ИНДУКТОР ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ЛИНЕЙНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к конструкции цилиндрических индукторов линейных электроприводов с постоянными магнитами и может быть использована в механизмах с горизонтальным возвратно-поступательным движением.
Из уровня техники известен цилиндрический линейный электропривод с постоянными магнитами фирмы Mitsubishi Electric, в котором индуктор выполнен в виде размещенных в корпусе катушек обмотки без сердечника (http://www.ito-news.ru/archive/2012/120714ito.pdf).
К недостаткам электропривода с таким индуктором относятся: низкое тяговое усилие, отсутствие компенсации веса перемещаемой массы корпуса с кареткой с обрабатываемой деталью или обрабатывающим оборудованием на ней, что приводит к усиленному износу направляющих, увеличению потерь на трение в направляющих, и как следствие, снижению КПД электропривода, увеличению потерь электроэнергии.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению - прототипом - является цилиндрический линейный электропривод, индуктор которого содержит размещенные в корпусе ярмо и зубцово-катушечную зону из шихтованных пакетов кольцевых зубцов, чередующихся с кольцевыми катушками и выполненных с чередующимися по их внешней поверхности выступами, образующими линейные пазы, в которых размещены шихтованные пакеты ярма (RU 2396679 С1, опубл. 10.08.2010). Наружный диаметр кольцевых зубцов по выступам соответствует внутреннему диаметру корпуса. Диаметр кольцевых зубцов по пазам соответствует внешнему диаметру кольцевых катушек. При сборке кольцевых катушек и кольцевых зубцов выступы всех зубцов совмещаются между собой с образованием линейных пазов, в которых размещают пакеты ярма, шихтованные вдоль плоскости, проходящей параллельно оси индуктора. Пазы обеспечивают фиксацию пакетов ярма, предотвращая их от тангенциального перемещения. Соединительные выводы катушек могут быть проложены либо в специальных пазах кольцевых зубцов, либо в пространстве между неполными выступами и пакетами ярма. Прототип имеет широкую сферу применения и, в том числе, предназначен для использования в составе горизонтальных линейных электроприводов с постоянными магнитами.
К недостаткам электропривода с таким индуктором относится отсутствие компенсации веса перемещаемой массы корпуса с кареткой с обрабатываемой деталью или обрабатывающим оборудованием на ней, что приводит к усиленному износу направляющих, увеличению потерь на трение в направляющих, и, как следствие, снижению КПД привода и увеличению потерь электроэнергии.
Задачей полезной модели является разработка технологичной в изготовлении конструкции цилиндрического индуктора горизонтального линейного электропривода с постоянными магнитами, способной производить частичную компенсацию веса перемещаемых масс корпуса индуктора с размещенной на нем кареткой с полезной нагрузкой и, используя все преимущества горизонтальных линейных электроприводов, уменьшить износ направляющих, уменьшить потери на трение в направляющих, и, соответственно, повысить КПД привода и уменьшить потери электроэнергии.
Достигаемый технический результат - повышение эффективности линейного электропривода.
Поставленная задача и заявленный технический результат достигаются тем, что в индукторе цилиндрического горизонтального линейного электропривода с постоянными магнитами, содержащем размещенные в корпусе ярмо и зубцово-катушечную зону из шихтованных пакетов кольцевых зубцов, чередующихся с кольцевыми катушками и выполненных с чередующимися по их внешней поверхности выступами, образующими линейные пазы, в которых размещены шихтованные пакеты ярма, в каждом пакете кольцевых зубцов часть зубцов выполнена составными из верхних и нижних, симметричных относительно осевой вертикальной плоскости индуктора, секторов, нижние из которых выполнены из магнитомягкого, а верхние из немагнитного материала.
Полезная модель иллюстрируется изображениями, где:
- на Фиг. 1 представлен индуктор цилиндрического горизонтального линейного электропривода;
- на Фиг. 2 представлено сечение А-А на Фиг. 1;
- на Фиг. 3 представлен горизонтальный линейный электропривод на основе заявленного индуктора, вид сверху;
- на Фиг. 4 представлен горизонтальный линейный электропривод на основе заявленного индуктора, вид сбоку, повернуто;
- на Фиг. 5 представлено сечение Б-Б на Фиг. 3;
- на Фиг. 6 представлен вид В на Фиг. 4.
Сущность полезной модели заключается в создании неравномерного магнитного притяжения индуктора к штоку электропривода в вертикальном направлении за счет сборки части кольцевых зубцов из нижних и верхних секторов, обладающих разными магнитными свойствами.
Индуктор цилиндрического горизонтального линейного электропривода с постоянными магнитами содержит следующие основные элементы:
1 - корпус;
2 - ярмо;
3 - пакет кольцевых зубцов;
4 - кольцевые катушки обмотки;
5 - выступы кольцевых зубцов;
6 - пазы кольцевых зубцов;
7 - выводы катушек обмотки;
8 - верхние сектора кольцевых зубцов;
9 - целые кольцевые зубцы;
10 - нижние сектора кольцевых зубцов.
Горизонтальный линейный электропривод с постоянными магнитами, помимо индуктора, содержит следующие элементы:
11 - основание;
12 - направляющие;
13 - опоры каретки;
14 - каретка;
15 - монтажный фланец индуктора;
16 - монтажный фланец штока;
17 - постоянные магниты;
18 - корпус штока с постоянными магнитами.
Индуктор цилиндрического горизонтального линейного электропривода с постоянными магнитами содержит корпус 1, в котором размещен разъемный магнитопровод, состоящий из ярма 2 и шихтованных пакетов кольцевых зубцов 3, чередующихся с кольцевыми катушками 4. Кольцевые зубцы 3 выполнены с чередующимися по их внешней поверхности выступами 5. Наружный диаметр кольцевых зубцов по выступам 5 соответствует внутреннему диаметру корпуса 1. Диаметр кольцевых зубцов по пазам 6 соответствует внешнему диаметру кольцевых катушек 4. При сборке кольцевых катушек 4 и кольцевых зубцов 3 выступы 5 всех зубцов совмещаются между собой с образованием линейных пазов 6, в которых размещают пакеты ярма 2, шихтованные вдоль плоскости, проходящей параллельно главной оси индуктора.
Пазы 6 обеспечивают фиксацию пакетов ярма 2, предотвращая их от тангенциального перемещения. Соединительные выводы 7 катушек могут быть проложены либо в специальных пазах кольцевых зубцов, либо в пространстве между сформированными неполными выступами и пакетами ярма.
Шихтованные пакеты кольцевых зубцов 3 состоят из чередующихся целых кольцевых зубцов 9 и составных из верхних секторов 8 и нижних секторов 10. Целые кольцевые зубцы 9 и нижние сектора 10 выполнены из магнитомягкой стали, а верхние сектора 8 выполнены из немагнитного материала, например, меди. Дополнительный положительный эффект возникает при изготовлении верхних секторов кольцевых зубцов из меди, заключающийся в более эффективном отводе тепла из рабочей зоны электропривода.
За счет такой сборки шихтованных пакетов кольцевых зубцов заявленный индуктор в составе горизонтального линейного электропривода больше притягивается к нижней поверхности штока с постоянными магнитами, частично компенсируя вес перемещаемой массы каретки с обрабатываемой деталью или обрабатывающим оборудованием на ней и разгружая направляющие, уменьшая трение и повышая, таким образом, КПД привода и энергосбережение. Чем больше составных зубцов будет уложено в пакетах индуктора, тем больше будет возникать магнитная сила притяжения между индуктором и штоком, компенсирующая вес каретки с полезной нагрузкой. При этом сектора 8 и 10 формируют симметричными относительно осевой вертикальной плоскости индуктора, что исключает их неравномерное притяжение к штоку электропривода с постоянными магнитами.
На Фиг. 3-6 представлен вариант реализации горизонтального линейного электропривода с постоянными магнитами с использованием заявленного индуктора с частичной компенсацией веса.
На основании 11 размещены направляющие 12, по которым на опорах 13 вдоль цилиндрического корпуса штока 18 перемещается каретка 14. В каретке14 посредством монтажных фланцев 15 жестко закреплен корпус 1 индуктора. В полом корпусе штока 18 стандартно (как в аналоге) на всю его длину размещены постоянные магниты 17. Корпус штока 18 посредством монтажных фланцев 16 закреплен на основании 11 параллельно направляющим 12 и соосно охвачен индуктором.
Частичная компенсация веса индуктора и каретки 14 с установленными на ней рабочими органами (на изображениях не показаны) происходит вследствие магнитного притяжения нижних секторов 10 к нижней поверхности корпуса штока 18 с постоянными магнитами 17. Одновременно, нижние сектора 10 совместно с целыми кольцевыми зубцами 9 участвуют в формировании тягового усилия электропривода.
С учетом изложенного можно сделать вывод о том, что поставленная задача - разработка технологичной в изготовлении конструкции индуктора цилиндрического горизонтального линейного электропривода с постоянными магнитами, способной производить частичную компенсацию веса перемещаемых масс корпуса индуктора с размещенной на нем кареткой с полезной нагрузкой и, используя все преимущества цилиндрических горизонтальных линейных электроприводов, уменьшить износ направляющих, уменьшить потери на трение в направляющих, и, соответственно, повысить КПД привода и уменьшить потери электроэнергии - решена, а заявленный технический результат - повышение эффективности линейного электропривода - достигнут.
Анализ заявленной полезной модели на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой и неизвестной на дату приоритета из уровня техники совокупности необходимых признаков, достаточной для получения заявленного технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к области электротехники, в частности к конструкции индукторов цилиндрических линейных электроприводов с постоянными магнитами и может быть использовано в механизмах с горизонтальным возвратно-поступательным движением;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.