ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК H02K33/12 

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к линейным электродвигателям возвратно-поступательного движения, и предназначено для использования в различных технологических устройствах в качестве исполнительного двигателя и, в частном случае, для приведения в действие вибрационной установки.

Известны устройства аналогичного назначения, например патент РФ № 2044389, автор Швецов В.М. «Электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения», МПК Н02K 33/02, Н01F 7/16, 1995.09.20. Электромагнитный двигатель содержит цилиндрический магнитопровод статора, в кольцевом пазу которого размещена катушка обмотки управления, на внутренней части магнитопровода статора выполнен полюс для взаимодействия с якорем. Недостатки - невозможность фиксации якоря в крайних положениях, а также отсутствие варьирования амплитуды колебаний якоря.

Наиболее близким к заявляемому решению является линейный электродвигатель возвратно-поступательного движения, содержащий возбуждающие катушки прямого и обратного хода, ферромагнитный якорь с направляющей, выполненной из немагнитного материала (патент РФ № 2115992, авторы Лотоцкий В.Л., Лотоцкий С.В. «Линейный электродвигатель возвратно-поступательного движения», МПК Н02K 33/12, 1998.07.20)

Недостаток линейного электродвигателя возвратно-поступательного движения - отсутствие варьирования амплитуды колебаний якоря и дополнительно высокий коэффициент сухого трения между направляющей осью и опорной втулкой.

Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности варьирования амплитуды колебаний якоря и дополнительно повышение надежности линейного электродвигателя возвратно-поступательного движения за счет снижения коэффициента сухого трения между направляющей осью и опорной втулкой.

Это достигается в линейном электродвигателе возвратно-поступательного движения, содержащем возбуждающие катушки прямого и обратного хода, ферромагнитный трубчатый якорь с направляющей, выполненной из немагнитного материала, при этом трубчатый якорь выполнен в виде тонкостенной трубы из магнитомягкого ферромагнетика, внутри которой по центру помещена направляющая ось, выполненная из немагнитного материала и состоящая из трех участков, средний из которых имеет больший диаметр, чем крайние участки, и на крайних участках направляющей оси помещены и закреплены каркасы, выполненные из прессованного магнитодиэлектрика, с размещенными в них проводниками вышеуказанных возбуждающих катушек прямого и обратного хода, на среднем участке направляющей оси размещена вышеуказанная опорная втулка, выполненная из немагнитного материала, к которой жестко прикреплен вышеуказанный трубчатый якорь, к торцевым поверхностям каркасов, обращенным к опорной втулке, прикреплены кольца из упругого материала, наружный диаметр колец равен диаметру каркаса, а их внутренний диаметр выполнен большим, чем диаметр средней части направляющей оси. Согласно предлагаемому решению на одном из крайних участков направляющей оси коаксиально на скользящей посадке установлена фиксированная от осевых перемещений втулка, на которой на резьбовом соединении размещен вышеуказанный каркас, фиксированный от вращения относительно оси электродвигателя.

На среднем участке направляющей оси может быть жестко и коаксиально установлена снаружи втулка из проницаемого для рабочего тела материала, образующая со средним участком направляющей оси полость кольцевого вида, сообщенную с источником рабочего тела, а коаксиально и снаружи втулке из проницаемого для рабочего тела материала на скользящей посадке закреплена с зазором вышеуказанная опорная втулка.

Заявляемое решение отличается от прототипа тем, что:

а) на одном из крайних участков направляющей оси коаксиально на скользящей посадке установлена фиксированная от осевых перемещений втулка с наружной резьбой, на которой на резьбовом соединении размещен вышеуказанный каркас с внутренней резьбой, фиксированный от вращения относительно оси электродвигателя;

б) на среднем участке направляющей оси коаксиально установлена втулка из проницаемого для рабочего тела материала, образующая со средним участком направляющей оси полость кольцевого вида, сообщенную с источником рабочего тела, а коаксиально втулке из проницаемого для рабочего тела материала установлена с зазором вышеуказанная опорная втулка.

Наличие указанных отличий обеспечивает существенные преимущества заявляемого решения по сравнению с прототипом. Наличие резьбовой пары на втулке с наружной резьбой и каркаса с внутренней резьбой, расположение втулки с наружной резьбой на крайнем участке направляющей оси позволяет варьировать величину амплитуды колебаний трубчатого якоря в необходимых пределах и дополнительно при подаче воздуха на внешней поверхности втулки из проницаемого для рабочего тела материала образуется воздушный слой скольжения, что снижает коэффициент трения в 5...10 раз, и, соответственно, снижаются темпы износа опорной втулки и втулки из проницаемого для рабочего тела материала.

Заявляемый линейный электродвигатель возвратно-поступательного движения изображен на фиг.1: общий вид без втулки из проницаемого для рабочего тела материала, на фиг.2 - общий вид с втулкой из проницаемого для рабочего тела материала, на фиг.3 - сечение А-А фиг.1.

Устройство содержит трубчатый якорь 1, выполненный в виде тонкостенной трубы из мягкого ферромагнетика. Внутри якоря по его центру помещена немагнитная направляющая ось, состоящая из трех участков, из которых средний участок направляющей оси 2 имеет больший диаметр, чем крайние участки 3 направляющей оси 2. На одном из крайних участков 3 направляющей оси 2 коаксиально на скользящей посадке установлена фиксированная от осевых перемещений втулка 4 с наружной резьбой, на которой на резьбовом соединении размещен каркас 5, выполненный с внутренней резьбой и фиксированный от вращения относительно оси электродвигателя. На противоположном крайнем участке 3 направляющей оси жестко закреплен каркас 6. Каркас 5 и каркас 6 выполнены из прессованного магнитодиэлектрика, в которых расположены проводники 7. Каркасы с размещенными в них проводниками образуют возбуждающие катушки прямого и обратного хода. Втулка 4 с наружной резьбой зафиксирована от осевых перемещений, например, с помощью шплинта 8 и шайбы 9, установленных на конце крайнего участка 3. Каркас 5 фиксирован от вращения относительно оси электродвигателя, например, с помощью штифтов 10, жестко закрепленных в торцевой поверхности среднего участка направляющей оси 2 и входящих в отверстия 11 каркаса 5, выполненных в торцевой поверхности со стороны среднего участка направляющей оси 2. На среднем участке направляющей оси 2 коаксиально на скользящей посадке размещена снаружи опорная втулка 12, выполненная из немагнитного материала, например алюминия, к которой жестко прикреплен трубчатый якорь 1. К торцевым поверхностям каркаса 5 и каркаса 6, обращенным к опорной втулке 12, прикреплены кольца 13 из упругого материала, например трубчатой резины, реализующие функцию торможения перед остановкой якоря. Наружный диаметр колец 13 равен диаметрам каркаса 5 и каркаса 6, а их внутренний диаметр выполнен большим, чем диаметр средней части направляющей оси 2. Средний участок направляющей оси 2 может содержать жестко, например, на посадке с натягом коаксиально установленную втулку 14 из проницаемого для рабочего тела материала, например металлокерамики, образующую со средним участком направляющей оси 2 полость кольцевого вида 15. Полость кольцевого вида между втулкой 14 из проницаемого для рабочего тела материала и средним участком направляющей оси 2 может быть образована, например кольцевой проточкой среднего участка направляющей оси 2 или установкой втулки 14 из проницаемого для рабочего тела материала с герметизированным зазором по отношению к направляющей оси 2. В рассматриваемом случае зазор образован кольцевой проточкой среднего участка направляющей оси 2. Полость кольцевого вида сообщена с источником рабочего тела, например жидкостью или воздухом, через канал для подачи рабочего тела 16, выполненный в направляющей оси 2, например в среднем участке направляющей оси 2 и крайнем участке 3 направляющей оси 2, на котором жестко закреплен каркас 6.

Работа линейного электродвигателя возвратно-поступательного движения с возбуждающими катушками прямого и обратного хода заключается в том, что при подаче поочередно питания на проводники 7 возбуждающих катушек достигается возвратно-поступательное движение якоря 1, причем якорь 1 движется в сторону катушки, подключенной в данный момент к источнику питания. К моменту окончания цикла однонаправленного движения трубчатого якоря 1 опорная втулка 12 соприкасается торцевой поверхностью с кольцом 13 из упругого материала и начинает сжимать его, в результате чего наружный диаметр кольца 13 из упругого материала увеличивается, кольцо из упругого материала поджимается к внутренней поверхности трубчатого якоря 1 и резко тормозит его. Далее процесс работы повторяется, но при движении якоря в противоположную сторону. При вращении втулки 4 каркас с внутренней резьбой 5 будет перемещаться вдоль оси электродвигателя в зависимости от направления вращения втулки с наружной резьбой. Это позволяет варьировать амплитуду колебаний якоря, тем самым расширяются функциональные возможности линейного электродвигателя возвратно-поступательного движения. Если на среднем участке оси 2 жестко установлена втулка из проницаемого для рабочего тела материала 14, образующая со средним участком направляющей оси 2 полость кольцевого вида 15, то во время работы линейного электродвигателя возвратно-поступательного движения на внешней поверхности втулки 14 из проницаемого для рабочего тела материала образуется воздушный слой скольжения рабочего тела, который снижает коэффициент трения в 5...10 раз, и, соответственно, снижаются темпы износа опорной втулки 12 и втулки из проницаемого для рабочего тела материала 14, повышая надежность и наработку на отказ линейного электродвигателя возвратно-поступательного движения.

Таким образом, при использовании предлагаемого решения расширяются функциональные возможности устройства за счет возможности варьирования амплитуды колебаний якоря и повышается надежность линейного электродвигателя возвратно-поступательного движения за счет снижения коэффициента сухого трения между направляющей осью и опорной втулкой. Реализация устройства на практике позволит увеличить наработку на отказ и обеспечить точность выполнения режимов работы линейного электродвигателя возвратно-поступательного движения.

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к линейным электродвигателям возвратно-поступательного движения. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и повышение надежности. Устройство содержит ферромагнитный трубчатый якорь (ФТЯ), выполненный в виде тонкостенной трубы из магнитомягкого ферромагнетика. Внутри якоря по центру помещена направляющая ось, выполненная из немагнитного материала (НМ) и состоящая из трех участков, средний из которых имеет больший диаметр, чем крайние участки. На среднем участке направляющей оси коаксиально снаружи на скользящей посадке размещена опорная втулка, выполненная из НМ, к которой жестко прикреплен вышеуказанный ФТЯ. На крайних участках направляющей оси закреплены каркасы (К), выполненные из прессованного магнитодиэлектрика, с размещенными в них проводниками, образующими возбуждающие катушки прямого и обратного хода. Один из К выполнен с внутренней резьбой. На одном из крайних участков направляющей оси, коаксиально на скользящей посадке, установлена фиксированная от осевых перемещений втулка с резьбой, на которой на резьбовом соединении размещен вышеуказанный К, фиксированный от вращения относительно оси электродвигателя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Линейный электродвигатель возвратно-поступательного движения, содержащий ферромагнитный трубчатый якорь, выполненный в виде тонкостенной трубы из магнитомягкого ферромагнетика, внутри которой по центру помещена направляющая ось, выполненная из немагнитного материала и состоящая из трех участков, средний из которых имеет больший диаметр, чем крайние участки, на среднем участке направляющей оси и коаксиально ей на скользящей посадке размещена опорная втулка, выполненная из немагнитного материала, к которой жестко прикреплен вышеуказанных трубчатый якорь, на крайних участках направляющей оси закреплены каркасы, выполненные из прессованного магнитодиэлектрика, с размещенными в них проводниками, образующими возбуждающие катушки прямого и обратного хода, к торцевым поверхностям каркасов, обращенным к опорной втулке, прикреплены кольца из упругого материала, наружный диаметр колец равен диаметру каркаса, а их внутренний диаметр выполнен большим, чем диаметр средней части направляющей оси, отличающийся тем, что один из каркасов выполнен с внутренней резьбой, на одном из крайних участков направляющей оси коаксиально ей на скользящей посадке установлена фиксированная от осевых перемещений втулка с резьбой, на которой на резьбовом соединений размещен вышеуказанный каркас, фиксированный от вращения относительно направляющей оси.2. Линейный электродвигатель возвратно-поступательного движения по п.1, отличающийся тем, что на среднем участке направляющей оси жестко и коаксиально ей установлена втулка из проницаемого для рабочего тела материала, образующая со средним участком направляющей оси полость кольцевого вида, сообщенную с источником рабочего тела, а вышеуказанная опорная втулка на скользящей посадке закреплена с зазором коаксиально втулке из проницаемого для рабочего тела материала и снаружи нее.