Линейный асинхронный двигатель
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для электроприводов с прямолинейным или возвратно-поступательным движением рабочих органов и для высокоскоростного наземного транспорта. Устройство содержит основной индуктор и вторичный элемент из электропроводящего материала. Индуктор состоит из сердечника и трехфазной обмотки. Катушки обмотки образуют ряды в продольном и в поперечном направлениях. Продольные ряды катушек обмотки имеют прямые порядки следования фаз. Поперечные ряды катушек имеют до середины ряда один, а после середины - противоположный порядок следования фаз. Двигатель снабжен дополнительным индуктором, расположенным параллельно основному. Катушки его обмотки имеют тот же порядок следования фаз. Вторичный элемент образован сочетанием пяти электропроводящих полос в форме параллелепипедов. Крайние и средняя полосы имеют меньшее активное сопротивление, чем полосы, размещенные между ними. Оба индуктора установлены на общем ферромагнитном основании. Технический результат заключается в увеличении силы поперечной стабилизации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области электротехники, а более точно - к линейным асинхронным двигателям (ЛАД), предназначенным для электроприводов с прямолинейным или возвратно-поступательным движением рабочих органов.
Известен ЛАД, содержащий индуктор и вторичный элемент из электропроводящего материала, причем индуктор состоит из сердечника и трехфазной обмотки, при этом катушки обмотки образуют ряды в продольном и поперечном направлениях, продольные ряды катушек обмотки образуют одинаковые порядки следования фаз, а поперечные ряды катушек имеют до середины один, а после середины - противоположный порядок следования фаз (см. например, а.с. СССР №868942, МПК Н 02 К 41/025, 30.09.1981 г.). Рост-на-Дону ИИЖТ.
Недостатком данного линейного асинхронного двигателя следует считать недостаточно большие усилия поперечной стабилизации.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является ЛАД по патенту РФ №2211524, МПК Н 02 К 41/025, 2003 г., содержащий индуктор и вторичный элемент из электропроводящего материала, причем индуктор состоит из сердечника и трехфазной обмотки, катушки которой образуют ряды в продольном и поперечном направлениях, продольные ряды катушек обмотки образуют одинаковые порядки следования фаз, а поперечные ряды катушек имеют до середины ряда один, а после середины - противоположный порядок следования фаз, а вторичный элемент содержит участки с неодинаковыми активными сопротивлениями. Этот ЛАД выбран в качестве прототипа.
Недостаточные усилия поперечной стабилизации - это недостаток прототипа.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка в разработанной конструкции ЛАД.
Решение технической задачи достигается тем, что в линейном асинхронном двигателе, содержащем индуктор и вторичный элемент из электропроводящего материала, причем индуктор состоит из сердечника и трехфазной обмотки, катушки обмотки образуют ряды в продольном и поперечном направлениях, продольные ряды катушек обмотки образуют одинаковые порядки следования фаз, а поперечные ряды имеют до середины один, а после середины - противоположный порядок следования фаз, установлен дополнительный индуктор, расположенный параллельно основному, причем катушки его трехфазной обмотки имеют тот же порядок следования фаз, а вторичный элемент образован сочетанием пяти электропроводящих полос, примыкающих друг к другу и выполненных в форме параллелепипедов, причем средняя и крайние полосы имеют меньшее активное сопротивление, чем полосы, расположенные между ними, при этом основной и дополнительный индукторы расположены на общем ферромагнитном основании.
Как вариант крайние и средняя полосы вторичного элемента имею большую высоту, чем полосы заключенные между ними.
Как вариант, крайние и средняя полосы вторичного элемента выполнены из материала с меньшим активным сопротивлением, чем у материала полос, расположенных между ними.
Установка дополнительного индуктора, размещение основного и дополнительного индукторов на общем ферромагнитном основании и выполнение вторичного элемента из пяти электропроводящих полос, примыкающих друг к другу - эти технические признаки определяют новизну изобретения.
В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает схематически конструкцию линейного асинхронного двигателя (вид спереди - поперечное сечение);
фиг.2 - схему подключения катушек обмоток индукторов ЛАД к фазам источника трехфазного напряжения;
фиг.3 - симметричное расположение электропроводящего вторичного элемента относительно индукторов ЛАД;
фиг.4 - поперечное смещение вторичного элемента вправо относительно индукторов ЛАД.
Линейный асинхронный двигатель (фиг.1) содержит основной индуктор 1 и вторичный элемент 2 из электропроводящего материала, причем индуктор состоит из сердечника и трехфазной обмотки, катушки 3 которой образуют ряды в продольном и в поперечном направлениях. Заявляемый ЛАД снабжен дополнительным индуктором 4, расположенным параллельно основному индуктору 1. Катушки 5 дополнительного индуктора 4 имеют тот же порядок следования фаз, что и катушки 3 основного индуктора 1. Основной 1 и дополнительный 4 индукторы ЛАД установлены на общем ферромагнитном основании 6. Вторичный элемент 2 образован сочетанием пяти электропроводящих полос, примыкающих друг к другу и выполненных в форме параллелепипедов. Причем средняя и крайние полосы выполнены с меньшим активным сопротивлением, чем полосы расположенные между ними (фиг.1). Вариант выполнения вторичного элемента из полос, выполненных из материалов с разным активным сопротивлением на чертежах не показано.
На фиг.2 символами "А", "В" и "С" обозначены катушки 3 и 5 трехфазных обмоток основного и дополнительного индукторов, подключенные к соответствующим фазам источника трехфазного напряжения. Продольные ряды катушек обмоток обоих индукторов образуют прямые порядки следования фаз А, В и С, а поперечные ряды катушек имеют до середины один, а после середины - противоположный порядок следования фаз А, В и С (фиг.2). Усилия, возникающие при взаимодействии бегущих магнитных полей с токами, ими индуктированными во вторичном элементе, обозначены стрелками и символами Fт, F1, F2, F3 и F4.
На фиг.3 показано симметричное расположение вторичного элемента 2 относительно основного и дополнительного индукторов ЛАД в поперечном направлении. Остальные обозначения те же, что и на фиг.1 и фиг.2.
На фиг.4 показано поперечное смещение вторичного элемента 2 вправо относительно основного и дополнительного индукторов ЛАД. Обозначения те же, что и выше.
Рассмотрим принцип работы данного линейного асинхронного двигателя.
При подключении катушек 3 и 5 основного 1 и дополнительного 4 индукторов к фазам А, В и С трехфазного источника напряжения (фиг.1 и фиг.2) возбуждаются бегущие магнитные поля, пересекающие электропроводящий вторичный элемент 2 и наводящие в нем электродвижущие силы. Под действием электродвижущих сил (ЭДС) во вторичном элементе 2 потекут вихревые токи, которые будут взаимодействовать с бегущими магнитными полями. При этом будут создаваться механические усилия. При взаимодействии магнитных полей, возбуждаемых продольными рядами катушек 3 и 5 индукторов 1 и 4, имеющими одинаковые порядки следования фаз (фиг.1 и фиг.2), с вихревыми токами, ими индуктированными во вторичном элементе 2, будут создаваться механические усилия FТ (фиг.2), под действием которых вторичный элемент 2 будет перемещаться в направлении продольно бегущих магнитных полей. Одновременно поперечные ряды катушек 3 и 5 основного 1 и дополнительного 4 индукторов линейного асинхронного двигателя будут возбуждать (в каждом поперечном сечении ЛАД) встречно бегущие магнитные поля, например, А, В, С и С, В, А: А, В, С и С, В, А ( верхняя, строчка на фиг.2) и так далее. Эти поперечно бегущие навстречу друг другу магнитные поля, пересекая вторичный элемент 2, будут индуктировать в нем ЭДС и вихревые токи. При взаимодействии поперечно бегущих слева направо магнитных полей основного 1 и дополнительного 4 индукторов ЛАД с вихревыми токами, ими индуктированными во вторичном элементе 2 (фиг 1 и фиг.2), будут создаваться (в каждом поперечном сечении линейного асинхронного двигателя) одинаковые механические усилия F1 и F3, действующие слева направо. А при взаимодействии поперечно бегущих справа налево магнитных полей обоих индукторов, с вихревыми токами, ими индуктированными во вторичном элементе 2, будут создаваться также одинаковые механические усилия F2 и F4, действующие также справа налево в каждом поперечном сечении ЛАД (фиг.1 и 4 фиг 2). При симметричном расположении вторичного элемента 2 относительно основного 1 и дополнительного 2 индукторов в поперечном направлении (фиг.5, фиг.2 и фиг.3) усилия F1 и F2 и усилия F3 и F4 взаимно уравновешиваются и не оказывают никакого влияния на движение вторичного элемента 2.
Если по каким-то причинам вторичный элемент сместился вправо относительно основного 1 и дополнительного 2 индукторов (фиг.4), то нарушается равновесие механических усилий, действующих в поперечном направлении навстречу друг другу. Усилие F1 уменьшится в каждом поперечном сечении ЛАД, поскольку оно будет создаваться при взаимодействии эллиптических бегущих магнитных полей с вихревыми токами, ими индуктированными во вторичном элементе 2. В левой части индуктора 1 (фиг.4) бегущие слева направо эллиптические магнитные поля будут возбуждаться токами всего двух катушек, подключенных к фазам В и С источника трехфазного напряжения (ведь левая катушка, подключенная к фазе А не взаимодействует со вторичным элементом). Поэтому и усилия F1 уменьшаются. Одновременно усилия F2, действующие на вторичный элемент слева направо, увеличатся за счет того, что при смещении вторичного элемента вправо (фиг.4) магнитное поле, бегущее в основном индукторе справа налево остается по прежнему круговым (оно создается токами трех катушек С, В и А), а активное сопротивление вторичного элемента 2 над этой зоной катушек увеличивается за счет того, что при смещении вторичного элемента над катушками С, В и А основного индуктора 1 сечение части вторичного элемента уменьшается. В результате усилие F2 возрастает. При таком смещении вторичного элемента 2 усилие F3, (фиг.4) уменьшится по сравнению с симметричным его расположением относительно индукторов ЛАД (фиг.3). Объясняется это тем, что хотя и характер бегущего слева направо магнитного поля дополнительного индуктора 4 остается круговым (создается токами грех катушек А, В и С (фиг.4), но активное сопротивление части вторичного элемента 2, располагающегося над этими катушками снизится за счет того, что увеличивается сечение (поперечное) данной части вторичного элемента. Это отчетливо видно на примере (фиг.4). Одновременно с этим встречно направленное ему усилие F4 увеличится за счет возрастания активного сопротивления части вторичного элемента, расположившейся над катушками С, В и А дополнительного индуктора 4. В результате возникнет разность механических усилий F2-F1 и F4-F3, под действием которых вторичный элемент 2 будет автоматически возвращаться в симметричное положение (фиг.1 и фиг.3).
По сравнению с прототипом увеличены поперечные усилия, возвращающие вторичный элемент в симметричное положение.
1. Линейный асинхронный двигатель, содержащий основной индуктор и вторичный элемент из электропроводящего материала, причем индуктор состоит из сердечника и трехфазной обмотки, а катушки трехфазной обмотки образуют ряды в продольном и поперечном направлениях, причем продольные ряды катушек имеют одинаковые порядки следования фаз, а поперечные ряды катушек имеют до середины один, а после середины - противоположный порядок следования фаз, отличающийся тем, что двигатель содержит дополнительный индуктор, расположенный параллельно основному, причем катушки его трехфазной обмотки имеют тот же порядок следования фаз, что и катушки основного индуктора, а вторичный элемент образован сочетанием пяти электропроводящих полос и выполненных в форме параллелепипедов, примыкающих друг к другу, причем крайние и средняя полосы имеют меньшее активное сопротивление, чем полосы, расположенные между ними, а оба индуктора установлены на общем ферромагнитном основании;
2. Линейный асинхронный двигатель по п.1, отличающийся тем, что крайние и средняя полосы вторичного элемента имеют большую высоту, чем полосы, расположенные между ними.
3. Линейный асинхронный двигатель по п.1, отличающийся тем, что крайние и средняя полосы вторичного элемента изготовлены из материала с меньшим активным сопротивлением, чем полосы, расположенные между ними.
