Электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения Российский патент 2023 года по МПК H02K33/02 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромеханических устройствах с поступательным перемещением рабочего органа.

Известен электродвигатель возвратно-поступательного движения [а.с. 1725330 А1 СССР, МКл Н02К 33/00, Н01 F 7/16. Электродвигатель возвратно-поступательного движения // А.Ф. Катаев, В.Н. Федонин, Г.А. Витмаер. - №4817351/07; заявл. 07.02.90; опубл. 07.04.92, бюлл. №13. - 2 с.], содержащий магнитопровод индуктора с обмоткой, якорь, выполненный с глухим осевым отверстием для направляющей и устройство для возврата якоря в виде пружины растяжения-сжатия.

К недостаткам известного технического решения электродвигателя возвратно-поступательного движения следует отнести наличие значительных потоков рассеяния в начале хода якоря, которые ослабляют действие рабочего магнитного потока, идущего для получения необходимого начального тягового усилия.

Известен электромагнит [а.с. 607286 СССР, МКл Н01F 7/13. Электромагнит // А.Т. Железняков. - №2434421/24-07; заявл. 28.12.76; опубл. 15.05.78, бюлл. №18. - 2 с.], содержащий корпус, сердечник, катушку, основной и дополнительный якорь. Для увеличения начального тягового усилия в сердечнике и основном якоре со стороны их рабочих поверхностей выполнены соосные глухие отверстия, в одном из которых установлен подпружиненный дополнительный якорь, входящий в зону рабочего воздушного зазора при возбуждении катушки.

К недостаткам известного технического решения электромагнита следует отнести то, что с увеличением рабочего хода якоря подобная конструкция не позволяет существенно уменьшить потоки рассеяния и увеличить начальное тяговое усилие, действующее на якорь. Наличие промежуточного звена в виде дополнительного подпружиненного якоря усложняет конструкцию электромагнита, а также приводит к частичному шунтированию основного магнитного потока в конце движения и снижению конечного тягового усилия.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения [а.с. 1721739 А1 СССР, МКл Н02K 33/12. Электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения //А.Н. Ряшенцев, В.И. Малинин, А.И. Толстик. - №4738945/07; заявл. 20.09.89; опубл. 23.03.92, бюлл. №11. - 2 с.], содержащий магнитопровод с полюсами, между которыми размещена тяговая катушка, подвижный многосекционный якорь с составным штоком из трубчатых элементов и устройство возврата якоря.

Данное техническое решение принимается в качестве прототипа.

В прототипе задача повышения начального тягового усилия решена только частично. Применение в конструкции составных трубчатых элементов, являющихся продолжением секций якоря, приводит к частичному шунтированию и ослаблению рабочего магнитного потока, что вызывает уменьшение электромагнитного тягового усилия, причем с увеличением количества секций якоря возрастает эффект шунтирования и ослабления магнитного потока через рабочую поверхность каждой последующей секции якоря.

Также выполнение составного штока якоря из трубчатых элементов, соединенных с одной из секций якоря, усложняет конструкцию электромагнитного двигателя с увеличением секций якоря.

Задачей изобретения является повышение начального тягового усилия и упрощение конструкции электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения.

Поставленная задача решается тем, что электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения, содержит магнитопровод с полюсами, между которыми размещена тяговая катушка, подвижный многосекционный якорь и устройство для возврата якоря, причем якорь выполнен из составных секций в форме круглых дисков с образованными со стороны их рабочих поверхностей соосными глухими отверстиями, устройство возврата якоря содержит пружины растяжения-сжатия, установленные в глухие отверстия и расположенные на одной оси между составными секциями якоря и нижним полюсом, при этом секции якоря удалены с равным шагом относительно друг друга и образуют между своими рабочими поверхностями и поверхностью нижнего полюса равные воздушные промежутки, суммарная длина которых составляет максимальный ход якоря.

Применение предложенной совокупности существенных признаков позволяет получить новые технические результаты: повысить начальное тяговое усилие и упростить конструкцию электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения.

Повышение начального тягового усилия связано с увеличением концентрации магнитного потока, замыкающегося через воздушные промежутки, образованные рабочими поверхностями секций якоря. Благодаря новой конструкции многосекционного якоря устраняются недостатки прототипа, связанные с шунтированием и ослаблением рабочего магнитного потока, замыкающегося через составные секции якоря, в том числе с увеличением количества этих секций. Выполнение составного якоря из однотипных секций в форме круглых дисков, а также возможность их взаимной замены позволяют упростить конструкцию электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором рассмотрено устройство электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения, представленного в разрезе.

Электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения содержит магнитопровод 1, верхний 2 и нижний 3 полюсы. Между полюсами 2, 3 размещена тяговая катушка 4, внутри которой находится направляющая втулка 5 с размещенным внутри втулки многосекционным якорем 6, состоящим из подвижных составных секций 7.

Многосекционный якорь 6 установлен с возможностью свободного скольжения в направляющей втулке 5, выполненной из немагнитного материала.

Составные секции якоря 7 удалены с равным шагом относительно друг друга и образуют между своими рабочими поверхностями и поверхностью нижнего полюса 3 равные воздушные промежутки , суммарная длина которых составляет максимальный ходя якоря.

Электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения работает следующим образом. В исходном положении, показанном на чертеже, многосекционный якорь 6 рассредоточен по длине и имеет равные воздушные промежутки , расположенные между отдельными секциями якоря 7 и нижнем полюсом 3.

При подаче напряжения и протекании тока по тяговой катушке 4 возникает последовательный контур замыкания магнитного потока: магнитопровод 1, верхний полюс 2, составные секции якоря 7, воздушные промежутки , нижний полюс 3 и магнитопровод 1. В воздушных промежутках под действием магнитного потока возникает магнитное поле, взаимодействующее с рабочими поверхностями составных секций якоря 7 и нижнего полюса 3 под действием электромагнитных сил, стремящихся уменьшить воздушные промежутки.

Электромагнитные силы притягивают составные секции якоря 7 и нижнего полюса 3 один к другому и деформируют пружины сжатия-растяжения 8.

В описываемом режиме работы электромагнитное взаимодействие составных секций якоря 7 и нижнего полюса 3 обеспечивает направленную вниз передачу тягового усилия относительно верхней секции якоря, к которой приложена нагрузка.

При снятии напряжения, когда ток через тяговую катушку 4 становится равным нулю, пружины растяжения-сжатия 8 возвращают составные секции якоря 7 в исходное состояние. Между рабочими поверхностями составных секций якоря 7 и нижнего полюса 3 восстанавливаются первоначальные воздушные промежутки . При повторной подаче напряжения и протекания тока по тяговой катушке цикл повторяется.

Упругие свойства пружин растяжения-сжатия 8 определяются из расчета возврата составных секций якоря 7 в исходное состояние с заданным шагом .

Предлагаемая конструкция электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения в сравнении с известной позволяет получить большее начальное тяговое усилие за счет исключения в конструкции двигателя шунтирующего эффекта, приводящего к ослаблению рабочего магнитного потока, причем увеличение количества секций якоря при сохранении максимального хода якоря практически не влияет на величину магнитного потока, а также не усложняет конструкцию двигателя.

Таким образом, предложенное решение позволяет повысить начальное тяговое усилие и упростить конструкцию электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромеханических устройствах с поступательным перемещением рабочего органа. Технический результат - повышение начального тягового усилия за счет увеличения концентрации магнитного потока, замыкающегося через воздушные промежутки, образованные рабочими поверхностями секций якоря. Электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения содержит магнитопровод с полюсами, между которыми размещена тяговая катушка, подвижный многосекционный якорь и устройство для возврата якоря. Якорь выполнен составным из секций в форме круглых дисков с образованными со стороны их рабочих поверхностей соосными глухими отверстиями. Устройство возврата якоря содержит пружины, установленные в глухие отверстия и расположенные на одной оси между составными секциями якоря и нижним полюсом. Секции якоря равноудалены друг от друга и образуют между своими рабочими поверхностями и поверхностью нижнего полюса равные воздушные промежутки, суммарная длина которых составляет максимальный ход якоря. 1 ил.

Электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения, содержащий магнитопровод с полюсами, между которыми размещена тяговая катушка, подвижный многосекционный якорь и устройство для возврата якоря, отличающийся тем, что якорь выполнен из составных секций в форме круглых дисков с образованными со стороны их рабочих поверхностей соосными глухими отверстиями, устройство возврата якоря содержит пружины растяжения-сжатия, установленные в глухие отверстия и расположенные на одной оси между составными секциями якоря и нижним полюсом, при этом секции якоря удалены с равным шагом относительно друг друга и образуют между своими рабочими поверхностями и поверхностью нижнего полюса равные воздушные промежутки, суммарная длина которых составляет максимальный ход якоря.