ДВС РОТОРНЫЙ EMDRIVE РАСКОКСОВКА HONDAВИДЫ

Магнитоэлектрический двигатель. Линейные магнитоэлектрические двигатели


 

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использовано для создания вращения или вращающего момента в различных следящих системах для позиционирования, коррекции и программного разворота.

Технической задачей заявляемой полезной модели является создание магнитоэлектрического двигателя постоянного тока, обеспечивающего возможность получения вращения или вращающего момента.

Техническая задача решается тем, что магнитоэлектрический двигатель постоянного тока содержит магнитопровод, состоящий по меньшей мере из двух элементов, выполненных изогнутыми с формированием части круговой траектории движения электромагнитной катушки, которая охватывает один из этих элементов, размещена с возможностью перемещения вдоль него и кинематически связана с осью вращения, и по меньшей мере один постоянный магнит, расположенный между элементами со стороны их концов так, что один полюс контактирует с одним элементом, а другой - с другим. При этом осью вращения совмещают с центральной осью симметрии магнитоэлектрического двигателя.

Элементы магнитопровода выполнены в виде вставленных друг в друга коаксиальных цилиндров, разомкнутых по образующей с образованием поперечного сечения С-образной или подковообразной формы, а постоянный магнит расположен между ними так, что один полюс соприкасается с концевой частью одного элемента, а другой полюс - с близлежащей концевой частью другого.

Магнитоэлектрический двигатель также снабжается вторым постоянным магнитом, контактирующим со вторыми концевыми частями элементов так, что каждый из элементов контактирует своими концевыми частями с одноименными полюсами магнитов.

Элементы магнитопровода выполняются в виде трех вставленных один в другой коаксиальных цилиндров, разомкнутых по образующей с образованием в поперечном сечения C-образной или подковообразной формы, причем один из элементов выполнен из двух цилиндров, соединенных между собой по концевым частям и образующих в поперечном сечении замкнутый контур, охватывающий эквидистантно третий цилиндр с размещенной на нем электромагнитной катушкой, образующий второй элемент, соединенный с первым элементом через по крайней мере один постоянный магнит так, что один полюс постоянного магнита соединен с первым элементом в месте соединения его концевых частей, а другой - с близлежащей концевой частью второго элемента.

Элементы магнитопровода могут быть выполнены в виде параллельных кольцевых пластин, расположенных коаксиально друг другу, на одной из которых размещена электромагнитная катушка, а постоянный магнит расположен между ними, причем по меньшей мере одна из которых выполнена разомкнутой С-образной или подковообразной формы и на ней размещена электромагнитная катушка.

Техническая задача решается также тем, что магнитопровод может быть выполнен в виде трех разомкнутых параллельных кольцевых пластин С-образной формы, средняя из которых образует первый элемент, на котором размещена электромагнитная катушка, а две других соединены между собой по концам и образуют второй элемент, охватывающий эквидистантно первый элемент, который соединен с ним через по крайней мере один постоянный магнит так, что один его полюс соединен с концом первого элемента, а другой - со вторым в месте соединения его концов. Двигатель может быть снабжен вторым постоянным магнитом и второй электромагнитной катушкой, размещенной на втором элементе с возможностью перемещения вдоль него. При этом вторая электромагнитная катушка кинематически связана с центральной осью вращения. При применении двух электромагнитных катушек последние подключены к электропитанию с возможностью встречного направления токов в них.

Данное устройство может применяться в качестве моментного двигателя с большим рабочим углом и по этой характеристике существенно превосходит аналоги.

1 з.п.ф., 14 н.з.п.ф., 13 фиг.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использовано для создания вращения или вращающего момента в различных следящих системах, для компенсации возникающих моментов и в различных следящих системах для позиционирования, коррекции и программного разворота.

Известен линейный двигатель постоянного тока, содержащий замкнутый магнитопровод, вдоль одной из сторон которого размещен прямолинейный постоянный магнит, а на другой стороне магнитопровода размещена с возможностью перемещения катушка. (Патент США 5341053).

Недостатком данного двигателя является невозможность его использования для создания вращения или вращающего момента.

Известен линейный двигатель постоянного тока, включающий статор, содержащий магнитопроводы, расположенные между магнитопроводами два постоянных магнита, векторы намагничивания которых направлены встречно, и якорь, выполненный в виде расположенной вокруг магнитопровода обмотки (патент РФ на полезную модель 101283).

Недостатком данного двигателя является возможность создания только прямолинейного движения обмотки и он не может быть использован для создания вращения или вращающего момента.

Технической задачей заявляемой полезной модели является создание магнитоэлектрического двигателя постоянного тока, обеспечивающего возможность получения вращения или вращающего момента, а также возможность расширения арсенальных средств.

Техническая задача решается тем, что магнитоэлектрический двигатель постоянного тока содержит магнитопровод, состоящий по меньшей мере из двух элементов, выполненных изогнутыми с формированием части круговой траектории движения электромагнитной катушки, которая охватывает один из этих элементов, размещена с возможностью перемещения вдоль него и кинематически связана с осью вращения, и по меньшей мере один постоянный магнит, расположенный между элементами со стороны их концов так, что один полюс контактирует с одним элементом, а другой - с другим, причем ось вращения электромагнитной катушки может быть совмещена с центральной осью симметрии магнитоэлектрического двигателя.

Техническая задача решается тем, что элементы магнитопровода выполнены в виде вставленных друг в друга коаксиальных цилиндров, разомкнутых по образующей с образованием поперечного сечения С-образной или подковообразной формы, а постоянный магнит расположен между ними так, что один полюс соприкасается с концевой частью одного элемента, а другой полюс - с близлежащей концевой частью другого.

Техническая задача решается также тем, что магнитоэлектрический двигатель снабжен вторым постоянным магнитом, контактирующим со вторыми концевыми частями элементов так, что каждый из элементов соединен своими концевыми частями с одноименными полюсами магнитов.

Техническая задача решается также тем, что элементы магнитопровода выполнены в виде трех вставленных один в другой коаксиальных цилиндров, разомкнутых по образующей с образованием в поперечном сечения С-образной или подковообразной формы, причем один из элементов выполнен из двух цилиндров, соединенных между собой по концевым частям и образующих в поперечном сечении замкнутый контур, охватывающий эквидистантно третий цилиндр с размещенной на нем электромагнитной катушкой, образующий второй элемент, соединенный с первым элементом через по крайней мере один постоянный магнит так, что один полюс постоянного магнита контактирует с первым элементом в месте соединения его концевых частей, а другой - с близлежащей концевой частью второго элемента.

Техническая задача решается также тем, что магнитоэлектрический двигатель снабжен вторым постоянным магнитом, контактирующим со второй концевой частью второго элемента полюсом, одноименным полюсу первого магнита, контактирующего с его первой концевой частью, а вторым полюсом контактирующим с второй концевой частью первого элемента.

Техническая задача решается также тем, что элементы магнитопровода выполнены в виде параллельных кольцевых пластин, расположенных коаксиально друг другу, на одной из которых размещена электромагнитная катушка, а постоянный магнит расположен между ними. Кроме того, плоские параллельные кольцевые пластины расположены на центральной оси симметрии магнитоэлектрического двигателя, а двигатель снабжен осью вращения, кинематически связанной с электромагнитной катушкой.

Техническая задача решается также тем, что элементы магнитопровода выполнены в виде параллельных кольцевых пластин, расположенных коаксиально друг другу, по меньшей мере одна из которых выполнена разомкнутой С-образной или подковообразной формы и на ней размещена электромагнитная катушка.

Техническая задача решается также тем, что магнитопровод выполнен в виде трех разомкнутых параллельных кольцевых пластин С-образной формы, средняя из которых образует первый элемент, на котором размещена электромагнитная катушка, а две других соединены между собой по концам и образуют второй элемент, охватывающий эквидистантно первый элемент, который контактирует с ним через по крайней мере один постоянный магнит так, что один его полюс контактирует с концом первого элемента, а другой - со вторым в месте соединения его концов.

Техническая задача решается также тем, что магнитопровод выполнен в виде трех параллельных кольцевых пластин, средняя из которых образует первый элемент, на котором размещена электромагнитная катушка, а две других образуют второй и третий элемент, и снабжен вторым постоянным магнитом, установленным между первым и третьим элементом зеркально первому постоянному магниту, установленному между первым и вторым элементом. Кроме того, магнитоэлектрический двигатель снабжен по меньшей мере второй электромагнитной катушкой, размещенной на втором элементе с возможностью перемещения вдоль него. При этом вторая электромагнитная катушка кинематически связана с центральной осью вращения. При применении двух электромагнитных катушек последние подключены к электропитанию с возможностью встречного направления токов в них.

Полезная модель поясняется чертежами (фиг.1-13). На Фиг.1 показан схематично магнитоэлектрический двигатель в разрезе. На фиг.2 показана электромагнитная катушка в разрезе. На фиг.3 изображен магнитоэлектрический двигатель, элементы магнитопровода которого выполнены в виде коаксиальных цилиндров. На фиг.4-13 изображен магнитоэлектрический двигатель, элементы магнитопровода которого выполнены в виде параллельных кольцевых пластин.

Согласно полезной модели магнитоэлектрический двигатель содержит магнитопровод, состоящий по меньшей мере из двух элементов 1 и 2, электромагнитную катушку 3, размещенную на элементе 1 с возможностью перемещения по нему, и по меньшей мере один постоянный магнит 4, расположенный так, что один его полюс примыкает к элементу 1, а другой - к элементу 2 (фиг.1). Элементы 1 и 2 выполнены изогнутыми с образованием по меньшей мере части круговой траектории движения электромагнитной катушки 3. На фиг.3 представлен вариант двигателя, идентичный первому, но с двумя постоянными магнитами 4 и 5, расположенными по концевым частям элементов 1 и 2 и соединенных с ними так, что северный полюс N соединен только с концами первого элемента 1, а южный S - только с концами второго элемента 2. Магнитоэлектрический двигатель содержит также ось 6 вращения, связанную поводком 7 с электромагнитной катушкой 3.

Элементы 1 и 2 магнитопровода изогнуты таким образом, что электромагнитная катушка 3, перемещаясь по элементу 1 магнитопровода, определяющего траекторию движения электромагнитной катушки 3, совершает круговое движение вокруг oси 6 вращения. Электромагнитная катушка 3 (фиг.2) охватывает элемент 1 магнитопровода, повторяя внешний контур его сечения. Витки провода катушки намотаны так, что ток I протекает в плоскости чертежа (фиг.2) и пересекая силовые линии магнитного поля В, индуцированного постоянным магнитом 4, взаимодействует с ним. При этом возникает сила F, которая перпендикулярна плоскости чертежа. Зазоры 1 и 2 между катушкой 3 и элементами 1 и 2 магнитопровода выбираются из конструктивных соображений и должны быть минимальными. Они необходимы для того, чтобы катушка 3 могла свободно перемещаться относительно элемента 1 магнитопровода. В этой связи предпочтительно применение бескаркасной технологии изготовления электромагнитной катушки. Электромагнитная катушка 3 жестко связана поводком 7 с осью вращения 6 и таким образом сила F создает вращающий момент на оси вращения 6 (фиг.1). При изменении направления тока в катушке меняется направление силы F и соответственно направление вращения оси. Углом (фиг.1) обозначен угол отклонения или поворота оси вращения 6 относительно начального положения. В данном случае за начальное выбрано крайнее левое положение. На чертеже крайнее левое положение соответствует углу 0(=0), a крайнее правое - углу max.

Поставленная задача создания двигателя с активным элементом - катушкой, обеспечивающей вращательное движение, например, оси 6, при простоте и технологичности конструкции и отказе от сложных дополнительных элементов решена за счет выполнения элементов магнитопровода изогнутыми и снабжения двигателя осью вращения. При этом было разработано несколько вариантов двигателя, которые, отличаясь по своему конструктивному исполнению, позволяют наиболее оптимально решить поставленную задачу.

Технический результат заключается в том, что поступательное перемещение катушки по круговой траектории преобразуется во вращение центральной оси 6. При этом при простоте конструкции обеспечивается точное позиционирование катушки относительно элементов магнитопровода, наличие гарантированных зазоров исключает потери на трение кроме потерь на вращение оси в узле подшипника (на чертеже не показано). Данное устройство может применяться в качестве моментного двигателя с большим рабочим углом и по этой характеристике существенно превосходит аналоги.

На фиг.1 представлен вариант реализации двигателя, магнитная система которого состоит из магнитопровода, элементы 1 и 2 которого выполнены в виде двух коаксиальных цилиндров, разомкнутых по образующей с образованием поперечного сечения С-образной (подковообразной) формы, и одного постоянного магнита 4. Один из элементов - 2 охватывает другой - 1, а постоянный магнит 4 расположенного между ними так, что один полюс (N) соприкасается с концевой частью элемента 1, а второй (S) - с концевой частью элемента 2. Элемент 2 охватывает элемент 1 с образованием равномерного зазора. Электромагнитная катушка 3 размещена на элементе 1 с возможностью перемещения по нему и соединена поводком 7 с осью вращения 6. При прохождении постоянного тока через катушку 3 он начинает взаимодействовать с магнитным полем В, которое индуцировано постоянным магнитом 4 в зазоре между элементами 1 и 2 магнитопровода, вследствие чего возникает сила F, действующая на электромагнитную катушку 3. Так как катушка 3 посредством поводка 7 жестко связана с осью 6, то на оси 6 возникает вращающий момент. Направление и сила этого момента зависит от направления и величины силы F, которые в свою очередь зависят от направления и силы тока в катушке. Включая или выключая ток, а также меняя его силу и направление можно управлять вращением оси, либо задавать на ней необходимый момент. Угол показывает текущее положение оси и может изменяться от 0 до max.

На фиг.3 представлен вариант реализации двигателя, у которого магнитная система состоит из двух постоянных магнитов 4 и 5 и магнитопровода, состоящего из внешнего элемента 2, образующего в поперечном сечении замкнутый контур, и внутреннего разомкнутого элемента 1, который своими концами опирается на одноименные полюса N постоянных магнитов 4 и 5, другие полюса S которых примыкают к элементу 2 магнитопровода. Элемент 8, изготовленный из немагнитного материала, обеспечивает взаимное позиционирование всех элементов магнитной системы (фиг.1 - один элемент 8, на фиг.3 - их два). Элемент 1 вставлен своими концами в отверстия, выполненные в элементах 8 для обеспечения его контакта с полюсами N постоянных магнитов 4 и 5.

Элементы 1 и 2 магнитопровода выполнены в виде трех коаксиальных цилиндров 9, 10 и 11, разомкнутых по образующей с образованием поперечного сечения С-образной (подковообразной) формы, каждый последующий из которых охватывает предыдущий. Внешний элемент 2 выполнен из двух цилиндров 9 и 11, соединенных между собой по концевым частям 12 и охватывающих эквидистантно внутренний цилиндр 10 - элемент 1 с размещенной на нем электромагнитной катушкой 3. В данной конструкции активные поверхности элементов 1 и 2 магнитопровода имеют форму цилиндрических поверхностей, расположенных концентрично оси вращения 6. Эта конструкция выполнена симметричной относительно оси вращения 6, совпадающей в данном случае с осью симметрии двигателя, а постоянные магниты 4 и 5 расположены со стороны концевых частей 12 элемента 2. Электромагнитная катушка 3 надета на внутренний элемент 1 (цилиндр 10) с зазором и имеет возможность перемещаться вдоль него. Цилиндр 10 определяет круговую форму траектории движения катушки. С помощью поводка 7 электромагнитная катушка 3 жестко связана с осью вращения 6, при этом поводок 7 обеспечивает точное позиционирование катушки 3 относительно элементов магнитопровода.

Следующий вариант, изображенный на фиг.4, имеет подобный состав деталей. На фиг.5 этот двигатель изображен на стадии сборки для лучшего восприятия конструкции отдельных деталей. Его отличает компоновка магнитопровода и форма элементов. Элемент 13, изготовленный из немагнитного материала, обеспечивает взаимное позиционирование всех элементов магнитной системы, которая выполнена в виде трех кольцевых пластин 14, 15 и 16 С-образной формы (подковообразной формы), расположенных в параллельных плоскостях и которые перпендикулярны оси вращения 6. Для контактирования пластины 14 с постоянными магнитами 4 и 5 ее концы вставлены в отверстия, выполненные в элементах 13.

Магнитопровод так же, как и в предыдущем случае, содержит внешний замкнутый элемент 2, образованный пластинами 15 и 16, соединенными между собой по концам 17, и разомкнутый внутренний элемент 1 - кольцевую пластину 14, на которую надета катушка 3. В данной конструкции ось 6 неподвижна относительно магнитопровода, на нее крепится подвижный поводок 7 с электромагнитной катушкой 3.

Рассмотренные варианты исполнения двигателя реализуют поставленную задачу. Однако внешний элемент 2 магнитопровода относительно сложен в изготовлении, представляет трудность точного позиционирования элементов магнитной системы между собой. Это требует увеличения размеров элемента 13, что приводит к уменьшению рабочего угла двигателя. Между боковыми гранями постоянных магнитов, которые не контактируют с элементами магнитопровода, и элементами магнитопровода образуется мост, наличие которого ведет к уменьшению магнитной индукции в рабочей области. Для борьбы с этим явлением необходимы экраны, либо увеличение воздушного зазора, что влечет за собой увеличение габаритных размеров всего устройства. Этих недостатков лишены варианты двигателя, приведенные ниже.

Двигатель, отличающийся максимальной компактностью, изображен на фиг.6 и 7. Магнитопровод состоит из двух идентичных элементов 1 и 2, выполненных в виде кольцевых пластин (колец) 18 и 19, между которыми расположен один постоянный магнит 4. Элемент 20 выполнен из немагнитного материала и служит для взаимного позиционирования частей магнитной системы. Крепежные элементы 21 также изготавливаются из немагнитного материала и служат для соединения элементов магнитопровода и корпуса 22, в который входит подшипниковый узел. Ось вращения 6 выполнена заодно с поводком 7, к которому крепится электромагнитная катушка 3, надетая на элемент 1 магнитопровода. Приведенная конструкция помимо компактности отличается простотой и технологичностью.

Следующая конструкция (фиг.8) развивает вариант исполнения, представленный на фиг.6. На фиг.9 этот вариант двигателя показан в разрезе по плоскости, проходящей через ось вращения 6 и ось симметрии поводка 7 в положении, как это изображено на фиг.8. Для повышения КПД в конструкцию двигателя введены второй постоянный магнит 5 и дополнительный элемент 23 магнитопровода, выполненный в форме кольцевой пластины, идентичной пластинам 18 и 19. Второй постоянный магнит 5 установлен между кольцевыми пластинами 19 и 23 зеркально первому постоянному магниту 4, расположенному между кольцевыми пластинами 18 и 19. Постоянные магниты ориентированы таким образом, что их одноименные полюса примыкают к среднему элементу 1 - кольцевой пластине 19 магнитопровода.

На фиг.10 показан следующий вариант двигателя, на фиг.11 он показан в разрезе. В данном устройстве имеются две идентичные катушки 3 и 24, которые соединены между собой. Токи I1 и I 2 в катушках 3 и 24 направлены таким образом, что, если в первой катушке 3 он протекает по часовой стрелке в плоскости чертежа, то во второй - 24 он имеет обратное направление. При этом на участках катушек, находящихся между элементами магнитопровода, направление токов совпадает, соответственно и силы, возникающие в обеих катушках, совпадают по направлению и создают суммарный момент на оси 6.

В тех случаях, когда элемент 1 магнитопровода, на который надета катушка, выполнен замкнутым, например, в виде кольцевой пластины (кольца), электромагнитную катушку требуется наматывать непосредственно на магнитопроводе, для чего необходимо иметь специальное намоточное оборудование.

Для исключения этой процедуры или, если такое оборудование отсутствует, предлагается вариант двигателя, в котором элемент 1 магнитопровода выполняют разомкнутым подковообразной формы (фиг.12 и фиг.13). На этот разомкнутый элемент 1 можно надеть заранее изготовленную катушку. К концам этого элемента 1 магнитопровода примыкают одноименными полюсами два кольцевых постоянных магнита 4 и 5, которые намагничены коаксиально, т.е. они имеют форму цилиндров, торцы которых формируют полюса. Вся магнитная система соединяется крепежными элементами 21, которые изготовлены из немагнитного материала. Корпус 22 также изготовлен из немагнитного материала, в нем имеется подшипник, в котором вращается ось 6, выполненная заодно с поводком 7, к которому крепится катушка 3.

Полезная модель в заявленных вариантах исполнения может применяться в качестве моментного двигателя с большим рабочим углом и по этой характеристике существенно превосходит аналоги.

1. Магнитоэлектрический двигатель постоянного тока, содержащий магнитопровод, состоящий по меньшей мере из двух элементов, выполненных изогнутыми с формированием части круговой траектории движения электромагнитной катушки, которая охватывает один из этих элементов, размещена с возможностью перемещения вдоль него и кинематически связана с осью вращения, и по меньшей мере один постоянный магнит, расположенный между элементами со стороны их концов так, что один полюс контактирует с одним элементом, а другой - с другим.

2. Магнитоэлектрический двигатель по п.1, отличающийся тем, что элементы магнитопровода расположены эквидистантно друг другу.

3. Магнитоэлектрический двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен кинематически связанной с электромагнитной катушкой осью вращения, совмещенной с центральной осью симметрии магнитоэлектрического двигателя.

4. Магнитоэлектрический двигатель по п.1, отличающийся тем, что элементы магнитопровода выполнены в виде вставленных друг в друга коаксиальных цилиндров, выполненных разомкнутыми с образованием поперечного сечения С-образной формы, а постоянный магнит расположен между ними так, что один полюс контактирует с концевой частью одного элемента, а другой - с близлежащей концевой частью другого.

5. Магнитоэлектрический двигатель по п.4, отличающийся тем, что он снабжен вторым постоянным магнитом, контактирующим со вторыми концевыми частями элементов так, что каждый из элементов контактирует своими концевыми частями с одноименными полюсами магнитов.

6. Магнитоэлектрический двигатель по п.1, отличающийся тем, что элементы магнитопровода выполнены в виде вставленных друг в друга трех коаксиальных цилиндров, выполненных разомкнутыми с образованием поперечного сечения С-образной формы, причем один из элементов выполнен из двух цилиндров, соединенных между собой по концевым частям и образующих в поперечном сечении замкнутый контур, охватывающий эквидистантно третий цилиндр с размещенной на нем электромагнитной катушкой, образующий первый элемент, соединенный со вторым элементом через по крайней мере один постоянный магнит так, что один полюс постоянного магнита контактирует с первым элементом в месте соединения его концевых частей, а другой - с близлежащей концевой частью второго элемента.

7. Магнитоэлектрический двигатель по п.6, отличающийся тем, что он снабжен вторым постоянным магнитом, соединенным со второй концевой частью первого элемента полюсом, одноименным с полюсом первого постоянного магнита, контактирующего с его первой концевой частью, а вторым полюсом контактирующего с второй концевой частью второго элемента.

8. Магнитоэлектрический двигатель по п.1, отличающийся тем, что элементы магнитопровода выполнены в виде параллельных кольцевых пластин, расположенных коаксиально друг другу, на одной из которых размещена электромагнитная катушка, а постоянный магнит расположен между ними.

9. Магнитоэлектрический двигатель по п.8, отличающийся тем, что ось плоских параллельных кольцевых пластин совмещена с центральной осью симметрии магнитоэлектрического двигателя.

10. Магнитоэлектрический двигатель по п.1 или 9, отличающийся тем, что элементы магнитопровода выполнены в виде параллельных кольцевых пластин, по меньшей мере одна из которых выполнена разомкнутой С-образной формы и на ней размещена электромагнитная катушка.

11. Магнитоэлектрический двигатель по п.1, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде расположенных коаксиально трех разомкнутых параллельных кольцевых пластин С-образной формы, средняя из которых образует первый элемент, на котором размещена электромагнитная катушка, а две другие соединены между собой по концам и образуют второй элемент, охватывающий эквидистантно первый элемент, который контактирует с ним через по крайней мере один постоянный магнит так, что один его полюс контактирует с концом первого элемента, а другой - со вторым элементом в месте соединения его концов.

12. Магнитоэлектрический двигатель по п.1, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде расположенных коаксиально трех параллельных кольцевых пластин, средняя из которых образует первый элемент, на котором размещена электромагнитная катушка, а две другие образуют второй и третий элементы и снабжен вторым постоянным магнитом, установленным между первым и третьим элементами зеркально относительно первого элемента первому постоянному магниту, установленному между первым и вторым элементами.

13. Магнитоэлектрический двигатель по п.1 или 8, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере второй электромагнитной катушкой, размещенной на втором элементе с возможностью перемещения вдоль него.

14. Магнитоэлектрический двигатель по п.13, отличающийся тем, что вторая электромагнитная катушка кинематически связана с центральной осью вращения.

15. Магнитоэлектрический двигатель по п.13, отличающийся тем, что электромагнитные катушки установлены с возможностью встречного направления токов в них.

poleznayamodel.ru

Линейный двигатель

Лабораторный синхронный линейный двигатель. На заднем плане статор - ряд индукционных катушек, на переднем плане - подвижный вторичный элемент, содержащий постоянный магнит .

Лине́йный дви́гатель  — электродвигатель , у которого один из элементов магнитной системы разомкнут и имеет развёрнутую обмотку , создающую магнитное поле , а другой взаимодействует с ним и выполнен в виде направляющей, обеспечивающей линейное перемещение подвижной части двигателя. Сейчас разработано множество разновидностей (типов) линейных электродвигателей, например:

Многие типы линейных двигателей, такие как асинхронные, синхронные или постоянного тока, повторяют по принципу своего действия соответствующие двигатели вращательного движения , в то время как другие типы линейных двигателей (магнитострикционные, пьезоэлектрические и др.) не имеют практического исполнения как двигатели вращательного движения. Неподвижную часть линейного электродвигателя, получающую электроэнергию из сети, называют статором , или первичным элементом , а часть двигателя, получающую энергию от статора, называют вторичным элементом или якорем (название « ротор » к деталям линейного двигателя не применяется, так как слово «ротор» буквально означает «вращающийся», а в линейном двигателе вращения нет).

Наибольшее распространение в транспорте и для больших линейных перемещений получили асинхронные и синхронные линейные двигатели, но применяются также линейные двигатели постоянного тока и линейные электромагнитные двигатели. Последние чаще всего используются для получения небольших перемещений рабочих органов и обеспечения при этом высокой точности и значительных тяговых усилий.

Асинхронный линейный двигатель

Представление об устройстве линейного асинхронного двигателя можно получить, если мысленно разрезать статор и ротор с обмотками обычного асинхронного двигателя вдоль оси по образующей и развернуть в плоскость. Образовавшаяся плоская конструкция представляет собой принципиальную схему линейного двигателя. Если теперь обмотки статора такого двигателя подключить к сети трехфазного переменного тока , то образуется магнитное поле , ось которого будет перемещаться вдоль воздушного зазора со скоростью V, пропорциональной частоте питающего напряжения f и длине полюсного деления t: V = 2пf . Это перемещающееся вдоль зазора магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС , под действием которой по обмотке начнут протекать токи. Взаимодействие токов с магнитным полем приведет к появлению силы, действующей, по правилу Ленца , в направлении перемещения магнитного поля. Ротор — в дальнейшем будем называть его уже вторичным элементом — под действием этой силы начнет двигаться. Как и в обычном асинхронном двигателе, перемещение элемента происходит с некоторым скольжением относительно поля S = (V - v)/V, где v — скорость движения элемента. Номинальное скольжение линейного двигателя равно 2-6%. [1] Вторичный элемент линейного двигателя не всегда снабжается обмоткой. Одно из достоинств линейного асинхронного двигателя заключается в том, что в качестве вторичного элемента может использоваться обычный металлический лист. Вторичный элемент при этом может располагаться также между двумя статорами, или между статором и ферромагнитным сердечником. Вторичный элемент выполняется из меди, алюминия или стали, причем использование немагнитного вторичного элемента предполагает применение конструктивных схем с замыканием магнитного потока через ферромагнитные элементы.Принцип действия линейных двигателей со вторичным элементом в виде полосы повторяет работу обычного асинхронного двигателя с массивным ферромагнитным или полым немагнитным ротором. Обмотки статора линейных двигателей имеют те же схемы соединения, что и обычные асинхронные двигатели, и подключаются обычно к сети трехфазного переменного тока.Линейные двигатели очень часто работают в так называемом обращенном режиме движения, когда вторичный элемент неподвижен, а передвигается статор. Такой линейный двигатель, получивший название двигателя с подвижным статором, находит, в частности, широкое применение на электрическом транспорте. Например, статор неподвижно закреплен под полом вагона, а вторичный элемент представляет собой металлическую полосу между рельс, а иногда вторичным элементом служат сами рельсы.Одной из разновидностей линейных асинхронных двигателей являются трубчатый (коаксиальный) двигатель. Статор такого двигателя имеет вид трубы, внутри которой располагаются перемежающиеся между собой плоские дисковые катушки (обмотки статора) и металлические шайбы, являющиеся частью магнитопровода . Катушки двигателя соединяются группами и образуют обмотки отдельных фаз двигателя. Внутри статора помещается вторичный элемент также трубчатой формы, выполненный из ферромагнитного материала. При подключении к сети обмоток статора вдоль его внутренней поверхности образуется бегущее магнитное поле, которое индуцирует в теле вторичного элемента токи, направленные по его окружности. Взаимодействие этих токов с магнитным полем двигателя создает на вторичном элементе силу, действующую вдоль трубы, которая и вызывает (при закрепленном статоре) движение вторичного элемента в этом направлении. Трубчатая конструкция линейных двигателей характеризуется аксиальным направлением магнитного потока во вторичном элементе в отличие от плоского линейного двигателя, в котором магнитный поток имеет радиальное направление.

Синхронный линейный двигатель

Схема синхронного линейного двигателя.

Основной областью применения синхронных двигателей, где их преимущества проявляются особенно сильно, является высокоскоростной электрический транспорт . Дело в том, что по условиям нормальной эксплуатации такого транспорта необходимо иметь сравнительно большой воздушный зазор между подвижной частью и вторичным элементом. Асинхронный линейный двигатель имеет при этом очень низкий коэффициент мощности (cosφ), и его применение оказывается экономически невыгодным. Синхронный линейный двигатель, напротив, допускает наличие относительно большого воздушного зазора между статором и вторичным элементом и работает при этом с cosφ, близким к единице, и высоким КПД , достигающим 96%.Применение синхронных линейных двигателей в высокоскоростном транспорте сочетается, как правило, с магнитной подвеской вагонов и применением сверхпроводящих магнитов и обмоток возбуждения, что позволяет повысить комфортабельность движения и экономические показатели работы подвижного состава.

Применение линейных двигателей

Линейные двигатели высокого и низкого ускорения

Все линейные двигатели можно разделить на две категории:

Двигатели низкого ускорения используются в общественном транспорте ( маглев , монорельс , метрополитен ) как тяговые , а также в станках (лазерных, водорезных, сверлильно-фрезерных) и другом технологическом оборудовании в промышленности.Двигатели высокого ускорения весьма небольшие по длине, и обычно применяются, чтобы разогнать объект до высокой скорости, а затем выпустить его (см. пушка Гаусса ). Они часто используются для исследований гиперскоростных столкновений, а также, гипотетически, может использоваться в специальных устройствах, таких, как оружие или пусковые установки космических кораблей .

Линейные двигатели широко используются также в приводах подачи металлорежущих станков и в робототехнике . Для повышения точности позиционирования часто используются линейные датчики положения .

Источники

  1. ↑ Линейные асинхронные двигатели - Принцип действия
  2. ↑ Линейные электродвигатели

Ссылки

www.cruer.com

Магнитоэлектрический двигатель

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при конвертировании электродвигателей постоянного тока. Предлагаемый магнитоэлектрический двигатель содержит корпус, закрытый передней и задней крышками, клеммовую коробку, внутри корпуса соосно друг другу установлены ведущий и ведомый валы, свободный конец последнего пропущен в отверстие передней крышки. Оба вала связаны между собой посредством муфты, соединенной с ручкой управления. Внутри корпуса размещено несколько усилительных элементов, одинаковых по конструкции и связанных с ведущим валом. Каждый усилительный элемент содержит постоянный магнит, выполненный в виде прямоугольного бруска и установленный вертикально. Внутри магнита выполнены верхний и нижний вертикальные каналы. Каждый усилительный элемент содержит также электромагнитодинамический линейный двигатель, обмотки которого соединены с клеммами клеммовой коробки, зубчатую шестерню, закрепленную на ведущем валу и размещенную в круглом корпусе. Верхний и нижний вертикальные каналы магнита, электромагнитодинамический линейный двигатель и круглый корпус зубчатой шестерни соединены последовательно между собой посредством трубопроводов и все они заполнены стальными шариками. Технический результат - обеспечение экономичного расходования электроэнергии и повышение крутящего момента на ведомом валу за счет использования энергии постоянных магнитов. 8 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области электротехники и может найти применение в качестве электродвигателя постоянного тока.

Известно фоническое колесо, изготовленное из немагнитного материала, установленное вертикально на оси, по окружности которого на равном расстоянии друг от друга закреплены металлические выступы. В нижней части колеса установлены два электромагнита с сердечниками П-образной формы. Камертон включен в цепь электромагнитов. /И.И.Артоболевский, Механизмы в современной технике, изд.2, 6-7 т, М., Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1981, с.33, №3427/.

Недостатками известного фонического колеса являются небольшая частота вращения, невысокая мощность на валу, необходимость в наличии устройства привода камертона.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией фонического колеса.

Известен также роликовый мотор, содержащий корпус, вертикальную ось, закрепленную на корпусе, ролик, установленный свободно на оси, выполненный из немагнитного материала, на боковой поверхности которого закреплены постоянные магниты, установленные через 90 градусов один от другого и повернутые одноименными полюсами в сторону от оси вращения. Электромагнит, установленный горизонтально, продольная ось которого проходит через ось вращения ролика и соосна продольной оси каждого из магнитов ролика, повернут к магнитам ролика одноименным полюсом, устройство для предварительного раскручивания ролика.

(http://www.master.ru/rolez.htm)

Недостатками известного роликового мотора являются небольшая мощность, малый крутящий момент, необходимость в механизме предварительного раскручивания.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией роликового мотора. Известный роликовый мотор, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Целью настоящего изобретения является повышение технических характеристик роликового мотора.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что ролик с магнитами, вертикальная ось и электромагнит заменены ведущим и ведомым валами, причем задний конец ведущего вала установлен в подшипнике задней крышки, а передний конец вставлен в торец ведомого вала, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки, причем оба вала связаны друг о другом посредством муфты, которая кинематически соединена с ручкой управления, установленной снаружи корпуса, несколькими усилительными элементами, одинаковыми по конструкции, связанных с ведущим валом, каждый из которых содержит постоянный магнит, выполненный в форме прямоугольного бруска, установленного вертикально, внутри которого выполнены верхний и нижний вертикальные каналы, входное отверстие верхнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность одного магнитного полюса, а входное отверстие нижнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность другого магнитного полюса, причем выходные отверстия верхнего и нижнего вертикальных каналов выходят на среднюю часть постоянного магнита, на противоположные стороны, где напряженность магнитного поля самая минимальная, кроме того, каждый усилительный элемент имеет электромагнитодинамический линейный двигатель, состоящий из С-образного магнита, между полюсами которого установлена электроизоляционная трубка, имеющая сквозные соосные пазы, в которые вставлены две щетки, подключенные к клеммам клеммовой коробки, причем выходное отверстие верхнего вертикального канала соединено трубопроводом с входным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического линейного двигателя, а входное отверстие упомянутого канала соединено трубопроводом с выходным отверстием нижнего вертикального канала, кроме того, зубчатая шестерня усилительного элемента закреплена на ведущем валу и размещена в круглом корпусе, входное отверстие которого трубопроводом соединено с выходным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического линейного двигателя, а выходное отверстие круглого корпуса соединено трубопроводом с входным отверстием нижнего вертикального канала, кроме того, верхний и нижний вертикальные каналы, трубопроводы, электроизоляционная трубка электромагнитодинамического линейного двигателя, круглый корпус зубчатой шестерни заполнены стальными шариками, контактирующими друг с другом и с щетками электромагнитодинамического линейного двигателя, причем каждый шестой шарик выполнен из ферросплава, не проводящего электрический ток, а все трубопроводы выполнены из немагнитного материала.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид магнитоэлектрического двигателя, на фиг.2 - вид сзади на магнитоэлектрический двигатель, на фиг.5 - вид спереди на магнитоэлектрический двигатель, на фиг.4 - расположение узлов внутри корпуса магнитоэлектрического двигателя, на фиг.5 - схема усилительного элемента магнитоэлектрического двигателя, на фиг.6 - картина магнитного поля прямоугольного магнита, на фиг.7 - устройство электромагнитодинамического двигателя, на фиг.8 - схема работы усилительного элемента.

Магнитоэлектрический двигатель содержит корпус 1, закрытый передней 2 и задней 3 крышками и имеющий опорную плиту 4. Внутри корпуса размещено несколько усилительных элементов 5, одинаковых по конструкции, ведущий вал 6, один конец которого установлен в подшипнике задней крышки, а другой вставлен в торец ведомого вала 7, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки. На заднем конце ведомого вала закреплена ведомая полумуфта 8, взаимодействующая с ведущей полумуфтой 9, которая установлена на шлицах ведущего вала с возможностью продольного перемещения и кинематически связана с ручкой управления 10. Каждый усилительный элемент содержит постоянный магнит 11, выполненный в форме прямоугольного бруска, установленного вертикально, внутри которого выполнены верхний 12 и нижний 13 вертикальные каналы. Входное отверстие верхнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность одного магнитного полюса, а входное отверстие нижнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность другого магнитного полюса, причем выходные отверстия верхнего и нижнего вертикальных каналов выходят на среднюю часть постоянного магнита, на противоположные стороны, где напряженность магнитного поля самая минимальная или вовсе отсутствует. Каждый усилительный элемент имеет электромагнитодинамический двигатель 14, состоящий из С-образного постоянного магнита 15, между полюсами которого установлена электроизоляционная трубка 16, имеющая сквозные соосные пазы, в которые вставлены две щетки 17, одна напротив другой, подключенные к клеммам клеммовой коробки 18. Выходное отверстие верхнего вертикального канала соединено трубопроводом 19 с входным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического двигателя, а входное отверстие упомянутого канала трубопроводом 20 соединено с выходным отверстием нижнего вертикального канала. Зубчатая шестерня 21 усилительного элемента закреплена на ведущем валу и размещена в круглом корпусе 22, входное отверстие которого трубопроводом 25 соединено с выходным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического двигателя, а выходное отверстие круглого корпуса трубопроводом 24 соединено с входным отверстием нижнего вертикального канала. Все трубопроводы, электроизоляционная трубка, круглый корпус, верхний и нижний вертикальные каналы заполнены стальными шариками 25, контактирующими друг с другом и с щетками электромагнитодинамического двигателя. Чтобы предотвратить действие электрического тока на шарики, находящиеся вне зоны электроизоляционной трубки электромагнитодинамического двигателя, каждый шестой шарик выполнен из ферросплава, не проводящего электрический ток.

Работа магнитоэлектрического двигателя.

Перед включением магнитоэлектрического двигателя необходимо ручкой управления 10 выключить муфту и разъединить ведущий 6 и ведомый 7 валы. После включения электромагнитодинамического двигателя 14 постоянный ток I поступает на щетки 17, при этом щетки должны касаться одновременно не менее четырех шариков 25. Электрический ток проходит через шарики 25, находящиеся в магнитном поле С-образного магнита 15 и на них действует возникающая динамическая сила F, заставляя их перемещаться со скоростью V и через зубья шестерни 21 вращать ведущий вал 6 с небольшой скоростью. Если посмотреть на фиг.6, где представлена картина магнитного поля магнита 11, то видно, что магнитное поле сосредоточено на полюсах, а в средней части, на фиг.6 показано пунктирными линиями, оно вовсе отсутствует. Поэтому при движении шариков 25 при подходе их к верхнему 12 и нижнему 13 вертикальным каналам они, под действием магнитного поля, с ускорением втягиваются внутрь магнита 11 с силами F1 и F2. Те шарики 25, которые находятся в средней части магнита, будут беспрепятственно выходить из него и двигаться дальше по трубопроводам 19, 20. В результате непрерывного воздействия магнитного поля магнита 11 скорость движения шариков 25 будет возрастать, а крутящий момент будет определяться равнодействующей силой Fp. Как только зубчатая шестерня 21 и вместе с ней ведущий вал 6 достигнут максимальной частоты вращения и максимального вращающего момента поворачивается ручка управления 10. Ведущая полумуфта 9 прижимается к ведомой полумуфте 8 и ведомый вал 7 начинает вращаться и приводить в движение механизм, который с ним соединен. Частота вращения ведомого вала 7 и ведущего вала 6 может изменяться в ту или иную сторону при увеличении или уменьшении тока, подаваемого на щетки 17 электромагнитодинамического двигателя. Магнитоэлектрический двигатель не реверсивный и не может вращаться в противоположную сторону. Для его остановки необходимо прекратить подачу электрического тока на щетки 17 электромагнитодинамического двигателя и после остановки ведущего вала 6 отключить муфту. Таким образом, при работе предлагаемого двигателя кроме энергии электрического тока для вращения ведомого вала 7 используется энергия магнитного поля. Все усилительные элементы 5 работают одинаково и одновременно. Для того, чтобы мощность на обоих валах была максимальной, магниты 11 должны иметь большую магнитную напряженность и быть изготовленными из сплавов, в которые входят редкоземельные элементы.

Технический результат: экономия электроэнергии, экономия цветных и черных металлов, возможность за счет небольших затрат получить большую мощность.

Магнитоэлектрический двигатель, содержащий корпус, закрытый передней и задней кризами, валы, установленные внутри корпуса, клеммовую коробку, отличающийся тем, что задний конец ведущего вала установлен в подлиннике задней крышки, а передний конец вставлен в торец ведомого вала, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки, причем оба вала связаны друг с другом посредством муфты, которая кинематически соединена с ручкой управления, установленной снаружи корпуса, кроме того, ведущий вал связан с несколькими усилительными элементами, одинаковыми по конструкции, каждый из которых содержит постоянный магнит, выполненный в форме прямоугольного бруска, установленного вертикально, внутри которого выполнены верхний и нижний вертикальные каналы, входное отверстие верхнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность одного магнитного полюса, а входное отверстие нижнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность другого магнитного полюса, причем выходные отверстия верхнего и нижнего вертикальных каналов выходят на среднюю часть постоянного магнита, на противоположные стороны, где напряженность магнитного поля самая минимальная, кроме того, каждый усилительный элемент имеет электромагдитодинамический линейный двигатель, состоящий из С-образного магнита, между полюсами которого установлена электроизоляционная трубка, имеющая сквозные соосные пазы, в которые вставлены две щетки, подключенные к клеммам клеммовой коробки, причем выходное отверстие верхнего вертикального канала соединено трубопроводом с входным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического линейного двигателя, а входное отверстие упомянутого канала соединено трубопроводом с выходным отверстием нижнего вертикального канала, кроме того, зубчатая шестерня усилительного элемента закреплена на ведущем валу и размещена в круглом корпусе, входное отверстие которого трубопроводом соединено с выходным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического линейного двигателя, а выходное отверстие круглого корпуса соединено трубопроводом с входным отверстием нижнего вертикального канала, кроме того, верхний и нижний вертикальные каналы, трубопроводы, электроизоляционная трубка электромагнитодинамического линейного двигателя, круглый корпус зубчатой шестерни заполнены стальными шариками, контактирующими друг с другом и с щетками электромагнитодинамического линейного двигателя, причем каждый шестой шарик выполнен из ферросплава, не проводящего электрический ток, а все трубопроводы выполнены из немагнитного материала.

www.findpatent.ru

Линейный двигатель

Лабораторный синхронный линейный двигатель. На заднем плане статор - ряд индукционных катушек, на переднем плане - подвижный вторичный элемент, содержащий постоянный магнит.

Лине́йный дви́гатель — электродвигатель, у которого один из элементов магнитной системы разомкнут и имеет развёрнутую обмотку, создающую магнитное поле, а другой взаимодействует с ним и выполнен в виде направляющей, обеспечивающей линейное перемещение подвижной части двигателя. Сейчас разработано множество разновидностей (типов) линейных электродвигателей, например:

Многие типы линейных двигателей, такие как асинхронные, синхронные или постоянного тока, повторяют по принципу своего действия соответствующие двигатели вращательного движения, в то время как другие типы линейных двигателей (магнитострикционные, пьезоэлектрические и др.) не имеют практического исполнения как двигатели вращательного движения. Неподвижную часть линейного электродвигателя, получающую электроэнергию из сети, называют статором, или пер

www.wikiplanet.click

магнитоэлектрический двигатель - патент РФ 2377708

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при конвертировании электродвигателей постоянного тока. Предлагаемый магнитоэлектрический двигатель содержит корпус, закрытый передней и задней крышками, клеммовую коробку, внутри корпуса соосно друг другу установлены ведущий и ведомый валы, свободный конец последнего пропущен в отверстие передней крышки. Оба вала связаны между собой посредством муфты, соединенной с ручкой управления. Внутри корпуса размещено несколько усилительных элементов, одинаковых по конструкции и связанных с ведущим валом. Каждый усилительный элемент содержит постоянный магнит, выполненный в виде прямоугольного бруска и установленный вертикально. Внутри магнита выполнены верхний и нижний вертикальные каналы. Каждый усилительный элемент содержит также электромагнитодинамический линейный двигатель, обмотки которого соединены с клеммами клеммовой коробки, зубчатую шестерню, закрепленную на ведущем валу и размещенную в круглом корпусе. Верхний и нижний вертикальные каналы магнита, электромагнитодинамический линейный двигатель и круглый корпус зубчатой шестерни соединены последовательно между собой посредством трубопроводов и все они заполнены стальными шариками. Технический результат - обеспечение экономичного расходования электроэнергии и повышение крутящего момента на ведомом валу за счет использования энергии постоянных магнитов. 8 ил. магнитоэлектрический двигатель, патент № 2377708

Настоящее изобретение относится к области электротехники и может найти применение в качестве электродвигателя постоянного тока.

Известно фоническое колесо, изготовленное из немагнитного материала, установленное вертикально на оси, по окружности которого на равном расстоянии друг от друга закреплены металлические выступы. В нижней части колеса установлены два электромагнита с сердечниками П-образной формы. Камертон включен в цепь электромагнитов. /И.И.Артоболевский, Механизмы в современной технике, изд.2, 6-7 т, М., Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1981, с.33, № 3427/.

Недостатками известного фонического колеса являются небольшая частота вращения, невысокая мощность на валу, необходимость в наличии устройства привода камертона.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией фонического колеса.

Известен также роликовый мотор, содержащий корпус, вертикальную ось, закрепленную на корпусе, ролик, установленный свободно на оси, выполненный из немагнитного материала, на боковой поверхности которого закреплены постоянные магниты, установленные через 90 градусов один от другого и повернутые одноименными полюсами в сторону от оси вращения. Электромагнит, установленный горизонтально, продольная ось которого проходит через ось вращения ролика и соосна продольной оси каждого из магнитов ролика, повернут к магнитам ролика одноименным полюсом, устройство для предварительного раскручивания ролика.

(http://www.master.ru/rolez.htm)

Недостатками известного роликового мотора являются небольшая мощность, малый крутящий момент, необходимость в механизме предварительного раскручивания.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией роликового мотора. Известный роликовый мотор, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Целью настоящего изобретения является повышение технических характеристик роликового мотора.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что ролик с магнитами, вертикальная ось и электромагнит заменены ведущим и ведомым валами, причем задний конец ведущего вала установлен в подшипнике задней крышки, а передний конец вставлен в торец ведомого вала, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки, причем оба вала связаны друг о другом посредством муфты, которая кинематически соединена с ручкой управления, установленной снаружи корпуса, несколькими усилительными элементами, одинаковыми по конструкции, связанных с ведущим валом, каждый из которых содержит постоянный магнит, выполненный в форме прямоугольного бруска, установленного вертикально, внутри которого выполнены верхний и нижний вертикальные каналы, входное отверстие верхнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность одного магнитного полюса, а входное отверстие нижнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность другого магнитного полюса, причем выходные отверстия верхнего и нижнего вертикальных каналов выходят на среднюю часть постоянного магнита, на противоположные стороны, где напряженность магнитного поля самая минимальная, кроме того, каждый усилительный элемент имеет электромагнитодинамический линейный двигатель, состоящий из С-образного магнита, между полюсами которого установлена электроизоляционная трубка, имеющая сквозные соосные пазы, в которые вставлены две щетки, подключенные к клеммам клеммовой коробки, причем выходное отверстие верхнего вертикального канала соединено трубопроводом с входным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического линейного двигателя, а входное отверстие упомянутого канала соединено трубопроводом с выходным отверстием нижнего вертикального канала, кроме того, зубчатая шестерня усилительного элемента закреплена на ведущем валу и размещена в круглом корпусе, входное отверстие которого трубопроводом соединено с выходным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического линейного двигателя, а выходное отверстие круглого корпуса соединено трубопроводом с входным отверстием нижнего вертикального канала, кроме того, верхний и нижний вертикальные каналы, трубопроводы, электроизоляционная трубка электромагнитодинамического линейного двигателя, круглый корпус зубчатой шестерни заполнены стальными шариками, контактирующими друг с другом и с щетками электромагнитодинамического линейного двигателя, причем каждый шестой шарик выполнен из ферросплава, не проводящего электрический ток, а все трубопроводы выполнены из немагнитного материала.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид магнитоэлектрического двигателя, на фиг.2 - вид сзади на магнитоэлектрический двигатель, на фиг.5 - вид спереди на магнитоэлектрический двигатель, на фиг.4 - расположение узлов внутри корпуса магнитоэлектрического двигателя, на фиг.5 - схема усилительного элемента магнитоэлектрического двигателя, на фиг.6 - картина магнитного поля прямоугольного магнита, на фиг.7 - устройство электромагнитодинамического двигателя, на фиг.8 - схема работы усилительного элемента.

Магнитоэлектрический двигатель содержит корпус 1, закрытый передней 2 и задней 3 крышками и имеющий опорную плиту 4. Внутри корпуса размещено несколько усилительных элементов 5, одинаковых по конструкции, ведущий вал 6, один конец которого установлен в подшипнике задней крышки, а другой вставлен в торец ведомого вала 7, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки. На заднем конце ведомого вала закреплена ведомая полумуфта 8, взаимодействующая с ведущей полумуфтой 9, которая установлена на шлицах ведущего вала с возможностью продольного перемещения и кинематически связана с ручкой управления 10. Каждый усилительный элемент содержит постоянный магнит 11, выполненный в форме прямоугольного бруска, установленного вертикально, внутри которого выполнены верхний 12 и нижний 13 вертикальные каналы. Входное отверстие верхнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность одного магнитного полюса, а входное отверстие нижнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность другого магнитного полюса, причем выходные отверстия верхнего и нижнего вертикальных каналов выходят на среднюю часть постоянного магнита, на противоположные стороны, где напряженность магнитного поля самая минимальная или вовсе отсутствует. Каждый усилительный элемент имеет электромагнитодинамический двигатель 14, состоящий из С-образного постоянного магнита 15, между полюсами которого установлена электроизоляционная трубка 16, имеющая сквозные соосные пазы, в которые вставлены две щетки 17, одна напротив другой, подключенные к клеммам клеммовой коробки 18. Выходное отверстие верхнего вертикального канала соединено трубопроводом 19 с входным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического двигателя, а входное отверстие упомянутого канала трубопроводом 20 соединено с выходным отверстием нижнего вертикального канала. Зубчатая шестерня 21 усилительного элемента закреплена на ведущем валу и размещена в круглом корпусе 22, входное отверстие которого трубопроводом 25 соединено с выходным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического двигателя, а выходное отверстие круглого корпуса трубопроводом 24 соединено с входным отверстием нижнего вертикального канала. Все трубопроводы, электроизоляционная трубка, круглый корпус, верхний и нижний вертикальные каналы заполнены стальными шариками 25, контактирующими друг с другом и с щетками электромагнитодинамического двигателя. Чтобы предотвратить действие электрического тока на шарики, находящиеся вне зоны электроизоляционной трубки электромагнитодинамического двигателя, каждый шестой шарик выполнен из ферросплава, не проводящего электрический ток.

Работа магнитоэлектрического двигателя.

Перед включением магнитоэлектрического двигателя необходимо ручкой управления 10 выключить муфту и разъединить ведущий 6 и ведомый 7 валы. После включения электромагнитодинамического двигателя 14 постоянный ток I поступает на щетки 17, при этом щетки должны касаться одновременно не менее четырех шариков 25. Электрический ток проходит через шарики 25, находящиеся в магнитном поле С-образного магнита 15 и на них действует возникающая динамическая сила F, заставляя их перемещаться со скоростью V и через зубья шестерни 21 вращать ведущий вал 6 с небольшой скоростью. Если посмотреть на фиг.6, где представлена картина магнитного поля магнита 11, то видно, что магнитное поле сосредоточено на полюсах, а в средней части, на фиг.6 показано пунктирными линиями, оно вовсе отсутствует. Поэтому при движении шариков 25 при подходе их к верхнему 12 и нижнему 13 вертикальным каналам они, под действием магнитного поля, с ускорением втягиваются внутрь магнита 11 с силами F1 и F2. Те шарики 25, которые находятся в средней части магнита, будут беспрепятственно выходить из него и двигаться дальше по трубопроводам 19, 20. В результате непрерывного воздействия магнитного поля магнита 11 скорость движения шариков 25 будет возрастать, а крутящий момент будет определяться равнодействующей силой Fp. Как только зубчатая шестерня 21 и вместе с ней ведущий вал 6 достигнут максимальной частоты вращения и максимального вращающего момента поворачивается ручка управления 10. Ведущая полумуфта 9 прижимается к ведомой полумуфте 8 и ведомый вал 7 начинает вращаться и приводить в движение механизм, который с ним соединен. Частота вращения ведомого вала 7 и ведущего вала 6 может изменяться в ту или иную сторону при увеличении или уменьшении тока, подаваемого на щетки 17 электромагнитодинамического двигателя. Магнитоэлектрический двигатель не реверсивный и не может вращаться в противоположную сторону. Для его остановки необходимо прекратить подачу электрического тока на щетки 17 электромагнитодинамического двигателя и после остановки ведущего вала 6 отключить муфту. Таким образом, при работе предлагаемого двигателя кроме энергии электрического тока для вращения ведомого вала 7 используется энергия магнитного поля. Все усилительные элементы 5 работают одинаково и одновременно. Для того, чтобы мощность на обоих валах была максимальной, магниты 11 должны иметь большую магнитную напряженность и быть изготовленными из сплавов, в которые входят редкоземельные элементы.

Технический результат: экономия электроэнергии, экономия цветных и черных металлов, возможность за счет небольших затрат получить большую мощность.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Магнитоэлектрический двигатель, содержащий корпус, закрытый передней и задней кризами, валы, установленные внутри корпуса, клеммовую коробку, отличающийся тем, что задний конец ведущего вала установлен в подлиннике задней крышки, а передний конец вставлен в торец ведомого вала, свободный конец которого пропущен в отверстие передней крышки, причем оба вала связаны друг с другом посредством муфты, которая кинематически соединена с ручкой управления, установленной снаружи корпуса, кроме того, ведущий вал связан с несколькими усилительными элементами, одинаковыми по конструкции, каждый из которых содержит постоянный магнит, выполненный в форме прямоугольного бруска, установленного вертикально, внутри которого выполнены верхний и нижний вертикальные каналы, входное отверстие верхнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность одного магнитного полюса, а входное отверстие нижнего вертикального канала открывается на торцевую поверхность другого магнитного полюса, причем выходные отверстия верхнего и нижнего вертикальных каналов выходят на среднюю часть постоянного магнита, на противоположные стороны, где напряженность магнитного поля самая минимальная, кроме того, каждый усилительный элемент имеет электромагдитодинамический линейный двигатель, состоящий из С-образного магнита, между полюсами которого установлена электроизоляционная трубка, имеющая сквозные соосные пазы, в которые вставлены две щетки, подключенные к клеммам клеммовой коробки, причем выходное отверстие верхнего вертикального канала соединено трубопроводом с входным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического линейного двигателя, а входное отверстие упомянутого канала соединено трубопроводом с выходным отверстием нижнего вертикального канала, кроме того, зубчатая шестерня усилительного элемента закреплена на ведущем валу и размещена в круглом корпусе, входное отверстие которого трубопроводом соединено с выходным отверстием электроизоляционной трубки электромагнитодинамического линейного двигателя, а выходное отверстие круглого корпуса соединено трубопроводом с входным отверстием нижнего вертикального канала, кроме того, верхний и нижний вертикальные каналы, трубопроводы, электроизоляционная трубка электромагнитодинамического линейного двигателя, круглый корпус зубчатой шестерни заполнены стальными шариками, контактирующими друг с другом и с щетками электромагнитодинамического линейного двигателя, причем каждый шестой шарик выполнен из ферросплава, не проводящего электрический ток, а все трубопроводы выполнены из немагнитного материала.

www.freepatent.ru

Линейный двигатель — Википедия

Лабораторный синхронный линейный двигатель. На заднем плане статор - ряд индукционных катушек, на переднем плане - подвижный вторичный элемент, содержащий постоянный магнит.

Лине́йный дви́гатель — электродвигатель, у которого один из элементов магнитной системы разомкнут и имеет развёрнутую обмотку, создающую магнитное поле, а другой взаимодействует с ним и выполнен в виде направляющей, обеспечивающей линейное перемещение подвижной части двигателя. Сейчас разработано множество разновидностей (типов) линейных электродвигателей, например:

Многие типы линейных двигателей, такие как асинхронные, синхронные или постоянного тока, повторяют по принципу своего действия соответствующие двигатели вращательного движения, в то время как другие типы линейных двигателей (магнитострикционные, пьезоэлектрические и др.) не имеют практического исполнения как двигатели вращательного движения. Неподвижную часть линейного электродвигателя, получающую электроэнергию из сети, называют статором, или первичным элементом, а часть двигателя, получающую энергию от статора, называют вторичным элементом или якорем (название «ротор» к деталям линейного двигателя не применяется, так как слово «ротор» буквально означает «вращающийся», а в линейном двигателе вращения нет).

Наибольшее распространение в транспорте и для больших линейных перемещений получили асинхронные и синхронные линейные двигатели, но применяются также линейные двигатели постоянного тока и линейные электромагнитные двигатели. Последние чаще всего используются для получения небольших перемещений рабочих органов и обеспечения при этом высокой точности и значительных тяговых усилий.

Асинхронный линейный двигатель

Представление об устройстве линейного асинхронного двигателя можно получить, если мысленно разрезать статор и ротор с обмотками обычного асинхронного двигателя вдоль оси по образующей и развернуть в плоскость. Образовавшаяся плоская конструкция представляет собой принципиальную схему линейного двигателя. Если теперь обмотки статора такого двигателя подключить к сети трехфазного переменного тока, то образуется магнитное поле, ось которого будет перемещаться вдоль воздушного зазора со скоростью V, пропорциональной частоте питающего напряжения f и длине полюсного деления t: V = 2пf . Это перемещающееся вдоль зазора магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой по обмотке начнут протекать токи. Взаимодействие токов с магнитным полем приведет к появлению силы, действующей, по правилу Ленца, в направлении перемещения магнитного поля. Ротор — в дальнейшем будем называть его уже вторичным элементом — под действием этой силы начнет двигаться. Как и в обычном асинхронном двигателе, перемещение элемента происходит с некоторым скольжением относительно поля S = (V - v)/V, где v — скорость движения элемента. Номинальное скольжение линейного двигателя равно 2-6%.[1] Вторичный элемент линейного двигателя не всегда снабжается обмоткой. Одно из достоинств линейного асинхронного двигателя заключается в том, что в качестве вторичного элемента может использоваться обычный металлический лист. Вторичный элемент при этом может располагаться также между двумя статорами, или между статором и ферромагнитным сердечником. Вторичный элемент выполняется из меди, алюминия или стали, причем использование немагнитного вторичного элемента предполагает применение конструктивных схем с замыканием магнитного потока через ферромагнитные элементы. Принцип действия линейных двигателей со вторичным элементом в виде полосы повторяет работу обычного асинхронного двигателя с массивным ферромагнитным или полым немагнитным ротором. Обмотки статора линейных двигателей имеют те же схемы соединения, что и обычные асинхронные двигатели, и подключаются обычно к сети трехфазного переменного тока. Линейные двигатели очень часто работают в так называемом обращенном режиме движения, когда вторичный элемент неподвижен, а передвигается статор. Такой линейный двигатель, получивший название двигателя с подвижным статором, находит, в частности, широкое применение на электрическом транспорте. Например, статор неподвижно закреплен под полом вагона, а вторичный элемент представляет собой металлическую полосу между рельс, а иногда вторичным элементом служат сами рельсы. Одной из разновидностей линейных асинхронных двигателей являются трубчатый (коаксиальный) двигатель. Статор такого двигателя имеет вид трубы, внутри которой располагаются перемежающиеся между собой плоские дисковые катушки (обмотки статора) и металлические шайбы, являющиеся частью магнитопровода. Катушки двигателя соединяются группами и образуют обмотки отдельных фаз двигателя. Внутри статора помещается вторичный элемент также трубчатой формы, выполненный из ферромагнитного материала. При подключении к сети обмоток статора вдоль его внутренней поверхности образуется бегущее магнитное поле, которое индуцирует в теле вторичного элемента токи, направленные по его окружности. Взаимодействие этих токов с магнитным полем двигателя создает на вторичном элементе силу, действующую вдоль трубы, которая и вызывает (при закрепленном статоре) движение вторичного элемента в этом направлении. Трубчатая конструкция линейных двигателей характеризуется аксиальным направлением магнитного потока во вторичном элементе в отличие от плоского линейного двигателя, в котором магнитный поток имеет радиальное направление.

Видео по теме

Синхронный линейный двигатель

Схема синхронного линейного двигателя.

Основной областью применения синхронных двигателей, где их преимущества проявляются особенно сильно, является высокоскоростной электрический транспорт. Дело в том, что по условиям нормальной эксплуатации такого транспорта необходимо иметь сравнительно большой воздушный зазор между подвижной частью и вторичным элементом. Асинхронный линейный двигатель имеет при этом очень низкий коэффициент мощности (cosφ), и его применение оказывается экономически невыгодным. Синхронный линейный двигатель, напротив, допускает наличие относительно большого воздушного зазора между статором и вторичным элементом и работает при этом с cosφ, близким к единице, и высоким КПД, достигающим 96%. Применение синхронных линейных двигателей в высокоскоростном транспорте сочетается, как правило, с магнитной подвеской вагонов и применением сверхпроводящих магнитов и обмоток возбуждения, что позволяет повысить комфортабельность движения и экономические показатели работы подвижного состава.

Применение линейных двигателей

Линейные двигатели высокого и низкого ускорения

Все линейные двигатели можно разделить на две категории:

Двигатели низкого ускорения используются в общественном транспорте (маглев, монорельс, метрополитен) как тяговые, а также в станках (лазерных, водорезных, сверлильно-фрезерных) и другом технологическом оборудовании в промышленности. Двигатели высокого ускорения весьма небольшие по длине, и обычно применяются, чтобы разогнать объект до высокой скорости, а затем выпустить его (см. пушка Гаусса). Они часто используются для исследований гиперскоростных столкновений, а также, гипотетически, может использоваться в специальных устройствах, таких, как оружие или пусковые установки космических кораблей.

Линейные двигатели широко используются также в приводах подачи металлорежущих станков и в робототехнике. Для повышения точности позиционирования часто используются линейные датчики положения.

Источники

  1. ↑ Линейные асинхронные двигатели - Принцип действия
  2. ↑ Линейные электродвигатели

Ссылки

wikipedia.green

Линейный двигатель — ВиКи

Лабораторный синхронный линейный двигатель. На заднем плане статор - ряд индукционных катушек, на переднем плане - подвижный вторичный элемент, содержащий постоянный магнит.

Лине́йный дви́гатель — электродвигатель, у которого один из элементов магнитной системы разомкнут и имеет развёрнутую обмотку, создающую магнитное поле, а другой взаимодействует с ним и выполнен в виде направляющей, обеспечивающей линейное перемещение подвижной части двигателя. Сейчас разработано множество разновидностей (типов) линейных электродвигателей, например:

Многие типы линейных двигателей, такие как асинхронные, синхронные или постоянного тока, повторяют по принципу своего действия соответствующие двигатели вращательного движения, в то время как другие типы линейных двигателей (магнитострикционные, пьезоэлектрические и др.) не имеют практического исполнения как двигатели вращательного движения. Неподвижную часть линейного электродвигателя, получающую электроэнергию из сети, называют статором, или первичным элементом, а часть двигателя, получающая энергию от статора, называют вторичным элементом или якорем (название «ротор» к деталям линейного двигателя не применяется, так как слово «ротор» буквально означает «вращающийся», а в линейном двигателе вращения нет).

Наибольшее распространение в транспорте и для больших линейных перемещений получили асинхронные и синхронные линейные двигатели, но применяются также линейные двигатели постоянного тока и линейные электромагнитные двигатели. Последние чаще всего используются для получения небольших перемещений рабочих органов и обеспечения при этом высокой точности и значительных тяговых усилий.

Асинхронный линейный двигатель

Представление об устройстве линейного асинхронного двигателя можно получить, если мысленно разрезать статор и ротор с обмотками обычного асинхронного двигателя вдоль оси по образующей и развернуть в плоскость. Образовавшаяся плоская конструкция представляет собой принципиальную схему линейного двигателя. Если теперь обмотки статора такого двигателя подключить к сети трехфазного переменного тока, то образуется магнитное поле, ось которого будет перемещаться вдоль воздушного зазора со скоростью V, пропорциональной частоте питающего напряжения f и длине полюсного деления t: V = 2пf . Это перемещающееся вдоль зазора магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой по обмотке начнут протекать токи. Взаимодействие токов с магнитным полем приведет к появлению силы, действующей, по правилу Ленца, в направлении перемещения магнитного поля. Ротор — в дальнейшем будем называть его уже вторичным элементом — под действием этой силы начнет двигаться. Как и в обычном асинхронном двигателе, перемещение элемента происходит с некоторым скольжением относительно поля S = (V - v)/V, где v — скорость движения элемента. Номинальное скольжение линейного двигателя равно 2-6%.[1] Вторичный элемент линейного двигателя не всегда снабжается обмоткой. Одно из достоинств линейного асинхронного двигателя заключается в том, что в качестве вторичного элемента может использоваться обычный металлический лист. Вторичный элемент при этом может располагаться также между двумя статорами, или между статором и ферромагнитным сердечником. Вторичный элемент выполняется из меди, алюминия или стали, причем использование немагнитного вторичного элемента предполагает применение конструктивных схем с замыканием магнитного потока через ферромагнитные элементы. Принцип действия линейных двигателей со вторичным элементом в виде полосы повторяет работу обычного асинхронного двигателя с массивным ферромагнитным или полым немагнитным ротором. Обмотки статора линейных двигателей имеют те же схемы соединения, что и обычные асинхронные двигатели, и подключаются обычно к сети трехфазного переменного тока. Линейные двигатели очень часто работают в так называемом обращенном режиме движения, когда вторичный элемент неподвижен, а передвигается статор. Такой линейный двигатель, получивший название двигателя с подвижным статором, находит, в частности, широкое применение на электрическом транспорте. Например, статор неподвижно закреплен под полом вагона, а вторичный элемент представляет собой металлическую полосу между рельс, а иногда вторичным элементом служат сами рельсы. Одной из разновидностей линейных асинхронных двигателей являются трубчатый (коаксиальный) двигатель. Статор такого двигателя имеет вид трубы, внутри которой располагаются перемежающиеся между собой плоские дисковые катушки (обмотки статора) и металлические шайбы, являющиеся частью магнитопровода. Катушки двигателя соединяются группами и образуют обмотки отдельных фаз двигателя. Внутри статора помещается вторичный элемент также трубчатой формы, выполненный из ферромагнитного материала. При подключении к сети обмоток статора вдоль его внутренней поверхности образуется бегущее магнитное поле, которое индуцирует в теле вторичного элемента токи, направленные по его окружности. Взаимодействие этих токов с магнитным полем двигателя создает на вторичном элементе силу, действующую вдоль трубы, которая и вызывает (при закрепленном статоре) движение вторичного элемента в этом направлении. Трубчатая конструкция линейных двигателей характеризуется аксиальным направлением магнитного потока во вторичном элементе в отличие от плоского линейного двигателя, в котором магнитный поток имеет радиальное направление.

Синхронный линейный двигатель

  Схема синхронного линейного двигателя.

Основной областью применения синхронных двигателей, где их преимущества проявляются особенно сильно, является высокоскоростной электрический транспорт. Дело в том, что по условиям нормальной эксплуатации такого транспорта необходимо иметь сравнительно большой воздушный зазор между подвижной частью и вторичным элементом. Асинхронный линейный двигатель имеет при этом очень низкий коэффициент мощности (cosφ), и его применение оказывается экономически невыгодным. Синхронный линейный двигатель, напротив, допускает наличие относительно большого воздушного зазора между статором и вторичным элементом и работает при этом с cosφ, близким к единице, и высоким КПД, достигающим 96%. Применение синхронных линейных двигателей в высокоскоростном транспорте сочетается, как правило, с магнитной подвеской вагонов и применением сверхпроводящих магнитов и обмоток возбуждения, что позволяет повысить комфортабельность движения и экономические показатели работы подвижного состава.

Применение линейных двигателей

Линейные двигатели высокого и низкого ускорения

Все линейные двигатели можно разделить на две категории:

Двигатели низкого ускорения используются в общественном транспорте (маглев, монорельс, метрополитен) как тяговые, а также в станках (лазерных, водорезных, сверлильно-фрезерных) и другом технологическом оборудовании в промышленности. Двигатели высокого ускорения весьма небольшие по длине, и обычно применяются, чтобы разогнать объект до высокой скорости, а затем выпустить его (см. пушка Гаусса). Они часто используются для исследований гиперскоростных столкновений, а также, гипотетически, может использоваться в специальных устройствах, таких, как оружие или пусковые установки космических кораблей.

Линейные двигатели широко используются также в приводах подачи металлорежущих станков и в робототехнике. Для повышения точности позиционирования часто используются линейные датчики положения.

Источники

Ссылки

xn--b1aeclack5b4j.xn--j1aef.xn--p1ai