ЛИНЕЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Предложение относится к униполярным линейным двигателям постоянного тока с системой катушек, питаемых прерывистым или меняющим направление током и приводимых в движение в результате взаимодействия с неподвижным магнитным полем постоянного магнита.
Известен линейный двигатель постоянного тока, включающий статор, содержащий магнитопроводы, расположенный между магнитопроводами постоянный магнит, и якорь, выполненный в виде расположенной вокруг магнитопровода обмотки [1].
Известный двигатель способен создавать большие усилия и обеспечивать значительную длину хода при незначительных габаритных размерах и весе.
Однако указанный двигатель имеет следующие недостатки.
При работе двигателя происходит влияние магнитного поля от тока в обмотке (реакция якоря) на поле возбуждения от постоянных магнитов, что снижает его КПД и перегрузочную способность.
При изготовлении постоянного магнита значительного размера необходим повышенный расход дорогостоящего материала (редкоземельных элементов).
Наличие дополнительных магнитопроводов усложняет конструкцию.
Результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в повышении КПД и перегрузочной способности двигателя при одновременном его удешевлении и упрощении конструкции.
Указанный результат достигается за счет того, что линейный двигатель постоянного тока, включающий статор, содержащий магнитопроводы, расположенный между магнитопроводами постоянный магнит, и якорь, выполненный в виде расположенной вокруг магнитопровода обмотки, снабжен дополнительным постоянным магнитом, причем постоянные магниты расположены по концам магнитопроводов, а их векторы намагничивания направлены встречно.
Предложение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено заявляемое устройство, на фиг.2 - вид А,
Линейный двигатель постоянного тока, включает статор, содержащий магнитопроводы 1, 2, расположенный между магнитопроводами постоянные магниты 3, 4 и якорь 5, выполненный в виде расположенной вокруг магнитопровода 1 обмотки, установленной с возможностью перемещения вдоль направления 6. Постоянные магниты расположены по концам магнитопроводов 1 и 2, а их векторы намагничивания 7, 8 направлены встречно.
Длина Lm одного магнита 3, 4 в 2 раза больше толщины Hmp магнитопроводов 1, 2
Lm=2Hmp,
Так как остаточная индукция Br высококоэрцитивных постоянных магнитов, например, из неодим-железо-бор, составляет, примерно, 1 Тл, тогда как индукция насыщения магнитопроводящих материалов составляет 2 Тл.
С другой стороны, длина Lx хода якоря 5 связана с толщиной Hmp магнитопроводов следующим образом.
Индукция в зазоре между магнитопроводами 1 и 2, как правило, не превышает 0,5 Тл. Тогда, при условии, что индукция в магнитопроводах 1, 2 составляет 2 Тл, получаем (ширина обмотки якоря 5 не учитывается)
0,5Lx=4Hmp.
Из полученных соотношений следует, что длина магнита составляет четверть длины хода
Lm=0,25Lx.
То есть расход магнитного материала в предлагаемом линейном двигателе, примерно, в два раза меньше, чем в устройстве [1].
Работает устройство следующим образом. При подаче тока I в обмотку якоря 5 на него действует сила тяги F пропорциональная величине индукции магнитного поля возбуждения B в зазоре между магнитопроводами 1, 2 от постоянных магнитов 3, 4, суммарному количеству (IW) ампер-витков и глубине магнитопровода 1. Направление силы F зависит от направления поданного тока. При этом якорь 5 перемещается по направлению 6 вдоль магнитопровода 1 на величину хода Lx.
Таким образом, сила тяги F пропорциональна конструктивному коэффициенту K, индукции B и току I
F=KBI.
Встречное направление векторов намагничивания 7, 8 постоянных магнитов 3, 4 позволяет создать в зазоре между магнитопроводами 1, 2 постоянную однонаправленную магнитную индукцию B.
Тогда при постоянном, заданном значении тока I сила тяги F будет постоянной на всей длине хода Lx.
При подаче тока I в обмотку якоря 5 возникает магнитный поток от этого тока, так называемый поток реакции якоря. Данный поток оказывает негативное действие на характеристики двигателя: дополнительно намагничивает магнитопроводы, тем самым уменьшает поток возбуждения, вызывая его неравномерность. В предлагаемой конструкции на пути потока реакции якоря находятся два постоянных высококоэрцитивных магнита 3, 4, магнитная проницаемость которых близка в проницаемости воздуха. В результате магнитное сопротивление на пути данного потока велико и поток от тока якоря возникает незначительный, что позволяет повысить равномерность распределения индукции возбуждения B и перегрузочную способность двигателя.
Таким образом, предложенное техническое решение позволит:
- упростить конструкцию;
- снизить расход дорогостоящего материала (редкоземельных элементов) постоянных магнитов;
- уменьшить влияния магнитного поля от тока в обмотке (реакция якоря) на поле возбуждения от постоянных магнитов;
- обеспечить равномерность усилия создаваемым линейным двигателем постоянного тока;
- повысить перегрузочную способность двигателя;
обеспечить точность работы приводимого двигателем оборудования.
Источник информации
1. Заявка Японии JP 2000201466, МКИ Н02К 33/18, 2000