Индукционный двигатель возвратно-поступательного движения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве привода исполнительных механизмов в установках ударного и вибрационного действия. Целью изобретения является повышение КПД двигателя, что обеспечивается получением оптимальных зависимостей коэффициентов самои взаимоиндукции обмоток от перемещения якоря за счет изменений в конструкции магнитопровода. Двигатель содержит неподвижный магнитопровод 3 индуктора и подвижный магнитопровод 7 якоря, выполненные в виде симметричных относительно продольной оси двигателя тел, имеющих Г-образное продольное сечение и образующих в совокупности замкнутый паз переменной ширины, в котором размещены неподвижная обмотка 4 индуктора и подвижная обмотка 10 якоря. Магнитопроводы 3 и 7 содержат кольцевые пазы 14, 15 со следующим размерами: L<SB POS="POST">1</SB>≥2D<SB POS="POST">2</SB>, L<SB POS="POST">2</SB>≥2D<SB POS="POST">1</SB>, B<SB POS="POST">1</SB>≥(L-D<SB POS="POST">2</SB>), B<SB POS="POST">2</SB>≥(L<SB POS="POST">2</SB>-D<SB POS="POST">1</SB>), где L<SB POS="POST">1</SB>, B<SB POS="POST">1</SB>, D<SB POS="POST">1</SB> - длина, глубина паза и ширина выступа индуктора, L<SB POS="POST">2</SB>, B<SB POS="POST">2</SB>, D<SB POS="POST">1</SB> - соответственно якоря. Повышение КПД двигателя достигается за счет обеспечения усилия одного знака на протяжении всего хода якоря. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А2

„„SU„„1515276 (51)4 Н 02 К 33/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТ0РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР

1 (61) 1457108 (21) 4383578/24-07 (22) 25,01,88 (46) 15,10,89, Бюл. П" 38 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) В,Т,Чемерис, N,Н.Васьковский и И,Р,Нудельман (53) 621,313.283(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1457108, кл, Н 02 К 33/02, 1987, 2 (54) ИНДУКЦИОННЬЙ ДВИГАТЕЛЬ ВОЗВРАТН0-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть испольвовано в качестве привода исполнительных механизмов в установках ударного и вибрационного действия ° Целью изобретения является повьппение КПД двигателя что обеспечивается получением оптимальных зависимостей коэффициентов само- и взаимоиндукции обмоток от пе1 15276

20

40

55 р<.мещения якоря зл счет изменений в конструкции магнитопронодл. Двигатель содержит неподвижный магнитопровод 3 индуктора и подвижный магнитопровод 7 якоря выполненные в виде симметричных относительно продольной оси двигателя тел, имеющих Г-образное продольное сечение и образующих в совокупности замкнутый паз переменной ширины, в котором размещены неподвижная обмотка 4 индукИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве привода в техно— логических установках ударного действия, Цель изобретения — повьппение КЛД, На фиг.! изображен индукционный двигатель возвратно-поступательного движения, продольный разрез; на фиг ° фиг.?-4 — распределение магнитного потока при трех последовательных положениях якоря, ИндукционнъlA дВигатель содержит разъемный корпус 1, 2, в котором болтовым соединением закреплен цилиндрический магнитопровод 3 индуктора, имеющий Г-образное продольное сечение, На внутренней поверхности выступа магнитопровода 3 размещена обмотка 4 индуктора, представляющая собой многовитковую катушку, залитую эпоксидным компаундом .и . поМещенную в злектроизоляционный корпус.

Крепление обмотки 4 к магнитопроводу

3 обеспечивается с помощью обоймы

5 из нержавеющей стали, к которой приварены шпильки 6, удерживающие ее в магнитопроводе 3. В индукторе соосно с ним расположен магнитопро-. вод якоря 7, представляющий собой полое цилиндрическое тело, имеющее

Г-образное продольное сечение, Yar— нитопровод якоря 7 жестко связан с рабочим органом двигателя посредством нлпрлвляющего стержня 8 и трубчатого стержня 9, соединенных резьбовым соединением. На внутренней поверхности выступа магнитопровода якоря 7 закреплена дисковая короткозамкнутля обмотка 10 якоря, выполненнля иэ хорошо проводящего материала (медь, алюминий). Hoÿâðàòíîдемпфирующий уэе,l сост<зит из демптора и подвижная обмотка 10 якоря, млгнитопро)<оды 3 ll 7 содержат кольцевые пазы !4, !5 со следующими р!?змерлми: 1. r 2d, 1 ., -Л <, Ь „ (1 -д )

< l

Ь (E з -d,), гле 1,, E д < длина, глубина паза и ширина выступа индук тора 1 „Ь

) ? 1 ° соответственно якоря, Повьш ение

КПД двигателя достигается эа счет обеспечения усилия одного знака на протяжении всего хода якоря, 4 ил, фера 11, пружины 12 и демпфера 13, В магнитопроводе 3 индуктора выполнен кольцевой паэ 14, а в магнитопроводе якоря выполнен кольцевой паэ 15, Двигатель работает следующим образом, В исходном положении якорь двигателя пружиной 12 поджат к демпферу 11, который является ограничителем перемещения якоря вверх, магнитопроводы якоря 7 и индуктора 3 разде" лены минимальными технологическими зазорами, что обеспечивает высокий коэффициент вэаимоиндукции обмоток якоря 10 и индуктора 4, При разряде источника импульсного тока на обмотку индуктора 4 со-.äàåòñÿ импульсное магнитное поле, В результате в обмот" ке якоря 10 индуктируется вихревой ток, противоположный по нлпрлвлению току индуктора, При этом на якорь действует индукционно-динамическая составляющая силы и якорь начинает,, движение вниз. При этом выступ магнитопровода якоря перемещается в область над кольцевым пазом 14 в магнитопроводе индуктора, а выступ магнитопровода индуктора оказывается в области над кольцевым пазом 15 в маг нитопроводе якоря. Производная

dM, /Й „ быстро увеличивается и сила принимает максимальное значение. При дальнейшем движении якоря выступы магнитопроводов проходят области соответствующих пазов и в конечном положении якоря магнитопроводы якоря и индуктора вновь оказ наются разделенными минимальными технологическими зазорами, Прп зт<м пружина 12 сжимается, запасая знергию, необходимую для Boзврата вк <рв в исходное положение, а демвфер 1 < граничиваЕт ДаЛЬНЕйШЕЕ IlnÈæÅllll< оРЯ ВНИЗ, 5 l5

Достигаемый положительный эффект основывается нл изменении взаимной цндуктивности обмоток М при пгла f2 че в обмотку индуктора импульса тока. Сила (F), действующая на- якорь является суммой двух компонент:

dN л

F F +Г где Г =i i . — — — инин 1м и 1 2 к дукционно-динамическая составляющая

d1 2 d1 2 силы F =i - — - + i — — - элек9 М х 2 д к х тромагнитная составляющая силы, Максимум кинетической энергии и

КПД имеет место в выполнении следующих условий: а) в начальном положении якоря обеспечивается максимальное значение коэффициента взаимоиндукции обмоток якоря и индуктора; б) Yi быстро уменьшается при движении якоря, Максимальная скорость изменения М „ по перемещению (максимум производной dM /d „) достигается к моменту появления максиM GH TGKGH i H i., H обмотках.

Это обеспечивает наибольшее абсолютное значение силы F х, в) в каждый момент времени знак производной дМ „ d „ должен совпадать со знаком произведения

При этом всегда Е „ )О; г) индуктивности обмоток должны возрастать при движении якоря, т,е, dL,/d „> О dL,/d „> О, что обеспечивает Г

Первое условие выполняется зл счет того, что в начальном положении двигателя млгнитопроводы индук15276 6

Когда якорь занимает положение, при котором выступы млгнитопроводс в

10

35 якоря и индуктора расположены нлд cc рединами соответствующих пазов, коэффициент взлимоиндукции обмоток принимает минимальное значение, Нл последующем втором этапе движения якоря картина магнитного поля в магнитной системе двигателя изменяется: большая часть магнитного потока, протекавшая до этого через зазоры по путям АВ и А В, начинает протекать по путям CD и С D, поскольку магнитное сопротивление последних становится меньшим, чем магнитное сопротивление путем AR и Л В (фиг,2), При этом размеры кольцевых пазов магнитопроводов должны удовлетворять следующим условиям: осевые размеры пазов 1,, 1 должны быть не меньше, чем удвоенные осевые размеры соответствующих выступов магнитопроводов

d, ° d 2y а глубины пазов b1,° b 2 не меньше разности осевых размеров пазов и осевых размеров выступов магHHTG проводов, т,е, 2d2

1 ) 2d1 1 (1 2)

На последнем этапе движения двигателя он ведет себя как электромагнит..За счет уменьшения зазоров по путям CD и С D индуктивности обмоток индуктора и якоря увеличиваются. При этом dL /d О, dL,/d „> О больше и электромагнитнля силл действует также согласно с движением якотора и якоря разделены минимальными технологическими зазорамИ, При разряде накопителя энергии на обмотку индуктора на якорь действует ускоряющая электродинамическая сила, Г „О(„° О,, (О), 1М „/а „О, обусловливающая первый этап движения °

При этом выступ магнитопровода якоря перемещается в область над кольцевым лазом в магнитопроводе индуктора и, в< свою очередь, кольцевой паэ магнитопровода якоря перемещается к выступу магнитопровода индуктора, Эквивалентные магнитные зазоры в магнитной системе двигателя увеличиваются и коэффициент",„ быстро уменьшается, причем максимум дМ, /d имеет место при близких к максимальным значениям токах i u i Этим достигается вы полнение второ о указанного условия, 40

55 ря °

Следует указать.на то, что первый этап движения якоря двигателя, когда зазоры в его магнитной системе увеличиваются, характеризуется уменьшением собственных индуктивностей обмоток якоря и индукторл,что обуславливает dL,/d„ О, сй.,/dÄ О и F3„ 0.

Однако на первом этапе движения магнитопровод двигателя подвергается значительному насыщению в иду больших величин токов обмоток из-за чего составляющая F хотя и отрицательна, но невелика, В конце движения якоря состояние магнитопровоцл характеризуется значительно меш шим насьпцением, Поэтому производные dL,/d „, Ж,/d больше и электромлгнитнля сох ставляющая силы превьппл т тормозящее действие, обусловленн»с -зпектромаг1515276 нитной составляющей силы на первом этапе движения якоря.

Таким образом, на всех этапах движения предлагаемого двигателя на его якорь действует ускоряющее усилие (фиг,3), что ведет к высокоэффективному энергопреобразованию и повышению КПД, формула и з о б р е т е н и я

Индукционный двигатель возвратно-поступательного, движения по авт,св, 11 1457108, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения КПД, магнитопроводы индук тора и якоря вылолнены с кольцевыми пазами> причем кольцевые пазы имеют размеры

1,Ъ 2с1г, 1 э 2с1,, Ь, (1,-d );

Ьг (Iz «1,)е

Ь„, d — длина, глубина паза и ширина выступа где 1,, индукторat

Ьг, d q — длина, глубина паза и ширина выступа

1- г ° якоря.

Сос тавитель В,Наровлянский

Редактор А,Долини Техред И.pоpгентал Корректор M.Шароши

Заказ 6?88/52 Тираж 648 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101