ЛИНЕЙНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
LINEAR ASYNCHRONOUS MOTOR

Изобретение относится к области электротехники, а более точно к линейным асинхронным двигателям (ЛАД), предназначенным для электроприводов с прямолинейным движением рабочих органов и электрического транспорта.
Известен линейный асинхронный двигатель, содержащий индуктор, состоящий из сердечника и трехфазной обмотки, и вторичный элемент, состоящий из сердечника, в пазах которого расположены один над другим изолированные электропроводящие стержни, замкнутые с обоих сторон по торцам вторичного элемента (см., например, а.с. СССР №1104619, МПК Н02К 41/025, 1984 г., а.с. СССР №1350778, МПК Н02К 41/025, 1987 г., патент РФ №1823094, МПК Н02К 41/025, 1993 г.).
Данные ЛАД имеют ограниченные функциональные возможности.
Наиболее близким по своей технической сути к заявляемому является ЛАД, содержащий индуктор, состоящий из сердечника и трехфазной обмотки, и вторичный элемент, состоящий из сердечника, в пазах которого расположены один над другим изолированные электропроводящие стержни, замкнутые с обеих сторон по торцам вторичного элемента, при этом пазы сердечника содержат центральную часть, перпендикулярную горизонтальной оси двигателя, и примыкающие к ней под одинаковыми углами с обеих сторон боковые части, при этом все электропроводящие стержни повторяют форму паза (см. патент РФ №2349018, МПК Н02К 41/025, 2009 г.). Этот ЛАД выбран в качестве прототипа.
Ограниченные функциональные возможности и диапазон регулирования данного линейного асинхронного двигателя - недостатки прототипа.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков в разработанной конструкции ЛАД.
Решение данной технической задачи достигается тем, что в ЛАД, содержащем индуктор, состоящий из сердечника и трехфазной обмотки, и вторичный элемент, состоящий из сердечника, в пазах которого расположены один над другим изолированные электропроводящие стержни, замкнутые с обеих сторон по торцам вторичного элемента, при этом пазы сердечника содержат центральную часть, перпендикулярную оси двигателя, и примыкающие к ней под одинаковыми углами с обеих сторон боковые части, согласно изобретению к центральным частям пазов с обеих сторон примыкают дополнительные части, перпендикулярные горизонтальной оси двигателя, при этом все электропроводящие стержни повторяют форму пазов, по обоим торцам электропроводящие стержни замыкаются замыкающими цилиндрами, установленными с возможностью поворота вокруг своих горизонтальных осей, при этом каждый замыкающий цилиндр образован тремя сегментами, в каждом его поперечном сечении примыкающими друг к другу и опирающимися на внутренний цилиндр из электропроводящего материала, а по длине цилиндров: первый сегмент содержит чередующиеся электропроводящие и изоляционные части, причем длина электропроводящей части равна ширине паза вторичного элемента, а длина изоляционной части равна расстоянию между концом первого и началом второго горизонтальных пазов вторичного элемента, второй сегмент содержит чередующиеся изоляционные и электропроводящие части, причем длина изоляционной части равна расстоянию между началом первого горизонтального паза и началом первого паза, в котором расположены боковые части электропроводящих стержней, а длина электропроводящей части равна ширине паза вторичного элемента, третий сегмент по всей длине выполнен из электропроводящего материала.
Выполнение дополнительных горизонтальных частей вторичного элемента, замыкание электропроводящих стержней обмотки вторичного элемента с обеих сторон замыкающими цилиндрами, установленными с возможностью поворота их вокруг своих горизонтальных осей, выполнение каждого замыкающего цилиндра из трех сегментов, в каждом его поперечном сечении примыкающих друг к другу и опирающихся на внутренний цилиндр из электропроводящего материала, а по длине цилиндров: первый сегмент содержит чередующиеся электропроводящие и изоляционные части, причем длина электропроводящей части равна ширине паза вторичного элемента, а длина изоляционной части равна расстоянию между концом первого и началом второго горизонтальных пазов вторичного элемента, второй сегмент содержит чередующиеся изоляционные и электропроводящие части, причем длина изоляционной части равна расстоянию между началом первого горизонтального паза и началом первого паза, в котором расположены боковые части электропроводящих стержней, а длина электропроводящей части равна ширине паза вторичного элемента, третий сегмент по всей длине выполнен из электропроводящего материала - эти признаки определяют новизну и существенные отличия данного технического решения.
В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает общий вид ЛАД (поперечное сечение - схематично);
фиг.2 - вторичный элемент ЛАД (вид сверху - схематично) при замыкании электропроводящих стержней обмотки первыми сегментами замыкающих цилиндров;
фиг.3 - вторичный элемент ЛАД (вид сверху) при замыкании электропроводящих стержней вторыми сегментами замыкающих цилиндров;
фиг.4 - то же, но при замыкании электропроводящих стержней третьими сегментами замыкающих цилиндров;
фиг.5 показывает замыкающий цилиндр (фрагмент) в аксонометрии.
Линейный асинхронный двигатель (фиг.1) содержит индуктор 1, состоящий из сердечника 2 с трехфазной обмоткой 3. Вторичный элемент 4 состоит из сердечника 5, в пазах которого расположены один над другим изолированные электропроводящие стержни 6, замкнутые с обеих сторон замыкающими цилиндрами 7 и 8.
На фиг.2 схематически на виде сверху изображен вторичный элемент 4 при замыкании стержней 6 обмотки вторичного элемента (ВЭ) первыми сегментами замыкающих цилиндров 7 и 8.
На фиг.3 показан схематически на виде сверху вторичный элемент 4 при замыкании стержней 6 обмотки ВЭ вторым сегментом замыкающих цилиндров 7 и 8.
Если стержни 6 обмотки ВЭ замкнуты с обеих сторон третьими сегментами замыкающих цилиндров 7 и 8, то получится картина, представленная на фиг.4.
Фрагмент замыкающих цилиндров 7 и 8 представлен на фиг.5. Замыкающий цилиндр образован тремя сегментами 9, 10 и 11, примыкающими друг к другу и опирающимися на внутренний цилиндр 12 из электропроводящего материала. Первый сегмент 9 замыкающего цилиндра состоит из чередующихся электропроводящих 13 и изоляционных 14 частей. Длина электропроводящей части 13 равна ширине паза ВЭ, а длина изоляционной части 14 равна расстоянию между концом первого и началом второго горизонтальных пазов ВЭ (фиг.2). Второй сегмент 10 замыкающего цилиндра содержит чередующиеся изоляционные 15 и электропроводящие 16 части. Изоляционная часть 15 второго сегмента 10 замыкающего цилиндра имеет длину, равную расстоянию между началом первого горизонтального паза и началом первого паза, в котором расположены боковые части электропроводящих стержней (фиг.2 - фиг.4), а длина электропроводящей части 16 равна ширине паза ВЭ. Третий сегмент 11 замыкающего цилиндра является электропроводящим по всей длине замыкающего цилиндра.
Рассмотрим принцип действия данного ЛАД.
При подключении трехфазной обмотки 3 к источнику трехфазного напряжения создается бегущее магнитное поле, пересекающее электропроводящие стержни 6 ВЭ и наводящее в них электродвижущую силу (ЭДС). Если стержни 6 замкнуты с обеих сторон, то по ним потекут токи, взаимодействующие с бегущим магнитным полем. В результате этого взаимодействия создаются механические усилия, под действием которых ВЭ будет двигаться в ту же сторону, что и бегущее магнитное поле.
Для замыкания электропроводящих стержней 6 используются замыкающие цилиндры 7 и 8 (фиг.1 - фиг.4). Для получения максимального значения механической силы электропроводящие стержни 6 обмотки ВЭ замыкаются первыми сегментами 9 замыкающих цилиндров 7 и 8 (фиг.5). С этой целью цилиндр 7 поворачивается по часовой, а цилиндр 8 - против часовой стрелки. Получается короткозамкнутая обмотка вторичного элемента 4, представленная на фиг.2. В этом случае к центральной части пазов с обеих сторон добавляются дополнительные части, перпендикулярные продольной оси двигателя. Получаются горизонтальные пазы, в которых лежат замкнутые с обеих сторон электропроводящие стержни 6 (фиг.2 и фиг.5).
Если необходимо создавать усилия поперечной автоматической самостабилизации ВЭ относительно индуктора ЛАД (как и у прототипа), то электропроводящие стержни 6 обмотки ВЭ замыкают с обеих сторон вторыми сегментами 10 замыкающих цилиндров 7 и 8, для чего цилиндр 7 поворачивают по часовой стрелке, а цилиндр 8 - против часовой стрелки (фиг.1 и фиг.5). Получается картина, изображенная на фиг.3. При взаимодействии бегущего магнитного поля с токами в электропроводящих стержнях 6 создаются механические силы, перпендикулярные стержням обмотки ВЭ. Причем механическая сила, созданная в центральной части стержня, будет тяговой, действующей в сторону движения, а усилия в боковых частях будут разлагаться на силы, действующие в сторону движения ВЭ ЛАД, и силы, направленные перпендикулярно движению и встречные друг другу. При симметричном расположении вторичного элемента и индуктора эти перпендикулярные движению механические силы (поперечные силы) взаимно уравновешиваются и не оказывают влияния на поступательное движение ЛАД. При нарушении симметрии равенство перпендикулярных (поперечных) сил нарушается и под действием их разности ВЭ стремиться занять прежнее, симметричное относительно индуктора ЛАД положение. В этом случае получаем уменьшение тяговой силы ЛАД (фиг.3), но одновременно достигается автоматическая самостабилизация ВЭ относительно индуктора. Если же электропроводящие стержни в обмотке ВЭ замкнуть с обеих сторон третьими сегментами 11 замыкающих цилиндров 7 и 8 (фиг.4 и фиг.5), то короткозамкнутая обмотка ВЭ 4 будет одновременно содержать горизонтальные и боковые электропроводящие стержни 6. Причем горизонтальные электропроводящие стержни 6 будут размещены (и замкнуты) по всей ширине ВЭ 4 (фиг.4). При пересечении бегущим магнитным полем электропроводящих стержней 6 в них будут индуктироваться ЭДС и потекут токи. В результате взаимодействия токов в горизонтальных электропроводящих стержнях с бегущим магнитным полем создается тяговое механическое усилие, перемещающее ВЭ в сторону бегущего магнитного поля. В результате взаимодействия бегущего магнитного поля с токами в боковых частях электропроводящих стержней 6 создаются механические усилия, которые разлагаются на силы, направленные по горизонтальной оси двигателя и суммирующиеся с тяговым механическим усилием, созданным токами в горизонтальных частях пазов ВЭ, и усилия, направленные поперек горизонтальной оси ЛАД и направленные навстречу друг другу. Эти поперечные усилия обеспечивают автоматическую самостабилизацию ВЭ линейного асинхронного двигателя относительно индуктора ЛАД. При замыкании электропроводящих стержней любым из трех сегментов замыкающих цилиндров может одновременно закорачиваться разное число электропроводящих стержней по высоте пазов ВЭ, чем достигается изменение величины тягового и стабилизирующих (поперечных) механических усилий и скорости движения ЛАД.
По сравнению с прототипом расширены функциональные возможности и диапазон регулирования скорости линейного асинхронного двигателя.