СИНХРОННЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
SYNCHRONOUS LINEAR ELECTRIC MOTOR

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к линейным электродвигателям, и может быть использовано в кинематических системах высокоточного технологического оборудования, например в лазерных, плазменных, гидроабразивных комплексах, металлорежущих станках.
Известен синхронный линейный электродвигатель, содержащий индуктор на постоянных магнитах с полюсным делением τ, явнополюсный якорь с трехфазной обмоткой [1]. У данного электродвигателя три полюса трехфазной обмотки располагаются над двумя постоянными магнитами таким образом, что размер каждого полюса равен 2/3τ. Данная электромагнитная схема является классической.
Недостатком указанного электродвигателя является технологическая сложность укладки обмотки в пазы якоря, что увеличивает затраты на производство, так как практически невозможно механизировать процесс и его приходится осуществлять вручную.
Известен синхронный линейный электродвигатель, содержащий индуктор на постоянных магнитах с полюсным делением τ, секционный явнополюсный якорь с трехфазной обмоткой [2].
Недостатком данного двигателя являются повышенные затраты на производство, несмотря на секционную конструкцию якоря, что в принципе позволяет механизировать процесс укладки обмотки, однако не всегда удается это сделать, т.к. размер полюса-секции составляет 2/3τ и при малых размерах полюсного деления технологически сложно разбить якорь на секции.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение затрат на производство при сохранении удельных силовых характеристик.
Технический результат заключается в улучшении технологичности изготовления секционного якоря за счет увеличения размера полюса-секции в два раза до 4/3τ. Данное увеличение позволяет разбивать якорь на секции при малых размерах полюсного деления, которое составляет, как правило, 10-20 мм. Разбиение якоря на секции позволяет механизировать процесс укладки обмотки, производя эту операцию на намоточном станке. Наличие у полюсов секций наконечников дает возможность наматывать обмотку непосредственно на полюс, на который предварительно нанесена изоляционная пленка. Это позволяет не применять специальных каркасов для намотки обмоток. Следует отметить, что при указанном увеличении относительных размеров полюсов сохраняются высокие удельные силовые характеристики двигателя, т.к. средняя индукция магнитного поля в немагнитном зазоре не уменьшается.
Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что в синхронном линейном электродвигателе, содержащем индуктор на постоянных магнитах с полюсным делением τ, секционный явнополюсный якорь с трехфазной обмоткой, полюс второй фазы смещен относительно полюса первой на 2/3τ+2τ, а полюс третьей фазы смещен относительно полюса второй на 2/3τ-2τ, при этом ширина каждого полюса равна 4/3τ.
Изобретение поясняется фиг. 1, где изображен продольный разрез синхронного линейного электродвигателя, а также схема трансформации полюсов согласно изобретению, и круговой диаграммой фиг. 2.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Синхронный линейный электродвигатель содержит индуктор 1 с постоянными магнитами 2, установленными с полюсным делением τ и образующими переменно-полюсную вдоль движения структуру, корпус 3, на котором жестко, посредством клиньев 4, установлены полюса 5, 6, 7 секционного явнополюсного якоря с трехфазной обмоткой 8. Корпус 3 с якорем, образованным полюсами 5, 6, 7 с обмоткой 8, установлен с возможностью перемещения вдоль переменно-полюсной структуры магнитов 2.
Трансформация полюсов согласно изобретению, графически представленная на фиг. 1, происходит следующим образом. Полюс 6 фазы В смещен вдоль движения относительно полюса 5 фазы А на расстояние, равное 2/3τ+2τ, а полюс 7 фазы С смещен соответственно относительно полюса 6 фазы В на расстояние, равное 2/3τ-2τ. Тогда расстояние между смежными полюсами и, соответственно, ширина каждого полюса составляет 4/3τ, что в два раза больше, чем у известного линейного электродвигателя. Общий размер полюсов трех фаз составляет 4τ. Как видно на фиг. 1, при указанной трансформации чередование фаз меняется с прямого А-В-С на обратное А-С-В, при этом обмотка фазы С имеет прямое включение, что также отражено на фиг. 1.
Кроме того, процесс трансформации полюсов представлен на круговой диаграмме фиг. 2. Из диаграммы следует, что после предлагаемого пространственного преобразования полюсов сохраняется необходимый пространственный сдвиг между фазами полюсов - 120 эл. градусов, что необходимо для получения бегущего магнитного поля, когда токи в фазах сдвинуты во времени на 120 эл. градусов, а фазы сдвинуты в пространстве на 120 эл. градусов. Очевидно, что при любой трансформации полюсов 2/3τ+/-2τ×K (где K - любое целое число) будет сохранена работоспособность линейного электродвигателя, но сохранение высоких удельных силовых характеристик возможно только в варианте, предложенном в изобретении. Так как в иных случаях суммарная длина трех полюсов будет больше 4τ, а при условии, что ширина одного полюса не может превышать 4/3τ из-за возникновения шунтирования магнитного поля постоянных магнитов индуктора, по длине якоря появляются немагнитные промежутки, снижающие среднее значение магнитной индукции в немагнитном зазоре.
Реализация предложенного изобретения возможна также в поворотных синхронных явнополюсных электродвигателях, тогда число пар полюсов р должно быть равно 4к, где к - любое целое число. Однако конструктивно и технологически это не целесообразно. В таких машинах, напротив, стремятся уменьшить размер полюса, применяя его дробление.
Устройство работает следующим образом. При подаче трехфазной системы токов от системы управления, сдвинутых во времени на 120 эл. градусов, на три фазы обмотки 8 возникает бегущее электромагнитное поле якоря, т.к. полюса 5, 6, 7 сдвинуты в пространстве на 120 эл. градусов. Данное поле, взаимодействуя с неподвижным полем постоянных магнитов 2 индуктора 1, создает силу тяги, направленную вдоль переменно-полюсной структуры индуктора 1. Указанная сила приводит в движение корпус 3 с установленными посредством клиньев 4 полюсами 5, 6, 7 секционного явнополюсного якоря.
Таким образом, предложенное техническое решение позволит уменьшить затраты на производство при сохранении удельных силовых характеристик.
В соответствии с данным изобретением были изготовлены синхронные линейные электродвигатели и проведены их испытания. Изготовление подтвердило улучшение технологичности изготовления и снижение производственных затрат. Испытания подтвердили высокие удельные силовые характеристики.
Источники информации
1. Патент США US 5910691 А, H02K 41/03, опубл. 08.06.1999.
2. Патент США US 6831379 В2, H02K 41/03, опубл. 14.12.2004.