Индукционный двигатель возвратно-поступательного движения Советский патент 1989 года по МПК H02K33/02 

77

(Л

ел

ел to

О)

7

/4

го

313

11омрщеиия якоря :эа счет ипмсисиий в KoficTpyKiuni магнитопровода. Двигатель содержит неподвижный магнито- нровод 3 индуктора и подвижный маг})и- топровод 7 якоря выполненные в виде симметричных относительно продольной оси двигателя тел, имеющих Г-об- рапное продольное сечение и образующих в совокупности замкнутый паз пероменной ширины, в котором размещены неподвижная обмотка 4 индук6

тора и подвижная обмотка 10 якоря Магнитопроподы 3 и 7 содержат кольцевые пазы 14, 1 5 со следующими рйзмерами: 1, // 2d j, ,, 2d , , h, л(1 -d Ь V (Ij -d i), где ,, b, d , - длина, глубина паза и ширина выступа индуктора -,, b , d,- соответственно якоря. Повышение

КПД двигателя достигается за счет обеспечения усилия одного знака на протяжении всего хода якоря. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве привода исполнительных механизмов в установках ударного и вибрационного действия. Целью изобретения является повышение КПД двигателя, что обеспечивается получением оптимальных зависимостей коэффициентов само- и взаимоиндукции обмоток от перемещения якоря за счет изменений в конструкции магнитопровода. Двигатель содержит неподвижный магнитопровод 3 индуктора и подвижный магнитопровод 7 якоря, выполненные в виде симметричных относительно продольной оси двигателя тел, имеющих Г-образное продольное сечение и образующих в совокупности замкнутый паз переменной ширины, в котором размещены неподвижная обмотка 4 индуктора и подвижная обмотка 10 якоря. Магнитопроводы 3 и 7 содержат кольцевые пазы 14, 15 со следующим размерами: L₁≥2D₂, L₂≥2D₁, B₁≥(L-D₂), B₂≥(L₂-D₁), где L₁, B₁, D₁ - длина, глубина паза и ширина выступа индуктора, L₂, B₂, D₁ - соответственно якоря. Повышение КПД двигателя достигается за счет обеспечения усилия одного знака на протяжении всего хода якоря. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве привода в технологических установках ударного действия .

Цель изобретения - повышение КПД« На фиг.1 изображен индукционный двигатель возвратно-поступательного движения, продольный разрез; на фиг, фиг.2-4 - распределение магнитного потока при трех последовательных положениях якоря.

Индукционный двигатель содержит разъемньш корпус 1, 2, в котором болтовым соединением закреплен цилиндрический магнитопровод 3 индуктора, имеющий Г-образное продольное сечение. На внутренней поверхности выступа магнитопровода 7 размещена обмотка 4 индуктора,, представляющая собой многовитковую катушку, залитую эпоксидным компаундом .и- . помещенную в электроизоляционный корпус Крепление обмотки 4 к магнитопровод 3 обеспечивается с помощью обоймы 5 из нержавеющей стали, к которой приварены шпильки 6, удерживающие ее в магнитопроводе 3. В индукторе соосно с ним расположен магнитопровод якоря 7, представляющий собой полое цилиндрическое тело, имеющее Г-образное продольное сечение. Магнитопровод якоря 7 жестко связан с рабочим органом двигателя посредством направляющего стержня 8 и трубчатого стержня 9, соединенных резьбовым соединением. На внутренне поверхности выступа магнитопровода якоря 7 закреплена дисковая коротко замкнутая обмотка 10 якоря, выполненная из хорошо проводящего материала (медь, алюминий). Вочвратно- демпфирукищп узел состоит из демп

фера 11, пружины 12 и демпфера 13. В магнитопроводе 3 индуктора выполнен кольцевой паз 14, а в магнитопроводе

якоря выполнен кольцевой паз 15.

Двигатель работает следующим образом.

В исходном положении якорь двн- гателя пружиной 12 поджат к демпферу 11, который является ограничителем перемещения якоря вверх, магнито- проводы якоря 7 и индуктора 3 разде- лены минимальными технологическими- зазорами, что обеспечивает высокий

коэффициент взаимоиндукции обмоток якоря 10 и индуктора 4. При разряде источника импульсного тока на обмотку индуктора 4 создается импульсное магнитное поле. В результате в обмот ке якоря 10 индуктируется вихревой ток, противоположный по направлению току индуктора. При этом на якорь действует индукционно-динамическая составляющая силы и якорь начинает ,,

движение В1шз. При этом выступ магнитопровода якоря перемещается в область над кольцевым пазом 14 в магнитопроводе индуктора, а выступ магнитопровода индуктора оказывается в

области над кольцевым пазом 15 в магнитопроводе якоря. Производная dM-,/d быстро увеличивается и сила принимает максимальное значение. При дальнейшем движении якоря выступы

магнитопроводов проходят области соответствующих пазов и в конечном положении якоря магнитопроводы якоря и индуктора вновь оказываются разделенными минимальными технологичесними зазорами. При этом пружина 12 сжимается, запасая , необходимую для возврата nKnjjn в исходное положение, а демпфс) 1 i ;ч-раничива- ет дальнейшее движсии( яьоря вниз.

51

Достигаемый положительный эффект осно1 ыиается на изменении взаимной индуктирности обмоток М, при пола- че в обмотку индуктора импульса тока. Сила (F), действующая на якорь является суммой двух компонент:

dM f2

+F , : и d ;) м

где ,

дукционно-динамическая

J. - ИНd X составляющая

dL, -™

U JT

. 1 dL7

1j -- - элек- о X

тромагнитная составляющая силы.

Максимум кинетической энергии и КПД имеет место в выполнении следующих условий:

а)в начальном положении якоря обеспечивается максимальное значение коэффициента взаимоиндукции обмоток якоря и индуктора;

б)М ,, быстро уменьщается при джении якоря. Максимальная скорость изменения М,, по перемещеш™ (максимум производной dM j/d ) достигается к моменту появления максимумов токов 1 и i в обмотках.

Это обеспечивает наибольшее абсолюное значение силы i

в)в каждый момент времени знак производной dK,,,/d должен совпадать со знаком произведения При этом всегда F

г)индуктивности обмоток должны возрастать при движении якоря, т,е dL,/d 0 dLj/d 0, что обеспечивает F

Э м

0.

Первое условие выполняется за счет того, что в начальном положении двигателя магнитопроводы индуктора и якоря разделены минимальными технологическими зазорами.

При разряде накопителя энергии на обмотку индуктора на якорь действует ускоряющая электродинамическая сила, FMC .0(i, О, ), dM,/d,0, обусловливающая первый этап движения. При этом выступ магнитопровода якоря перемещается в область над кольцевым пазом в магнитопроводе индуктора и, очередь, кольцевой паз магии топровода якоря перемещается к выступу магнитопровода индуктора. Эквивалентные магнитные зазоры в магнитной системе двигателя увеличиваются и коэффициент ,т быстро уменьшается, причем максимум dM,/d имеет место при близких к максимальным значениям токах i, и i .j. Этим достигается вы-. полнение второго указанного условия.

76

Когда якорь занимает положение, при котором выступы магнитопроводор якоря и индуктора расположены над серединами соответствующих пазов, коэффициент взаимоиндукции обмоток М ,2 принимает минимальное значение. На последующем втором этапе движения якоря картина магнитного поля в

магнитной системе двигателя изменяется: большая часть магнитного потока, протекавшая до этого через зазоры по путям АВ и А В , начинает протекать по путям CD и C D , поскольку

магнитное сопротивление последних становится меньшим, чем магнитное сопротивление путем АВ и А В (фиг.2, При этом размеры кольцевых пазов маг- нигопроводов должны удовлетворять

следующим условиям: осевые размеры пазов 1,, 1. должны быть не меньще, чем удвоенные осевые размеры соответствующих выступов магнитопроводов d,| d, а глубины пазов Ь,, b не

меньше разности осевых размеров пазов и осевых размеров выступов мапшто- проводов, т,е, 1, 2d-2 1г г- 2di

b, 7, (,,) b, 7. (U-d,). Ha последнем этапе движения двигателя он ведет себя как электромагнит, .За счет уменьшения зазоров

по путям CD и C D индуктивности обмоток индуктора и якоря увеличиваются. При этом dL yd , О, dL,/d О больше и электромагнитная сила действует также согласно с движением якоРя«

Следует указать,на то, что первый

этап движения якоря двигателя, когда зазоры в его магнитной системе увеличиваются, характеризуется уменьщением собственных индуктивностей

обмоток якоря и индуктора, что обуславливает dL,, dL. О и , Однако на первом этапе движения маг- нитопровод двигателя подвергается

значительному насыщению впиду больших величин токов обмоток,ит-за чего составляющая хотя и отрицательна, : но невелика, В конце движения якоря состояние магнитопроиода характеризуется значительно меньшим насьш5ени- ем. Поэтому производные , , больше и элект 1омл 1-11итная составляющая силы npepi.iiiinc T тормозящее действие, обусловле.чиг р эчектромагнитной составляющей силы па первом этапе движения якоря.

Таким образом, на всех этапах движения предлагаемого дЬигателя на его якорь действует ускоряющее усилие (фиг.З), что ведет к высокоэффективному энергопреобразованию и повышению КПД, Формула изобретения

Индукционный двигатель возвратно-поступательного; движения по - авт,св, № 1457108,-О т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повьщ1е(pus. 2

ик Q

1515276 8

ния кпд,магнитопроводы индуктора и якоря выполнены с кольцевыми пазами, причем кольцевые пазы имеют размеры

1,7, 2d, , 1 2d,, b,7. (1,-d); b, .(,),

где 1, b, d - длина, глубина паза и ширина выступа индуктора J

Ij, Ьэ, 1 длина, глубина паза и ширина выступа якоря.

фиг.З

(риеЛ