ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
RECIPROCABLE ELECTROMAGNETIC MOTOR

Изобретение относится к области электромеханики, а именно к электрическим машинам возвратно-поступательного, одновременно встречного движения и электроприводам, работающим на их основе.
Известен электромагнитный двигатель, состоящий из цилиндрического статора с обмоткой, дискового якоря, двух одинаковых рабочих воздушных зазоров, возвратной пружины, кожуха и двух коаксиальных цилиндров, закрепленных на внутренней плоскости диска, приводящих в движение рабочий орган пресса (А.с. СССР №855888, МПК Н02К 33/02, опубл. 15.08.1981 г.). Такой двигатель предназначен для прямого силового действия и его статор закреплен от обратного воздействия силы на двигатель фундаментом или специальной станиной, на которой он установлен.
Недостатком этого аналога является отсутствие возможности использования в небольших электромеханических устройствах и в ручных электроинструментах, т.к. двигатель при прямой работе имеет обратное воздействие силы-отдачи, при этом создается сильная вибрация корпуса двигателя и сложная конструкция.
Известен также линейный электромагнитный привод пресса (Патент РФ №2193943, МПК B21J 7/30, В30В 1/42, опубл. 10.12.2002 г.), где электромагнитный двигатель содержит статор с размещенной в нем обмоткой и якорь, направляющий кожух с упором и возвратную пружину. Якорь состоит из двух подвижных относительно друг друга частей. Одна часть представляет собой стакан, а вторая - расположенный внутри стакана цилиндрический сердечник. Площадь поперечного сечения стакана меньше площади поперечного сечения цилиндрического стакана. В верхней части стакана и сердечника имеются буртики. Якорь в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиками сердечника и упором направляющего кожуха меньше, чем величина рабочего хода якоря.
Недостатком этого аналога, так же как и предыдущего, является отсутствие возможности его использования в ручных электроинструментах из-за сильной вибрации.
Известен также линейный двигатель возвратно-поступательного движения (А.с. СССР №1725330, МПК Н02К 33/00, H01F 7/16, опубл. 07.04.1992 г.), содержащий статор с магнитопроводом и обмоткой, в полости которой размещен якорь с осевым глухим отверстием, в котором размещен регулировочный винт для регулирования амплитуды хода якоря двигателя, возвратную пружину.
Недостатком этого аналога также является отсутствие возможности использования его в ручных электроинструментах из-за сильной вибрации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является электромагнитный привод возвратно-поступательного движения (А.с. СССР №1453544, МПК Н02К 33/02, опубл. 23.01.1989 г.), содержащий цилиндрический индуктор, состоящий из магнитопровода и обмотки, расположенной в кольцевом пазу магнитопровода, при этом внутренняя цилиндрическая поверхность цилиндра образована внутренними цилиндрическими поверхностями полюсов магнитопровода и обмотки, и соосно расположенный подвижный якорь, состоящий из двух частей, содержащий ферромагнитные и электропроводящие элементы, возвратную пружину и две идентичные части, дополняющие одна другую до полного цилиндра, каждая из которых состоит из ферромагнитного и укрепленного на его торце, размещенном внутри индуктора, электропроводящих элементов, при этом якорь расположен симметрично относительно индуктора, а возвратная пружина установлена в осевом канале якоря, образованном глухими торцевыми проточками в его частях, и опирается своими концами на разные части якоря.
Недостатком прототипа является низкоэффективная магнитная система, т.к. якорь не является цельным ферромагнитным телом, а состоит из двух продольно разделенных частей, ориентированных на встречное их движение, поэтому магнитный поток обмотки разделяется на подвижных частях, что снижает коэффициент полезного действия двигателя. Кроме того, конструкция прототипа далека от практического применения и требует серьезной доработки.
Задача настоящего изобретения заключается в уменьшении уровня вибрации корпуса электродвигателя, повышении производительности и экономичности.
Технический результат заключается в повышении уровня безопасности при работе линейного электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения, в уменьшении потребляемой мощности за счет импульсного питания электромагнитного двигателя, в увеличении производительности труда и экономичности.
Поставленная задача достигается тем, что в электромагнитном двигателе возвратно-поступательного движения, содержащем цилиндрический индуктор, состоящий из магнитопровода и обмотки возбуждения, размещенной в кольцевом пазу магнитопровода, соосно встречно расположенные якори прямого и обратного хода, возвратную пружину, установленную в осевом канале, образованном торцевыми глухими проточками в якоре прямого хода и якоре обратного хода, согласно предлагаемому техническому решению, якорь прямого хода и якорь обратного хода выполнены в виде жестко связанных между собой дисковой и цилиндрической частей, при этом цилиндрические части имеют отличные по величине диаметры, а в цилиндрической части якоря прямого хода имеется внутренняя глухая проточка, диаметр которой больше диаметра цилиндрической части якоря обратного хода, которая выполнена с возможностью перемещения по внутренней проточке якоря прямого хода, дисковые части якорей направлены к разным полюсам цилиндрического индуктора, при этом на якоре прямого хода имеется осевой стержень, а на якоре обратного хода имеется осевое отверстие, в котором подвижно расположен осевой стержень якоря прямого хода.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения отличается тем, что содержит два встречно-направленных ферромагнитных якоря одинаковой массы, где дисковые части якорей направлены к разным торцевым полюсам цилиндрического магнитопровода индуктора, при этом осевой стержень якоря прямого хода проходит через сквозное осевое отверстие якоря обратного хода.
Таким образом, заявленный электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения соответствует критерию изобретения «новизна».
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, а введение двух встречно-направленных ферромагнитных якорей и осевого встречного перемещения якоря прямого хода в сквозном осевом отверстии якоря обратного хода позволило сделать вывод о соответствии технического решения критерию «существенные отличия».
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен продольный разрез электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения, где позициями обозначены:
1 - цилиндрический магнитопровод индуктора;
2 - обмотка возбуждения;
3 - якорь прямого хода;
4 - якорь обратного хода;
5 - дисковая часть якоря прямого хода;
6 - цилиндрическая часть якоря прямого хода;
7 - дисковая часть якоря обратного хода;
8 - цилиндрическая часть якоря обратного хода;
9 - внутренняя глухая проточка якоря прямого хода;
10 - осевой стержень якоря прямого хода;
11 - сквозное осевое отверстие якоря обратного хода;
12 - торцевая глухая проточка якоря прямого и обратного хода;
13 - возвратная пружина;
14 - полюс индуктора для якоря прямого хода;
15 - полюс индуктора для якоря обратного хода.
Электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения содержит цилиндрический индуктор, состоящий из магнитопровода 1 с обмоткой возбуждения 2, размещенной в кольцевом пазу магнитопровода, два соосно встречно расположенных якоря прямого хода 3 и обратного хода 4, которые выполнены в виде жестко связанных между собой дисковой части 5 и цилиндрической части 6 якоря прямого хода 3 и дисковой части 7 и цилиндрической части 8 якоря обратного хода 4 (фиг.1). Цилиндрические части 6, 8 якоря прямого хода 3 и якоря обратного хода 4 соответственно имеют отличные по величине диаметры. Цилиндрическая часть 6 якоря прямого хода 3 имеет внутреннюю глухую проточку 9 глубиной 2δ, диаметр которой больше диаметра цилиндрической части 8 якоря обратного хода 4, и обеспечивает зазор между ними. При этом цилиндрическая часть 8 якоря обратного хода 4 выполнена с возможностью перемещения во внутренней глухой проточке 9 якоря прямого хода 3. На якоре прямого хода 3 имеется осевой стержень 10, а на якоре обратного хода 4 имеется сквозное осевое отверстие 11, в котором подвижно расположен осевой стержень 10 якоря прямого хода 3. Диаметр осевого стержня 10 якоря прямого хода 3 и диаметр сквозного осевого отверстия 11 якоря обратного хода 4 выполнены, например, с ходовой посадкой. Оба якоря во внутренних цилиндрических частях имеют торцевые глухие проточки 12, в осевых каналах которых установлена возвратная пружина 13. Дисковые части 5, 7 якоря прямого хода 3 и обратного хода 4 соответственно направлены к разным полюсам 14, 15 цилиндрического магнитопровода индуктора 1 и отстоят от него на расстоянии δ, равном рабочему зазору. Внутренняя глухая проточка 9 якоря прямого хода 3 имеет глубину не менее двойного рабочего зазора 2δ. Якорь прямого хода 3 равен по массе якорю обратного хода 4.
Электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения работает следующим образом. При подаче импульса напряжения на обмотку возбуждения 2 возникает магнитный поток, который вызывает одновременно встречное движение якорей прямого хода 3 и обратного хода 4, при этом якори прямого хода 3 и обратного хода 4 своими дисковыми частями 5 и 7 синхронно притягиваются к полюсам 14 и 15 цилиндрического магнитного индуктора 1, происходит встречное движение якорей. При движении цилиндрическая часть 8 якоря обратного хода 4 входит во внутреннюю глухую проточку 9 якоря прямого хода 3. В результате встречного движения якоря прямого хода 3 и обратного хода 4 сжимается возвратная пружина 13, расположенная в глухих торцевых проточках 12 якоря прямого 3 и обратного хода 4, при этом якорь обратного хода 4 перемещается своим сквозным осевым отверстием 11 по осевому стержню 10 якоря прямого хода 3. При снятии напряжения с обмотки возбуждения 2 якорь прямого хода 3 и якорь обратного хода 4 под действием силы сжатой возвратной пружины 13 возвращаются в исходное положение. При подаче серии импульсов напряжения на обмотку возбуждения 2 электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения работает в импульсном режиме без вибрации.
Наличие якорей прямого хода 3 и обратного хода 4, имеющих цилиндрические 6, 8 и дисковые части 5, 7 соответственно, позволяет полнее использовать полезный магнитный поток, проходящий через оба якоря 3, 4 и цилиндрический магнитопровод индуктора 1, создавая наибольшее усилие на осевом стержне 10 якоря прямого хода 3. Кроме того, конструкция встречно-направленных движений якорей устраняет сильную вибрацию двигателя и повышает его надежность.
Выполнение якоря прямого хода 3 равным по массе якорю обратного хода 4 способствует тому, что при подаче импульса напряжения на обмотку возбуждения 2 образуется магнитный поток и механическая сила притяжения якорей 3, 4 равномерно распределяется на якорь прямого хода 3 и обратного хода 4, что также способствует уменьшению вибрации корпуса двигателя и повышает его надежность.
Таким образом, повышается уровень безопасности при работе электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения, уменьшается потребление мощности за счет его импульсного питания, увеличивается производительность труда и экономичность, а также улучшается экологичность рабочего места.