Электропривод возвратно-поступательного движения Советский патент 1985 года по МПК H02P7/62 

Изобретение относится к элекуротехнике и может быть использовано при проектировании систем электропр вода машин и механизмов ударного (импульсного) действия, например кл пальных молотков, штамповочных и сваебойных молотов, а также машин с йериодическим безударным рабочим циклом компрессоров, насосов и др. Известен линейный асинхронный электродвигатель, содержащий неподвижный индуктор, подвижный якорь и установленный на индукторе электромагнит, обращенный полюсом к торцу якоря. Электромагнит используется для фиксации крайнего положения якоря Ц . Недостатками этого двигателя являются низкай удельная мощность и сложность, вследствие чего он непри годен для машин ударно,го действия. Известен электропривод возвратно 4поступательного движения электромаг нитного молота, содержащий электромагнитный двигатель с обмотками пря мого и обратного хода и ферромагнит ным якорем (бойком), а также тиристорный переключатель (усилитель мощ ности) , подсоединенный к датчикам конечных положений ферромагнитного якоря и обмоткам двигателя {2j . Однако для указанного устройства характерны недостаточно высокая удельная мощность и ограниченные функциональные возможности ввиду то го, что тиристорынй ключ в совокупности с датчиками конечных положений якоря обеспечивает работу элект ропривода в режиме автоколебаний и формирует импульсы напряжения прямоугольной формы с нерегулируемой а плитудой. Наиболее близок к изобретению по назначению и технической сущности электропривод возвратно-поступатель ного движения, содержащий линейный электромагнитный двигатель, имеющий неподвижную часть с обмотками и фер ромагнитньй подвижный элемент, блок формирования управляющих импульсов, подключенньй к обмоткам и соединенный с его входами генератор импульсов З . Наличие блока формирования управ лякдиих импульсов требуемой формы, амплитуды и длительности значительно расширяет функциональные возможности устройства. Однако известный электропривод характеризуется также невысокой удельной мощностью ввиду значительной инерционности нарастания тока и тягового усилия при переключении обмоток. Поэтому к моменту удара ферромагнитного бойка его кинетическая энергия оказьшается недостаточно большой, f Целью изобретения является повышение удельной мощности электропривода . Поставленная цель достигается тем, что электропривод возвратнопоступательного движения, содержащий линейный электромагнитный двигатель, имеющий неподвижную часть с обмотками и ферромагнитный подвижный элемент, блок формирования управляющих импульсов, подключенный к обмоткам и соединенный с его входами генератор импульсов, снабжен по крайней мере одним установленным на неподвижной части двигателя удерживающим электромагнитом, полюс которого обращен к ферромагнитной торцовой части подвижного элемента, а также блоком формирования импульсов удержания, выход которого соединен с электромагнитом, а вход - с выходом генератора импул; ьсов. На фиг. 1 изображена функциональная схема электропривода возвратнопоступательного движения с двухобмоточным электромагнитным двигателем, показанным в разрезе на фиг. 2 то же, с однообмоточным электромагнитным двигателем, реверс которого обеспечивается использованием упругого элемента (пружины) J на фиг. 3 диаграммы электрических сигналов и динамических характеристик электропривода . Электропривод возвратно-поступательного движения содержит линейный электродвигатель (например, электромагнитного типа) 1, имеющий неподвижную часть 2 и подвижный ферромагнитный элемент 3. Неподвижная часть 2 содержит размещенные в стальном корпусе 4 си11овые обмотки 5 и 6 соответственно прямого и обратного хода, ограниченные с торцов стальными кольцами 7. Обмотки 5 и 6 и кольца 7 закреплены на немагнитной направляющей 8. Подрижный элемент 3 двигателя 1 выполнен в виде ферромагнитного якоря (бойка) 9, к которому через немагнитное звено 10 жестко под3соединена ферромагнитная торцовая часть 11. Использование немагнитного эвена 10 обеспечивает работоспособность обмотки 6 обратного хода (наличие изменяющегося рабочего воздушного зазора при обратном ходе якоря 9). С неподвижной частью 2 посредстг вом немагнитной трубы 12 жестко сое динен удерживающий, электромагнит 13, имеющий обмотку 14 и магнитопровод 15. Полюс 16 электромагнита 13 обращен к торцовой части 11 подвижного элемента Зо Возможен также и симметричньй вариант, когда удерживающие электромагниты 13 установлены по обе стороны электродвигателя 1. Электропривод также содержит последовательно соединенные генератор 17 импульсов и блок 18 формирования управляющих импульсов, подключенный к обмоткам 5 и 6о Выход генератора . 17 подсоединен также через блок 19 формирования импульсой удержания к обмотке 14 удерживающего электромагнита 13. .Исполнительный линейный электродвигатель 1 может быть электромагнит ным или электродинамическим (с о0моткой на подвижном элементе)« В варианте вьшолнения электропривода, по казанном на фиг. 2, электромагнитный двигатель 1 содержит лишь обмотку 5 прямого хода. Реверс электропривода обеспечивается использованием пружи ны 20. Блок 18 формирования управляющих импульсов также, как и в известных устройствах, содержит блок формирования управляющих импульсов прямого (БФПХ) и o6f)aTHoro (БФОХ) хода. Эти блоки могут быть выполнены с использованием известных схем триггеров, ждущих мультивибраторов, а также транзисторных или тиристорных ,усилителей мощности (УМ). Блок 19 также вьшолняется с использованием известных схем ждущих мультивибраторов и полупроводниковых усилителей мощности. Блок 17 - генератор импульсов, работающий в режиме автоколебаний (например, блокинг-генератор), или кнопочный выключатель с формирующей дифференцирующей цепью в совокупности с полупроводниковым усилителем мощности. В качестве удерживающего электромагнита 13 предпочтительно исполь44зовать клапанный электромагнит с магнитопроводом Ш-образного сечения, который характеризуется самым высоким значением конструктивного показателя. Электропривод работает следующим образом. Пусть в йачальный момент подвижный ферромагнитный элемент 3 электродвигателя 1 находится в крайнем левом положении (фиг. 1, пунктир) и координата перемещения х(о) равна h . При поступлении с выхода генератора 17 запускающего импульса J на вход блока 18 формирования управляющих импульсов формируется управляющий импульс обратного хода U ,g . Одновременно импульс U подается и на вход блока 19, на выходе которого формируется импульс удержания U() По обмоткам 6 и 14 протекают токи соответственно i (j € Ч {4 Это приводит к возникновению тягового усилия FQ, и перемещению ферромагнитного якоря 9 вправо к положению магнитного равновесия в магнитном поле обмотки 6. При этом в крайнем правом положении подвижного элемента 3 (фиг. 1) на его торцовую ферромагнитную часть 11 воздействует электромагнитное усилие удержания Руд требуемой величины. Спустя интервал времени, равный (длительность задержки, задаваемая блоком 18), на другом выходе блока 18 формируется управляющий импульс прямого хода Ujg В результате в обмотке 5 возникает переходный процесс нарастания тока i j, ig и, соответственно, нарастает тяговое усилие , направленное влево к положению магнитного равно- весия якоря 9 в этой обмотке. Начиная с момента времени, когда разность Рр г f)4A станет положительной, осуществляется ускоренное перемещение якоря 9 (и подвижного элемента 3 с немагнитным звеном 10 и ферромагнитной торцовой частью 11) влево. Поскольку удерживакицее усилие Р()д резко уменьшается при увеличении X (примерно по закону квадратичной гиперболы для клапанных электромагнитов 13) быстродействие переходного процесса нарастания рвзультирующего ускоряющего усилия по координате X весьма велико. На интервале О 4 х 0,06h это усилие нарастает до значения, примерно

равногозначению усилия удержания щ . Следовательно, практически на всем интервале перемещения якоря 9 на него воздействует ускррянлдее усилие, близкое к усилию удержания, которое может быть обеспечено достаточно большим. Поэтому в предлагаемом электроприводе запасенная к моменту Удара кинетическая энергия подвижного элемента может быть значительно большей (в 2-3 и более раз) в сравнении с известным устройством при таких же весогабаритных показателях. Это и приводит к повьшению удельной мощности электропривода, что позволяет уменьшить массу меха низированного ручного инструмента (клепальные молотки, перфораторы), облегчить условия ручного труда, повысить его производительность).

tnt t

/2L

I

I Nj

ЭЛЕКТРОПРИВОД ВОЗВРАТНОПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ, содержащий линейньш электромагнитный двигатель, имеющий неподвижную часть, с обмотками и ферромагнитный подвижный элемент, блок формирования управляющих импульсов, подключенный к об.моткам и соединенный с его входаьда генератор импульсов, о т л и ч a ющ и и с я тем, что, с целью повышения удельной.мощности электропри- вода, он снабжен по крайней мере одним у ста: нов ленным на неподвижной части двигателя удержйваютцим электромагнитом, полюс ; которого обращен к ферромагнитной торцовой части подвижного элемента, a также блоком формирования импульсов удержания, выход которого соединен с электро-: магнитом, a вход - с выходом генератора импульсов.

vX/) у

Д/0)

J