ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЯКОРЯ
MOTOR WITH RECIPROCATING ARMATURE

Область техники
Изобретение относится к электрическим двигателям с возвратно-поступательным движением якоря, содержащим системы неподвижных катушек, питаемых меняющим направление током, и характеризующихся приведением якоря в движение в результате взаимодействия электромагнитного поля катушек с магнитным полем постоянных магнитов якоря.
Уровень техники
Известен привод на постоянных магнитах, содержащий ротор (якорь), выполненный в виде стержневого постоянного магнита, перемещающегося внутри направляющей трубки, статор (индуктор), размещенный на направляющей трубке, обмотки возбуждения, при этом статор выполнен в виде стержневых постоянных магнитов, размещенных с двух сторон направляющей трубки симметрично относительно ротора и находящихся внутри обмоток возбуждения, соединенных с блоком импульсного перемагничивания (Авторское свидетельство СССР №860227, М., кл. H02K 33/00, опубликовано 30.08.1981, Бюлл. №32).
Признаки известного привода на постоянных магнитах, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии статора (индуктора), а также ротора (якоря), содержащего постоянный магнит.
Причина, препятствующая получению в известном приводе на постоянных магнитах технического результата, который обеспечивается заявленным изобретением, заключается в необходимости перемагничивания статорных постоянных магнитов, что обусловливает низкий КПД преобразования энергии, в выполнении ротора в виде стержневого магнита, что обусловливает малую величину перемещения якоря, отсутствие возможности удержания якоря в промежуточных положениях и отсутствие возможности регулирования достижимой механической мощности, что в целом ограничивает сферу применения привода.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является привод на постоянных магнитах, содержащий цилиндрический корпус из магнитомягкого железа, внутри которого размещен каркас из немагнитного материала с кольцевой индуктивной катушкой, внутри которой размещен способный к возвратно-поступательному перемещению якорь с кольцевыми постоянными магнитами, закрепленными на оси из магнитомягкого железа, при этом кольцевые постоянные магниты имеют радиальную намагниченность с одноименными магнитными полюсами по кольцу на внешней образующей и размещены на оси по центру с зазорами один относительно другого, а число кольцевых постоянных магнитов определяет необходимую мощность привода (Патент RU №94391 U1, М., кл. H02K 33/00, приоритет от 20.10.2009, опубликовано 20.05.2010).
Признаки известного привода на постоянных магнитах, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что он содержит цилиндрический корпус, внутри которого размещен каркас из немагнитного материала с кольцевой индуктивной катушкой (индуктор), внутри которой размещен способный к возвратно-поступательному перемещению якорь с кольцевыми постоянными магнитами, закрепленными на оси, при этом кольцевые постоянные магниты расположены с зазорами один относительно другого.
Причина, препятствующая получению в известном приводе на постоянных магнитах технического результата, который обеспечивается заявленным изобретением, заключается в том, что постоянные магниты якоря непосредственно закреплены на оси якоря, находятся в непосредственном силовом взаимодействии с электромагнитным полем индуктора и вследствие этого не защищены от посторонних механических воздействий. Это приводит к снижению надежности известного привода по причине того, что материал, из которого выполнены постоянные магниты, не является достаточно прочным.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности конструкции электродвигателя. Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в обеспечении защиты постоянных магнитов якоря от посторонних механических воздействий путем капсулирования этих магнитов.
Достигается указанный технический результат тем, что электродвигатель с возвратно-поступательным движением якоря содержит цилиндрический корпус с неподвижно установленным в нем индуктором, выполненным с возможностью создания бегущего магнитного поля в направлении оси корпуса, по крайней мере две центрирующие опоры, а также якорь, который установлен в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси корпуса и который содержит шток, расположенный при помощи центрирующих опор на оси корпуса и выполненный из диамагнитного материала, множество цилиндрических втулок, выполненных из ферромагнитного материала, множество разделительных колец, выполненных из диамагнитного материала, и множество постоянных магнитов, при этом втулки и разделительные кольца расположены на штоке с чередованием друг относительно друга и установлены неподвижно относительно штока, так что любые две смежные втулки своими обращенными друг к друга торцами совместно с внутренней поверхностью расположенного между ними разделительного кольца образуют капсулу, в которой свободно расположен соответствующий магнит с ориентацией его полюсов вдоль оси корпуса, при этом любые два смежных магнита установлены с ориентацией друг к другу одинаковыми полюсами.
Технический результат достигается также тем, что шток и разделительные кольца выполнены из нержавеющей стали, а втулки - из конструкционной стали.
Признаки заявленного технического решения, отличные от прототипа, заключаются в том, что якорь содержит множество цилиндрических втулок, выполненных из ферромагнитного материала, а также множество разделительных колец, выполненных из диамагнитного материала, при этом втулки и разделительные кольца расположены на штоке с чередованием друг относительно друга и установлены неподвижно относительно штока, так что любые две смежные втулки своими обращенными друг к друга торцами совместно с внутренней поверхностью расположенного между ними разделительного кольца образуют капсулу, в которой свободно расположен соответствующий магнит с ориентацией его полюсов вдоль оси корпуса, при этом любые два смежных магнита установлены с ориентацией друг к другу одинаковыми полюсами.
Краткое описание чертежей
На прилагаемой фигуре схематично в продольном сечении показан заявленный электродвигатель.
Осуществление изобретения
Электродвигатель с возвратно-поступательным движением якоря содержит цилиндрический корпус 1, индуктор (статор) 2, по крайней мере две центрирующие опоры 3, а также якорь, который установлен в корпусе 1 с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси корпуса 1 и который содержит шток 4, множество постоянных магнитов 5, множество разделительных колец 6 и множество цилиндрических втулок 7.
Индуктор 2 неподвижно установлен в корпусе 1 и представляет собой множество катушек, образующих трехфазную обмотку, выполненную с возможностью создания бегущего магнитного поля в направлении оси корпуса 1.
Центрирующие опоры 3 выполнены из антифрикционного материала и предназначены для обеспечения расположения штока 4 на оси корпуса 1. На прилагаемой фигуре показаны две центрирующие опоры 3, которые являются концевыми. Другие варианты выполнения электродвигателя кроме концевых могут содержать также промежуточные центрирующие опоры (на фиг. не показаны).
Шток 4 благодаря центрирующим опорам 3 расположен по оси корпуса 1 и выполнен из диамагнитного материала, преимущественно из нержавеющей стали. Магниты 5 изготовлены из редкоземельных элементов с поперечным намагничиванием. При этом каждый магнит 5 имеет форму цилиндра, две боковые (торцевые) поверхности которого являются двумя разноименными полюсами N и S. Разделительные кольца 6 выполнены из диамагнитного материала, преимущественно из нержавеющей стали. Цилиндрические втулки 7 выполнены из ферромагнитного материала, преимущественно из конструкционной стали.
Цилиндрические втулки 7 и разделительные кольца 6 расположены на штоке 4 с чередованием друг относительно друга и при помощи концевых гаек (на фиг. не показаны) установлены неподвижно относительно штока 4 (т.е. скреплены со штоком 4), так что любые две смежные втулки 7 своими обращенными друг к другу торцами совместно с внутренней поверхностью расположенного между ними разделительного кольца 6 образуют капсулу (полость), в которой свободно расположен соответствующий магнит 5 с ориентацией его полюсов вдоль оси корпуса 1. При этом любые два смежных магнита 5 установлены с ориентацией друг к другу одинаковыми полюсами (S к S, N к N).
Работа электродвигателя заключается в следующем.
Трехфазная обмотка индуктора (статора) 2 питается от преобразователя частоты (не показан). При подаче питающего напряжения в обмотках индуктора 2 создается бегущее магнитное поле, скорость движения которого пропорциональна частоте питающего напряжения. В момент пуска электродвигателя на обмотки индуктора 2 подается трехфазное напряжение пониженной частоты, вследствие чего полюса бегущего поля и полюса постоянных магнитов 5 через втулки 7 сцепляются друг с другом и скорость перемещения якоря и скорость бегущего поля будут равны. По мере разгона частота питающего напряжения и скорость якоря увеличиваются и далее движение идет с постоянной скоростью. Затем происходит уменьшение скорости до нуля (т.е. торможение) и последующий реверс якоря, который после этого движется в обратную сторону до исходного положения. Далее цикл работы повторяется.