ПРИВОД НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в устройствах автоматики, в качестве приводных устройств различных механизмов и машин.
Известно устройство, содержащее постоянные магниты, кольцевую индуктивную катушку, обеспечивающую преобразование электрической энергии в возвратно-поступательное перемещение якоря (см. Патент РФ на полезную модель №94391, опубликованный 20.05.2010, Бюл. №14), прототип.
Недостатком прототипа является низкий КПД, связанный с большой длиной магнитной цепи, по которой замыкаются магнитные силовые линии магнитных потоков постоянных магнитов, а так же то, что в магнитном поле постоянных магнитов находится только часть витков кольцевой индуктивной катушки, активно взаимодействующих с магнитным потоком, часть магнитного потока, замыкающаяся через отверстия в кольцевых постоянных магнитах, в преобразовании энергии не участвует.
Технический результат заключается в устранении перечисленных недостатков: повышении КПД преобразования энергии за счет секционирования кольцевой индуктивной катушки и подключении источника постоянного тока только к тем секциям, которые находятся в магнитном поле кольцевых постоянных магнитов при использовании энергии полных магнитных потоков, в том числе части их, которая замыкается через отверстия в кольцевых постоянных магнитах.
Технический результат достигается тем, что привод на постоянных магнитах содержит цилиндрический корпус из магнитомягкого железа, первый каркас из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд внешними кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, внутри которого размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь с, как минимум, двумя кольцевыми постоянными магнитами с радиальной намагниченностью, закрепленными на оси из диамагнетика с зазором между ними и чередующимися по направлению намагниченности. Ось якоря выполнена в виде тонкостенной трубы из диамагнетика, внутри которой помещен второй каркас из немагнитного материала с расположенными на нем внутренними кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, с возможностью возвратно-поступательного перемещения его внутри оси якоря, который размещен на ярме из магнитомягкого железа внутри оси якоря соосно с ней, торцы которого с помощью поперечных крепежных планок, проходящих через продольные пазы в стенках оси якоря, крепятся на торцевых крышках с обеих сторон цилиндрического корпуса. Число внешних кольцевых индуктивных катушек, установленных на первом каркасе, равно числу внутренних кольцевых индуктивных катушек, установленных на втором каркасе, причем, внутренние и внешние кольцевые индуктивные катушки расположены одна над другой в перпендикулярно секущих плоскостях, а начала и концы выводов каждой из которых электрически соединены через коммутатор, управляемый датчиком положения якоря, с источником постоянного тока. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: соотношение внешнего диаметра кольцевых постоянных магнитов с диаметром отверстия в них равно примерно три к одному; высота каждого кольцевого постоянного магнита составляет (0,2÷0,4) от его внешнего диаметра; величина зазора между кольцевыми постоянными магнитами равна их высоте; величина зазора между внутренней поверхностью первого каркаса и внешней образующей кольцевых постоянных магнитов и величина зазора между внутренней поверхностью оси якоря и внешней поверхностью второго каркаса должна быть минимальной и позволяющей свободное возвратно-поступательное перемещение якоря внутри корпуса; длина каждой кольцевой индуктивной катушки равна сумме величин высоты кольцевого постоянного магнита и зазора между ними, а их число определяется длиной хода якоря и числом кольцевых постоянных магнитов на оси якоря.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - конструкция привода на постоянных магнитах; на фиг.2 - вид фрагмента конструкции привода на постоянных магнитах в сечении; на фиг.3 - схематически показаны силовые магнитные линии, и магнитопровод, по которому они замыкаются.
11
12
13
1n
21
22
23
2n
11
12
13
1n
21
22
23
2n
м
M
М
М
м
м
k
k
k
Привод на постоянных магнитах (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1 из магнитомягкого железа, первый каркас 2 из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд внешними кольцевыми индуктивными катушками 3, разделенными щечками 4, внутри которого размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь с, как минимум, двумя кольцевыми постоянными магнитами 5 с радиальной намагниченностью, закрепленными на оси 6 из диамагнетика с зазором между ними и чередующимися по направлению намагниченности. Ось 6 якоря выполнена в виде тонкостенной трубы из диамагнетика, внутри которой помещен второй каркас 7 из немагнитного материала с расположенными на нем внутренними кольцевыми индуктивными катушками 8, разделенными щечками 4, с возможностью возвратно-поступательного перемещения его внутри оси 6 якоря, который размещен на ярме 9 из магнитомягкого железа внутри оси 6 якоря соосно с ней, торцы которого с помощью поперечных крепежных планок 10, проходящих через продольные пазы 11 в стенках оси 6 якоря, крепятся на торцевых крышках 11 с обеих сторон цилиндрического корпуса 1. Число внешних кольцевых индуктивных катушек 3, установленных на первом каркасе 2, равно числу внутренних кольцевых индуктивных катушек 8, установленных на втором каркасе 7, причем, внутренние и внешние кольцевые индуктивные катушки 3, 8 расположены одна над другой в перпендикулярно секущих плоскостях, а начала Н, Н, Н,…Н, Н, Н, Н,…Н и концы k, k, k,…k, k, k, k,…k выводов каждой из которых электрически соединены через коммутатор 12, управляемый датчиком положения якоря 13, с источником 14 постоянного тока. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: соотношение внешнего диаметра Д кольцевых постоянных магнитов 5 с диаметром d отверстия в них равно примерно три к одному (Д:d=3:1); высота h каждого постоянного магнита 5 составляет (0,2÷0,4) от его внешнего диаметра Д (h:Д=0,2÷0,4); величина зазора Δ между кольцевыми постоянными магнитами 5 равна их высоте (Δ=h); величина зазора δ между внутренней поверхностью первого каркаса 2 и внешней образующей кольцевых постоянных магнитов 5 и величина зазора δ между внутренней поверхностью оси 6 якоря и внешней поверхностью второго каркаса 7 должна быть минимальной и позволяющей свободное возвратно-поступательное перемещение якоря внутри корпуса 1; длина l каждой кольцевой индуктивной катушки 3, 7 равна сумме величин высоты h кольцевого постоянного магнита 5 и зазора Δ между ними (l=h+Δ), а их число определяется длиной l хода якоря и числом кольцевых постоянных магнитов 5 на оси 6 якоря.
Величина зазора Δ устанавливается с помощью упорных втулок 15 из немагнитного материала. Кольцевые постоянные магниты 5 зафиксированы на оси 6 с помощью гаек 16, соприкасающихся в крайних положениях якоря с демпферами 17, размещенными на внутренних поверхностях торцевых крышек 11. Ось 6 имеет хвостовик 18 для связи с исполнительным механизмом (на фиг. не показан).
П
Х
Длина l продольных пазов 19 в стенках оси 6 больше длины l свободного хода якоря (фиг.2) и таким образом чтобы обеспечить полный ход якоря внутри корпуса 1, а ширина b продольного паза 19 должна обеспечить свободное перемещение в нем поперечных крепежных планок 10.
Коммутатор 12, управляемый датчиком 13 положения якоря, обеспечивает отклонение тех кольцевых индуктивных катушек 3, 8, от источника 14, которые находятся вне поля кольцевых постоянных магнитов 5 и коммутирует (изменяет) направление тока в кольцевых индуктивных катушках 3, 8 в соответствии с их положением над зазорами Δ между кольцевыми постоянными магнитами 5 (фиг.3).
В предложенной полезной модели привода на постоянных магнитах используется энергия всего магнитного потока, как внешнего, так и части потока, которая замыкается через отверстия в кольцевых постоянных магнитах 5, что приводит к повышению КПД преобразования по сравнению с прототипом.