Магнитоэлектрический линейный двигатель Советский патент 1990 года по МПК H02K41/35 

Изобретение относится к электротехнике и монет быть использовано в электроприводах возвратно-поступательного и прямолинейного перемеще- ний производственных и транспортных механизмов.

Цель изобретения - увеличение тягового усилия путем повышения коэффициента использования постоянных маг- нитов.

На фиг. 1 изображена конструкция двигателя, вид с торца;.на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;.на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - аксо- нометрия; на фиг.5 - аксонометрия частей магнитопровода якоря двигателя; на фиг.6 - сечение Д-А на фиг,1 (двигатель для варианта с зубцами трапециевидной формы); на фиг. 7 - фрагмент магнитопровода якоря с зубцами трапециевидной формы, аксонометрия; на фиг.8 - способ размещения секций компенсационной обмотки, ак- сонометрия; на фиг„9 - способ компен- сации магнитного потока реакции якоря (представлена одна сторона яко- . ря с замыкателем, условно расположенным в плоскости зубцов); на фиг.10 - то же, сдвиг на величину полюсного де ления.

Магнитоэлектрический линейный двигатель (фиг.1 - 4) состоит из первичной части (магнитопровода якоря), включающей в себя пластины постоянных магнитов 1, чередующиеся с пластинами 2 и 3 магнитопровода, которые сдвинуты в обе стороны относительно оси двигателя. Высота пластины Пф|Г7 больше ширины магнитов Ъм на величину высоты зубца: .п -Ьмо При этом выступающие концы ферромагнитных пластин 2 образуют пазы для укладки секций обмотки якоря 4 одной стороны двухстороннего магнитопрово- да якоря двигателя, а выступающие концы ферромагнитных пластин 3 образуют пазы другой его стороны. Таким образом, в предлагаемом двигателе ширина паза b „ 2h M+ b 2.

Часть ферромагнитных пластин 3 в зоне средней беспазовой части магнитопровода якоря объединена ферромагнитным замыкателем 5, а часть пластин 2 - ферромагнитным замыкателем 6 t (фиг.З - 5). Для возможности уста- , новки замыкателей 5 и 6 пластины 2 f и 3 выполняются Г-образного вида, причем высота расположения замыкателей 5 и 6 И;соответственно, высота части ферромагнитных пластин 2 и 3, на которых установлены замыкатели 5 и 6, выбирается исходя из допустимого значения потока рассеяния ф лп (фиг.З), В образованных таким образом окнах 1 (фигоЗ и 4) верхней части магнитопровода якоря и окнах 8 нижней его части устанавливаются секции 9 и 10 компенсационной обмотки (фиг.З) соответственно. Назначение их аналогично подобным обмоткам вращательных машин постоянного тока - компенсация влияния магнитного поля токов обмотки якоря на основное магнитное поле двигателя.

Вторичная часть двигателя состоит из ряда П-образных ферромагнитных полюсных структур 11, длиной в о( п У каждая, установленных одна от другой вдоль хода на расстоянии (2-о) . Ввиду специфики конструктивной схемы первичной части одна сторона каждой из полюсных структур 11 вторичной части сдвинута относительно другой на величину , где tz - величина зубцового деления якоря, чем- обеспечивается магнитная симметрия для проводников обмотки якоря обеих его сторон

Как у двигателя, выбранного в качестве прототипа, так и в других известных магнитоэлектрических линейных двигателях постоянного тока индукторного типа основной магнитный

поток Фг. возбуждается частью постояно

ного магнита, соответствующего площади полюсного деления активной поверхности якоря (S Ј 1, где 1 Ji - активная длина проводника обмотки якоря).

Из соотношения, отражающего равенство магнитного потока в рабочем воздушном зазоре и в постоянном магните на площади в 8л,

г

. 1,- --

6 (О

магнитная индукция в рабочем воздушном зазоре определяется выражением

4

, Вм- -7- ;

М О. Ј 6

(2)

где е - коэффициент рассеяния магнита,

Приняв off 0,8 и й - 1,25 получим для прототипа

в - V

В описываемом двигатапе (фиг,2) при прочих равных условиях

.

где Ьд, - ширина постоянного магнита (коэффициент 2 учитывает то, что магнитный поток на каждой площади в t 1 п возбуждается двумя магнитами).

Тогда

В

, Вм 2.Ь

s Г tz

2-В„

Следовательно, уже в варианте изготовления двигателя без внешних замыкателей 5 и 6 (фиг. 2 - 4) при Ъ м t2 величина магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре в два раза больше, чем у прототипа, что увеличивает удельное тяговое усилие двигателя«,

С целью дальнейшего повышения коэффициента использования всех постоянных магнитов в предлагаемом двигателе все ферромагнитные пластины 2 (фиг.З и 4), образующие зубцовую зону одной стороны магнитопровода якоря э объединяются ферромагнитным замыкателем 5, расположенным над средней беспазовой его зоной, а все ферромагнитные пластины 2, образующие зубцовую зону первичной части5 объединяются ферромагнитным замыкателем 6, устанавливаемым под ее средней беспазовой частью.

Такое расположение замыкателей 5 и 6 (фиг.З - 5) позволяет дополнительно использоватв для создания основного магнитного потока Ф0 (фиг.1) все пластины постоянных магнитов 1, находящихся в данный момент в зоне промежутка между полюсообразу- щими структурами 11 (фиг,3 - 5).

При наличии замыкателей 5 и 6 (фиг.З - 5) дополнительный магнит- ый поток Ф возбуждаемый пластина-) и постоянных магнитов 1, находящихя в данный момент в зоне промежутка

5

8 295&

между полюсообрезующими структурами II, замыкается по следующей магнитной цепи: пластины магнитов 1 (поляр-.J ностью N к ферромагнитным пластинам 2), ферромагнитные пластины 2 (в межпслюсной зоне), замыкатель 6t зубцовая зона пластин 2 в зоне полюсов 11, воздушный зазор с/1,, полюсIQ ная структура И, воздушный зазор , зубцовак зона пластин 3 в зоне полюсной структуры i1 замыкатель 55 ферромагнитные пластины 3 (в межполюсной зоне, пластины магнитов 1 (по15 лярностью S г; ферромагнитным пластинам 3).

Учитывая„ что при установке замыкателей 5 и б магнитный поток Ра Ј,, на каждом участке актив20 ной поверхности магнитопровода якоря площадью в t2 1 / возбуждается четырьмя пластинами постоянных магнитов общей площадью S м ASM 4bM- Iji, величина магнитной индук25 ции в рабочем воздушном зазоре определяется выражением

„ / п Ь/и R/ 4 Вм

(5)

замыкатели 5 и 6 (фиг03 и 4) уже при равенстве b tz позволяют в четыре оаза увеличить величину магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре по сравнению с прототипом

и ТРМ самым повысить коэффициент использования постоянных магнитов системы возбуждения двигателя до 100% (приняв у прототипа за 50%) при соответствующем увеличении его удельного тягового усилия3 Дальнейшее уве ii личение значения В ji возможно путем

выбора соответствующих значений Ъм

И t-jo

Таким образом, конструктивная схе-1 ма магнитопровода якоря двигателя позволяет получить высокие значения величины магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре даже при использовании дешевых и широко распростра- ненных постоянных магнитов с малыми значениями величины остаточной магнитной, индукции, например ферритов (Вда- 0,2-0,4 т}..

С целью устранения влияния насыщения стали зубцовой зоны магнитопровода якоря ферромагнитные пластины 12 и 13 (фиг„б и 7), ограничивающие постоянные магниты 14, выполняются трапецеидальной формы, что при одповременном уменьшении степени насыщения зубцдв позволяет уменьшить коэффициент воздушного зазора К8 ut соответственно, НДС воздушного зазора.

В линейном двигателе в варианте его исполнения без ферромагнитных замыкателей 5 и 6 магнитный поток реакции якоря Фр о(фиг02) резко ослаблен наличием пути его замыкания ряда пластин постоянных магнитов 1, обладающих, как известно„ значительным магнитным сопротивлением для внешнегр магнитного потока. Следовательно, такой двигатель, обеспечивая в рабочем воздушном зазоре магнитную индукцию, большую, как минимум, в два раза по сравнению с прототипом, обладает и высокой перегрузочной способностью, и, соответственно, высоким быстродействием, что важно для двигателей, встраиваемых в промышленные механизмы, работающие в динамичных режимах„

10

5822958

компоновкой ориентированных поперек его длины чередующихся пластин постоянных магнитов 1 (фиг„2 - 4) и ферромагнитных пластин 2 и 3, формирующих одновременно зубцовые зоны двухсторонней перичной части, в которых размещены секции обмотки якоря 4, позволяет получить увеличение удельного тягового усилия двигателя по сравнению с прототипом путем повышения значения магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре (так как тяговое усилие FQ BjO при сохранении . его высокой перегрузочной способности как способом, присущим прототипу, так и использованием специальной компенсационной обмотки.

Двигатель работает следующим образом,,

МДС постоянных магнитов 1 (фиг„1 и 2) создает магнитный поток f0. При подаче питания на якорную обмотку 4 ее проводники начинают обтекаться

20

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах линейного перемещения. Цель изобретения - увеличение тягового усилия путем повышения коэффициента использования постоянных магнитов. Двигатель состоит из первичной части, содержащей пластины постоянных магнитов 1, чередующиеся с пластинами 2 и 3 магнитопровода, сдвинутыми в обе стороны относительно оси двигателя и образующими двухстороннюю зубцовую зону, к каждому зубцу которой прилегают пластины постоянных магнитов одной полярности, и из вторичной части 11, образованной полюсными выступами, размещенными с обеих сторон зубцовой зоны и сдвинутыми друг относительно друга на половину зубцового деления первичной части. Положительный эффект достигается увеличением магнитного потока в воздушном зазоре. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

Установка замыкателей 5 и 6 (фиг.З 25током Взаимодействием магнитного пои 4) одновременно со значительнымтока и токов проводников, лежащих про увеличением магнитной индукции в ра-тив ферромагнитных полюсов 11 вторичбочем воздушном зазоре и, соответст- ной части, создается электромагнитная

венно, увеличением удельного тягового усилия обеспечивает и путь замыкания магнитного потока реакции якоря, минуя пластины постоянных магнитов 1 (фиг„8 - 10), Такие двигатели возможны для использования в механизмах с основной статической нагрузкой со сравнительно малыми требованиями к ди намике электропривода, например для камнерезных станков, транспортных установок и дрс При встройке такого двигателя в промышленную установку, pa- ботающую в основном,в динамических режимах, например машину термической либо лазерной резки, необходимы меры для компенсации магнитного поля реакции якоря.

С целью компенсации магнитного поля реакции якоря на замыкателях 5 и 6 (фиг.1,3,8 - 10) размещаются секции 9 и 10 компенсационной обмотки. Последние, как и их аналоги во вращательных двигателях постоянного тока, включаются последовательно с обмоткой якоря так, чтобы магнитный поток $«.. созданный токами их проводников, был направлен встречно магнитному потоку реакции якоря фр я(фиг,8 - 10).

Таким образом, предлагаемая конструктивная схема двигателя, в котором магнитопровод якоря образован

0

5

g

5

0

5

сила, под действием которой подвижная часть начинает перемещаться j например, вправо для указанных направлений тока и потока по фиг„2. Электромеханический или полупроводниковый коммутатор переключает токи секций по мере движения так, чтобы проводники якорной обмотки 4, находящиеся в каждый момент против полюсов И,имели одно и то же направление при движении в одну сторону. Регулирование скорости и реверс двигателя производится аналогично методом, применяемым.в обычных электроприводах постоянного тока

Формула изобретения

4 S 9

11

Фиг.1

г мф

8 -J

®4®

© ®

&

11

V

Ј

Ч

. I

t

I

Фиг. 5

%

у

/3.

А-А

Фиг, 6

фиг. 7

1582295

аГ Полюс2 .ol

11

Фиг. 8

O.ST

И

g

Фд

t

0.5T

4i

Фиг. 10

Фд

ФР.« фм