Электрический двигатель возвратно- поступательного движения Советский патент 1980 года по МПК H02K33/12 

1

Изобретение относится к электрическим двигателям возвратно-поступательного движения, преимущественно для устройств ударного действия, работа которых с максимальным КПД требует сложного закона движения исполнительного органа.

Известен электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения, содержащий статор с магнитопроводом и сосредоточенной обмоткой, имеющей катушки прямого и обратного хода, и явнополюсный подвижный элемент (бегун), набранный из аксиально расположенных ферромагнитных и диамагнитных звеньев 1.

Указанный двигатель имеет следующие недостатки: больщую среднюю величину воздущного зазора и малые движущие усилия; значительное изменение силы втягивания якоря на протяжении его хода; ограниченную длину хода якоря, определяемую минимально допустимой величиной электромагнитной силы в его крайнем положении, больщой удельный вес потоков рассеяния; тормозящее влияние вихревых токов в массивном якоре; плохое использование активных материалов.

Известен также электрический двигатель возвратно-поступательного движения, содержащий зубчатый статор с распределенной обмоткой из последовательно и согласно соединенных катущек и явнополюсный бегун с обмоткой возбуждения 2.

Недостатками этого двигателя являются пониженные энергетические показатели (КПД и удельная мощность) и ограниченная область применения (привод устройств

10 с симметричной механической нагрузкой, с малой амплитудой и высокой частотой колебяний, равной частоте сети). При работе в щирокое распространенных в технике устройствах ударного действия двигатель имеет низкий КГТД, поскольку почти синусоидальное движение его бегуна мало соответствует весьма несимметричной нагрузке этих устройств (удар происходит в момент движения бегуна с малой скоростью). Кроме того, во всех режимах неподвижное магнитное поле

20 статора, создаваемое однофазной обмоткой, индуцирует в движущемся бегуне вихревые токи, которые тормозят бегун и снижают КПД двигателя. Область применения двигателя также сильно ограничивается наличием

многовитковой обмотки возбуждения, размещенной на бегуне, а также гибкого или контактного токопровода к этой обмотке, имеющих низкую надежность, особенно при больших динамических нагрузках, например, ударных, и при больших амплитудах колебаний.

Целью изобретения является повышение КПД и удельной мощности при требуемом законе движения бегуна.

Это достигается тем, что конец последней катушки обмотки статора соединен с началом первой, а межкатушечные соединения снабжены отпайками, которые присоединены к системе для автоматического поочередного их подключения к двум входным зажимам, причем каждая из двух одновременно подключаемых отпаек отделена от другой одинаковым числом катушек, образующих две параллельные ветви. Обмотка возбуждения может быть выполнена короткозамкнутой, а на полюсах бегуна может располагаться короткозамкнутая обмотка.

На фиг. 1 изображен прелИлагаемый двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 - дана принципиальная электрическая схема соединений обмотки и системы для автоматической коммутации катушек; на фиг. 3 даны график движения осей мгновенного полюса магнитного поля статора при ударном режиме (гладкая кривая Zn(t)) и соответствующая ему диаграмма подключения отпаек.

Двигатель возвратно-поступательного движения имеет цилиндрическую форму и содержит статор, включающий шихтованный магнитопровод 1 и обмотку из концентрических катушек 2, цилиндрический бегун, включающий явновыраженные полюса 3 и короткозамкнутые обмотки 4 и 5, расположенные соответственно на полюсах и между полюсами. Обмотка статора (см. фиг. 2) катушек 6 -и 5 с отпайками между ними 6 - 15 , которыми через систему автоматической коммутации обмотка подсоединяется к двум

входным зажимам двигателя.

Двигатель работает следующим образом. На входные зажимы подается напряжение постоянного тока и посредством системы для автоматической коммутации, представляющей собой полупроводниковое устройство, которое имеет в одной половине отпаек анодную, а в другой .- катодную группу ключей, и для управления ими - многоканальное импульсное устройство (не показано) число каналов которого равно числу отпаек, к этим зажимам подключаются пары отпаек в последовательньсти, отраженной на диаграмме (см. фиг. 3). Две одновремменно подключенные отпайки отделены одна от другой со стороны обмотки половиной общего числа катушек, что составляет однополюсное деление, и делят обмотку на две параллельные ветви с противоположно направленными точками Jo. (фиг. 2). Эти токи создают основной магнитный поток Фо, расположенный в зазоре в виде волны магнитного поля, оси полюсов которой совпадают с подключенными в данный момент отпайками 6 и 11 на фиг. 2. При подключении следующей пары отпаек и отключении данной пары с запаздыванием, обеспечивающем непрерывность тока I в обмотке, оси мгновенных полюсов перемещаются на одно зубцовое деление, равное расстоянию между отпайками. Последующие переключения отпаек сопровождаются аналогичными перемещениями. При этом длительностям подключенных состояний, изображенных на диаграмме горизонтальными отрезками (см. фиг. 3), соответствует движение волны магнитного поля по закону, представленному кривой Zn(t). Описываемое этой кривой движение является ускоренным как в прямом направлении (последовательность подключения отпаек 6-1Г, 7-12...10-15) И -15), так и в обратном (последовательность подключения отпаек 11 -6, 10-15... 6-11 ) и наиболее благоприятно для работы двигателя в ударном режиме. Выполняя автоматическую систему ко.ммутации с другими длительностями подключенных состояний отпаек, можно получить любой другой закон движения магнитного поля.

При поступательном движении волны маг нитного поля в обмотке возбуждения, за счет периодических изменений взаимной индуктивности этой обмотки с обмоткой статора, наводятся токи, подмагничивающие бегун и обеспечивающие синхронные усилия, а в короткозамкнутой расположенной на полюсах наводятся вихревые токи, которые при взаимодействии с полем статора создают дополнительные асинхронные усилия.

Применение такого двигателя обеспечит значительный экономический эффект.

Формула изобретения

1. Электрический двигатель возвратнопоступательного движения, содержащий зубчатый статор с распределенной обмоткой из последовательно и согласно соединенных катушек и явнополюсный бегун с обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и удельной мощности при требуемом законе движения бегуна, конец последней катушки обмотки статора соединен с началом первой, а межкатушечные соединения снабжены отпайками, которые присоединены к системе для автоматического поочередного их подключения к двум входным зажимам, причем каждая из двух одновременно подключаемых отпаек отделена от другой одинаковым числом катущек, образующих две параллельные ветви.

2.Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что обмотка возбуждения выполнена короткозамкнутой.

3.Двигатель но нн. 1 и 2, отличающийся тем, что на нолюсах бегуна расположена короткозамкнутая обмотка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 425279, кл. Н 02 К 33/12, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР 545047, кл. Н 02 К 33/00, 1972.