Использование: в электромагнитных исполнительных устройствах в качестве линейного электропривода. Устройство содержит электромагнит в виде плоской катушки со щелевым воздушным зазором и двух плоских ферромагнитных сердечников, а также ведомое звено, направляющие с упорами и стопорные элементы. Катушка установлена с расположением щелевого зазора в вертикальной плоскости и горизонтальной ориентацией продольной оси. Ферромагнитные сердечники выполнены в виде дисков и с помощью стержней и втулок подвешены на общей горизонтальной оси с возможностью вращения относительно оси и свободного смещения вдоль оси друг относительно друга, образуя собой физические маятники. Ось подвеса маятников размещена за пределами катушки вблизи одного из ее торцов перпендикулярно плоскости щелевого зазора. Ведомое звено выполнено в виде немагнитной пластины, свободно размещенной в щелевом воздушном зазоре катушки и между обращенными друг к другу плоскостями ферромагнитных сердечников, имеющей на боковых гранях стопорные элементы, контактирующие с упорами направляющих. Технический результат заключается в уменьшении потребления электроэнергии и упрощении конструкции. 2 ил.
Изобретение относится к электромагнитным исполнительным устройствам и может быть использовано в качестве линейного электропривода.
Известен линейный электродвигатель, содержащий источник магнитного поля с полюсами, подвижный гофрированный упругий элемент с жестко закрепленной на нем обмоткой, размещенной между полюсами источника, а также ведомое звено, выполненное в виде стержня, установленного с натягом между гофрами упругого элемента /см. а.с. СССР N 1365275, кл. H 02 K 33/10, 41/03, 1988 г./. Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и сравнительно низкое тяговое усилие. Известен также электромагнитный линейный двигатель, содержащий два электромагнита с катушками, якорями и магнитопроводами с фиксаторами, взаимодействующими с зубчатой рейкой, причем один электромагнит расположен внутри другого, а якорь каждого электромагнита жестко связан с магнитопроводом другого /см. а.с. СССР N 957366, кл. H 02 K 41/03, 1982 г./. Недостатками данного двигателя являются сложность конструкции, значительные вес и габариты, а также значительное потребление электроэнергии вследствие необходимости перемещения в процессе работы всего электродвигателя. Кроме того, известны электромагнитные измерительные механизмы, содержащие плоскую катушку со щелевым воздушным зазором и два плоских ферромагнитных сердечника, размещенных в щелевом зазоре и эксцентрично укрепленных на поворотной оси /см. Фремке А.В. Электрические измерения. - Л.: Энергия, 1973, с. 71 - 73/. Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является электромагнитный линейный двигатель, содержащий электромагнит в виде корпуса со стопорными элементами, входящими в зацепление с упорами направляющих, цилиндрического магнитопровода, катушки возбуждения с воздушным зазором и ферромагнитного сердечника, установленного в зазоре и соединенного с помощью стержней и пружины сжатия с ограничителем перемещения и фланцем /см. а.с. СССР N 1483563, кл. H 02 K 41/03, 1987 г./, принятый за прототип. Недостатками устройства-прототипа являются сложность конструкции вследствие необходимости перемещения за два такта с поочередной фиксацией фланца и корпуса, а также значительное потребление электроэнергии вследствие необходимости перемещения в процессе работы большой массы всего двигателя вместе с корпусом. Сущность изобретения заключается в создании электромагнитного линейного двигателя, в котором однонаправленное интенсивное движение ведомого звена создается за счет обеспечения жесткого контакта с помощью магнитных сил ведомого звена с ферромагнитными сердечниками в рабочие полупериоды движения сердечников, и разрыва этого контакта за счет действия сил тяжести ферромагнитных сердечников в нерабочие полупериоды движения. Технический результат - упрощение конструкции и снижение потребления электроэнергии. Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном электромагнитном линейном двигателе, содержащем электромагнит в виде плоской катушки со щелевым воздушным зазором и двух плоских ферромагнитных сердечников, а также ведомое звено, направляющие с упорами и стопорные элементы, особенность заключается в том, что катушка установлена с расположением щелевого зазора в вертикальной плоскости и горизонтальной ориентацией продольной оси, ферромагнитные сердечники выполнены в виде дисков и с помощью стержней и втулок подвешены на общей горизонтальной оси с возможностью вращения относительно оси и свободного смещения вдоль оси относительно друг друга, образуя собой физические маятники, при этом ось подвеса маятников размещена за пределами катушки вблизи одного из ее торцов перпендикулярно плоскости щелевого зазора, а ведомое звено выполнено в виде немагнитной пластины, свободно размещенной в щелевом воздушном зазоре катушки и между обращенными друг к другу плоскостями ферромагнитных сердечников, имеющей на боковых гранях стопорные элементы, контактирующие с упорами направляющих. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен предлагаемый двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 - вид слева на фиг. 1. Электромагнитный линейный двигатель содержит электромагнит в виде плоской катушки 1, состоящей из каркаса 2 с обмоткой возбуждения 3, со щелевым воздушным зазором 4 и двух плоских ферромагнитных сердечников 5, 6, а также ведомое звено 7, направляющие 8 с упорами 9 и подпружиненные стопорные элементы 10, причем плоская катушка 1 установлена с расположением щелевого зазора 4 в вертикальной плоскости и горизонтальной ориентацией продольной оси, ферромагнитные сердечники 5, 6 выполнены в виде дисков и с помощью стержней 11, 12 и втулок 13, 14 подвешены на общей горизонтальной оси 15 с возможностью вращения относительно оси 15 и свободного смещения вдоль оси 15 друг относительно друга, образуя собой физические маятники. При этом ось 15 подвеса физических маятников размещена за пределами катушки 1 вблизи одного из ее торцов перпендикулярно плоскости щелевого зазора 4 и прикреплена к торцу катушки 1 с помощью винтов 16, а ведомое звено 7 выполнено в виде немагнитной пластины, свободно размещенной в щелевом воздушном зазоре 4 катушки 1 и между обращенными друг к другу плоскостями ферромагнитных сердечников 5, 6, имеющей на боковых гранях подпружиненные стопорные элементы 10, контактирующие с упорами 9 на направляющих 8. Работа двигателя осуществляется следующим образом. При выключенной обмотке 3 катушки 1 ферромагнитные сердечники 5, 6 /физические маятники/ свободно под действием сил тяжести занимают вертикальное положение и не прижаты к пластине 7 /см. фиг. 1 и фиг. 2/. При включении обмотки 3, то есть подаче в нее импульса тока, ферромагнитные сердечники 5, 6, находясь с торца катушки 1, стремятся максимально перекрыть щелевой зазор 4, обеспечивая магнитному потоку, огибающему с торцов катушку 1 и входящему в зазор 4, минимальное магнитное сопротивление. При этом ферромагнитные сердечники 5, 6 стремятся прижаться друг к другу, плотно зажимая пластину 7, втулки 13, 14 смещаются навстречу друг другу по оси подвеса 15. Но одновременно с этим сердечники 5, 6, укрепленные на стержнях 11, 12 и втулках 13, 14, поворачиваются вокруг оси 15 /как показано пунктиром на фиг. 1/ до упора торцами сердечников в торец катушки 1 /в щелевой зазор 4 сердечники 5, 6 за счет своей толщины войти не могут/. Такой поворот сердечников 5, 6 при одновременном зажатии ими пластины 7 /трение дисков 5, 6 о пластину 7 велико/ обуславливает смещение пластины 7 вправо. Так как угол поворота физических маятников довольно мал, то при сравнительно большой длине стержней 11, 12 тяговое усилие, прикладываемое к пластине 7 со стороны сердечников 5, 6, практически можно считать направленным по прямой вправо, за счет чего нагрузка на направляющие 8 в поперечном направлении незначительна. При выключении тока притяжение дисков 5, 6 друг к другу, а следовательно, их давление на пластину 7 исчезает, при этом силы трения между дисками 5, 6 и пластиной 7 минимальны, и диски 5, 6 опять поворачиваются влево в вертикальное положение, а пластина 7 остается в смещенном вправо состоянии. В результате при подаче в катушку 1 последовательных импульсов тока любой полярности пластина 7 /ведомое звено/ получает направленное поступательное перемещение вправо. При этом за счет взаимодействия упоров 9 направляющих 8 с подпружиненными стопорными элементами 10 на боковых гранях пластины 7 обеспечивается поступательное движение пластины 7 с необходимой дискретностью позиционирования, то есть движение в шаговом режиме /данный вопрос подробно описан в известных конструкциях/. На фиг. 1 во избежание загромождения рисунка показаны только направляющие с правой стороны катушки 1. Очевидно, что предложенный двигатель отличается предельной простотой конструкции, а также регулировки и эксплуатации. При подборе соответствующих электромеханических параметров за счет значительных усилий втягивания сердечников 5, 6 и зажатия ими пластины 7 можно легко добиться значительных тяговых усилий и большого диапазона перемещений. Так как подвижным элементом здесь является не весь двигатель в корпусе как в известных вышеописанных конструкциях, а только пластина 7, то масса подвижной части мала, что позволяет снизить потребление электроэнергии на движение. Согласно принципу работы в двигателе исключены двойные циклы, когда, например, в первый полупериод движения часть двигателя /один магнитопровод с якорем/ смещается, второй магнитопровод - неподвижно фиксируется, а во второй полупериод движения - наоборот. За счет этого удалось повысить надежность двигателя, упростить конструкцию, уменьшить массу и габариты. Обеспечение в нерабочие полуциклы возврата ферромагнитных сердечников в исходное положение за счет сил их собственной тяжести, а не сил упругости пружин также позволило предельно упростить конструкцию устройства и повысить его надежность.Похожие патенты:
Изобретение относится к синхронным электрическим двигателям
Изобретение относится к электрическим машинам, в частности, к линейным шаговым электродвигателям, которые находят широкое применение в дискретном электроприводе
Изобретение относится к электротехнике, а именно к приводам возвратно-поступательного движения
Изобретение относится к электротехнике, является электрической машиной, которая может найти применение в транспортных средствах, для транспортировки грузов и т.д
Изобретение относится к электротехнике, а именно к электротехническим устройствам, преобразующим сигналы электрического тока в механические и может быть использовано в приборостроении в качестве электродвигателя возвратно-поступательного движения, а также в качестве вибровозбудителя в строительном, горном и других видах оборудования
Изобретение относится к микромехатронике и микроробототехнике, в частности к шаговым линейным микроприводам
Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к электрическим двигателям с возвратно-поступательным перемещением подвижной части, и может быть использовано в линейных электроприводах, например, исполнительных органов рабочих механизмов
Изобретение относится к области электровибрационной техники, электромашиностроения и приборостроения, а именно к способам и устройствам управления электромагнитными двигателями, рабочий орган которых совершает вибрационное движение, в частности к способам и электромагнитным виброприводам возбуждения колебаний рабочего органа с переменной технологической нагрузкой, питаемого от источника постоянного тока ограниченной мощности, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например в виброкомпрессорных и насосных установках, вибропитателях, вибросмесителях, вибростолах, виброударных системах, стендах для вибрационных испытаний, виброраспылительных устройствах, виброприборах бытовой техники и т.д
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для очистки проводов высоковольтных линий электропередач от гололеда
Изобретение относится к области ракетной техники и предназначено для приведения в действие электровоспламенителей пусковых и бортовых систем ракеты
Изобретение относится к области ракетной техники и предназначено для приведения в действие электровоспламенителей пусковых и бортовых систем ракеты
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах ударного действия с линейным электромагнитным двигателем, в котором рабочий ход якоря осуществляется за счет единственной системы обмоток, а его возврат - под действием механического усилия, например под действием усилия возвратной пружины
Изобретение относится к электрическим машинам, в частности, к линейным шаговым электродвигателям, которые находят широкое применение в дискретном электроприводе
Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, в частности, к электромагнитным двигателям, и может быть использовано в электромеханических устройствах с поступательным перемещением рабочего звена
Изобретение относится к электромеханическим линейным исполнительным механизмам с однонаправленной осевой нагрузкой и может быть использовано, например, в качестве привода штанговых насосов для откачки нефти из скважин
Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано для создания электромагнитных прессов, молотов и других механизмов с поступательным движением рабочего органа
Изобретение относится к электромагнитным исполнительным устройствам и может быть использовано в качестве линейного электропривода
Изобретение относится к электромагнитным исполнительным устройствам и может быть использовано в качестве линейного электропривода
www.findpatent.ru
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в линейных электромагнитных двигателях для привода электромагнитных прессов, молотов и других импульсных устройств с поступательным движением рабочих органов. Технический результат состоит в повышении стабилизации энергии удара. Линейный электромагнитный двигатель содержит цилиндрический статор (1) с размещенной внутри катушкой (2) и якорем (3), выполненным в форме цилиндра (4) с дисковой частью (5). К статору примыкает направляющий корпус (6) из ферромагнитного материала с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору (1). Двигатель содержит также крышку направляющего корпуса (7), подшипники скольжения (8, 9), возвратную пружину (10) и демпфирующую шайбу (11). Направляющий корпус (6) в верхней части, примыкающей к крышке (7), выполнен с внутренним кольцевым выступом, сопряженным по диаметру с боковой поверхностью дисковой части (5) якоря (3). Указанный внутренний кольцевой выступ направляющего корпуса (6) связан с боковой поверхностью дисковой части (5) якоря (3) через технологический зазор Δ, что обеспечивает прохождение магнитного потока и бесконтактное электромагнитное удержание якоря (3) на начальном этапе его движения. 1 ил.
Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано для создания электромагнитных прессов, молотов и других импульсных устройств с поступательным движением рабочих органов.
Известен линейный электромагнитный двигатель, приводящий в движение рабочий орган пресса [А.с. 821019 СССР, МКл В21J 7/30. Электромагнитный пресс / А.В.Львицын, Г.Г.Угаров, Г.А.Витмаер, В.Н.Федонин. - №2767111/25-27; заявл. 23.05.79; опубл. 15.04.81, Бюл. №14 - 2 с.], состоящий из статора, смонтированной в нем катушкой и якорем, возвратной пружины и фиксаторов с регулировочными винтами для удержания якоря на этапе трогания. Недостатком электромагнитного двигателя с устройствами удержания в виде механических защелок является нестабильность работы двигателя, связанная с непостоянством усилия срыва с фиксаторов (износ, наличие смазки и др.), а также повышенный уровень шума.
Известен также линейный электромагнитный двигатель с удержанием якоря [Пат. 59342 U1 РФ, МПК H02K 33/02. Линейный электромагнитный двигатель с удержанием якоря / В.И.Мошкин, К.М.Усанов, А.В.Волгин, В.А.Каргин; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Курганский ГУ. - №2006127919/22; заявл. 31.07.2006; опубл. 10.12.2006, Бюл. №34 - 4 с.], содержащий цилиндрический статор с закрепленной внутри обмоткой, якорь, состоящий из цилиндрической и дисковой частей, возвратную пружину, направляющий корпус и устройство удержания якоря, расположенное в крышке направляющего корпуса двигателя. Устройство удержания выполнено в виде плоского цилиндрического электромагнита с внешним притягивающимся якорем, роль которого выполняет плоская дисковая часть комбинированного якоря двигателя. Недостатками указанного электромагнитного двигателя с устройством удержания в виде дополнительно устанавливаемого управляемого электромагнита является сложность исполнения, низкая надежность и существенные затраты на изготовление.
Несомненным преимуществом указанных конструкций линейных электромагнитных двигателей является повышение энергии удара за счет удержания якоря на этапе трогания. Однако принцип работы существующих устройств удержания требует использования дополнительных вспомогательных механизмов в виде механических защелок или управляемых электромагнитов.
Эти недостатки устраняются в конструкции линейного электромагнитного двигателя [Пат. 2084071 РФ, МПК Н02К 33/02, Н01F 7/16, В21J 7/30. Линейный электромагнитный двигатель / Г.Г.Угаров, В.Ю.Нейман; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. - №95110459/07; заявл. 22.06.95; опубл. 10.07.97, Бюл. №19 - 4 с.], который является наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения (прототип). Линейный электромагнитный двигатель содержит цилиндрический статор с размещенной внутри катушкой и якорем, выполненным в форме цилиндра с дисковой частью, примыкающий к статору цилиндрический направляющий корпус из ферромагнитного материала с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору, подшипники скольжения и возвратную пружину. Направляющий корпус выполнен заодно с крышкой и установлен с возможностью соприкосновения с внешней дисковой частью якоря, что обеспечивает удержание якоря на начальном этапе движения.
Принципиальное отличие конструкции прототипа от указанных выше состоит в том, что в прототипе удержание якоря происходит без использования дополнительных вспомогательных механизмов. Якорь получает движение, когда величина тока трогания достигнет установленного значения, а электромагнитное усилие превысит усилие удержания якоря.
Поскольку в конструкции прототипа направляющий корпус соприкасается с внешней дисковой частью якоря в начале каждого цикла, то между двумя ферромагнитными поверхностями возникает дополнительное усилие, обусловленное остаточным намагничиванием, оказывающее влияние на усилие удержание якоря. Поэтому существенным недостатком конструкции прототипа является нестабильность энергии удара.
Задачей предлагаемого изобретения является стабилизация энергии удара линейного электромагнитного двигателя.
Указанная задача достигается тем, что в линейном электромагнитном двигателе, содержащем статор с размещенной внутри катушкой и якорем, выполненным в форме цилиндра с дисковой частью, примыкающий к статору направляющий корпус из ферромагнитного материала с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору, подшипники скольжения и возвратную пружину, направляющий корпус снабжен внутренним кольцевым выступом, сопряженным по диаметру с боковой поверхностью дисковой части якоря, и установлен с возможностью бесконтактного электромагнитного взаимодействия с боковой поверхностью дисковой части якоря.
На чертеже показана конструкция предлагаемого линейного электромагнитного двигателя на этапе трогания якоря в режиме удержания.
Предлагаемый линейный электромагнитный двигатель содержит цилиндрический статор 1 с размещенной внутри катушкой 2 и якорем 3, выполненным в форме цилиндра 4 с дисковой частью 5, примыкающий к статору направляющий корпус 6, выполненный из ферромагнитного материала с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору 1, крышку направляющего корпуса 7, подшипники скольжения 8, 9, возвратную пружину 10 и демпфирующую шайбу 11. Направляющий корпус 6 в верхней части, примыкающей к крышке 7, имеет внутренний кольцевой выступ, обеспечивающий бесконтактное электромагнитное взаимодействие с боковой поверхностью дисковой части 5 якоря 3 через технологический зазор Δ. Внешняя торцевая поверхность цилиндрической части 4 якоря 3 и внутренняя торцевая поверхность дисковой части 5 якоря 3 образуют со статором рабочие воздушные зазоры δ1 и δ2. Технологический зазор Δ устраняет механическое взаимодействие внутреннего кольцевого выступа и боковой поверхности дисковой части якоря в местах их бесконтактного сопряжения.
Линейный электромагнитный двигатель работает следующим образом. В исходном состоянии якорь 3 под действием усилия возвратной пружины 10 находится в крайнем верхнем положении, т.е. внешняя дисковая часть 5 якоря 3 плотно поджата к демпфирующей шайбе 11.
При подаче на катушку 2 импульса напряжения, по мере нарастания тока, в магнитной цепи возбуждается магнитный поток Ф, который последовательно замыкается через сечения цилиндрической 4 и дисковой 5 частей якоря 3, направляющего корпуса 6, цилиндрического статора 1, технологического зазора Δ и рабочих воздушных зазоров δ1 и δ2.
В начальный момент протекания тока по катушке 2 усилие удержания, возникающее между частями кольцевого выступа и боковой поверхности дисковой части якоря, превышает усилие в рабочих воздушных зазорах δ1 и δ2, т.е. Fy>Fδ1+Fδ2, и якорь 3 остается неподвижным. На чертеже указано положение якоря 3, при котором усилие удержания Fy достигает максимального значения. Основной магнитный поток Ф замыкается по контуру: цилиндрический статор 1, направляющий корпус 6, технологический зазор Δ, дисковая часть 5 и цилиндрическая часть 4 якоря 3, рабочий воздушный зазор δ1, цилиндрический статор 1 и частично воздушный зазор δ2.
По мере нарастания тока в цепи катушки 2 и увеличения основного магнитного потока Ф происходит насыщение участка цепи, содержащего направляющий корпус 6, вследствие его конструктивного исполнения с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору 1. Это приводит к увеличению магнитного сопротивления направляющего корпуса 6 и перераспределению пути замыкания основной части магнитного потока Ф: статор 1, рабочий воздушный зазор δ2, дисковая часть 5 и цилиндрическая часть 4 якоря 3, рабочий воздушный зазор δ1, статор 1. Начиная с момента времени, когда усилие в рабочих зазорах δ1 и δ2 превысит усилие удержания, Fδ1+Fδ2>Fy, а магнитная система двигателя обеспечит необходимый запас магнитной энергии, происходит отрыв якоря 3 и ускоренное его перемещение.
При отключении импульса напряжения после завершения рабочего хода якорь 3 под действием усилия возвратной пружины 10 возвращается в исходное состояние. Кинетическая энергия при возврате якоря гасится в демпфирующей шайбе 11, что снижает механические нагрузки от удара и уровень шума.
Использование в конструкции линейного электромагнитного двигателя ферромагнитного направляющего корпуса с внутренним кольцевым выступом, сопряженным по диаметру с боковой поверхностью дисковой части якоря, обеспечивает на этапе трогания прохождение основной части магнитного потока через боковую поверхность дисковой части якоря, что приводит к бесконтактному удержанию якоря на этапе трогания и, таким образом, позволяет сохранить усилие удержания на требуемом технологическим процессом уровне вне зависимости от магнитного состояния ферромагнитных элементов линейного электромагнитного двигателя, т.е. стабилизировать его энергию удара.
Линейный электромагнитный двигатель, содержащий цилиндрический статор с размещенной внутри катушкой и якорем, выполненным в форме цилиндра с дисковой частью, примыкающий к статору направляющий корпус из ферромагнитного материала с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору, подшипники скольжения и возвратную пружину, отличающийся тем, что направляющий корпус снабжен внутренним кольцевым выступом, сопряженным по диаметру с боковой поверхностью дисковой части якоря.
www.findpatent.ru
Использование: в механизмах ударного действия, например, в исполнительных приводах прессового оборудования. Сущность изобретения: линейный электромагнитный двигатель, содержит цилиндрический статор, состоящий из основания статора и торцевой части статора, размещенную внутри статора катушку и якорь, выполненный из цилиндрической и дисковой частей, примыкающий к торцевой части статора направляющий корпус, крышку корпуса, подшипники скольжения и возвратную пружину, направляющий корпус выполнен из ферромагнитного материала, а его часть, прилегающая к статору выполнена большего диаметра. При подходе якоря к этой части корпуса происходит перераспределение пути замыкания магнитного потока и включение в работу верхнего рабочего воздушного зазора, образованного внутренней частью якоря и поверхностью торцевой части статора. 1 ил.
Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к электромагнитным двигателям с возвратно-поступательным движением якоря и может быть использовано в механизмах ударного действия, например, исполнительных приводах прессового оборудования.
Известны конструкции линейных электромагнитных двигателей с двумя рабочими зазорами, содержащие статор с расположенной в нем обмоткой возбуждения, якорь, выполненный в виде цилиндра с плоской дисковой частью, возвратную пружину и корпус, являющийся одновременно кожухом и направляющей якоря. (А. с. 734911, кл. В 21 J 7/30, 1981 г. При подаче импульса напряжения в обмотку возбуждения двигателя, используемого в качестве силового привода пресса, якорь перемещается вниз, совершая рабочий ход. Тяговое усилие создается за счет магнитных потоков в верхнем и нижнем рабочих зазорах и частично за счет потоков рассеяния. Недостатком известной конструкции является: относительно малая величина рабочего хода якоря и начального тягового усилия. Это связано с тем, что в двигателях подобной конструкции магнитной цепи суммарный воздушный зазор в два раза больше величины рабочего хода якоря. По этой причине начальное движение якоря, особенно при относительно больших рабочих ходах, характеризуется значительными потоками рассеяния приводящих к потери МДС и снижению начального усилия. Известен также электромагнитный двигатель, содержащий статор с трехступенчатым стопом, в котором расположена обмотка, якорь, состоящий из трех притягивающихся и одной втяжной части и возвратную пружину (А.с. 844116 кл. В 21 J 7/30, 1981 г.). Недостатками двигателя является: невысокое усилие в конечной части хода якоря, повышенный шум в работе, ограниченный ход якоря. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является электромагнитный двигатель с двумя рабочими зазорами, содержащий статор, помещенной в нем цилиндрической обмоткой, соосно расположенный втяжной и дисковый якорь, регулировочную втулку со сменными регулировочными кольцами и возвратную пружину (Н.П. Ряшенцев, Г.Г. Угаров, А.В. Львицын, Электромагнитные прессы. Новосибирск: Наука. Сиб. отделение 1989, 215 с. стр. 166, фиг. 7-30). Соосное расположение и возможность перемещения дискового якоря относительно втяжного при помощи регулировочной втулки позволяет регулировать начальное тяговое усилие и форму тяговой характеристики двигателя изменением величины верхнего рабочего зазора (воздушный зазор между дисковыми якорем и статором) при помощи высоты сменных колец. Недостатками электромагнитного двигателя являются: малая величина амплитуды тяговой характеристики и конечного усилия на интервале движения втяжного якоря; в режиме ударного действия механическая энергия, накапливаемая при движении дискового якоря, расходуется на соударение о статор и не используется как полезная; значительное количество подвижных элементов снижает надежность работы двигателя; повышенный шум при работе. Техническая задача, решаемая в предлагаемой конструкции расширение функциональных возможностей двигателя за счет увеличения рабочего хода якоря и начального тягового усилия. Поставленная цель достигается тем, что линейный электромагнитный двигатель снабжен направляющим корпусом, выполненным из ферромагнитного материала, а его часть, прилегающая к статору выполнена большего диаметра. Такое конструктивное исполнение позволяет в 1,5-2 раза увеличить ход якоря в сравнении с аналогичным двигателем, не имеющим указанных отличительных признаков при равенстве тяговых усилий в начале рабочего хода. На начальном этапе движения якоря, когда необходимо создать большое тяговое усилие двигатель работает как однозазорный. Увеличение начального тягового усилия объясняется уменьшением суммарного воздушного рабочего зазора по основному пути замыкания магнитного потока. На конечном этапе движения якоря, двигатель работает как двухзазорный, чем объясняются большие усилия в конце хода. Выполнение части направляющего корпуса, прилегающей к статору, большего диаметра позволяет шунтировать основной магнитный поток проходящий через направляющий корпус на конечном интервале движения якоря. Это создает дополнительную силу тяги в рабочем воздушном зазоре, образованном между дисковой частью якоря и торцевой частью статора. Высота и форма кольцевого паза, образованного примыканием частей направляющего корпуса и торцевой поверхности статора, позволяет регулировать вид тяговой характеристики. C целью повышения технологичности изготовления направляющий корпус можно выполнить заодно со статором. Величина технологичности зазора
выбирается по известным рекомендациям. На фиг. приведена конструктивная схема линейного электромагнитного двигателя в исходном состоянии. Линейный электромагнитный двигатель содержит цилиндрический статор 1, состоящий из основания статора 2 и торцевой части статора 3, размещенную внутри статора катушку 4 и якорь 5, выполненный из цилиндрической 6 и дисковой 7 частей, примыкающий к торцевой части статора направляющий ферромагнитный корпус 8, крышку корпуса 9, подшипники скольжения 10, 11 и возвратную пружину 12. Линейный электромагнитный двигатель работает следующим образом. В исходном состоянии якорь 5 опирается на возвратную пружину 12. При подаче на катушку 4 импульса напряжения, в ней возбуждается магнитный поток, который последовательно замыкается по цепи: основание статора 2, торцевая часть статора 3, направляющий ферромагнитный корпус 8, технологический зазор D, дисковая часть якоря 7, цилиндрическая часть якоря 6, нижний рабочий воздушный зазор, основание статора 2. В нижнем воздушном рабочем зазоре, образованном торцевыми поверхностями цилиндрической части якоря 6 и основанием статора 2 возникает тяговое усилие и якорь 5 начинает движение. При подходе якоря 7 к части направляющего ферромагнитного корпуса 8, выполненного большим диаметром происходит перераспределение пути замыкания основного магнитного потока и включение в работу верхнего рабочего воздушного зазора, образованного внутренней дисковой частью якоря 7 и поверхностью торцевой части статора 3. В этом случае магнитный поток замыкается последовательно через основание статора 2, торцевую часть статора 3, верхний рабочий зазор, дисковую часть якоря 7, цилиндрическую часть якоря 6, нижний рабочий зазор, основание статора 2. Дальнейшее перемещение якоря осуществляется под действием двух усилий, создаваемых в верхнем и нижнем рабочем зазоре. После завершения рабочего хода якорь 5 под действием сил возвратной пружины 12 возвращается в исходное состояние.Формула изобретения
Линейный электромагнитный двигатель, содержащий цилиндрический статор с размещенной в нем катушкой и якорь с возвратной пружиной, цилиндрическая часть которого размещена внутри катушки с возможностью взаимодействия со статором, а дисковая часть размещена в направляющем корпусе с возможностью взаимодействия с торцевой поверхностью статора, отличающийся тем, что направляющий корпус выполнен из ферромагнитного материала, а его часть, прилегающая к статору, выполнена большего диаметра.РИСУНКИ
Рисунок 1www.findpatent.ru
Изобретение относится к области электротехники, в частности к линейным электродвигателям. Электродвигатель содержит магнитные полюса обоих знаков, а в качестве бегуна используются несколько пар постоянных магнитов. В режиме работы используется взаимодействие постоянного магнитного поля статора с постоянными магнитными полями двух пар движущихся постоянных магнитов. В линейном двигателе, при условии создания основного постоянного магнитного поля постоянным магнитом, будет преобразовываться в механическую энергию электрическая энергия. Скорость движения бегуна двигателя будет зависеть от того, под каким углом будут находится пары постояных магнитов по отношению направления его движения. Технический результат заключается в улучшении использования объема и повышения КПД. 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромагнитным линейным двигателям.
Из известных линейных двигателей подобного рода наиболее близким по принципу действия и технической сущности является линейный электрический двигатель постоянного тока, состоящий из статора с одинаковыми по параметрам секциями электромагнитов с обмотками, установленными с зазором одна относительно другой, и из подвижного элемента постоянного магнита стержневого типа.
Указанный двигатель имеет определенные недостатки. Он маломощный и имеет низкий КПД. Это связано тем, что пути магнитных силовых линий статора и подвижной части проходят по большей его части через воздушную среду и соответственно значительная их часть рассеивается.
Технический результат заявленного решения - увеличение мощности и КПД двигателя, улучшение его технических характеристик.
Технический результат достигается тем, что статор, состоящий из секций электромагнитов с зазором одна относительно другой, заменяется с двумя противоположными полюсами электромагнита постоянного тока по всему рабочему ходу, а подвижный элемент - с двумя парами постоянных магнитов, имеющих форму эллиптических цилиндров.
Такая конструкция позволяет сосредоточить больше магнитной энергии в единицу объема пространства и эффективно перераспределить магнитные силовые линии по линии рабочего хода подвижной части, значительно сократить их рассеивание, чем в случае ближайшего аналога (прототипа).
Для дополнительного увеличения мощности двигателя можно достичь, если удлинить платформу и разместить на ней последовательно еще несколько таких пар постоянных магнитов.
Линейный электромагнитный двигатель, выполненный по принципу действия линейного электродвигателя постоянного тока, содержащий статор из одинаковых по параметрам секций электромагнитов с обмотками, установленных с зазором одна относительно другой, подвижный элемент с постоянным магнитом, установленный над статором, и направляющих, отличающийся тем, что статор выполнен в виде двух разноименных полюсов электромагнита постоянного тока, отодвинутых на определенное расстояние друг от друга, а подвижный элемент, расположенный между ними, выполнен в виде двух пар постоянных магнитов, имеющих форму эллиптических цилиндров, закрепленных соответственно на верхней и нижней поверхностях немагнитной платформы, установленной на трех парах колес и расположенной в направляющих, изготовленных из немагнитного материала.
На фигурах 1 и 2 показаны соответственно продольный и поперечный разрезы заявляемого линейного электромагнитного двигателя постоянного тока, где приняты следующие обозначения:
1. Северный и южный полюса постоянного электромагнита.
2. Одна из двух пар движущихся вместе с платформой постоянных магнитов эллиптической формы.
3. Немагнитная платформа.
4. Колеса платформы.
5. Катушки (обмотки) электромагнита.
6. Магнитопроводы.
7. Направляющие колес платформы.
Двигатель работает следующим образом. Подадим на обмотку статора постоянное напряжение так, чтобы северный полюс его оказался сверху, а южный - снизу, как это показано на фигуре 1. Тогда силовые линии магнитной индукции будут направлены равномерно сверху вниз. Видно, что в магнитном поле статора находятся две пары эллиптических постоянных магнитов, установленных на платформе. При таком взаимном расположении двух магнитных систем движение подвижной части в виде платформы 3, к нижней и верхней поверхностям которой закреплены две пары постоянных магнитов 2, происходит слева направо, так как направления магнитных силовых линий статора совпадают с направлениями линий индукций магнитного поля, созданного каждой из этих двух пар постоянных магнитов в отдельности с левой их стороны, а с правой - они идут в противоположной направлении. В итоге с левых сторон в каждой из этих пар постоянных магнитов происходит сгущение магнитных силовых линий, с правых их сторон - их разряжение, что приводит к разности магнитной энергии между ними и к возникновению пондеромоторных (катапультирующих) сил, действующих на платформу в целом точно так же, как это происходит, если в зазоре между разноименными магнитными полюсами статора расположить проводник с электрическим током, направленным перпендикулярно его магнитным силовым линиям.
Скорость подвижной части (платформы с двумя парами эллиптических постоянных магнитов) такого линейного двигателя можно регулировать увеличением и уменьшением тока, подданного на обмотки статора, т.е. изменяя величину магнитной индукции его поля.
Если статор является северным и южным полюсами просто постоянного магнита, то скорость можно менять повернув пары постоянных магнитов на некоторый необходимый угол вокруг общих их вертикальных осей, проходящих через их центры. Если повернуть их на 180 градусов, то подвижная часть начинает двигаться в обратном направлении.
Источники информации
1. Кузнецов Н.И. Основы электротехники, М. «Трудрезервиздат», 1958 г.
2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле. - М.: Гароарика, 2001.
3. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1985.
4. Физика, ч.IV, под ред. А.С.Ахматова. - М.: Наука, 1974.
5. Авторское свидетельство SU №1356139 А1.
Линейный электромагнитный двигатель, выполненный по принципу действия линейного электродвигателя постоянного тока, содержащий статор из одинаковых по параметрам секций электромагнитов с обмотками, установленных с зазором одна относительно другой, подвижный элемент с постоянным магнитом, установленный над статором, и направляющих, отличающийся тем, что статор выполнен в виде двух разноименных полюсов электромагнита постоянного тока, отодвинутых на определенное расстояние друг от друга, а подвижный элемент, расположенный между ними, выполнен в виде двух пар постоянных магнитов, имеющих форму эллиптических цилиндров, закрепленных соответственно на верхней и нижней поверхностях немагнитной платформы, установленной на трех парах колес и расположенной в направляющих, изготовленных из немагнитного материала.
www.findpatent.ru
www.freepatent.ru
Использование: для создания электромагнитных прессов, молотов и других импульсных устройств с поступательным движением рабочих органов. Сущность изобретения: линейный электромагнитный двигатель содержит статор 1 с размещенной внутри катушкой 2 и якорем 3, выполненным в форме цилиндрической 4 и дисковой 5 частей, примыкающий к статору направляющий корпус 6, подшипники скольжения 7, 8, возвратную пружину 9 и регулировочную шайбу 10. Для увеличения удельной энергии удара за счет удержания якоря 3 на начальном этапе его движения направляющий корпус 6 выполнен из ферромагнитного материала меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору 1 и установлен с возможностью взаимодействия с внешней дисковой частью якоря 3. 1 ил.
Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано для создания электромагнитных прессов, молотов и других механизмов с поступательным движением рабочего органа.
Известен электромагнитный двигатель, приводящий в движение рабочий орган пресса [1] состоящий из статора, смонтированной в нем катушкой и якорем, возвратной пружины и фиксаторов с регулировочными винтами для удержания якоря на этапе трогания. Основными недостатками такого устройства являются его низкий эксплуатационный ресурс и нестабильность работы вследствие износа фиксаторов. Другим не менее существенным недостатком рассматриваемого устройства является повышенный уровень шума. Последний недостаток частично устраняется в конструкции электромагнитного двигателя пресса, подробно рассмотренного в книге [2] содержащего цилиндрический статор с закрепленной внутри обмоткой, комбинированной формы якорь, состоящий из цилиндрической втяжной и притягивающейся дисковой частей, возвратную пружину и устройство удержания якоря, расположенного в верхней части двигателя. Принципиальное отличие конструкции в данной книге от [1] состоит в том, что двигатель снабжен устройством удержания, выполненным в виде цилиндрического электромагнита с внешним притягивающимся якорем, обмотка которого питается с помощью управляемого выпрямителя. Наличие удерживающего электромагнита позволяет повысить стабильность работы и повысить эксплуатационный ресурс электромагнитного двигателя пресса, а также значительно расширить его функциональные возможности. К недостаткам данного устройства следует отнести сложность и низкую надежность конструкции ввиду того, что устройство снабжено дополнительным электромагнитом с управляемым выпрямителем, что также ухудшает массогабаритные показатели. Известен также электропривод возвратно-поступательного движения для машин и устройств ударного (импульсного) действия [3] содержащий линейный электромагнитный двигатель, имеющий неподвижную часть с обмотками и ферромагнитный подвижный элемент, блок формирования управляющих импульсов, подключенный к обмоткам и соединенный с его входами генератор импульсов, снабженный по крайней мере одним установленным на неподвижной части двигателя удерживающим электромагнитом, а также блоком формирования импульсов удержания. Бесспорным достоинством данного устройства является высокая энергия удара. К основным недостаткам также, как и в предыдущем случае, следует отнести сложность и низкую надежность. Повышение энергии удара электромагнитных двигателей с удержанием якоря на этапе трогания является несомненным преимуществом ударных устройств. Их основными недостатками являются сложность и низкая надежность. Это прежде всего связано с тем, что сам принцип работы ударных устройств с удержанием требует использования дополнительных вспомогательных механизмов в виде механических защелок или управляемых электромагнитов. Опыт эксплуатации таких устройств с удержанием якоря, выполненных в виде механической защелки, показывает уже в первые часы нестабильность работы двигателя пресса. Данная нестабильность определяется непостоянством усилия срыва с фиксаторов, зависящее от многих факторов (степени износа, наличия смазки и т.д.). Характерными особенностями электромагнитных двигателей, выполненных с устройствами удержания в виде управляемых электромагнитов, являются их сложность исполнения и существенные затраты на изготовление. Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является электромагнитный двигатель пресса [4] Общим признаком предлагаемого технического решения и рассмотренных по [1] и [2] является по-существу наличие линейного электромагнитного двигателя с размещенной внутри катушкой и якорем, выполненным в форме цилиндра с плоской дисковой частью и возвратной пружины. Электромагнитный двигатель пресса по [4] содержит цилиндрический статор, катушку и якорь. Основным достоинством двигателя пресса является повышение усилия удара за счет выполнения якоря в виде плоского диска и цилиндрического сердечника длиной (0,5.0,8) длины катушки, а стопа статора высотой (0,2. 0,5) длины катушки. Помимо этого к числу достоинств двигателя рассматриваемого пресса следует также отнести его простоту конструкции. Вместе с тем недостатком конструкции является невысокая удельная энергия удара. Целью изобретения является повышение удельной энергии удара линейного электромагнитного двигателя при одновременном упрощении конструкции. Указанная цель достигается тем, что линейный электромагнитный двигатель, содержащий статор с размещенной внутри катушкой и якорем, выполненным в форме цилиндра с плоской дисковой частью, расположенной внутри направляющего корпуса, и возвратную пружину, снабжен направляющим корпусом, выполненным из ферромагнитного материала с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору и установленным с возможностью взаимодействия с внешней дисковой частью якоря. Такое конструктивное исполнение линейного электромагнитного двигателя за счет выполнения направляющего корпуса из ферромагнитного материала и возможности взаимодействия с ним внешней дисковой части якоря позволяет повысить его удельную энергию удара при существенном упрощении конструкции. Сущность изобретения заключается в объединении в одной конструкции двигателя и удерживающего устройства. На чертеже показана конструкция предлагаемого линейного электромагнитного двигателя на этапе трогания якоря в режиме его удержания. Линейный электромагнитный двигатель содержит статор 1 с размещенной внутри катушкой 2 и якорем 3, выполненным в форме цилиндрической 4 и дисковой 5 жестко связанных между собой частей, примыкающий к статору ферромагнитный корпус 6, являющийся одновременно направляющей якоря 3, подшипники скольжения 7, 8, возвратную пружину 9 и регулировочную ферромагнитную шайбу 10. Торцевая цилиндрическая часть якоря 4 и внутренняя дисковая часть якоря 5 образуют со статором 1 рабочие воздушные зазоры
1 и 2 Направляющий ферромагнитный корпус 6 по отношению к статору 1 выполнен конструктивно с меньшей площадью поперечного сечения. Линейный электромагнитный двигатель работает следующим образом. В исходном состоянии якорь 3 под действием усилия возвратной пружины 9 находится в крайнем верхнем положении, т.е. внешняя дисковая часть 5 якоря 3 через регулировочную ферромагнитную шайбу 10 плотно поджата к направляющему ферромагнитному корпусу 6. При подаче на катушку 2 импульса напряжения в ней возбуждается магнитный поток 
который последовательно замыкается по цепи: статор двигателя 1, направляющий ферромагнитный корпус 6, регулировочная ферромагнитная шайба 10, дисковая часть якоря 5, цилиндрическая часть якоря 4, рабочий воздушный зазор d1, статор двигателя 1. В начальный момент времени усилие удержания Fy, образованное поверхностями внешней дисковой части якоря 5 и ферромагнитного направляющего корпуса 6, превышает усилие в рабочем воздушном зазоре F1 Fy > F1 и таким образом функция обмотки 2 двигателя в этот период заключается в создании усилия удержания якоря 3. По мере нарастания тока в цепи катушки 2 и увеличения рабочего магнитного потока происходит насыщение участков магнитной цепи направляющего ферромагнитного корпуса 6. Это приводит к увеличению его магнитного сопротивления и перераспределению пути замыкания основного магнитного потока F статор двигателя 1, рабочий воздушный зазор d2 дисковая часть якоря 5, цилиндрическая часть якоря 4, рабочий воздушный зазор 1 статор двигателя 1. Начиная с момента времени, когда Fy1+ F2, происходят отрыв якоря 3 и ускоренное его перемещение. При отключении импульса напряжения якорь 3 под действием усилия возвратной пружины 9 возвращается в исходное состояние. Такое конструктивное исполнение позволяет повысить ток трогания якоря и тем самым увеличить его конечную скорость движения и как следствие этого энергию удара. Для регулирования усилия удержания якоря 3 и энергии удара в процессе настройки двигателя путем изменения поверхности соприкосновения внешней дисковой части якоря 5 с направляющим ферромагнитным корпусом 6 предусмотрена регулировочная ферромагнитная шайба 10. Для предотвращения влияния нерабочих потоков технологический зазор следует выбирать максимально возможным.Формула изобретения
Линейный электромагнитный двигатель, содержащий статор с размещенной в нем катушкой и якорем, выполненным в форме цилиндра с плоской дисковой частью, расположенной внутри направляющего корпуса, и возвратную пружину, отличающийся тем, что направляющий корпус выполнен из ферромагнитного материала меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору и установлен с возможностью взаимодействия с внешней дисковой частью якоря.РИСУНКИ
Рисунок 1www.findpatent.ru
www.freepatent.ru
