Линейный асинхронный двигатель

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах с прямолинейным или возвратно-поступательным движением рабочих органов для электрического транспорта. Технический результат состоит в обеспечении боковой стабилизации при боковом смещении вторичного элемента относительно индуктора при изменении направления движения. Линейный асинхронный двигатель содержит индуктор, состоящий из сердечника (2) с многофазной обмоткой (3), и вторичный элемент, содержащий сердечник (4), в пазах которого расположены один над другим изолированные электропроводящие стержни (5), замкнутые с одной стороны общей электропроводящей шиной (6), а с другой стороны - замыкающим цилиндром (7), состоящим из электропроводящей и изоляционной частей, с рукояткой (8). Пазы сердечника (4) вторичного элемента содержат центральную часть (9), перпендикулярную горизонтальной оси замыкающего цилиндра (7), и примыкающие к ней под одинаковыми углами с обеих сторон боковые части (10). Все электропроводящие стержни повторяют форму паза. Во вторичном элементе сделаны дополнительные боковые части (11), в которых лежат электропроводящие стержни. Замыкающий цилиндр (7) содержит электропроводящие части (12) и изоляционные части (13), чередующиеся как по его длине, так и по его окружности. 11 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а более точно - к линейным асинхронным двигателям (ЛАД), предназначенным для электроприводов с прямолинейным или возвратно-поступательным движением рабочих органов и электрического транспорта.

Известен линейный асинхронный двигатель, содержащий индуктор, состоящий из сердечника и трехфазной обмотки, и вторичный элемент, состоящий из сердечника, в пазах которого расположены один над другим изолированные электропроводящие стержни, замкнутые с одной стороны общей электропроводящей шиной, а с другой - замыкающим цилиндром, состоящим из электропроводящей и изоляционной частей, установленным с возможностью поворота вокруг своей горизонтальной оси (см., например, а.с. СССР МПК H02K 41/025, №1350778, 87 г., патент РФ МПК H02K 41/025, №1823094, 93 г.).

Данные ЛАД не способны развивать стабилизирующие усилия при боковом смещении вторичного элемента относительно своего индуктора.

Наиболее близким по своей технической сути к заявляемому является ЛАД, содержащий индуктор, состоящий из сердечника и трехфазной обмотки, и вторичный элемент, состоящий из сердечника, в пазах которого расположены один над другим изолированные электропроводящие стержни, замкнутые с одной стороны общей электропроводящей шиной, а с другой - замыкающим цилиндром, состоящим из электропроводящей и изоляционной частей, установленным с возможностью поворота вокруг своей горизонтальной оси, причем пазы сердечника вторичного элемента содержат центральную часть, перпендикулярную горизонтальной оси замыкающего цилиндра, и примыкающие к ней под одинаковыми углами с обеих сторон боковые части, при этом все электропроводящие стержни повторяют форму паза (см. патент РФ по заявке №2008104745/09 (005161), 2008). Этот ЛАД выбран в качестве прототипа.

Неспособность данного ЛАД развивать усилия поперечной стабилизации при боковом смещении вторичного элемента относительно индуктора при изменении направления движения ЛАД - недостаток прототипа.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка в разработанной конструкции ЛАД.

Решение данной технической задачи достигается тем, что в ЛАД, содержащем индуктор, состоящий из сердечника и трехфазной обмотки, и вторичный элемент, состоящий из сердечника, в пазах которого расположены один над другим изолированные электропроводящие стержни, замкнутые с одной стороны общей электропроводящей шиной, а с другой - замыкающим цилиндром, состоящим из электропроводящей и изоляционной частей, установленным с возможностью поворота вокруг своей горизонтальной оси, причем пазы сердечника вторичного элемента содержат центральную часть, перпендикулярную горизонтальной оси замыкающего цилиндра, и примыкающие к ней под одинаковыми углами с обеих сторон боковые части, при этом все электропроводящие стержни повторяют форму паза, согласно изобретению пазы содержат дополнительные боковые части, расположенные зеркально по отношению к уже имеющимся боковым частям, при этом в дополнительных боковых частях размещены дополнительные электропроводящие стержни, электрически соединенные с электропроводящими стержнями в центральных частях пазов, причем дополнительные электропроводящие стержни замкнуты с одной стороны общей электропроводящей шиной, а с другой - примыкают к замыкающему цилиндру, причем его электропроводящие и изоляционные части чередуются как по его длине, так и по его окружности, а все электропроводящие части объединяются внутренней электропроводящей частью замыкающего цилиндра, причем электропроводящие части, расположенные на первой половине цилиндра по окружности, размещены на расстояниях, равных зубцовому делению вторичного элемента, соответствующему первоначальным боковым частям, а на второй половине цилиндра по окружности - электропроводящие части, расположенные через промежутки, равные зубцовому делению вторичного элемента, соответствующему дополнительным боковым частям.

Выполнение дополнительных боковых частей, расположенных зеркально по отношению к уже имеющимся боковым частям, при этом в дополнительных боковых частях размещены дополнительные электропроводящие стержни, электрически соединенные с электропроводящими стержнями в центральных частях пазов, причем дополнительные электропроводящие стержни замкнуты с одной стороны общей электропроводящей шиной, а с другой - примыкают к замыкающему цилиндру, причем его электропроводящие и изоляционные части чередуются как по его длине, так и по его окружности, а все электропроводящие части объединяются внутренней электропроводящей частью замыкающего цилиндра, причем электропроводящие части, расположенные на первой половине цилиндра по окружности, размещены на расстояниях, равных зубцовому делению вторичного элемента, соответствующему первоначальным боковым частям, а на второй половине цилиндра по окружности - электропроводящие части, расположенные через промежутки, равные зубцовому делению вторичного элемента, соответствующему дополнительным боковым частям, - эти признаки определяют новизну и существенные отличия данного технического решения.

В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает общий вид ЛАД (поперечное сечение);

фиг.2 - вторичный элемент ЛАД (вид сверху схематично);

фиг.3 - вторичный элемент ЛАД при закорачивании замыкающим цилиндром стержней обмотки, лежащих в первоначальных боковых частях;

фиг.4 - то же, но при закорачивании замыкающим цилиндром электропроводящих стержней, лежащих в дополнительных боковых частях;

фиг.5 показывает схематично замыкающий цилиндр в аксонометрии;

фиг.6 изображает развертку замыкающего цилиндра на плоскости;

фиг.7 показывает ЛАД, вторичный элемент которого смещен влево относительно индуктора;

фиг.8 изображает направление действия сил, приложенных ко вторичному элементу ЛАД, при симметричном расположении вторичного элемента относительно индуктора;

фиг.9 - то же самое при боковом смещении вторичного элемента относительно индуктора ЛАД влево;

фиг.10 - то же, что и на фиг.8, но при изменении направления движения;

фиг.11 - то же, что и на фиг.9 при направлении движения, соответствующем фиг.10.

Линейный асинхронный двигатель 1 (фиг.1), содержащий индуктор, состоящий из сердечника 2 и трехфазной обмотки 3, и вторичный элемент, состоящий из сердечника 4, в пазах которого расположены один над другим изолированные электропроводящие стержни 5 (показано схематично). Стержни 5 замкнуты с одной стороны общей электропроводящей шиной 6, а с другой - замыкающим цилиндром 7, состоящим из электропроводящей и изоляционной частей.

На фиг.2 показан схематично на виде сверху вторичный элемент ЛАД. Позицией 8 обозначена рукоятка замыкающего цилиндра. Видно, что электропроводящие стержни 5 содержат центральные части 9, к которым с обеих сторон примыкают боковые части 10. Дополнительные боковые части обозначены позицией 11.

На фиг.3 изображен вторичный элемент ЛАД при закорачивании замыкающим цилиндром стержней обмотки, лежащих в первоначальных боковых частях 10.

Фиг.4 изображает то же, но при закорачивании замыкающим цилиндром 7 электропроводящих стержней, лежащих в дополнительных боковых частях 11.

На фиг.5 представлен схематично замыкающий цилиндр 7 в аксонометрии. Видно, что электропроводящие части 12 и изоляционные части 13 цилиндра 7 чередуются как по его длине, так и по его окружности. Все электропроводящие части 12 объединяются внутренней электропроводящей частью 14.

На фиг.6 показана развертка замыкающего цилиндра 7 на плоскости. Все обозначения те же, что и на фиг.5.

На фиг.7 изображен ЛАД, вторичный элемент которого смещен влево относительно индуктора. Все обозначения те же, что и на фиг.1.

Фиг.8 изображает направление действия сил, приложенных ко вторичному элементу ЛАД, при его симметричном расположении относительно индуктора. Тяговое усилие, приложенное к центральной части каждого электропроводящего стержня, обозначено F_Tcp. Силы, приложенные к стержням, расположенным в боковых частях 10, обозначены F₁ и F₂. F₁ и F₂ разлагаются на тяговые усилия F_T1 и F_T2 и боковые усилия F_б1 и F_б2. Причем F_б1 и F_б2 равны и направлены встречно. Штриховой линией и позицией 15 схематично обозначен индуктор ЛАД.

На фиг.9 показано то же, что и на фиг.8, но при боковом смещении вторичного элемента относительно индуктора ЛАД влево. Видно, что усилия F₁ и F₂ стали не одинаковыми и F_б1<F_б2.

На фиг.10 и фиг.11 показано то же, что и на фиг.8 и фиг.9, но при изменении направления движения, когда замыкающий цилиндр 7 (не показан) замыкает накоротко электропроводящие стержни, лежащие в дополнительных боковых частях 11, и замыкает электропроводящие стержни, лежащие в основных боковых частях 10.

Рассмотрим принцип действия данного ЛАД.

При подключении трехфазной обмотки 3 к источнику трехфазного напряжения создается бегущее магнитное поле, пересекающее электропроводящие стержни 5 короткозамкнутой обмотки вторичного элемента и наводящее в них электродвижущие силы (ЭДС). Под действием ЭДС в стержнях 5 потекут токи, взаимодействующие с бегущим магнитным полем. В результате этого взаимодействия создаются механические усилия F_Tcp, F₁ и F₂, приложенные соответственно к центральной 9 и боковым частям 10 вторичного элемента. Усилия F₁ и F₂ разлагаются на составляющие F_T1, F_T2, F_б1, F_б2. Тяговые усилия F_Tcp, F_T1 и F_T2 приводят в движение вторичный элемент, а одинаковые по величине усилия F_б1 и F_б2 (фиг.1 и фиг.8) взаимно уравновешивают друг друга и не оказывают влияния на движение вторичного элемента ЛАД. При смещении вторичного элемента относительно индуктора 15 ЛАД влево (фиг.7) часть обмотки вторичного элемента оказывается вне пределов индуктора (фиг.7 и фиг.9). Поэтому возникающие в результате взаимодействия бегущего магнитного поля с токами вторичного элемента усилия F₁ и F₂ станут не одинаковыми (F₁<F₂). Одновременно нарушается равенство поперечных усилий F_б1 и F_б2 (фиг.9), причем F_б1<F_б2. Под действием разности поперечных усилий F_б2-F_б1 вторичный элемент ЛАД будет автоматически возвращаться в симметричное положение относительно индуктора (фиг.1 и фиг.8). Т.о. будет осуществляться автоматическая поперечная самостабилизация вторичного элемента относительно индуктора ЛАД. Причем при увеличении поперечного смещения вторичного элемента пропорционально будет возрастать разность поперечных усилий F_б2-F_б1, возвращающих вторичный элемент в симметричное положение. Как и у прототипа вращением замыкающего цилиндра 7 (фиг.1) можно изменять величину сопротивления короткозамкнутой обмотки вторичного элемента и регулировать величину механических усилий и скорость движения ЛАД. В данном случае замыкающим цилиндром 7 были закорочены только электропроводящие стержни, лежащие в боковых частях 10.

Для самостабилизации вторичного элемента ЛАД при его боковом смещении относительно индуктора влево при изменении направления движения вращением замыкающего цилиндра 7 размыкают электропроводящие стержни, лежащие в основных боковых частях 10, и замыкают электропроводящие стержни, лежащие в дополнительных боковых частях 11. Получаем коротко-замкнутую обмотку вторичного элемента, показанную на фиг.4. При этом в результате взаимодействия бегущего магнитного поля с токами, им индуктированными, в электропроводящих стержнях 5 будут создаваться механические силы F_Tcp, F₁ и F₂, направление действия которых будут противоположны соответствующим усилиям, показанным на фиг.8 и фиг.9. Также при боковом смещении вторичного элемента относительно индуктора 15 влево (фиг.11) нарушится равновесие боковых сил F_б1 и F_б2, и под действием разности этих усилий вторичный элемент вернется в симметричное положение, соответствующее фиг.1.

Таким образом, будет осуществляться автоматическая поперечная самостабилизация вторичного элемента относительно индуктора ЛАД при изменении направления движения.

По сравнению с прототипом расширены возможности создания усилий поперечной стабилизации при боковом смещении вторичного элемента относительно индуктора ЛАД при любом направлении движения.

Линейный асинхронный двигатель, содержащий индуктор, состоящий из сердечника и трехфазной обмотки, и вторичный элемент, состоящий из сердечника, в пазах которого расположены один над другим изолированные электропроводящие стержни, замкнутые с одной стороны общей электропроводящей шиной, а с другой - замыкающим цилиндром, состоящим из электропроводящей и изоляционной частей, установленным с возможностью поворота вокруг своей горизонтальной оси, причем пазы сердечника вторичного элемента содержат центральную часть, перпендикулярную горизонтальной оси замыкающего цилиндра, и примыкающие к ней под одинаковыми углами с обеих сторон боковые части, при этом все электропроводящие стержни повторяют форму паза, отличающийся тем, что пазы содержат еще дополнительные боковые части, расположенные зеркально по отношению к уже имеющимся боковым частям, при этом в дополнительных боковых частях размещены дополнительные электропроводящие стержни, электрически соединенные с электропроводящими стержнями в центральных частях пазов, причем дополнительные электропроводящие стержни замкнуты с одной стороны общей электропроводящей шиной, а с другой примыкают к замыкающему цилиндру, причем его электропроводящие и изоляционные части чередуются как по его длине, так и по его окружности, а все электропроводящие части объединяются внутренней электропроводящей частью замыкающего цилиндра, причем электропроводящие части, расположенные на первой половине цилиндра по окружности, размещены на расстояниях, равных зубцовому делению вторичного элемента, соответствующему первоначальным боковым частям, а на второй половине цилиндра по окружности - электропроводящие части, расположенные через промежутки, равные зубцовому делению вторичного элемента, соответствующему дополнительным боковым частям.