ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК H02K41/03 H02K33/02 

Изобретение относится к электромагнитным исполнительным устройствам и может быть использовано в качестве линейного электропривода.

Известен линейный электродвигатель, содержащий источник магнитного поля с полюсами, подвижный гофрированный упругий элемент с жестко закрепленной на нем обмоткой, размещенной между полюсами источника, а также ведомое звено, выполненное в виде стержня, установленного с натягом между гофрами упругого элемента /см. а.с. СССР N 1365275, кл. H 02 K 33/10, 41/03, 1988 г./.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и сравнительно низкое тяговое усилие.

Известен также электромагнитный линейный двигатель, содержащий два электромагнита с катушками, якорями и магнитопроводами с фиксаторами, взаимодействующими с зубчатой рейкой, причем, один электромагнит расположен внутри другого, а якорь каждого электромагнита жестко связан с магнитопроводом другого /см. а.с. СССР N 957366, кл. H 02 K 41/03, 1982 г./.

Недостатками данного двигателя являются сложность конструкции, значительные вес и габариты, а также значительное потребление электроэнергии вследствие необходимости перемещения в процессе работы всего электродвигателя вместе с корпусом.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является электромагнитный линейный двигатель, содержащий электромагнит в виде корпуса со стопорными элементами, входящими в зацепление с упорами направляющей, цилиндрического магнитопровода, обмотки возбуждения и якоря, соединенного с помощью стержней и пружины сжатия с ограничителем перемещения и фланцем /см. а.с. СССР N 1483563, кл. H 02 K 41/03, 1987 г./, принятый за прототип.

Недостатками устройства - прототипа являются сложность конструкции вследствие необходимости перемещения якоря за два такта с поочередной фиксацией фланца и корпуса, а также значительное потребление электроэнергии вследствие необходимости перемещения в процессе работы большой массы, а именно всего двигателя вместе с корпусом.

Сущность изобретения заключается в создании электромагнитного линейного двигателя, в котором однонаправленное интенсивное движение ведомого звена создается за счет обеспечения жесткого контакта с помощью магнитных сил ведомого звена с якорем в рабочие полупериоды движения якоря и разрыва этого контакта в нерабочие полупериоды.

Технический результат - упрощение конструкции и снижение потребления электроэнергии.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном электромагнитном линейном двигателе, содержащем электромагнит в виде корпуса, цилиндрического магнитопровода, обмотки возбуждения, якоря, а также ведомое звено, пружины сжатия, направляющие с упорами и стопорные элементы, особенность заключается в том, что якорь выполнен в виде двух электромагнитных полых полуцилиндров, размещенных концентрично с зазором в осевом отверстии магнитопровода с одной из его сторон, обращенных друг к другу поверхностями, полученными при осевом разрезе полого цилиндра вдоль образующей, и прикрепленных к магнитопроводу в средней его части внутренними торцами с помощью пружин сжатия, а ведомое звено выполнено в виде немагнитной пластины, свободно размещенной в осевом отверстии магнитопровода между вышеуказанными поверхностями образующих якорь полуцилиндров и имеющей на боковых гранях стопорные элементы, контактирующие с упорами направляющих.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен предлагаемый двигатель, продольный разрез /без направляющих/; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1.

Электромагнитный линейный двигатель содержит электромагнит в виде корпуса 1, цилиндрического магнитопровода 2 с центральной перемычкой 3, обмотки возбуждения 4, якоря 5, 6, а также ведомое звено 7, пружины сжатия 8, 9, направляющие 10 с упорами 11 и подпружиненные стопорные элементы 12. При этом якорь 5, 6 выполнен в виде двух ферромагнитных полых полуцилиндров 5 и 6, размещенных концентрично с зазором 13 в осевом отверстии 14 магнитопровода 2 с одной из его сторон, обращенных друг к другу поверхностями, полученными при осевом разрезе полого цилиндра вдоль образующей, и прикрепленных к перемычке 3 магнитопровода 2 с помощью пружин сжатия 8, 9, а ведомое звено 7 выполнено в виде немагнитной пластины, свободно размещенной в осевом отверстии 14 магнитопровода 2 между вышеуказанными поверхностями образующих якорь полуцилиндров 5, 6 и имеющей на боковых гранях подпружиненные стопорные элементы 12, контактирующие с упорами 11 направляющих 10.

Работа двигателя осуществляется следующим образом.

При выключенной обмотке 4 пружины 8, 9 недеформированы, полуцилиндры 5, 6 якоря выступают наружу из отверстия 14 магнитопровода 2, и между полуцилиндрами 5, 6 и пластиной 7 ведомого звена имеется зазор, то есть контакт отсутствует. При включении обмотки 4, то есть подачи в нее импульса тока ферромагнитные полуцилиндры 5, 6 втягиваются внутрь осевого зазора 14 магнитопровода 2 и пружины 8, 9 сжимаются. Одновременно со втягиванием полуцилиндры 5, 6 намагничиваются и притягиваются друг к другу. Этим притяжением они обеспечивают магнитному потоку в зазоре магнитопровода минимальное магнитное сопротивление. При этом полуцилиндры 5, 6 своими поверхностями, полученными при сечении цилиндра, плотно зажимают пластину 7, поэтому при втягивании полуцилиндров 5, 6 внутрь электромагнита пластина 7 смещается вместе с полуцилиндрами вправо. При выключении тока полуцилиндры 5, 6 размагничиваются и под действием пружин 8, 9 выталкиваются из отверстия 14 электромагнита частично наружу, а пластина 7 - из-за того, что полуцилиндры при обратном ходе расходятся друг от друга и соответственно разжимают пластину - остается в смещенном вправо положении. Сжатие полуцилиндров 5, 6 при их намагничивании объясняется максимальной плотностью силовых линий магнитного поля вблизи продольной оси катушки электромагнита. В результате при подаче в катушку 4 последовательности импульсов тока любой полярности пластина 7 /ведомое звено/ получает направленное поступательное движение вправо. При этом за счет взаимодействия упоров 11 на направляющих 10 с подпружиненными стопорными элементами 12 на боковых гранях пластины 7 удается получать поступательное движение с необходимой дискретностью позиционирования, то есть движение в шаговом режиме /данный вопрос подробно описан в известных конструкциях/. На фиг. 1 во избежание загромождения направляющие 10 поступательного движения пластины 7 не показаны. Эти направляющие показаны на виде сверху /вид Б/ на пластину 7 на фиг. 3 снаружи электромагнита.

Очевидно, что предложенный двигатель отличается предельной простотой конструкции, а также простотой регулировки и эксплуатации. При подборе соответствующих электромагнитных и конструктивных параметров за счет значительных усилий втягивания якоря 5, 6 и зажатия полуцилиндрами 5 и 6 пластины 7 здесь можно легко добиться значительных тяговых усилий и большого диапазона перемещений. Так как подвижным элементом здесь является не весь двигатель в корпусе, как в известных вышеописанных конструкциях, а только пластина 7, то масса подвижной части мала, что позволяет снизить потребление электроэнергии на движение. Согласно принципу работы в двигателе исключены двойные циклы, когда, например, в первый полупериод движения часть двигателя /один магнитопровод с якорем/ смещается, второй магнитопровод - неподвижно фиксируется, а второй полупериод движения - наоборот. За счет этого удалось повысить надежность двигателя, упростить конструкцию, уменьшить массу и габариты.

Использование: в электромагнитных исполнительных устройствах в качестве линейного электропривода. Устройство содержит электромагнит в виде корпуса, цилиндрического магнитопровода, обмотки возбуждения, якоря, а также ведомое звено, пружины сжатия, направляющие с упорами и стопорные элементы. Якорь выполнен в виде двух ферромагнитных полых полуцилиндров, размещенных концентрично с зазором в осевом отверстии магнитопровода с одной из его сторон, обращенных друг к другу поверхностями, полученными при осевом разрезе полого цилиндра вдоль образующей, и прикрепленных к магнитопроводу в средней его части внутренними торцами с помощью пружин сжатия. Ведомое звено выполнено в виде немагнитной пластины, свободно размещенной в осевом отверстии магнитопровода между указанными поверхностями образующих якорь полуцилиндров и имеющей на боковых гранях стопорные элементы, контактирующие с упорами направляющих. Технический результат - упрощение конструкции и снижение потребления энергии. 3 ил.

Электромагнитный линейный двигатель, содержащий электромагнит в виде корпуса, цилиндрического магнитопровода, обмотки возбуждения, якоря, а также ведомое звено, пружины сжатия, направляющие с упорами и стопорные элементы, отличающийся тем, что якорь выполнен в виде двух ферромагнитных полых полуцилиндров, размещенных концентрично с зазором в осевом отверстии магнитопровода с одной из его сторон, обращенных друг к другу поверхностями, полученными при осевом разрезе полого цилиндра вдоль образующей, и прикрепленных к магнитопроводу в средней его части внутренними торцами с помощью пружин сжатия, а ведомое звено выполнено в виде немагнитной пластины, свободно размещенной в осевом отверстии магнитопровода между указанными поверхностями образующих якорь полуцилиндров и имеющей на боковых гранях стопорные элементы, контактирующие с упорами направляющих.