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 двигатель возвратно-поступательного движения, включающий корпус, катушки, вал-якорь с рабочим органом, демпферный цилиндр с поршнем и обратным клапаном для снижения ударных нагрузок при обратном ходе вала-якоря, при этом поршень снабжен сквозными каналами истечения газа, продольные оси которых не коллинеарны продольной оси вала-якоря и не совпадают ни с одной плоскостью, проходящей через эту ось, так, что они направлены аналогично каналам истечения Сегнерова колеса с возможностью инициирования крутящего момента, при этом на внутренней поверхности демпферного цилиндра выполнены продольные пазы, длина которых короче длины хода поршня (см. Патент РФ №2172053, кл. H02K 41/02, H02K 33/12, F16F 9/16, F16J 1/24).
Недостатки данного аналога в том, что конструкция является довольно трудоемкой при изготовлении, а также имеет ограниченный ход якоря.
Известен линейный электромагнитный двигатель, содержащий немагнитный корпус с размещенными в нем катушками прямого и обратного хода, снабженными полюсами, и подвижную часть, состоящую из ферромагнитного стержня и ферромагнитного сердечника, имеющего осевое отверстие, через которое проходит упомянутый стержень, отличающийся тем, что, с целью увеличения хода, он снабжен дополнительной катушкой, которая охвачена магнитопроводом и установлена между упомянутыми катушками прямого и обратного хода, и дополнительным ферромагнитным сердечником подвижной части, сердечники подвижной части установлены по обе стороны от дополнительной катушки и между ними размещены немагнитные прокладки, при этом упомянутое отверстие ферромагнитных сердечников выполнено расширенным в вертикальном направлении, в одну сторону от центральной оси, а в магнитопроводе дополнительной катушки выполнены аналогичные отверстия (см. А.С. СССР №936257, кл. H02K 33/02).
Данный аналог имеет следующие недостатки: конструкция является довольно трудоемкой при изготовлении. Преодоление сопротивления сжатия резиновых возвратных амортизаторов значительно сокращает усилие на якоре линейного электромагнитного двигателя, что ведет к снижению коэффициента полезного действия.
Наиболее близким по технической сущности и принятым авторами за прототип является линейный электродвигатель, содержащий тяговые электромагниты "вперед" и "назад", статор промежуточного электромагнита и стержень, при этом с целью повышения тягового усилия и снижения потребляемой мощности на единицу массы он снабжен постоянным магнитом, размещенным по другую сторону стержня, выполненного из двух ферромагнитных пластин, разделенных немагнитной прокладкой от статора промежуточного электромагнита, являющегося общим якорем для статоров тяговых электромагнитов, сердечники которых снабжены проводящими гильзами, причем оси катушек статоров промежуточного и тяговых электромагнитов расположены взаимно перпендикулярно, а продольная ось стержня параллельна оси катушек тяговых электромагнитов (см. авт. св. СССР №1802909, кл. H02K 33/02).
Недостатком прототипа является недостаточно эффективная магнитная система на единицу массы и мощности, а следовательно, низкий коэффициент полезного действия.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью изобретения, сводится к повышению коэффициента полезного действия линейного электродвигателя и надежности конструкции.
Технический результат достигается с помощью линейного электродвигателя, состоящего из тяговых электромагнитов «вперед» и «назад», промежуточного электромагнита и якоря, при этом он снабжен обратным электромагнитом, размещенным по другую сторону монолитного якоря от промежуточного электромагнита, закрепленного к корпусу с помощью полозьев и отделенного от тяговых электромагнитов пружинами, установленными в торцевые пазы.
Данная конфигурация магнитной системы позволяет упростить конструкцию, повысить надежность, увеличить усилие на якоре линейного двигателя, а следовательно, и повысить коэффициент полезного действия.
Краткое описание чертежей
На чертеже представлен общий вид линейного электродвигателя.
Осуществление изобретения
Линейный электродвигатель содержит корпус 1, содержащий статор тягового электромагнита "вперед" 2, статор тягового электромагнита "назад" 3, между которыми расположен статор промежуточного электромагнита 4, фиксированный в центральном положении пружинами 5, установленными в торцевые пазы 6, статор обратного электромагнита 7, монолитный якорь 8. Торцы полюсов статоров тяговых электромагнитов 2 и 3 статора промежуточного электромагнита 4 и обратного электромагнита 7 имеют резиновые покрытия 9. Статор тягового электромагнита "вперед" 2 содержит катушку 10 и имеет линии магнитного потока 11; статор тягового электромагнита "назад" 3 содержит катушку 12 и имеет линии магнитного потока 13; статор промежуточного электромагнита 4 содержит катушку 14 и имеет линии магнитного потока 15; статор обратного электромагнита 7 содержит катушку 16 и имеет линии магнитного потока 17. Статор промежуточного электромагнита 4 крепится на корпус 1 с помощью полозьев 18.
Линейный электродвигатель работает следующим образом.
При отсутствии токов в катушках 10, 12, 14 статоров электромагнитов 2, 3, 4 монолитный якорь 8 фиксируется вследствие его притяжения к полюсам статора обратного электромагнита 7 под действием магнитного потока 17. Для осуществления движения "вперед" последовательно подают токи в катушки 14 и 10 статоров электромагнитов 4 и 2, одновременно с этим отключается катушка 16 статора обратного электромагнита 7. При этом магнитный поток 15 действует на монолитный якорь 8, в результате чего монолитный якорь 8 притягивается к полюсам статора электромагнита 4. Далее монолитный якорь 8 со статором промежуточного электромагнита 4 под действием магнитного потока 11 притягиваются к полюсам статора тягового электромагнита «вперед» 2. При одновременном отключении токов в катушках 10 и 14 статоров электромагнитов 2 и 4 и подачи тока на катушку 16 статора обратного электромагнита 7 отпускается монолитный якорь 8, который тут же притягивается под действием магнитного потока 17 к полюсам статора обратного электромагнита 7, одновременно с этим от полюсов статора тягового электромагнита "вперед" 2 отпускается статор промежуточного электромагнита 4; последний при этом переходит в исходное положение под действием пружин 5. При последующей подаче токов в катушки 14 и 10 статоров электромагнитов 4, 2 и отключения катушки 16 статора обратного электромагнита 7 весь процесс повторяется, а якорь 8 делает еще один шаг "вперед". Резиновые покрытия 9 выполняют функции амортизаторов: практически исключают шум, снижают вибрации деталей двигателя, увеличивают силу сцепления статора промежуточного электромагнита 4 и монолитного якоря 8 при действии рабочих нагрузок. При необходимости осуществления движения монолитного якоря 8 "назад" цикл аналогичен, только вместо катушки 10 статора тягового электромагнита «вперед» 2 срабатывает катушка 12 статора тягового электромагнита «назад» 3. Скорость монолитного якоря 8 зависит от частоты импульсов тока в катушках 14, 10, 16 или 14, 12, 16.
В отличие от прототипа линейный электродвигатель снабжен катушкой 16 и статором обратного электромагнита 7, позволяющего увеличить усилие на монолитном якоре 8 из-за отсутствия противодействующих магнитных потоков во время работы двигателя, также он позволяет при остановке линейного двигателя фиксировать якорь при повышенной нагрузке или вертикальном расположении двигателя размещенным. Монолитный якорь 8, расположенный между статором промежуточного электромагнита 4 и статором обратного электромагнита 7, является более универсальным и надежным, статор промежуточного электромагнита 4, закрепленный к корпусу с помощью полозьев 18, обеспечивающих надежное подвижное соединение и отсутствие перекосов во время перемещения статора промежуточного электромагнита 4, отделен от тяговых электромагнитов «вперед», «назад» 2, 3 пружинами 5, обеспечивающими возврат статора промежуточного электромагнита в начальное положение, установленными в торцевые пазы 6, позволяющие избежать их смещение.
По сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями предлагаемое изобретение имеет ряд преимуществ:
- позволяет увеличить усилие на якоре линейного электродвигателя;
- повысить коэффициент полезного действия линейного электродвигателя;
- улучшить массогабаритные показатели;
- снизить затраты на эксплуатацию;
- увеличить надежность конструкции.