RU101593U1

RU101593U1 - PERMANENT MAGNET DRIVE

Info

Publication number: RU101593U1
Application number: RU2010132225/07U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Фёдорович Афанасьев; Александр Григорьевич Ташлинский; 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, первый каркас из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд внешними кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, внутри которого размещен способный к возвратно-поступательному перемещению якорь с как минимум двумя кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью, закрепленными на оси из диамагнетика с встречным расположением одноименных полюсов и зазорами между ними, отличающийся тем, что ось якоря выполнена в виде тонкостенной трубки из диамагнетика, внутри которой помещен с возможностью возвратно-поступательного взаимного перемещения вдоль оси второй каркас из немагнитного материала с расположенными на нем внутренними кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, который размещен на ярме из магнитомягкого железа внутри оси якоря соосно с ней, торцы которого с помощью поперечных крепежных планок, проходящих через продольные пазы в стенках оси якоря, крепятся на торцевых крышках с обеих сторон цилиндрического корпуса. ! 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что число внешних кольцевых индуктивных катушек, установленных на первом каркасе, равно числу внутренних кольцевых индуктивных катушек, установленных на втором каркасе, причем внутренние и внешние кольцевые индуктивные катушки расположены в перпендикулярно секущих плоскостях попарно одна напротив другой, а начала и концы выводов каждой из которых электрически соединены через коммутатор, управляемый датчиком положения якоря, с источником постоянного тока. ! 3. Привод по п.1, отличающийся тем, что относительные 1. Permanent magnet drive, comprising a cylindrical casing made of soft magnetic iron, a first non-magnetic material frame with external ring inductive coils arranged on it in a row separated by cheeks, inside of which an armature capable of reciprocating movement with at least two ring permanent magnets is placed with axial magnetization, fixed on the axis of the diamagnet with the opposite location of the poles of the same name and the gaps between them, characterized in that the axis of the armature is made in the form of a thin-walled tube made of diamagnet, inside of which is placed with the possibility of reciprocal reciprocal movement along the axis of the second frame of non-magnetic material with internal ring inductive coils located on it, separated by cheeks, which is placed on the yoke of soft magnetic iron inside the axis of the armature coaxially with it, the ends of which, with the help of transverse mounting plates passing through the longitudinal grooves in the walls of the axis of the armature, are mounted on the end caps on both sides of the cylindrical body. ! 2. The drive according to claim 1, characterized in that the number of outer ring inductive coils installed on the first frame is equal to the number of inner ring inductive coils installed on the second frame, the inner and outer ring inductive coils located in perpendicular section planes pairwise opposite the other, and the beginning and ends of the terminals of each of which are electrically connected through a switch controlled by an armature position sensor to a direct current source. ! 3. The drive according to claim 1, characterized in that the relative

Description

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

Известно устройство, содержащее постоянные магниты, кольцевую индуктивную катушку, обеспечивающую преобразование электрической энергии в возвратно-поступательное перемещение якоря (см. Патент РФ на полезную модель №94391, опубликованный 20.05.2010, Бюл. №14), прототип.A device is known that contains permanent magnets, an annular inductive coil that converts electrical energy into 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 замыкаются магнитные потоки постоянных магнитов, в магнитном поле над постоянными магнитами находится только часть витков кольцевой индуктивной катушки, активно взаимодействующая с магнитным полем, не используется часть магнитного потока, замыкающаяся через отверстие в кольцевых постоянных магнитах.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, in the magnetic field above the permanent magnets there is only a part of the turns of the ring inductive coil, actively interacting with the magnetic field, no part of the magnetic flux is closed through the hole in ring permanent magnets.

Технический результат заключается в устранении выше перечисленных недостатков за счет секционирования кольцевой индуктивной катушки и подключения источника тока только к тем секциям, которые находятся в магнитном поле кольцевых постоянных магнитов, в использовании энергии магнитного потока, замыкающегося через внутренние отверстия в кольцевых постоянных магнитах, что позволит повысить КПД преобразования энергии привода.The technical result consists in eliminating the above disadvantages by sectioning the ring inductive coil and connecting the current source only to those sections that are in the magnetic field of the ring permanent magnets, in the use of the energy of the magnetic flux, which closes through internal holes in the ring permanent magnets, which will increase Energy conversion efficiency of the drive.

Технический результат достигается тем, что привод на постоянных магнитах содержит цилиндрический корпус из магнитомягкого железа, первый каркас из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд внешними кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, внутри которого размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь с, как минимум, двумя кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью, закрепленными на оси из диамагнетика с встречным расположением одноименных полюсов и зазором между ними. Особенностью является то, что ось якоря выполнена в виде тонкостенной трубки из диамагнетика, внутри которой помещен, с возможностью возвратно-поступательного взаимного перемещения вдоль оси, второй каркас из немагнитного материала с расположенными на нем внутренними кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, который размещен на ярме из магнитомягкого железа внутри оси якоря соосно с ней, торцы которого с помощью поперечных крепежных планок, проходящих через продольные пазы в стенках оси якоря, крепятся на торцевых крышках с обеих сторон цилиндрического корпуса. Число внешних кольцевых индуктивных катушек, установленных на первом каркасе, равно числу внутренних кольцевых индуктивных катушек, установленных на втором каркасе, причем, внутренние и внешние кольцевые индуктивные катушки расположены в перпендикулярно секущих плоскостях попарно, одна против другой, а начала и концы выводов каждой из которых электрически соединены через коммутатор, управляемый датчиком положения якоря, с источником постоянного тока. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота каждого кольцевого постоянного магнита составляет (0,2÷0,4) от его внешнего диаметра; величина зазора между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов составляет (0,5÷1) от их высоты; величина зазора между внутренней поверхностью первого каркаса и внешней образующей кольцевых постоянных магнитов и величина зазора между внутренней поверхностью оси якоря с закрепленными на ней кольцевыми постоянными магнитами и внешней поверхностью второго каркаса с внутренними кольцевыми индуктивными катушками должна быть минимальной и позволяющей свободное возвратно-поступательное перемещение якоря внутри корпуса; длина каждой кольцевой индуктивной катушки кратна сумме величин высоты кольцевого постоянного магнита и величины зазора между ними, а их число определяется длиной каркасов, которая равна сумме длины хода якоря и расстояние между внешними сторонами крайних кольцевых постоянных магнитов якоря.The technical result is achieved by the fact that the permanent magnet drive comprises a cylindrical body made of soft magnetic iron, a first frame made of non-magnetic material with external ring inductive coils located on it in a row, separated by cheeks, inside of which is placed, capable of reciprocating movement, an anchor with, at least two annular permanent magnets with axial magnetization, mounted on the axis of a diamagnet with the opposite location of the poles of the same name and the gap between them. The peculiarity is that the axis of the armature is made in the form of a thin-walled tube of diamagnet, inside of which is placed, with the possibility of reciprocating mutual movement along the axis, a second frame of non-magnetic material with internal ring inductive coils located on it, separated by cheeks, which is placed on the yoke of soft magnetic iron inside the axis of the anchor coaxially with it, the ends of which, with the help of transverse mounting plates passing through the longitudinal grooves in the walls of the axis of the anchor, are mounted on the end roofs s on both sides of the cylindrical body. The number of external ring inductive coils installed on the first frame is equal to the number of internal ring inductive coils installed on the second frame, moreover, the internal and external ring inductive coils are arranged in perpendicular section planes in pairs, one opposite the other, and the beginning and ends of the conclusions of each of which electrically connected through a switch controlled by the armature position sensor to a DC source. The relative dimensions of the mentioned constituent elements are in the following limits: the height of each annular permanent magnet is (0.2 ÷ 0.4) from its outer diameter; the gap between the same poles of the ring permanent magnets is (0.5 ÷ 1) of their height; the gap between the inner surface of the first frame and the outer generatrix of the ring permanent magnets and the gap between the inner surface of the axis of the armature with ring permanent magnets fixed to it and the outer surface of the second frame with the inner ring inductive coils should be minimal and allow free reciprocating movement of the armature inside housing; the length of each ring inductive coil is a multiple of the sum of the height of the ring permanent magnet and the gap between them, and their number is determined by the length of the frames, which is equal to the sum of the length of the armature travel and the distance between the outer sides of the outer ring permanent magnet of the armature.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - конструкция привода на постоянных магнитах; на фиг.2 - вид конструкции привода на постоянных магнитах с торца по сечению; на фиг.3 - схематическое представление визуализированных силовых магнитных линий замыкающихся магнитных потоков магнитной системы привода на постоянных магнитах.The essence of the utility model is illustrated by graphic materials, which depict: in Fig.1 - design of a permanent magnet drive; figure 2 - view of the design of the drive with permanent magnets from the end over the cross section; figure 3 is a schematic representation of the visualized magnetic lines of force of the closing magnetic fluxes of the permanent magnetic drive system.

Привод на постоянных магнитах (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1 из магнитомягкого железа, первый каркас 2 из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд внешними кольцевыми индуктивными катушками 3, разделенными щечками 4, внутри которого размещен, способный к возвратно-поступательному перемещению, якорь с, как минимум, двумя кольцевыми постоянными магнитами 5 с осевой намагниченностью, закрепленными на оси 6 из диамагнетика с встречным расположением одноименных полюсов и зазором Δ между ними. Ось якоря выполнена в виде тонкостенной трубки из диамагнетика, внутри которой помещен, с возможностью возвратно-поступательного взаимного перемещения вдоль оси 6, второй каркас 7 из немагнитного материала с расположенными на нем внутренними кольцевыми индуктивными катушками 8, разделенными щечками 4, который размещен на ярме 9 из магнитомягкого железа внутри оси 6 якоря соосно с ней, торцы которого с помощью поперечных крепежных планок 10, проходящих через продольные пазы 11 в стенках оси 6 якоря, крепятся на торцевых крышках 12 с обеих сторон цилиндрического корпуса 1. Число внешних кольцевых индуктивных катушек 3, установленных на первом каркасе 2, равно числу внутренних кольцевых индуктивных катушек 8, установленных на втором каркасе 7, причем, внутренние и внешние кольцевые индуктивные катушки 3, 8 расположены в перпендикулярно секущих плоскостях попарно, одна против другой, а начала H₁₁, Н₁₂, Н₁₃,…H_1n, Н₂₁, Н₂₂, Н₂₃,…Н_2n и концы k₁₁, k₁₂, k₁₃,…k_1n, k₂₁, k₂₂, k₂₃,…k_2n выводов каждой из которых электрически соединены через коммутатор 13, управляемый датчиком 14 положения якоря, с источником 15 постоянного тока. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота h каждого кольцевого постоянного магнита 5 составляет (0,2÷0,4) от его внешнего диаметра Д [h=(0,2÷0,4)Д]; величина зазора Δ между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов 5 составляет (0,5÷1) от их высоты h [Δ=(0,5÷1)h]; величина зазора δ между внутренней поверхностью первого каркаса 2 и внешней образующей кольцевых постоянных магнитов 5 и величина зазора δ между внутренней поверхностью оси 6 якоря с закрепленными на ней кольцевыми постоянными магнитами 5 и внешней поверхностью второго каркаса 7 с внутренними кольцевыми индуктивными катушками 8 должна быть минимальной и позволяющей свободное возвратно-поступательное перемещение якоря внутри корпуса 1; длина l_k каждой кольцевой индуктивной катушки 3, 8 кратна сумме величин высоты h кольцевого постоянного магнита 5 и величины зазора Δ между ними [l_k=k(h+Δ)], где k=1, 2, 3…, а их число определяется длиной L_k каркасов 2, 7, которая равна сумме длины X хода якоря и расстояния L_м между внешними сторонами крайних кольцевых постоянных магнитов 5 якоря.The permanent magnet drive (Fig. 1) comprises a cylindrical housing 1 made of soft magnetic iron, a first frame 2 made of non-magnetic material with external ring inductive coils 3 arranged thereon, separated by cheeks 4, inside of which is arranged capable of reciprocating movement, an anchor with at least two annular permanent magnets 5 with axial magnetization, mounted on an axis 6 of a diamagnet with an opposite location of the same poles and a gap Δ between them. The axis of the armature is made in the form of a thin-walled tube of diamagnet, inside which is placed, with the possibility of reciprocating mutual movement along axis 6, a second frame 7 of non-magnetic material with internal ring inductive coils 8 located on it, separated by cheeks 4, which is placed on the yoke 9 of soft magnetic iron inside the axis of the anchor 6 coaxially with it, the ends of which with the help of transverse mounting strips 10 passing through the longitudinal grooves 11 in the walls of the axis 6 of the anchor, are mounted on the end caps 12 on both sides cylindrical body 1. The number of outer ring inductive coils 3 installed on the first frame 2 is equal to the number of inner ring inductive coils 8 installed on the second frame 7, moreover, the inner and outer ring inductive coils 3, 8 are arranged in pairs perpendicular to the cutting planes, one against the other, and the beginning H ₁₁ , H ₁₂ , H ₁₃ , ... H _1n , H ₂₁ , H ₂₂ , H ₂₃ , ... H _2n and the ends k ₁₁ , k ₁₂ , k ₁₃ , ... k _1n , k ₂₁ , k ₂₂ , k ₂₃ , ... k _2n conclusions of each of which are electrically connected through a switch 13, controlled by an armature position sensor 14, with a source m 15 DC. The relative dimensions of the said constituent elements are in the following ranges: the height h of each annular permanent magnet 5 is (0.2 ÷ 0.4) of its outer diameter D [h = (0.2 ÷ 0.4) D]; the gap Δ between the same poles of the ring permanent magnets 5 is (0.5 ÷ 1) of their height h [Δ = (0.5 ÷ 1) h]; the size of the gap δ between the inner surface of the first frame 2 and the outer generatrix of the ring permanent magnets 5 and the size of the gap δ between the inner surface of the axis 6 of the armature with the ring permanent magnets 5 fixed on it and the outer surface of the second frame 7 with the inner ring inductive coils 8 should be minimal and allowing free reciprocating movement of the armature inside the housing 1; the length l _{k of} each ring inductive coil 3, 8 is a multiple of the sum of the height h of the ring permanent magnet 5 and the gap Δ between them [l _k = k (h + Δ)], where k = 1, 2, 3 ..., and their number is determined by the length L _{k of the} frames 2, 7, which is equal to the sum of the length X of the armature stroke and the distance L _m between the outer sides of the extreme annular permanent magnets 5 of the armature.

Длина l_п продольных пазов 11 в стенках оси 6 якоря должна быть не менее длины X хода якоря (l_п>Х), а ширина Y (фиг.2) продольных пазов 11 оси 6 должна обеспечить свободных ход поперечных крепежных планок 10. Диаметры d₀ - внутренний диаметр оси 6 и d_к - диаметр второго каркаса 7 должны быть в соотношении d₀=d_k+2δ. Для концентрации магнитного потока (фиг.3) внешних полюсов кольцевых постоянных магнитов 5 якоря к ним установлены кольцевые пластины 16 из магнитомягкого железа. Для механической связи с механизмами, воспринимающими перемещения якоря в торце оси 6 закреплен осевой концевик 17. Для устранения ударных нагрузок при крайних положениях якоря на торцевых стенках 12 корпуса 1 помещены демпферы 18, а кольцевые постоянные магниты 5 зафиксированы на оси 6 с помощью стяжных гаек 19 и упорных втулок 20 из немагнитного материала.The length l _{p of the} longitudinal grooves 11 in the walls of the axis 6 of the anchor should be not less than the length X of the armature travel (l _p > X), and the width Y (Fig. 2) of the longitudinal grooves 11 of the axis 6 should provide free movement of the transverse mounting plates 10. Diameters d ₀ - the inner diameter of the axis 6 and d _to - the diameter of the second frame 7 should be in the ratio d ₀ = d _k + 2δ. For the concentration of the magnetic flux (Fig. 3) of the outer poles of the annular permanent magnets 5 of the armature, ring plates 16 of magnetically soft iron are mounted to them. For mechanical communication with the mechanisms that perceive the movement of the anchor in the end of the axis 6, an axial limiter 17 is fixed. To eliminate shock loads at the extreme positions of the anchor, dampers 18 are placed on the end walls 12 of the housing 1, and the annular permanent magnets 5 are fixed on the axis 6 using the coupling nuts 19 and thrust bushings 20 of non-magnetic material.

Коммутатор 13, управляемый датчиком положения якоря 14 коммутирует кольцевые индуктивные катушки 3, 8, подключая к источнику 15 постоянного тока только те из них, которые находятся в магнитном поле якоря, что влечет к уменьшению потерь и повышению коэффициента преобразования энергии и КПД привода.The switch 13, controlled by the position sensor of the armature 14 commutes the ring inductive coils 3, 8, connecting to the DC source 15 only those that are in the magnetic field of the armature, which leads to reduced losses and increased energy conversion coefficient and drive efficiency.

Claims

1. Permanent magnet drive comprising a cylindrical casing made of soft magnetic iron, a first non-magnetic material frame with external ring inductive coils arranged on it in a row separated by cheeks, inside of which an armature capable of reciprocating movement with at least two ring permanent magnets is placed with axial magnetization, fixed on the axis of the diamagnet with the opposite location of the poles of the same name and the gaps between them, characterized in that the axis of the armature is made in the form of a thin-walled tube made of diamagnet, inside of which is placed with the possibility of reciprocating mutual movement along the axis of the second frame of non-magnetic material with internal ring inductive coils located on it, separated by cheeks, which is placed on the yoke of soft magnetic iron inside the axis of the armature coaxially with it, the ends of which, with the help of transverse mounting plates passing through the longitudinal grooves in the walls of the axis of the armature, are mounted on the end caps on both sides of the cylindrical body.

2. The drive according to claim 1, characterized in that the number of outer ring inductive coils installed on the first frame is equal to the number of inner ring inductive coils installed on the second frame, the inner and outer ring inductive coils located in perpendicular section planes pairwise opposite the other, and the beginning and ends of the terminals of each of which are electrically connected through a switch controlled by an armature position sensor to a direct current source.

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) from its outer diameter; the gap between the same poles of the ring permanent magnets is (0.5 ÷ 1) of their height; the gap between the inner surface of the first frame and the outer generatrix of the ring permanent magnets and the gap between the inner surface of the axis of the armature with ring permanent magnets fixed to it and the outer surface of the second frame with the inner ring inductive coils should be minimal and allow free reciprocating movement of the armature inside housing; the length of each ring inductive coil is a multiple of the sum of the height of the ring permanent magnet and the gap between them, and their number is determined by the length of the frames, which is equal to the sum of the length of the armature travel and the distance between the outer sides of the outer ring permanent magnet of the armature.