Линейный электропривод

 

Использование: в приводах транспортно-согласующих и робототехнических устройств поступательного перемещения. Сущность: устройство содержит индуктор, вторичный элемент, в рабочем зазоре между которыми размещена немагнитная оболочка с магнитной жидкостью. При одном из предельных значений сигнала управления источник регулируемого давления развивает наибольшее давление и подачей из резервуара магнитной жидкости в немагнитной оболочке устанавливается наибольший уровень и, следовательно, объем жидкости в рабочем зазоре полностью перекрывает рабочую зону индуктора. Весь поток, развиваемый двигателем, шунтируется объемом магнитной жидкости. Изменяя уровень магнитной жидкости, можно изменять тяговое усилие. 6 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании приводов поступательного перемещения.

Известен линейный электропривод, содержащий индуктор с магнитопроводом, многофазными обмотками, а также подвижный элемент [1].

Известен также линейный электропривод, принятый в качестве прототипа, содержащий индуктор, вторичный элемент и расположенный между ними ферромагнитный слой управления, подмагничиваемый обмоткой управления [2].

В известных линейных электроприводах, в том числе и в прототипе, наибольшее тяговое усилие реализуется при максимальном насыщении слоя управления, когда его магнитная проницаемость минимальна. При этом большая часть магнитного потока индуктора становится потоком взаимоиндукции, проникая во вторичный элемент и создавая тяговое усилие.

Минимальное (нулевое) тяговое усилие обеспечивается при отсутствии подмагничивания слоя управления, когда его магнитная проницаемсть максимальна, магнитный поток индуктора электропривода полностью шунтируется слоем управления, а поток взаимоиндукции и тяговое усилие равны нулю.

Недостатком известного привода-прототипа является невозможность реализации максимально возможного тягового усилия, обеспечиваемого данным индуктором при отсутствии слоя управления. Это обусловлено тем, что даже при максимальном насыщении слоя управления его магнитная проницаемость μ_e много больше магнитной проницаемости воздуха μ_o. Поэтому часть магнитного потока индуктора неизбежно шунтируется и поток взаимоиндукции меньше потока индуктора на величину потока, шунтируемого слоем управления.

Вследствие этого в линейном электроприводе уменьшается диапазон регулирования тягового усилия, при этом установленная мощность индуктора использутеся не полностью, т.е. снижается его энергоиспользование, ухудшаются массогабаритные показатели привода.

Целью изобретения является повышение использования установленной мощности индуктора и расширение диапазона регулирования тягового усилия электропривода.

Цель достигается тем, что в известном линейном электроприводе, содержащем индуктор, вторичный элемент, слой управления в рабочей зоне между ними со средством управления, слой управления выполнен в виде полой диэлектрической оболочки, внутренняя полость которого заполнена магнитной жидкостью и имеет средство изменения ее объема в рабочей зоне индуктора, при этом часть полой оболочки и средство управления размещены вне рабочей зоны индуктора.

Заявляемый электропривод отличается от прототипа, следолвательно, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

При проведении поиска существенных признаков, отличающих заявляемое устройство от прототипа, не обнаружено источников патентной и научно-технической информации, свидетельствующих об их известности, следовательно, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

Обоснованием заявляемого устройства является то, что при отсутствии в рабочей зоне индуктора объема магнитной жидкости магнитная проницаемость рабочего зазора становится равной μ_o. Соответственно не происходит шунтирование магнитного индуктора, который, таким образом, весь становится потоком взаимоиндукции, проникая во вторичный элемент и обеспечивая максимальное для данного индуктора тяговое усилие. Таким образом обеспечивается полное использование его установленной мощности и полностью реализуются предельные возможности индуктора. Соответственно возрастанию верхнего значения тягового усилия в линейном электроприводе обеспечивается большой диапазон регулирования тягового усилия.

На фиг. 1 представлена общая схема линейного электропривода; на фиг.2 изображено сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 приведена схема, поясняющая работу устройства в случае полного шунтирования магнитного потока индуктора с помощью магнитной жидкости; на фиг.4 - схема, соответствующая максимальному магнитному потоку индуктора в рабочей зоне при отсутствии в ней магнитной жидкости; на фиг. 5 приведены механические характеристики электропривода, соответствующие различным режимам регулирования; на фиг.6 представлена схема распределения магнитных потоков по способу-прототипу.

На фиг.1-4 приняты следующие обозначения: СУ - сигнал управления; Ф_р - рабочий поток взаимоиндукции элементов электропривода; Ф_ш - магнитный поток, шунтируемый слоем управления; V, F - скорость перемещения и тяговое усилие электропривода соответственно.

Линейный электропривод содержит индуктор 1, вторичный элемент 2, слой управления в виде немагнитной оболочки 3 с магнитной жидкостью 4, введенной в рабочий зазор - рабочую зону индуктора 1, резервуар 5 и средство управления в виде средства изменения объема жидкости в рабочем объеме индуктора 6.

При работе электропривода на различных режимах формируются соответствующие механические характеристики 7-10 (см. фиг.5).

Линейный электропривод работает следующим образом. При одном из предельных значений сигнала управления СУ средство 6 управления развивает наибольшее давление и подачей из резервуара 5 магнитной жидкости 4 в немагнитной оболочке 3 устанавливается наибольший уровень, а следовательно, и объем жидкости 4 в рабочем зазоре, полностью перекрывающий рабочую зоне индуктора 1. При этом весь поток, создаваемый индуктором 1, шунтируется объемом магнитной жидкости 4, т.е. в электроприводе имеется лишь поток шунтирования Ф_ш (фиг.3). Рабочий поток взаимоиндукции Ф_р отсутствует, и электропривод не развивает никакого тягового усилия (F = 0). Механическая характеристика электропривода, формируемая при этом, имеет вид линии 7 на фиг.5.

При другом предельном значении сигнала управления СУ средство 6 управления не развивает никакого давления, уровень магнитной жидкости 4 в оболочке 3 минимален, а следовательно, и объем в рабочем зазоре минимален и не перекрывает рабочую поверхность индуктора 1.

Поток, создаваемый индуктором 1, весь становится рабочим Ф_р (фиг.4), проникает во вторичный элемент 2 и, взаимодействуя с ней, создает наиболее возможное тяговое усилие (F = F_max) в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа. При этом формируется механическая характеристика 8 (фиг.5).

При сигналах управления СУ, промежуточных между рассмотренными предельными значениями, уровень магнитной жидкости 4, а следовательно, и ее объем в рабочем зазоре устанавливается средством 6 управления в положение (фиг. 1), промежуточное между показанными на фиг.3, 4. При этом часть потока, создаваемого индуктором 1, шунтируется жидкостью 4, образуя поток Ф_ш шунтирования, а другая становится рабочим потоком Ф_р, проходя во вторичный элемент 2 и создавая тяговое усилие 0 < F < F_max (фиг.1). При этом формируется механическая характеристика 9 (фиг.5), занимающая промежуточное положение между характеристиками 7 и 8 (фиг.5).

Таким образом, изменением уровня магнитной жидкости 4, а следовательно, и ее объема в рабочем зазоре индуктора 1 обеспечивается регулирование тягового усилия линейного электропривода во всем диапазоне между механическими характеристиками 7 и 8 (фиг.5). Этим предложенный привод принципиально отличается от известного, реализуемого с помощью устройства на фиг.6, где вместо немагнитной оболочки 3 с магнитной жидкостью 4 использован слой управления, выполненный из ферромагнитного материала. В нем даже при наибольшем насыщении слоя управления его магнитная проницаемость остается больше μ_o окружающего воздуха, поэтому часть потока индуктора 1 шунтируется (Ф_ш ≠0, Ф_р≠0) и электропривод не развивает предельно возможного тягового усилия индуктора 1 и формируется механическая характеристика 10, лежащая левее характеристики 8 (фиг.5), обеспечиваеомй при заявляемом способе.

Видно, что заштрихованная зона на фиг.5, определяющая диапазон регулирования линейного электропривода в известном способе, меньше области между характеристиками 7 и 8 в заявляемом способе. Соответственно в последнем случае обеспечивается и полное использование установленной мощности индуктора при работе на механической характеристике 8.

Предлагаемый линейный привод благодаря введению в рабочий зазор индуктора магнитной жидкости с изменяемым объемом обеспечивает увеличение использования установленной мощности индуктора и позволяет расширить диапазон регулирования тягового усилия электропривода.

Формула изобретения

ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий индуктор, вторичный элемент, слой управления в рабочей зоне между ними с обмоткой управления, отличающийся тем, что, с целью повышения использования установленной мощности и расширения диапазона регулирования тягового усилия, слой укрепления выполнен в виде диэлектрической оболочки, внутренняя полость которой заполнена магнитной жидкостью и имеет средство изменения ее объема в рабочей зоне индуктора, при этом часть полой оболочки и обмотка управления размещены вне рабочей зоны индуктора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6