Линейный электродвигатель

Изобретение относится к области электротехники, в частности к линейным электродвигателям. Технический результат – улучшение массогабаритных характеристик, повышение силы тяги, а также повышение КПД. Линейный электродвигатель содержит статор, состоящий из магнитного корпуса, в котором расположена намагничивающая катушка, создающая магнитный поток. Катушка установлена на немагнитном каркасе. Электродвигатель включает верхний магнитный полюс, сечение которого имеет форму прямоугольной трапеции, торцевой магнитный полюс и нижний магнитный полюс, имеющий выборку в виде цилиндра, а также немагнитную вставку. Якорь электродвигателя состоит из верхнего магнитопровода, имеющего форму усеченного конуса, нижнего магнитопровода, немагнитной втулки, насаженных на немагнитный стержень. Якорь установлен в статоре при помощи немагнитного каркаса и немагнитной вставки, выполняющих роль подшипников скольжения, а также возвратной пружины, шайбы и гайки. 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к линейным электродвигателям, которые находят широкое применение в дискретном электроприводе.

Уровень техники

Известен линейный электродвигатель, состоящий из статора с намагничивающими катушками и бегуна, выполненных из чередующихся магнитных и немагнитных колец и прилегающих к рабочим воздушным зазорам магнитных и немагнитных элементов вблизи каждой намагничивающей катушки, нижний предел отношения радиального и осевого размеров немагнитного элемента в осевом сечении равен 0,5:1, при чем, верхний предел указанного отношения достигает значения 1:1 (см. патент РФ №2031518, Кл. Н02К 33/02, опубл. 20.03.1995).

Недостатком известной конструкции является низкая эффективность магнитной системы на единицу массы и мощности, а следовательно, и низкий коэффициент полезного действия.

Известен линейный электродвигатель, содержащий якорь, установленный в немагнитной направляющей втулке, намагничивающую обмотку и магнитопровод, включающий цилиндрическое ярмо, верхний кольцевой полюс и нижний кольцевой полюс, снабженный обхватывающим немагнитную направляющую втулку ферромагнитным цилиндром, с целью повышения плавности хода якоря, между верхним кольцевым полюсом и ферромагнитным цилиндром установлена ферромагнитная вставка в виде втулки, причем толщина верхнего кольцевого полюса и стенки ферромагнитной вставки в 5-10 раз меньше толщины стенки обхватывающего немагнитную направляющую втулку ферромагнитного цилиндра (См. авторское свидетельство СССР №743132, Кл. Н02К 33/02, опубл. 25.06.1980).

Недостатком известной конструкции является: конструкция является нетехнологичной и трудоемкой при изготовлении, обладает большими массогабаритными показателями, и низким коэффициентом полезного действия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту и принятый авторами за прототип является линейный электродвигатель, состоящий из статора, собранного из магнитных и немагнитных элементов и намагничивающих катушек, якоря, выполненного из чередующихся магнитных и немагнитных колец, при чем, форма сечения торцов основных и промежуточных полюсов статора имеет вид усеченной неравнобедренной трапеции, образованной двумя фасками под внешними углами 45 и 60°, прилегающими к поверхностям немагнитной вставки статора и якоря и образующими соотношение толщины сечения магнитопровода статора к вершине усеченной трапеции торца полюсов статора 4:1; форма сечения торцов магнитных колец якоря имеет вид неправильного прямоугольника, образованного фасками под внешним углом 60°, прилегающими к внутренней поверхности статора при соотношении длины торца магнитных колец якоря к их максимальной длине 1:4. (см. патент РФ №2361353, Кл. Н02К 41/03, опубл. 10.07.2009).

Недостатком конструкции линейного электродвигателя являются большие массогабаритные показатели, малая сила тяги, низкий коэффициент полезного действия.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является - разработка линейного

электродвигателя, обладающего сниженными массогабаритными показателями, повышенной силой тяги, повышенным коэффициентом полезного действия.

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемой конструкции, сводится к улучшению массогабаритных показателей, повышению силы тяги, а так же повышению коэффициента полезного действия, за счет изменения длины воздушных зазоров, практически до нуля, посредством устранения шунтирующих магнитных потоков.

Технический результат достигается тем, что линейный электродвигатель, содержащий статор, магнитный корпус, намагничивающую катушку, при этом он дополнительно снабжен немагнитным каркасом, с установленным на нем верхним магнитным полюсом, сечение которого имеет форму прямоугольной трапеции, торцевым магнитным полюсом, нижним магнитным полюсом, имеющий выборку в виде цилиндра, закрепленные при помощи болтов к магнитному корпусу, при этом якорь располагающийся в статоре при помощи немагнитного каркаса и немагнитной вставки, выполнен с возможностью роли подшипников скольжения, и состоит из верхнего магнитопровода имеющего форму усеченного конуса, нижнего магнитопровода и немагнитной втулки насаженных на немагнитный стержень, а так же из возвратной пружины, установленной между торцевым магнитным полюсом и шайбой, закрепленной гайкой.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 - представлен общий вид линейного электродвигателя.

На фиг. 2 - представлен разрез линейного электродвигателя с нанесением

основных магнитных потоков в начале рабочего хода.

На фиг. 3 - представлен разрез линейного электродвигателя с нанесением основных магнитных потоков в конце рабочего хода.

Осуществление изобретения

Линейный электродвигатель (см. фиг. 1) содержит статор 1, который состоит из магнитного корпуса 2, в котором расположена намагничивающая катушка 3, создающая магнитный поток Ф, установленная на немагнитном каркасе 4, верхнего магнитного полюса 5, сечение которого имеет форму прямоугольной трапеции, торцевого магнитного полюса 6, закрепленного при помощи болта 7 и нижнего магнитного полюса 8, имеющего выборку в виде цилиндра, закрепленного при помощи болта 9 к магнитному корпусу 2, а так же немагнитной вставки 10. Якорь 11 линейного электродвигателя состоит из верхнего магнитопровода 12, имеющего форму усеченного конуса, нижнего магнитопровода 13, немагнитной втулки 14, насаженных на немагнитный стержень 15. Якорь 11, который установлен в статоре 1 при помощи немагнитного каркаса 4 и немагнитной вставки 10, выполняющий роль подшипников скольжения, возвратной пружины 16, шайбы 17 и гайки 18.

Предлагаемый линейный электродвигатель работает следующим образом (см. фиг. 1, 2, 3): при отсутствии питания намагничивающей катушки 3, якорь И занимает верхнее положение под действием возвратной пружины 16. При подачи на намагничивающую катушку 3 напряжения, по ней начинает протекать ток, создающий магнитный поток Ф замыкающийся через магнитный корпус 2, торцевой магнитный полюс 6, верхний магнитопровод 12, верхний магнитный полюс 5, нижний магнитопровод 13 и нижний магнитный полюс 8. Магнитный поток Ф на границе верхнего магнитопровода 12 и воздушного зазора длиной Δ₁ разделяется на рабочий поток Ф₁, проходящий через воздушный зазор длиной Δ₁ и шунтирующий магнитный поток Ф_1δ, проходящий по немагнитной втулке 14, далее эти магнитные потоки суммируются в верхнем магнитном полюсе 5. Проходя по верхнему магнитному полюсу 5 на уровне начала нижнего магнитопровода 13 магнитный поток Ф разделяется на рабочий магнитный поток Ф_2.1, проходящий по верхнему магнитному полюсу 5 и рабочий магнитный поток Ф_2.2, проходящий по нижнему магнитопроводу 13, в котором они суммируются. Магнитный поток Ф на границе нижнего магнитопровода 13 и воздушного зазора длиной Δ₂, разделяется на рабочий магнитный поток Ф₃, проходящий через воздушный зазор длиной Δ₂ и шунтирующий магнитный поток Ф_3δ, проходящий по немагнитной вставке 10, далее эти магнитные потоки суммируются в нижнем магнитном полюсе 8. Разделение магнитного потока Ф на рабочий магнитный поток Ф₁ и шунтирующий магнитный поток Ф1δ, происходит из-за наличия воздушного зазора длиной Δ₁ соизмеримости магнитного сопротивления воздушного зазора и немагнитной втулки 14, а так же формы сечения верхнего магнитопровода 12 в виде усеченного конуса и верхнего магнитного полюса 5 в виде прямоугольной трапеции. Разделение магнитного потока Ф на рабочие магнитные потоки Ф_2.1 и Ф_2.2 происходит из-за соизмеримости магнитного сопротивления верхнего магнитного полюса 5 и нижнего магнитопровода 13. Разделение магнитного потока Ф на рабочий магнитный поток Ф₃ и шунтирующий магнитный поток Ф_3δ возникает из-за соизмеримости магнитных сопротивлений воздушного зазора длиной Δ₂ и немагнитной вставки 10. В результате прохождения рабочих магнитных потоков Ф₁ Ф_2.1, Ф_2.2, Ф₃ возникает электромагнитная сила, которая приводит к перемещению якоря 11 в нижнее положение. При достижении якорем 11 нижнего положения (см. фиг. 3), длина Δ₁ и Δ₂ воздушных зазоров стремится к нулю, при этом магнитный поток Ф в месте стыкового соединения верхнего магнитопровода 12 и верхнего магнитного полюса 5 не разделяется из-за значительно меньшего магнитного сопротивления по сравнению с магнитным сопротивлением немагнитной втулки 14. Проходя по верхнему магнитному полюсу 5, магнитный поток Ф переходит в нижний магнитопровод 13 из-за значительно большего магнитного сопротивления немагнитной вставки 10 по сравнению с магнитным сопротивлением нижнего магнитопровода 13. В нижней части нижнего магнитопровода 13, который заходит в выборку в виде цилиндра нижнего магнитного полюса 8, магнитный поток Ф разделяется на два рабочих магнитных потока Ф_3.1 и Ф_3.2. За счет наличия воздушных зазоров длиной Δ₁ и Δ₂ немагнитной втулки 14, а также немагнитной вставки 10, позволяет получить наиболее эффективное использование магнитного потока Ф в верхнем положении якоря 11. При переходе от верхнего к нижнему положению якоря 11 изменяется длина воздушных зазоров Δ₁ и Δ₂ практически до нуля, при этом исчезают шунтирующие магнитные потоки Ф_1.1δ и Ф_3δ, магнитный рабочий поток Ф разделяется на рабочие магнитные потоки Ф_3.1 и Ф_3.2 при заходе нижнего магнитопровода 13 в выборку в виде цилиндра нижнего магнитного полюса 8, что способствует повышению силы тяги, увеличению коэффициента полезного действия, обеспечению необходимой плавности хода якоря и улучшению массогабаритных показателей. После отключения напряжения от намагничивающей катушки 3 исчезает магнитный поток Ф, а следовательно рабочие магнитные потоки Ф_3.1 Ф_3.2, при этом якорь 11 под действием возвратной пружины 16 возвращается в верхнее положение.

По сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями предлагаемый линейный электродвигатель имеет ряд преимуществ:

- за счет оптимальной формы элементов магнитной системы, улучшаются массогабаритные показатели;

- за счет формы верхнего магнитопровода в виде усеченного конуса и верхнего магнитного полюса, в сечении имеющего форму прямоугольной трапеции, а так же нижнего магнитного полюса имеющего выборку в виде цилиндра, повышается сила тяги;

- за счет изменения длины воздушных зазоров, практически до нуля, устраняя шунтирующие магнитные потоки, увеличивается коэффициент полезного действия.

Линейный электродвигатель, содержащий статор, магнитный корпус, намагничивающую катушку, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен немагнитным каркасом с установленным на нем верхним магнитным полюсом, сечение которого имеет форму прямоугольной трапеции, торцевым магнитным полюсом, нижним магнитным полюсом, имеющим выборку в виде цилиндра, закрепленными при помощи болтов к магнитному корпусу, при этом якорь, располагающийся в статоре при помощи немагнитного каркаса и немагнитной вставки, выполнен с возможностью роли подшипников скольжения и состоит из верхнего магнитопровода, имеющего форму усеченного конуса, нижнего магнитопровода и немагнитной втулки, насаженных на немагнитный стержень, а также из возвратной пружины, установленной между торцевым магнитным полюсом и шайбой, закрепленной гайкой.