Электрический двигатель возвратнопоступательного движения Советский патент 1979 года по МПК H02K33/02 

(54) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО

го поля, что снижает coS о) , требует повышенной мощности источника питания и приводит в конечном итоге к снижению КПД преобразования энергии.

Кольца якоря при движении -могут наносить удары непосредственно по обмо-пкам индуктора, что приводит к необходимости применять специальные. конструктивные меры для исключения разрушения обмоток. Кроме того, движущиеся - якорь ударом передают усилие на пику инструмента. Так как механическая прочность колец, выполненных из материала с высокой электропроводностью, невысока, то они быстро разрушаются. Все это снижает надежность устройства в целом. Целью изобретения является повышение КПД и надежности двигателя. Это достигается тем, что в предлагае мом электрическом двигателе якорь сод ержит магнитопровод, магнитопроводы индуктора и якоря выполнены в виде соосных, расположенных один в другом цилиндров с кольцевыми пазами для размещения обмоток, причем ширина кольцевых пазов больше величины зазора между якорем и индуктором в 1О-ЗО раз. На фиг. 1 изображен предлагаемый электрический двигатель возвратно-посту пательного движения, продольный разрез; на фяг. 2 - то же, поперечный разрез. Цилиндрический магнитопровод 1 индуктора имеет кольцевой паз шириной а, в котором размешена обмотка 2. В магнитопроВоде индуктора, соосно с ним расположен магнитопровод 3 якоря, имеющий кольцевой паз шириной в, в кото ром расположена короткозамкнутая обмо ка 4, Между индуктором и якорем имеется зазор , минимальная величина которого определяется возможностью сво бодного перемещения якоря внутри индук тора в аксиальном направлении. Размеры а и в в 1О-ЗО раз превосходят величину зазора . Короткозамкнутая обмотка выполнена в виде одного витка из материала с высокой электропроводностью и занимает всю плошадь сечения паза. Магнитопровод 3 якоря выполнен с продольными пазами 5. Обмотка 2 созда ет магнитный поток Ф. Двигатель работает следующим образом. В начальном положении середина паза якоря смещена относительно середины па за индуктора в сторону предполагаемого движения якоря на величину h . В обмо

ку индуктора подается импульсный или перемен1Пэ1Й ток.

За счет хорошей магнитной связи обмоток индуктора и якоряв короткозамкнутой обмотке якоря наводится ток, что препятствует проникновению потока, создаваемого обмоткой 2, в магнитопровод якоря, охватываемого обмоткой 4. В результате большая часть создаваемого обмоткой 2. магнитного потока замыкается в немагнитном объеме между обмотками 2 и 4 и на якорь 3 с обмоткой 4 создается

магнитное давление. Аксиальная составляк

щая этого давления создает тяговое уси- лие для перемещения якоря относительно индуктора в сторону увеличения началь ного смещения. При этом происходит преобразование запасенной в магнитном поле индуктора энергии в механическую энергию якоря. Действующее на якорь усилие определяется током Ij в обмотке индуктора, током 1р в обмотке якоря и частной производной взаимоиндуктивности М между обмотками по перемещению . 1, . б М При h 0 паз якоря расположен симмеррично относительно паза индуктора, производная -грг и электромагнитная сила, действующая в аксиальном направлении, равны нулю. При h % + пазы индуктора и якоря перекрываются соответственно магнитопроводами якоря и индуктс а, что также определяет значения производной взаимоиндуктивности по перемещению и электромагнитной силы, близкими к нулю. . §- производная взаимоиндуктивности имеет конечное значение, что и обуславливает необходимость начального смещения середин пазов индуктора и якоря на величину h При перемещении якоря на величину более h , энёргопреобразовоние практически не происходит, а кинетическую энергию движения якоря можно использовать для выполнения работы. Например, в случае использования двигателя в ударном механизме якорь наносит удар по рабочему телу. При дальнейшем движении якоря относительно И1щуктора перекрытия ширины пазов якоря и индуктора магнитен проводами индуктора и якоря уменьшают ся, при этом магнитная проводимость пазов также уменьшается и при протекании тока в обмотках возникают электромагнитные силн тормозящие движение якоря И уменьшающие его скорость. Тормож ние якоря в индукторе с помощью магнит ного поля якоря и индуктора в ряде случаев позволяет отказаться от специал ных демпферных систем, например, душного или 1идравлн чес кого типа. Для возврата якоря в исходное положение мо гут применяться лружины и другие устройства. Ширину пазов на якоре и индукторе целесообразно выбирать в 1ОгЗО раз превосходящей величину технологичес кого зазора между индуктором и як рем. Если это условие не выполняется и ширина пазов выбирается меньше, то энергия магнитного поля в зазоре ff становится соизмеримой с энергией маг нитного поля, преобразованной в механическую, и КПД работы двигателя снижается. Продольные пазы в сплошном поле ма нитопровода 3 якоря уменьшают вредное влияние вихревых токов на преобразовани энергии. Если конструкция якоря выпо/кнена шихт(жанной| то продольные пазы в его магнитопроводе не выполняются. В некоторых случаях, например при необходимости иметь диаметр якоря больше диаметра индуктора, лучшего охлаждения подвижного якоря или И9 Ьругих соображений конструкция двигателя может быть выполнена обращеннсй, то есть с размещением индуктора внутри полого якоря. При движении якоря магнитопровод якоря перекрьшает ширину паза индуктора, а магнитопровод индуктора - ширину паза , что приводит при ненасыщенной магнитной системе к снижению магнитного поля двигателя в конце движения, действующего значения тока обмотки, снижению потребляемой реактивной мощности н, в конечном итоге, к повышению КПД двигателя. Размещение обмоток индуктора и якоря в кольцевых пазах исключает вбзмо ность механических ударов обмоток одна о другую и ударов обмотки якоря о детали индуктора, улучшает крепление обмоток и, следовательно, повышает надежность двигателя. Описанная конструкция двигателя им&ет КПД преобразования энергии 30-35%, что значительно превышает КПД преобразования прототипа. Формула изобретения Электрический двигатель возвратнопоступательного движения, содержащий неподвижный индуктор с маГнитопроводом и обмоткой, и подвижный якорь с короткозамкнутой обмоткой, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, якорь содержит маг нитопровод, магнитопроводы индуктора и якоря выполнены в виде соосных, расположенных один в другом цилиндров с коль цевыми пазами для размещения обмоток, причем ширина кольцевых пазов больше величины зазора между якорем и индуктором в 1О-30 раз. Источники информации, принятые во вннмаиие при экспертизе 1.Патеит США N9 3585458, кл. 317-156, 1969. 2.Шмаргунов К. Н. Электрические молотки, Л-М., Машгиз, 195О, с. 7.