Магнитоэлектрический линейный двигатель

 

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.

СО!ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ()9) И)) А1

Щ)5 Н 02 К 41/035

Попюс1 4 с2

fQ ! a j

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4333843/24-07 (?2) 25.11.87 (46) 30,07,90.Бюп. У 28 (71) Одесский политехнический институт (2). Г,А.Абильсиитов, В. В. Гололобов, А.Н.Грезев, A.Ä.Èâëåâ, Д.А.Ивлев, В.Е.Кашин, В.И.Леонидов, H,В.Меркулов, С.Б.Осадчий и О.О,Семенов (53) 6?1.313.282 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1! 1136269, кл. H 02 К 41/035, !983. (54) МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЛИНЕЙНЫЙ

ДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах линейного перемещения, Цель изобретения — увеличение тягового усилия путем повышения коэффициента использования ITocToRHHbIx магии)тов.

Двигатель состоит иэ первичной части, содержащей пластины постоянных магнитов !, чередующиеся с пластинами 2 и 3 магнитопровода, сдвинутыми в обе стороны относительно оси двигателя и образующими двухстороннюю эубцовую зону, к каждому зубцу которой прилегают пластины постоянных магнитов одной полярности, и из вто; ричной части 11, образованной полюсными выступами, размещенными с обеих сторон зубцовой эоны и сдвинутыми друг относительно друга на половину зубцового деления первичной части.

Положительный эффект достигается уве. личением магнитного потока в воздушном зазоре. 2 э.п. ф-лы, 10 ил.

3 1 582295 4 лей 5 и 6 и,соответственно, высота части ферромагнитных пластин 2 и 3, на которых установлены замыкатели 5 и б, выбирается исходя из допустимого значения потока рассеяния ф „ (фиг.3) . В образованных таким обраsoM окнах 7 (фиг.3 и 4) верхней части магнитопровода якоря и окнах 8 нижней его части устанавливаются секции 9 и 10 компенсационной обмотки (фиг.8) 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(7 каждая,.установленных одна от другой вдоль хода на расстоянии (2-o() °

Ввиду специфики конструктивной схемы первичной части одна сторона каждой из полюсных структур 11 вторичной части сдвинута относительно другой на величину t /?, где 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 Ф возбуждается частью постоянного магйита, соответствующего площади полюсного деления активной поверхности якоря (S = 1, где и

1л — активная длина проводника обмотки якоря), Из соотношения, отражающего равен" ство магнитного потока в рабочем воздушном зазоре и в постоянном магните на площади в Sn, ВЛ.SM

ФФ = Ф Bd, 2„1Х = —.-Л вЂ”Bhh. Г 1Ф !

6 магнитная индукция .в рабочем воздушном зазоре определяется выражением (2) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах воз вр атно" поступательного и прямолинейного перемеще5 ний производственных и транспортных механизмов.

Цель изобретения — увеличение тя.гового усилия путем повышения коэффициента использования постоянных маг- 10 ! нитов

На фиг. 1 изображена конструкция двигателя, вид с торца;,на фиг.2— сечение А-А на фиг. l; на фиг.З вЂ” се,чение Б-Б на фиг. l на фиг.4 — аксо- >5 нометрия, на фиг,5 — аксонометрия частей магнитопровода якоря двигате ля; на фиг.б — сечение Д-А на фиг.l (двигатель для варианта с зубцами

,трапециевидной формы )1 на фиг.7 — 20

lфрагмент магнитопровода якоря с зуб-! цами трапециевидной формы, аксоно, метрия, н а фи г. 8 — способ р аз мещени я ! секций компенсационной обмотки, ак сонометрия; на фиг.9 — способ компен- 25

1 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-30 ления, Магнитоэлектрический линейный двигатель (фиг. 1 — 4) состоит из первичной части (магнитопровода якоря), включающей в себя пластины постоянных 3 магнитов 1, чередующиеся с пластинами

2 и 3 магнитопровода, которые сдвинуты в обе стороны относительно оси двигателя, Высота пластины h ф „ больше ширины магнитов Ьм на величину 40 высоты зубца: h = h„= h 4, „-Ь,„. .При этом выступающие концы ферромагнитных пластин 2 образуют пазы для укладки секций обмотки якоря 4 одной стороны двухстороннего магнитопрово- 45 да якоря двигателя, а выступающие концы ферромагнитных пластин 3 образуют пазы другой его стороны, Таким образом, в предлагаемом двигателе шиРина паза Ь „= 2h м+ Ь 2

Честь ферромагнитных пластин 3 в зоне средней беспазовой части магнитопровода якоря объединена ферромагнит"

ahtM замыкателем 5, а часть пластин

2 — ферромагнитным замыкателем 6 (фиг.3 — 5}. Для возможности уста"

55 новки замыкателей 5 и 6 пластины.2 и 3 выполняются Г-образного вида, причем высота расположения замыкатес5 6 между полюсообразующимя структурами

11, замыкается по следующей магнитной цепи: пластины магнитов 1 (поляр--.. ностью Я к Ферромагчитным пласти"

5 нам 2), ферромагнитные пластины 2. (в межполюсиой зоне), замыкатель 6, зубцовая зона пластин 2 в зоне полюсов 11, воздушный зазор д,, полюсная структура 11, воздушный зазор 4», зубцовая зона пластин 3 в зоне полюс ой структуры 11, замыкатель 5, Фер" ромагнитные пластины 3 (в межполюской зоне), пластины магнитов 1 (полярностью Я r. Ферромагнитным пластинам 3).

Учитывая, что при установке эамыкателей 5 и 6 магнитньй поток

Р ф +» на каждом участке активной поверхности магнитопровода якоря площадью в t .Т / возбуждается четырьмя пластинами постоянных магf нитов общей площадью Я, = 4Я

4b lg, величина магнитной индук5 ции в рабочем воздушном зазоре определяется выражением

15 822 (2 lq

В = В„„

В описываемом двигателе (фиг,2) при прочих равных условиях 10 где Ь вЂ” ширина постоянного магнита

15 (коэффициент 2 учитывает то, что магнитный поток на каждой площади в

t 1 g возбуждается двумя магнитами).

Тогда 2О

Следовательно, уже в варианте изготовления двигателя без внешних замыкателей 5 и 6 (Фиг,2 — 4) при Ъ „ = величина магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре в два раза больше, чем у прототила, что увеличивает удельное тяговое усилие двигателя, С целью дальнейшего повышения коэффициента использования всех постоянных магнитов в предлагаемом двигателе все ферромагнитные пластины (фиг,3 и 4), образующие зубцовую зону одной стороны магнитопровода якоря, 1 объединяются ферромагнитным з амыкателем 5, расположенным над средней беспазовой его зоной, а все ферромагнитные пластины 2, образуюпде эубцовую зону первичной части., объединяются ферромагнитным замыкателем 6, устанавливаемым под ее средней беспазовой частью.

Такое расположение замыкателей 5 и 6 (фиг.3 — 5) позволяет дополнительно использовать для создания основного магнитного потока Ф„ (фиг,1) все пластины постоянных магнитов 1, находящихся в данный момент в зоне промежутка между полюсообразующими структурами 11 (фиг.З вЂ” 5).

При наличии замыкателей 5 и 6 (Фиг.З вЂ” 5) дополнительный магнит55 ный поток Ф, возбуждаемый ппастина1 ми постоянных магнитов 1, находящихся в данный момент в зоне промежутка где Ь вЂ” коэффициент рассеяния магнита, Приняв о(р= 0,8 и Й вЂ” 1,25 получим для протогипа

В 2 ° Ьм 1У ч = gg By t 1 р Н

2 (3) Вм 2 Ьи br

В!- — — — — --2В„-—

4ХЬ tÅ " t2

rl Ьм

В =4 В (5) ф я

2 т.е. замыкатели 5 и 6 (Фиг.3 и 4) уже при равенстве Ь = t позволям Z ют в четыре оаза увеличить величину магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре по сравнению с прототипом и тем самым повысить коэффициент использования постоянных магнитов системы возбуждения двигателя до 100Х (приняв у прототипа за 50K) при соответствующем увеличении его удель-. ного тягового усилия, Дальнейшее уве.

И личение значеж я В у возможно путем выбора соответствующих значений Ь „, H а2

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

С целью устранения влияния насыще. ния стали зубцовой зоны магнитопровода якоря ферромагнитные пластины

12 и 13 (фиг,6 и 7), ограничивающие цостоянныв магниты 14, выполняются трапецеидальной формы, что при од1582295 новременном уменьшении степени насыщения зубцдв позволяет умвньшить.коэффициент воздушного зазора Кп и, соответственно, MgC воздушного зазора.

В линейном двигателе в варианте его исполнения без ферромагнитных замыкателей 5 и 6 магнитный поток реакции якоря фр (фиг,2) резко ослаблен наличием пути его замыкания ,, ряда пластин постоянных магнитов 1, обладающих, как известно„ значитель ным магнитным сопротивлением для внешнегр магнитного потока. Следова-!, тельно, 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 промьпнленные механизмы, работающие в динамичных режимах, 20 Установка замыкателей 5 и 6 (фиг. 3 25 и 4) одновременно со значительным увеличением магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре и, соответст-, 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 динамике электропривода, например для камнерезных станков, транспортных установок и др, При встройке такого двиГателя в нромьппленную установку ра 40 ботающую в основном,в динамических режимах, например машину термической либо лазерной резки, необходимы

-меры для компенсации магнитного поля р еакци и якоря. 45

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, вклю-. чаются последовательно с обмоткой якоря так, чтобы магнитный поток созданный токами их проводников, был направлен встречно магнитному потоку реакции якоря ф„,„(фиг.8 — 10).

Таким образом, предлагаемая конструктивная схема двигателя, в котором магнитопровод якоря образован 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 повьппвния значения магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре (так как тяговое усилие Р— — В ) при сохранении его высокой перегрузочной способности как способом, присущим прототипу, так и использованием специальной компенсационной обмотки.

Двигатель работает следующим образом.

1ЩС постоянных магнитов 1 (фиг.! и 2) создает магнитный поток ф, При. подаче питания на якорную обмотку 4 ее проводники начинают обтекаться током. Взаимодействием магнитного потока и токов проводников, лежащих против ферромагнитных полюсов ll вторичной части, создается электромагнитная сила, под действием которой подвижная часть начинает перемещаться 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 1!,имели одно и то же направление при движении в одну сторону. Регулирование скорости и реверс двигателя производится ана" логично методом, применяемым.в обычных электроприводах постоянного тока.

Формула изобретения

1, Иагнитоэлектрический линейный двигатель, состоящий из первичной части, содержащей зубчатый пластинчатый магнитопровод с обмотками якоря и элементами возбуждения в виде постоянных магнитов, и вторичной части в виде ферромагнитных полюсов, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения тягового усилия путем повьппения коэффициента использования постоянных магнитов, постоянные магниты выполнены в виде отдельных элементов, чередующихся с пластинами магнитопровода, сдвинутыми в обе стороны от"

1582295 носительно оси двигателя ..выступающие концы которых образуют двухстороннюю зубцовую зону, постоянные магниты одной полярности размещены с обеих сторон каждого зубца, а полюса вторичной части размещены с обеих ,сторон зубцовой зоны и сдвинуты друг относительно друга на половину зубцового деления первичной части. 10

2 Двигатель по п,1, о т л и— ч а ю шийся тем, что он снабжен замыкателями магнитного потока, установленными на пластинах магнитопровода.

3. Двигатель по п.2, о т л и ч аю шийся тем, что он.снабжен компенсационными обмотками, размещенными на замыкателях магнитного потока. е

)532295

1582295

) 582295

1582295

158? 29-5

Составитель Т,Цынская

Редактор И.Петрова Техред М.Ходанпч

Корректор А,Обручар

Тираж 451

Подписное

Заказ 2094

ВКККПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул . Гагарина, 101