ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
LINEAR ELECTRIC MOTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к линейным электродвигателям, которые находят широкое применение в дискретном электроприводе.
Уровень техники
Известен линейный электродвигатель, состоящий из статора с намагничивающими катушками и бегуна, выполненных из чередующихся магнитных и немагнитных колец и прилегающих к рабочим воздушным зазорам магнитных и немагнитных элементов вблизи каждой намагничивающей катушки, нижний предел отношения радиального и осевого размеров немагнитного элемента в осевом сечении равен 0,5:1, при чем, верхний предел указанного отношения достигает значения 1:1 (см. патент РФ №2031518, Кл. Н02К 33/02, опубл. 20.03.1995).
Недостатком известной конструкции является низкая эффективность магнитной системы на единицу массы и мощности, а следовательно, и низкий коэффициент полезного действия.
Известен линейный электродвигатель, состоящий из статора, собранного из магнитных и немагнитных элементов и намагничивающих катушек, якоря, выполненного из чередующихся магнитных и немагнитных колец, при чем, форма сечения торцов основных и промежуточных полюсов статора имеет вид усеченной неравнобедренной трапеции, образованной двумя фасками под внешними углами 45 и 60°, прилегающими к поверхностям немагнитной вставки статора и якоря и образующими соотношение толщины сечения магнитопровода статора к вершине усеченной трапеции торца полюсов статора 4:1; форма сечения торцов магнитных колец якоря имеет вид неправильного прямоугольника, образованного фасками под внешним углом 60°, прилегающими к внутренней поверхности статора при соотношении длины торца магнитных колец якоря к их максимальной длине 1:4. (см. патент РФ №2361353, Кл. Н02К 41/03, опубл. 10.07.2009).
Недостатком конструкции линейного электродвигателя являются массогабаритные показатели, малая сила тяги, низкий коэффициент полезного действия.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту и принятый авторами за прототип является линейный электродвигатель, состоящий из статора, собранного из магнитных и немагнитных элементов и намагничивающих катушек, якоря, выполненного из чередующихся магнитных и немагнитных колец, при чем форма сечения торцов левых магнитных полюсов и правых торцов промежуточных полюсов имеет вид прямоугольного треугольника, образованного фасками, прилегающими под внешним углом 45° к поверхности немагнитных вставок, форма сечения правых торцов магнитных колец якоря имеет вид прямоугольного треугольника, образованного фасками, под углом 60° прилегающими к поверхности немагнитного стержня (см. патент РФ №2543512, Кл. Н02К 41/02, опубл. 10.03.2015).
Недостатком конструкции линейного электродвигателя являются не технологичность при изготовлении, малая сила тяги, низкий коэффициент полезного действия.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является - разработка линейного электродвигателя, обладающего повышенной силой тяги, повышенным коэффициентом полезного действия, улучшенной технологичностью изготовления, за счет наличия первого, второго и третьего сужения магнитопровода, наличия верхнего и нижнего немагнитного кольца, изменения длины воздушного зазора, практически до нуля, посредством устранения рассеянных магнитных потоков.
Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемой конструкции, сводится к улучшению технологичности при изготовлении, повышению силы тяги, а так же повышению коэффициента полезного действия.
Технический результат достигается тем, что линейный электродвигатель, содержащий статор, якорь, магнитный корпус, намагничивающую катушку, при этом он дополнительно снабжен немагнитным каркасом, закрепленным на магнитопроводе, имеющий три сужения в соотношении 1/3, при чем первое и второе сужение одинаковой длины, а длина третьего сужения равна длине хода якоря Δ, а так же торцевой магнитопровод, запрессованный в магнитопровод, при этом якорь, установленный в статоре при помощи немагнитного подшипника скольжения запрессованного в магнитопровод, немагнитного подшипника скольжения, насаженного на нижнюю магнитную втулку, состоит из верхней магнитной втулки, средней магнитной втулки, нижней магнитной втулки, верхнего немагнитного кольца, нижнего немагнитного кольца, насаженных на немагнитный стержень.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 - представлен общий вид линейного электродвигателя.
На фиг. 2 - представлен разрез линейного электродвигателя с нанесением основных магнитных потоков в начале рабочего хода.
На фиг. 3 - представлен разрез линейного электродвигателя с нанесением основных магнитных потоков в конце рабочего хода.
Осуществление изобретения
Линейный электродвигатель (см. фиг. 1, 2, 3) содержит статор 1, который состоит из магнитного корпуса 2, в котором расположена намагничивающая катушка 3, создающая магнитный поток Ф, установленная на немагнитный каркас 4, закрепленный на магнитопроводе 5, болтов 6 закрепляющих магнитный корпус 2 к магнитопроводу 5, а также торцевой магнитопровод 7 запрессованный в магнитопровод 5, якорь 8, который состоит из верхней магнитной втулки 9, средней магнитной втулки 10, нижней магнитной втулки 11, верхнего немагнитного кольца 12, нижнего немагнитного кольца 13, насаженных на немагнитный стержень 14, при этом якорь 8 установлен в статоре 1 при помощи немагнитного подшипника скольжения 15, запрессованного в магнитопровод 5, немагнитный подшипник скольжения 16, насаженный на нижнюю магнитную втулку 11, а возвратная пружина 17, установлена между магнитопроводом 5 и шайбой 18, закрепленной гайкой 19.
1р
1ш
1δ
2р
2ш
2δ
3р
3ш
1р
1ш
1δ
1р
1δ
1р
1ш
1δ
2р
2ш
2δ
2р
2δ
2р
2ш
2δ
3р
3ш
3р
3р
3ш
1р
2р
3р
1ш
1р
1р
1δ
2ш
2р
2р
2δ
3ш
3р
3р
Предлагаемый линейный электродвигатель работает следующим образом (см. фиг. 1, 2, 3): при отсутствии питания намагничивающей катушки 3, якорь 8 занимает верхнее положение под действием возвратной пружины 17. При подаче на намагничивающую катушку 3 напряжения, по ней начинает протекать ток, создающий магнитный поток Ф замыкающийся по магнитному корпусу 2 и магнитопроводу 5. Магнитный поток Ф в месте первого сужения магнитопровода 5 разделяется на рабочий магнитный поток Ф, проходящий по верхней магнитной втулке 9 и верхнему немагнитному кольцу 12, шунтирующий магнитный поток Ф, проходящий по первому сужению магнитопровода 5, а так же рассеянный магнитный поток Ф, проходящий по немагнитному каркасу 4, далее они суммируются в магнитопроводе 5. Проходя по магнитопроводу 5 в месте второго сужения происходит разделение магнитного потока Ф на рабочий магнитный поток Ф, проходящий по средней магнитной втулке 10 и нижнему немагнитному кольцу 13, шунтирующий магнитный поток Ф, проходящий по магнитопроводу 5 в месте его второго сужения, а так же рассеянный магнитный поток Ф, проходящий по немагнитному каркасу 4, далее они суммируются в магнитопроводе 5. Проходя по магнитопроводу 5 в месте третьего сужения магнитный поток Ф разделяется на рабочий магнитный поток Ф, проходящий по нижней магнитной втулке 11, воздушному зазору длиной Δ, равному длине хода якоря 8, торцевому магнитопроводу 7, шунтирующий магнитный поток Ф, проходящий по магнитопроводу 5 в месте его третьего сужения, далее они суммируются в магнитопроводе 5. Разделение магнитного потока Ф в месте первого сужения магнитопровода 5 на рабочий магнитный поток Ф, шунтирующий магнитный поток Ф, и рассеянный магнитный поток Ф, происходит из-за наличия сужения магнитопровода 5 в соотношении 1/3, что приводит к магнитному насыщению этого участка и выталкиванию магнитных потоков Ф и Ф, при этом магнитные сопротивления прохождению магнитных потоков Ф, Ф и Ф соизмеримы из-за наличия верхнего немагнитного кольца 12. Разделение магнитного потока Ф в месте второго сужения магнитопровода 5 на рабочий магнитный поток Ф, шунтирующий магнитный поток Ф, и рассеянный магнитный поток Ф, происходит из-за наличия сужения магнитопровода 5 в соотношении 1/3, что приводит к магнитному насыщению этого участка и выталкиванию магнитных потоков Ф и Ф, при этом магнитные сопротивления прохождению магнитных потоков Ф, Ф и Ф соизмеримы из-за наличия нижнего немагнитного кольца 13. Разделение магнитного потока Ф в месте третьего сужения магнитопровода 5 на рабочий магнитный поток Ф и шунтирующий магнитный поток Ф, происходит из-за наличия сужения магнитопровода 5 в соотношении 1/3, что приводит к магнитному насыщению этого участка и выталкиванию магнитного потока Ф, при этом магнитные сопротивления прохождению магнитных потоков Ф, и Ф соизмеримы, из-за наличия воздушного зазора длиной Δ, равного длине хода якоря 8. В результате прохождения рабочих потоков Ф, Ф, Ф возникает электромагнитная сила, которая приводит к перемещению якоря 8 в нижнее положение. При достижении якорем 8 нижнего положения (см. фиг. 3) магнитный поток Ф проходя в месте первого сужения магнитопровода 5, разделяется на шунтирующий магнитный поток Ф, проходящий по первому сужению магнитопровода 5, и рабочий магнитный поток Ф, проходящий по верхней магнитной втулке 9, верхнему немагнитному кольцу 12, при чем за счет снижения магнитного сопротивления на пути рабочего магнитного потока Ф, исчезает рассеянный магнитный поток Ф. Магнитный поток Ф проходя в месте второго сужения магнитопровода 5, разделяется на шунтирующий магнитный поток Ф, проходящий по второму сужению магнитопровода 5, и рабочий магнитный поток Ф, проходящий по средней магнитной втулке 10, нижнему немагнитному кольцу 13, при чем за счет снижения магнитного сопротивления на пути рабочего магнитного потока Ф, исчезает рассеянный магнитный поток Ф. Магнитный поток Ф проходя в месте третьего сужения магнитопровода 5, разделяется на шунтирующий магнитный поток Ф, проходящий по третьему сужению магнитопровода 5, и рабочий магнитный поток Ф, проходящий по нижней магнитной втулке 11, торцевому магнитопроводу 7, при чем за счет уменьшения воздушного зазора до нуля, значительно снижается магнитное сопротивление прохождению рабочего магнитного потока Ф.
1р
2р
3р
1δ
2δ
1р
2р
3р
За счет наличия первого, второго и третьего сужения магнитопровода 5, верхнего немагнитного кольца 12, нижнего немагнитного кольца 13, воздушного зазора длиной Δ, позволяет получить рабочие магнитные потоки Ф, Ф, Ф в верхнем положении якоря 8. При переходе от верхнего к нижнему положению якоря 8, изменяется длина воздушного зазора Δ практически до нуля, при этом исчезают рассеянные магнитные потоки Ф, Ф, нижняя магнитная втулка 11 образовывает стыковое соединение с торцевым магнитопроводом 7, что способствует увеличению силы тяги, коэффициента полезного действия и технологичности при изготовлении. После отключения напряжения от намагничивающей катушки 3, исчезает магнитный поток Ф, а следовательно и рабочие магнитные потоки Ф, Ф, Ф при этом якорь 8 под действием возвратной пружины 17 возвращается в верхнее положение.
По сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями предлагаемый линейный электродвигатель имеет ряд преимуществ:
- за счет наличия первого, второго и третьего сужения магнитопровода, улучшается технологичность при изготовлении;
- за счет наличия первого, второго и третьего сужения магнитопровода, верхнего и нижнего немагнитного кольца, а так же воздушного зазора, повышается сила тяги;
- за счет наличия первого, второго и третьего сужения магнитопровода, верхнего и нижнего немагнитного кольца, а так же воздушного зазора, увеличивается коэффициент полезного действия.