ЛИНЕЙНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2013 года по МПК H02K33/16 H02K41/02 H02K1/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к разделу электричества, а именно к электрическим машинам возвратно-поступательного движения, и может быть использовано при создании электроприводов.

Уровень техники

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является линейная электрическая машина, содержащая бегун и статор, состоящий из поперечного стержня с обмоткой возбуждения и двух продольных стержней с якорной обмоткой (см. патент RU №2038680).

В известной машине якорная обмотка состоит из прямоугольных витков, лобовые части которых не взаимодействуют с рабочим магнитным потоком, что приводит к ограничению тягового усилия и к неэффективному использованию обмотки. При этом для прямоугольника отношение периметра к площади не является минимальным, что приводит к перерасходу обмоточного провода. Кроме того, технология изготовления прямоугольных стержней и пазов на них связана с повышенными материалоемкостью, трудоемкостью и энергоемкостью, что приводит к удорожанию машины.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении затрат на изготовление магнитной системы машины, повышении эффективности использования обмотки и уменьшении расхода обмоточного провода.

Технический результат заключается в обеспечении равномерного взаимодействия всех участков якорной обмотки с рабочим магнитным потоком, повышении тягового усилия, уменьшении длины провода якорной обмотки, снижении материалоемкости, трудоемкости и энергоемкости изготовления продольных стержней машины.

Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков: линейная электрическая машина, содержащая бегун и статор, состоящий из поперечного стержня с обмоткой возбуждения и двух продольных стержней с якорной обмоткой, отличающаяся тем, что продольные стержни выполнены с круглым сечением, а бегун выполнен в виде двух цилиндров с круглыми отверстиями, соединенных перемычкой, при этом оси отверстий смещены относительно осей цилиндров к периферии бегуна.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, и технический результат взаимосвязаны следующим образом.

Обеспечение равномерного взаимодействия всех участков якорной обмотки с рабочим магнитным потоком, повышение тягового усилия, уменьшение длины провода якорной обмотки, снижение материалоемкости, трудоемкости и энергоемкости изготовления продольных стержней машины снижает затраты на изготовление магнитной системы машины, повышает эффективность использования обмотки и уменьшает расход обмоточного провода.

На чертеже изображена магнитная система линейной электрической машины.

Осуществление изобретения

Изобретение может быть осуществлено следующим образом.

У линейной электрической машины, содержащей бегун и статор, состоящий из поперечного стержня с обмоткой возбуждения и двух продольных стержней с якорной обмоткой, продольные стержни выполнены с круглым сечением, а бегун выполнен в виде двух цилиндров с круглыми отверстиями, соединенных перемычкой, при этом оси отверстий смещены относительно осей цилиндров к периферии бегуна (см. чертеж).

Таким образом, назначение изобретения - применение его в качестве линейной электрической машины - реализуется.

Сведения, подтверждающие возможность получения при осуществлении изобретения технического результата (причинно-следственная связь существенных признаков с указанным техническим результатом), состоят в следующем.

Выполнение продольных стержней с круглым сечением, а бегуна в виде двух цилиндров с круглыми отверстиями, соединенных перемычкой, приводит к равномерному взаимодействию всех участков якорной обмотки с рабочим магнитным потоком, повышению тягового усилия, уменьшению длины провода якорной обмотки, снижению материалоемкости, трудоемкости и энергоемкости изготовления продольных стержней машины. При этом снижение материалоемкости, трудоемкости и энергоемкости обусловлено тем, что для изготовления стержней прямоугольного сечения, в отличие от стержней круглого сечения подобрать заготовку с небольшими припусками практически невозможно, поэтому для изготовления первых приходится срезать больше металла. Кроме того, круглый стержень может быть обработан при одной установке на станке, а для прямоугольного требуется как минимум четыре установки (по числу граней).

Следовательно, совокупность существенных признаков достаточна для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата.

Описание конструкции устройства:

Статор линейной электрической машины состоит из двух продольных круглых стержней 1 с якорной обмоткой и поперечного стержня 2 с обмоткой возбуждения, а бегун выполнен в виде двух цилиндров 3 с круглыми отверстиями 4, соединенных перемычкой 5. Оси отверстий 4 смещены относительно осей цилиндров 3 к периферии бегуна. Это обеспечивает изменение площади сечения участков цилиндров, в которые локализован магнитный поток, в соответствии с изменением концентрации магнитного потока, что обусловливает равномерное насыщение этих участков. По окружности продольных стержней 1 выполнены поперечные пазы и зубцы для размещения в пазах витков якорной обмотки, а по образующей выполнен продольный паз для соединения витков, расположенных в соседних поперечных пазах. Суммарная площадь оснований зубцов, находящихся под полюсом бегуна, равна площади поперечного сечения продольного стержня 1 в районе паза и равна площади сечения поперечного стержня 2 и перемычки 5. Машина может быть оснащена вторым поперечным стержнем с размещенной на нем обмоткой возбуждения. При этом магнитные потоки в поперечных стержнях направлены встречно друг другу, а в бегуне они складываются. Поперечные стержни могут быть выполнены с прямоугольным или круглым сечением. Второй поперечный стержень может быть выполнен из немагнитного материала. Бегун может быть выполнен шихтованным. Статор машины содержит два направляющих штока из немагнитного материала. На статоре установлены ограничители хода бегуна с эластичными накладками.

Машина работает следующим образом.

Обмотка возбуждения создает магнитный поток, который локализуется в поперечном стержне 2, первом продольном стержне 1, первом рабочем воздушном зазоре между первым продольным стержнем 1 и первым цилиндром 3, первом цилиндре 3, перемычке 5, втором цилиндре, втором рабочем воздушном зазоре между вторым цилиндром и вторым продольным стержнем и втором продольном стержне. Магнитный поток в рабочих воздушных зазорах взаимодействует с током якорной обмотки, в результате чего в соответствии с законом Ампера возникает тяговое усилие. Магнитный поток в рабочих зазорах распределен равномерно вдоль окружности продольных стержней, поэтому все участки якорной обмотки, находящейся под полюсом, используются для создания тягового усилия.

Таким образом, у предлагаемой линейной электрической машины, в отличие от прототипа, повышается эффективность использования обмотки и уменьшается расход обмоточного провода.

Эффективность предлагаемой линейной электрической машины обусловливается ее улучшенной конструкцией.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам возвратно-поступательного движения, и может быть использовано при создании электроприводов. Предложена линейная электрическая машина, статор которой состоит из двух продольных круглых стержней (1) с якорной обмоткой и поперечного стержня (2) с обмоткой возбуждения, при этом согласно изобретению бегун выполнен в виде двух цилиндров (3) с круглыми отверстиями (4), соединенных перемычкой (5), оси отверстий (4) смещены относительно осей цилиндров (3) к периферии бегуна. Технический результат, достигаемый данным изобретением, состоит в обеспечении возможности взаимодействия всех участков якорной обмотки с рабочим магнитным потоком, в повышении эффективности использования якорной обмотки и уменьшении расхода обмоточного провода. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Линейная электрическая машина, содержащая бегун и статор, состоящий из поперечного стержня с обмоткой возбуждения и двух продольных стержней с якорной обмоткой, отличающаяся тем, что продольные стержни выполнены с круглым сечением, а бегун выполнен в виде двух цилиндров с круглыми отверстиями, соединенных перемычкой, при этом оси отверстий смещены относительно осей цилиндров к периферии бегуна.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что по окружности продольных стержней выполнены поперечные пазы и зубцы для размещения в пазах витков якорной обмотки, а по образующей выполнен продольный паз для соединения витков, расположенных в соседних поперечных пазах.

3. Машина по п.2, отличающаяся тем, что суммарная площадь оснований зубцов, находящихся под полюсом бегуна, равна площади поперечного сечения продольного стержня в районе паза и равна площади сечения поперечного стержня и перемычки.

4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что она оснащена вторым поперечным стержнем с размещенной на нем обмоткой возбуждения.

5. Машина по п.4, отличающаяся тем, что магнитные потоки в поперечных стержнях направлены встречно друг другу.

6. Машина по п.1 или 4, отличающаяся тем, что поперечные стержни выполнены с прямоугольным сечением.

7. Машина по п.1 или 4, отличающаяся тем, что поперечные стержни выполнены с круглым сечением.

8. Машина по п.1, отличающаяся тем, что она оснащена вторым поперечным стержнем, выполненным из немагнитного материала.

9. Машина по п.1, отличающаяся тем, что бегун выполнен шихтованным.

10. Машина по п.1, отличающаяся тем, что статор содержит два направляющих штока.

11. Машина по п.10, отличающаяся тем, что направляющие штоки выполнены из немагнитного материала.

12. Машина по п.1, отличающаяся тем, что на статоре установлены ограничители хода бегуна с эластичными накладками.