Линейный асинхронный электропривод

Изобретение относится к электротехнике, к линейному электроприводу, и предназначено для использования робототехнике и приводе станков. Технический результат заключается в возможности регулирования величины шага. Линейный асинхронный электропривод состоит из сердечника, включающего ярмо и зубцы. На зубцах размещены катушки трехфазной обмотки, электропроводящий якорь, установленный на опорах. Коммутирующее устройство выполнено с возможностью подключения к источнику напряжения, по меньшей мере, пяти фазных катушек обмотки, образующих вдоль продольной оси индуктора первоначальный ряд, в котором до середины его прямой, а после середины - противоположный порядок следования фаз. А для совершения шага якоря - с возможностью отключения последней катушки ряда. Электропривод снабжен «n» дополнительными индукторами, где «n», по меньшей мере, равно единице, а коммутирующее устройство содержит дополнительные контакты, обеспечивающие возможность подключения к источнику напряжения, по меньшей мере, пяти фазных катушек обмотки, образующих вдоль продольных осей дополнительных индукторов первоначальные ряды, в которых до середины их - прямые, а после середины - противоположные порядки следования. А для совершения шага якоря - с возможностью отключения последних катушек рядов. 6 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а точнее к линейному электроприводу, и предназначено для использования в робототехнике и приводе станков.

Известен линейный асинхронный электропривод (ЛАЭП)/ патент РФ №2067350, кл. Н 02 К 41/025, Н 02 Р 7/62, 1996 г., содержащий индуктор, состоящий из отдельных сердечников с обмотками, подключенными посредством коммутирующего устройства к источнику напряжения. Ограниченные функциональные возможности - недостаток данного электропривода.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является линейный асинхронный электропривод/см. патент РФ №2068613, кл. Н 02 К 41/025, Н 02 Р 7/62, 1996 г., содержащий индуктор, состоящий из сердечника с катушками многофазной обмотки, каждая из которых охватывает по одному зубцу сердечника. Электропроводящий якорь и коммутирующее устройство, соединяющее катушки обмотки с источником напряжения, при этом, по меньшей мере, первые пять катушек обмотки, подключенные коммутирующим устройством к источнику напряжения, образуют первоначальный ряд, катушки обмотки первоначального ряда образуют до середины ряда прямой, а после середины ряда - противоположный порядок следования фаз. Для совершения шага электропроводящего якоря коммутирующее устройство отключает последнюю катушку обмотки индуктора первоначального ряда от источника напряжения, для электромагнитной фиксации вторичного элемента коммутирующим устройством отключается первая катушка обмотки первоначального ряда и подключается к источнику напряжения катушка обмотки, следующая за последней из первоначального ряда, при этом создается новый ряд, катушки обмотки которого образуют до середины ряда прямой, а после середины - противоположный порядок следования фаз, причем электропроводящий якорь размещен на опорах, установленных с возможностью вращения.

Этот электропривод обеспечивает шаговое поступательное перемещение якоря лишь с шагом в одно зубцовое деление, не допуская при этом регулирование величины шага. Это недостаток прототипа.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка.

Указанная техническая задача достигается тем, что в линейном асинхронном электроприводе, содержащем индуктор, состоящий из сердечника с катушками многофазной обмотки, электропроводящий якорь и коммутирующее устройство, выполненное с возможностью подключения к источнику напряжения, по меньшей мере, пяти фазных катушек обмотки, образующих вдоль продольной оси индуктора первоначальный ряд, в котором до середины его прямой, а после середины - противоположный порядок следования фаз, причем для совершения шага якоря - с возможностью отключения последней катушки ряда, согласно изобретению электропривод снабжен «n» дополнительными индукторами, а «n», по меньшей мере, равно единице, причем коммутирующее устройство содержит дополнительные контакты, обеспечивающие возможность подключения к источнику напряжения, по меньшей мере, пяти фазных катушек обмотки, образующих вдоль продольных осей дополнительных индукторов первоначальные ряды, в которых до середины их - прямые, а после середины - противоположные порядки следования фаз, причем для совершения шага якоря - с возможностью отключения последних катушек рядов.

Применение дополнительных индукторов и дополнительных контактов коммутирующего устройства, расширяющих функциональные возможности ЛАЭП, определяет новизну технического решения и позволяет решить техническую задачу.

В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на фиг.1-6:

фиг.1 изображает общий вид линейного асинхронного электропривода (вид спереди);

фиг.2 - порядок подключения фаз катушек многофазных обмоток индукторов до совершения первого шага якоря (вид сверху);

фиг.3 - то же, но при отключенной последней катушки второго (среднего ряда), для совершения шага якоря на 1/3 зубцового деления;

фиг.4 - то же, но при отключении последних катушек первого (верхнего) и последнего (нижнего) рядов, для совершения шага якоря на 2/3 зубцового деления;

фиг.5 - то же, но при отключении последних катушек всех рядов для совершения шага якоря на одно зубцовое деление;

фиг.6 - фрагмент схемы подключения выводов катушек обмоток индукторов посредством коммутирующего устройства к источнику напряжения.

Линейный асинхронный электропривод (фиг.1) содержит индуктор, состоящий из сердечника 1 с катушками 2, электропроводящий якорь 3, опирающийся на шаровые опоры 4. Коммутирующее устройство 5 связывает катушки 2 с источником напряжения через рубильник 6.

На фиг.2 показан схематически фрагмент индуктора ЛАЭП (вид сверху), состоящего, например из трех сердечников 1 с катушками обмотки 2. Электропроводящий якорь 3 изображен на фиг.2 штриховой линией. На этом чертеже показан порядок подключения катушек 2 сердечников 1 к фазам источника трехфазного напряжения. Видно, что первые катушки (слева направо) обмоток всех (например трех: основного и двух дополнительных) индукторов имеют до середины ряда один (А, В, С), а после середины - противоположный (С, В, А) порядок следования фаз. Усилия F₁ и F₂, действующие на якорь 3, обозначены стрелками. На фиг.2 «t_z» обозначает величину зубцового деления обмоток индукторов ЛАЭП.

Фиг.3 изображает то же, что и фиг.2, но при отключенной последней (правой) катушке 2 обмотки второго (среднего) индуктора и иллюстрирует первый шаг: перемещение электропроводящего якоря 3 на 1/3 зубцового деления.

Фиг.4 изображает то же, что и фиг.3, но при отключенных последних катушках 2 основного (первого) и третьего (нижнего) индукторов и иллюстрирует перемещение электропроводящего якоря 3 на 2/3 зубцового деления.

Фиг.5 изображает то же, что и фиг.4, но при отключенных последних катушках 2 всех (трех: основного и двух дополнительных) индукторов и иллюстрирует завершение первого шага электропроводящего якоря 3 на одно зубцовое деление и его электромагнитную фиксацию при этом.

Фиг.6 изображает фрагмент схемы подключения катушек 2 обмотки всех (трех: основного и двух дополнительных) индукторов ЛАЭП посредством коммутирующего устройства 5 к источнику напряжения соответственно. Контакты коммутирующего устройства 5 обозначены позициями 7-51.

Рассмотрим работу данного линейного асинхронного электропривода.

До совершения первого шага электропроводящего якоря на 1/3 зубцового деления (фиг.2) коммутирующим устройством 5 к источнику напряжения подключены катушки обмоток индукторов электропривода, образующие три ряда. При этом замкнуты следующие контакты коммутирующего устройства 5 (фиг.2 и 6): в основном (первом) ряду 7, 8, 9, 10 и 11; во втором (среднем) ряду - 12, 13, 14, 15 и 16; в третьем (нижнем) ряду - 17, 18, 19, 20 и 21. Все остальные контакты 22-51 разомкнуты. В этом случае подключенные катушки обмоток основного (первого) и дополнительных (среднего и нижнего) индукторов образуют до середины каждого ряда прямой (А, В, С), а после середины - противоположный (С, В, А) порядок следования фаз. Создаются симметричные встречно бегущие магнитные поля, возбуждаемые токами, протекающими по системам катушек 2 обмоток индукторов, содержащих по три катушки 2: А, В, С слева направо и А, В, С справа налево. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают электропроводящий якорь 3 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов. При взаимодействии бегущих магнитных полей с вихревыми токами создаются механические встречно направленные усилия F₁ и F₂, действующие на электропроводящий якорь 3 (фиг.2). Эти усилия уравновешивают друг друга и удерживают электропроводящий якорь 3 в первоначальном положении (ΣF₁=ΣF₂).

Для совершения шага электропроводящий якорь на 1/3 зубцового деления коммутирующее устройство 5 отключает последнюю катушку 2 обмотки второго (среднего) индуктора от источника напряжения (фиг.3 и 6). При этом размыкается контакт 16 коммутирующего устройства 5. Контакты 7-15 остаются замкнутыми, а контакты 22-51 - разомкнутыми (фиг.3 и 6). Симметрия встречно бегущих магнитных полей нарушается, так как слева направо (фиг.3) бегущее магнитное поле возбуждается токами, протекающими по системам катушек обмотки индуктора, содержащих по три катушки в каждом ряду: А, В, С, а магнитное поле, бегущее навстречу первому (справа налево) создается токами, протекающими по системе катушек 2 обмоток индукторов, включающих лишь по две катушки в основном (первом) и третьем (нижнем) индукторах (рядах) и одну катушку во втором (среднем) ряду: В,А; В; В,А. Таким образом, магнитное поле, бегущее справа налево, является несимметричным и имеет «эллиптический» характер. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают электропроводящий якорь 3 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов в электропроводящем якоре 3. При взаимодействии бегущих магнитных полей с вихревыми токами создаются встречно направленные усилия F₁ и F₂ в каждом ряду обмоток индукторов. При этом усилие F₁ второго (среднего) ряда будет больше усилия F₂ того же ряда на одну треть, и электропроводящий якорь 3 под действием разности этих сил начнет двигаться слева направо. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока встречно направленные усилия не станут равными по величине. Равновесие усилий F₁ и F₂ наступает по завершению шага электропроводящего якоря 3 на 1/3 зубцового деления, при этом поля, бегущие навстречу друг другу, будут иметь одинаковый «эллиптический» характер, т.е. слева направо: В, С и справа налево: В, С (у всех трех индукторов).

Для совершения перемещения электропроводящего якоря 3 на 2/3 зубцового деления (фиг.4 и 6) коммутирующим устройством 5 отключаются последние катушки 2 основного (первого) и третьего (нижнего) индукторов (рядов) от источника напряжения. При этом замкнуты контакты: в первом (верхнем) ряду 7, 8, 9, 10; во втором (среднем) ряду - 12, 13, 14, 15 и 16; в третьем (нижнем) ряду - 17, 18, 19, 20. Разомкнуты контакты 11,21 и 22-51 коммутирующего устройства 5.

Симметрия встречно бегущих магнитных полей нарушается, так как бегущее магнитное поле возбуждается токами, протекающими по системам катушек обмоток индукторов, содержащих по три катушки в каждом ряду: А, В, С, а магнитное поле, бегущее навстречу первому (справа налево) создается токами, протекающими по системе катушек 2 обмотки индуктора, включающей лишь две катушки во втором (среднем) ряду и по одной катушке в первом (верхнем) и третьем (нижнем) рядах: В; В,А; В. Таким образом, магнитное поле, бегущее справа налево, является несимметричным и имеет «эллиптический» характер. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают электропроводящий якорь 3 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов в электропроводящем якоре 3. При взаимодействии бегущих магнитных полей с вихревыми токами создаются встречно направленные усилия F₁ и F₂. Усилия F₁ основного (первого) и третьего (нижнего) индукторов (рядов) будут больше, чем усилия F₂ этих же рядов на две трети и электропроводящий якорь 3 под действием разности этих сил начнет двигаться слева направо. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока встречно направленные усилия не станут равными по величине. Равновесие усилий F₁ и F₁ наступает по завершению шага на 2/3 зубцового деления, при этом поля, бегущие навстречу друг другу будут иметь одинаковый «эллиптический» характер. Эти усилия фиксируют электропроводящий якорь 3 в новом положении.

Для совершения перемещения электропроводящего якоря 3 на одно зубцовое деление (фиг.5 и 6) коммутирующим устройством 5 отключаются последние катушки 2 всех индукторов (рядов) от источника напряжения. При этом размыкаются контакты: в основном (первом) ряду 7, 8, 9, 10; во втором (среднем) ряду - 12, 13, 14, 15; в третьем (нижнем) ряду - 17, 18, 19, 20. Разомкнуты контакты: 11, 16, 21 и 22-51 коммутирующего устройства 5. Симметрия встречно бегущих магнитных полей нарушается, так как бегущее магнитное поле возбуждается токами, протекающими по системам 2 катушек обмоток индукторов (рядов), содержащих по три катушки в каждом ряду: А, В, С, а магнитное поле, бегущее навстречу первому (справа налево) создается токами, протекающими по системе катушек 2 обмоток индукторов, включающих лишь по две катушки в каждом из трех рядов: В,С; В,С; В,С. Таким образом, магнитное поле, бегущее справа налево, является несимметричным и имеет «эллиптический» характер. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают электропроводящий якорь 3 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов в электропроводящем якоре 3. При взаимодействии бегущих магнитных полей с вихревыми токами создаются встречно направленные усилия F₁ и F₂. Усилия F₁ всех рядов будут больше, чем усилия F₂ этих же рядов и электропроводящий якорь под действием разности этих сил начнет двигаться слева направо. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока встречно направленные усилия не станут равными по величине. Равновесие усилий F₁ и F₂ наступает по завершению шага на одно зубцовое деление, при этом поля, бегущие навстречу друг другу, будут иметь одинаковый «эллиптический» характер. Эти усилия фиксируют электропроводящий якорь 3 в новом положении. Число шагов ЛАЭП может быть сколь угодно большим.

Управлять включением контактов коммутирующего устройства 5 можно и с помощью ЭВМ.

По сравнению с прототипом расширены функциональные возможности электропривода: получена возможность варьировать величину шага электропроводящего якоря.

Линейный асинхронный электропривод, состоящий из сердечника, включающего ярмо и зубцы, на зубцах размещены катушки трехфазной обмотки, электропроводящий якорь, установленный на опорах, коммутирующее устройство, выполненное с возможностью подключения к источнику напряжения, по меньшей мере, пяти фазных катушек обмотки, образующих вдоль продольной оси индуктора первоначальный ряд, в котором до середины его прямой, а после середины - противоположный порядок следования фаз, причем для совершения шага якоря - с возможностью отключения последней катушки ряда, отличающийся тем, что электропривод снабжен «n» дополнительными индукторами, а «n», по меньшей мере, равно единице, причем коммутирующее устройство содержит дополнительные контакты, обеспечивающие возможность подключения к источнику напряжения, по меньшей мере, пяти фазных катушек обмотки, образующих вдоль продольных осей дополнительных индукторов первоначальные ряды, в которых до середины их прямые, а после середины - противоположные порядки следования фаз, причем, для совершения шага якоря - с возможностью отключения последних катушек рядов.