Линейный индукторный двигатель Советский патент 1991 года по МПК H02K41/02 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в линейном прецизионном электроприводе.

Цель изобретения - повышение точности регулирования силы тяги.

На фиг. 1-3 представлены конструктивные варианты двигателя.

Двигатель содержит ферромагнитный зубчатый статор 1 и подвижный элемент, состоящий из фазных электромагнитных модулей 2-5. Каждый модуль включает в себя П-образные магнитопроводы 6 и 7, обмотку 8 управления и постоянный магнит 9 возбуждения. Магнитопроводы 6 и 7, магнитопровод статора I могут быть выполнены в виде секций 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15. По крайней мере два магнитопроводящих элемента, принадлежащие одной фазе, смещены друг относительно друга вдоль направления на угол п + 1/4)2я, где п - любое целое число.

Магнитопроводящими элементами, принадлежащими одной фазе и смещенными друг относительно друга на угол (п±1/4)2я, где п любое целое число, могут быть магнитопроводы 6 и 7 в электромагнитных модулях 2 и 3 (фиг. 1), электромагнитные модули 2 и 5, 3 и 4( фиг. 2), секции 14 и 15 магнитопровода статора 1, секции 10 и 11, 12 и 13 магнитопроводов 6 и 7 электромагнитных модулей 2 и 3 (фиг. 3).

Обмотки двигателя запитываются токами управления.

Создаваемый ими магнитный поток будет усиливать поток постоянных магнитов под соответствующими зубцами П-образных магнитопроводов. В результате этого будет возникать сила тяги, действующая на подвижный элемент двигателя.

При запитке обмоток двигателя синусоидальными токами

СЭ Ю

со со ел

гА-гс-5ш(ф+ф0), i i0cos(),

где ф 2л/тл; - угол, определяющий положение подвижного элемента двигателя относительно статора;

х - линейное положение подвижного элемента;

i - шаг зубцовой зоны двигателя;

Ф - начальное смещение; i0 - амплитуда токов управления представляется возможным управлять силой тяги двигателя с помощью регулирования амплитуды 10 токов управления.

Токи управления гд и i& формируются в соответствии с информацией о положении подвижного элемента двигателя в каждый момент времени.

При подобном управлении известным линейным индуктором двигателем 1 формируемая сила тяги содержит основную составляющую, пропорциональную амплитуде токов управления, и дополнительную паразитную составляющую.

Предлагаемый двигатель характеризуется более высокой точностью регулирования силы тяги. Это достигается тем, что последовательно и циклично один из магнитопро- водов создает усилие, противоположное направлению движения, за счет чего и достигается компенсация паразитной составляющей силы тяги.

В соответствии с известной методикой расчета электромагнитных модулей 2 строится схема замещения модуля. Рабочее усилие модуля представляется как сумма усилий, развиваемых его полюсами. Эти составляющие тягового усилия определяются параметрами схемы замещения модуля.

Сначала определяют силу тяги, развиваемую первым двигателем (фиг. 1).

Получим, что фазные модули 2 и 3 будут развивать тяговые усилия

Ј(«ХФ-Ј)

Ј

«л

Хсо$2ф;

Щ,

«SHfc P-f- -$Ј-

Х со52ф) ,

где ., )&

FA, FR и Fm - МДС обмоток 8 управления и постоянных магнитов 9 возбуждения;

- постоянная составляющая и амплитуда изменения магнитной проводимости зазора; Я.ш и К$- внутренняя магнитная проводимость и проводимость рассеяния постоянных магнитов 9.

Kfr

0

0

5

0

5

0

При формировании МДС

С

FA о)гд((ф- у). g- Fe - aii u ijcos(p- Ј-)

двигатель будет развивать силу тяги

))

содержащую основную составляющую, пропорциональную амплитуде токов управления и дополнительную паразитную составляющую.

Далее определяют силу тяги, развиваемую вторым двигателем (фиг. 2).

Модули 2-5 будут развивать тяговые усилия соответственно равные

(FmhmSiivp+F2-Ј-sin2 p); ntл

F3--4j-F3(FmKmcos p-F3-$jrSin2(p);

HI%

(Fmb«s nq +F4-Ј-sin2q);

Л,

F5 -9$- F5(FmKmcos(p-Fs-%-sin2y). niк

где F2, Fa, F и F$ - МДС обмоток управления модулей 2-5.

Поскольку однофазные модули 2 и 5,3 и 4 попарно запитываются одинаковыми токами, то, согласно полученному результату, двигатель будет развивать силу тяги

f F2+F3+F4+fs -J|t-/r«A.m(F2-f4)X

t

(F3+F5)cos(f). Следовательно, при формировании МДС

2 (ф+у); /Г3 / 4 Юг0С05(ф + -)

двигатель будет развивать силу тяги

(2)

. VJJgir.

Г ОМ0 ft Г тАт

Сила тяги пропорциональна амплитуде токов управления. Паразитная составляющая в тяговом усилии двигателя отсутствует.

Затем определяют силу тяги, развиваемую двигателем, изображенным на фиг. 3.

Представим данный двигатель в виде жестко связанных двигателей с общими обмотками управления. Первый двигатель содержит в качестве П-образных магнитопро- водов секции 10 и 12 модулей 3 и 2 и статорную секцию 15. Второй двигатель соответственно включает секции 11 -14.

Получим, что первый и второй двигатели будут развивать тяговые усилия, равные

Fi - fyj--FmXm(Fn sin(f-{-F& coscp)+

+$Ј(%-®sin2 p, Т2 - -РтКт(РА cos(f-Fe sirup)-

Л и FA - МДС обмоток управления. Следовательно, полная сила тяги двигателя будет равной

+ (F sm(cp+Ј)+

(3)

+ Јcos(P+|-)).

МДС обмоток управления

ЈЛ

Ј о)/051Хф+у-); 4 w/0cos(cp4-f-)Подставив эти значения МДС в выражение (3), приходим к тому, что двигатель будет развивать силу тяги, описываемую выражением (2). Как и в предыдущем случае паразитная составляющая в тяговом усилий двигателя отсутствует.

К аналогичному результате приходят при смещении друг относительно друга на угол л/2 секций 10 и 11, 12 и 13 магнито- проводов 6 и 7 в электромагнитных модулях 2 и 3.

Фазные модули известного двигателя развивают тяговые усилия

FA - (FmKmsin(

F& (%-F0 (FmumCosy%f-F0sin2cf).

В результате этого при формировании МДС

FA ОМо5Шф, F& Ш0СО5ф,

двигатель развивает силу тяги Fr %+ fc Mo-fy(Fmka-iM0-j -Sin44) (4)

Сила тяги содержит основную составляющую, пропорциональную амплитуде токов управления, и паразитную составляющую.

Вводят в рассмотрение коэффициент нестабильности т, равный отношению амплитуды паразитной составляющей силы к основной. Согласно (4) получают, что

и-.«И оф1.

6 4FmXm

Определяют коэффициенты нестабильности, характеризующие рассмотренные варианты предлагаемого двигателя. В соответствии с (1) и (2) получают

Аз .9)А-т + АбТ1| 7 / -ГТ -ГгЗГ-Л- . 1 4Л/2Ј0/г,Дт

0

Полученный результат непосредственно подтверждает преимущественно второго и третьего вариантов предлагаемого двигателя, поскольку их коэффициент нестабильнос- ти равен нулю. Преимущество первого варианта двигателя перед известным двигателем реализуется, когда

A..

т. е. когда сумма внутренней магнитной проводимости Кт постоянного магнита и проводимость его рассеяния Аб меньше постоянной составляющей магнитной проводимости рабочего зазора §0.

В настоящее время нашли широкое применение постоянные магниты на основе

ферритов бария, редкоземельных металлов (РЗМ). Магнитная проницаемость вещества таких магнитов близка к проницаемости воздуха. Поскольку для линейных индукторных двигателей характерно, что зазор в зубцовой зоне двигателя гораздо меньше толщины используемых постоянных магнитов, то требуемое неравенство (5) всегда будет иметь место.

Таким образом, предлагаемый линейный индукторный двигатель обладает преимущест5 вом перед известным двигателем, поскольку характеризуется более высокой точностью регулирования силы тяги. При этом первый вариант двигателя является наиболее простым конструктивно. Второй вариант двигателя обладает тем отличительным свойст0 вом, что при наличии ограничения на ширину двигателя он позволяет добиться наибольшей силы тяги. Смещение секций магнитопроводов дает возможность получить точность регулирования силы тяги, достигаемую путем удвоения количества модулей

5 и соответствующего их взаимного смещения. Смешение секций магнитопроводов электромагнитов модулей либо секций статора выбирается с учетом конструктивных особенностей разрабатываемого оборудования на базе линейных двигателей и технологии изО

готовления.

Формула изобретения

1.Линейный индукторный двигатель, со- держащий ферромагнитный зубчатый статор

и подвижный элемент состоящий из фазных электромагнитных модулей, включающих в себя П-образные магнитопроводы, обмотки управления и постоянные магниты возбуждения, отличающийся тем, что, с целью по- вышения точности регулирования силы тяги, по крайней мере два магнитопроводящих элемента, принадлежащие одной фазе, смещены друг относительно друга вдоль направления движения.

2.Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что смещение составляет угол (п±

±1/4) -2л, где п - любое целое число.

3.Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что указанное смещение осуществлено

между магнитопроводами в электромагнитном модуле.

4.Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что указанное смещение осуществлено между двумя электромагнитными модулями.

5.Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что ферромагнитный зубчатый статор и магнитопроводы электромагнитных

модулей разделены на секции в направ лении, перпендикулярном направлению движения.

6.Двигатель по п. 5, отличающийся тем, что указанное смещение осуществлено между секциями магнитопровода.

7.Двигатель по п. 5, отличающийся тем, что указанное смещение осуществлено секциями магнитопроводов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в линейном прецизионном электроприводе. Целью является повышение точности регулирования силы тяги. Двигатель состоит из зубчатого ферромагнитного статора и подвижного элемента, состоящего из фазных электромагнитных модулей. Каждый модуль включает в себя П-образные магнитопроводы, обмотку управления и постоянный магнит возбуждения. Магнитопроводы электромагнитных модулей и магнитопровод статора могут быть выполнены в виде секций. Положительный эффект достигается за счет того, что по крайней мере два магнитопро- водящих элемента, принадлежащих одной фазе, смещены один относительно другого вдоль направления движения на угол (п-+- + 1/4) 2л, где п-любое целое число. 6 з.п. ф-лы, 3 ил. (О С/)

Фаза А

(n-j)2ff

О 2Я бтг

У

Фаза А

Фаза В

Фаза В

(n-j)2if .i

К

иг. 1

Фаза В

Фаза А

CQ

C3

I

X|

J

Цем

i

53

%

Sj

Ј

Ј

fe

4

,nJ