Патент на изобретение №2366064
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
(57) Реферат:
Изобретение относится к электротехнике, к линейным двигателям переменного тока, и может быть использовано в электромеханических системах с поступательным движением. Технический результат заключается в улучшении массогабаритных показателей. Электродвигатель содержит шихтованный магнитопровод статора 2, с расположенной на нем многофазной обмоткой 1, и крепящийся к корпусу 3. Фланец 4 соединен с корпусом. Ротор имеет три кольцевых постоянных магнита 5, расположенных между двумя магнитопроводами 8. Два магнитопровода 6 имеют клювообразные зубцы 7, обращенные к внутренней цилиндрической поверхности шихтованного магнитопровода 2 статора. Немагнитные втулки 10 крепятся к боковым магнитопроводам и вращающаются в подшипниках 9. Ферромагнитный лайнер 11 имеет возможность поступательного перемещения вдоль оси вращения ротора. Все постоянные магниты 5 намагничены в осевом направлении встречно. Магнитопроводы 6, 8 и ферромагнитный лайнер 11 имеют резьбу с одинаковым шагом на внутренней и на наружной цилиндрических поверхностях соответственно. 3 ил.
Изобретение относится к электротехнике, конкретно к линейным двигателям переменного тока, и может быть использовано в электромеханических системах с поступательным движением. Известен электродвигатель, содержащий магнитопровод статора, обмотку якоря, ярмо статора, кольцевые постоянные магниты, намагниченные радиально, ротор и ходовой элемент в виде полого цилиндра с резьбой на наружной поверхности. Ротор имеет две магнитные гайки в виде полых цилиндров с когтеобразными выступами, образующими чередующиеся полюса (а.с. СССР Недостатком известного двигателя являются низкие массо-габаритные показатели, связанные с наличием паразитного воздушного зазора и с малым значением магнитной индукции в магнитных гайках, а также значительным расстоянием между ними. Наиболее близким к заявленному электродвигателю по составу и функциональным признакам является шаговый электродвигатель, имеющий два пакета статора с обмотками управления, ротор с двумя магнитопроводами, имеющими резьбу на внутренней цилиндрической поверхности, кольцевой постоянный магнит в виде полого цилиндра, намагниченный аксиально и размещенный между магнитопроводами ротора, и лайнер в виде полого ферромагнитного цилиндра, имеющего резьбу на наружной поверхности (а.с. СССР Его недостатком являются низкие массо-габаритные показатели, связанные с большим магнитным потоком, замыкающимся через магнитный лайнер, имеющий большое поперечное сечение, с большим радиальным размером кольцевого постоянного магнита, создающего поток возбуждения для двигателя вращательного движения и для преобразователя движения “гайка-винт”, а также с наличием паразитных воздушных зазоров и большим расстоянием между магнитопроводами ротора. Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в улучшении массогабаритных показателей линейного электродвигателя. Технический результат достигается тем, что в линейный электродвигатель, содержащий шихтованный магнитопровод статора, на котором имеется многофазная обмотка, ротор, имеющий кольцевой постоянный магнит, расположенный между двумя магнитопроводами с резьбой на внутренней цилиндрической поверхности, ферромагнитный лайнер с резьбой на наружной цилиндрической поверхности, имеющий возможность поступательного движения, введены третий и четвертый магнитопроводы, имеющие резьбу на внутренней цилиндрической поверхности, а между ними соосные второй и третий кольцевые постоянные магниты, примыкающие к первому и второму магнитопроводам соответственно, которые имеют клювообразные зубцы, обращенные к внутренней цилиндрической поверхности шихтованного магнитопровода статора, причем все постоянные магниты намагничены в осевом направлении встречно, а магнитопроводы и ферромагнитный лайнер имеют резьбу с одинаковым шагом на внутренней и на наружной цилиндрических поверхностях соответственно. Сущность заявленного изобретения поясняется на Фиг.1-3, где: Фиг.1 – конструктивная схема электродвигателя; Фиг.2 – контурная схема сечения электродвигателя с тремя постоянными магнитами, выполненная в относительных единицах; Фиг.3 – контурная схема сечения электродвигателя с тем же осевым усилием и с одним постоянным магнитом, выполненная в относительных единицах (прототип). Здесь: 1 – многофазная обмотка, 2 – шихтованный магнитопровод, 3 – корпус, 4 – фланец, 5 – постоянные магниты, 6 – два магнитопровода с клювообразными зубцами 7, 8 – магнитопроводы, 9 – два радиально-упорных подшипника, 10 – две опорные немагнитные втулки, 11 – ферромагнитный цилиндрический лайнер. Шихтованный магнитопровод статора 2 имеет многофазную обмотку 1 и крепится к корпусу 3, соединенному с фланцем 4. Три высококоэрцитивных постоянных магнита 5 закреплены между четырьмя магнитопроводами: второй постоянный магнит расположен между магнитопроводами 6, имеющими клювообразные зубцы 7, первый и третий постоянные магниты закреплены с торцов магнитопроводами 8. Немагнитные втулки 10 крепятся к магнитопроводам 8 и вращаются на подшипниках 9. Магнитопроводы 6, 8 и ферромагнитный лайнер 11 имеют резьбу с одинаковым шагом на внутренней и на наружной цилиндрических поверхностях соответственно. Магнитный поток, созданный средним постоянным магнитом 5, замыкается по двум путям. Часть потока идет по магнитопроводам 6 радиально к периферии, к зубцам 7, преодолевает рабочий воздушный зазор, проходит через зубцы шихтованного магнитопровода 2 и замыкается через спинку статора. Вторая часть магнитного потока среднего постоянного магнита 5 проходит через магнитопроводы 6 радиально в сторону лайнера, через выступы резьбы, преодолевает рабочий воздушный зазор и замыкается через лайнер 11. Магнитные потоки, созданные крайними постоянными магнитами 5, идут радиально через магнитопроводы 6 и 8 в сторону лайнера, через выступы резьбы, преодолевают рабочий воздушный зазор и замыкаются через лайнер 11. Электродвигатель работает следующим образом. При подаче на обмотку 1 статора двух или трехфазной системы напряжений возникает вращающееся магнитное поле. Оно взаимодействует с клювообразными зубцами 7, которые представляют собой полюса с чередующейся полярностью. В результате ротор, содержащий постоянные магниты 5 и магнитопроводы 6, 8, вращается синхронно с магнитным полем статора. При этом резьба на внутренних цилиндрических поверхностях магнитопроводов 6, 8 смещается относительно резьбы на поверхности лайнера 11, который может перемещаться поступательно вдоль оси вращения ротора. Появляется осевое усилие, действующее на лайнер 11, который приводит в движение исполнительный механизм. Скорость движения лайнера определяется формулой
где h – шаг резьбы; p – число пар полюсов, образованных зубцами 3; Для подтверждения эффективности предлагаемого электродвигателя приведем формулы для осевого усилия:
где U Рассмотрим контурные схемы сечения электродвигателя с тремя постоянными магнитами (Фиг.2) и электродвигателя с одним магнитом (Фиг.3.). Предположим, что магнитный поток, созданный средним постоянным магнитом, делится пополам между потоком, проходящим через пакет статора, и потоком, проходящим через лайнер. Суммарный магнитный поток трех постоянных магнитов на Фиг.2 равен магнитному потоку постоянного магнита на Фиг.3. Видно, что боковые постоянные магниты создают магнитный поток в лайнере в 2,5 раза меньше, чем в случае двигателя с одним магнитом. Следовательно, массивная часть лайнера (без резьбы) имеет площадь поперечного сечения, в 2,5 раза меньшую, чем у лайнера по Фиг.3, где весь магнитный поток, создающий усилие, проходит через одно поперечное сечение лайнера. Во столько же раз меньше объем и масса части лайнера, лежащей вне активной длины электродвигателя. Диаметр массивной части лайнера по Фиг.2 меньше, чем эта величина по Фиг.3, в 1,58 раза. Далее, торцевая площадь одного постоянного магнита на Фиг.2 в три раза меньше, чем у постоянного магнита на Фиг.3. Следовательно, наружный диаметр магнитопровода статора на Фиг.2 значительно меньше, чем эта величина на Фиг.3. Следует признать, что поскольку средний диаметр по зазору у электродвигателя по Фиг.3 больше, то при том же осевом усилии его активная длина несколько меньше. Электродвигатель на Фиг.2 имеет наружный радиус активной части 76 мм и активную длину 95 мм, что дает объем цилиндра 1723853 мм3 = 1724 см3. Электродвигатель на Фиг.3 имеет наружный радиус активной части 105 мм и активную длину 65 мм, что дает объем цилиндра 2251342 мм3 = 2251 см3. Отношение объемов цилиндров, соответствующих двигателям по Фиг.2 и Фиг.3, имеет значение 2251342/1723853=1,306, т.е. предлагаемый электродвигатель занимает объем на активной длине в 1,3 раза меньше, чем электродвигатель с одним постоянным магнитом. Если учесть отсутствие у предлагаемого электродвигателя паразитных зазоров, то массогабаритные показатели значительно улучшатся по сравнению с прототипом. Следует признать, что у предлагаемого двигателя постоянные магниты расположены на роторе, что увеличивает его момент инерции и несколько снижает динамические характеристики. Отметим, что радиально-упорные подшипники 9 воспринимают осевое усилие, которое создает исполнительный механизм, приводимый в движение.
Формула изобретения
Линейный электродвигатель, содержащий шихтованный магнитопровод статора, на котором имеется многофазная обмотка, ротор, имеющий кольцевой постоянный магнит, расположенный между двумя магнитопроводами с резьбой на внутренней цилиндрической поверхности, ферромагнитный лайнер с резьбой на наружной цилиндрической поверхности, имеющий возможность поступательного движения, отличающийся тем, что в ротор введены третий и четвертый магнитопроводы, имеющие резьбу на внутренней цилиндрической поверхности, а между ними соосные второй и третий кольцевые постоянные магниты, примыкающие к первому и второму магнитопроводам соответственно, которые имеют клювообразные зубцы, обращенные к внутренней цилиндрической поверхности шихтованного магнитопровода статора, причем все постоянные магниты намагничены в осевом направлении встречно, а магнитопроводы и ферромагнитный лайнер имеют резьбу с одинаковым шагом на внутренней и на наружной цилиндрических поверхностях соответственно.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
1410215, МКИ 4 Н02К 41/02, 7/06, БИ 
,
– угловая частота питающего напряжения; f – циклическая частота питающего напряжения.
– магнитное напряжение на рабочем воздушном зазоре между лайнером и магнитопроводами; 
– магнитная проводимость зазора; x – перемещение лайнера; µ0 – магнитная постоянная; d – средний диаметр по воздушному зазору; n – количество витков резьбы в зоне магнитного поля; 
– суммарный магнитный поток, проходящий через зазор. Из последних формул видно, что осевое усилие при выбранных значениях магнитной индукции, зазоре и шаге резьбы определяется площадью, через которую проходит магнитный поток в зазоре, или величиной этого потока.
