RU101590U1

RU101590U1 - PERMANENT MAGNET DRIVE

Info

Publication number: RU101590U1
Application number: RU2010132234/07U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Фёдорович Афанасьев; Татьяна Владимировна Афанасьева
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2011-01-20

Abstract

1. Привод на постоянных магнитах, содержащий цилиндрический корпус из магнитомягкого железа, внутри которого размещен каркас из немагнитного материала с статорной кольцевой индуктивной катушкой, внутри которой размещен способный к возвратно-поступательному перемещению якорь с кольцевыми постоянными магнитами с радиальной намагниченностью, закрепленными на оси из магнитомягкого железа, с одноименными магнитными полюсами по кольцу на внешней образующей, размещенными на оси по центру с зазорами один относительно другого, отличающийся тем, что все кольцевые постоянные магниты размещены между двумя профилированными ферромагнитными дисками, а статорная кольцевая индуктивная катушка выполнена из отдельных секций, размещенных между разделительными щечками каркаса, с одинаковым направлением намотки и числом их витков. ! 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота каждого из кольцевых постоянных магнитов и профилированных ферромагнитных дисков по образующей составляет (0,2÷0,4) от их диаметра; величина зазора между кольцевыми постоянными магнитами и профилированными ферромагнитными дисками одинакова и составляет 0,5 или 1 от их высоты; длина каждой секции статорной кольцевой индуктивной катушки равна величине зазора между кольцевыми постоянными магнитами; длина каркаса статорной кольцевой индуктивной катушки равна сумме длин: длине хода якоря и расстояния между внешними плоскостями крайних профилированных ферромагнитных дисков; число кольцевых постоянных магнитов определяется мощностью привода. ! 3. Привод по п.1, отл 1. Permanent magnet drive comprising a cylindrical casing made of soft magnetic iron, inside of which there is a frame made of non-magnetic material with a stator ring inductive coil, inside of which is placed an arm capable of reciprocating movement with ring permanent magnets with radial magnetization, mounted on an axis of soft magnetic iron, with the same magnetic poles in a ring on the outer generatrix, placed on the axis in the center with gaps one relative to the other, different the fact that all ring permanent magnets are placed between two profiled ferromagnetic disks, and the stator ring inductive coil is made of separate sections located between the dividing cheeks of the frame, with the same winding direction and the number of turns. ! 2. The drive according to claim 1, characterized in that the relative dimensions of the said constituent elements are in the following ranges: the height of each of the ring permanent magnets and shaped ferromagnetic disks along the generatrix is (0.2 ÷ 0.4) of their diameter; the gap between the ring permanent magnets and the profiled ferromagnetic disks is the same and is 0.5 or 1 of their height; the length of each section of the stator ring inductive coil is equal to the gap between the ring permanent magnets; the length of the frame of the stator ring inductive coil is equal to the sum of the lengths: the length of the armature travel and the distance between the outer planes of the extreme profiled ferromagnetic disks; the number of ring permanent magnets is determined by the drive power. ! 3. The drive according to claim 1, exc.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в устройствах автоматики, в качестве приводных устройств различных механизмов и машин, в том числе передвижных средств.The utility model relates to electrical engineering and can be used in automation devices, as drive devices of various mechanisms and machines, including mobile vehicles.

Известно устройство, содержащее постоянные магниты, статорную кольцевую индуктивную катушку, обеспечивающую преобразование энергии магнитного поля постоянных магнитов в энергию возвратно-поступательного движения якоря (см. Патент РФ на полезную модель №94391, опубликованный 20.05.2010, Бюл. №14), прототип.A device is known that contains permanent magnets, a stator ring inductive coil, which converts the energy of the magnetic field of permanent magnets into the energy of the reciprocating movement of the armature (see RF Patent for Utility Model No. 94391, published May 20, 2010, Bull. No. 14), prototype.

Недостатком прототипа является низкий КПД, связанный с большой длиной магнитной цепи, по которой замыкается магнитный поток постоянных магнитов и с тем, что основной магнитный поток постоянных магнитов взаимодействует только с частью витков статорной кольцевой индуктивной катушки, находящихся над постоянными магнитами, в то время, как в остальных витках катушки, находящихся вне основного магнитного потока, удаленных на оси постоянных магнитов, ток тратится только на нагрев провода катушки, что приводит к потерям энергии источника питания привода.The disadvantage of the prototype is the low efficiency associated with the large length of the magnetic circuit, which closes the magnetic flux of permanent magnets and the fact that the main magnetic flux of permanent magnets interacts only with a part of the turns of the stator ring inductive coil located above the permanent magnets, while in the remaining turns of the coil, located outside the main magnetic flux, removed on the axis of the permanent magnets, the current is spent only on heating the coil wire, which leads to loss of energy of the pit source Drive Ia.

Технический результат заключается в повышении КПД преобразования за счет уменьшения длины магнитопровода и потерь в нем, а также за счет уменьшения потерь энергии, потребляемой от источника питания, исключая из его цепи часть витков, не участвующих в создании сил перемещения якоря, в возможности увеличения диапазона перемещения якоря при постоянстве потребляемой мощности от источника питания.The technical result consists in increasing the conversion efficiency by reducing the length of the magnetic circuit and losses in it, as well as by reducing the loss of energy consumed from the power source, excluding from its circuit some of the turns that are not involved in creating the forces of movement of the armature, in the possibility of increasing the range of movement anchors with constant power consumption from the power source.

Технический результат достигается тем, что привод на постоянных магнитах содержит цилиндрический корпус из магнитомягкого железа, внутри которого размещен каркас из немагнитного материала со статорной кольцевой индуктивной катушкой, внутри которой размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь с кольцевыми постоянными магнитами с радиальной намагниченностью, закрепленными на оси из магнитомягкого железа, с одноименными магнитными полосами по кольцу на внешней образующей, размещенные на оси по центру с зазорами один относительно другого. Особенностью является то, что все кольцевые постоянные магниты размещены между двумя профилированными ферромагнитными дисками, а статорная кольцевая индуктивная катушка выполнена из отдельных секций, размещенных между разделительными щечками каркаса, с одинаковым направлением намотки и числом витков. Относительные размеры упомянутых составляющих элементов находятся в следующих пределах: внешние диаметры каждого из кольцевых постоянных магнитов и профилированных ферромагнитных дисков одинаковы; высота каждого из кольцевых постоянных магнитов и профилированных ферромагнитных дисков по образующей составляет (0,2-0,4) от их диаметра; величина зазора между кольцевыми постоянными магнитами и профилированными ферромагнитными дисками одинакова и составляет 0,5 или 1 от их высоты; длина каждой секции статорной кольцевой индуктивной катушки равна величине зазора между кольцевыми постоянными магнитами; длина каркаса статорной кольцевой индуктивной катушки равна сумме длин: длине хода якоря и расстоянию между внешними плоскостями крайних профилированных ферромагнитных дисков; число кольцевых постоянных магнитов определяется мощностью привода. Начало и конец каждой секции статорной кольцевой индуктивной катушки электрически связаны с источником постоянного тока через электронный коммутатор, управляемый электронным блоком датчиков позиции якоря.The technical result is achieved by the fact that the permanent magnet drive comprises a cylindrical body made of soft magnetic iron, inside of which there is a frame made of non-magnetic material with a stator ring inductive coil, inside of which is placed, capable of reciprocating movement, an armature with ring permanent magnets with radial magnetization, fixed on the axis of soft magnetic iron, with the same magnetic stripes along the ring on the outer generatrix, placed on the axis in the center with gaps Din relative to the other. A feature is that all ring permanent magnets are placed between two profiled ferromagnetic disks, and the stator ring inductive coil is made of separate sections located between the dividing cheeks of the frame, with the same winding direction and number of turns. The relative sizes of the mentioned constituent elements are in the following limits: the outer diameters of each of the annular permanent magnets and shaped ferromagnetic disks are the same; the height of each of the ring permanent magnets and profiled ferromagnetic disks along the generatrix is (0.2-0.4) of their diameter; the gap between the ring permanent magnets and the profiled ferromagnetic disks is the same and is 0.5 or 1 of their height; the length of each section of the stator ring inductive coil is equal to the gap between the ring permanent magnets; the length of the frame of the stator ring inductive coil is equal to the sum of the lengths: the length of the armature stroke and the distance between the outer planes of the extreme profiled ferromagnetic disks; the number of ring permanent magnets is determined by the drive power. The beginning and end of each section of the stator ring inductive coil are electrically connected to a direct current source through an electronic switch controlled by an electronic block of sensors of the position of the armature.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - вид конструкции привода на постоянных магнитах на осевой плоскости сечения; на фиг.2 - вид конструкции привода в перпендикулярной плоскости сечения; на фиг.3 - схематическое представление визуализированных силовых магнитных линий, пересекающих витки секций статорной кольцевой индуктивной катушки и часть кольца магнитопровода.The essence of the utility model is illustrated by graphic materials, which depict: figure 1 - view of the design of the permanent magnet drive on the axial section plane; figure 2 is a view of the structure of the drive in a perpendicular plane of section; figure 3 is a schematic representation of the visualized magnetic lines of force crossing the turns of the sections of the stator ring inductive coil and part of the magnetic circuit ring.

Привод на постоянных магнитах (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1 из магнитомягкого железа, внутри которого размещен каркас 2 из немагнитного материала со статорной кольцевой индуктивной катушкой, внутри которой размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь с кольцевыми постоянными магнитами 3 с радиальной намагниченностью, закрепленными на оси 4 из магнитомягкого железа, с одноименными полюсами по кольцу (фиг.2) на внешней образующей, размещенные на оси 4 по центру с зазорами Δ один относительно другого.The permanent magnet drive (Fig. 1) comprises a cylindrical body 1 made of soft magnetic iron, inside of which there is a frame 2 made of non-magnetic material with a stator ring inductive coil, inside of which is placed, capable of reciprocating movement, an anchor with ring permanent magnets 3 with a radial magnetization, mounted on the axis 4 of soft magnetic iron, with the same poles on the ring (figure 2) on the outer generatrix, placed on the axis 4 in the center with gaps Δ one relative to the other.

Все кольцевые постоянные магниты 3 размещены между двумя профилированными ферромагнитными дисками 5. Статорная кольцевая индуктивная катушка выполнена из отдельных секций 6, размещенных между разделительными щечками 7 каркаса 2. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: внешние диаметры D каждого из кольцевых постоянных магнитов 3 и профилированных ферромагнитных дисков 5 одинаковы; высота h каждого из кольцевых постоянных магнитов 3 и профилированных ферромагнитных дисков 5 по образующей составляет (0,2-0,4) от их диаметра h=(0,2-0,4)D; величина зазора Δ между кольцевыми постоянными магнитами 3 и профилированными ферромагнитными дисками 5 одинакова и составляет 0,5 или 1 от их высоты h(Δ=0,5h) или Δ=h; длина L_k каждой секции статорной кольцевой индуктивной катушки равна величине зазора Δ между кольцевыми постоянными магнитами 3 L_к=Δ; длина каркаса 2 статорной кольцевой индуктивной катушки равна сумме длин - длине (L_x1+L_x2) хода якоря и расстояния L_m между внешними плоскостями крайних профилированных ферромагнитных дисков 5; число кольцевых постоянных магнитов 3 определяется мощностью привода. Начало H_i и конец K_i каждой секции 6 статорной кольцевой индуктивной катушки электрически связаны с источником 8 постоянного тока через электронный коммутатор 9, управляемый электронным блоком 10 датчиков позиции якоря. Кольцевые постоянные магниты 3 и профилированные ферромагнитные диски 5 посажены на ось 4 через упорные втулки 11 из диамагнетика и закреплены гайками 12. Для исключения ударного соприкосновения якоря с торцевыми крышками 13 при крайних положениях, к внутренним сторонам крышек 13 прикреплены (посажены на клей) демпферы 14. Зазор δ выбирается таким, чтобы обеспечить свободное перемещение якоря внутри каркаса 2 статорной индуктивной катушки. За счет установки на оси 4, рядом с крайними кольцевыми магнитами 3, ферромагнитных дисков с малым магнитным сопротивлением (фиг.3), сокращается длина магнитопровода, по которому замыкаются магнитные силовые линии 15, уменьшаются потери магнитного потока кольцевых постоянных магнитов 3, а за счет электронного коммутатора 9 к источнику 8 постоянного тока подключаются только те секции 7 статорной кольцевой индуктивной катушки с соответствующим направлением тока, которые активно и согласно взаимодействуют с магнитным полем кольцевых постоянных магнитов 3, что в конечном итоге приводит к повышению КПД преобразования энергии в приводе по сравнению с прототипом.All ring permanent magnets 3 are placed between two profiled ferromagnetic disks 5. The stator ring inductive coil is made of separate sections 6 located between the dividing cheeks 7 of the frame 2. The relative dimensions of the said constituent elements are in the following limits: the outer diameters D of each of the ring permanent magnets 3 and profiled ferromagnetic disks 5 are the same; the height h of each of the ring permanent magnets 3 and profiled ferromagnetic disks 5 along the generatrix is (0.2-0.4) of their diameter h = (0.2-0.4) D; the gap Δ between the ring permanent magnets 3 and the profiled ferromagnetic disks 5 is the same and is 0.5 or 1 of their height h (Δ = 0.5h) or Δ = h; the length L _{k of} each section of the stator ring inductive coil is equal to the gap Δ between the ring permanent magnets 3 L _k = Δ; the length of the frame 2 of the stator ring inductive coil is equal to the sum of the lengths - the length (L _x1 + L _x2 ) of the armature travel and the distance L _m between the outer planes of the extreme profiled ferromagnetic disks 5; the number of ring permanent magnets 3 is determined by the power of the drive. The beginning H _i and the end K _{i of} each section 6 of the stator ring inductive coil are electrically connected to the direct current source 8 through an electronic switch 9 controlled by the electronic unit 10 of the armature position sensors. Permanent ring magnets 3 and profiled ferromagnetic disks 5 are mounted on axis 4 through thrust sleeves 11 made of diamagnet and secured with nuts 12. To prevent impact contact of the armature with end caps 13 at extreme positions, dampers 14 are attached (glued) to the inner sides of the covers 13 (glued) The gap δ is chosen so as to ensure free movement of the armature inside the frame 2 of the stator inductive coil. Due to the installation on the axis 4, near the extreme ring magnets 3, of ferromagnetic disks with low magnetic resistance (Fig. 3), the length of the magnetic circuit through which the magnetic field lines 15 are closed is reduced, the magnetic flux losses of the ring permanent magnets 3 are reduced, and due to of the electronic switch 9 to the direct current source 8 are connected only those sections 7 of the stator ring inductive coil with the corresponding current direction, which actively and in accordance with the magnetic field of the ring constant x magnets 3, which ultimately leads to an increase in energy conversion efficiency in the drive in comparison with the prototype.

Claims

1. Permanent magnet drive, comprising a cylindrical casing of soft magnetic iron, inside of which there is a frame made of non-magnetic material with a stator ring inductive coil, inside of which there is an arm capable of reciprocating movement with ring permanent magnets with radial magnetization, mounted on an axis of soft magnetic iron, with the same magnetic poles in a ring on the outer generatrix, placed on the axis in the center with gaps one relative to the other, different the fact that all ring permanent magnets are placed between two profiled ferromagnetic disks, and the stator ring inductive coil is made of separate sections located between the dividing cheeks of the frame, with the same winding direction and the number of turns.

2. The drive according to claim 1, characterized in that the relative dimensions of the said constituent elements are in the following ranges: the height of each of the ring permanent magnets and shaped ferromagnetic disks along the generatrix is (0.2 ÷ 0.4) of their diameter; the gap between the ring permanent magnets and the profiled ferromagnetic disks is the same and is 0.5 or 1 of their height; the length of each section of the stator ring inductive coil is equal to the gap between the ring permanent magnets; the length of the frame of the stator ring inductive coil is equal to the sum of the lengths: the length of the armature travel and the distance between the outer planes of the extreme profiled ferromagnetic disks; the number of ring permanent magnets is determined by the drive power.

3. The drive according to claim 1, characterized in that the beginning and end of each section of the stator ring inductive coil are electrically connected to a direct current source through an electronic switch, controlled by an electronic unit of the armature position sensors.