ИНДУКЦИОННО-ДИНАМИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2015 года по МПК H02K3/04 G01V1/155 

Изобретение относится к импульсным электромеханическим преобразователям индукционно-динамического типа, важная особенность которых состоит в обеспечении создания кратковременных больших импульсных воздействий длительностью ~(1…5)·10^-3 с. Двигатели такого типа получили применение в приводах электрических аппаратов и устройствах для реализации промышленных импульсных технологий, а также в сейсмоисточниках, создающих сейсмические волны в земле и воде при проведении сейсморазведочных работ. При прохождении по обмотке тока, необходимого для создания на якорь двигателя импульсного усилия, на витки обмотки действует силы, в 10 и более раз превышающие силы, действующие на помещенные в пазах магнитопроводов электрических машин и аппаратов витки обмотки возбуждения, что требует выполнения обмотки индукционно-динамического двигателя с необходимой повышенной механической прочностью.

Известно принятое за первый аналог конструктивное решение индукционно-динамического двигателя, содержащего цилиндрическую однослойную катушку возбуждения и прилегающую к ее торцовой поверхности электропроводную пластину-якорь двигателя (Л.Н.Карпенко. Быстродействующие электродинамические отключающие устройства. Изд-во «Энергия», Ленинградское отделение, 1973 г., стр.5…10). Обмотка выполнена в виде прилегающих друг к другу витков провода, например шинки, с изоляцией между витками. При прохождении по обмотке тока между ее витками возникают механические усилия, действующие в направлении увеличения диаметра внутреннего витка обмотки и уменьшения диаметра ее внешнего витка. В аксиальном направлении на витки обмотки действует усилие, развиваемое двигателем между его якорем и обмоткой. Прохождение импульсов тока по обмотке приводит также к ее нагреву, соответствующему увеличению ее длины, и дополнительным механическим нагрузкам на изоляцию между витками. В результате действия указанных механических нагрузок надежность работы обмотки недостаточна.

Известен принятый за второй аналог, содержащий, как и двигатель по первому аналогу, цилиндрическую обмотку (катушку) возбуждения, выполненную с прилегающими к друг другу витками, и расположенный со стороны ее торцевой поверхности медный якорь двигателя (Болюх В.Ф., Лучук В.Ф. и др. Высокоэффективный электромеханический преобразователь ударного действия // Электротехника. 2011. №2. С.46-53). Катушка помещена в немагнитный каркас, прикрепленный к неметаллической опорной плите. При работе двигателя проявляются, как и в первом аналоге, те же снижающие надежность катушки силы. Применение немагнитного каркаса усложняет конструктивное решение и снижает надежность работы двигателя.

Известно принятое за прототип конструктивное решение индукционно-динамического двигателя источника сейсмических волн, содержащего цилиндрическую однослойную катушку возбуждения и прилегающий к ее торцовой поверхности электропроводный якорь двигателя (Патент РФ №2369883, Б.И. №28, 2009 г.). Катушка помещена в пазу, выполненном в плите из изоляционного материала (текстолит, пластик и т.д.). Такое решение упрощает крепление катушки и обеспечивает ее защиту от разрушающего изоляцию влияния окружающей среды. Однако, как и в аналогах, действие на витки катушки сил снижает долговечность изоляции между ними и надежность работы двигателя.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности работы двигателя.

Техническим результатом является повышение электрической и механической прочности обмотки возбуждения двигателя.

Упомянутая задача достигается тем, что индукционно-динамический двигатель содержит неэлектропроводящий корпус индуктора с прикрепленной к нему многовитковой однослойной обмоткой цилиндрической формы, к торцевой поверхности которой прилегает электропроводящая пластина якоря двигателя, провод обмотки возбуждения помещен в спиралевидный паз, выполненный на обращенной к якорю плоской поверхности упомянутого корпуса индуктора.

Получение технического результата достигается за счет того, что при помещении провода обмотки в паз спиралевидной формы расстояние между соседними витками обмотки возбуждения увеличивается, поскольку между ними расположен «спиралевидный зубец» из изоляционного материала корпуса индуктора. Такое решение увеличивает электрическую прочность между витками и электрическую надежность обмотки возбуждения.

При помещении витков обмотки возбуждения в паз может быть применена известная технология с использованием связующего лака или эпоксидной смолы, что обеспечивает прочное соединение провода со стенками паза и повышение механической прочности обмотки возбуждения при действии на нее при работе двигателя радиальных и аксиальных механических сил. Кроме этого, помещение провода обмотки возбуждения в спиралевидном пазу защищает обмотку от влияния окружающей среды, например от влияния влаги, что также повышает надежность двигателя.

Особенности конструктивного выполнения двигателя поясняются чертежами:

- на фиг.1 показан поперечный разрез двигателя;

- на фиг.2 - вид сверху на индуктор с обмоткой при снятом якоре;

- на фиг.3 - характер изменения тока в обмотке возбуждения и силы, создаваемой между обмоткой возбуждения и якорем двигателя.

Индукционно-динамический двигатель содержит выполненный из неэлектропроводного материала корпус 1 индуктора, к поверхности которого прилегает электропроводная пластина 2 якоря двигателя. На обращенной к якорю поверхности корпуса выполнен спиралевидный паз, в котором помещен провод 3 обмотки возбуждения двигателя. Паз с проводом 3 образует зубец 4 спиралевидной формы (фиг.2). К выводам 5 от внутреннего и внешнего витков обмотки возбуждения присоединен источник импульсного тока (на фиг.1 и 2 не показан).

Работает двигатель следующим образом. При пропускании по обмотке возбуждения импульса тока 6 необходимой величины и длительности (фиг.3) вокруг обмотки создается импульсный магнитный поток 7. Электропроводная пластина 2 якоря за счет наведения в ней вихревого тока экранирует прохождение магнитного потока в тело пластины, в результате чего создаваемый магнитный поток 7 проходит между пластиной и обмоткой возбуждения, которую образуют витки 3. При этом между обмоткой возбуждения и электропроводной пластиной 2 создается сила P (8) (фиг.3).

$$P(t)=i_1\cdot i_2\cdot (dM/dx),(1)$$

где i₁ - ток в витках обмотки, i₂ - наводимый в пластине вихревой ток, M - коэффициент взаимной индукции между обмоткой возбуждения и медной пластиной якоря.

Между пластиной 2 и обмоткой возбуждения действует механический импульс:

$$N={\displaystyle {\int }_0^{tи}P(t)dt.(2)}$$

Якорь отбрасывается в осевом направлении от корпуса 1 и за счет получаемой им механической энергии воздействует на рабочий технологический объект. Кроме рабочей силы P(t), создающейся между якорем и обмоткой индуктора в осевом направлении, на витки обмотки действует сила в радиальном направлении: на внутренний виток действует сила, стремящаяся увеличить его радиус r₁, а на внешний - сила, стремящаяся уменьшить его радиус r₂. Помещение провода обмотки, в качестве которого чаще всего применяется медная шинка, в спиралевидном пазу корпуса позволяет существенно снизить механические нагрузки на провод и повысить надежность обмотки возбуждения двигателя. Кроме этого отделение витков друг от друга спиралевидным зубцом из неэлектропроводного материала, например из пластика или текстолита, повышает электрическую прочность обмотки возбуждения, а размещение провода в пазах позволяет повысить защищенность обмотки от влияния внешней среды, в том числе ее влагостойкость.

Предложенное конструктивное решение с размещением провода обмотки возбуждения в спиралевидном пазу может быть осуществлено посредством заливки обмотки спиралевидной формы подготовленным составом высокопрочного пластика или полиуретана, что обеспечивает снижение производственных затрат на изготовление двигателя.

Изобретение относится к импульсным электромеханическим преобразователям индукционно-динамического типа и может быть использовано в импульсных приводах, создающих периодические импульсные воздействия на рабочий объект, например в наземных и водных источниках сейсмических волн и промышленных виброимпульсных технологических установках. Технический результат - повышение надежности обмотки возбуждения двигателя. Индукционно-динамический двигатель содержит неэлектропроводный жесткий корпус индуктора с прикрепленной к нему многовитковой однослойной обмоткой цилиндрической формы, к торцевой поверхности которой прилегает электропроводная пластина якоря двигателя. Провод обмотки возбуждения двигателя помещен в спиралевидный паз, выполненный на обращенной к якорю плоской поверхности корпуса индуктора. 3 ил.

Индукционно-динамический двигатель, содержащий неэлектропроводный жесткий корпус индуктора с прикрепленной к нему многовитковой однослойной обмоткой цилиндрической формы, к торцевой поверхности которой прилегает электропроводная пластина якоря двигателя, отличающийся тем, что провод обмотки возбуждения двигателя помещен в спиралевидный паз, выполненный на обращенной к якорю плоской поверхности корпуса индуктора.