ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК H01F7/16 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, в частности к электромагнитным двигателям (ЭМД), и может быть использовано в электромеханических устройствах с поступательным перемещением рабочего звена. Такие двигатели могут быть использованы, например, для привода дозировочных насосов.

Известны электромагнитные устройства со втяжным якорем (Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. М, Энергия, 1974, с.106, рис.1-18; с.122, рис.1-34, с.126, рис.1-38), в которых подбором профиля и размеров ферромагнитного шунта в области рабочего зазора достигаются оптимальные тяговые усилия и имеет место перераспределение энергии.

Недостатком известных устройств является слишком большая величина рабочего зазора и, как следствие, низкая величина тягового усилия, а также недостаточно эффективное использование площади поверхности ферромагнитного шунта.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является электромагнитный двигатель (Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. М: Энергия, 1974, с.111, рис.1-23), содержащий цилиндрический магнитопровод, состоящий из корпуса, сердечника, соединяющего их фланца, обмотки, расположенной вокруг сердечника и плоского внешнего прямоходного якоря с ферромагнитным шунтом в виде кольца, имеющего внешнюю и внутреннюю цилиндрические поверхности, причем кольцо жестко скреплено с якорем. Между фланцем и сердечником имеется нерабочий зазор.

Недостаток известного двигателя в том, что для формирования тяговой характеристики используется нерабочий зазор, что приводит к снижению экономичности двигателя.

Изобретение направлено на решение технической задачи создания электромагнитного двигателя заданных размеров и с существенно увеличенным тяговым усилием на протяжении всего рабочего хода якоря без использования нерабочих зазоров, что позволит повысить экономичность двигателя.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении экономичности двигателя за счет применения статора и якоря особой формы.

Сущность изобретения состоит в том, что в электромагнитном двигателе, содержащем цилиндрический магнитопровод, состоящий из внешнего втяжного якоря и статора, в состав которого входят сердечник, обмотка, внешняя стенка и фланец, их соединяющий, обмотка уложена вокруг цилиндрической части сердечника таким образом, что в сечении ее плоскостью, проходящей через ось симметрии двигателя, она представляет собой трапецию, основания которой параллельны оси двигателя, а хотя бы один из внутренних углов трапеции равен α, где 45°≤α≤85°, при этом поверхность втягиваемой части якоря, обращенная к обмотке, выполнена под углом β к оси симметрии двигателя, где 45°≤β≤85°.

Выполнение обмотки такой формы позволяет увеличить открытую ее площадь без увеличения диаметра магнитопровода и способствует наилучшему распределению магнитного потока в системе.

Выполнение втягиваемой части якоря такой формы приводит к общему росту тягового усилия, в первой половине рабочего хода якоря обусловленному тем, что в начале движения якорь уже частично втянут в полость магнитопровода, тем самым уменьшая один из рабочих зазоров и, как следствие, увеличивая тяговое усилие даже при малом магнитном потоке, а во второй половине рабочего хода якоря - за счет увеличения площади поверхности якоря, обращенной к обмотке.

Угол α выбран в таких пределах в связи с тем, что использование в конструкции двигателя углов вне указанных пределов не дает ожидаемого увеличения тягового усилия.

Угол β выбран в таких пределах в связи с тем, что использование в конструкции двигателя углов вне указанных пределов не дает ожидаемого увеличения тягового усилия.

Углы α и β могут быть выполнены как одинаковыми, так и отличными друг от друга. Равенство этих углов обеспечивает дополнительную стабильность тяговой характеристики.

Сущность изобретения также состоит в том, что в верхней части статора над обмоткой внешняя боковая поверхность сердечника и внутренняя боковая поверхность внешней стенки могут быть выполнены с наклоном к оси симметрии двигателя, а втягиваемая часть якоря выполнена в виде кольца так, что боковые поверхности кольца выполнены усеченно-коническими.

Выполнение боковых поверхностей усеченно-конической формы позволяет за счет изменения углов наклона регулировать плавность тяговой характеристики и добиться оптимальной тяговой характеристики для конкретных условий.

На фигуре приведен разрез ЭМД, содержащего признаки, описанные как в самостоятельном, так и в зависимом пункте формулы изобретения.

ЭМД содержит цилиндрический магнитопровод, состоящий из внешнего втяжного якоря и статора. Якорь состоит из жестко скрепленных между собой дисковой 1 и втягиваемой 2 частей и снабжен возвратной пружиной, не показанной на приведенном чертеже. Втягиваемая часть 2 якоря выполнена в виде кольца, а боковые поверхности кольца могут быть выполнены усеченно-коническими, а поверхность, обращенная к обмотке, выполнена под углом β к оси симметрии двигателя, где 45°≤β≤85°.

В состав статора входят сердечник 3, внешняя стенка 4, фланец 5, их соединяющий, и обмотка 6, уложенная вокруг сердечника. Обмотка 6 уложена вокруг цилиндрической части сердечника особым образом. Сечение ее плоскостью, проходящей через ось симметрии двигателя, представляет собой трапецию, основания которой параллельны оси двигателя, а хотя бы один из внутренних углов трапеции равен α, где 45°≤α≤85°.

На чертеже приведен разрез двигателя, сечение обмотки которого выполнено в виде прямоугольной трапеции, что является технологически более выгодным по сравнению с сечением в виде обыкновенной или равнобочной трапеции.

Вместе с тем, в верхней части статора над обмоткой 6 внешняя боковая поверхность сердечника 3 и внутренняя боковая поверхность внешней стенки 4 выполнены с наклоном к оси симметрии двигателя. Угол наклона этих поверхностей в предлагаемом изобретении одинаков, однако могут применяться и отличные друг от друга углы наклона.

Расчетным путем доказано, что одинаковые величины углов наклона способствуют наиболее эффективному использованию рабочих зазоров, росту тягового усилия и наилучшему распределению магнитного потока в системе.

ЭМД работает следующим образом: при подаче импульса напряжения в обмотку 6 якорь втягивается в полость магнитопровода, совершая рабочий ход. При этом усилие, создаваемое якорем, передается на нагрузку. По окончании импульса якорь возвращается в исходное положение под действием возвратной пружины. В начале движения якоря магнитный поток системы мал, поэтому вследствие того, что поверхность втягиваемой части якоря 2, обращенная к обмотке 6, выполнена под углом β к оси симметрии двигателя, в начале движения втягиваемая часть якоря 2 оказывается частично втянутой в промежуток между сердечником 3 и внешней стенкой 4 магнитопровода, тем самым уменьшая один из рабочих зазоров и обеспечивая высокое тяговое усилие даже при малом магнитном потоке. При дальнейшем движении якоря магнитный поток системы возрастает, а тяговое усилие не только не ослабевает, но и продолжает возрастать до определенного момента. Тяговая характеристика в таком случае имеет достаточно резкий синусоидальный характер, а выполнение в верхней части статора над обмоткой боковых поверхностей сердечника 3 и внешней стенки 4 усеченно-коническими, и, кроме того, выполнение в виде кольца с усеченно-коническими боковыми поверхностями втягиваемой части якоря 2 позволяет сгладить тяговую характеристику. Плавность такого сглаживания регулируется величиной углов наклона этих боковых поверхностей к оси симметрии двигателя.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить экономичность двигателя и по сравнению с известными электромагнитными механизмами существенно увеличить тяговое усилие.

Изобретение может быть использовано в электромеханических устройствах с поступательным перемещением рабочего звена, например для привода дозировочных насосов. Техническим результатом является создание двигателя с повышенной экономичностью. В электромагнитном двигателе, содержащем цилиндрический магнитопровод, включающий внешний втяжной якорь и статор, в состав которого входят обмотка, сердечник, внешняя стенка и фланец, соединяющий их, обмотка уложена вокруг цилиндрический части сердечника таким образом, что в сечении ее плоскостью, проходящей через ось симметрии двигателя, она представляет собой трапецию, основания которой параллельны оси двигателя. По крайней мере, один из внутренних углов трапеции равен α, где 45°<α<85°, а поверхность втягиваемой части якоря, обращенная к обмотке, выполнена под углом β к оси симметрии двигателя, где 45°<β<85°. Внешняя боковая поверхность сердечника и внутренняя боковая поверхность внешней стенки могут быть выполнены с наклоном к оси симметрии двигателя, а втягиваемая часть якоря - в виде кольца с усеченно-коническими боковыми поверхностями. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электромагнитный двигатель, содержащий цилиндрический магнитопровод, состоящий из внешнего втяжного якоря и статора, в состав которого входят сердечник, внешняя стенка и обмотка, уложенная вокруг сердечника, отличающийся тем, что обмотка уложена таким образом, что в сечении ее плоскостью, проходящей через ось симметрии двигателя, она представляет собой трапецию, основания которой параллельны оси двигателя, а хотя бы один из внутренних углов трапеции равен α, где 45°≤α≤85° и, кроме того, поверхность втягиваемой части якоря, обращенная к обмотке, выполнена под углом β к оси симметрии двигателя, где 45°≤β≤85°.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в верхней части статора над обмоткой внешняя боковая поверхность сердечника и внутренняя боковая поверхность внешней стенки выполнены с наклоном к оси симметрии двигателя, а втягиваемая часть якоря выполнена в виде кольца так, что боковые поверхности кольца выполнены усеченно-коническими.