Линейный двигатель постоянного тока

Предложение относится к униполярным линейным двигателям постоянного тока с системой катушек, питаемых прерывистым или меняющим направление током и приводимых в движение в результате взаимодействия с неподвижным магнитным полем постоянного магнита.

Результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в повышении КПД и перегрузочной способности двигателя при одновременном его удешевлении и упрощении конструкции.

Линейный двигатель постоянного тока, включает статор, содержащий магнитопроводы 1, 2, расположенный между магнитопроводами постоянные магниты 3, 4 и якорь 5, выполненный в виде расположенной вокруг магнитопровода 1 обмотки, установленной с возможностью перемещения вдоль направления 6. Постоянные магниты расположены по концам магнитопроводов 1 и 2, а их векторы намагничивания 7, 8 направлены встречно.

Предложение относится к униполярным линейным двигателям постоянного тока с системой катушек, питаемых прерывистым или меняющим направление током и приводимых в движение в результате взаимодействия с неподвижным магнитным полем постоянного магнита.

Известен линейный двигатель постоянного тока, включающий статор, содержащий магнитопроводы, расположенный между магнитопроводами постоянный магнит, и якорь, выполненный в виде расположенной вокруг магнитопровода обмотки [1].

Известный двигатель способен создавать большие усилия и обеспечивать значительную длину хода при незначительных габаритных размерах и весе.

Однако указанный двигатель имеет следующие недостатки.

При работе двигателя происходит влияние магнитного поля от тока в обмотке (реакция якоря) на поле возбуждения от постоянных магнитов, что снижает его КПД и перегрузочную способность.

При изготовлении постоянного магнита значительного размера необходим повышенный расход дорогостоящего материала (редкоземельных элементов).

Наличие дополнительных магнитопроводов усложняет конструкцию.

Результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в повышении КПД и перегрузочной способности двигателя при одновременном его удешевлении и упрощении конструкции.

Указанный результат достигается за счет того, что линейный двигатель постоянного тока, включающий статор, содержащий магнитопроводы, расположенный между магнитопроводами постоянный магнит, и якорь, выполненный в виде расположенной вокруг магнитопровода обмотки, снабжен дополнительным постоянным магнитом, причем постоянные магниты расположены по концам магнитопроводов, а их векторы намагничивания направлены встречно.

Предложение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено заявляемое устройство, на фиг.2 - вид А,

Линейный двигатель постоянного тока, включает статор, содержащий магнитопроводы 1, 2, расположенный между магнитопроводами постоянные магниты 3, 4 и якорь 5, выполненный в виде расположенной вокруг магнитопровода 1 обмотки, установленной с возможностью перемещения вдоль направления 6. Постоянные магниты расположены по концам магнитопроводов 1 и 2, а их векторы намагничивания 7, 8 направлены встречно.

Длина Lm одного магнита 3, 4 в 2 раза больше толщины Hmp магнитопроводов 1, 2

Lm=2Hmp,

Так как остаточная индукция Br высококоэрцитивных постоянных магнитов, например, из неодим-железо-бор, составляет, примерно, 1 Тл, тогда как индукция насыщения магнитопроводящих материалов составляет 2 Тл.

С другой стороны, длина Lx хода якоря 5 связана с толщиной Hmp магнитопроводов следующим образом.

Индукция в зазоре между магнитопроводами 1 и 2, как правило, не превышает 0,5 Тл. Тогда, при условии, что индукция в магнитопроводах 1, 2 составляет 2 Тл, получаем (ширина обмотки якоря 5 не учитывается)

0,5Lx=4Hmp.

Из полученных соотношений следует, что длина магнита составляет четверть длины хода

Lm=0,25Lx.

То есть расход магнитного материала в предлагаемом линейном двигателе, примерно, в два раза меньше, чем в устройстве [1].

Работает устройство следующим образом. При подаче тока I в обмотку якоря 5 на него действует сила тяги F пропорциональная величине индукции магнитного поля возбуждения B в зазоре между магнитопроводами 1, 2 от постоянных магнитов 3, 4, суммарному количеству (IW) ампер-витков и глубине магнитопровода 1. Направление силы F зависит от направления поданного тока. При этом якорь 5 перемещается по направлению 6 вдоль магнитопровода 1 на величину хода Lx.

Таким образом, сила тяги F пропорциональна конструктивному коэффициенту K, индукции B и току I

F=KBI.

Встречное направление векторов намагничивания 7, 8 постоянных магнитов 3, 4 позволяет создать в зазоре между магнитопроводами 1, 2 постоянную однонаправленную магнитную индукцию B.

Тогда при постоянном, заданном значении тока I сила тяги F будет постоянной на всей длине хода Lx.

При подаче тока I в обмотку якоря 5 возникает магнитный поток от этого тока, так называемый поток реакции якоря. Данный поток оказывает негативное действие на характеристики двигателя: дополнительно намагничивает магнитопроводы, тем самым уменьшает поток возбуждения, вызывая его неравномерность. В предлагаемой конструкции на пути потока реакции якоря находятся два постоянных высококоэрцитивных магнита 3, 4, магнитная проницаемость которых близка в проницаемости воздуха. В результате магнитное сопротивление на пути данного потока велико и поток от тока якоря возникает незначительный, что позволяет повысить равномерность распределения индукции возбуждения B и перегрузочную способность двигателя.

Таким образом, предложенное техническое решение позволит:

- упростить конструкцию;

- снизить расход дорогостоящего материала (редкоземельных элементов) постоянных магнитов;

- уменьшить влияния магнитного поля от тока в обмотке (реакция якоря) на поле возбуждения от постоянных магнитов;

- обеспечить равномерность усилия создаваемым линейным двигателем постоянного тока;

- повысить перегрузочную способность двигателя;

обеспечить точность работы приводимого двигателем оборудования.

Источник информации

1. Заявка Японии JP 2000201466, МКИ Н02К 33/18, 2000

Линейный двигатель постоянного тока, включающий статор, содержащий магнитопроводы, расположенный между магнитопроводами постоянный магнит и якорь, выполненный в виде расположенной вокруг магнитопровода обмотки, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным постоянным магнитом, причем постоянные магниты расположены по концам магнитопроводов, а их векторы намагничивания направлены встречно.