RU101591U1

RU101591U1 - PERMANENT MAGNET DRIVE

Info

Publication number: RU101591U1
Application number: RU2010132236/07U
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 с торцевыми крышками из немагнитного материала, внутри которого размещен каркас из немагнитного материала со статорной обмоткой возбуждения, внутри которого размещен способный к возвратно-поступательному перемещению якорь как минимум с двумя кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью, закрепленными на оси из диамагнитного материала, отличающийся тем, что кольцевые постоянные магниты зафиксированы на оси с расположенными на встречу друг другу одноименными полюсами с зазором, величина которого устанавливается распорными втулками из немагнитного материала, а число кольцевых постоянных магнитов определяется мощностью привода. ! 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что статорная обмотка возбуждения выполнена из отдельных секций, размещенных между разделительными щечками на каркасе, с одинаковым направлением намотки и числом их витков. ! 3. Привод по п.1, отличающийся тем, что относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота каждого кольцевого постоянного магнита составляет (0,2-0,4) от диаметра кольцевого постоянного магнита; величина зазора между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов составляет (0,5-1) от их высоты; длина каждой секции статорной обмотки возбуждения как минимум в три раза меньше суммарного значения высоты кольцевого постоянного магнита и зазора между соседними кольцевыми постоянными магнитами, а частное от деления этого суммарного значения на длину секции является целочисленным; высота намотки каждой секции статорной обмотк� 1. Permanent magnet drive, comprising a cylindrical body of soft magnetic iron with end caps of non-magnetic material, inside of which there is a frame of non-magnetic material with a stator field winding, inside of which is placed an arm capable of reciprocating movement with at least two ring permanent magnets with axial magnetization, mounted on an axis of diamagnetic material, characterized in that the ring permanent magnets are fixed on the axis with located on trechu each other with the same poles with a gap, the value of which is determined spacers of non-magnetic material and the number of the annular permanent magnets is determined by the power actuator. ! 2. The drive according to claim 1, characterized in that the stator field winding is made of separate sections located between the dividing cheeks on the frame, with the same winding direction and the number of turns. ! 3. The drive according to claim 1, characterized in that the relative dimensions of the said constituent elements are in the following limits: the height of each annular permanent magnet is (0.2-0.4) of the diameter of the annular permanent magnet; the gap between the same poles of the ring permanent magnets is (0.5-1) of their height; the length of each section of the stator field winding is at least three times less than the total height of the ring permanent magnet and the gap between adjacent ring permanent magnets, and the quotient of dividing this total value by the length of the section is integer; winding height of each section of the stator winding

Description

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в устройствах автоматики, в качестве приводных устройств различных механизмов и машин, в т.ч. 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 means.

Известны устройства, содержащие постоянные магниты, обмотки возбуждения, обеспечивающие преобразование электрической энергии в возвратно-поступательное перемещение якоря (см. А.С. СССР №860227, опубликованное 30.08.81 Бюл. №32) прототип.Known devices containing permanent magnets, field windings, providing the conversion of electrical energy into reciprocating movement of the armature (see AS USSR No. 860227, published 30.08.81 Bull. No. 32) prototype.

Недостатком прототипа является низкий КПД преобразования энергии, связанный с перемагничиванием статорных постоянных магнитов, малая величина перемещения якоря, отсутствие возможности удержания якоря в промежуточных положениях и регулирования мощности, отсутствие возможности реверса из любого положения якоря и малое быстродействие, связанное с необходимостью затрат времени на зарядку конденсатора, что ограничивает сферу применения привода.The disadvantage of the prototype is the low efficiency of energy conversion associated with the magnetization reversal of the stator permanent magnets, the small amount of movement of the armature, the inability to hold the armature in intermediate positions and power control, the inability to reverse from any position of the armature and the low speed associated with the need for time consuming charging the capacitor , which limits the scope of application of the drive.

Технический результат заключается в повышении КПД преобразования энергии, увеличении диапазона перемещения якоря, в достижении возможности удержания якоря в любом промежуточном положении, увеличении быстродействия, возможность реверса из любого положения, что расширяет сферу его применения.The technical result consists in increasing the efficiency of energy conversion, increasing the range of movement of the armature, in achieving the ability to hold the armature in any intermediate position, increasing speed, the possibility of reverse from any position, which expands the scope of its application.

Технический результат достигается тем, что привод на постоянных магнитах содержит цилиндрический корпус из магнитомягкого железа с торцевыми крышками из немагнитного материала, внутри которого размещен каркас из немагнитного материала со статорной обмоткой возбуждения, внутри которого размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь, как минимум, с двумя кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью, закрепленными на оси из диамагнитного материала.The technical result is achieved by the fact that the permanent magnet drive comprises a cylindrical casing made of soft magnetic iron with end caps made of non-magnetic material, inside of which there is a frame made of non-magnetic material with a stator field winding, inside of which is placed, capable of reciprocating movement, an anchor, at least , with two annular permanent magnets with axial magnetization, mounted on an axis of diamagnetic material.

Особенностью является то, что кольцевые постоянные магниты зафиксированы на оси с расположенными навстречу друг другу одноименными полюсами с зазором, величина которого устанавливается распорными втулками из немагнитного материала, а число кольцевых постоянных магнитов определяется мощностью привода. Статорная обмотка возбуждения выполнена из отдельных секций, размещенных между разделительными щечками на каркасе, с одинаковым направлением намотки и числом их витков. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота каждого кольцевого постоянного магнита составляет (0,2÷0,4) от диаметра кольцевого постоянного магнита; величина зазора между одноименными полюсами кольцевых магнитов составляет (0,5÷1) от их высоты; длина каждой секции статорной обмотки возбуждения, как минимум, в три раза меньше суммарного значения высоты кольцевого постоянного магнита и зазора между соседними кольцевыми постоянными магнитами, а частное от деления этого суммарного значения на длину секции является целочисленным; высота намотки каждой секции статорной обмотки возбуждения не должна превышать половины высоты кольцевого постоянного магнита; длина каркаса со статорной обмоткой возбуждения равна суммарной величине длины хода якоря и расстояния между внешними торцами крайних кольцевых постоянных магнитов, размещенных на оси якоря. Начало и конец каждой секции статорной обмотки возбуждения электрически связаны с источником постоянного тока через электронный коммутатор, управляемый электронным блоком датчиков позиций якоря.The peculiarity is that the ring permanent magnets are fixed on the axis with the same poles facing each other with a gap, the value of which is set by spacers made of non-magnetic material, and the number of ring permanent magnets is determined by the drive power. The stator field winding is made of separate sections located between the dividing cheeks on the frame, with the same direction of winding and the number of turns. The relative dimensions of the said constituent elements are in the following ranges: the height of each annular permanent magnet is (0.2 ÷ 0.4) of the diameter of the annular permanent magnet; the gap between the same poles of the ring magnets is (0.5 ÷ 1) of their height; the length of each section of the stator field winding is at least three times less than the total height of the annular permanent magnet and the gap between adjacent annular permanent magnets, and the quotient of dividing this total value by the length of the section is integer; the winding height of each section of the stator field winding should not exceed half the height of the annular permanent magnet; the length of the frame with a stator field winding is equal to the total value of the armature stroke length and the distance between the outer ends of the outer ring permanent magnets located on the axis of the armature. The beginning and end of each section of the stator field winding 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 - конструкция привода на постоянных магнитах; на фиг.2(a) и 2(б) - схематическое представление визуализированных силовых магнитных линий, пересекающих витки секций статорной обмотки возбуждения, находящихся над зазорами между одноименными полюсами и замыкающихся через участки ферромагнитного корпуса.The essence of the utility model is illustrated by graphic materials, which depict: in Fig.1 - design of a permanent magnet drive; figure 2 (a) and 2 (b) is a schematic representation of the visualized magnetic lines of force crossing the turns of the sections of the stator field winding located above the gaps between the poles of the same name and closed through sections of the ferromagnetic casing.

Привод на постоянных магнитах (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1 из мягкомагнитного железа с торцевыми крышками 2 из немагнитного материала. Внутри корпуса 1 размещен каркас 3 из немагнитного материала со статорной обмоткой возбуждения, внутри которого размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь, как минимум, с двумя кольцевыми постоянными магнитами 4 с осевой намагниченностью, закрепленными на оси 5 из диамагнитного материала. Кольцевые постоянные магниты 4 зафиксированы на оси 5 с помощью фиксирующих гаек 6 на встречу друг к другу одноименными полюсами. Величина зазора δ устанавливается распорными втулками 7 из немагнитного материала, а число постоянных магнитов 4 в якоре определяется мощностью привода.The permanent magnet drive (FIG. 1) comprises a cylindrical housing 1 made of soft magnetic iron with end caps 2 made of non-magnetic material. A frame 3 made of non-magnetic material with a stator field winding is placed inside the housing 1, and an armature with at least two ring permanent magnets 4 with axial magnetization fixed to the axis 5 of diamagnetic material is placed inside it, capable of reciprocating movement. Ring permanent magnets 4 are fixed on the axis 5 with the help of fixing nuts 6 to meet each other with the same poles. The gap value δ is set by spacers 7 of non-magnetic material, and the number of permanent magnets 4 in the armature is determined by the drive power.

Статорная обмотка возбуждения выполнена из отдельных секций 8, размещенных между разделительными щечками 9 на каркасе 3.The stator field winding is made of separate sections 8 located between the dividing cheeks 9 on the frame 3.

Относительные размеры упомянутых составных элементов находится в следующих пределах: высота h каждого кольцевого магнита составляет (0,2…0,4) от диаметра D кольцевого постоянного магнита 4; величина зазора δ между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов 4 составляет (0,5…1) от их высоты h; длина l_k каждой секции статорной обмотки возбуждения как минимум в 3 раза меньше суммарного значения высоты h кольцевого постоянного магнита 4 и зазора δ между соседними кольцевыми постоянными магнитами 4. Частное К от деления этого суммарного значения (h+δ) на длину l_k является целочисленным K=(h+δ)/l_k, где К=1, 2, 3,…; высота намотки в каждой секции 8 статорной обмотки возбуждения не должна превышать половины высоты h/2 кольцевого постоянного магнита 4 (b<h/2); длина l_k каркаса 3 со статорной обмоткой возбуждения равна суммарной величине длины L_x хода якоря и расстояния L_m между внешними торцами крайних кольцевых постоянных магнитов 4, размещенных на оси 5 якоря. Начало H₁, Н₂, Н₃,…Н_n и конец К₁, К₂, К₃,…К_n каждой секции 8 статорной обмотки возбуждения электрически связаны с источником 10 постоянного тока через электронный коммутатор 11, управляемый электронным блоком 12 датчиков позиции якоря. Демферы 13 защищают от ударов якоря о крышки 2 корпуса в крайних положениях.The relative dimensions of the said constituent elements are in the following ranges: the height h of each ring magnet is (0.2 ... 0.4) from the diameter D of the ring permanent magnet 4; the gap value δ between the same poles of the ring permanent magnets 4 is (0.5 ... 1) of their height h; the length l _{k of} each section of the stator field winding is at least 3 times less than the total height h of the ring permanent magnet 4 and the gap δ between adjacent ring permanent magnets 4. The quotient K of dividing this total value (h + δ) by the length l _k is integer K = (h + δ) / l _k , where K = 1, 2, 3, ...; the winding height in each section 8 of the stator field winding should not exceed half the height h / 2 of the annular permanent magnet 4 (b <h / 2); the length l _{k of the} frame 3 with the stator field winding is equal to the total value of the length L _{x of the} armature travel and the distance L _m between the outer ends of the outer ring permanent magnets 4 located on the axis 5 of the armature. The beginning of H ₁ , H ₂ , H ₃ , ... H _n and the end of K ₁ , K ₂ , K ₃ , ... K _{n of} each section 8 of the stator field winding are electrically connected to a direct current source 10 through an electronic switch 11 controlled by the sensor electronics 12 anchor position. Dampers 13 protect against impact of the anchor on the cover 2 of the housing in extreme positions.

На фиг 2 (а, б) схематически показаны визуализированные силовые магнитные линии магнитной индукции В, пересекающие витки секций 8, находящихся над зазорами δ между определенными полюсами, и замыкающиеся через участки ферромагнитного корпуса 1.Figure 2 (a, b) schematically shows the visualized magnetic lines of magnetic induction B, intersecting the turns of sections 8 located above the gaps δ between certain poles, and closing through sections of the ferromagnetic housing 1.

В зависимости от положения якоря, которое фиксируется электронным блоком 12, напряжение от источника 10 через электронный коммутатор 11, управляемый электронным блоком 12 датчиков позиции якоря, подается только на те секции 8 обмотки возбуждения, которые в данный момент находятся над зазорами δ между постоянными магнитами 4, причем, на секции 8 над зазором с северными полюсами подается напряжение одной полярности, а на секции 8 над зазором с южными полюсами - другой, обратной полярности. Взаимодействие тока, протекающего в кольцевых витках секций 8 с радиальным магнитным полем кольцевых постоянных магнитов 4 над зазорами δ вызовет перемещение якоря. Направление перемещения якоря будет зависеть от полярности напряжения на секциях 8 обмотки возбуждения. Смена полярности напряжения с помощью электронного коммутатора 11 при смещении якоря на расстояние (n+δ) сохранит направление его перемещения. Установка концевых выключателей (на чертеже не указано) обеспечивает реверс в крайних положениях и возвратно-поступательное движение якоря. Направление перемещения якоря из любого промежуточного положения может быть задано с помощью ручного пульта управления (на чертеже не показано), что бывает необходимо при использовании полезной модели в качестве привода передвижных средств.Depending on the position of the armature, which is fixed by the electronic unit 12, the voltage from the source 10 through the electronic switch 11, controlled by the electronic unit 12 of the armature position sensors, is applied only to those sections 8 of the field winding that are currently located above the gaps δ between the permanent magnets 4 moreover, in section 8 above the gap with the north poles a voltage of one polarity is applied, and in section 8 above the gap with the south poles - a different, reverse polarity. The interaction of the current flowing in the ring turns of sections 8 with the radial magnetic field of the ring permanent magnets 4 above the gaps δ will cause the armature to move. The direction of movement of the armature will depend on the polarity of the voltage in the sections 8 of the field winding. Changing the polarity of the voltage using the electronic switch 11 when the armature is displaced by a distance (n + δ) will preserve the direction of its movement. The installation of limit switches (not indicated in the drawing) provides reverse in extreme positions and reciprocating movement of the armature. The direction of movement of the anchor from any intermediate position can be set using the hand control panel (not shown in the drawing), which is necessary when using the utility model as a drive for mobile vehicles.

Claims

1. Permanent magnet drive, comprising a cylindrical body of soft magnetic iron with end caps of non-magnetic material, inside of which there is a frame of non-magnetic material with a stator field winding, inside of which is placed an arm capable of reciprocating movement with at least two ring permanent magnets with axial magnetization, mounted on an axis of diamagnetic material, characterized in that the ring permanent magnets are fixed on an axis with located on trechu each other with the same poles with a gap, the value of which is determined spacers of non-magnetic material and the number of the annular permanent magnets is determined by the power actuator.

2. The drive according to claim 1, characterized in that the stator field winding is made of separate sections located between the dividing cheeks on the frame, with the same winding direction and the number of turns.

3. The drive according to claim 1, characterized in that the relative dimensions of the said constituent elements are in the following limits: the height of each annular permanent magnet is (0.2-0.4) of the diameter of the annular permanent magnet; the gap between the same poles of the ring permanent magnets is (0.5-1) of their height; the length of each section of the stator field winding is at least three times less than the total height of the ring permanent magnet and the gap between adjacent ring permanent magnets, and the quotient of dividing this total value by the length of the section is integer; the winding height of each section of the stator field winding should not exceed half the height of the annular permanent magnet; the length of the frame with a stator field winding is equal to the total value of the armature stroke length and the distance between the outer ends of the outer ring permanent magnets located on the axis of the armature.

4. The drive according to claim 2, characterized in that the beginning and end of each section of the stator field winding are electrically connected to a direct current source through an electronic switch controlled by an electronic block of armature position sensors.