Синхронный линейный привод

Изобретение относится к электротехнике, а именно к синхронному линейному приводу для разгона ротора до гиперзвуковых скоростей. Ротор из магнитожесткого материала с остаточной радиальной намагниченностью выполнен в виде диска с центральным отверстием и расположен между статором и направляющим рельсом из магнитомягкого материала. Обмотка статора формирует бегущее магнитное поле. Взаимодействие магнитных полей ротора и статора приводит к появлению силы, направленной в сторону меньшей напряженности, под действием которой диск разгоняется вдоль направляющего рельса вплоть до гиперзвуковых скоростей. Технический результат состоит в повышении надежности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к линейным электроприводам и может быть использовано в качестве привода для метательной установки, на железнодорожном транспорте, космонавтике и промышленных предприятиях для перемещения транспортных средств.

Уровень техники

Известен многоступенчатый электромагнитный ускоритель соленоидного типа для метания ферромагнитных снарядов (патент на изобретение RU 2331033, МПК F41B 6/00, опубл. 10.08.2008, бюл. №22), содержащий цилиндрический ствол из немагнитного материала с соосно закрепленными на нем тяговыми соленоидами со средствами коммутации их обмоток по сигналам управляющего устройства. Для разгона боеголовки в устройстве используется электромагнитная энергия.

Недостатком многоступенчатого электромагнитного ускорителя является то, что чем больше скорость движения снаряда, тем быстрее необходимо коммутировать тяговые катушки, а электродвижущие силы катушки при отключении питания стремятся поддержать протекание тока в катушке, тем самым препятствуют ее отключению. В результате высоких потерь на перемагничивание в воздушном зазоре между снарядом и стволом у установки низкий КПД.

В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого технического решения принят синхронный неявнополюсный линейный электропривод (патент на полезную модель RU 126227, МПК Н02K 41/03, опубл. 20.03.2013. бюл. №8), содержащий статор и ротор, скомпонованные из модулей магнитного пути, якоря, каретки, линейных направляющих, системы определения координат каретки таким образом, что модуль магнитного пути из постоянных магнитов расположен вдоль продольной оси ротора электропривода. Модуль якоря статора, содержащего фазовые обмотки, жестко закреплен на каретке статора, установленной с возможностью перемещения по двум линейным направляющим, закрепленным на роторе параллельно магнитному пути.

Недостаточная сила связи якоря и ротора данной модели не позволяет достигать значительных ускорений тела при его разгоне до гиперзвуковых скоростей на достаточно коротком отрезке пути.

Раскрытые изобретения

Заявляемым изобретением решается задача разгона тела, например снаряда метательной установки, за счет магнитного взаимодействия бегущего магнитного поля статора с магнитным полем разгоняемого тела, и повышение надежности работы установки в целом.

Поставленная задача решается тем, что в синхронном линейном приводе, содержащем статор с обмотками, создающими бегущее магнитное поле, ротор и направляющий рельс, согласно заявляемому изобретению, имеющий возможность катиться под действием сил магнитного взаимодействия по направляющему рельсу ротор выполнен в виде тела вращения с центральным отверстием, радиально намагничен и расположен между направляющим рельсом и статором.

Применение линейного синхронного неявнополюсного двигателя позволит значительно упростить ускоритель снарядов по патенту RU, №2499748, МПК B64F 1/06, F41B 6/00, опубл. 27.11.2013, так как из устройства исключаются все подвижные элементы, такие как сцепление, цепь и приводные колеса, кроме самого разгоняемого тела. Тем самым повышается надежность установки в целом.

Так как для разгона тела используется электромагнитная энергия, это позволит реализовать скорости, недоступные установкам, использующим энергию пороховых газов для разгона снаряда.

Реализация такого принципа разгона снаряда не требует коммутации катушек большой индуктивности за короткий промежуток времени, кроме того, в формировании бегущего поля участвуют сразу все проводники обмотки статора, что позволит уменьшить величину токов, протекающих по обмоткам, а значит сократить их вес, размер и величину выделяемого тепла.

Во избежание схода ротора с направляющего рельса, целесообразно ротор выполнить с ребордами, фасками или скруглениями, согласованными с профилем направляющего рельса.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема привода.

Осуществление изобретения

Синхронный линейный привод содержит ротор 1, движущийся вдоль направляющего рельса 2 в результате взаимодействия собственного магнитного поля с бегущим магнитным полем, создаваемым обмотками статора 3.

Проводники неявнополюсной обмотки 3 уложены таким образом, что при пропускании по ним электрического тока образуется непрерывная волна бегущего магнитного поля. Частота и амплитуда бегущего магнитного поля определяются параметрами питающего напряжения, а направление магнитной индукции Ф должно совпадать с указанным на чертеже.

Разгоняемое тело - ротор 1 - представляет собой диск с центральным отверстием из магнитожесткого материала, имеющий радиальную остаточную намагниченность Ф′, направление вектора магнитной индукции должно совпадать с указанным на чертеже. Ротор 1 имеет возможность катиться внешним ободом по направляющему рельсу 2, выполненному из магнитомягкого материала. Контакт диска с рельсом в точке D обеспечивается силами магнитного притяжения. Ротор 1 расположен между обмоткой статора 3 и направляющим рельсом 2.

В любой момент времени, независимо от положения бегущего поля статора относительно ротора, взаимное расположение магнитных полей Ф и Ф′ будет таковым, что в точке А они будут складываться, а в точке С вычитаться. Таким образом, магнитное поле в точке А будет всегда больше, чем в точке С. Это приводит к появлению движущей силы F, которая заставляет двигаться ротор вдоль направляющего рельса. Чем больше будет индукция магнитного поля ротора, тем больше будет разность между напряженностью поля в точках А и С и тем больше будет сила F.

Точно такого же эффекта можно будет достичь, изменив направление магнитной индукции ротора Ф′, бегущей волны и вектор магнитного поля статора Ф на противоположное.

Применение данного привода позволит разгонять диски до скоростей, значительно превышающих скорости, доступные огнестрельному оружию и, кроме того, позволит варьировать скорость каждого снаряда в широком диапазоне. Вместе с тем, уменьшение числа подвижных элементов до минимума позволит повысить надежность установки в целом.

1. Синхронный линейный привод, содержащий статор с обмотками, создающими бегущее магнитное поле, ротор и направляющий рельс, отличающийся тем, что имеющий возможность катиться под действием сил магнитного взаимодействия по направляющему рельсу ротор выполнен в виде тела вращения с центральным отверстием, радиально намагничен и расположен между направляющим рельсом и статором.

2. Привод по п. 1, отличающейся тем, что ротор может иметь реборды, фаски или скругления, согласованные с профилем направляющего рельса.