Электрический двигатель возвратнопоступательного движения

 

(72) Автор мзобретениа

В, В, Ивашин

Тольяттинский политехнический институт (7!) Заявитель (54) ЗЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО

ДВИЖЕНИЯ

Изобретение относится. к электрическим двигателям возвратно-поступательн го движения, более конкретно, к двигателям с подвижной короткозамкнутой обмоткой и неподвижной обмоткой индуктора, питаемой импульсным или переменным та» ком.

Известен двигатель возвратно-поступательного движения, содержащий индуктор с замкнутым шихтованным магннтопроводом, охваченным обмоткой, и якорь с короткозамкнутой обмоткой, которая также охватывает магнитопровод и может свободно перемещаться в окне магнитопровода относительно индуктора (1).

Однако этот двигатель имеет недостаточно высокий КПД.

Известен также электрический двигатель возвратно-поступательного движения, содержащий неподвижный индуктор с

20 магнитопроводом и обмоткой, и подвижный якорь с короткозамкнутой обмоткой

$2), В этом двигателе магии топровод инлук I ора броневого типа выполнен нз нешихтованной стали. B верхней и ниж ней части окна магнитопровода размещены неподвижные обмотки, питаемые пер . менным током. Подвижный якорь выполнен в виде набора медных колец, которые охватывают внутренний стержень магнит» ной системы индуктора и расположены между обмотками индуктора.

Недостатками этого электрического двигателя являются низкий КПД преобразования энергии магнитного поля в механическую и низкая механическая прочность обмоток индуктора и якоря, что снижает надежность работы двигателя.

Низкое значение КГЩ объясняется тем, что в объеме немагнитного окна магнитс>, провода между обмоткой индуктора и дви» жущимися от нее кольцами якоря запаса» ется магнитная энергия, которая не может преобразоваться в механическую и обуславливает потребление иэ сети не только энергии, преобразуемой в конечном итоге в механическую, но и значительной энергии для создании магнитно6861

3 го поля, что снижает сосу, трг.бует повышенной мощности источника питания и приводит в конечном итоге к снижению

К ПД преобрв зов в ли я э пер гни, Кольца якоря лри движении -могут наносить удары непосредственно по обмот кам индуктора, что приводит к необходи/ мости применять специальные конструктивные меры для исключения разрушения обмоток. Кроме того, движущиеся колт цв- якорь уларом передают усилие нв пику инструмента. Так как механическая прочность колец, выполненных из материвла с высокой электропроводностью, невысока, то они быстро разрушаются. Все это снижа- 15 ет надежность устройства в целом.

Белью изобретения является повышение КПД и надежности двигателя.

Это достигается тем, что в предлвгвемом электрическом двигателе якорь со20 держит мвгнитопровод, мвгнитопроводы индуктора и якоря выполнены в виде соосных, расположенных один в другом цилиндров с кольцевыми пазами для ра=-ь25 мещения обмоток, причем ширина кольцевых пазов больше величины зазора между якорем и индуктором в 10-30 рвз.

Нв фиг. 1 изображен предлвгвемый электрический двигатель возвратно-посту30 нательного движения, продольный разрез нв фиг. 2 - то же, поперечный разрез.

Цилиндрический магнитолровод 1 индукторв имеет кольцевой паз шириной

"а", в котором размещена обмоткв 2. В

3S мвгнитопроводе индукторв, соосно с ним расположен мвгнитолровод 3 якоря, имеющий кольцевой пвз шириной "в", в котором расположена короткоэамкнутвя обмот ка 4. Между индуктором и якорем име- 4, ется зазор д"", минимальная величина которого определяется возможностью свободного перемещения якоря внутри индуктора в вксивльном направлении. Размеры

Ю в и в в 10-30 рвз превосходят ве- 45 личину зазора "о ". Короткозвмкнутвя обмотка выполнена в виде одного витка из мвтеривлв с высокой электропроводностью и звнимвет всю площадь сечения паза. Мвгнитопровод 3 якоря выполнен с продольными пазами 5. Обмотка 2 создает магнитный поток Ф.

Двигатель работает следующим образом. 55

В начальном положении середина пвэв якоря смещена относительно середины паза индукторв в сторону предлолагвемого движения якоря на величину h . В обмот26

4 ку индукторв подается импульсный или переменный ток.

Г

За счет хорошей магнитной связи обмоток индуктора и якорявкороткозамкнутой обмотке якоря наводится ток, что препятствует проникновению потока, создаваемо го обмоткой 2, в магнитолровод якоря, охввтываемого обмоткой 4. B результате большвя часть соэдаввемого обмоткой

2 магнитного потока замыкается в немагнитном объеме между обмотками 2 и

4 и нв якорь 3 с обмоткой 4 создается магнитное давление. Аксиальная составляют щвя этого давления создает тяговое усилие для перемещения якоря относительно индуктора в сторону увеличения начал ного смещения. При этом происходит преобразование запасенной в магнитном поле индуктора энергии в механическую энергию якоря.

Действующее нв якорь усилие опреде1 ляется током 1 в обмотке индуктора, I током в обмотке якоря и частной производной вэвимоиндуктивности М между обмотками ло перемещению якоря. дм, уа1,1а д

: При h»0 пвз якоря расположен симмет рично относительно пвэв индукторв, лроизводнвя д и электромагнитная сила, дМ действующая в вксивльном направлении, равны нулю.

При h )$ + ф пазы индуктора и якоря перекрываются соответственно мвгни-. топроводами якоря и индукторв, что также определяет значения производной взвимоиндуктивности по перемещению и электромагнитной силы, близкими к нулю, При Оап(« - i 4- производная вэв2. 2. имоиндуктивности имеет конечное энвчение, что и обуславливает необходимость начвльного смещения середин пазов индукторв и якоря нв величину

При перемещении якоря нв величину более h, энергопреобрвзование практически не происходит, а кинетическую энергию движения якоря можно испольэовать для выполнения рвботы. Нвпример, в случве использования двигателя в ударном механизме якорь наносит удар по рабочему телу. При дальнейшем движении якоря относительно индуктора перекрытия ширины пвзов якоря и индуктора магнитопроводами индукторв и якоря уменьшают ся, при этом магнитная проводимость пазов также уменьшается и лри протекании тока и обмотках возниквют электро» мвгнитные силы„тормозящие движение як<э686

5 ря и уменьшающие его скорость. Торможение якоря в индукторе с помощью магнит» ного поля якоря и индуктора в ряде случаев позволяет отказаться от специальных демпферных систем, например, во:- . душного или гидравлического типа. Для возврата якоря в исходное положение могут применяться пружины и другие устройства. Ширину пазов на якоре и индукторе целесообразно выбирать в 10-.30 1О раз превосходящей величину технологичео<ого зазора "д между индуктором и якорем. Если это условие не выполняется и ширина пазов выбирается меньше, то энергия магнитного поля в зазоре 8 становится соизмеримой с энергией мат нитного поля, преобразованной в механическую, и КПД работы двигателя снижается.

Продольные пазы в сплошном поле мах>о нитопровода 3 якоря уменьшают вредное влияние вихревых токов на преобразование энергии. Если конструкция якоря выпол-. нена шихтованной, то продольные пазы в его магнитопроводе не выполняются. В некоторых случаях, например при необходимости иметь диаметр якоря больше диаметра индуктора, лучшего охлаждения подвижного якоря или иэ других соображений конструкция двигателя может быть выполнена обращенной, то есть с размещением индуктора внутри полого якоря.

При движении якоря магнитопровод якоря перекрывает ширину паза индуктора, а магнитопровод индуктора - ширину

35 паза якоря, что приводит при ненасыщенной магнитной системе к снижению энергии магнитного поля двигателя в конце движения, действующего значения тока

126

6 обмотки, снижению потребляемой реактив ной мощности и, в конечном итоге, к повышению КПД двигателя.

Размещение обмоток индуктора и якоря в кольцевых пазах исключает возмож ность механических ударов обмоток одна о другую и ударов обмотки якоря о детали индуктора, улучшает крепление обмоток и, следовательно, повышает надежность двигателя.

Описанная конструкция двигателя имеет КПД преобразования энергии 30-35%, что значительно превышает КПД преоб разования прототипа.

Формула изобретения

Электрическяй двигатель. возвратнопоступательного движения, содержащий неподвижный индуктор с ма1.нитопроводом и обмоткой, н подвижный якорь с коротко» замкнутой обмоткой, о т л и ч а юш и R с я тем, что, с целью повышения

КПД и надежности, якорь содержит мат нитопровод, магнитопроводы индуктора и якоря выполнены в виде соосных, расположенных один в другом цилиндров с кольцевыми пазами для размещения.обмоток, причем ширина кольцевых пазов больше величины зазора между якорем и индуктором в 10-30 раз.

Источникя информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 34 3585458, кл. 31 -156 196S.

2. Шмаргунов К. Н. "Электрические молотки, Л-М., "Машгиз, 1950, с. 7.

° ° °

:.г а" °

1 6М()).26

° ф Ф! !НИИПИ Заказ 5474/5:3 Тираж 857 Подписное

Филиал ППП Патент, ". Ужгород, ул. Проектная, 4