PL206292B1 - Tubowy silnik liniowy wielofazowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest tubowy silnik liniowy wielofazowy przeznaczony szczególnie do manipulatorów i robotów.

Znane tubowe silniki liniowe posiadają jednoczęściowy stojan z cewkami i biegnik. Stojan składa się z rdzenia ferromagnetycznego, stanowiącego obwód magnetyczny. Części ferromagnetyczne stojana są lite lub pakietowane. Biegnik, w zależności od typu silnika, zawiera magnesy trwałe. Jest on ukształtowany w sposób umożliwiający generację siły przy przepływie prądu przez uzwojenie stojana. W niektórych konstrukcjach magnesy są przedzielone pierścieniami ferromagnetycznymi, w innych biegnik jest uzębiony i nie zawiera magnesów trwałych.

Znany z brytyjskiego patentu nr GB2101816 elektromagnetyczny silnik liniowy posiada stojan o moduł owej budowie skł adają cy się z trzech lub czterech odseparowanych od siebie magnetowodów z uzwojeniem trzyfazowym lub czterofazowym. Każ dy z magnetowodów posiada trzy bieguny magnetyczne. Biegnik jest uzębiony i nie zawiera magnesów trwałych.

Znany z publikacji Zhu Z.Q., Hor P.J., Howe D., Rees-Jones J.: Calculation of cogging force in a novel slotted linear tubular brushless permanent magnet motor, IEEE Trans, on Magnetics, Vol. MAG-33, No.5, 1997, pp.4098-4100 tubowy silnik liniowy dwufazowy z magnesami trwałymi w biegniku, posiada stojan składający się z dwóch separowanych segmentów, których rdzenie ferromagnetyczne mają prostokątne zęby.

Znany z publikacji Zhu Z.Q., Hor P.J., Howe D., Rees-Jones J.: „Novel linear tubular brushless permanent magnet motor, VIII EMD, Robinson College, Cambridge, UK, September 1-3, 1997, pp. 91-95 tubowy silnik liniowy dwufazowy z magnesami trwałymi w biegniku, posiada trójsegmentowy stojan. Znany jest również tubowy silnik liniowy dwufazowy z dwusegmentowym stojanem, przy czym każdy segment ma dwa zęby.

Znane tubowe silniki liniowe mają jednoczęściowy stojan nastręczający poważne trudności wykonawcze. Charakteryzują się stosunkowo dużą wartością siły zaczepowej i stosunkowo dużymi tętnieniami siły znamionowej ciągu, co utrudnia ich sterowanie.

Istota tubowego silnika liniowego wielofazowego polega na tym, że stojan składa się z co najmniej trzech segmentów, których rdzenie mają co najmniej dwa zęby, przy czym liczba segmentów równa jest liczbie faz. Korzystnie jest, gdy zęby mają trapezoidalny kształt. Korzystnie jest, gdy obudowa biegnika wykonana jest ze stali austenicznej. Korzystnie jest, gdy silnik posiada co najmniej dwa stojany. Korzystnie jest również, gdy silnik posiada łożysko ślizgowe.

Tubowy silnik liniowy według wynalazku jest prostszy w wykonaniu w porównaniu ze znanymi silnikami tubowymi, przy znacznie mniejszym zużyciu materiału magnetycznego przypadającego na jednostkę siły ciągu. Szczeliny między segmentami stojana umożliwiają łatwe chłodzenie silnika. Konstrukcja pozwala na prostą rozbudowę tubowego silnika o kolejne stojany zwiększając tym samym siłę ciągu. Konstrukcja stojana umożliwia wykorzystanie zasilania wielofazowego o dowolnej liczbie faz, co zmniejsza tętnienia siły znamionowej, a w konsekwencji zapewnia płynny ruch biegnika, który jest istotny przy pracy silnika pełniącego funkcję precyzyjnego pozycjonera. Tubowe silniki według wynalazku mają znacznie mniejszą siłę zaczepową niż silniki z jednym stojanem i z jednym biegnikiem, co jest niezwykle ważne przy wykorzystaniu ich w manipulatorach i robotach.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania objaśniony jest na rysunku przedstawiającym tubowy silnik liniowy pięciofazowy w przekroju osiowym.

Stojan tubowego silnika liniowego pięciofazowego według wynalazku składa się z pięciu segmentów odseparowanych od siebie przekładkami 2 z materiału nieferromagnetycznego. Każdy segment 1 wykonany jest z materiału ferromagnetycznego i ma dwa zęby 4 o trapezoidalnym kształcie i jedną cewkę.

Elementy składowe stojana usytuowane są w obudowie 3 wykonanej z materiału nieferromagnetycznego, łączonej śrubami. Biegnik składa się z naprzemian ułożonych magnesów pierścieniowych 5 i z pierścieni ferromagnetycznych 6, które są nałożone na gwintowany pręt 7 nieferromagnetyczny i połączone za pomocą śrub poprzez przekładki konstrukcyjne 9 nieferromagnetyczne. Na biegnik nałożona jest rura 11 ze stali austenitycznej, poruszająca się wraz z całym biegnikiem wewnątrz łożysk ślizgowych 8. Łożyska ślizgowe 8 są zabezpieczone przed wypadnięciem za pomocą pierścienia 10 połączonego z obudową stojana 3. Gdy tubowy silnik liniowy pięciofazowy pracuje w trybie pracy krokowej zasilany jest prądem zmiennym o prostokątnym kształcie. W pierwszym kroku wymuszany jest przepływ prądu w cewce A w kierunku dodatnim i wówczas biegnik przeskakuje o 1/5 poPL 206 292 B1 działki biegunowej. Następnie cewka D zasilana jest prądem ujemnym. W trzecim kroku cewka B zasilana jest prądem dodatnim. W czwartym kroku cewka E zasilana jest prądem ujemnym, a w piątym kroku cewka C prądem dodatnim. W ten sposób silnik wykonuje skok o jedną podziałkę biegunową co odpowiada sumie wysokości magnesu i pierścienia ferromagnetycznego. Powtórzenie powyższej sekwencji z odwrotnymi zwrotami prądów pozwala na przesunięcie biegnika o kolejną podziałkę biegunową. W przypadku pracy synchronicznej tubowego silnika liniowego pięciofazowego według wynalazku uzwojenia silnika zasilane są prądem sinusoidalnie zmiennym.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Tubowy silnik liniowy wielofazowy posiadający stojan i biegnik, przy czym stojan składa się z separowanych segmentów zawierają cych lity rdzeń ferromagnetyczny i cewkę , a w biegniku są magnesy trwałe, znamienny tym, że stojan składa się z co najmniej trzech segmentów (1), których rdzenie mają co najmniej dwa zęby (4), przy czym liczba segmentów (1) równa jest liczbie faz.
2. 2. Tubowy silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zęby (4) mają trapezoidalny kształt.
3. 3. Tubowy silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rura (11) nałożona na biegnik wykonana jest ze stali austenicznej.
4. 4. Tubowy silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada co najmniej dwa stojany.
5. 5. Tubowy silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada łożysko ślizgowe (8).