Линейный электродвигатель постоянного тока Советский патент 1989 года по МПК H02K41/35 

//////////////////////////////// 1$

//

СП СО

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в линейных электроприводах. Целью является расширение эксплуатационных возможностей путем регулирования тягового усилия. Линейный электродвигатель содержит два параллельных стержня 1 с обмотками управления, подвижный элемент, выполненный в виде постоянного магнита 2 с полюсными наконечниками 3 и компенсирующими катушками 4. Полюсные наконечники и компенсирующие катушки охватывают стержни 1. При протекании электрического тока в обмотках управления возникает основная магнитодвижущая сила, при протекании тока в компенсирующих катушках - дополнительная магнитодвижущая сила. Для получения равномерного тягового усилия направление тока в компенсирующих катушках должно совпадать с направлением тока в обмотках управления. Положительный эффект достигается использованием магнитоэлектрической силы, возникающей при взаимодействии магнитных потоков рассеяния с электрическим током, протекающим в компенсирующих катушках. 4 ил.

2

- J 4

W6

у

g

СО

Изобретение относится к электротехнике, в частности к линейным электродвигателям, и может быть использовано в электроприводах прецизионных 5 устройств, например, в фотограмметрических приборах.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей путем регулирования тягового усилия. 10

На фиг.1 представлен линейный электродвигатель постоянного тока, общий вид; на фиг.2 - схема пути основного потока В постоянного магнита и направление основной магнитоэлектри-15 ческой силы F при взаимодействии (магнитного потока постоянного магни- |Та с током обмоток управления на |фиг,3 - схемы путей магнитных потоков рассеивания В от обмоток управления 0 |и направления магнитоэлектрической

|силы;Г2, возникающей при взаимодейст- |« . . . ,

вии ЭТИХ потоков с электрическим тоПри протекании электрического тока в обмотках управления, расположенных на параллельных стержнях 1, возникает основная магнитоэлектрическая сила F, (фиг.2), равная

г R Т ff 1 1 -1 i -1

где В , - магнитная индукция в рабочем зазоре между полюсными нако- нечниками 3 и стержнями 1 с обмотками;

активная длина одного витка проводника (т.е. часть обмотки, находящаяся в рабочем зазоре)i

количество витков обмотки управления в рабочем зазоре, сила тока в проводнике обмотки.

В реальной конструкции величина .магнитной индукции В в зазоре состоит из магнитной индукции В, от по- стоянных магнитов и магнитной индукli W-, Т IKOM компенсирующих катушек на фиг.4- «ии .г созданн4ой магнитными потока- л,„ 2э jj рассеивания о т обмоток управления:

3 1 ± В J .

I схемы путей магнитных потоков В от Iкомпенсируюпщх катушек и направление :электромагнитной (соленоидной) си: ли ЕЗ.

Линейный электродвигатель постоян- ; ного тока состоит из двух параллель- . I ных стержней 1 с обмотками управления, i подвижного элемента, вьшолненного в I виде постоянного магнита 2 с полюсны- : МИ наконечниками 3 и компенсирующими : катушками 4. Полюсные наконечники 3, iS так же, как и кoмпeнcиp, ющиe катуш- ки 4, охватьшают параллельные стержни 1 .

Количество компенсирующих кату-, шек 4 монет быть любое: одна, две, 40 три и т.д. Постоянный магнит 2 в подвижном элементе установлен полюсами к параллб .льным стержням 1 и сориентирован меньшей стороной вдоль направления дви-кеиия. 45

Управляющая обмотка равномерно распределена на параллельных стержнях 1. Направление тока в обмотках должно быть одинаковым на прверхнос- ;. тях стержней 1, обращенных к постоянному магниту 2.

Исполнительный орган крепится к подвижному элементу. Компенсирующие катушки 4 жестко крепятся к по- гг люсным наконечникам 3,.

Линейньш электродвигатель постоянного тока работает следующим образом.

в.

Величина магнитных потоков рассеивания В имеет максимальное значение и противоположные знаки на концах обмоток управления и нулевое значение в середине.

Таким образом, величина индукции В j имеет минш-1альное значение в одном конце обмоток управления и максимальное в другом, что определяет соответствующее изменение тягового усилия.

При протекании электрического тока по обмоткам компенсирз ющих катушек 4 возникает дополнителйная магнитоэлектрическая сила (фиг.З), равная

F,

BaT.wj,,

где Bj - магнитная индукция потоков

рассеиванияJ

1 - сила тока в обмотке компенсирующей катушки, W - количество витков компенсирующей катушки,

1 - длина одного витка проводника компенсирующей катушки. Для получения равномерной тяговой характеристики направление тока в компенсирующих катушках 4 должно совпадать с направлением тока в обмотках управления, расположенных на параллельных стержнях 1.

При протекании электрического тока в обмотках управления, расположенных на параллельных стержнях 1, возникает основная магнитоэлектрическая сила F, (фиг.2), равная

г R Т ff 1 1 -1 i -1

где В , - магнитная индукция в рабочем зазоре между полюсными нако- нечниками 3 и стержнями 1 с обмотками;

активная длина одного витка проводника (т.е. часть обмотки, находящаяся в рабочем зазоре)i

количество витков обмотки управления в рабочем зазоре, сила тока в проводнике обмотки.

В реальной конструкции величина .магнитной индукции В в зазоре состоит из магнитной индукции В, от по- стоянных магнитов и магнитной индукli W-, Т созд еиван

в.

Величина магнитных потоков рассеивания В имеет максимальное значение и противоположные знаки на концах обмоток управления и нулевое значение в середине.

Таким образом, величина индукции В j имеет минш-1альное значение в одном конце обмоток управления и максимальное в другом, что определяет соответствующее изменение тягового усилия.

При протекании электрического тока по обмоткам компенсирз ющих катушек 4 возникает дополнителйная магнитоэлектрическая сила (фиг.З), равная

F,

BaT.wj,,

где Bj - магнитная индукция потоков

рассеиванияJ

1 - сила тока в обмотке компенсирующей катушки, W - количество витков компенсирующей катушки,

1 - длина одного витка проводника компенсирующей катушки. Для получения равномерной тяговой характеристики направление тока в компенсирующих катушках 4 должно совпадать с направлением тока в обмотках управления, расположенных на параллельных стержнях 1.

Зная, что действ тощая на подвижный элемент 2 составляющая основной силы F , сила F f, р , обусло вленная действием потоков -рассеивания, равна:

т + KTWl п.р г 1 .

Для получения равномерной тяговой характеристики значение тока I в обмотках компенсируюпщх катушек 4 равно

т . w,-i

п.р

правление на противоположное при прохождении подвижного элемента через середину параллельных стержней 1 с обмотками управления, то в начале пути Т прибавляется к F, а в конце вычитается.

Компенсирующие катушки максимально приближены к рабочему зазору. Поэтому значение потоков рассеивания, проходящих через рабочий зазор и компенсирующие катушки 4, примерно одинаково. Таким образом, потоки рассеивания, уменьшая основную магнитоэлектрическу силу F, в то же время создают дополнительную магнитоэлектрическую силу F.

Задавая ток в обмотке компенсирующей катушки 4

Ii W, 1,

;

Vi

можно менять тяговую характеристику..

Наибольшую величину электромагнитная (соленоидная) сила Fj имеет при полностью разомкнутых стержнях 1, а . по характеру действия аналогична магнитоэлектрической силе F.

Величину Fj определяют из закона сохранения энергии и из рассмотрения

энергетического баланса

oCl f d Ч

з . о

где (l,q) величина потокосцепления катушки, Ij - ток катуШки, q - обобщенная координата, определяющая положение катушки.

Используя соленоидную силу в конструкции с разомкнутыми параллельными стержнями 1, в компенсирующие катушки 4 можно подавать ток

т . I г -.Т

Ч-Ч

Это позволяет экономить электроэнергию. Поскольку соленоидная сила Fj по действию аналогична магнитоэлектрической силе Fj, то соленоидная сила Fj} позволяет увеличить тяговое усилие от начала обмотки управления до середины и уменьшить от середины до конца.

Для ликвидации соленоидной c шы F- достаточно замкнуть магнитопроводами концы параллельных стержней 1 с общих сторон. Для того чтобы соленоидная сила действовала только в одном ка- правлении, необходимо замкнуть магнитопроводами только два конца магнито- проводящих стержней.

Таким образом, используя магнитоэлектрическую силу Fj и соленоидную

силу F можно изменять тяговую характеристику двигателя.

Для увеличения быстродействия двигателей и ликвидации ударов в конце движения необходимо форсировать тяговое усилие в начале движения и уменьшить в конце. Это достигается за счёт подачи на компенсирующие катушки 4 тока

30

I,, .

Wjl t

0

5

0

5

Количество компенсирующих катушек и их размещение может быть любым, Так, например, для получения равно- 2 мерной характеристики более рационально задействовать правую катушку 4 (группу катушек) при движении подвижного элемента влево и левую при движении вправо. Такое подключение катушек позволяет использовать наибольшую прибавку силы в начале движения и наименьшее ее уменьшение в конце.

При этом необходимо учитывать направление потоков рассеивания от компенсирующих катушек 4 и подключать или располагать их на тех стержнях 1, где потоки рассеивания от компенсирующих катушек 4 совпадают по направлению с магнитными потоками от по- стоянного магнита. Таким образом, дополнительно увеличена магнитная индукция в рабочем зазоре.

Предлагаемое техническое решение может быть осуществлено как при запит- ке всей управляющей обмотки, так и при секционной коммутации. При секционном выполнении двигателя необходимо, чтобы компенсирукодие катушки на

ходились в пределах коммутируемой в данный момент секции.

Предлагаемый электродвигаетль обладает по сравненню с известным рядом преимуществ. Увеличение длины хода подвижного элемента достигается без введения дополнительного стерж Ия с обмоткой управления и замыкания стержней магнитопроводящими участка- за счет того, что подвижный элемен |снабжен полюсными наконечниками,охва- |гыва1ощими стержни с обмотками управ- Ьения, и за счет разворота постоянно- о магнита большей стороной перпенди | :улярно направлению движения. Это уве |1ичивает величину перемещения испол- ительНого механизма, в то же время |(вигатель может быть выполнен мало- фабаритным,

j Применение компенсирующих катушек, естко закрепленных на подвижном эле- ijieHTe, позволяет изменять тяговую характеристику двигателя, что существенно расширяет его эксплуатационные возможности. При взаимодействии электромагнитных полей катушки, обмоток правления и потоков постоянного маг- возникают дополнительные силы, изменяющие основную магнитоэлектрическую силу. Возникает возможность 1 спольз1ования для получения положи- ельного эффекта обычно вредных по- рассеяния для получения равно- Мерной величины тягового усилия,Про

пуская ток различной величины по ком,vv

5 0

5 30

35

пенсирующим катушкам, можно сэкономить электроэнергию, увеличить быстродействие и т,д. Дополнительные воз- можности может создать замыкание ло- бовых концов стержней с обмоткой управления магнитопроводящими участками.

Предлагаемый электродвигатель обеспечивает активный способ борьбы с неравномерностью тягового усилия за счет использования магнитоэлект- рической силы, возникающей при взаимодействии ма гнитных потоков рассеивания с электрическим током,протекающим в компенсирующих катушках,

Формулаизобретения

Линейный электродвигатель постоянного тока, содержащий магнитопровод статора, выполненный в виде двух параллельных стержней, охваченных нитками распределенной обмотки управления, подвижный элемент в виде постоянного магнита, установленный между стержнями, полюса которого обращены к стержням, отличающий- с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем регулирования тягового усилия, полюса подвижного элемента снабжены полюсными наконечниками, охватывающими стержни с обмоткой, и компенсирующими катушками, также охватывающими стержни с обмоткой.

Фиг.2

/

ек :о :о:о:о:«хо:о:ет

Фие.З

s:i:i b.x:ii.S5

Фи&