Индукционно-динамический привод

 

Использование: в электротехнике, вчастности в индукционно-динамических приводах быстродействующих коммутационных устройств. Привод имеет корпус 1, основной и дополнительный валы, индукторы, между которыми размещены дисковые якоря, жестко связанные с валами. Индукторы выполнены в виде катушек 15 с сердечниками. Дисковые якоря содержат лопасти, площадь которых составляет 40% профиля катушки индуктора. При импульсном протекании тока по катушкам, магнитный поток в зазоре между индукторами индуцирует в лопастях якорей токи. Электромагнитные силы, возникающие в результате взаимодействия токов к лопастям с магнитным потоком, приводят к повороту якорей, а вместе с ними основного и дополнительного валов на определенный угол. В зависимости от начального положения лопастей относительно сердечников привод может реализовать синхронное согласное, синхронное встречное и независимое друг от друга движение валов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 01 Н 3/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ валов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4903097/07 (22) 18.01.91 (46) 28.02.93. Бюл. М 8 (71) Томский политехнический институт им. С.M.Êèðoâà (72) P.ß.Êëÿéí (56) Авторское свидетельство СССР

М 1417056, кл, Н 01 Н 3/28, !986.

Авторское свидетельство СССР

N 11446600774466, кл, Н 01 Н 3/28, 1987. (54) ИЕДУКЦИОННО-ДИНАМИЧЕСКИЙ

ПРИВОД (57) Использование: в электротехнике, в частности в индукционно-динамических приводах быстродействующих коммутационных устройств. Привод имеет корпус 1, основной и дополнительный валы, индукторы, между которыми размещены дисковые якоря, жесИзобретение относится к электротехнике, в частности к индукционно-динамическим приводам быстродействующих коммутационных устройств.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей привода, уменьшение габаритов и расхода активных материалов, Цель достигается тем, что в индукционно-динамическом приводе. содержащем корпус. индукторы. дисковые якоря, вал и фиксирующий механизм, причем индукторы выполнены в виде катушек с сердечниками, расположенных вокруг вала, а дисковые якоря снабжены лопастями, установленными по окружности дисков, катушки индукто- ров размещены одна против другой, лопасти дисковых якорей размещены между . катушками индукторов со сдвигом по отно Ы,, 1798828 А1 тко связанные с валами. Индукторы выполнены в виде катушек 15 с сердечниками.

Дисковые якоря содержат лопасти, площадь которых составляет 40 профиля катушки индуктора. При импульсном протекании тока по катушкам, магнитный поток в зазоре между индукторами индуцирует в лопастях якорей токи. Электромагнитные силы. возникающие в результате взаимодействия токов к лопастям с магнитным потоком, приводят к повороту якорей, а вместе с ними основного и дополнительного валов на определенный угол. В зависимости от начального положения лопастей относительно сердечников привод может реализовать синхронное согласное, синхронное встречное и независимое друг от друга движение шениюк катушкам в направлении вращения якорей не более чем на ширину меди, количество катушек в каждом из индукторов составляет четное число, а количество лопастей каждого из якорей вдвое меньше, чем количество катушек в индукторе, новым является то, что в него введен по крайней мере, один дополнительный вал с которым жестко связан, по крайней мере один дисковый якорь. Площадь каждой лопасти дискового якоря составляет 40 от площади катушки индуктора, а лопасти якорей, свя.занные с разноименными валами, размещены в одной плоскости.

Введение в привод по крайней мере одйОго дополнительного вала, с которым жестко связан хотя бы один дисковый якорь. выявляет новые свойства известного индукционно-динамического привода, а именно. 1798828 свойство независимости вращения якорей, щадь каждой лопасти дисковых якорей равсвязанных с основным и дополнительным на 400 площади катушки индуктора, валами. Независимое вращение якорей и Индукционно-динамический привод валов соответственно может быть синхрон-. (фиг.1) состоит из корпуса 1, примыкающих ным и несинхронным, односторонним и 5 к нему с двух сторон фланцев 2, 3 и, напривстречным.Крометого,ограничение плаща- мер, двух соосных валов — основного 4 и ди лопастей дисковых якорей в пределах . дополнительного 5, установленных в под40 относительно площади катушек индук- . шипниках 6, 7 и 8. Внутри корпуса 1 разметоров в заявляемом приводе выявляет еще щены, например, четыре индуктора 9-12, односвойство по сравнению с прототипом, "0 .между которыми установлены, например, а именно свойство совмещения плоскостей два дисковых якоря 13 и 14 с минимальным двух дисковых якорей, связанных с незави- воздушным зазором по отношению к.индуксимыми друг от друга соосными валами — торам. Якорь 13 размещен между парой иносновным и дополнительным. Это дает воз-. дукторов 9, 10 и жестко связан с основным можность разместить в воздушном зазоре "5 валом 4, а якорь 14 размещен между другой между парой индукторов лопасти двух яко- парой индукторов 11, 12 и связан с дополрей, тем самым сократить количество индук- нительным валом 5, Индукторы 9-12 содерторов, приходящихся на один якорь в жат, например, по четыре идентичных многодисковом приводе.: . многовитковых катушки 15, расположенных

Для иллюстрации этого свойства приво- 20 на сердечниках 16 — 19, которые имеют П-обда составим таблицу. При. этом следует разнуюформуи выполнены в виде секторов, учесть, что при наличии двух соосных валов показанных на фиг.2. привод должен иметь четное число диско- Одноименные сердечники в каждой павых якорей, т.е. равное количество, связан- ре индукторов 9, 10 и 11, 12 установлены ное с каждым валом.. "-, . 25 друг против друга и соединены между собой

Отсюда видно, что коэффициент К; ха- ярмами 20. Дисковые якоря 13 и 14 выполрактеризующий количество индукторов. нены из хорошо электропроводящего матеприходящихся на один дисковый якорь в риала, например из алюминиевого сплава, предлагаемом техническом решении не и содержат, например, по две лопасти, плопревышает единицы, что существенно отли- 30 щадь каждой из которых совпадает с плочает его от прототипа.: . :: щадью катушки 15. В приводе используется

Ограничение профиля лопасти якоря в выносное фиксирующее устройство для пределах 40 от площади катушки индукто- фиксации якорей в крайних положениях и на ра обусловлен следующими соображения- чертежах не показано. Для обеспечения ми. Поскольку сдвиг лопасти каждого якоря 35 прямого и обратного хода каждого вала поотносительно противолежащих катушек ин- ловина катушек в каждом индукторе испольдукторов принят равным ширине меди ка- зуется для создания прямого хода, а другая тушки, что составляет около 10 площади . половина для возврата валов в исходное катушки, а при размещении двух якорей в положение. Поэтому количество катушек в одной плоскости этотсдвигсоставляетоко- 40 каждом из индукторов составляет четное ло 20 площади катушки. то оставшйеся число,аколичестволопастей на каждом яко-, 80 площаДи катушки экранйруются лопа- ре вдвое меньше чем катушек. Количество стями двух якорей. Отсюда следует, что каж- якорей и катушек индукторов оп ререляетдая лопасть якоря должна составлять 40ф ся требуемым углом поворота валов, Предплощади. катушки индуктора s отличие от 45 ставленный на фиг.1 вариант привода прототипа, где. лойасть якоря-составляет обеспечивает поворот каждого вала на

100;4 площади катушкй,: .. угол около 90О.

Таким образом, предлагаемые.техниче- Индукционно-динамический привод, ские решения позволяют значительно рас. показанный на фиг.3, содержит все основшйрить функциональные возможности 50 ные элементы привода, показанного на индукционна-динамического привода, фиг.1, Отличие заключается в конструктивуменьшить его габариты и расход зктивных ном исполнении дисковых якорей, а именматериалов по сравнению с прототипом. но: площадь каждой лопасти на якорях 13 и

На фиг,1 показан индукционно-динами- 14 равна 40 > площади катушки индуктора, ческий привод с дополнительным валом, у 55 Лопасти 21, 22 якоря 13 закреплены на стукоторото площадь каждой лопасти диско- . пице 23, а лопасти 24, 25 якоря 14 — на вых якорей равна площади катушки индук- ступице 26. Ступицы 23 и 26. выполнены е тора; на фиг.2- элемент индуктора привода . виде стаканов и жестко связаны с валами 4 — катушка с сердечником; на фиг.3- привод и 5 соответственно. Причем одна из ступиц, с дополнительным валом; у которого пло- например 26, имеет меньший внешний диа1798828 метр и свободно входит во внутреннюю полость ступицы 23. На боковой стенке ступицы 23 имеются вырезы для размещения в них лопастей 24, 25 якоря 14 и для обеспечения поворота их на заданный угол. При .. сборке привода лопасти 21; 22 якоря 13 и лопасти 24, 25 якоря 14 располагаются в одной плоскости в воздушном зазоре между индукторами. При этом равномерный воздушный зазор между якорями 13 и 14, а также между лопастями якорей и индукторами 9 и 12 обеспечивается подшипником 7 в ступице 26, Таким образом, в данном варианте исполнения привода в воздушном зазоре между парой индукторов 9 и 12 размещены лопасти одновременно двух якорей 13 и 14.

Такое конструктивное решение позволяет сократить количество индукторов в приводе, например, по сравнению с прототипом на один, а по сравнению с приводом фиг.1 на два индуктора, т.е, исключить индукторы . 10 и 11 (фиг.1). Это дает воэможность значительно уменьшить габариты привода и расход активных материалов.

Привод (фиг.3) обеспечивает поворот каждого вала на 45 от исходного положения.

Предлагаемое техническое решение позволяе реализовать следующие режимы работы основного и дополнительного валов: синхронное согласное движение, синхронное встречное движение и независимое друг от друга движение.

Схемы соединения катушек t5 на индукторах в вариантах приводов, приведенных на фиг.1 и 3, обеспечивают согласное направление магнитного потока в противолежащих друг другу сердечниках, т.е. в каждом воздушном зазоре между индукторами, возбуждаются магнитные потоки одного направления.

Привод, изображенный на фиг.1, работает следующим образом. В режиме синхронного согласного движения валов в исходном состоянии лопасти якоря 13 зафиксированы между сердечниками 16 и 18 индукторов 9, 10, а якоря 14 — между теми же сердечниками индукторов 11, 12 с одинаковым сдвигом по направлению движения относительно катушек. Питание привода импульсным током осуществляется от накопителя энергии через ключевые элементы схемы;

При подаче импульса тока на катушки

15, расположенные на сердечниках 16 и 18 индукторов 9, 10 и 11, 12 в сердечниках 16, 18 создается магнитный поток, который замыкается через воздушный зазор между противолежащими сердечниками и по ярмам 20, Проникая в лопасти якорей 13 и 14, полнительного валов обеспечивается одновременнь1м возбуждением тех сердечников на индукторах 9, 10 и 11, 12, которые а исходном состоянии охватывают лопасти

55 якорей 13 и 14, Принцип работы привода в режиме независимого движения валов закл очается в том, что возбуждение сердечников, охваты вающих якорь 13 и сердечников, охватывающих якорь 14 на индукторах соответственно 9, 10

45 находящихся между полюсами возбужденных сердечников, магнитный поток индуцирует в лопастях токи. Взаимодействие токов в лопастях якорей 13 и 14 с магнитным полем в воздушных зазорах обусловливает возникновение электромагнитных сил, действующих на лопасти якорей. Поскольку продольные оси симметрии лопастей якорей 13 и 14 сдвинуты относительно осей катушек 15 в одном направлении, то тангенциальная составляющая силы стремится вытолкнуть лопасти якорей из зоны магнитного потока в ту же сторону. В результате действия тангенциальных составляющих сил на лопасти якорей 13 и 14 возникают вращающие момейты, которые поворачивают валы 4 и 5 в одном направле.нии на угол, ограниченный фиксирующим механизмом. При этом лопасти якорей 13 и

14 фиксируются между сердечниками 17, 19 индукторов 9, 10 и 11, 12 с соответствующим сдвигом в обратном направлении, Возврат якорей 13 и 14 и связанных с ними валов в исходное положение осуществляется путем подачи импульса тока в катушки 15, расположенные.на сердечниках 17, 19. Процесс срабатывания привода происходит аналогичным образом.

Работа привода в режиме с1;нхронного встречного движения основного 4 и дополнительного 5 валов обеспечивается в том случае, если в исходном состоянии лопасти якорей 13 и 14 будут зафиксированы между сердечниками 16 и 18 индукторов 9, 10 и 11, 12 со сдвигом относительно катушек в противоположные стороны, При одновременном возбуждении сердечников, охватывающих лопасти якорей 13 и 14 на индукторах 9, 10 и 11, 12, действие тангенциальных составляющих сил на якори 13 и

14 будет встречно направленным. Поэтому создаваемый на валу 4 вращающий момент будет направлен встречно по отношению к вращающему моменту, создаваемому на валу 5. Возврат якорей в исходное состояние производится подачей импульса тока в катушки обратного хода, расположенные на сердечниках 17, 19.

Таким образом, работа привода в режиме синхронного движения основного и до1798828

35

50 и 11, 12 производится раздельно. т.е. несинхронно. При этом направление вращения основного и дополнительного валов определяется направлением сдвига лопастей якорей относительно противолежащих им катушек в исходном состоянии. В связи с этим движение валов может быть как однонаправленным, так и встречнонаправленным.

Привод, изображенный на фиг.3, работает следующим образом. В режиме синхронного встречного движения валов в исходном состоянии лопасти 21, 22 якоря 13 и лопасти 24, 25 якоря 14 зафиксированы относительно оси диаметрально расположенных сердечников, например 16, 18

{фиг.Зб), с одинаковым сдвигом в противоположные стороны так, чтобы между лопастями 21, 22 и 24, 25 остался "неэкранированный" сектор, симметричный относительно оси сердечников 16, 18, При этом величина сдвига лопастей каждого якоря относительно оси сердечников, определяемая половиной неэкранированного сектора, не превышает ширины меди катушек. При nopà÷å импульса тока в катушки 15, расположенные на сердечниках 16, 18 индукторов 9, 12, магнитный поток, проходя через неэкранированный лопастями якорей сектор, индуцирует в лопастях 21, 22 и 24, 25 ЭДС и ток. Взаимодействие этого тока с магнитным потоком приводит к возникновению электромагнитных сил, тангенциальные составляющие которых создают вращающие моменты, действующие на лопасти якорей, Так, момент, действующий на лопасти 24, 25 (фиг.Зб) заставляет якорь 14 и связанный с ним вал 5 поворачиваться по часовой стрелке, а момент, действующий на лопасти 21, 22 поворачивает якорь 13 и вместе с ним вал

4 в противоположном направлении. В конечном положении якоря 13 и 14 фиксируются так, чтобы лопасти 21, 22 и 24, 25 располагались против сердечников 17, 19 с таким же сдвигом относительно оси как в исходном состоянии относительно сердечников 16, 18.

Возврат якорей и связанных с ними валов происходит при подаче импульса тока на катушки 15 сердечников 17, 19 индукторов 9 и 12. При этом процесс срабатывания привода происходит аналогично, только движение якорей 13 и 14 и связанных с ними валов 4 и 5 происходит навстречу друг другу.

Таким образом, в режиме синхронного встречного движения валы 4 и 5 привода поворачиваются относительно индукторов на угол 45о относительно друг друга на 90 .

Для реализации синхронного согласного движения валов привода лопасти якорей

13 и 14 в исходном состоянии должны быть зафиксированы одновременно с соответствующим сдвигом относительно осей катушек (сердечников), обеспечивающих прямой и обратный ход. Поясним это на примере фиг.Зб. Лопасти 24, 25 якоря 14 сдвинуты относительно оси сердечников 16, 18 по часовой стрелке, а лопасти 21, 22 якоря 13 должны быть зафиксированы с таким же сдвигом; но относительно оси сердечников17, 19 в туже сторону. Для срабатывания привода в этом режиме необходимо подать импульстока одновременно на катушки сердечников 16, 18 и 17, 19 на индукторах 9, 12, При этом момент, действующий на лопасти

24, 25 будет поворачивать якорь 14 и вал 5 против часовой стрелки (как и в предыдущем случае), а момент, действующий на лопасти 21, 22 будет поворачивать якорь 13 и вал 4 в ту же сторону. Возврат якорей в исходное состояние в этом случае производится повторной подачей импульса тока в катушки тех же сердечников.

Таким образом, в режиме синхронного согласного движения валов привода, каждый вал поворачивается на 45 относительно неподвижных индукторов, а относительно друг друга остаются неподвижными.

Для реализации независимого движения валов привода лопасти якорей 14 и 13 в исходном состоянии должны быть зафиксированы также как и при синхронном согласном движении. Но при этом возбуждение сердечников производится поочередно.

Например; сначала возбуждаются сердечники 16, 18 и при этом перемещаются лопасти 24, 25 якоря 14, а затем возбуждаются сердечники 17. 19 и перемещаются лопасти 21, 22 якоря 13. Следует иметь в виду, что, если к моменту возбуждения сердечников 17, 19 лопасти якоря 14, сработавшего первым, эафиксируются в конечном положении, то при возбуждении сердечников 17, 19 они попадут в зону действия магнитного потока этих сердечников и произойдет возврат якоря 14. в исходное положение, а лопасти якоря 13 одновременно переместятся в прямом направлении, Следовательно, независимое движение соосных валов в данном приводе реализуется при согласном движении только в интервале времени срабатывания привода, Таким образом, изобретение расширяет функциональные возможности индукционно-динамического привода и позволяет улучшить весогабаритные характеристики по сравнению с прототипом.

1798828

Формула изобретения

1, Индукционно-динамический привод, содержащий корпус, индукторы, дисковые якори, вал и фиксирующий механизм, причем индукторы выполнены в виде катушек с 5 сердечниками, расположенных вокруг вала, а дисковые якори снабжены лопастями, установленными по окружности дисков, катушки индукторов размещены одна против другой, лопасти дисковых якорей размеще- 10 ны между катушками индукторов со сдвигом по отношению к катушкам в направлении вращения якорей не более чем на ширину меди катушки, при этом количество лопа15 стей каждого якоря вдвое меньше, чем количество катушек в индукторе, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен по крайней мере один дополнительный вал, с которым жестко связан по крайней мере один дисковый якорь.

2. Привод по п1,отл и чающий с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и расхода активных материалов, площадь каждой лопасти дискового якоря составляет

40,(, от площади катушки индуктора, а лопасти якорей, связанные с разноименными валами размещены в одной плоскости, 1798828

1798828

Составитель Р.Кляйн

Техред М.Моргентал

Корректор М,Самборская

Редактор

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

Заказ 775 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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