ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
LINEAR ELECTRIC MOTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к линейным шаговым электродвигателям, которые находят широкое применение в дискретном электроприводе.
Уровень техники
Известен линейный электродвигатель, содержащий N параллельных якорей и индуктор с цилиндрическим магнитопроводом и обмотками, концентрично размещенными относительно якорей, отличающийся тем, что магнитопровод индуктора выполнен в виде N цилиндрических магнитопроводов меньшего диаметра, соприкасающихся по образующим, а якоря соединены по обоим торцам, (см. патент РФ №2031525 Кл. Н02К 41/02).
Недостатки данного аналога в следующем: конструкция является недостаточно технологичной, довольно трудоемкой при изготовлении, а также имеет низкий коэффициент полезного действия.
Известен линейный электродвигатель, состоящий из статора и якоря, содержащих прилегающие к воздушному зазору магнитные и немагнитные элементы, отличающийся тем, что осевые длины магнитных и немагнитных элементов статора определяются чередованием относительных чисел 3 и 1, а осевые длины чередующихся магнитных и немагнитных элементов якоря определяются рядом относительных чисел: 3, 1, 3, 2, 3, 1, 3, 2 и т.д., или 3, 1, 3, 1, 3, 2, 3, 1, 3, 1, 3, 2 и т.д., или 3, 1, 3, 1, 3, 1, 3, 2, 3, 1, 3, 1, 3, 1, 3, 2 и т.д (см. патент РФ №2108651, кл. Н02К 33/02, Н02К 41/03).
Данный аналог имеет следующие недостатки: конструкция является недостаточно технологичной и довольно трудоемкой при изготовлении. Магнитная система является неэффективной, а также имеет низкую производительность из-за прямоугольной формы сечения полюсов статора и якоря, также имеет низкую плавность хода.
Известен линейный электродвигатель, состоящий из статора с намагничивающими катушками и бегуна, выполненных из чередующихся магнитных и немагнитных колец и прилегающих к рабочим воздушным зазорам магнитных и немагнитных элементов вблизи каждой намагничивающей катушки, нижний предел отношения радиального и осевого размеров немагнитного элемента в осевом сечении равен 0,5:1, отличающийся тем, что верхний предел указанного отношения достигает значения 1:1 (см. патент РФ №2031518, кл. Н02К 33/02).
Недостатком прототипа является недостаточно эффективная магнитная система на единицу массы и мощности, а следовательно, и низкий коэффициент полезного действия.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью изобретения, сводится к повышению коэффициента полезного действия линейного электродвигателя.
Технический результат достигается с помощью линейного электродвигателя, состоящего из статора, собранного из магнитных и немагнитных элементов и намагничивающих катушек, якоря, выполненного из чередующихся магнитных и немагнитных колец, отличающийся тем, что форма сечения торцов основных и промежуточных полюсов статора имеет вид усеченной неравнобедренной трапеции, образованной двумя фасками под внешними углами 45° и 60°, прилегающими к поверхностям немагнитной вставки статора и якоря, и образующие соотношение толщины сечения промежуточных полюсов к вершине усеченной трапеции торца полюсов статора 4:1; форма сечения торцов магнитных колец якоря имеет вид неправильного прямоугольника, образованного фаской, под внешним углом 60°, прилегающей к внутренней поверхности статора при соотношении длины торца магнитных колец якоря к их максимальной длине 1:4.
Данная конфигурация магнитной системы позволяет перераспределить магнитный поток в область рабочего зазора, а следовательно, повысить коэффициент полезного действия линейного электродвигателя.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлен общий вид линейного электродвигателя.
На фиг.2 - разрез одной катушки с нанесением основных магнитных потоков.
Осуществление изобретения
1
2
3
Линейный электродвигатель содержит: статор 1, состоящий из магнитного корпуса 2, внутри которого между магнитными полюсами 3 установлены намагничивающие катушки 4, 5, 6 и 7, промежуточные полюса 8, закрепленные немагнитными вставками 9, на резьбе 10, магнитные полюса 3 каждой катушки 4, 5, 6, и 7 разделены между собой немагнитными кольцами 11, закрепленные штифтами 12, торцевой магнитный полюс 13 крепится к магнитному корпусу 2 болтом 14. Якорь 15 линейного электродвигателя состоит из магнитных 16 и немагнитных 17 колец, насаженных в чередующейся последовательности на немагнитный стержень 18. Форма сечения торцов магнитных полюсов 3, промежуточных полюсов 8 и торцевого полюса 13 образована фасками 19 и 20, форма сечения торцов магнитных колец 16 образована фасками 21. Основной магнитный поток Ф, который разделяется на рабочий магнитный поток Ф, проходящий через рабочий зазор δ и паразитные магнитные потоки Ф, выпучивающийся в сторону намагничивающей катушки 4, и Ф, замыкающийся практически по центру якоря 15.
1
2
3
Линейный электродвигатель работает следующим образом. В исходном состоянии, когда намагничивающие катушки 4, 5, 6 и 7 обесточены, к работе подготовлена только одна из четырех катушек 4 магнитной системы линейного электродвигателя. При подаче управляющего сигнала на намагничивающую катушку 4, ток в ее обмотке создает магнитный поток Ф (Фиг.2), замыкающийся через магнитный корпус 2, магнитные полюса 3, магнитные кольца якоря 16 и промежуточный полюс 8, распределяясь на рабочий магнитный поток Ф, проходящий через область рабочего зазора 8 и паразитные магнитные потоки Ф и Ф. В результате возникает аксиальная электромагнитная сила, которая приводит к перемещению якоря 15 вверх. Одновременно с движением якоря 15 происходит необходимая для подготовки к работе следующей катушки 5 ориентация магнитных колец якоря относительно магнитных 3 и промежуточных 8 полюсов статора, которые закреплены немагнитными вставками 9 на резьбе 10. Немагнитные кольца 11, закрепленные штифтами 12 разделяют магнитные системы катушек 4, 5, 6 и 7. Торцевой полюс 13 крепится к магнитному корпусу 2 болтом 14 и фиксирует все элементы статора 1 внутри корпуса 2. При подаче управляющего сигнала на следующую катушку 5 весь процесс повторяется. В зависимости от порядка следования управляющих импульсов направление движения якоря 15 может меняться.
2
1
1
3
В отличие от прототипа линейный электродвигатель имеет форму сечения торцов магнитных полюсов 3, промежуточных полюсов 8 и торцевого полюса 13 в виде усеченной неравнобедренной трапеции, образованной фасками 19, прилегающими под внешним углом 45° к поверхности немагнитных вставок 9, что позволяет перераспределить часть паразитного магнитного потока Ф в рабочий магнитный поток Ф, и фасками 20, прилегающими под внешним углом 60° к поверхности якоря 15, и образующие соотношение толщины сечения промежуточных полюсов 8 к вершине усеченной трапеции торца полюсов статора 1, 4:1. Форма сечения торцов магнитных колец 16 якоря 15 имеет вид неправильного прямоугольника, образованного фасками 21 под углом 60°, прилегающими к поверхности статора 1 и образующим соотношение толщины магнитной вставки якоря к вершине неравнобедренной трапеции торца якоря 6:5. Фаски 20 и 21 создают плоскости, которые позволяют увеличить рабочий магнитный поток Ф, за счет увеличения площади его прохождения. Паразитный магнитный поток Ф не оказывает существенного влияния на коэффициент полезного действия линейного электродвигателя.
По сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями предлагаемое изобретение имеет ряд преимуществ:
- позволяет увеличить магнитный поток в рабочем зазоре;
- повысить коэффициент полезного действия линейного электродвигателя на 20%;
- улучшить массогабаритные показатели;
- снизить затраты на эксплуатацию.
- увеличить плавность хода якоря