поток по участкам магнитопровода 11, соединяющим внутренние зубцы 9 якоря 8 и внешние зубцы 10 якоря 8, проходит на внешние зубцы 10 якоря 8 и через три рабочих воздушных зазора, образованных между зубцами 10 якоря 8 и внешними зубцами 4 неподвижной части 1, переходит на внешние зубцы 4 неподвижной части 1. Далее через участки магнитопровода 5, соединяющие между собой внешние зубцы 4 и внутренние зубцы 3 неподвижной части 1, магнитный поток переходит на внутренние зубцы 3 неподвижной части 1 и замыкается.

Таким образом, в рабочих воздушных зазорах магнитной системы при прохождении тока по обмотке возбуждения возникает три магнитных потока, на фиг. 2 обозначенных Ф₁, Ф₂ и Ф₃. Два из них, Ф₂ и Ф₃, направлены параллельно, а третий перпендикулярно первым двум магнитным потокам Ф₂ и Ф₃. Следовательно, на якорь 8 вибратора при этом будут действовать две взаимно перпендикулярные электромагнитные силы F1 и F2, зависящие первая от величины магнитного потока Ф₁, вторая от величины магнитных потоков Ф₂+Ф₃. В результате якорь 8 вибратора будет перемещаться по траектории, определяющейся равнодействующей сил F1 и F2. При движении якоря 8 величины и соотношения магнитных потоков Ф₁/(Ф₂+Ф₃) будут изменяться. Этому способствуют конструктивные особенности зубцов 9 и 10 якоря 8, и зубцов 3 и 4 неподвижных частей 1 и 2 и их взаимное расположение, а именно:
1. различие площадей поперечного сечения рабочих воздушных зазоров, через которые проходят магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, Ф₃;
2. различие величин рабочих воздушных зазоров на пути магнитного потока Ф₁ и Ф₂, Ф₃;
3. изменение площади поперечного сечения рабочего воздушного зазора 18, через который проходит магнитный поток Ф₁ при движении якоря 8 в направлении магнитных потоков Ф₂ и Ф₃, т.е. в направлении действия силы F2 (фиг. 2).

Таким образом, якорь 8 вибратора, имея две степени свободы, т.е. возможность перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при подаче напряжения на обмотку 14 будет перемещаться в направлении равнодействующих сил F1 и F2, величина и направление которых определяются соотношением величин и площадей сечения рабочих воздушных зазоров 16, 17 и 18 и изменяются в процессе перемещения якоря. Таким образом, траектория движения якоря будет отличаться от прямой линии благодаря изменению направления равнодействующей сил F1 и F2 и определяться соотношением геометрических размеров частей вибратора, площадей поперечного сечения и величин рабочих воздушных зазоров, их непропорциональным изменением в процессе движения якоря, а не направляющими, как это предусмотрено в прототипе. Причем величины рабочих частей 1 и 2, а их площади сечения от площадей торцевых боковых поверхностей зубцов якоря 8 и неподвижных частей 1 и 2.

При подаче отрицательной полуволны напряжения на вибратор ток благодаря коммутатору протекает через обмотку 15 и аналогичным выше описанному образом якорь 8 вибратора возвращается в исходное положение.

Итак, изобретение позволяет повысить КПД устройства за счет более эффективного использования активных материалов, т.е. наиболее полного охвата обмоток возбуждения магнитной системой, увеличения площади рабочего воздушного зазора и согласования направления действия электромагнитной силы, действующей на якорь, имеющий две степени свободы, с направлением движения якоря. Повышение функциональных возможностей обусловлено тем, что якорь может перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях по определенной траектории, т.е. иметь одну или две степени свободы.

Использование: для привода виброинструмента. Сущность изобретения: имеющие прорези П-образные элементы якоря 5 и неподвижных частей 1, 2 магнитной системы выполнены охватывающими обмотки 3, 4. Прорези неподвижных частей 1, 2 расположены асимметрично относительно оси симметрии якоря 5, имеющего две степени свободы. Зубцы якоря 5 входят в прорези неподвижных частей 1, 2 асимметрично относительно оси симметрии этих прорезей. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Вибратор, содержащий две неподвижные части с зубцами, прорезями и обмотками, питаемыми от сети переменного тока через выпрямительные элементы и якорь, закрепленный на подвижном элементе с прорезями и зубцами, размещенными в прорезях неподвижных элементов так, что рабочие зазоры образованы между зубцами одной из неподвижных частей и зубцами якоря, отличающийся тем, что зубцы неподвижных элементов и якоря выполнены охватывающими обмотки и снабжены спинками с образованием дополнительных рабочих воздушных зазоров между торцами зубцов одной из неподвижных частей и спинкой якоря и торцами зубцов якоря и спинкой одной из неподвижных частей, причем прорези неподвижных частей расположены асимметрично относительно оси симметрии якоря. 2. Вибратор по п.1, отличающийся тем, что обмотки расположены в пазах, выполненных в неподвижных элементах.