ЛИНЕЙНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
LINEAR ASYNCHRONOUS ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к области электротехники, а точнее - к электроприводам, предназначенным для использования в робототехнике.
Известен линейный асинхронный электропривод, содержащий индуктор, состоящий из сердечника, включающего ярмо и зубцы с катушками обмотки, каждая из которых охватывает по одному зубцу, электропроводящий вторичный элемент и коммутирующее устройство (см., например: а.с. СССР №1755352, МПК Н02К 41/025, 1989 г.; патент РФ №2259001, кл. Н02К 41/025, Н02Р 7/62, 2003 г., патент РФ №2279752, МПК Н02К 41/025, Н02Р 25/06, 2005 г.).
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является линейный асинхронный электропривод, содержащий индуктор, состоящий из сердечника, включающего ярмо и зубцы с катушками обмотки, сердечник индуктора выполнен изотропным в магнитном отношении, а ярмо сердечника выполнено в виде прямоугольной решетки, в узлах которой расположены зубцы сердечника, электропроводящий вторичный элемент, размещенный на шаровых опорах, и коммутирующее устройство (см. патент РФ МПК Н02К 41/025, 1996 г.). Этот линейный асинхронный электропривод выбран в качестве прототипа.
Данный линейный асинхронный электропривод работает только от трехфазного источника напряжения. Это - недостатки прототипа.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка в разработанной конструкции линейного асинхронного электропривода.
Решение технической задачи достигается тем, что в линейном асинхронном электроприводе, содержащем индуктор, состоящий из сердечника, включающего зубцы с катушками обмотки, сердечник индуктора выполнен изотропным в магнитном отношении, и ярмо, выполненное в виде прямоугольной решетки, в узлах которой расположены зубцы, электропроводящий вторичный элемент и коммутирующее устройство, согласно изобретению обмотка индуктора однофазная, каждый зубец снабжен четырьмя витками, расположенными в торцевой его части, причем первая пара витков расположена параллельно друг другу и предназначена для экранирования крайних частей зубца, а вторая пара витков перпендикулярна первой и предназначена также для экранирования крайних частей зубца, выводы витков соединены, например, с контактами герконовых реле, катушки которых соединены с коммутирующим устройством, причем катушки герконовых реле, подключенных к источнику напряжения, замыкают герконы витков, экранирующих зубцы сердечника, причем зубцы образуют прямоугольник, содержащий по меньшей мере четыре продольных и четыре поперечных первоначальных ряда, причем зубец, входящий в любой из продольных рядов, входит в какой-либо из поперечных рядов, причем для фиксации вторичного элемента в начальном положении у первых двух зубцов слева направо каждого первоначального продольного ряда экранированы правые их части, а у третьего и четвертого зубцов (слева направо) экранированы левые части, а коммутирующее устройство выполнено с возможностью отключения катушки герконового реле, соединенного с витком, охватывающим левую часть последнего зубца первоначального продольного ряда для совершения шага, кроме того, для фиксации вторичного элемента в начальном положении у первого и второго зубцов каждого первоначального поперечного ряда (сверху вниз) экранированы нижние части зубцов, а у третьего и четвертого зубцов (сверху вниз) экранированы верхние части зубцов, а коммутирующее устройство выполнено с возможностью отключения катушки герконового реле, соединенного с витком, охватывающим верхнюю часть последнего (четвертого сверху вниз) зубца первоначального поперечного ряда для совершения шага в поперечном направлении.
То, что обмотка индуктора однофазная, а каждый зубец снабжен четырьмя витками, выводы которых соединены с замыкающим устройством, например с герконовыми реле, при этом первая пара витков расположена параллельно друг другу и предназначена для экранирования крайних частей зубца, а вторая пара витков перпендикулярна первой и также предназначена для экранирования крайних частей зубца, катушки герконовых реле соединены с коммутирующим устройством, причем катушки герконовых реле, подключенные к источнику напряжения, замыкают герконы витков, экранирующих зубцы сердечника, причем зубцы образуют прямоугольник, содержащий по меньшей мере четыре продольных и четыре поперечных первоначальных ряда, причем зубец, входящий в любой из продольных рядов, входит в какой-либо из поперечных рядов, причем для фиксации вторичного элемента в начальном положении у первых двух зубцов слева направо каждого первоначального продольного ряда экранированы их правые части, а у третьего и четвертого зубцов (слева направо) экранированы левые части, коммутирующее устройство выполнено с возможностью отключения катушки герконового реле, соединенного с витком, охватывающим левую часть последнего зубца первоначального продольного ряда для совершения шага, кроме того, для фиксации вторичного элемента в начальном положении у первого и второго зубцов каждого первоначального поперечного ряда (сверху вниз) экранированы нижние части зубцов, а у третьего и четвертого зубцов (сверху вниз) экранированы верхние части, а коммутирующее устройство выполнено с возможностью отключения катушки герконового реле, соединенного с витком, охватывающим верхнюю часть последнего (четвертого сверху вниз) зубца первоначального поперечного ряда для совершения шага в поперечном направлении - эти признаки определяют новизну и существенные отличия изобретения.
В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
фиг.1 изображает схематически общий вид индуктора и вторичного элемента линейного асинхронного электропривода (вид спереди);
фиг.2 изображает схему подключения катушек герконовых реле, магнитоуправляемые контакты которых предназначены для экранирующих витков, размещенных на одном зубце индуктора, к коммутирующему устройству;
фиг.3 изображает фиксацию электропроводящего вторичного элемента четырьмя продольными первоначальными рядами экранированных зубцов (схематично);
фиг.4 - отключение (снятие экранирования) последних четвертых (крайних правых) зубцов в продольных рядах для совершения шага электропроводящего вторичного элемента в продольном направлении;
фиг.5 показывает схематично фиксацию электропроводящего вторичного элемента в новом положении после совершения шага в продольном направлении с образованием новых четырех продольных рядов, состоящих из экранированных зубцов;
фиг.6 - фиксацию электропроводящего вторичного элемента четырьмя первоначальными поперечными рядами экранированных зубцов индуктора перед совершением шага в поперечном направлении;
фиг.7 - отключение (размыкание) экранирующего витка на последних (четвертых) зубцах поперечных рядов зубцов перед совершением шага;
фиг.8 - фиксацию электропроводящего вторичного элемента после совершения шага в поперечном направлении четырьмя новыми поперечными рядами экранированных зубцов индуктора.
Линейный асинхронный электропривод 1 (фиг.1) содержит индуктор, состоящий из сердечника, включающего ярмо 2 и зубцы 3, ярмо 2 выполнено в виде прямоугольной решетки, в узлах которой расположены зубцы 3. Электропроводящий вторичный элемент 4 размещен на шаровых опорах 5. Обмотка 6 индуктора выполнена однофазной. Каждый зубец 3 снабжен четырьмя витками, расположенными в торцевой его части, выводы витков соединены с замыкающими устройствами, например с герконовыми реле (на фиг.1 не показаны). Первая пара витков 7 расположена параллельно друг другу и предназначена для экранирования крайних частей зубца, а вторая пара витков 8 перпендикулярна первой и также предназначена для экранирования крайних частей зубца. Катушки 9 герконовых реле (фиг.2) соединены с коммутирующим устройством 10, которое управляет магнитоуправляемыми контактами герконов 11. Видно, что торцевая часть зубца 3 может экранироваться витками 7 и 8. Катушки однофазной обмотки 6 через рубильник 12 подключаются к источнику напряжения.
1
2
Фиксация электропроводящего вторичного элемента 4 (вид сверху) четырьмя продольными первоначальными рядами экранированных зубцов 3 схематично представлена на фиг.3. Здесь у первого и второго зубцов 3 экранированы витками 7 только правые их части, а у третьего и четвертого зубцов 3 экранированы только их левые части (фиг.3). И таких продольных ряда четыре. Электропроводящий вторичный элемент 4 показан жирной линией. F и F - силы, действующие на электропроводящий вторичный элемент в продольном направлении. Замкнутые витки 7 на фиг.3 обозначены сплошными линиями.
На фиг 4. (также вид сверху) линейного асинхронного электропривода показано отключение (размыкание) экранирующих витков 7 на каждом последнем четвертом (крайнем правом) зубце 3 во всех продольных рядах зубцов перед совершением шага электропроводящего вторичного элемента 4 в продольном направлении. Замкнутые витки 7 обозначены сплошными линиями. Новое положение электропроводящего вторичного элемента 4 и фиксация его в этом положении изображены на фиг.5. Видно, что электропроводящий вторичный элемент 4 сместился влево в продольном направлении на одно зубцовое деление. При этом образовались новые четыре продольных ряда с экранированными зубцами, идентичные первоначальным.
3
4
Фиксация электропроводящего вторичного элемента 4 в первоначальном положении четырьмя поперечными рядами экранированных зубцов 3 представлена на фиг.6 на виде сверху. Видно, что у первых двух зубцов в каждом поперечном ряду экранированы витками 8 нижние части их торцов (сверху вниз на фиг.6), а у третьего и четвертого зубцов в каждом из четырех поперечных рядов замкнутыми витками 8 экранированы верхние части торцов зубцов. F и F - силы, действующие на электропроводящий вторичный элемент в поперечном направлении. Замкнутые экранирующие витки 8 обозначены сплошными линиями.
Отключение (размыкание) экранирующих витков 8 на последних, четвертых (нижних) зубцах 3 во всех поперечных рядах зубцов показано на фиг.7. Это момент перед началом шага электропроводящего вторичного элемента 4 в поперечном направлении.
Новое положение электропроводящего вторичного элемента 4 и фиксация его в этом положении изображены на фиг.8. Видно, что электропроводящий вторичный элемент 4 сместился в поперечном направлении (на фиг.8 - вниз) на одно зубцовое деление. При этом образовались новые четыре поперечных ряда экранированных зубцов 3.
Рассмотрим принцип работы данного линейного асинхронного электропривода.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
При подключении катушек обмотки 6 индуктора линейного асинхронного электропривода 1 рубильником 12 к источнику однофазного напряжения (фиг.1 и фиг.2) создается пульсирующее магнитное поле. Коммутирующее устройство 10 замыкает катушки 9 герконовых реле, выводы магнитоуправляемых контактов (герконов) 11, которые замыкают витки 7, экранирующие правые части торцевых частей первого и второго зубцов 3 сердечника и левые части третьего и четвертого зубцов. Получается продольный ряд из экранированных зубцов 3. Таких первоначальных рядов четыре (фиг.2 и фиг.3). В результате экранирования зубцов, на которых установлены катушки обмотки 6, образуются в каждом ряду два бегущих навстречу друг другу эллиптических магнитных поля, силовые линии которых пересекают электропроводящий вторичный элемент 4 и индуктируют в нем электродвижущие силы (ЭДС), вызывающие протекание в нем вихревых токов. В результате взаимодействия бегущих эллиптических магнитных полей с вихревыми токами, ими индуктированными, создаются механические усилия F и F, одинаковые по величине и уравновешивающие друг друга (фиг.3). Эти усилия фиксируют электропроводящий вторичный элемент 4 в исходном положении (фиг.3). Для совершения шага на одно зубцовое деление в продольном направлении электропроводящего вторичного элемента 4 коммутирующее устройство 10 отключает катушки 9 герконовых реле, управляющих магнитоуправляемыми контактами (герконами) 11, которые размыкаются и размыкают витки 7, экранирующие последние четвертые (крайние правые) зубцы 3 во всех продольных рядах зубцов (фиг.2 и фиг.4). В этом случае (фиг.4) эллиптическое магнитное поле, бегущее слева направо, создается первым и вторым экранированными зубцами 3 сердечника, а эллиптическое магнитное поле, бегущее справа налево создается только одним третьим экранированным зубцом. Поэтому механическое усилие F создаваемое при взаимодействии эллиптического магнитного поля, бегущего слева направо с вихревыми токами в электропроводящем вторичном элементе 4, будет больше механического усилия F создаваемого при взаимодействии эллиптического магнитного поля, бегущего справа налево с вихревыми токами в электропроводящем вторичном элементе 4. Поэтому электропроводящий вторичный элемент 4 под действием разности усилий F и F начнет перемещаться слева направо и будет двигаться до тех пор, пока усилия F и F не станут равными. Это произойдет, когда электропроводящий вторичный элемент 4 сместится ровно на одно зубцовое деление вправо. Для фиксации электропроводящего вторичного элемента 4 в новом положении коммутирующее устройство 10 отключает катушки 9 герконовых реле, магнитоуправляемые контакты 11 которых замыкают витки 7, экранирующие правые стороны торцевых частей первых (крайних левых) зубцов 3 первоначальных продольных рядов зубцов 3 (фиг.2 и фиг.5). Кроме того, коммутирующее устройство 10 подключает катушки 9 герконовых реле таким образом, что замыкаются витки 7, экранирующие правые стороны торцевых частей второго и третьего зубцов в продольном направлении (остальные витки 7 и 8 на этих зубцах разомкнуты). Одновременно коммутирующее устройство замыкает витки 7, экранирующие левые части четвертого и пятого зубцов 3 сердечника в продольном направлении (остальные витки 7 и 8 на этих зубцах разомкнуты). Получаем четыре новых продольных ряда экранированных зубцов, идентичные первоначальным (фиг.2 и фиг.5). Снова эллиптические магнитные поля, бегущие слева направо и справа налево, становятся одинаковыми. Поэтому усилия F и F становятся равными первоначальным (см. фиг.3 и фиг.5). Электропроводящий вторичный элемент 4 надежно зафиксирован в новом положении.
3
4
В этом положении электропроводящий вторичный элемент 4 может быть зафиксирован при помощи четырех поперечных рядов, образованных экранированными зубцами 3 (фиг.6). Для создания четырех первоначальных поперечных рядов коммутирующее устройство 10 подключает к источнику напряжения катушки 9 герконовых реле, замыкающих контакты магнитоуправляемых контактов (герконов) 11, которые замыкают витки 8, экранирующие нижние стороны торцевых частей первого и второго (сверху вниз) зубцов 3 (фиг.2 и фиг.6), расположенных под электропроводящим вторичным элементом 4. Одновременно коммутирующее устройство 10 подает напряжение на катушки 9 герконовых реле, замыкающих магнитоуправляемые контакты (герконы) 11, которые замыкают витки 8, экранирующие верхние части третьего и четвертого (сверху вниз) зубцов 3 (фиг.2 и фиг.6). При подаче напряжения на катушки однофазной обмотки 6 возбуждаются в каждом поперечном ряду эллиптические магнитные поля, бегущие навстречу друг другу (на фиг.6 одно из магнитных полей бежит сверху вниз, а второе - снизу вверх). Эти эллиптические магнитные поля полностью идентичны, пересекают электропроводящий вторичный элемент 4, наводят в нем ЭДС и вихревые токи. В результате взаимодействия бегущих эллиптических магнитных полей с вихревыми токами создаются механические усилия F и F, уравновешивающие друг друга и фиксирующие электропроводящий вторичный элемент 4 в исходном положении (фиг.6).
3
4
3
4
3
4
Для совершения шага электропроводящего вторичного элемента 4 на одно зубцовое деление в поперечном направлении коммутирующее устройство 10 отключает от источника напряжения катушки 9 герконовых реле, управляющих магнитоуправляемыми контактами (герконами) 11, которые замыкают витки 8, экранирующие верхние части последних и (четвертых на фиг.7 сверху вниз) зубцов 3 в каждом поперечном ряду (фиг.2 и фиг.7). В этом случае эллиптические магнитные поля, бегущие сверху вниз, создаются двумя экранированными зубцами в каждом поперечном ряду, будут больше эллиптических магнитных полей, бегущих снизу вверх, создаваемых одним экранированным зубцом в каждом поперечном ряду. Поэтому механические усилия F, создаваемые при взаимодействии эллиптических магнитных полей, бегущих сверху вниз с вихревыми токами в электропроводящем вторичном элементе 4, будут больше механических усилий F, создаваемых при взаимодействии эллиптических магнитных полей, бегущих снизу вверх с вихревыми токами в электропроводящем вторичном элементе 4. Поэтому электропроводящий вторичный элемент 4 под действием разности усилий F и F начнет перемещаться в поперечном направлении (на фиг.7 сверху вниз) и будет двигаться до тех пор, пока усилия F и F не станут равными. Это произойдет, когда электропроводящий вторичный элемент 4 сместится в поперечном направлении (на фиг.7 сверху вниз) ровно на одно зубцовое деление индуктора. Для устойчивой фиксации электропроводящего вторичного элемента 4 в новом положении коммутирующее устройство 10 отключает катушки 9 герконовых реле, магнитоуправляемые контакты 11 которых замыкают витки 8, экранирующие нижние части первых зубцов 3 в первоначальных поперечных рядах. Затем коммутирующее устройство 10 размыкает все витки 8, экранирующие вторые и третьи (сверху вниз) зубцы 3 сердечника индуктора во всех первоначальных поперечных рядах зубцов.
После этого коммутирующее устройство 10 подает напряжение на катушки 9 герконовых реле, замыкающих магнитоуправляемые контакты 11, которые замыкают нижние витки 8 на втором и третьем зубцах и верхние витки 8 на четвертом и пятом зубцах во всех поперечных рядах, состоящих из экранированных зубцов 3 (фиг.2 и фиг.8).
3
4
Получаем четыре новых поперечных ряда экранированных зубцов, идентичные первоначальным (фиг.6 и фиг.8). Снова эллиптические магнитные поля, бегущие сверху вниз и снизу вверх, становятся одинаковыми. Поэтому усилия F и F становятся равными первоначальным (см. фиг.6 и фиг.8). Электропроводящий вторичный элемент 4 после совершения шага в поперечном направлении надежно зафиксирован в новом положении (фиг.8).
По сравнению с прототипом упрощена конструкция линейного асинхронного электропривода, обеспечивающего точное шаговое перемещение электропроводящего вторичного элемента, как в продольном, так и в поперечном направлениях при питании обмотки индуктора от источника однофазного напряжения.