PL229632B1 - Liniowy silnik elektryczny prądu stałego - Google Patents

Abstract

Niniejszy patent przedstawia modyfikację konstrukcji liniowych silników elektrycznych prądu stałego TDCM4 o znacząco lepszej sprawności i charakterystyce pracy od obecnie istniejących. Modyfikacja polega na połączeniu elementów ferromagnetycznych osłaniających zewnętrzne powierzchnie aktywnych fragmentów uzwojeń stojana lub ruchomych uzwojeń silników liniowych z magnesami stałymi. Dzięki takiemu rozwiązaniu uproszczono konstrukcję silników liniowych.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest silnik liniowy prądu stałego.

Obecny stan techniki, to zgłoszenia patentowe nr. P.382781, P.383053 i patent PAT 224419 dokonane przez D.S. Sobolewskiego, w którym zastosowano rdzeń magnetyczny (Rm 1) mocowany do wirnika silnika. Rdzeń magnetyczny (Rm1) jest zbudowany z parzystej liczby magnesów stałych połączonych ze sobą elementami ferromagnetyka miękkiego. Utworzone w ten sposób fragmenty obwodów magnetycznych, w których źródłami siły magnetomotorycznej są magnesy stałe, zamyka się poprzez elementy (Eln), (En) i stojan silnika (St1) wykonane z ferromagnetyka miękkiego. Przy czym uzwojenia stojana (Cun) umieszczane są w żłobkach elementów optymalizujących (Eln).

Znany jest również patent US5309050A opracowany przez Fernando B. Morinigo i Keith O. Stuart, który opisuje konstrukcję siłownika elektromagnetycznego. Siłownik zbudowany jest z pary uzwojeń elektrycznych w kształcie cewek oplatających elementy dwóch prętów wykonanych z ferromagnetyka miękkiego połączonych źródłem strumienia pola magnetycznego. Para uzwojeń elektrycznych jest mocowana do prętów za pomocą łożysk liniowych. Wewnętrzne powierzchnie zastosowanej pary uzwojeń elektrycznych (powierzchnie, które stykają się ze sobą po zbliżeniu ich do siebie) nie są osłonięte elementami wykonanymi z ferromagnetyka miękkiego. Obszar roboczy siłownika jest zredukowany do odległości pomiędzy parą uzwojeń elektrycznych pomniejszonej o rozmiary liniowe źródła strumienia pola magnetycznego.

Liniowy silnik elektryczny prądu stałego zbudowany z rdzenia magnetycznego wykonanego z ferromagnetyka miękkiego w kształcie pręta o dowolnym przekroju poprzecznym, na którym nawinięto, przewodem elektrycznym w izolacji, w równych odległościach, uzwojenia elektryczne, dla których pręt jest rdzeniem, bądź z rdzenia magnetycznego wykonanego z elementów ferromagnetyka miękkiego w kształcie prętów, które łączą bez szczelin jednoimienne bieguny magnetyczne magnesów stałych, który to rdzeń magnetyczny umieszczony jest we wnętrzu elementu optymalizującego wykonanego z ferromagnetyka miękkiego w kształcie pierścienia, w którego żłobkach umieszcza się bezkarkasowe uzwojenia stojana w kształcie cewek nawinięte przewodem miedzianym w izolacji, którego zewnętrzne powierzchnie boczne łączone są bez szczeliny powietrznej z magnesami stałymi, których wektor magnetyzacji jest ortogonalny do tych powierzchni bocznych a zwrot zgodny ze zwrotem wektora ortogonalnego do tych powierzchni i należącego do repera wyznaczającego orientację tych powierzchni (np. zwrot od wewnątrz elementu na zewnątrz), które to elementy optymalizujące mocuje się do rdzenia magnetycznego za pomocą łożysk liniowych.

Rozwiązanie ma na celu uproszczenie konstrukcji silników liniowych i optymalizację ich obwodów magnetycznych, co prowadzi do znaczącej redukcji kosztów ich produkcji.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym przedstawiono na fig. 1 s. schematyczny układ silnika liniowego.

Na rysunku schematycznym fig. 1 przedstawiono przykład realizacji silnika liniowego, którego rdzeń magnetyczny (Rm1) zbudowany jest z magnesów stałych (M1) i (M2) połączonych prętem wykonanym z ferromagnetyka miękkiego o przekroju poprzecznym (np. prostokątnym, kolistym, itp.) dostosowanym do kształtu powierzchni bocznych magnesów stałych (M1) i (M2). Pręt rdzenia magnetycznego (Rm1) łączy jednoimienne bieguny magnesów trwałych (M1) i (M2), których wektor magnetyzacji jest ortogonalny do powierzchni podstawy pręta i jest współliniowy z kierunkiem wyznaczonym przez długość pręta.

W innym przykładzie realizacji zamiast magnesów stałych (M1) i (M2) można wykorzystać do budowy rdzenia magnetycznego (Rm1) elektromagnesy. W takim przykładzie realizacji pręt (Rm 1) jest jednolity a w miejscach magnesów (M1 ) i (M2) posiada zagłębienia, w których nawija się przewodem miedzianym w izolacji dwa uzwojenia w kształcie solenoidów. Uzwojenia zasila się prądem stałym w ten sposób, że polaryzacja pola magnetycznego pokrywa się z polaryzacją magnesów (M1) i (M2) - fig. 1.

Przedstawiony na rysunku schematycznym fig. 1 element optymalizacyjny (El1) jest wykonany z ferromagnetyka miękkiego, w którego żłobku bądź żłobkach umieszcza się uzwojenie bezkarkasowe (Cu1) nawinięte przewodem miedzianym w izolacji.

Element optymalizacyjny (El1) jest w kształcie pierścienia o średnicy wewnętrznej nieznacznie większej (rzędu dziesiątych części milimetra) niż średnica pręta rdzenia magnetycznego (Rm 1) i jest mocowany do łożysk liniowych (np. łożysk ślizgowych) osadzonych na (Rm 1) zapewniając mu swobodne przemieszczanie się wzdłuż pręta - fig. 1.

PL 229 632 B1

Z uwagi na geometrię elementu (Eli) oraz uzwojenia (Cul) element optymalizujący (Eli) musi być mocowany uzwojeniu (Cu1), co w przypadku konstrukcji tego elementu z blach elektrotechnicznych wymusza ich skręcenie bezpośrednio na uzwojeniu (Cu1).

Do powierzchni zewnętrznych elementu optymalizującego (El1) jest podłączony bez szczeliny powietrznej magnes stały (Md 1), który zamyka obwody magnetyczne rdzenia magnetycznego (Rm 1). W zależności od kształtu zewnętrznych powierzchni bocznych elementu (El1) magnes stały (Md1) może być zbudowany z wycinków pierścieni magnesowanych promieniowo bądź z magnesów sztabkowych magnesowanych ortogonalnie do powierzchni podstaw - fig. 1.

Magnes (Md1) musi być podłączony do elementu optymalizującego właściwym biegunem magnetycznym, co zaznaczono na rysunku fig. 1 - biegunem magnetycznym „S” w przypadku gdy biegunami magnetycznymi magnesów stałych (Mi) i (M2), które są połączone prętem wykonanym z ferromagnetyka, są bieguny „N”.

Uzwojenie silnika liniowego (Cu1) jest podłączone do zasilania (Z1) poprzez komutator (K), który umożliwia włączenie i wyłączenie zasilania oraz zmianę kierunku przepływającego prądu przez uzwojenie (Cu1).

Zasada Działania

Uzwojenie (Cu1) silnika liniowego jest umieszczone w polu magnetycznym rdzenia magnetycznego (Rm1), które tworzy dwa obwody magnetyczne zamykające się przez element optymalizujący (El1) wykonany z ferromagnetyka miękkiego i magnes stały (Md 1), co jest uwidocznione na rysunku fig. 1.

Elementami obwodów magnetycznych są magnesy stałe (Mi) i (M2), elementy pręta rdzenia magnetycznego (Rm1), szczelina powietrzna (rzędu dziesiątych części milimetra) pomiędzy prętem a elementem optymalizującym (El1 ), element optymalizujący (El1 ) oraz magnes stały (Md1).

Po włączeniu zasilania (Z1) za pomocą komutatora (K) przez uzwojenie (Cu 1) w kształcie cewki płynie prąd w kierunku prostopadłym do kierunku pola magnetycznego rdzenia magnetycznego (Rm 1) tworzącego obwody magnetyczne w wyniku czego na każdy element przewodnika uzwojenia (Cu1) działa siła skierowana w tym samym kierunku i o tym samym zwrocie, co umożliwia przemieszczanie się uzwojenia (Cul) względem rdzenia magnetycznego (Rm1) — działa siła Lorentza.

ZASTOSOWANIE

Liniowy silnik elektryczny prądu stałego znajdzie zastosowanie w automatyce.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Liniowy silnik elektryczny prądu stałego zbudowany z rdzenia magnetycznego (Rm 1) wykonanego z ferromagnetyka miękkiego w kształcie pręta o dowolnym przekroju poprzecznym, na którym nawinięto, przewodem elektrycznym w izolacji, w równych odległościach, uzwojenia elektryczne, dla których pręt jest rdzeniem, bądź z rdzenia magnetycznego (Rm1) wykonanego z elementów ferromagnetyka miękkiego w kształcie prętów, które łączą bez szczelin jednoimienne bieguny magnetyczne magnesów stałych, znamienny tym, że rdzeń magnetyczny (Rm1 ) umieszczony jest we wnętrzu elementu optymalizującego (El1) wykonanego z ferromagnetyka miękkiego w kształcie pierścienia, w którego żłobkach umieszcza się bezkarkasowe uzwojenie stojana (Cu1 ) w kształcie cewki nawinięte przewodem miedzianym w izolacji, którego zewnętrzne powierzchnie boczne łączone są bez szczeliny powietrznej z magnesami stałymi (Mdi), których wektor magnetyzacji jest ortogonalny do tych powierzchni bocznych a zwrot zgodny ze zwrotem wektora ortogonalnego do tych powierzchni i należącego do repera wyznaczającego orientację tych powierzchni (np. zwrot od wewnątrz elementu (El1) na zewnątrz), który to element optymalizujący (El1) mocuje się do rdzenia magnetycznego (Rm1 ) za pomocą łożysk liniowych.