Линейный электродвигатель постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в линейных электроприводах. Целью является расширение эксплуатационных возможностей путем регулирования тягового усилия. Линейный электродвигатель содержит два параллельных стержня 1 с обмотками управления, подвижный элемент, выполненный в виде постоянного магнита 2 с полюсными наконечниками 3 и компенсирующими катушками 4. Полюсные наконечники и компенсирующие катушки охватывают стержни 1. При протекании электрического тока в обмотках управления возникает основная магнитодвижущая сила, при протекании тока в компенсирующих катушках - дополнительная магнитодвижущая сила. Для получения равномерного тягового усилия направление тока в компенсирующих катушках должно совпадать с направлением тока в обмотках управления. Положительный эффект достигается использованием магнитоэлектрической силы, возникающей при взаимодействии магнитных потоков рассеяния с электрическим током, протекающим в компенсирующих катушках. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

< Н 4 Н 02 К 41/035

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4265653/24-07 (22) 22.06,87 (46) 23.07.89 Бюл. P- 27 (71) И.И. Баек и И. 10. Сюльд (53) 621.313.282(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1188833, кл. Н 02 К 41/035, 1983. (54) ЛИНЕЙНЬП1 ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в линейных электроприводах. Целью яв.ляется расширение эксплуатационных возможностей путем регулирования тягового усилия. Линейный электродвигатель содержит два параллельных стержня 1 с обмотками управления,под, вижный элемент, выполненный в виде г постоянного магнита 2 с полюсными, наконечниками 3 и компенсирующими катушками 4. Полисные наконечники и компенсирующие. катушки охватывают стержни 1. При протекании электрического тока в обмотках управления возникает основная магнитодвижущая сила, при протекании тока в компенсирующих катушках — дополнительная магнитодвижущая сила. Для получения равномерного тягового усилия направление тока в компенсирующих катушках должно совпадать с направлением тока в обмотках управления. Положительный эАфект достигается использованием-магнитоэлектрической силы,воз- а никающей при взаимодействии магнитных потоков рассеяния с электрическим током, протекающим в компенсирующих катушках. 4 ил.

1495949 г2 В и Tfw2 lit

Изобретение относится к электротехнике, в частности к линейным электродвигателям, и может быть использовано в электроприводах прецизионных устройств, например, в фотограмметрических приборах.

Цель изобретения — расширение экс,:плуатационных возможностей путем ре гулирования тягового усилия. 10

На фиг.1 представлен линейный

1 ,:электродвигатель постоянного тока, об,щий вид; на фиг.2 — схема пути основ:ного потока В, постоянного магнита и направление основной магнитоэлектри- 15 ческой силы F при взаимодействии ! магнитного потока постоянного магни:та с током обмоток управлениями на !, фиг.3 — схемы путей магнитных потоков рассеивания Г> от обмоток управления

:и направления магнитоэлектрической ! силы: Г, возникающей при взаимодействии этих потоков с электрическим то1

: ком компенсирующих катушек, на AHI" ° 4-! схемы путей магнитных потоков Вз от

,компенсирующих катушек н направление электромагнитной (соленоидной) силы Р .

Линейный электродвигатель постоянного тока состоит из двух параллельных стержней 1 с обмотками управления, подвижного элемента, выполненного в виде постоянного магнита 2 с полюсными наконечниками 3 и компенсирующими катушками 4. Полюсные наконечники 3, 35 так же, как н компенсирующие катуш". ки 4, охватывают параллельные стержни 1.

Количество компенсирующих катушек 4 может быть любое: одна, две„ 40 три и т.д. Постоянный магнит 2 в подвижном элементе установлен полюсами к параллельным стержням 1 и сориентирован меньшей стороной вдоль направ"

JIBHHH дви кения е 45

Управляющая обмотка равномерно распределена на параллельных стержнях 1. Направление тока в обмотках должно быть одинаковым на поверхностях стержней 1, обращенных к постоянному магниту 2, Испопнительный орган крепится к подвижному элементу. Компенсирующие катушки 4 жестко крепятся к полюсным наконечникам 3,.

Линейный электродвигатель постоянного тока работает следующим образом.

Прн протекании электрического тока в обмотках управления, расположенных на параллельных стержнях 1, возникает основная магнитоэлектрическая сила F (фиг,2), равная где В, - магйитная индукция в рабочем зазоре между полюсными наконечниками 3 и стержнями 1 с обмотками;

1„ " активная длина одного витка проводника (т,е. часть обмотки, находящаяся в рабочем зазоре), % — количество витков обмотки управления в рабочем зазоре, I — сила тока в гроводнике об1 мотки.

В реальной конструкции величина магнитной индукции В в зазоре состоит из магнитной индукции В, от постоянных магнитов и магнитной индукции В, созданной магнитными потока ми рассеивания от обмоток управления: э

В„=В., В, L

Величина магнитных потоков рассеивания В имеет максимальное значение и противоположные знаки на концах обмоток управления и нулевое значение в середине.

Такйм образом, величина индукции

В, имеет минимальное значение в одном конце обмоток управления и максимальное в другом, что определяет соответствующее изменение тягового усилия.

При протекании электрического тока по обмоткам компенсирующих катушек 4 возникает дополнительная магнитоэлектрнческая сила (фнг.3), равная где  — магнитная индукция потоков рассеиваниями

I< — сила тока в обмотке компенсирующей катушки, Ф вЂ” количество витков компенсирующей катушки, 1 — длина одного витка проводника компенсирующей катушки.

Для получения равномерной тяговой характеристики направление тока в компенсирующих катушках 4 должно совпа" . дать с направлением тока в обмотках управления, расположенных на параллельных стержнях 1.

1495

949

1-1

1я

Щ 1

Зная, что действующая на подвижный элемент 2 составляющая основной силы Г, сила F „, обусловленная дейп.р ствием потоков рассеивания, равна:

В I,Or„l,, Для получения равномерной тяговой характеристики значение тока I в обмотках компенсирующих катушек 4 равно 1п

IiWi1i — е

7 щ.1

Так как сила F„< изменяет свое направление на противоположное при прохождении подвижного элемента через середину параллельных стержней 1 с обмотками управления, то в начале пути Р„ прибавляется к F, а в конце вычитается.

Компенсирующие катушки максимально 2О приближены к рабочему зазору. Поэтому значение потоков рассеивания, проходящих через рабочий зазор и компенсирующие катушки 4, примерно одинаково.

Таким образом, потоки рассеивания, 25 уменьшая основную магнитоэлектрическую силу Г, в то же время создают дополнительную магнитоэлектрическую custy F>.

Задавая ток в обмотке компенсирующей катушки 4 можно менять тяговую характеристику., Наибольшую величину электромагнитная (соленоидная) сила F имеет при полностью разомкнутых стержнях 1, а по характеру действия аналогична магнитоэлектрической силе F<.

Величину Рэ определяют из закона сохранения энергии и из рассмотрения энергетического баланса а(У ач 45

F = — -- dI ъ 1 2 о где y= (I,q) величина потокосцепления катушки, ток катушки, — обобщенная координата, определяющая положение катушки.

Используя соленоидную силу в конструкции с разомкнутыми. параллельными стержнями t, в компенсирующие катушки 4 можно подавать ток

I 1ef11

I а ----

1 12

Это позволяет экономить электроэнергию. Поскольку соленоидная сила

F по действию аналогична магнито9 электрической силе У, то соленоидная сила F позволяет увеличить тяговое усилие от начала обмотки управления до середины и уменьшить от середины до конца.

Для ликвидации соленоидной силы Г достаточно замкнуть магнитопроводами концы параллельных стержней 1 с общих сторон. Для того чтобы соленоидная сила действовала только в одном направлении, необходимо замкнуть магнитопроводами только два конца магнитопроводящих стержней.

Таким образом, используя магнитоэлектрическую силу Р и соленоидную силу F можно изменять тяговую хаз рактеристику двигателя.

Для увеличения быстродействия двигателей и ликвидации ударов в конце движения необходимо форсировать тяговое усилие в начале движения и уменьшить в конце, Это достигается

sa счет подачи на компенсирующие катушки 4 тока

Количество компенсирующих катушек и их размещение может быть любым.

Так, например, для получения равномерной характеристики более рационально задействовать правую катушку 4 (группу катушек) при движении подвижного элемента влево и левую при движении вправо. Такое подключение катушек позволяет использовать наибольшую прибавку силы в начале движения и наименьшее ее уменьшение в конце.

При этом необходимо учитывать направление потоков рассеивания от компенсирующих катушек 4 и подключать или располагать их на тех стержнях 1, где потоки рассеивания от компенсирующих катушек 4 совпадают по направлению с магнитными потоками от постоянного магнита. Таким образом, дополнительно увеличена магнитная индукция в рабочем зазоре, Предлагаемое техническое решение может быть осуществлено как при запитке всей управляющей обмотки, так и при секционной коммутации. При секционном выполнении двигателя необходимо, чтобы компенсирующие катушки на1495949 ходились в пределах коммутируемой в данный момент секции.

Предлагаемый электродвигаетль обладает по сравнению с известным рядом преимуществ. Увеличение длины

Хода подвижного элемента достигается без введения дополнительного стерж ня с обмоткой управления и замыкания стержней магнитопроводящими участка и за счет того, что подвижный элемент снабжен полюсными наконечниками,охваТывающими стержни с обмотками управления, и за счет разворота постоянно1 о магнита большей стороной перпенди- 15 улярно направлению движения. Это увеличивает величину перемещения испол1 .кительного механизма, в то же время

1 двигатель может быть выполнен мало.габаритным. 20

Применение компенсирующих катушек, жестко закрепленных на подвижном элементе, позволяет изменять тяговую ха° ° актеристику двигателя, что сущестенно расширяет его эксплуатационные 25 фозможности. При взаимодействии элект1 омагнитных полей катушки, обмоток

Управления и потоков постоянного магнита возникают дополнительные силы, Йзменяющие основную магнитоэлектри- 30 ческую силу. Возникает возможность использования для получения положительного эффекта обычно вредных потоков рассеяния для получения равноМерной величины тягового усилия.Пропуская ток различной величины по компенсирующим катушкам, можно сэкономить электроэнергию, увеличить быстродействие и т.д. Дополнительные воз можности может создать замыкание ло- бовых концов стержней с обмоткой управления магнитопроводящими участками, Предлагаемый электродвигатель обеспечивает активный способ борьбы с неравномерностью тягового усилия за счет использования магнитоэлектрической силы, возникающей при взаимодействии магнитных потоков рассеивания с электрическим током,протекающим в компенсирующих катушках.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Линейный электродвигатель постоянного тока, содержащий магнитопровод статора, выполненный в виде двух параллельных стержней, охваченных нитками распределенной обмотки управления, подвижный элемент в виде постоянного магнита, установленный между стержнями, полюса которого обращены к стержням, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем регулирования тягового усилия, полюса подвижного элемента снабжены полюсными наконечниками, охватывающими стержни с обмоткой, и компенсирующими катушками, также охватывающими стержни с обмоткой.!

495949

Составитель Т.Цынская

Техред И.Ходанич

Корректор Э.Лончакова

Редактор М.Бланар

Заказ 4283/54 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101