Линейный двухфазный индукторный двигатель

 

Использование: в линейном прецизионном электроприводе. Сущность изобретения: подвижный элемент, двигатель которого состоит из электромагнитных модулей 2-5, каждый из которых включает в себя П-образные магнитопроводы 6 и 7, обмотку управления 8 и постоянный магнит возбуждения 9, П-образные магнитопроводы 6 и 7 в каждом электромагнитном модуле смещены на (п + 1/8) г , а электромагнитные модули 2 и 4, 3 и 5, принадлежащие одной фазе - на (п +1 /2) т , где п - любое целое число, г - зубцовый шаг зубцовых зон статора и подвижного элемента . Такой сдвиг обеспечивает взаимную компенсацию слагаемых инструментальной паразитной силы тяги, что ведет к повышениюточности регулирования силы тяги 1 ил

СОГОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 02 К 41/03

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2?) 4861555/07 (22) 20,08.90 (46) 07.09.92. Бюл. N 33 (71) Научно-производственное объединение

"Ротор" (72) М,И.Ярославцев и И.М,Зильберг (56) Авторское свидетельство СССР (Ф 1629905, кл. Н 02 К 41/02, 1988. (54) ЛИНЕЙНЫЙ ДВУХФАЗНЫЙ ИНДУКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Использование: в линейном прецизионном электроприводе. Сущность изобретения: подвижный элемент, двигатель которого состоит из электромагнитных моИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в линейном прецизионном электроприводе.

Известен линейный двухфазный индукторный двигатель, содержащий ферромагнитный зубчатый статор и подвижный элемент, состоящий из четырех электромагнитных модулей, каждый из которых включает в себя два П-образных магнитопровода, обмотку управления и постоянный магнит, причем зубцовые эоны статорэ и подвижного элемента имеют одинаковый шаг r, Электромагнитные модули разных фаз, а также электромагнитные модули, принадлежащие одной фазе, смещены относительно друг друга вдоль направления движения на (и + 1/4) т, где и — любое целое число. П-образные магнитопроводы в каждом электромагнитном модуле взаимно смещены на целое число шагов т.

». Ы 1760609 А1 дулей 2-5, каждый из которых включает в себя П-образные магнитопроводы б и 7, обмотку управления 8 и постоянный магнит возбуждения 9, П-образные магнитопроводы 6 и 7 в каждом электромагнитном модуле смещены на (и + 1/8) Г, а электромагнитные модули 2 и 4, 3 и 5, принадлежащие одной фазе — на (n +1/2) т, где и — любое целое число, т — зубцовый шаг зубцовых зон статора и подвйжного элемента. Такой сдвиг обеспечивает взаимную компенсацию слагаемых инструментальной паразитной силы тяги, что ведет к повышениюточности регулирования силы тяги. 1 ил.

При запитке обмоток управления линейного двигателя синусоидальным и косинусоидальным токами равной амплитуды возникает сила тяги, пропорциональная амплитуде токов.

Недостатком известного устройства является относительно невысокая удельная сила тяги, обусловленная частичной взаимной компенсацией тяговых усилий, создаваемых электромагнитными модулями.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является линейный двухфазный индукторный двигатель, содержащий ферромагнитный зубчатый статор и подвижный элемент, состоящий из четырех электромагнитных модулей. каждый из которых включает в себя два П-образных магнитопровода. обмотку упрвления и постоянный магнит, причем, зубцовые зоны статора и подвижного злемен1э нл1еют одинаковый шаг r, Электрол агнн гнив модули разных фаз смещены относиг..ллно друг

1760609 друга вдоль направления движения на (и + 1/4)

t, где п — любое целое число. Электромагнитныее модули, принадлежащие одной фазе, а также П-образные магнитопроводы в каждом электромагнитном модуле взаимно смещены 5 на целое число шагов т .

Линейный индукторный двигатель обладает. достаточно высокой удельной силой тяги, однако характеризуется тем, что при обесточенных обмотках управления посто- 10 янные магниты электромагнитных модулей порождают знакопеременную паразитную силу тя ги.

Недостатком известного устройства является невысокая точность регулирования 15 силы тяги, обусловленная наличием значительной паразитнсй силы тяги, Целью изобретения является повышение точности регулирования силы тяги за счет уменьшения паразитной силы тяги. 20

Поставленная цель достигается тем, что в известном линейном двухфазном индукторном двигателе, содержащем ферромагнитный зубчатый статор и подвижный элемент, состоящий иэ четырех электромагнитных мо- 25 дулей, каждый из которых включает в себя два

П-образных магнитопровода, обмотку управления и постоянный магнит, причем, зубцовые зоны статора и подви>кного элемента имеют одинаковый шаг т, а электромагнит- 30 ные модули разных фаз смещены относительно друг друга вдоль направления движения на (n - 1/4) т, выполнено смещение П-образных магнитопроводов в каждом электромагнитном модуле друг относительно друга 35 вдоль направления движения на (и + 1/8) 7;, а электромагни1ных модулей, принадлежащих одной фазе, — Hà (n + 1/2) т, где n— любое целое число.

На чертеже представлена схема линей- 40 ного двухфазного индукторного двигателя.

Двигатель содержит ферромагнитный зубчатый статор 1 и подвижный элемент, состоящий из электромагнитных модулей 2, 45

3, 4 и 5. Каждый модуль включает в себя

П-образные магнитопроводы 6 и 7, обмотку

8 управления и постоянный магнит 9 возбуждения. Зубцовые зоны статора 1 и подвижного элемента имеют одинаковый шаг 50, Электромагнитные модули 2 и 4, 3 и 5, принадлежащие одной фазе, смешены относительно друг друга вдоль направления движения на (и + 1/2) г . Электромагнитные модули 2 и 3, 4 и 5, принадлежащие разным 55 фазам, — на (n + 1/4) t . В каждом электромагнитном модуле П-образные магнитопроводы 6 и 7 взаимно смещены на (п-1/8) 7, где n — любое целое число.

Линейный двухфазный индукторный двигатель работает следующим образом.

Управление двигателем осуществляется путем запитки его обмоток синусоидальным и косинусоидальным токами равной амплитуды

Л 7т

iA = io Sin (P — — ). t8 = 4 COS (P — — )

8 8

2,7т где p — x — угол, определяющий положение подвижного элемента двигателя относительно статора 1, х — линейное положение подвижного элемента, т — шаг зубцовых зон двигателя.

io — амплитуда токов.

Токи управления iA u ill формируются в соответствии информацией о положении подвижного элемента в каждый момент времени. Сила тяги регулируется с помощью амплиту,ы токов управления.

Определим силу тяги, развиваемуюдвигателем.

Воспользуемся известной методикой расчета электромагнитных модулей, в соответствии с которой тяговое усилие модуля определяется как сумма усилий. развиваемых его полюсами. Эти составляющие тягОвого усилия определяются из схемы замещения электромагнитного глодуля.

Получим, что электромагнитHûå модули

2 и 3 будут развивать тяговые усилия

F2 = — Fo (0,924 i гп )го sin (P — — ) +

91 2 Л

-t- — (0,707 К2 КЗ) г о .. sin (2p — — ) — — "os 4Ã/. )

8go 4 2

Р2 = — Ео (0924 FmЯщ ооь (P — — )—

g l - 2, 7т к1 8

89о — — (0 707 К2 — K i ) Fo х (sin (2 p + — ) — — cos 4 ) " .

91,, Л

4 2 где kl=go + Я, + Q k2=2g,+ )„+ )и, 1з= +

+ Агп + k7, -о= о, 4, и ky — внутренняя магнитная проводимость и проводимость рассеяния постоянного магнита, Fm — МДС постоянного магнита, go И 91 ПОСтОЯННаЯ СОСтаВЛЯЮЩаЯ И амплитуда изменения магнитной проводимости зазора между статором и полюсом модуля, W —. число витков обмотки управления.

Поскольку тяговое усилие, развиваемое электромагнитным модулем 4. равно тяговому усилию модуля 2, а тяговое усилие, развиваемое модулем 5, равно тяговому усилию модуля 3, то сила тяги линейного двигателя, равная сумме тяговых усилий всех электромагнитных глодулей, будет оавной

1760609

F 2 K Fo (0,924 Г,„ > 4 Fo cos 4p) где

0,707 К вЂ” Кз = 0,707 — 0,293

2gp 2go

Теперь оценим возникающую паразитную силу тяги.

Воспользуемая следующей методикой расчета, 10

Определим паразитную силу тяги Л F как сумму паразитных тяговых усилий, создаваемых всеми П-образными магнитои роводами подвижного элемента двигателя. т.е.

Х fl(p)

l =1

Примем П-образный магнитопровод 6 электромагнитного модуля 2 в качестве ба- 20 зового, т.е, 1(р}=-f (p )

Представим паразитное тяговое усилие базового П-образного магнитопровода в виде ряда Фурье, т.е. 25

f (p)= Х fi $! п (l p+ p ) . =1 где fi u p — амплитуда и начальное смещение 1-ой гармоники. 30

Примем, что паразитные тяговые усилия П-образных магнитопроводов совпадают по форме, но смещены друг относительно друга на соответствующие углы, т.е. 35

fl (p) = f (p+ (l — 1)- ).

Получим, что паразитная сила тяги будет равной

<"> 7 л

hF=g g (iP+ J4+/ )

i=1 1=0

Из анализа полученного результата следует, что паразитная сила тяги Л F может содержать только гармоники, l=8,16... 0cтальные гармоники, I= (2п+1); y=1,2,4, n=0,1,2,..., 45 исключаются из-за взаимной компенсации их каждых восьми слагаемых.

Аналогичным образом определим силу тяги, развиваемую известным линейным двигателем, и возникающую при этом пара- 50 зитную силу тяги.

Получим. что при эапитке обмоток управления токами д=lo sin p, !в=4 cos p, известный двигатель будет развивать силу тяги

91 9i

F = 2 — (Fm G — у) — Г< sin 4 р, К1

Возникающая параэитная сила тяги будет равной

A F = Q li (sin (I p + p j) + sII1 (i p + i — + p ) л

i=1 и может содержать все гармоники за исключением

i=2(2n+1), n=0.1,2,...

Полученные результаты непосредственно подтверждают преимущество предлагаемого линейного индукторного двигателя по сравнению с известным. В предлагаемом двигателе обеспечивается взаимная компенсация паразитных тяговых усилий, но при этом не оказывается заметного влияния на управляемую силу тяги.

Таким образом, предлагаемый линейный индукторный двигатель обладает преимуществом перед известным двигателем, поскольку в нем обеспечивается взаимная компенсация паразитных тяговых усилий, т.е. достигается более высокая точность регулирования силы тяги. При этом управляемые тяговые характеристики двигателя остаются по существу неизменными.

Формула изобретения

Линейный двухфазный индукторный двигатель, содержащий ферромагнитный зубчатый статор и подвижный элемент, состоящий из четырех электромагнитных модулей, каждый из которых включает в себя два П-образных магнитопровода, обмотку управления и постоянный магнит, причем зубцовые зоны статора и подвижного элемента имеют одинаковый шаг t и электромагнитные модули разных фаз смещены относительно друг друга вдоль направления движения на(n + 1/4) z . о т л и ч а ю щ v, йс я тем, что, с целью повышения точности регулирования силы тяги, П-образные магнитопроводы в каждом модуле смещены друг относительно друга вдоль направления движения на (n + 1/8) r, а электромагнитные модули, принадлежащие одной фазе— на (n + 1/2) т, где n — любое целое число.

1760609

Составитель M.ßðoñëàâöåâ

Редактор M.Ñòðåëüíèêîâà Техред М.Моргентал Корректор С.Лисина

Заказ 3191 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Рэушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат" Патент",г.ужгород,уд. Гагарина,101

Ра3а А

2 б дР 7

РазаВ