ЛИНЕЙНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 2010 года по МПК H02K41/25 H02P8/42 

Изобретение относится к области электротехники, а точнее - к электроприводам, предназначенным для реализации дискретных линейных перемещений.

Известны линейные асинхронные электроприводы, содержащие индукторы, состоящие из сердечников с катушками многофазной обмотки, расположенными на его зубцах, и электропроводящие якори, выводы катушек соединены с коммутирующим устройством (см. например: пат. РФ № 2068613, МПК Н02К 41/02, Н02Р 7/62,1977 г.; пат. РФ № 2279752, МПК Н02К 41/025, Н02Р 25/06, 2005 г.)

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является линейный асинхронный электропривод (см. патент РФ № 2259001, кл. Н02К 41/025, Н02Р 7/62, 2003 г./, содержащий индуктор, состоящий из сердечника с катушками обмотки, расположенной на его зубцах, и электропроводящий якорь, выводы катушек соединены с коммутирующим устройством. Этот линейный асинхронный электропривод выбран в качестве прототипа.

Данный линейный асинхронный электропривод имеет сложную конструкцию и сложное коммутирующее устройство, работает от трехфазного источника напряжения с нулевым проводом и не обеспечивает поперечной стабилизации электропроводящего якоря. Это - недостатки прототипа.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков в разработанной конструкции.

Решение технической задачи достигается тем, что в линейном асинхронном электроприводе, содержащем индуктор, состоящий из двух сердечников, на зубцах которых размещены катушки обмотки, электропроводящий якорь и коммутирующее устройство, согласно изобретению индуктор содержит дополнительный такой же сердечник, на зубцах которого размещены катушки обмотки, причем в верхних частях зубцов расположены по два экранирующих витка, выводы которых соединены, например, с контактами герконовых реле, катушки которых соединены с коммутирующим устройством, обеспечивающим возможность одновременного замыкания, по меньшей мере, восьми экранирующих витков, размещенных на первых четырех зубцах обоих сердечников индуктора и образующих первоначальный ряд, причем у первых двух зубцов на каждом сердечнике замкнуты витки, экранирующие их правые части в направлении слева направо, а на третьем и четвертом зубцах каждого сердечника замкнуты витки, экранирующие их левые части, причем для начала шага электропроводящего якоря коммутирующее устройство размыкает два витка, экранирующих левые части четвертых зубцов первоначального ряда, а для завершения шага размыкает витки, экранирующие правые части первых зубцов первоначального ряда, и замыкает витки, экранирующие правые части второго и третьего зубцов каждого из сердечников, и витки, экранирующие левые части четвертого и пятого зубцов обоих сердечников, при этом образуется новый ряд, аналогичный первоначальному, причем на каждом зубце обоих сердечников дополнительно размещены короткозамкнутые витки, частично их экранирующие и расположенные в направлении, перпендикулярном виткам, экранирующим правые и левые части каждого зубца, при этом дополнительно размещенные короткозамкнутые витки установлены на сторонах зубцов сердечников, примыкающих друг к другу.

Выполнение индуктора линейного асинхронного электропривода с двумя сердечниками, частичное экранирование каждого зубца двумя короткозамкнутыми витками, выводы которых соединены с контактами герконовых реле коммутирующего устройства, снабжение каждого зубца с внутренней стороны дополнительными короткозамкнутыми витками, которые расположены перпендикулярно двум виткам, соединенными с герконовыми реле, эти технические признаки определяют новизну и существенные отличия данного технического решения.

В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых

фиг.1 изображает общий вид линейного асинхронного электропривода (фрагмент поперечного сечения);

фиг.2 изображает вид сверху линейного асинхронного электропривода (фрагмент) с короткозамкнутыми экранирующими витками, выводы которых соединены с герконовыми реле, катушки которых подключены к коммутирующему устройству и дополнительно размещенными короткозамкнутыми витками с возможностью их частичного экранирования;

фиг.3 изображает витки, экранирующие правые части первого и второго зубцов обоих сердечников, и витки, экранирующие левые части третьего и четвертого зубцов обоих сердечников индуктора;

фиг.4 - то же, что и на фиг.3, но при разомкнутых экранирующих витках на четвертом зубце обоих сердечников индуктора;

фиг.5 - то же, что и на фиг.4, но при разомкнутых витках, экранирующих правые и левые части первого зубца обоих сердечников индуктора, и замкнутых витках, экранирующих правые части второго и третьего зубцов обоих сердечников индуктора, и замкнутых витках, экранирующих левые части четвертого и пятого зубцов обоих сердечников индуктора;

фиг.6 изображает упрощенную схему подключения катушек герконовых реле к коммутирующему устройству (причем показаны только контакты герконовых реле, а катушки реле на фиг.6 не изображены);

фиг.7 изображает силы поперечной стабилизации, действующие на электропроводящий якорь при его смещении.

Линейный асинхронный электропривод 1 (фиг.1) содержит индуктор, состоящий из двух сердечников 2 (на фиг.1 второй сердечник не виден) с обмотками, состоящими из отдельных катушек 3, расположенных на их зубцах 4, и электропроводящий якорь 5. В верхних частях зубцов 4 обоих сердечников индуктора расположены по два экранирующих витка 6, выводы которых соединены, например, с герконовыми реле (на фиг.1 не показано), катушки которых соединены с коммутирующим устройством (на фиг.1 не показано), на зубцах обоих сердечников дополнительно размещены короткозамкнутые витки 7.

На фиг.2 показан вид сверху линейного асинхронного электропривода 1, состоящего из двух сердечников 2 с размещенными на их зубцах 4 короткозамкнутыми экранирующими витками 6, выводы которых соединены с герконовыми реле 8 и коммутирующим устройством 9. На сторонах зубцов 4 обоих сердечников 2, примыкающих друг к другу, дополнительно размещены короткозамкнутые витки 7. Стрелками F₁ и F₂ показаны направления сил поперечной стабилизации, действующих на электропроводящий якорь 5.

На фиг.3 показан линейный асинхронный электропривод, что и на фиг.1, но с витками 6, экранирующими правые части первого и второго зубцов 4 обоих сердечников (на фиг.3 второй сердечник не виден) и экранирующими левые части третьего и четвертого зубцов 4 обоих сердечников и дополнительно размещенными на зубцах короткозамкнутыми витками 7. Стрелками F₃ и F₄ показаны направления сил, действующих на электропроводящий якорь 5 до совершения шага, F₃ - усилия, действующие слева направо, F₄ - усилия, действующие справа налево. Здесь 2F₃=2F₄.

На фиг.4 показано то же, что и на фиг.3, но при обоих разомкнутых экранирующих витках 6 на четвертом зубце 4 (сплошной линией обозначены замкнутые герконами витки, а штриховой линией обозначены разомкнутые герконами витки) обоих сердечников (на фиг.4 второй сердечник не виден). Видно, что 2F₃>F₄.

На фиг.5 показано то же, что и на фиг.4, но при разомкнутых витках 6, экранирующих правые и левые части первых зубцов 4 обоих сердечников, и замкнутых витках, экранирующих правые части второго и третьего зубцов 4 обоих сердечников, и замкнутых витках, экранирующих левые части четвертого и пятого зубцов 4 обоих сердечников (на фиг.5 второй сердечник не виден), и иллюстрирует завершенный шаг: перемещение электропроводящего якоря 5 на одно зубцовое деление. Здесь 2F₃=2F₄.

На фиг.6 показана упрощенная схема подключения катушек 3 обмоток обоих сердечников линейного асинхронного электропривода к коммутирующему устройству 9 при помощи контакта 10. Коммутирующее устройство подключено к источнику однофазного напряжения 11. Экранирующие витки 6, размещенные на зубцах обоих сердечников индуктора линейного асинхронного электропривода соединены с герконовыми реле (на фиг.6 не показаны), выводы катушек которых соединены с коммутирующим устройством 9. На фиг.6 контакты герконовых реле показаны схематично и обозначены позициями 12-43.

На фиг.7 показан вид сверху линейного асинхронного электропривода 1, состоящего из двух сердечников 2 с размещенными на их зубцах 4 короткозамкнутыми экранирующими витками 7. Стрелками F₁ и F₂ показаны направления сил поперечной стабилизации, действующих на электропроводящий якорь 5 при его смещении. На фиг.7 экранирующие витки 6 не показаны.

Рассмотрим работу данного линейного асинхронного электропривода. При замыкании контакта 10 коммутирующего устройства 9 подается переменное напряжение на катушки 3 обмотки индуктора 1 (фиг.1 - фиг.6). По катушкам 3 потечет однофазный ток, который создает пульсирующее магнитное поле. Далее коммутирующее устройство 9 замыкает контакты герконов 14, 15, 18, 19, 20, 21, 24 и 25. Витки 6, экранирующие правые части первого и второго зубцов 4 и экранирующие левые части третьего и четвертого зубцов 4 обоих сердечников, становятся короткозамкнутыми. В результате магнитные поля четырех зубцов, образующих первоначальный ряд, становятся эллиптическими и встречно направленными. При пересечении эллиптическими магнитными полями электропроводящего якоря 5 в нем индуктируются электродвижущие силы (ЭДС), под действием которых в электропроводящем якоре потекут вихревые токи. В результате взаимодействия эллиптических магнитных полей с токами электропроводящего якоря, ими индуктированными, создаются механические усилия F₃ и F₄, направленные от неэкранированных частей зубцов обоих сердечников индуктора к экранированным. Усилия F₃, созданные при взаимодействии эллиптических магнитных полей первых двух зубцов с токами, ими индуктированными в электропроводящем якоре, будут действовать слева направо и будут равны усилиям F₄, созданным при взаимодействии эллиптических магнитных полей третьего и четвертого зубцов обоих сердечников статора с токами, ими индуктированными в электропроводящем якоре, и направленным справа налево. Усилия F₃ и F₄ взаимно уравновешиваются, и электропроводящий якорь будет неподвижен (ΣF₃=ΣF₄). При взаимодействии эллиптических магнитных полей в поперечном направлении с вихревыми токами, ими индуктированными, создаются механические встречно направленные поперечные усилия F₁ и F₂, действующие на электропроводящий якорь 5 (фиг.2). Так как дополнительные короткозамкнутые витки 7 всегда замкнуты, то усилия F₁ и F₂ поперечной стабилизации уравновешивают друг друга и удерживают электропроводящий якорь 5 в первоначальном положении (ΣF₁=ΣF₂), симметричном относительно индуктора.

Для начала шага электропроводящего якоря 5 коммутирующее устройство 9 размыкает контакты 24 и 25 герконового реле и витки 6, экранирующие обе части четвертых зубцов 4 обоих сердечников, будут разомкнутыми. Усилия F₃ будут больше усилий F₄ (2F₃>F₄), т.к. усилия F₄ будут создаваться при взаимодействии эллиптического магнитного поля только одних третьих зубцов 4 обоих сердечников с токами электропроводящего якоря, ими индуктированными. Усилия F₁ будут иметь туже самую величину, что и ранее. Под действием разности усилий (ΔF=2F₃-F₄) электропроводящий якорь 5 начнет перемещаться слева направо (фиг.4). Усилия F₁ и F₂ будут осуществлять поперечную автоматическую стабилизацию электропроводящего якоря 5 относительно индуктора при его перемещении.

Для завершения шага электропроводящего якоря на одно зубцовое деление и фиксации электропроводящего якоря в новом положении коммутирующее устройство 9 размыкает контакты 14 и 15 и витки 6, экранирующие правые части первых зубцов 4 обоих сердечников, перестают быть короткозамкнутыми, одновременно коммутирующее устройство размыкает контакты 24 и 25 и замыкает контакты 22 и 23, при этом становятся разомкнутыми витки 6, экранирующие левые части третьего зубца 4 обоих сердечников, и короткозамкнутыми витки 6, экранирующие правые части третьего зубца 4 обоих сердечников. Одновременно коммутирующее устройство замыкает контакты 26 и 27 пятого зубца 4 обоих сердечников и образуется новый ряд из четырех зубцов на обоих сердечниках (фиг.5 и фиг.6). Электропроводящий якорь 5 перемещается на одно зубцовое деление и фиксируется в новом положении. Усилия F₃ и F₄ снова становятся равными. В случае поперечного смещения якоря 5 относительно индуктора линейного асинхронного электропривода (фиг.7) нарушится равновесие усилий F₁ и F₂. В этом случае усилия F₁ станут меньше усилий F₂ за счет того, что усилия F₁, создаваемые при взаимодействии бегущего сверху вниз эллиптического поля с токами, протекающими в части электропроводящего якоря 5, расположенной над зубцами верхнего сердечника (фиг.2), будут меньше усилий F₂, создаваемых при взаимодействии эллиптических полей (за счет короткозамкнутых витков 7), бегущих снизу вверх (фиг.7), с полями, ими индуктированными в части электропроводящего якоря 5, расположенной над нижним сердечником 2. Так как в последнем случае усилия F₂>F₁ за счет того, что над неэкранированной частью зубцов 4 нижнего сердечника 2 (фиг.7) будет располагаться большая часть поверхности (площади) электропроводящего якоря 5 и эти усилия F₂, действующие от неэкранированных частей зубцов 4 к их экранированным частям будут больше чем усилия F₁ (т.к. над зубцами верхнего сердечника 2 будет расположена меньшая площадь электропроводящего якоря 5. Под действием разности этих усилий ΣF₂=ΣF₁ электропроводящий якорь 5 вернется в прежнее симметричное положение, как это показано на фиг.2.

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

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в дискретных электроприводах, предназначенных для осуществления дискретных линейных перемещений. Предлагаемый линейный асинхронный электропривод (1) содержит индуктор (2), состоящий из двух сердечников с обмоткой, состоящей из отдельных катушек, расположенных на зубцах сердечников, и электропроводящий якорь. На зубцах индуктора расположены по два экранирующих витка, выводы которых соединены с герконовыми реле, катушки которых соединены с коммутирующим устройством, обеспечивающим возможность одновременного замыкания, по меньшей мере, восьми экранирующих витков, размещенных на четырех соседних зубцах обоих сердечников и образующих первоначальный ряд, причем у первых двух зубцов на каждом сердечнике замкнуты витки, экранирующие их правые части в направлении слева направо, а на третьем и четвертом зубцах обоих сердечников замкнуты витки, экранирующие их левые части. Для начала шага электропроводящего якоря коммутирующее устройство размыкает два витка, экранирующих левые части четвертых зубцов обоих сердечников, а для завершения шага - размыкает витки, экранирующие правые части первых зубцов обоих сердечников и замыкает витки, экранирующие правые части второго и третьего зубцов обоих сердечников, и витки, экранирующие левые части четвертого и пятого зубцов обоих сердечников. Кроме того, на каждом зубце обоих сердечников дополнительно размещены короткозамкнутые витки, частично их экранирующие и расположенные в направлении, перпендикулярном виткам, экранирующим правые и левые части каждого зубца обоих сердечников, при этом дополнительно размещенные короткозамкнутые витки установлены на сторонах зубцов сердечников, примыкающих друг к другу. Технический результат - расширение функциональных возможностей электропривода путем обеспечения стабилизации его электропроводящего якоря в продольном и поперечном направлениях. 7 ил.

Линейный асинхронный электропривод, содержащий индуктор, состоящий из сердечника, на зубцах которого размещены катушки обмотки, электропроводящий якорь и коммутирующее устройство, отличающийся тем, что индуктор содержит дополнительный такой же сердечник, на зубцах которого размещены катушки обмотки, причем в верхних частях зубцов расположены по два экранирующих витка, выводы которых соединены, например, с контактами герконовых реле, катушки которых соединены с коммутирующим устройством, обеспечивающим возможность одновременного замыкания, по меньшей мере, восьми экранирующих витков, размещенных на первых четырех зубцах обоих сердечников индуктора и образующих первоначальный ряд, причем у первых двух зубцов на каждом сердечнике замкнуты витки, экранирующие их правые части в направлении слева направо, а на третьем и четвертом зубцах каждого сердечника замкнуты витки, экранирующие их левые части, причем для начала шага электропроводящего якоря коммутирующее устройство размыкает два витка, экранирующих левые части четвертых зубцов первоначального ряда, а для завершения шага размыкает витки, экранирующие правые части первых зубцов первоначального ряда, и замыкает витки, экранирующие правые части второго и третьего зубцов каждого из сердечников, и витки, экранирующие левые части четвертого и пятого зубцов обоих сердечников, при этом образуется новый ряд, аналогичный первоначальному, причем на каждом зубце обоих сердечников дополнительно размещены короткозамкнутые витки, частично их экранирующие и расположенные в направлении, перпендикулярном виткам, экранирующим правые и левые части каждого зубца, при этом дополнительно размещенные короткозамкнутые витки установлены на сторонах зубцов сердечников, примыкающих друг к другу.