ЛИНЕЙНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 2006 года по МПК H02K41/25 H02P25/06 

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

Известен линейный асинхронный электропривод (ЛАЭП) /патент РФ №2067350; кл. Н 02 Р 7/62, 1996 г./, содержащий индуктор, состоящий из сердечника с катушками многофазной обмотки, 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. патент РФ №2068613, кл. Н 02 Р 7/62, 1996 г./, содержащий индуктор, состоящий из сердечника с катушками многофазной обмотки, каждая из которых охватывает по одному зубцу сердечника, электропроводящий якорь 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 электропроводящего якоря 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.

Этот электропривод обеспечивает шаговое поступательное перемещение электропроводящего якоря, но не обеспечивает поперечной стабилизации якоря относительно индуктора. Это ограничивает функциональные возможности ЛАЭП и является недостатком прототипа.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка.

Решение технической задачи достигается тем, что в линейном асинхронном электроприводе, содержащем индуктор, состоящий из сердечника с катушками многофазной обмотки, каждая из которых охватывает по одному зубцу сердечника, электропроводящий якорь 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 электропроводящего якоря 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, согласно изобретению электропривод снабжен "n" дополнительными сердечниками с обмотками, а "n", по меньшей мере, равно четырем, причем коммутирующее устройство содержит дополнительные контакты, обеспечивающие возможность подключения к источнику напряжения, по меньшей мере, пяти фазных катушек обмоток дополнительных сердечников, образующих продольные ряды, катушки которых имеют до середины их прямой, а после середины - противоположный порядок следования фаз, при этом катушки обмоток всех сердечников образуют поперечные ряды, причем в каждом поперечном ряду катушки обмотки имеют до середины прямой, а после середины - противоположный порядок следования фаз.

Применение дополнительных сердечников, катушки обмоток которых образуют продольные и поперечные ряды и имеют в этих рядах до середины ряда прямой, а после середины - противоположный порядок следования фаз, и использование дополнительных контактов коммутирующего устройства определяет новизну технического решения.

В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на рисунки (фиг.1-5):

фиг.1 изображает общий вид линейного асинхронного электропривода (вид спереди);

фиг.2 - порядок подключения катушек обмоток всех сердечников к источнику трехфазного напряжения;

фиг.3 - то же, но при отключений всех последних катушек обмоток всех сердечников, образующих первоначальные ряды для совершения шага электропроводящего якоря в продольном направлении;

фиг.4 - то же, но при поперечном смещении вправо электропроводящего якоря относительно всех сердечников ЛАЭП;

фиг.5 - фрагмент схемы подключения выводов катушек обмоток сердечников посредством коммутирующего устройства к источнику напряжения.

Линейный асинхронный электропривод (фиг.1) содержит индуктор, состоящий из сердечников 1 с катушками 2, электропроводящий якорь 3, опирающийся на шаровые опоры 4. Коммутирующее устройство 5 связывает катушки 2 с источником напряжения через рубильник 6. А; В; С - обозначения фаз источника напряжения.

На фиг.2 показан схематически фрагмент индуктора ЛАЭП (вид сверху), состоящего, например, из пяти сердечников 1 с катушками 2 обмотки. Электропроводящий якорь 3 изображен на фиг.2 штриховой линией. На этом рисунке показан порядок подключения катушек 2 сердечников 1 к фазам источника трехфазного напряжения. Видно, что в продольном направлении (сверху вниз) подключенные катушки обмоток сердечников образуют до середины прямой (А,В,С; В,С,А; С,А,В; В,С,А; А,В,С) порядок следования фаз, а после середины - противоположный (С,В,А; А,С,В; В,А,С; А,С,В; С,В,А) порядок следования фаз. В поперечном направлении (слева направо) подключенные катушки обмоток всех сердечников образуют до середины прямой (А,В,С; В,С,А; С,А,В; В,С,А; А,В,С) порядок следования фаз, а после середины - противоположный (С,В,А; А,С,В; C,A,B; A,C,B; C,B,A) порядок следования фаз. Усилия F₁ и F₂ поперечной стабилизации и усилия F₃ и F₄ продольной стабилизации, действующие на электропроводящий якорь 3, обозначены стрелками.

Фиг.3 - то же, но при отключении всех последних катушек обмоток всех сердечников, образующих первоначальные продольные ряды для совершения шага электропроводящего якоря в продольном направлении;

фиг.4 - то же, но при поперечном смещении электропроводящего якоря;

фиг.5 - фрагмент схемы подключения выводов катушек обмоток индукторов посредством коммутирующего устройства к источнику напряжения. Контакты коммутирующего устройства 5 обозначены позициями (7-81).

До совершения первого шага электропроводящего якоря в продольном направлении на одно зубцовое деление (фиг.2) коммутирующим устройством 5 к источнику напряжения подключены катушки обмоток индукторов электропривода, образующие пять продольных рядов. При этом замкнуты следующие контакты коммутирующего устройства 5 (фиг.2): в левом ряду на фиг.2 - 7, 8, 9, 10, 11; во втором ряду слева на фиг.2 - 12, 13, 14, 15, 16; в третьем ряду слева на фиг.2 - 17, 18, 19, 20, 21; в четвертом ряду слева на фиг.2 - 22, 23, 24, 25, 26; в пятом ряду слева на фиг.2 - 27, 28, 29, 30, 31. Все остальные контакты разомкнуты. В продольном направлении (сверху вниз) подключенные катушки обмоток образуют ряды, имеющие до середины прямой (А,В,С; В,С,А; С,А,В; В,С,А; А,В,С) порядок следования фаз, а после середины - противоположный (С,В,А; А,С,В; В,А,С; А,С,В; С,В,А) порядок следования фаз. Создаются симметричные встречно бегущие магнитные поля в продольном направлении, возбуждаемые токами, протекающими по системам катушек 2: А,В,С; В,С,А; С,А,В; В,С,А; А,В,С и С,В,А; А,С,В; В,А,С; А,С,В; С,В,А. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают электропроводящий якорь 3 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов. При взаимодействии бегущих магнитных полей с вихревыми токами создаются механические встречно направленные продольные усилия F₃ и F₄, действующие на электропроводящий якорь 3 (фиг.2). Эти усилия продольной стабилизации уравновешивают друг друга и удерживают электропроводящий якорь 3 в первоначальном положении (ΣF₃=ΣF₄). В поперечном направлении (слева направо) подключенные катушки обмоток сердечников образуют до середины каждого ряда прямой (А,В,С; В,С,А; С,А,В; В,С,А; А,В,С) а после середины - противоположный (С,ВД; А,С.В; В,А,С; А,С,В; С,В,А) порядок следования фаз. Создаются симметричные встречно бегущие магнитные поля в поперечном направлении, возбуждаемые токами, протекающими по системам катушек 2: А,В,С; В,C,A; C,A,B; В,С,А; А,В,С и С,В,А; А,С,В; В,А,С; А,С,В; С,В,А. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают электропроводящий якорь 3 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов. При взаимодействии бегущих магнитных полей в поперечном направлении с вихревыми токами создаются механические встречно направленные поперечные усилия F₁ и F₂, действующие на электропроводящий якорь 3 (фиг.2). Эти усилия поперечной стабилизации уравновешивают друг друга и удерживают электропроводящий якорь 3 в первоначальном положении (ΣF₁=ΣF₂).

Для совершения шага электропроводящего якоря 3, например, на одно зубцовое деление, коммутирующее устройство 5 (фиг.3 и 5) отключает все последние катушки в продольных рядах обмоток всех сердечников от источника напряжения (фиг.3). При этом размыкаются контакты: 11, 16, 21, 26, 31 коммутирующего устройства 5. Остаются замкнутыми контакты: 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 17, 18, 19, 20, 22, 23, 24, 25, 27, 28, 29, 30. Контакты 32-81 остаются разомкнутыми (фиг.3 и 5). В поперечном направлении создаются симметричные встречно бегущие магнитные поля, возбуждаемые токами, протекающими по системам катушек 2: А,В,С; В,С,А; C,A,B; В,С,А; А,В,С и С,В,А; А,С,В; B,A,C; А,С,В; С,В,А. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают электропроводящий якорь 3 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов. При взаимодействии бегущих магнитных полей с вихревыми токами создаются механические встречно направленные поперечные усилия F₁ и F₂, действующие на электропроводящий якорь 3 (фиг.3). Эти усилия поперечной стабилизации уравновешивают друг друга и удерживают электропроводящий якорь 3 в первоначальном симметричном относительно третьего слева (на фиг.2 и 3) сердечника положении (ΣF₁=ΣF₂). В продольном направлении симметрия встречно бегущих магнитных полей нарушается, так как (сверху вниз) (фиг.3) бегущие магнитные поля возбуждаются токами, протекающими по системам катушек обмотки индуктора, содержащих по три катушки в каждом ряду: А,В,С; В,С,А; C,A,B; В,C,A; А,В,С, а магнитные поля, бегущие навстречу направленным сверху вниз создаются токами, протекающими по системе катушек 2 обмоток индукторов, включающих лишь по две катушки во всех поперечных рядах: В,С; С,А; А,В; С,A; В,С. Таким образом, магнитные поля, бегущие снизу вверх, являются несимметричными и имеют "эллиптический" характер. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают электропроводящий якорь 3 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов в электропроводящем якоре 3. При взаимодействии бегущих магнитных полей с вихревыми токами создаются встречно направленные усилия F₃ и F₄ в каждом ряду обмоток сердечников. При этом усилия F₃ будут больше усилий F₄ (ΣF₃>ΣF₄), и электропроводящий якорь 3 под действием разности этих сил (ΔF=ΣF₃-ΣF₄), начнет двигаться сверху вниз. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока встречно направленные усилия не станут равными по величине. Равновесие усилий F₃ и F₄ наступает по завершении шага электропроводящего якоря 3 на одно зубцовое деление, при этом поля, бегущие навстречу друг другу, будут иметь одинаковый "эллиптический" характер у всех индукторов. Эти усилия фиксируют электропроводящий якорь 3 в новом положении. В этот момент на якорь будут действовать одновременно усилия продольной и поперечной стабилизации, позволяющие обеспечить более точную его фиксацию. Число продольных шагов ЛАЭП может быть сколь угодно большим. Если под воздействием каких-либо внешних усилий (фиг.4) электропроводящий якорь 3 сместится слева направо, то нарушится равновесие встречно направленных поперечных сил ΣF₁ и ΣF₂. При этом поперечные ряды катушек 2 обмоток сердечников станут такими, слева: В,С; С,А; А,В; С,А, а справа: А,В,С; В,С,А; С,А,В; В,С,А. При этом магнитные поля, бегущие справа налево будут симметричными, а магнитные поля, бегущие слева направо - несимметричными (эллиптическими). При взаимодействии этих встречно бегущих магнитных полей с вихревыми токами, ими индуктированными в электропроводящем якоре 3, создаются неодинаковые встречно направленные механические усилия, причем усилия ΣF₂ будут больше усилий ΣF₁. Под действием разности этих усилий электропроводящий якорь 3 будет смещаться справа налево до тех пор, пока усилия ΣF₁ и ΣF₂ снова не станут равными. Электропроводящий якорь 3 снова займет симметричное положение относительно средней продольной оси индуктора. Таким образом, будет осуществляться поперечная автоматическая стабилизация электропроводящего якоря 3 относительно индуктора. Иными словами, достигается точное, исключающее поперечное смещение, шаговое перемещение электропроводящего якоря 3 в продольном направлении.

Управлять включением контактов коммутирующего устройства 5 можно и с помощью ЭВМ.

По сравнению с прототипом расширены функциональные возможности электропривода: получена возможность стабилизировать электропроводящий якорь в продольном и поперечном направлениях.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования шагового перемещения якоря линейного асинхронного двигателя. Индуктор состоит из сердечников с катушками. Электропроводящий якорь опирается на шаровые опоры. Коммутирующее устройство связывает катушки с источником напряжения через рубильник и выполнено с возможностью подключения к источнику напряжения, по меньшей мере, пяти катушек обмоток всех сердечников, образующих вдоль продольной оси индуктора первоначальные ряды, в которых до середины его - прямой, а после середины - противоположный порядок следования фаз. Поперечные ряды катушек обмоток сердечников также имеют до середины один, а после середины - противоположный порядок следования фаз. Электропривод снабжен "n" дополнительными сердечниками с обмотками, выводы катушек обмоток которых подключены к коммутирующему устройству, обеспечивающему такую же коммутацию их обмоток. Технический результат заключается в обеспечении поперечной стабилизации якоря относительно индуктора. 5 ил.

Линейный асинхронный электропривод, содержащий индуктор, состоящий из сердечника с катушками многофазной обмотки, каждая из которых охватывает по одному зубцу сердечника, электропроводящий якорь 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 электропроводящего якоря 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, отличающийся тем, что электропривод снабжен "n" дополнительными сердечниками с обмотками, а "n", по меньшей мере, равно четырем, причем коммутирующее устройство содержит дополнительные контакты, обеспечивающие возможность подключения к источнику напряжения, по меньшей мере, пяти фазных катушек обмоток дополнительных сердечников, образующих продольные ряды, катушки которых имеют до середины ряда прямой, а после середины ряда - противоположный порядок следования фаз, при этом катушки обмоток всех сердечников образуют поперечные ряды, причем в каждом поперечном ряду катушки обмотки имеют до середины прямой, а после середины - противоположный порядок следования фаз.