ЛИНЕЙНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 2013 года по МПК H02K41/25 

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, выводы катушек соединены с коммутирующим устройством, и электропроводящие якори (см. например, пат. РФ №2068613, МПК H02K 4/02, HO2P 7/62 1977 г.; пат. РФ №2279752, МПК H02K 41/025, HO2P 25/06 2005 г.)

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является линейный асинхронный электропривод (см. патент РФ №2391762, кл. H02K 37/00, H02P 8/42, 2010 г.), Линейный асинхронный электропривод, содержащий индуктор, состоящий из двух сердечников, на зубцах которых размещены катушки обмотки, электропроводящий якорь и коммутирующее устройство, 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 размещены дополнительные экранирующие витки, расположенные в направлении, перпендикулярном виткам, экранирующим правые и левые части каждого зубца, при этом дополнительные экранирующие витки установлены на сторонах зубцов сердечников, примыкающих друг к другу. Данный линейный асинхронный электропривод выбран нами в качестве прототипа.

Данный линейный асинхронный электропривод имеет пониженное значение коэффициента полезного действия (КПД) из-за электрических потерь мощности в дополнительных экранирующих витках, размещенных на зубцах сердечников индуктора, над которыми уже нет электропроводящего якоря после совершения шага. Это - недостаток прототипа.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка и разработка конструкции линейного асинхронного электропривода с увеличенным КПД.

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, 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 размещены дополнительные экранирующие витки, расположенные в направлении, перпендикулярном виткам, экранирующим правые и левые части каждого зубца, при этом дополнительные экранирующие витки установлены на сторонах зубцов сердечников, примыкающих друг к другу, согласно изобретению выводы дополнительных экранирующих витков также соединены с герконовыми реле, катушки которых подключены к коммутирующему устройству.

Соединение выводов дополнительных экранирующих витков с герконовыми реле, катушки которых подключены к коммутирующему устройству - этот технический признак определяет новизну и существенное отличие 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 экранирующими витками, катушки которых соединены с коммутирующим устройством;

фиг.3 изображает витки, экранирующие правые части на первых двух зубцах обоих сердечников и витки, экранирующие левые части на третьем и четвертом зубцах обоих сердечников индуктора (замкнутые накоротко витки обозначены сплошными жирными линиями, разомкнутые витки показаны жирными штриховыми линиями);

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

фиг.5 - то же, что и на фиг.4, но при разомкнутых витках, экранирующих правые и левые части на первых зубцах 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, дополнительные витки, экранирующие первые зубцы сердечников разомкнуты;

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), показана упрощенно и схема подключения герконовых реле, соединенных с выводами дополнительных экранирующих витков;

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

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 экранирующие 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 экранирующие витки 7, выводы которых подключены к герконовым реле 10. Стрелками F₁ и F₃ показаны направления сил поперечной стабилизации, действующих на электропроводящий якорь 5 до совершения шага.

На фиг.3 показан линейный асинхронный электропривод, что и на фиг.1, но с витками 6, экранирующими правые части первых и вторых зубцов 4 обоих сердечников (на фиг.3 второй сердечник не виден) и экранирующими левые части третьих и четвертых зубцов 4 обоих сердечников и дополнительно размещенными на зубцах экранирующими 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 2F_з=2F₄.

На фиг.4 показано то же, что и на фиг.3, но при обоих разомкнутых экранирующих витках 6 на четвертых зубцах 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 четвертых и пятых зубцов 4 обоих сердечников (на фиг.5 второй сердечник не виден) и иллюстрирует завершенный шаг: перемещение электропроводящего якоря 5 на одно зубцовое деление. Дополнительные экранирующие витки 7 на первых зубцах сердечников разомкнуты (штриховая линия). 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 11. Коммутирующее устройство подключено к источнику однофазного напряжения 12. 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 этих герконовых реле показаны схематично и обозначены позициями 13-44. Контакты герконовых реле, соединенных с выводами дополнительных экранирующих витков, обозначены позициями 45-60.

На фиг.7 показан вид сверху линейного асинхронного электропривода 1 состоящего из двух сердечников 2 с размещенными на их зубцах короткозамкнутыми экранирующими витками 7. Стрелками F₁ и F₃ показаны направления сил поперечной стабилизации, действующих на электропроводящий якорь 5.

Рассмотрим работу данного линейного асинхронного электропривода. При замыкании контакта 11 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 15, 16, 19, 20, 21, 22, 25 и 26. Витки 6, экранирующие правые части первых и вторых зубцов 4 и экранирующие левые части третьих и четвертых 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 (∑F₃=∑F₄). При взаимодействии эллиптических магнитных полей в поперечном направлении с вихревыми токами ими индуктированными создаются механические встречно направленные поперечные усилия F₁ и F₃, действующие на электропроводящий якорь 5 (фиг.2). Так как дополнительные короткозамкнутые витки 7 всегда замкнуты, то усилия F₁ и F₃ поперечной стабилизации уравновешивают друг друга и удерживают электропроводящий якорь 5 в первоначальном положении (∑F₁=∑F₂), симметричном относительно индуктора.

Для начала шага электропроводящего якоря 5 коммутирующее устройство 9 размыкает контакты 25 и 26 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, им индуктированными. Усилия F₁ будут иметь ту же 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 15 и 16 витки 6, экранирующие праве части первых зубцов 4 обоих сердечников, перестают быть короткозамкнутыми, одновременно коммутирующее устройство размыкает контакты 25 и 26 и замыкает контакты 23 и 24, при этом становятся разомкнутыми витки 6, экранирующие левые части третьих зубцов 4 обоих сердечников и короткозамкнутыми витки 6, экранирующие правые части третьих зубцов 4 обоих сердечников. Одновременно коммутирующее устройство замыкает контакты 27 и 28 пятых зубцов 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 действие разности этих усилий ∑F₂=∑F₁ электропроводящий якорь 5 вернется в прежнее симметричное положение, как это показано на фиг.2. После совершения шага электропроводящего якоря коммутирующее устройство размыкает контакты 45 и 46 герконовых реле, соединенных с выводами дополнительных экранирующих витков 7, размещенных на первых зубцах сердечников индуктора, поэтому в этих витках тока не будет. Не будет и электрических потерь мощности в них. КПД заявляемого устройства будет выше.

По сравнению с прототипом увеличен КПД линейного асинхронного электропривода.

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для дискретных электроприводов и позволяет реализовать шаговое перемещение электропроводящего якоря линейного асинхронного электропривода (ЛАЭ) и стабилизацию в продольном и поперечном направлениях. Технический результат заключается в повышении к.п.д. за счет уменьшения электрических потерь. ЛАЭ 1 содержит индуктор 2 из двух сердечников с обмоткой из отдельных катушек 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. У первых двух зубцов на каждом сердечнике замкнуты витки, экранирующие их правые части в направлении слева направо. На третьих и четвертых зубцах замкнуты витки, экранирующие их левые части. Для начала шага якоря коммутирующее устройство размыкает два витка, экранирующих левые части четвертых зубцов обоих сердечников. Для завершения шага - размыкает витки, экранирующие правые части их первых и замыкает витки, экранирующие правые части их вторых и третьих зубцов, и витки, экранирующие левые части их четвертых и пятых зубцов. На каждом зубце дополнительно размещены на сторонах зубцов сердечников, примыкающих друг к другу, к.з. витки, частично их экранирующие и перпендикулярные виткам, экранирующим правые и левые части каждого их зубца. 7 ил.

Линейный асинхронный электропривод, содержащий индуктор, состоящий из двух сердечников, на зубцах которых размещены катушки обмотки, электропроводящий якорь и коммутирующее устройство, 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 размещены дополнительные экранирующие витки, расположенные в направлении, перпендикулярном виткам, экранирующим правые и левые части каждого зубца, при этом дополнительные экранирующие витки установлены на сторонах зубцов сердечников, примыкающих друг к другу, отличающийся тем, что выводы дополнительных экранирующих витков также соединены с герконовыми реле, катушки которых подключены к коммутирующему устройству.