ПРИВОД НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в устройствах автоматики, в качестве приводных устройств различных механизмов и машин, в т.ч. передвижных средств.
Известны устройства, содержащие постоянные магниты, обмотки возбуждения, обеспечивающие преобразование электрической энергии в возвратно-поступательное перемещение якоря (см. А.С. СССР №860227, опубликованное 30.08.81 Бюл. №32) прототип.
Недостатком прототипа является низкий КПД преобразования энергии, связанный с перемагничиванием статорных постоянных магнитов, малая величина перемещения якоря, отсутствие возможности удержания якоря в промежуточных положениях и регулирования мощности, отсутствие возможности реверса из любого положения якоря и малое быстродействие, связанное с необходимостью затрат времени на зарядку конденсатора, что ограничивает сферу применения привода.
Технический результат заключается в повышении КПД преобразования энергии, увеличении диапазона перемещения якоря, в достижении возможности удержания якоря в любом промежуточном положении, увеличении быстродействия, возможность реверса из любого положения, что расширяет сферу его применения.
Технический результат достигается тем, что привод на постоянных магнитах содержит цилиндрический корпус из магнитомягкого железа с торцевыми крышками из немагнитного материала, внутри которого размещен каркас из немагнитного материала со статорной обмоткой возбуждения, внутри которого размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь, как минимум, с двумя кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью, закрепленными на оси из диамагнитного материала.
Особенностью является то, что кольцевые постоянные магниты зафиксированы на оси с расположенными навстречу друг другу одноименными полюсами с зазором, величина которого устанавливается распорными втулками из немагнитного материала, а число кольцевых постоянных магнитов определяется мощностью привода. Статорная обмотка возбуждения выполнена из отдельных секций, размещенных между разделительными щечками на каркасе, с одинаковым направлением намотки и числом их витков. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота каждого кольцевого постоянного магнита составляет (0,2÷0,4) от диаметра кольцевого постоянного магнита; величина зазора между одноименными полюсами кольцевых магнитов составляет (0,5÷1) от их высоты; длина каждой секции статорной обмотки возбуждения, как минимум, в три раза меньше суммарного значения высоты кольцевого постоянного магнита и зазора между соседними кольцевыми постоянными магнитами, а частное от деления этого суммарного значения на длину секции является целочисленным; высота намотки каждой секции статорной обмотки возбуждения не должна превышать половины высоты кольцевого постоянного магнита; длина каркаса со статорной обмоткой возбуждения равна суммарной величине длины хода якоря и расстояния между внешними торцами крайних кольцевых постоянных магнитов, размещенных на оси якоря. Начало и конец каждой секции статорной обмотки возбуждения электрически связаны с источником постоянного тока через электронный коммутатор, управляемый электронным блоком датчиков позиций якоря.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - конструкция привода на постоянных магнитах; на фиг.2(a) и 2(б) - схематическое представление визуализированных силовых магнитных линий, пересекающих витки секций статорной обмотки возбуждения, находящихся над зазорами между одноименными полюсами и замыкающихся через участки ферромагнитного корпуса.
Привод на постоянных магнитах (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1 из мягкомагнитного железа с торцевыми крышками 2 из немагнитного материала. Внутри корпуса 1 размещен каркас 3 из немагнитного материала со статорной обмоткой возбуждения, внутри которого размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь, как минимум, с двумя кольцевыми постоянными магнитами 4 с осевой намагниченностью, закрепленными на оси 5 из диамагнитного материала. Кольцевые постоянные магниты 4 зафиксированы на оси 5 с помощью фиксирующих гаек 6 на встречу друг к другу одноименными полюсами. Величина зазора δ устанавливается распорными втулками 7 из немагнитного материала, а число постоянных магнитов 4 в якоре определяется мощностью привода.
Статорная обмотка возбуждения выполнена из отдельных секций 8, размещенных между разделительными щечками 9 на каркасе 3.
k
k
k
k
x
m
1
2
3
n
1
2
3
n
Относительные размеры упомянутых составных элементов находится в следующих пределах: высота h каждого кольцевого магнита составляет (0,2…0,4) от диаметра D кольцевого постоянного магнита 4; величина зазора δ между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов 4 составляет (0,5…1) от их высоты h; длина l каждой секции статорной обмотки возбуждения как минимум в 3 раза меньше суммарного значения высоты h кольцевого постоянного магнита 4 и зазора δ между соседними кольцевыми постоянными магнитами 4. Частное К от деления этого суммарного значения (h+δ) на длину l является целочисленным K=(h+δ)/l, где К=1, 2, 3,…; высота намотки в каждой секции 8 статорной обмотки возбуждения не должна превышать половины высоты h/2 кольцевого постоянного магнита 4 (b<h/2); длина l каркаса 3 со статорной обмоткой возбуждения равна суммарной величине длины L хода якоря и расстояния L между внешними торцами крайних кольцевых постоянных магнитов 4, размещенных на оси 5 якоря. Начало H, Н, Н,…Н и конец К, К, К,…К каждой секции 8 статорной обмотки возбуждения электрически связаны с источником 10 постоянного тока через электронный коммутатор 11, управляемый электронным блоком 12 датчиков позиции якоря. Демферы 13 защищают от ударов якоря о крышки 2 корпуса в крайних положениях.
На фиг 2 (а, б) схематически показаны визуализированные силовые магнитные линии магнитной индукции В, пересекающие витки секций 8, находящихся над зазорами δ между определенными полюсами, и замыкающиеся через участки ферромагнитного корпуса 1.
В зависимости от положения якоря, которое фиксируется электронным блоком 12, напряжение от источника 10 через электронный коммутатор 11, управляемый электронным блоком 12 датчиков позиции якоря, подается только на те секции 8 обмотки возбуждения, которые в данный момент находятся над зазорами δ между постоянными магнитами 4, причем, на секции 8 над зазором с северными полюсами подается напряжение одной полярности, а на секции 8 над зазором с южными полюсами - другой, обратной полярности. Взаимодействие тока, протекающего в кольцевых витках секций 8 с радиальным магнитным полем кольцевых постоянных магнитов 4 над зазорами δ вызовет перемещение якоря. Направление перемещения якоря будет зависеть от полярности напряжения на секциях 8 обмотки возбуждения. Смена полярности напряжения с помощью электронного коммутатора 11 при смещении якоря на расстояние (n+δ) сохранит направление его перемещения. Установка концевых выключателей (на чертеже не указано) обеспечивает реверс в крайних положениях и возвратно-поступательное движение якоря. Направление перемещения якоря из любого промежуточного положения может быть задано с помощью ручного пульта управления (на чертеже не показано), что бывает необходимо при использовании полезной модели в качестве привода передвижных средств.