ЛИНЕЙНАЯ ИНДУКЦИОННАЯ МАШИНА
LINEAR INDUCTION MACHINE

Изобретение относится к индукционным машинам с естественным охлаждением и может использоваться для перекачивания и перемешивания жидких металлов и сплавов в миксерах, печах, ковшах, слитках, заготовках.
Известна линейная индукционная машина, представленная в Патенте РФ №2130359, Кл. B22D 1/00. Статор для электромагнитного перемешивания жидкого металла. Р.М.Христинич, В.Н.Тимофеев, Н.П.Маракушин. Заявка №98106021/02. Опубл. в БИ №14 от 20.05.1999 г., содержащая шихтованный магнитопровод с многофазной обмоткой. Недостатками устройства являются большие габариты, большие потери мощности и ограничение применения из-за фиксированного расположения катушек на магнитопроводе.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является линейная индукционная машина, представленная в Патенте РФ №1809507, Кл. H02K 41/025. Индуктор линейной индукционной машины. В.Н.Тимофеев, Р.М.Христинич, С.А.Бояков, А.А.Темеров. Заявка №4765258/07. Опубл. в БИ №14 от 15.04.93 г., содержащая разомкнутый магнитопровод с обмоткой с естественным охлаждением и создающая бегущее электромагнитное поле, приводящее жидкий металл в движение. Недостатками такого устройства являются необходимость специального источника питания большой мощности, ограничение использования из-за фиксированных и больших размеров катушек и магнитопровода, что нарушает прочность печи, миксера или ковша.
В основу изобретения положена задача создания линейной индукционной машины бегущего магнитного поля для электромагнитного перемещения электропроводных материалов и расплавов без использования специальных источников питания.
Поставленная задача решается тем, что в линейной индукционной машине, содержащей индуктор с магнитопроводом и электромагнитное рабочее тело, магнитопровод выполнен в виде цилиндров, установленных на одной плоскости, на внутренней поверхности которых по образующей с шагом S/N размещены постоянные магниты, где S - длина образующей цилиндра, N - число магнитов, расположенных на окружности. При этом если цилиндры находятся перпендикулярно плоскости, на которой они размещены, то их оси могут располагаться на одной прямой линии или на одной образующей окружности; также цилиндры могут быть размещены по периметру окружности так, что воображаемые продолжения их осей проходят через центр этой окружности.
На фиг.1 изображен вариант линейной индукционной машины, у которой оси цилиндров располагаются на одной прямой линии; на фиг 2 - то же, когда оси цилиндров расположены на одной образующей окружности; на фиг.3 - цилиндры расположены по периметру окружности таким образом, что воображаемые продолжения их осей проходят через центр этой окружности.
Линейная индукционная машина состоит из индуктора 1, выполненного из цилиндров 2, закрепленных в подшипниковых узлах 3 на раме 4. В цилиндрах 2 по внутреннему периметру с шагом S/N находятся магниты 5. Цилиндры 2 соединяются с приводным двигателем 6 посредством ведущего шкива 7 и ведомых шкивов 8, объединенных соединительной передачей 9. Приводной двигатель 6 через силовые кабели 10 соединен с преобразователем частоты 11. В свою очередь, преобразователь частоты 11 связан с контроллером 12, к которому присоединено задающее устройство 13, проходящее через металлокаркас 14, футеровку 15 и находящееся в рабочем теле (расплаве) 16.
1
2
1
2
3
Линейная индукционная машина работает следующим образом. Сигнал с задающего устройства 13 поступает на контроллер 12. Контроллер 12 запускает преобразователь частоты 11, подключенный к сети напряжением 3×380 В и частотой 50 герц. Регулируемое по частоте напряжение с преобразователя 11 при помощи силовых кабелей 10 подается на приводной двигатель 6, который через ведущий шкив 7 и ведомые шкивы 8, соединенные соединительной передачей 9, приводит цилиндры 2, установленные при помощи подшипниковых узлов 3 на раме 4, во вращение. Созданное постоянными магнитами 5, размещенными в цилиндрах 2 по периметру, вращающееся магнитное поле проникает через металлический каркас 14, футеровку 15 и вовлекает рабочее тело (электропроводный расплав) 16 в движение. Длина линейной индукционной машины прямо пропорционально зависит от расстояний L и L между цилиндрами 2, т.е изменяя расстояние L и L между цилиндрами 2, можно регулировать длину линейной индукционной машины. Сила воздействия магнитного поля на расплав, а также интенсивность магнитного поля и скорость движения расплава 16 зависит от расстояния L между металлическим каркасом 14 и цилиндрами 2.
Изменяя чередование фаз на выходе преобразователя частоты 11, можно реверсировать вращение цилиндров 2, например, с вращения по часовой стрелке на вращение против часовой стрелки. Изменяя частоту f на выходе преобразователя частоты 11, можно регулировать скорость вращения приводного двигателя 6 и цилиндров 2, а соответственно изменять скорость бегущего магнитного поля и скорость движения электропроводного расплава 16.
В случае расположения цилиндров по одной образующей окружности так, что аксиальные оси всех цилиндров 2 пересекаются в центре этой окружности (фиг.3), при вращении цилиндров 2, закрепленных в подшипниковых узлах 3, создается направленное бегущее магнитное поле, которое вовлекает электропроводный расплав 16 в движение. При этом если все цилиндры 2 с магнитами 5 вращаются в одну сторону, например, по часовой стрелке, то движение электропроводного расплава будет также по часовой стрелке. При изменении направления вращения цилиндров 2 на противоположное, например, против часовой стрелки, наблюдается движение расплава против часовой стрелки. В случае когда цилиндры установлены с возможностью вращения в разных направлениях и(или) с разными скоростями, можно добиться многокомпонентного разнонаправленного движения электропроводного расплава.
В случае если цилиндры расположены по периметру окружности так, что воображаемые продолжения их осей проходят перпендикулярно через образующую окружности (фиг.2), то можно реализовать следующие варианты движения расплава (расплав расположен внутри образующей окружности, например, цилиндрической печи или транспортного ковша):
1. расплав движется по образующей окружности в одном направлении - при однонаправленном вращении цилиндров 2;
2. расплав движется по образующей окружности в разных направлениях. Это возможно, например, при вращении двух цилиндров 2, расположенных слева, против часовой стрелки, а одного из цилиндров 2, расположенного справа, - по часовой стрелке.
При этом если электропроводный расплав 16 заключен в замкнутой цилиндрической емкости, находящейся внутри образующей окружности, то будет наблюдаться двухконтурное движение расплава в емкости. При реверсе вращающихся цилиндров 2 будет наблюдаться изменение направления двухконтурного движения расплава на противоположное.
Таким образом, достигнут технический результат, позволяющий перемещение электропроводных материалов и расплавов без использования специальных источников питания