ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК H02K33/00 B06B1/04 

Изобретение относится к электромеханике, а точнее к электродвигателям электродинамического типа возвратно-поступательного движения.

Преимущественная область применения двигателя - промышленные роботы, манипуляторы, приводы насосов, столов шлифовальных станков, приводы подач и т.п.

Линейные электродвигатели, использующие энергию бегущего поля, синхронные и асинхронные, дуговые и трубчатые (коаксиальные) [1], имеют достаточно сложную конструкцию, низкое использование активных материалов из-за наличия краевых эффектов.

Другим аналогом является электродвигатель [2], отличительной особенностью которого является то, что его силовой элемент выполнен в виде гофрированной ленты, один крайний виток которой закреплен неподвижно, а остальные имеют подвижность в направлении оси, причем в плоскостях витков выполнены сквозные аксиальные каналы для прохождения хладоагента. Кроме того, витки помещены в кожух. Свободный конец ленты прикреплен к вкладышу, который перемещается в кожухе. Между витками проложена изоляция. Кожух имеет патрубки для привода и отвода хладоагента.

Двигатель обладает низкими эксплуатационными характеристиками, в частности, неудовлетворительными массогабаритными показателями. Это вызвано тем, что для получения значительных усилий витки активного элемента выбираются длиной 0,5-1,0 м. При таких габаритах невозможно осуществить, например, привод манипуляторов промышленных роботов в рамках традиционных кинематических схем. Одновременно ухудшаются и массовые показатели, несмотря на высокое усилие на единицу массы у подобных двигателей.

Прототипом является двигатель возвратно-поступательного движения [3], содержащий подвижный элемент, выполненный из расположенных параллельно участков гофрированной ленты, последовательно соединенных перемычками. Одна соединительная перемычка жестко связана с подвижным вкладышем, а другая - охватывает сердечник, образуя вторичную обмотку трансформатора, первичная обмотка которого подключена к блоку управления. В корпусе двигателя размещена пружина, подпружинивающая вкладыш.

Работает электродвигатель следующим образом. В исходном состоянии витки гофры силового элемента сжаты. Сжатие может быть вызвано и внешними активными силами, например пружиной.

При прохождении тока по силовому гофрированному элементу последний растягивается и вкладыш перемещается в новое положение. Поскольку ток двигателя достигает значительной величины, в элементе выделяется некоторое количество тепла, которое пагубно действует на изоляцию, кожух, а также может привести к пережогу элемента. Это вызывает необходимость введения специального охлаждения. Для этого существуют отверстия, образующие сквозные аксиальные каналы для прохода газообразного или жидкого хладагента. Хладагент (например, воздух) поступает во входной патрубок. Проходя по аксиальным охладительным каналам, он осуществляет отбор тепла от плоских витков чувствительного элемента. Нагретый воздух сбрасывается через другой патрубок. При достаточной интенсивной продувке возможно применение простой и дешевой разомкнутой схемы воздухоохлаждения, не требующей радиатора. Интенсивность охлаждения также может устанавливаться в зависимости от количества каналов, их формы, аэродинамического сопротивления, конфигурации входных и выходных зон.

Недостатком данного устройства является неудовлетворительное удельное усилие на единицу массы. Это вызвано наличием магнитной системы, взаимодействующей с витками активных элементов. В свою очередь, это приводит к снижению производительности электродвигателя.

Изобретение направлено на увеличение усилия, повышение производительности устройства.

Это достигается тем, что активные элементы выполнены в виде однослойных катушек овального сечения, короткие стороны овалов одной катушки размещены между короткими сторонами овалов другой, через них пропущен фиксирующий элемент, причем противоположные короткие стороны овалов катушек прикреплены к штокам, а выводы катушек подсоединены к блоку питания.

Блок питания выполнен в виде источника и переключателя, обеспечивающего согласное и встречное протекание токов в катушках. Существенным признаком является выполнение активных элементов в виде однослойных катушек, причем витки одной размещены между витками другой, через них пропущен фиксатор, а штоки прикреплены к катушкам. Блок управления обеспечивает реверс тока в одной из катушек по отношению к другой.

Поскольку данного технического решения не обнаружено среди просмотренных патентных материалов, можно сделать вывод о том, что данное техническое решение обладает существенными отличиями.

Сущность предложенного устройства иллюстрируется чертежами, где схематически показан общий вид электродвигателя (фиг.1), схема включения активных элементов (фиг.2) и поперечное сечение активных элементов (фиг.3).

Электродвигатель состоит из активных элементов 1 и 2, выполненных в виде однослойных катушек овального сечения. При этом короткие стороны овалов одной катушки размещены между короткими сторонами другой, через них пропущен фиксирующий элемент 3, выполненный, например, в виде стержня. Противоположные стороны овалов прикреплены при помощи элементов 4 к штокам 5. Выводы катушек подсоединены к блоку питания, в состав которого входит переключатель 6, обеспечивающий согласное и встречное протекание токов в катушках.

Работа двигателя происходит следующим образом.

В исходном, обесточенном состоянии элементы 1 и 2 растянуты штоками 5 под действием какой-либо силы, например силы тяжести или упругости пружины. Поперечное сечение катушек при этом показано на фиг.3 сплошными линиями. Пусть ключ 6 (см. фиг.2) находится в верхнем положении, т.е. катушки включены параллельно, направление токов в ветвях согласное. Тогда при подключении зажимов к питанию по катушкам в одном направлении пойдет ток, который вызовет притягивающую силу, направленную по направлению «вдвижения» катушек одна в другую. Контуры катушек будут стремиться занять сближенное положение, при этом нижний шток 5 с крепящим элементом 4 поднимется, совершая некоторую работу (см. фиг.3, пунктирные линии). В этом положении двигатель будет находиться все время, пока по элементам протекает ток. Для возвращения двигателя в исходное состояние достаточно совершить одну из двух операций: или отключить ток в элементах, или поставить переключатель 6 в нижнее положение. В первом случае возвращение в исходное состояние происходит под действием силы веса или возвратной пружины. Во втором - при помощи силы отталкивания контуров с токами, проявляющихся при различном направлении токов в активных элементах 1 и 2.

К основным технико-экономическим преимуществам данного двигателя следует отнести увеличение в 1,5-2 раза усилия по сравнению с прототипом (при той же массе). Это достигается за счет того, что коэффициент потокосцепления межу контурами достаточно высок. Объясняется это тем, что обеспечивается охват области, занятой фиксатором 3, одновременно контурами - витками элементов 2 и 1.

Увеличение усилия приводит к повышению производительности устройства.

Источники информации

1. В.В.Москаленко «Электродвигатели специального назначения». М.: Энергоиздат, 1981. - 104 с., ил. (В-ка электромонтера. Вып. 522).

2. А.с. СССР №788293 - Электродвигатель возвратно-поступательного движения (A.M.Литвиненко. - Опубл. в БИ №46, 1980).

3. А.с. СССР №853750 - Электродвигатель возвратно-поступательного движения (A.M.Литвиненко. - Опубл. в БИ №29, 1981).

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханике, электродвигателям электродинамического типа возвратно-поступательного движения. Технический результат состоит в повышении усилия, производительности. Активные элементы выполнены в виде однослойных катушек овального сечения. Короткие стороны овалов одной катушки размещены между короткими сторонами овалов другой. Через них пропущен фиксирующий элемент. Противоположные короткие стороны овалов катушек прикреплены к штокам, а выводы катушек подсоединены к блоку питания. Усилие повышается в 1,5-2 раза по сравнению с прототипом при той же массе за счет высокого коэффициента потокосцепления межу контурами. 3 ил.

Электродвигатель возвратно-поступательного движения, содержащий два активных элемента, выполненных из изолированного провода, отличающийся тем, что активные элементы выполнены в виде однослойных катушек овального сечения, короткие стороны овалов одной катушки размещены между короткими сторонами овалов другой, через них пропущен фиксирующий элемент, причем противоположные короткие стороны овалов катушек прикреплены к штокам, а выводы катушек подсоединены к блоку питания.