Линейный индукторный электродвигатель Советский патент 1992 года по МПК H02K41/03 

чя-гх гпьяшъяюя

Фиъ.1

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

Известен линейный индукторный электродвигатель, содержащий ферромагнитный зубчатый статор и подвижный элемент, состоящий из фазных электромагнитных модулей, включающих в себя П-образные магнитопроводы, обмотки управления и постоянные магниты возбуждения, причем зубцовые зоны статора и подвижного элемента имеют одинаковый шаг г. При этом фазные электромагнитные модули, а также П-образные магнитопроводы в электромагнитных модулях смещены относительно друг друга вдоль направления движения на (п ±1/4 г, где п - любое целое число.

При запитке обмоток управления синусоидальным и косинусоидальным токами равной амплитуды представляется возможным управлять силой тяги линейного элект- родвигателя путем регулирования амплитуды токов. При подобном управлении возникает сила тяги, пропорциональная амплитуде токов.

Недостатком известного линейного электродвигателя является относительно невысокая удельная сила тяги, обусловленная взаимной частичной компенсацией тяговых усилий, создаваемых П-образными магнитопроводами в электромагнитных модулях.

Наиболее близким к предлаемому техническому решению является линейный индукторный электродвигатель, содержащий ферромагнитный зубчатый статор и подвижный элемент, состоящий из фазных электромагнитных модулей, включающих в себя П-образные магнитопроводы, обмотки управления и постоянные магниты возбуждения, причем зубцовые зоны статора и подвижного элемента имеют одинаковый шаг г. При этом фазные электромагнитные модули смещены относительно друг друга вдоль направления движения на (п ±1/4) Г, где п - любое целое число.

й

Известный электродвигатель характеризуется тем, что при регулировании силы тяги с помощью амплитуды токов управления возникает сила тяги, которая содержит, помимо основной составляющей, пропорциональной амплитуде токов, дополнительную паразитную силу тяги. Эта сила является знакопеременной периодической по пути и с амплитудой, пропорциональной квадрату амплитуды токов управления.

Недостатком известного устройства является невысокая точность регулирования

силы тяги, обусловленная наличием паразитной силы тяги.

Целью изобретения является повышение точности регулирования силы тяги. 5Поставленная цель достигается тем, что в

известном линейном индукторном электродвигателе, содержащем ферромагнитный зубчатый статор и подвижный элемент, состоящий из фазных электромагнитных мо10 дулей, включающих в себя П-образные магнитопроводы, обмотки управления и постоянные магниты возбуждения, причем, зубцовые зоны статора и подвижного элемента имеют одинаковый шаг, подвижный

15 элемент снабжен третьим фазным электромагнитным модулем, причем, первый электромагнитный модуль смещен относительно второго на-(п ±1/3) г, а третий относительно второго - на +(п+1/3) г, где п - любое

20 целое число, а т- шаг зубцовой зоны двигателя.

На фиг. 1 представлена схема линейного индукторного электродвигателя; на фиг. 2 - 8 токи управления, тяговые усилия, созда25 ваемые фазными электромагнитными модулями и результирующая сила тяги, развиваемая электродвигателем.

Электродвигатель содержит ферромагнитный зубчатый статор 1 и подвижный эле30 мент 2, состоящий из фазных электромагнитных модулей 3, 4 и 5. Каждый модуль включает в себя П-образные магнитопроводы 6 и 7, обмотку 8 управления и постоянный магнит 9 возбуждения. Зубцо- 35 вые зоны статора 1 и подвижного элемента 2 имеют одинаковый шаг с. Электромагнитные модули 3 и 4, 4 и 5 взаимно смещены вдоль направления движения на (п+1 /3) т, а П-образные магнитопроводы в каждом

40 электромагнитном модуле - на п г, где п - любое целое число.

Линейный индукторный электродвигатель работает следующим образом.

Управление электродвигателем осуще45 ствляется путем запитки обмоток 8 фазных электромагнитных модулей 3,4 и 5 соответственно синусоидальными токами

IHosin ---), l2 losin р, 50 . . . , . 2л,

l3 loSln(# ,

(1)

2я

где р -у х - угол, определяющий положение подвижного элемента 2 двигателя относительно статора 1;

х - линейное положение подвижного элемента 2;

г- шаг зубцов зоны двигателя;

10 - амплитуда токов.

Токи управления формируются в соответствии с информацией о положении подвижного элемента 2 в каждый момент времени. Сила тяги регулируется с помощью амплитуды токов управления.

Определим силу тяги, развиваемую электродвигателем. Воспользуемся известной методикой расчета электромагнитных модулей.

Тяговое усилие, создаваемое электромагнитным модулем, представляется как сумма усилий, создаваемых его полюсами. Эти составляющие тягового усилия модуля определяются из расчета его эквивалентной схемы защемления.

Получим, что тяговое усилие, создаваемое электромагнитным модулем 4, будет равно

о1

Fi f0slrrЈrt-fi(), (2)

.91

tf

где f0«|iWloFm Am, f 1- МоГ,

Am +A#

Am и Aft - внутренняя магнитная проводимость и проводимость рассеяния постоянного магнита 9,

Fm - МДС постоянного магнита 9,

9о и gi - постоянная составляющая и амплитуда изменения магнитной проводимости зазора;

W- число витков обмотки 8 управления.

Учитывая, что электромагнитные модули 3 и 5 смещены относительно модуля 4 вдоль направления движения на - (п+1/3)г и на +(п+1/3)г , а токи управления И и 1з смещены относительно тока h по фазе на

2п . 2л

углы и соответственно, тяговые усилия, создаваемые модулями 3 и 5, определим из выражения (2) путем замены

аргумента р на (р - ) и на (у Ч- соответственно. Получим, что F2 foSln2((slri(2p-l-)--2 x

xsin(4p + )),(3)

R-foSlnV+ Hifclri (2р-Д)2 x

x (4 p + -J) ,(4)

Из анализа полученных результатов (2)- (4) следует, что тяговое усилие, создаваемое каждым электромагнитным модулем,содержит основную и паразитную составляющие. Паразитные составляющие электромагнитных модулей создают две системы взаимокомпенсирующихся усилий, а основные

составляющие суммируются, формируя силу тяги электродвигателя, равную

F-|f0 f «JJwioFmAm.(5)

Для иллюстрации на фиг.2 приведены

зависимости токов управления, на фиг. 5-7 - тяговых усилий, создаваемых фазными электромагнитными модулями, а на фиг. 8 результирующей силы тяги электродвигателя, равной сумме усилий всех электромагнитных модулей для случая, когда

отношение коэффициентов fi/f0 0,2.

Здесь FiH Fi/fo, F2H F2/f0, . FH-2F/3fo.

Теперь определим силу тяги, развиваемую известным электродвигателем.

Фазные электромагнитные модули известного электродвигателя создают тяговые усилия

91

Fi fosin yw-fi( sln4 p),

F2 f0cos2 0H-fi(-sin2yj--2 sln4 p).

Следовательно, сила тяги известного электродвигателя будет равной

F fo-flsin4 ||WioFmAm-(Wio)2sm4 .

(6)

Полученные результаты (5) и (6) непосредственно подтверждают преимущество предлагаемого линейного электродвигателя, поскольку развиваемая им сила тяги пропорциональна амплитуде токов управления и не содержит паразитной силы тяги. При этом удельная сила тяги остается неизменной.

Таким образом, снабжение подвижного элемента известного линейного индукторного электродвигателя третьим фазным электромагнитным модулем и выполнение предлагаемого смещения фазных электромагнитных модулей относительно друг друга вдоль направления движения позволяет в сравнении с известным электродвигателем повысить точность регулирования силы тяги, при этом удельная сила тяги остается неизменной.

Формула изобретения Линейный индукторный электродвигатель, содержащий ферромагнитный зубча- тый статор и подвижный элемент, состоящий из фазных электромагнитных модулей, включающих в себя П-образные магнитопроводы, обмотки управления и постоянные магниты возбуждения, причем зубцовые зоны статора и подвижного элемента имеют одинаковый шаг. отличающ и и с я тем, что, с целью повышениятельно второго на -(n+1/З)-т, а третий отноточности регулирования силы тяги, подвиж-сительно второго - на +{п+1/3)т , где п ный элемент снабжен третьим фазным злек-любое целое число, а т- шаг зубцовой зоны

тромагнитным модулем, причем первыйдвигателя,

электромагнитный модуль смещен относи-5

Использование: в линейном прецизионном электроприводе. Сущность изобретения: электродвигатель содержит ферромагнитный зубчатый статор 1 и подвижный элемент 2, состоящий из фазных электромагнитных модулей 3-5. Каждый модуль включает в себя П-образные магнито- проводы 6 и 7, обмотку 8 управления и постоянный магнит 9 возбуждения. Зубцо- вые зоны статора 1 и подвижного элемента 2 имеют одинаковый шаг г. Электромагнитные модули 3-5 взаимно смещены вдоль направления движения на (п+1/3)-г , а П-образные магнитопроводы в каждом электромагнитном модуле - на п -т- где п - любое целое число. При таком смещении электромагнитных модулей 3-5 и П-образ- ных магнитопроводов тяговые усилия электромагнитных модулей взаимно компенсируются, а их основные составляющие суммируются. 8 ил.

Ц

ы

i -

ff2fl 2ТГ

&.„У,-№ Г6

0,ъffгзгЗР

SitfiF+g) fW-e

я

23ГЖ

fyu/)- 7

W

iff

Sff .