Линейный асинхронный электропривод

Изобретение относится к электротехнике, к линейным асинхронным шаговым электроприводам для использования в робототехнике и приводе станков. Технический результат состоит в упрощении конструкции. Линейный асинхронный электропривод содержит индуктор, состоящий из сердечников с катушками, электропроводящий якорь, опирающийся на шаровые опоры. Второй и третий сердечники снабжены зубчатыми рейками, закрепленными на тыльной их стороне, то есть стороне, противоположной активной. Зубчатые рейки находятся в зацеплении с зубчатым колесом, ось 10 которого связана с приводом их поворота. К источнику напряжения подключены пять катушек обмотки каждого сердечника, образующих вдоль продольной оси индуктора ряды, в которых до середины - прямой, а после середины - противоположный порядок следования фаз. Для совершения шага электропроводящего якоря на зубцовое деление второй и третий сердечники смещают вниз на одно зубцовое деление. 4 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а точнее к линейному электроприводу, и предназначено для использования в робототехнике и приводе станков.

Известен линейный асинхронный электропривод (ЛАЭП) / патент РФ №2067350; кл. Н02К 41/025, Н02Р 7/62, 1996 г., содержащий индуктор, состоящий из отдельных сердечников с обмотками. Ограниченные функциональные возможности - недостаток данного электропривода.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является линейный асинхронный электропривод /см. патент РФ №2259001, кл. Н02К 41/025, Н02Р 7/62, 2003 г./, содержащий индуктор, состоящий из n сердечников с катушками многофазной обмотки и электропроводящий якорь. Катушки каждого из сердечников имеют до середины ряда прямой, а после середины - противоположный порядок следования фаз.

Этот электропривод имеет сложную конструкцию. Это недостаток прототипа.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка.

Решение технической задачи достигается тем, что в линейном асинхронном электроприводе, содержащем индуктор, состоящий из n параллельно расположенных сердечников с катушками многофазной (трехфазной) обмотки, каждая из которых охватывает по одному зубцу сердечника, при этом катушки обмотки каждого из n сердечников имеют до середины ряда прямой, а после середины - противоположный порядок следования фаз и электропроводящий якорь, расположенный поверх активной стороны индуктора, согласно изобретению n - четное число, причем из n сердечников снабжены зубчатыми рейками, закрепленными на тыльной их стороне (стороне, противоположной активной) и находящимися в зацеплении с зубчатыми колесами, ось которых связана с приводом их поворота.

В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на фиг.1-4:

фиг.1 изображает общий вид линейного асинхронного электропривода (вид спереди);

фиг.2 - порядок подключения катушек обмоток всех сердечников к источнику трехфазного напряжения;

фиг.3 - то же, но при смещении второго и третьего сердечников сверху вниз на одно зубцовое деление для совершения шага электропроводящего якоря в продольном направлении;

фиг.4 - то же, но при смещении второго и третьего сердечников сверху вниз на два зубцовых деления для совершения шага электропроводящего якоря в продольном направлении.

Линейный асинхронный электропривод (фиг.1) содержит индуктор, состоящий из сердечников 1, 2, 3, 4 с катушками 5, электропроводящий якорь 6, опирающийся на шаровые опоры 7. Второй 2 и третий 3 сердечники снабжены зубчатыми рейками 8, находящимися в зацеплении с зубчатыми колесами 9, ось 10 которых связана с приводом их поворота 11 и блоком управления 12. Ось 10 зубчатых колес 9 расположена в подшипниках 13.

На фиг.2 показан схематически фрагмент индуктора ЛАЭП (вид сверху), состоящего из четырех сердечников 1, 2, 3, 4 с катушками 5 обмотки. Электропроводящий якорь 6 изображен на фиг.2 штриховой линией. На этой фигуре показан порядок подключения катушек 5 сердечников 1, 2, 3, 4 к фазам источника трехфазного напряжения (А, В и С). Видно, что в продольном направлении (сверху вниз) подключенные катушки обмоток сердечников образуют до середины прямой (А, В, С; А, В, С; А, В, С) порядок следования фаз, а после середины - противоположный (С, В, А; С, В, А; С, В, А) порядок следования фаз. Усилия F₁ и F₂, действующие на электропроводящий якорь 6, обозначены стрелками.

Фиг.3 - то же, но при смещении второго и третьего сердечников на одно зубцовое деление в продольном направлении (сверху вниз) для совершения шага электропроводящего якоря на 1/2 зубцового деления в продольном направлении.

Фиг.4 - то же, но при смещении второго и третьего сердечников на два зубцовых деления в продольном направлении (сверху вниз) для совершения шага электропроводящего якоря на одно зубцовое деление в продольном направлении.

Рассмотрим работу данного ЛАЭП. До совершения первого шага электропроводящего якоря в продольном направлении (сверху вниз) на 1/2 зубцового деления (фиг.2) к источнику напряжения подключены катушки обмоток индуктора электропривода, состоящего из четырех сердечников. В продольном направлении (сверху вниз) подключенные катушки обмоток образуют ряды, имеющие до середины прямой (А, В, С; А, В, С; А, В, С) порядок следования фаз, а после середины - противоположный (С, В, А; С, В, А; С, В, А) порядок следования фаз. Создаются симметричные встречно бегущие магнитные поля в продольном направлении, возбуждаемые токами, протекающими по системам катушек 5 всех сердечников: А, В, С; А, В, С; А, В, С; и С, В, А; С, В, А; С, В, А. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают электропроводящий якорь 6 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов. При взаимодействии бегущих магнитных полей с вихревыми токами создаются механические встречно направленные усилия F₁ и F₂, действующие на электропроводящий якорь 6 (фиг.2). Эти усилия уравновешивают друг друга и удерживают электропроводящий якорь 6 в первоначальном положении .

Для совершения шага электропроводящего якоря 6, например, на 1/2 зубцового деления (фиг.3) смещаем второй и третий сердечники путем поворота зубчатых колес 9 на одно зубцовое деление сверху вниз в продольном направлении. В продольном направлении (сверху вниз) (фиг.3) бегущие магнитные поля возбуждаются токами, протекающими по системам катушек обмоток 5 индуктора: первого сердечника - (А, В, С); второго сердечника - (А, В, С); третьего сердечника - (А, В, С); четвертого сердечника - (А, В, С), имеющим до середины прямой порядок следования фаз, а магнитные поля, бегущие навстречу направленным снизу вверх, создаются токами, протекающими по системе катушек 5 обмоток индуктора: первого сердечника - (А, В, С); второго сердечника - (1/2А, В, С); третьего сердечника - (1/2А, В, С); четвертого сердечника - (А, В, С) имеющих такой же порядок следования фаз. Таким образом, магнитное поле во втором и третьем сердечниках, бегущее снизу вверх, является несимметричным («эллиптическим») и более слабым по сравнению с полем, бегущим сверху вниз. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают электропроводящий якорь 6 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов в электропроводящем якоре 6. При взаимодействии бегущих магнитных полей с вихревыми токами создаются встречно направленные усилия F₁ и F₂ в каждом ряду обмоток сердечников. При этом усилия F₂ будут меньше усилий F₁ из-за слабого симметричного магнитного поля во втором и третьем сердечниках. Электропроводящий якорь 6 под действием разности этих сил (F=F₁-F₂) начнет двигаться сверху вниз. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока встречно направленные усилия не станут равными по величине F₁: (1/2A+A+A+1/2A); (B+B+B+B); (C+C+C+C); и F₂: (A+1/2A+1/2А+А); (В+В+В+В); (С+С+С+С); .

Равновесие усилий наступает по завершению шага электропроводящего якоря на 1/2 зубцового деления (фиг.3). Эти усилия фиксируют электропроводящий якорь 6 в новом положении (фиг.3). В этот момент на якорь будут действовать усилия продольной стабилизации, позволяющие обеспечить его фиксацию.

Для совершения шага электропроводящего якоря на одно зубцовое деление (фиг.4) смещаем второй и третий сердечники поворотом зубчатых колес 9 на два зубцовых деления сверху вниз в продольном направлении. В продольном направлении (сверху вниз) (фиг.4) бегущие магнитные поля возбуждаются токами, протекающими по системам катушек обмоток 5 индуктора: первого сердечника - (1/2А, В); второго сердечника - (А, В, С); третьего сердечника -(А, В, С); четвертого сердечника - (1/2А, В, С) имеющими до середины прямой порядок следования фаз, а магнитные поля, бегущие навстречу направленным снизу вверх, создаются токами, протекающими по системе катушек 5 обмоток индукторов первого сердечника - (А, В, С); второго сердечника - (В, С); третьего сердечника - (В, С); четвертого сердечника - (А, В, С). Таким образом, магнитное поле во втором и третьем сердечниках, бегущее снизу вверх, является несимметричным и имеет «эллиптический» характер. Бегущие навстречу друг другу магнитные поля пересекают электропроводящий якорь 6 и наводят в нем электродвижущие силы, вызывающие протекание вихревых токов в электропроводящем якоре 6. При взаимодействии бегущих магнитных полей с вихревыми токами создаются встречно направленные усилия F₁ и F₂ в каждом ряду обмоток сердечников. При этом усилия F₂ будут меньше усилий F₁ из-за несимметричности магнитного поля во втором и третьем сердечниках. Электропроводящий якорь 6 под действием разности этих сил (F=F₁-F₂) начнет двигаться сверху вниз. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока встречно направленные усилия не станут равными по величине F₁: (0+A+A+0); (B+B+B+B); (C+C+C+C); и F₂:(А+0+А); (В+В+В+В); (С+С+С+С); .

Равновесие усилий наступает по завершению шага электропроводящего якоря 6 на одно зубцовое деление (фиг.4). Эти усилия фиксируют электропроводящий якорь 6 в новом положении (фиг.4). В этот момент на якорь будут действовать усилия продольной стабилизации, позволяющие обеспечить его фиксацию.

При четном числе индукторов перемещение половины из них на любой шаг приводит к перемещению электропроводящего якоря на 1/2 этого шага. Число продольных шагов ЛАЭП может быть сколь угодно большим. По сравнению с прототипом упрощена конструкция ЛАЭП и расширен диапазон регулирования шага электропроводящего якоря, обеспечивающий более плавное его перемещение.

Линейный асинхронный электропривод, содержащий индуктор, состоящий из «n» параллельно расположенных сердечников, на зубцах которых размещены катушки многофазных (трехфазных) обмоток, причем катушки каждого из сердечников имеют до середины ряда прямой, а после середины - противоположный порядок следования фаз, и электропроводящий якорь, расположенный поверх активной стороны индуктора, отличающийся тем, что «n» - четное число, причем из сердечников снабжены зубчатыми рейками, закрепленными на тыльной их стороне (стороне, противоположной активной), и находящимися в зацеплении с зубчатыми колесами, ось которых связана с приводом их поворота.