Привод на постоянных магнитах

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в преобразователях энергии для приводных устройств, в том числе подвижных средств. Привод на постоянных магнитах содержит корпус из ферромагнетика, размещенный внутри его каркас из диамагнетика с секциями кольцевых обмоток возбуждения, питаемых выборочно от источника постоянного тока через управляемый электронный коммутатор. Внутри каркаса размещен якорь в виде ряда постоянных кольцевых магнитов, установленных на оси из диамагнетика одноименными полюсами на встречу друг к другу. Управление электронным коммутатором сигналами с блока датчиков положения якоря и от ручного пульта управления может обеспечить режим возвратно-поступательного перемещения якоря и реверс из любого положения.

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

Известны устройства, содержащие постоянные магниты, обмотки возбуждения, обеспечивающие преобразование электрической энергии в возвратно-поступательное перемещение якоря (см. А.С. СССР 860227, опубликованное 30.08.81 Бюл. 32) прототип.

Недостатком прототипа является низкий КПД преобразования энергии, связанный с перемагничиванием статорных постоянных магнитов, малая величина перемещения якоря, отсутствие возможности удержания якоря в промежуточных положениях и регулирования мощности, отсутствие возможности реверса из любого положения якоря и малое быстродействие, связанное с необходимостью затрат времени на зарядку конденсатора, что ограничивает сферу применения привода.

Технический результат заключается в повышении КПД преобразования энергии, увеличении диапазона перемещения якоря, в достижении возможности удержания якоря в любом промежуточном положении, увеличении быстродействия, возможность реверса из любого положения, что расширяет сферу его применения.

Технический результат достигается тем, что привод на постоянных магнитах содержит цилиндрический корпус из магнитомягкого железа с торцевыми крышками из немагнитного материала, внутри которого размещен каркас из немагнитного материала со статорной обмоткой возбуждения, внутри которого размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь, как минимум, с двумя кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью, закрепленными на оси из диамагнитного материала.

Особенностью является то, что кольцевые постоянные магниты зафиксированы на оси с расположенными навстречу друг другу одноименными полюсами с зазором, величина которого устанавливается распорными втулками из немагнитного материала, а число кольцевых постоянных магнитов определяется мощностью привода. Статорная обмотка возбуждения выполнена из отдельных секций, размещенных между разделительными щечками на каркасе, с одинаковым направлением намотки и числом их витков. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота каждого кольцевого постоянного магнита составляет (0,2÷0,4) от диаметра кольцевого постоянного магнита; величина зазора между одноименными полюсами кольцевых магнитов составляет (0,5÷1) от их высоты; длина каждой секции статорной обмотки возбуждения, как минимум, в три раза меньше суммарного значения высоты кольцевого постоянного магнита и зазора между соседними кольцевыми постоянными магнитами, а частное от деления этого суммарного значения на длину секции является целочисленным; высота намотки каждой секции статорной обмотки возбуждения не должна превышать половины высоты кольцевого постоянного магнита; длина каркаса со статорной обмоткой возбуждения равна суммарной величине длины хода якоря и расстояния между внешними торцами крайних кольцевых постоянных магнитов, размещенных на оси якоря. Начало и конец каждой секции статорной обмотки возбуждения электрически связаны с источником постоянного тока через электронный коммутатор, управляемый электронным блоком датчиков позиций якоря.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - конструкция привода на постоянных магнитах; на фиг.2(a) и 2(б) - схематическое представление визуализированных силовых магнитных линий, пересекающих витки секций статорной обмотки возбуждения, находящихся над зазорами между одноименными полюсами и замыкающихся через участки ферромагнитного корпуса.

Привод на постоянных магнитах (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1 из мягкомагнитного железа с торцевыми крышками 2 из немагнитного материала. Внутри корпуса 1 размещен каркас 3 из немагнитного материала со статорной обмоткой возбуждения, внутри которого размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь, как минимум, с двумя кольцевыми постоянными магнитами 4 с осевой намагниченностью, закрепленными на оси 5 из диамагнитного материала. Кольцевые постоянные магниты 4 зафиксированы на оси 5 с помощью фиксирующих гаек 6 на встречу друг к другу одноименными полюсами. Величина зазора устанавливается распорными втулками 7 из немагнитного материала, а число постоянных магнитов 4 в якоре определяется мощностью привода.

Статорная обмотка возбуждения выполнена из отдельных секций 8, размещенных между разделительными щечками 9 на каркасе 3.

Относительные размеры упомянутых составных элементов находится в следующих пределах: высота h каждого кольцевого магнита составляет (0,20,4) от диаметра D кольцевого постоянного магнита 4; величина зазора между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов 4 составляет (0,51) от их высоты h; длина l_k каждой секции статорной обмотки возбуждения как минимум в 3 раза меньше суммарного значения высоты h кольцевого постоянного магнита 4 и зазора между соседними кольцевыми постоянными магнитами 4. Частное К от деления этого суммарного значения (h+) на длину l_k является целочисленным K=(h+)/l_k, где К=1, 2, 3,; высота намотки в каждой секции 8 статорной обмотки возбуждения не должна превышать половины высоты h/2 кольцевого постоянного магнита 4 (b<h/2); длина l_k каркаса 3 со статорной обмоткой возбуждения равна суммарной величине длины L_x хода якоря и расстояния L_m между внешними торцами крайних кольцевых постоянных магнитов 4, размещенных на оси 5 якоря. Начало H₁, Н₂, Н₃,Н_n и конец К₁, К₂, К ₃,К_n каждой секции 8 статорной обмотки возбуждения электрически связаны с источником 10 постоянного тока через электронный коммутатор 11, управляемый электронным блоком 12 датчиков позиции якоря. Демферы 13 защищают от ударов якоря о крышки 2 корпуса в крайних положениях.

На фиг 2 (а, б) схематически показаны визуализированные силовые магнитные линии магнитной индукции В, пересекающие витки секций 8, находящихся над зазорами между определенными полюсами, и замыкающиеся через участки ферромагнитного корпуса 1.

В зависимости от положения якоря, которое фиксируется электронным блоком 12, напряжение от источника 10 через электронный коммутатор 11, управляемый электронным блоком 12 датчиков позиции якоря, подается только на те секции 8 обмотки возбуждения, которые в данный момент находятся над зазорами между постоянными магнитами 4, причем, на секции 8 над зазором с северными полюсами подается напряжение одной полярности, а на секции 8 над зазором с южными полюсами - другой, обратной полярности. Взаимодействие тока, протекающего в кольцевых витках секций 8 с радиальным магнитным полем кольцевых постоянных магнитов 4 над зазорами вызовет перемещение якоря. Направление перемещения якоря будет зависеть от полярности напряжения на секциях 8 обмотки возбуждения. Смена полярности напряжения с помощью электронного коммутатора 11 при смещении якоря на расстояние (n+) сохранит направление его перемещения. Установка концевых выключателей (на чертеже не указано) обеспечивает реверс в крайних положениях и возвратно-поступательное движение якоря. Направление перемещения якоря из любого промежуточного положения может быть задано с помощью ручного пульта управления (на чертеже не показано), что бывает необходимо при использовании полезной модели в качестве привода передвижных средств.

1. Привод на постоянных магнитах, содержащий цилиндрический корпус из магнитомягкого железа с торцевыми крышками из немагнитного материала, внутри которого размещен каркас из немагнитного материала со статорной обмоткой возбуждения, внутри которого размещен способный к возвратно-поступательному перемещению якорь как минимум с двумя кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью, закрепленными на оси из диамагнитного материала, отличающийся тем, что кольцевые постоянные магниты зафиксированы на оси с расположенными на встречу друг другу одноименными полюсами с зазором, величина которого устанавливается распорными втулками из немагнитного материала, а число кольцевых постоянных магнитов определяется мощностью привода.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что статорная обмотка возбуждения выполнена из отдельных секций, размещенных между разделительными щечками на каркасе, с одинаковым направлением намотки и числом их витков.

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 диаметра кольцевого постоянного магнита; величина зазора между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов составляет (0,5-1) от их высоты; длина каждой секции статорной обмотки возбуждения как минимум в три раза меньше суммарного значения высоты кольцевого постоянного магнита и зазора между соседними кольцевыми постоянными магнитами, а частное от деления этого суммарного значения на длину секции является целочисленным; высота намотки каждой секции статорной обмотки возбуждения не должна превышать половины высоты кольцевого постоянного магнита; длина каркаса со статорной обмоткой возбуждения равна суммарной величине длины хода якоря и расстояния между внешними торцами крайних кольцевых постоянных магнитов, размещенных на оси якоря.

4. Привод по п.2, отличающийся тем, что начало и конец каждой секции статорной обмотки возбуждения электрически связаны с источником постоянного тока через электронный коммутатор, управляемый электронным блоком датчиков позиции якоря.