Привод на постоянных магнитах

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в устройствах автоматики, в качестве приводных устройств различных механизмов и машин.

Привод на постоянных магнитах содержит цилиндрический корпус из магнитомягкого железа, первый каркас с внешними кольцевыми индуктивными катушками, внутри которого размещен якорь, на оси из диамагнитной тонкостенной трубке которого закреплены, как минимум, два кольцевых постоянных магнита с осевой намагниченностью и встречно расположенными одноименными полюсами, способный к возвратно-поступательному перемещению внутри корпуса, а внутри оси якоря размещен второй каркас с внутренними кольцевыми индуктивными катушками, закрепленными на ярме из магнитомягкого материала, торцы которого с помощью поперечных крепежных планок, проходящих через продольные пазы в стенках оси якоря, скреплены с торцевыми стенками корпуса с внешней стороны. Число внешних кольцевых индуктивных катушек равно числу внутренних кольцевых индуктивных катушек, каждые из которых попарно расположены по секущим перпендикулярно оси плоскостям, а выводы их через коммутатор, управляемые датчиком положения якоря, электрически подсоединены к источнику постоянного тока. Конструкция позволяет использовать энергию магнитных потоков кольцевых постоянных магнитов, замыкающихся через внешние и внутренние кольцевые индуктивные катушки, что повышает КПД преобразования энергии в приводе

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в устройствах автоматики, в качестве приводных устройств различных механизмов и машин.

Известно устройство, содержащее постоянные магниты, кольцевую индуктивную катушку, обеспечивающую преобразование электрической энергии в возвратно-поступательное перемещение якоря (см. Патент РФ на полезную модель 94391, опубликованный 20.05.2010, Бюл. 14), прототип.

Недостатком прототипа является низкий КПД, связанный с большой длиной магнитной цепи, по которой замыкаются магнитные потоки постоянных магнитов, в магнитном поле над постоянными магнитами находится только часть витков кольцевой индуктивной катушки, активно взаимодействующая с магнитным полем, не используется часть магнитного потока, замыкающаяся через отверстие в кольцевых постоянных магнитах.

Технический результат заключается в устранении выше перечисленных недостатков за счет секционирования кольцевой индуктивной катушки и подключения источника тока только к тем секциям, которые находятся в магнитном поле кольцевых постоянных магнитов, в использовании энергии магнитного потока, замыкающегося через внутренние отверстия в кольцевых постоянных магнитах, что позволит повысить КПД преобразования энергии привода.

Технический результат достигается тем, что привод на постоянных магнитах содержит цилиндрический корпус из магнитомягкого железа, первый каркас из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд внешними кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, внутри которого размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь с, как минимум, двумя кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью, закрепленными на оси из диамагнетика с встречным расположением одноименных полюсов и зазором между ними. Особенностью является то, что ось якоря выполнена в виде тонкостенной трубки из диамагнетика, внутри которой помещен, с возможностью возвратно-поступательного взаимного перемещения вдоль оси, второй каркас из немагнитного материала с расположенными на нем внутренними кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, который размещен на ярме из магнитомягкого железа внутри оси якоря соосно с ней, торцы которого с помощью поперечных крепежных планок, проходящих через продольные пазы в стенках оси якоря, крепятся на торцевых крышках с обеих сторон цилиндрического корпуса. Число внешних кольцевых индуктивных катушек, установленных на первом каркасе, равно числу внутренних кольцевых индуктивных катушек, установленных на втором каркасе, причем, внутренние и внешние кольцевые индуктивные катушки расположены в перпендикулярно секущих плоскостях попарно, одна против другой, а начала и концы выводов каждой из которых электрически соединены через коммутатор, управляемый датчиком положения якоря, с источником постоянного тока. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота каждого кольцевого постоянного магнита составляет (0,2÷0,4) от его внешнего диаметра; величина зазора между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов составляет (0,5÷1) от их высоты; величина зазора между внутренней поверхностью первого каркаса и внешней образующей кольцевых постоянных магнитов и величина зазора между внутренней поверхностью оси якоря с закрепленными на ней кольцевыми постоянными магнитами и внешней поверхностью второго каркаса с внутренними кольцевыми индуктивными катушками должна быть минимальной и позволяющей свободное возвратно-поступательное перемещение якоря внутри корпуса; длина каждой кольцевой индуктивной катушки кратна сумме величин высоты кольцевого постоянного магнита и величины зазора между ними, а их число определяется длиной каркасов, которая равна сумме длины хода якоря и расстояние между внешними сторонами крайних кольцевых постоянных магнитов якоря.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - конструкция привода на постоянных магнитах; на фиг.2 - вид конструкции привода на постоянных магнитах с торца по сечению; на фиг.3 - схематическое представление визуализированных силовых магнитных линий замыкающихся магнитных потоков магнитной системы привода на постоянных магнитах.

Привод на постоянных магнитах (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1 из магнитомягкого железа, первый каркас 2 из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд внешними кольцевыми индуктивными катушками 3, разделенными щечками 4, внутри которого размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь с, как минимум, двумя кольцевыми постоянными магнитами 5 с осевой намагниченностью, закрепленными на оси 6 из диамагнетика с встречным расположением одноименных полюсов и зазором между ними. Ось якоря выполнена в виде тонкостенной трубки из диамагнетика, внутри которой помещен, с возможностью возвратно-поступательного взаимного перемещения вдоль оси 6, второй каркас 7 из немагнитного материала с расположенными на нем внутренними кольцевыми индуктивными катушками 8, разделенными щечками 4, который размещен на ярме 9 из магнитомягкого железа внутри оси 6 якоря соосно с ней, торцы которого с помощью поперечных крепежных планок 10, проходящих через продольные пазы 11 в стенках оси 6 якоря, крепятся на торцевых крышках 12 с обеих сторон цилиндрического корпуса 1. Число внешних кольцевых индуктивных катушек 3, установленных на первом каркасе 2, равно числу внутренних кольцевых индуктивных катушек 8, установленных на втором каркасе 7, причем, внутренние и внешние кольцевые индуктивные катушки 3, 8 расположены в перпендикулярно секущих плоскостях попарно, одна против другой, а начала H₁₁, Н₁₂ , Н₁₃,H_1n, Н₂₁, Н₂₂, Н₂₃ ,Н_2n и концы k₁₁, k₁₂, k₁₃,k_1n, k₂₁, k₂₂, k₂₃ ,k_2n выводов каждой из которых электрически соединены через коммутатор 13, управляемый датчиком 14 положения якоря, с источником 15 постоянного тока. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота h каждого кольцевого постоянного магнита 5 составляет (0,2÷0,4) от его внешнего диаметра Д [h=(0,2÷0,4)Д]; величина зазора между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов 5 составляет (0,5÷1) от их высоты h [=(0,5÷1)h]; величина зазора между внутренней поверхностью первого каркаса 2 и внешней образующей кольцевых постоянных магнитов 5 и величина зазора между внутренней поверхностью оси 6 якоря с закрепленными на ней кольцевыми постоянными магнитами 5 и внешней поверхностью второго каркаса 7 с внутренними кольцевыми индуктивными катушками 8 должна быть минимальной и позволяющей свободное возвратно-поступательное перемещение якоря внутри корпуса 1; длина l_k каждой кольцевой индуктивной катушки 3, 8 кратна сумме величин высоты h кольцевого постоянного магнита 5 и величины зазора между ними [l_k=k(h+)], где k=1, 2, 3, а их число определяется длиной L_k каркасов 2, 7, которая равна сумме длины X хода якоря и расстояния L _м между внешними сторонами крайних кольцевых постоянных магнитов 5 якоря.

Длина l_п продольных пазов 11 в стенках оси 6 якоря должна быть не менее длины X хода якоря (l_п>Х), а ширина Y (фиг.2) продольных пазов 11 оси 6 должна обеспечить свободных ход поперечных крепежных планок 10. Диаметры d₀ - внутренний диаметр оси 6 и d_к - диаметр второго каркаса 7 должны быть в соотношении d₀=d_k+2. Для концентрации магнитного потока (фиг.3) внешних полюсов кольцевых постоянных магнитов 5 якоря к ним установлены кольцевые пластины 16 из магнитомягкого железа. Для механической связи с механизмами, воспринимающими перемещения якоря в торце оси 6 закреплен осевой концевик 17. Для устранения ударных нагрузок при крайних положениях якоря на торцевых стенках 12 корпуса 1 помещены демпферы 18, а кольцевые постоянные магниты 5 зафиксированы на оси 6 с помощью стяжных гаек 19 и упорных втулок 20 из немагнитного материала.

Коммутатор 13, управляемый датчиком положения якоря 14 коммутирует кольцевые индуктивные катушки 3, 8, подключая к источнику 15 постоянного тока только те из них, которые находятся в магнитном поле якоря, что влечет к уменьшению потерь и повышению коэффициента преобразования энергии и КПД привода.

1. Привод на постоянных магнитах, содержащий цилиндрический корпус из магнитомягкого железа, первый каркас из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд внешними кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, внутри которого размещен способный к возвратно-поступательному перемещению якорь с как минимум двумя кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью, закрепленными на оси из диамагнетика с встречным расположением одноименных полюсов и зазорами между ними, отличающийся тем, что ось якоря выполнена в виде тонкостенной трубки из диамагнетика, внутри которой помещен с возможностью возвратно-поступательного взаимного перемещения вдоль оси второй каркас из немагнитного материала с расположенными на нем внутренними кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, который размещен на ярме из магнитомягкого железа внутри оси якоря соосно с ней, торцы которого с помощью поперечных крепежных планок, проходящих через продольные пазы в стенках оси якоря, крепятся на торцевых крышках с обеих сторон цилиндрического корпуса.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что число внешних кольцевых индуктивных катушек, установленных на первом каркасе, равно числу внутренних кольцевых индуктивных катушек, установленных на втором каркасе, причем внутренние и внешние кольцевые индуктивные катушки расположены в перпендикулярно секущих плоскостях попарно одна напротив другой, а начала и концы выводов каждой из которых электрически соединены через коммутатор, управляемый датчиком положения якоря, с источником постоянного тока.

3. Привод по п.1, отличающийся тем, что относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота каждого кольцевого постоянного магнита составляет (0,2÷0,4) от его внешнего диаметра; величина зазора между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов составляет (0,5÷1) от их высоты; величина зазора между внутренней поверхностью первого каркаса и внешней образующей кольцевых постоянных магнитов и величина зазора между внутренней поверхностью оси якоря с закрепленными на ней кольцевыми постоянными магнитами и внешней поверхностью второго каркаса с внутренними кольцевыми индуктивными катушками должна быть минимальной и позволяющей свободное возвратно-поступательное перемещение якоря внутри корпуса; длина каждой кольцевой индуктивной катушки кратна сумме величин высоты кольцевого постоянного магнита и величины зазора между ними, а их число определяется длиной каркасов, которая равна сумме длины хода якоря и расстояния между внешними сторонами крайних кольцевых постоянных магнитов якоря.