ПРИВОД НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в устройствах автоматики, в качестве приводных устройств различных механизмов и машин, в том числе передвижных средств.
Известно устройство, содержащее постоянные магниты, статорную кольцевую индуктивную катушку, обеспечивающую преобразование энергии магнитного поля постоянных магнитов в энергию возвратно-поступательного движения якоря (см. Патент РФ на полезную модель №94391, опубликованный 20.05.2010, Бюл. №14), прототип.
Недостатком прототипа является низкий КПД, связанный с большой длиной магнитной цепи, по которой замыкается магнитный поток постоянных магнитов и с тем, что основной магнитный поток постоянных магнитов взаимодействует только с частью витков статорной кольцевой индуктивной катушки, находящихся над постоянными магнитами, в то время, как в остальных витках катушки, находящихся вне основного магнитного потока, удаленных на оси постоянных магнитов, ток тратится только на нагрев провода катушки, что приводит к потерям энергии источника питания привода.
Технический результат заключается в повышении КПД преобразования за счет уменьшения длины магнитопровода и потерь в нем, а также за счет уменьшения потерь энергии, потребляемой от источника питания, исключая из его цепи часть витков, не участвующих в создании сил перемещения якоря, в возможности увеличения диапазона перемещения якоря при постоянстве потребляемой мощности от источника питания.
Технический результат достигается тем, что привод на постоянных магнитах содержит цилиндрический корпус из магнитомягкого железа, внутри которого размещен каркас из немагнитного материала со статорной кольцевой индуктивной катушкой, внутри которой размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь с кольцевыми постоянными магнитами с радиальной намагниченностью, закрепленными на оси из магнитомягкого железа, с одноименными магнитными полосами по кольцу на внешней образующей, размещенные на оси по центру с зазорами один относительно другого. Особенностью является то, что все кольцевые постоянные магниты размещены между двумя профилированными ферромагнитными дисками, а статорная кольцевая индуктивная катушка выполнена из отдельных секций, размещенных между разделительными щечками каркаса, с одинаковым направлением намотки и числом витков. Относительные размеры упомянутых составляющих элементов находятся в следующих пределах: внешние диаметры каждого из кольцевых постоянных магнитов и профилированных ферромагнитных дисков одинаковы; высота каждого из кольцевых постоянных магнитов и профилированных ферромагнитных дисков по образующей составляет (0,2-0,4) от их диаметра; величина зазора между кольцевыми постоянными магнитами и профилированными ферромагнитными дисками одинакова и составляет 0,5 или 1 от их высоты; длина каждой секции статорной кольцевой индуктивной катушки равна величине зазора между кольцевыми постоянными магнитами; длина каркаса статорной кольцевой индуктивной катушки равна сумме длин: длине хода якоря и расстоянию между внешними плоскостями крайних профилированных ферромагнитных дисков; число кольцевых постоянных магнитов определяется мощностью привода. Начало и конец каждой секции статорной кольцевой индуктивной катушки электрически связаны с источником постоянного тока через электронный коммутатор, управляемый электронным блоком датчиков позиции якоря.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - вид конструкции привода на постоянных магнитах на осевой плоскости сечения; на фиг.2 - вид конструкции привода в перпендикулярной плоскости сечения; на фиг.3 - схематическое представление визуализированных силовых магнитных линий, пересекающих витки секций статорной кольцевой индуктивной катушки и часть кольца магнитопровода.
Привод на постоянных магнитах (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1 из магнитомягкого железа, внутри которого размещен каркас 2 из немагнитного материала со статорной кольцевой индуктивной катушкой, внутри которой размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь с кольцевыми постоянными магнитами 3 с радиальной намагниченностью, закрепленными на оси 4 из магнитомягкого железа, с одноименными полюсами по кольцу (фиг.2) на внешней образующей, размещенные на оси 4 по центру с зазорами Δ один относительно другого.
k
к
x1
x2
m
i
i
Все кольцевые постоянные магниты 3 размещены между двумя профилированными ферромагнитными дисками 5. Статорная кольцевая индуктивная катушка выполнена из отдельных секций 6, размещенных между разделительными щечками 7 каркаса 2. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: внешние диаметры D каждого из кольцевых постоянных магнитов 3 и профилированных ферромагнитных дисков 5 одинаковы; высота h каждого из кольцевых постоянных магнитов 3 и профилированных ферромагнитных дисков 5 по образующей составляет (0,2-0,4) от их диаметра h=(0,2-0,4)D; величина зазора Δ между кольцевыми постоянными магнитами 3 и профилированными ферромагнитными дисками 5 одинакова и составляет 0,5 или 1 от их высоты h(Δ=0,5h) или Δ=h; длина L каждой секции статорной кольцевой индуктивной катушки равна величине зазора Δ между кольцевыми постоянными магнитами 3 L=Δ; длина каркаса 2 статорной кольцевой индуктивной катушки равна сумме длин - длине (L+L) хода якоря и расстояния L между внешними плоскостями крайних профилированных ферромагнитных дисков 5; число кольцевых постоянных магнитов 3 определяется мощностью привода. Начало H и конец K каждой секции 6 статорной кольцевой индуктивной катушки электрически связаны с источником 8 постоянного тока через электронный коммутатор 9, управляемый электронным блоком 10 датчиков позиции якоря. Кольцевые постоянные магниты 3 и профилированные ферромагнитные диски 5 посажены на ось 4 через упорные втулки 11 из диамагнетика и закреплены гайками 12. Для исключения ударного соприкосновения якоря с торцевыми крышками 13 при крайних положениях, к внутренним сторонам крышек 13 прикреплены (посажены на клей) демпферы 14. Зазор δ выбирается таким, чтобы обеспечить свободное перемещение якоря внутри каркаса 2 статорной индуктивной катушки. За счет установки на оси 4, рядом с крайними кольцевыми магнитами 3, ферромагнитных дисков с малым магнитным сопротивлением (фиг.3), сокращается длина магнитопровода, по которому замыкаются магнитные силовые линии 15, уменьшаются потери магнитного потока кольцевых постоянных магнитов 3, а за счет электронного коммутатора 9 к источнику 8 постоянного тока подключаются только те секции 7 статорной кольцевой индуктивной катушки с соответствующим направлением тока, которые активно и согласно взаимодействуют с магнитным полем кольцевых постоянных магнитов 3, что в конечном итоге приводит к повышению КПД преобразования энергии в приводе по сравнению с прототипом.