ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2015 года по МПК H02K41/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к линейным шаговым электродвигателям, которые находят широкое применение в дискретном электроприводе.

Уровень техники

Известен линейный электродвигатель, содержащий N параллельных якорей и индуктор с цилиндрическим магнитопроводом и обмотками, концентрично размещенными относительно якорей, отличающийся тем, что магнитопровод индуктора выполнен в виде N цилиндрических магнитопроводов меньшего диаметра, соприкасающихся по образующим, а якоря соединены по обоим торцам (см. Патент РФ №2031525, кл. H02K 41/02).

Недостатками данного аналога являются недостаточно технологичная конструкция, довольно трудоемкая при изготовлении, а также низкий коэффициент полезного действия.

Известен линейный электродвигатель, состоящий из статора и якоря, содержащих прилегающие к воздушному зазору магнитные и немагнитные элементы, отличающийся тем, что осевые длины магнитных и немагнитных элементов статора определяются чередованием относительных чисел 3 и 1, а осевые длины чередующихся магнитных и немагнитных элементов якоря определяются рядом относительных чисел: 3, 1, 3, 2, 3, 1, 3, 2 и т.д., или 3, 1,3, 1, 3, 2, 3, 1, 3, 1, 3, 2 и т.д., или 3, 1, 3, 1, 3, 1, 3, 2, 3, 1, 3, 1, 3, 1, 3, 2 и т.д (см. Патент РФ №2108651, кл. H02K 33/02, H02K 41/03).

Недостатком данного аналога является недостаточно технологичная конструкция, довольно трудоемкая при изготовлении. Магнитная система является неэффективной, имеет низкую производительность из-за прямоугольной формы сечения полюсов статора и якоря, имеет низкую плавность хода.

Известен линейный электродвигатель, состоящий из статора, собранного из магнитных и немагнитных элементов и намагничивающих катушек, якоря, выполненного из чередующихся магнитных и немагнитных колец, отличающийся тем, что форма сечения торцов основных и промежуточных полюсов статора имеет вид усеченной неравнобедренной трапеции, образованной двумя фасками под внешними углами 45° и 60°, прилегающими к поверхностям немагнитной вставки статора и якоря и образующими соотношение толщины сечения магнитопровода статора к вершине усеченной трапеции торца полюсов статора 4:1; форма сечения торцов магнитных колец якоря имеет вид неправильного прямоугольника, образованного фасками под внешним углом 60°, прилегающими к внутренней поверхности статора при соотношении длины торца магнитных колец якоря к их максимальной длине 1:4. (см. Патент РФ №2031518, кл. H02K 41/03).

Недостатком прототипа является недостаточно эффективная магнитная система на единицу массы и мощности, не рассчитанная на двухтактную систему работы с наличием такта под нагрузкой и такта холостого хода, а следовательно, низкое усилие на якоре при движении с нагрузкой.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью изобретения, сводится к повышению усилия на якоре линейного электродвигателя с нагрузкой.

Технический результат достигается тем, что в линейном электродвигателе, состоящем из статора, собранного из магнитных и немагнитных элементов и намагничивающих катушек, якоря, выполненного из чередующихся магнитных и немагнитных колец, изменена форма сечения торцов левых магнитных полюсов и правых торцов промежуточных полюсов, которая имеет вид прямоугольного треугольника, образованного фасками, прилегающими под внешним углом 45° к поверхности немагнитных вставок, форма сечения правых торцов магнитных колец якоря имеет вид прямоугольного треугольника, образованного фасками, под углом 60° прилегающими к поверхности немагнитного стержня.

Данная конфигурация магнитной системы позволяет перераспределить магнитный поток в область рабочего зазора, а следовательно, увеличить усилие при движении якоря линейного электродвигателя в одном направлении.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен общий вид линейного электродвигателя.

На фиг.2 представлен разрез одной катушки с нанесением основных магнитных потоков в начальном положении такта под нагрузкой.

На фиг.3 представлен разрез одной катушки с нанесением основных магнитных потоков в начальном положении такта холостого хода.

Осуществление изобретения

Линейный электродвигатель содержит: статор 1, состоящий из магнитного корпуса 2, внутри которого между левым магнитным полюсом 3 и правым магнитным полюсом 4 установлены намагничивающие катушки 5, 6, 7 и 8, промежуточные полюса 9, закрепленные немагнитными вставками 10 на резьбе 11; левый магнитный полюс 3 и правый магнитный полюс 4 каждой катушки 5, 6, 7, и 8 разделены между собой немагнитными кольцами 12, закрепленными штифтами 13; торцевой магнитный полюс 14 крепится к магнитному корпусу 2 болтом 15. Якорь 16 линейного электродвигателя состоит из магнитных 17 и немагнитных 18 колец, насаженных в чередующейся последовательности на немагнитный стержень 19. Форма сечения торцов правых магнитных полюсов 3, левой части промежуточных полюсов 9 и торцевого полюса 14 образованна фасками 20 и 21; форма сечения торцов левых магнитных полюсов 4 и правой части промежуточного полюса 8 образована фасками 22; форма сечения торцов магнитных колец 17 образована фасками 23 и 24. Основной магнитный поток Ф разделяется на рабочий магнитный поток Ф₁, проходящий через рабочий зазор δ, и паразитный магнитный поток Ф₂, выпучивающийся в сторону намагничивающей катушки 5 и Ф₃, замыкающийся практически по центру якоря 16.

Линейный электродвигатель работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда намагничивающие катушки 5, 6, 7 и 8 обесточены, к работе подготовлена только одна из четырех катушек 5 магнитной системы линейного электродвигателя. При подаче управляющего сигнала на намагничивающую катушку 5 ток в ее обмотке создает магнитный поток Ф (фиг.2), замыкающийся через магнитный корпус 2, левый магнитный полюс 3, магнитные кольца якоря 17, промежуточный полюс 9 и правый магнитный полюс 4 и распределяющийся на рабочий магнитный поток Ф₁, проходящий через область рабочего зазора δ и паразитные магнитные потоки Ф₂ и Ф₃. В результате возникает аксиальная электромагнитная сила, которая приводит к перемещению якоря 16 вправо. Одновременно с движением якоря 16 происходит необходимая для подготовки к работе следующей катушки 6 ориентация магнитных колец якоря относительно левого 3 и правого 4 магнитных и промежуточных 9 полюсов статора, которые закреплены немагнитными вставками 10 на резьбе 11. Немагнитные кольца 12, закрепленные штифтами 13, разделяют магнитные системы катушек 5, 6, 7 и 8. Торцевой полюс 14 крепится к магнитному корпусу 2 болтом 15 и фиксирует все элементы статора 1 внутри корпуса 2. При подаче управляющего сигнала на следующую катушку 6 весь процесс повторяется. В зависимости от порядка следования управляющих импульсов направление движения якоря 16 может меняться.

В отличие от прототипа линейный электродвигатель имеет форму сечения торцов левых магнитных полюсов 3 и правых торцов промежуточных полюсов 9 в виде прямоугольного треугольника, образованного фасками 22, прилегающими под внешним углом 45° к поверхности немагнитных вставок 10, что позволяет перераспределить часть паразитного магнитного потока Ф₂ в рабочий магнитный поток Ф₁. Форма сечения правых торцов магнитных колец 17 якоря 16 имеет вид прямоугольного треугольника, образованного фасками 24, под углом 60° прилегающими к поверхности немагнитного стержня 19, и за их счет часть паразитного магнитного потока Ф₃ также перераспределяется в рабочий магнитный поток Ф₁.

По сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями предлагаемое изобретение имеет ряд преимуществ для применения в двухтактных системах с рабочим и холостым движениями якоря, а именно позволяет:

- увеличить магнитный поток в рабочем зазоре;

- повысить коэффициент полезного действия линейного электродвигателя на 15%;

- улучшить массогабаритные показатели;

- снизить затраты на эксплуатацию.

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к линейным шаговым электродвигателям, и может быть использовано в дискретном электроприводе. Техническим результатом является повышение усилия на якоре линейного электродвигателя с нагрузкой. Линейный электродвигатель содержит статор, состоящий из магнитного корпуса, внутри которого между левым и правым магнитными полюсами установлены намагничивающие катушки; промежуточные полюса закреплены немагнитными вставками на резьбе. Между правым магнитным полюсом одной катушки и левым магнитным полюсом другой катушки располагаются немагнитные кольца, закрепленные штифтами. Торцевой магнитный полюс крепится к магнитному корпусу болтом. Якорь линейного электродвигателя состоит из магнитных и немагнитных колец, насаженных в чередующейся последовательности на немагнитный стержень. Форма сечения торцов правых магнитных полюсов и левой части промежуточных полюсов, а также торцевого полюса имеет вид неправильной трапеции. Форма сечения торцов левых магнитных полюсов и правой части промежуточного полюса имеет вид прямоугольного треугольника. Форма сечения левых торцов магнитных колец якоря имеет вид неправильного прямоугольника, а правых торцов - прямоугольного треугольника. 3 ил.

Линейный электродвигатель, состоящий из статора, собранного из магнитных и немагнитных элементов и намагничивающих катушек, якоря, выполненного из чередующихся магнитных и немагнитных колец, отличающийся тем, что форма сечения торцов левых магнитных полюсов и правых торцов промежуточных полюсов имеет вид прямоугольного треугольника, образованного фасками, прилегающими под внешним углом 45° к поверхности немагнитных вставок, форма сечения правых торцов магнитных колец якоря имеет вид прямоугольного треугольника, образованного фасками, под углом 60° прилегающими к поверхности немагнитного стержня.