СТЕРЖНЕВАЯ ЛИНЕЙНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2014 года по МПК H02K33/18 H02K41/02 

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 стержневая линейная электрическая машина, содержащая бегун и статор, состоящий из поперечного стержня с обмоткой возбуждения и двух продольных стержней с якорной обмоткой, (см. патент RU №203 8680).

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. Не все участки бегуна имеют сечение, площадь которого равна отношению расчетной величины магнитного потока на этом участке к расчетному значению магнитной индукции, что приводит либо к перенасыщению участков, либо к перерасходу ферромагнитного материала и утяжелению машины.

Раскрытие изобретения.

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

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

Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков: стержневая 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 охватывает продольные стержни, при этом охватывающие части бегуна выполнены с переменным сечением, площадь которого равна отношению расчетной величины магнитного потока на этом участке к расчетному значению магнитной индукции.

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

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

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 изображена стержневая линейная электрическая машина, на фиг.2 - половина бегуна.

Осуществление изобретения.

Изобретение может быть осуществлено следующим образом.

У стержневой 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 охватывает продольные стержни, при этом охватывающие части бегуна выполнены с переменным сечением, площадь которого не меньше отношения расчетной величины магнитного потока на этом участке к расчетному значению магнитной индукции (см. чертеж).

Таким образом, назначение изобретения - применение его в качестве стержневой 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 - охватывающим продольные стержни, при этом охватывающие части бегуна выполнены с переменным сечением, площадь которого не меньше отношения расчетной величины магнитного потока на этом участке к расчетному значению магнитной индукции, приводит к равномерному взаимодействию всех участков якорной обмотки с рабочим магнитным потоком и равномерному магнитному насыщению всех участков охватывающей части бегуна, повышению тягового усилия, уменьшению длины провода якорной обмотки, снижению материалоемкости машины, 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). Все участки бегуна имеют сечение, площадь которого равна отношению расчетной величины магнитного потока на этом участке к расчетному значению магнитной индукции, что исключает как перенасыщение участков, так и перерасход ферромагнитного материала и утяжеление машины.

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

Описание конструкции устройства:

У стержневой линейной электрической машины, содержащей бегун 1 и статор 2, состоящий из поперечного стержня 3 с обмоткой возбуждения 4 и двух продольных стержней 5 с якорной обмоткой 6, продольные стержни 5 выполнены с круглым сечением, а бегун 1 охватывает продольные стержни 5, при этом охватывающие части 7 бегуна 1 выполнены с переменным сечением, площадь которого не меньше отношения расчетной величины магнитного потока на этом участке к расчетному значению магнитной индукции.Бегун 1 состоит из двух частей 7, охватывающих продольные стержни 5, и соединяющей перемычки 8 шириной l. Толщина охватывающей части бегуна b удовлетворяет соотношению b=lφ/(2·180), где φ - угол в градусах дуги внутренней окружности охватывающей части бегуна 1 в соответствующем месте. Внешняя огибающая охватывающей части бегуна 1 в полярных координатах удовлетворяет соотношению ρ=R+δ+lφ/(2·180), где R - радиус продольного стержня, δ - величина рабочего воздушного зазора машины. Статор 2 содержит два направляющих штока 9. Направляющие штоки 9 выполнены из немагнитного материала. Бегун 1 оснащен направляющими втулками 10, охватывающими направляющие штоки 9.

Машина работает следующим образом.

Обмотка возбуждения 4 создает магнитный поток, который локализуется в поперечном стержне 3, первом продольном стержне 5, бегуне 1 и втором продольном стержне. Магнитный поток в рабочих воздушных зазорах взаимодействует с током якорной обмотки 6, в результате чего в соответствии с законом Ампера возникает тяговое усилие. Магнитный поток в рабочих зазорах распределен равномерно вдоль окружности продольных стержней 5, поэтому все участки якорной обмотки 6, находящейся под полюсами бегуна 1, используются для создания тягового усилия.

Таким образом, у предлагаемой стержневой линейной электрической машины, в отличие от прототипа, снижаются затраты на изготовление магнитной системы машины, повышается эффективность использования ферромагнитного материала, обмотки и уменьшается расход обмоточного провода.

Эффективность предлагаемой стержневой линейной электрической машины обусловливается ее улучшенной конструкцией.

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам возвратно-поступательного движения. Технический результат состоит в снижении затрат за счет повышении эффективности использования материалов. Стержневая линейная электрическая машина содержит бегун (1) и статор (2), состоящий из поперечного стержня (3) с обмоткой возбуждения (4) и двух продольных стержней (5) с якорной обмоткой (6). Продольные стержни (5) выполнены с круглым сечением. Бегун (1) охватывает продольные стержни (5). Охватывающие части (7) бегуна (1) выполнены с переменным сечением, площадь которого не меньше отношения расчетной величины магнитного потока на этом участке к расчетному значению магнитной индукции. Бегун (1) состоит из двух частей (7), охватывающих продольные стержни (5), и соединяющей перемычки (8) шириной l. Статор (2) содержит два направляющих штока (9). Бегун (1) оснащен направляющими втулками (10), охватывающими направляющие штоки (9). 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Стержневая 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 охватывает продольные стержни, при этом охватывающие части бегуна выполнены с переменным сечением, площадь которого равна отношению расчетной величины магнитного потока на этом участке к расчетному значению магнитной индукции.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что бегун состоит из двух частей, охватывающих продольные стержни, и соединяющей перемычки шириной l.

3. Машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что толщина охватывающей части бегуна b удовлетворяет соотношению b=lφ/(2·180), где φ - угол в градусах дуги внутренней окружности охватывающей части бегуна в соответствующем месте.

4. Машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что внешняя огибающая ρ охватывающей части бегуна в полярных координатах удовлетворяет соотношению ρ=R+δ+lφ/(2·180), где R - радиус продольного стержня, δ - величина рабочего воздушного зазора машины.

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

6. Машина по п.5, отличающаяся тем, что направляющие штоки выполнены из немагнитного материала.

7. Машина по п.1 или 5, отличающаяся тем, что бегун оснащен направляющими втулками, охватывающими направляющие штоки.