Роликовый линейный индукционный двигатель (ролид)

 

Использование: в технологических линиях обработки ферромагнитных изделий, в том числе листов электротехнической стали. Ролик содержит линейный индуктор переменного тока и стальные нешихтованные ролики, установленные равномерно вдоль зубцовой зоны перпендикулярно продольной оси индуктора с возможностью вращения. Ролики выполнены имеющими по длине чередующиеся участки двух разных диаметров, причем длина участков малого диаметра больше длины участков большого диаметра, превышающего зубцовое деление индуктора, а по длине индуктора ролики между собой установлены так, что напротив участков большого диаметра одного ролика расположены участки малого диаметра соседнего ролика, причем оси соседних роликов расположены на расстоянии, большем полусуммы большого и малого диаметра ролика, но меньшем большого диаметра ролика. Возможны также варианты выполнения составных роликов с участками из высокопроводящих материалов для увеличения тягового усилия. Конструкции ролика позволяет существенно снизить возможный размер стального изделия в направлении перемещения и использовать его для перемещения, например, листовой обрези или стальных труб, или стержней в поперечном направлении. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в технологических линиях обработки ферромагнитных изделий, в том числе листов электротехнической стали.

Известен линейный индуктор [1] для перемещения стальных листов, в котором цилиндрические ферромагнитные ролики располагают на его зубцовой зоне. При этом ролики выполняют функции зубцов магнитопровода и одновременно являются опорой для перемещаемого ферромагнитного листа. Тяговое усилие в таком двигателе возникает в результате взаимодействия бегущего магнитного поля индуктора с вихревыми токами, индуцированными в перемещаемом листе.

Недостатком такого двигателя является его низкая эффективность при перемещении тонких стальных листов (толщиной менее 1 мм) и особенно листов электротехнической стали, поскольку в этих случаях перемещаемые листы имеют большое электрическое сопротивление, отчего двигатель развивает недостаточное тяговое усилие. Кроме того, независимо от толщины листа для предотвращения застревания листа в активной зоне индуктора его длина в направлении перемещения должна превышать двойное расстояние между осями роликов, т.е. двигатель не может перемещать короткомерные листы, например, листовой обрези.

Известен роликовый асинхронный двигатель для перемещения ферромагнитных изделий [2] содержащий линейный индуктор в виде магнитопровода с зубцовой зоной и обмоткой переменного тока, стальные нешихтованные ролики, установленные равномерно вдоль зубцовой зоны перпендикулярно продольной оси индуктора с возможностью вращения. Такое выполнение двигателя, когда нешихтованные стальные ролики приводятся во вращение посредством бегущего магнитного поля индуктора, позволяет перемещать и тонкие стальные листы (в том числе из электротехнической стали), которые притягиваются магнитным полем линейного индуктора к вращающимся роликам и перемещаются с их помощью в направлении, противоположном направлению движения бегущего магнитного поля индуктора.

Однако роликовый асинхронный двигатель не может перемещать короткомерные стальные изделия, длина которых в направлении перемещения меньше удвоенного расстояния между осями стальных роликов, так как в этом случае передний край короткомерного изделия под действием неуравновешенной силы притяжения к поверхности индуктора затягивается в зазор между соседними стальными роликами и изделие застревает между роликами.

В настоящее время существует проблема поперечного электромагнитного перемещения стальных труб и стержней, которые можно также рассматривать как короткомерные объекты перемещения.

Для того, чтобы решить задачу перемещения короткомерных ферромагнитных изделий (например, пластин или труб) электромагнитным способом, в роликовом асинхронном двигателе, содержащем линейный индуктор в виде магнитопровода с зубцовой зоной и обмоткой переменного тока, стальные нешихтованные ролики, установленные равномерно вдоль зубцовой зоны перпендикулярно продольной оси индуктора с возможностью вращения, стальные ролики выполняются имеющими по длине чередующиеся участки двух разных диаметров, причем длина участков малого диаметра больше длины участков большого диаметра, превышающего зубцовое деление индуктора, а по длине индуктора ролики между собой установлены так, что напротив участков большого диаметра одного ролика расположены участки малого диаметра соседнего ролика, при этом оси соседних роликов расположены на расстоянии, большем полусуммы большого и малого диаметров ролика, но меньшем большого диаметра ролика.

При выполнении стальных роликов с участками равного диаметра их электрическое сопротивление увеличивается по сравнению с роликами постоянного диаметра за счет удлинения линий, по которым замыкается индуцированный в роликах вторичный ток. Снижение вторичного тока приводит к некоторому снижению электромагнитного усилия, действующего на ролик. Для компенсации этого явления ролики могут быть выполнены составными в виде вала малого диаметра из немагнитного материала с высокой электропроводностью (медь, алюминий), на котором закреплены стальные втулки, образующие участки большого диаметра ролика. Составные ролики могут быть выполнены также в виде стального вала, на котором закреплены (чередующиеся между собой) стальные втулки, образующие участки большого диаметра ролика, и втулки из немагнитного материала с высокой электропроводностью, образующие участки малого диаметра ролика. Второй вариант позволяет несколько снизить расход цветных металлов по сравнению с первым вариантом составного ролика. Оба варианта ведут к снижению эквивалентного электрического сопротивления роликов и увеличению тягового усилия, действующего на ролики и, следовательно, на перемещаемый стальной лист.

Предлагаемое исполнение роликов и их расположение позволяют исключить застревание короткомерных ферромагнитных изделий при их перемещении по роликам, поскольку в данной конструкции отсутствует возможность попадания изделия в воздушный зазор между соседними роликами, так как этот зазор имеет сложный профиль, и передний край перемещаемого короткомерного изделия, еще не сойдя с участков большого диаметра предыдущего ролика, подхватывается участками большого диаметра следующего ролика и перемещается далее без застревания в межроликовом зазоре.

На фиг. 1 и 2 показан предлагаемый роликовый двигатель; на фиг. 3 и 4 варианты исполнения составных роликов.

Двигатель содержит индуктор 1 в виде магнитопровода с зубцовой зоной и обмоткой переменного тока. Вдоль активной зоны индуктора на равном расстоянии друг от друга установлены с возможностью вращения стальные нешихтованные ролики 2, имеющие по длине чередующиеся участки двух разных диаметров, с помощью которых перемещается стальное изделие 3 (например, лист). Участки большого диаметра D₁ ролика (D₁ превышает зубцовое деление индуктора для создания достаточного тягового усилия) чередуются с участками малого диаметра D₂ ролика, причем длина L₁участков большого диаметра меньше длины L₂ участков малого диаметра ролика. Это позволяет сблизить соседние рлоики между собой до расстояния между их осями Н, которое становится меньше большого диаметра ролика D₁(но Н>(D₁+D₂)/2 для обеспечения возможности вращения роликов). Сближение соседних роликов до расстояния Н<D создает сложный профиль воздушного зазора между роликами, в который не может затянуться край короткомерного перемещаемого листа.

Ролики могут выполняться составными. На фиг. 3 показана конструкция составного ролика в виде высокопроводящего вала 4 (например, медь или алюминий) диаметром D₂, на котором закреплены стальные втулки 5 с наружным диаметром D₁. На фиг. 4 приведен еще один вариант составного ролика в виде стального вала 6, на котором закреплены чередующиеся между собой стальные 7 и высокопроводящие 8 втулки с наружным диаметром D₁ и D₂ соответственно. Для составных роликов также справедливо соотношение длин участков большого и малого диаметров L₁< L₂.

Двигатель работает следующим образом.

При подключении к сети переменного тока обмотки индуктора 1 он создает бегущее магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в нешихтованных стальных роликах 2. В результате взаимодействия этих токов с магнитным полем индуктора возникают электромагнитные усилия, вращающие ролики. При этом лист 3, находящийся на роликах, перемещается в направлении, противоположном направлению бегущего магнитного поля. Необходимость выполнения участков большего диаметра с диаметром D₁, превышающем зубцовое деление индуктора t_z, обусловлена тем, что в этом случае обеспечивается достаточное электромагнитное усилие для вращения роликов и перемещения листов, которое, однако, из-за наличия участков ролика малого диаметра D₂ и "удлинения" линий вторичного тока несколько меньше, чем у двигателя-прототипа. Чтобы скомпенсировать эти потери усилия, предлагается выполнять ролики составными (по фиг. 3 и 4) с наличием участков из высокопроводящего материала, способствующих уменьшению эквивалентного сопротивления роликов и увеличению тягового усилия. При работе двигателя магнитное поле, замыкаясь с ролика на ролик, проникает на поверхность роликов, удаленную от индуктора. За счет этого возникает дополнительная сила прижатия ферромагнитного листа 3 к роликам 2, увеличивающая силу сцепления и исключающая пробуксовку. При этом появляется возможность перемещать ферромагнитные листы во взвешенном состоянии при верхнем расположении индуктора по отношению к роликам и листу.

Если лист в направлении перемещения имеет протяженность L большую, чем 2Н (двойное расстояние между осями роликов), он совершает прямолинейное перемещение по удаленным от индуктора поверхностям роликов аналогично движению листа в [2] Однако величина Н расстояния между роликами в [2] равна Н=D₁+ Δ т.е. превышает величину диаметра ролика D₁ на расстояние воздушного зазора Δ между роликами, а в предлагаемом двигателе Н= + Δ, и, поскольку D₂< D₁, то уже это позволяет надежно перемещать двигателем листы меньшего размера L, чем двигателем по [2] и другими известными линейными двигателями. Как показали проведенные испытания, при длине листа L в направлении перемещения меньшей, чем 2Н перемещаемый лист совершает "волнообразные" движения, как бы обкатываясь по роликам. При этом для двигателя по [2] при размере листа L= D₁+2Δ и меньше он магнитным полем втягивается краем в зазор между роликами и застревает между ними. Испытания предложенного двигателя показали, что даже при L < лист, совершая волнообразное движение, надежно перемещается от ролика к ролику, поскольку сложный профиль воздушного зазора между роликами не позволяет листу проваливаться в этот зазор и прекращать перемещение по вращающимся роликам.

Таким образом, предложенный двигатель позволяет существенно уменьшить размер стального изделия в направлении его перемещения, т.е. расширить возможности двигателя по сравнению с известными, и использовать его для перемещения короткомерных листов, например листовой обрези, что важно для линий порезки листов или штамповки. Кроме того, предложенный двигатель позволяет осуществлять поперечное перемещение стальных труб, стержней и других прокатных изделий, что существенно расширяет область его применения.

Формула изобретения

1. Роликовый линейный индукционный двигатель (ролид), содержащий линейный индуктор в виде магнитопровода с зубцовой зоной и обмоткой переменного тока, стальные нешихтованные ролики, установленные равномерно вдоль зубцовой зоны перпендикулярно к продольной оси индуктора с возможностью вращения, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности перемещения короткомерных ферромагнитных изделий, ролики выполнены чередующимися по длине с участками двух разных диаметров, причем длина участков малого диаметра больше длины участков большого диаметра, превышающего зубцовое деление индуктора, а по длине индуктора ролики между собой установлены так, что напротив участков большого диаметра одного ролика расположены участки малого диаметра соседних роликов, причем оси соседних роликов расположены на расстоянии, большем полусуммы большого и малого диаметров ролика, но меньшем большого диаметра ролика.

2. Ролид по п. 1, отличающийся тем, что ролики выполнены составными в виде вала малого диаметра из немагнитного материала с высокой электропроводностью, на котором закреплены стальные втулки, образующие участки большого диаметра ролика.

3. Ролид по п.1, отличающийся тем, что ролики выполнены составными в виде стального вала, на котором закреплены чередующиеся между собой стальные втулки, образующие участки большого диаметра ролика и втулки из немагнитного материала с высокой электропроводностью, образующие участки малого диаметра ролика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4