RU2046525C1 - Linear inductor motor - Google Patents
Linear inductor motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2046525C1 RU2046525C1 SU5057203A RU2046525C1 RU 2046525 C1 RU2046525 C1 RU 2046525C1 SU 5057203 A SU5057203 A SU 5057203A RU 2046525 C1 RU2046525 C1 RU 2046525C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- module
- electromagnetic
- stator
- engine
- traction
- Prior art date
Links
Landscapes
- Linear Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в линейном прецизионном электроприводе. The invention relates to electrical engineering and can be used in a linear precision electric drive.
Известен линейный индукторный двигатель [1] содержащий ферромагнитный зубчатый статор и подвижный элемент, состоящий из фазных электромагнитных модулей, включающих в себя П-образные магнитопроводы, обмотки управления и постоянные магниты возбуждения, причем зубцовые зоны статора и подвижного элемента имеют одинаковый шаг. Фазные электромагнитные модули смещены относительно друг друга вдоль направления движения на (n±1/4)τ а П-образные магнитопроводы в каждом электромагнитном модуле на n τ, где τ -шаг зубцовой зоны двигателя; n целое число. Known linear induction motor [1] containing a ferromagnetic gear stator and a movable element, consisting of phase electromagnetic modules, including U-shaped magnetic circuits, control windings and permanent excitation magnets, and the tooth zones of the stator and the movable element have the same pitch. Phase electromagnetic modules are offset relative to each other along the direction of motion by (n ± 1/4) τ and U-shaped magnetic circuits in each electromagnetic module by n τ, where τ is the step of the tooth zone of the engine; n is an integer.
При запитке обмоток управления линейного индуктора двигателя синусоидальным и косинусоидальным токами равной амплитуды представляется возможным управлять силой тяги двигателя путем регулирования амплитуды фазных токов. When powering the control windings of a linear motor inductor with sinusoidal and cosine currents of equal amplitude, it seems possible to control the motor traction by controlling the amplitude of the phase currents.
Известный двигатель характеризуется тем, что каждый электромагнитный модуль создает тяговое усилие, состоящее из полезной и паразитной составляющих. Полезные составляющие тяговых усилий электромагнитных модулей, суммируясь, создают основную составляющую силы тяги двигателя, пропорциональную амплитуде фазных токов. Паразитные составляющие тяговых усилий электромагнитных модулей, суммируясь, создают паразитную составляющую силы тяги двигателя, амплитуда которой пропорциональна квадрату амплитуды токов управления. The known engine is characterized in that each electromagnetic module generates a tractive effort consisting of useful and spurious components. The useful components of the traction forces of the electromagnetic modules, combined, create the main component of the motor traction force proportional to the amplitude of the phase currents. The parasitic components of the traction forces of the electromagnetic modules, when combined, create a parasitic component of the motor traction force, the amplitude of which is proportional to the square of the amplitude of the control currents.
Кроме того, известный двигатель характеризуется тем, что каждый электромагнитный модуль создает дополнительную паразитную составляющую тягового усилия, так называемую силу магнитной фиксации. Эта паразитная составляющая тягового усилия обусловлена не алгоритмом управления двигателем, а его конструктивными особенностями. Она зависит от формы зубцовой зоны, от стабильности магнитного потока возбуждения и т.п. Дополнительные паразитные составляющие тяговых усилий электромагнитных модулей, суммируясь, создают дополнительную паразитную составляющую силы тяги двигателя. In addition, the known engine is characterized in that each electromagnetic module creates an additional parasitic component of the tractive effort, the so-called magnetic locking force. This parasitic component of traction is caused not by the engine control algorithm, but by its design features. It depends on the shape of the tooth zone, on the stability of the magnetic flux of excitation, etc. The additional parasitic components of the traction forces of the electromagnetic modules, when combined, create an additional parasitic component of the engine traction force.
Недостатком известного двигателя является невысокая точность управления его силой тяги, обусловленная возникновением паразитных составляющих силы тяги. A disadvantage of the known engine is the low accuracy of controlling its traction force due to the occurrence of spurious components of the traction force.
Наиболее близким к предлагаемому является линейный индукторный двигатель [2] содержащий ферромагнитный зубчатый статор и подвижный элемент, состоящий из трех электромагнитных модулей, включающих в себя П-образные магнитопроводы, обмотки управления и постоянные магниты возбуждения, причем зубцовые зоны статора и подвижного элемента имеют одинаковый шаг, первый электромагнитный модуль смещен относительно второго вдоль направления движения на (n+1/3) τ, а третий относительно второго на +(n+1/3) τ, в каждом электромагнитном модуле П-образные магнитопроводы смещены относительно друг друга вдоль направления движения на nτ. Closest to the proposed is a linear induction motor [2] containing a ferromagnetic gear stator and a movable element, consisting of three electromagnetic modules, including U-shaped magnetic circuits, control windings and permanent excitation magnets, and the tooth zones of the stator and the movable element have the same pitch , the first electromagnetic module is shifted relative to the second along the direction of motion by (n + 1/3) τ, and the third relative to the second by + (n + 1/3) τ, in each electromagnetic module U-shaped nitoprovody offset from each other along the direction of movement on nτ.
Этот двигатель обладает более высокой точностью управления силой тяги, так как паразитные составляющие тяговых усилий электромагнитных модулей, связанные с алгоритмом управления силой тяги, создают две системы взаимно компенсирующихся тяговых усилий. Дополнительная паразитная составляющая силы тяги двигателя имеет место. This engine has a higher accuracy of traction force control, since the parasitic components of the traction forces of electromagnetic modules associated with the traction force control algorithm create two systems of mutually compensated traction forces. An additional parasitic component of the engine traction force takes place.
Недостатком известного двигателя является относительно невысокая точность управления его силой тяги, обусловленная наличием дополнительной паразитной составляющей силы тяги. A disadvantage of the known engine is the relatively low accuracy of controlling its traction force due to the presence of an additional parasitic component of the traction force.
Изобретение направлено на повышение точности управления силой тяги путем уменьшения дополнительной паразитной составляющей силы тяги. The invention is aimed at improving the accuracy of control of traction by reducing the additional spurious component of traction.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в линейном индукторном двигателе, содержащем ферромагнитный зубчатый статор и подвижный элемент, состоящий из трех электромагнитных модулей, включающих в себя П-образные магнитопроводы, обмотки управления и постоянные магниты возбуждения, причем зубцовые зоны статора и подвижного элемента имеют одинаковый шаг, первый электромагнитный модуль смещен относительно второго вдоль направления движения на -(n+1/3) τ, а третий относительно второго на +(n+1/3) τ, в каждом электромагнитном модуле выполнено смещение П-образных магнитопроводов относительно друг друга вдоль направления движения на (n±1/6) τ. The solution to this problem is achieved by the fact that in a linear induction motor containing a ferromagnetic gear stator and a movable element, consisting of three electromagnetic modules, including U-shaped magnetic circuits, control windings and permanent excitation magnets, and the tooth zones of the stator and the movable element have the same step, the first electromagnetic module is shifted relative to the second along the direction of motion by - (n + 1/3) τ, and the third relative to the second by + (n + 1/3) τ, in each electromagnetic module The U-shaped magnetic cores are displaced relative to each other along the direction of motion by (n ± 1/6) τ.
Промышленное применение изобретения в линейном прецизионном электроприводе за счет повышения точности управления силой тяги линейного двигателя позволяет улучшить точностные характеристики электропривода. The industrial application of the invention in a linear precision electric drive by improving the accuracy of controlling the traction force of a linear motor can improve the accuracy characteristics of the electric drive.
На чертеже представлена схема линейного индукторного двигателя. The drawing shows a diagram of a linear induction motor.
Двигатель содержит ферромагнитный зубчатый статор 1 и подвижные элемент 2, состоящий из электромагнитных модулей 3, 4, 5. Каждый модуль включает в себя П-образные магнитопроводы 6, 7, обмотку 8 управления и постоянный магнит 9 возбуждения. Зубцовые зоны статора 1 и подвижного элемента 2 имеют одинаковый шаг τ. Электромагнитные модули 3 и 4, 5 и 4 взаимно смещены вдоль направления движения на ± (n+1/3) τ, а П-образные магнитопроводы в каждом электромагнитном модуле на (n-1/6) τ
Двигатель работает следующим образом.The engine contains a ferromagnetic gear stator 1 and movable element 2, consisting of electromagnetic modules 3, 4, 5. Each module includes U-shaped magnetic circuits 6, 7, control winding 8 and a permanent magnet 9 of excitation. The tooth zones of the stator 1 and the movable element 2 have the same pitch τ. Electromagnetic modules 3 and 4, 5 and 4 are mutually offset along the direction of motion by ± (n + 1/3) τ, and U-shaped magnetic circuits in each electromagnetic module by (n-1/6) τ
The engine operates as follows.
Обмотки 8 управления электромагнитных модулей 3, 4, 5 запитываются синусоидальными токами
i1= i0sin ; i2= i0sin ; i3= i0sin + (1)
где φ x угол, определяющий положение подвижного элемента 2 двигателя относительно статора 1;
φo= угол, определяющий взаимное смещение П-образных магнитопроводов 6, 7 в электромагнитном модуле;
х положение подвижного элемента 2 двигателя вдоль направления движения;
iо амплитуда токов управления.The control windings 8 of the electromagnetic modules 3, 4, 5 are powered by sinusoidal currents
i 1 = i 0 sin ; i 2 = i 0 sin ; i 3 = i 0 sin + (1)
where φ x angle determining the position of the movable element 2 of the engine relative to the stator 1;
φ o = the angle determining the mutual displacement of the U-shaped magnetic circuits 6, 7 in the electromagnetic module;
x the position of the movable element 2 of the engine along the direction of travel;
i about the amplitude of the control currents.
Сила тяги регулируется путем изменения амплитуды токов управления. The traction force is regulated by changing the amplitude of the control currents.
Определим силу тяги, развиваемую двигателем, воспользовавшись известной методикой расчета электромагнитных модулей. We determine the traction force developed by the engine, using the well-known method of calculating electromagnetic modules.
Тяговое усилие, создаваемое электромагнитным модулем, представляется как сумма усилий, создаваемых его полюсами. Эти составляющие тягового усилия модуля определяются из расчета его эквивалентной схемы замещения. The traction force created by the electromagnetic module is represented as the sum of the forces created by its poles. These traction components of the module are determined from the calculation of its equivalent equivalent circuit.
Получим, что тяговое усилие, создаваемое электромагнитным модулем 4, равно
= fosin + fsin2φ-- sin4φ-2 (2) где
fo= WioFmλmcos f1= (Wio)2
K1 go + λm + λσ K2 2go + λ m + λσ K3 λm + λσ
λm, λσ, Fm внутренняя магнитная проводимость, проводимость рассеяния, МДС постоянного магнита 9 соответственно;
go и g1 постоянная составляющая и амплитуда изменения магнитной проводимости зазора;
W число витков обмотки 8 управления.We obtain that the traction force created by the electromagnetic module 4 is equal to
= f o sin + f sin 2φ- - sin 4φ-2 (2) where
f o = Wi o F m λ m cos f 1 = (Wi o ) 2
K 1 g o + λ m + λ σ K 2 2g o + λ m + λ σ K 3 λ m + λ σ
λ m , λ σ , F m internal magnetic conductivity, scattering conductivity, MDS of the permanent magnet 9, respectively;
g o and g 1 the constant component and the amplitude of the change in the magnetic conductivity of the gap;
W the number of turns of the winding 8 control.
Учитывая, что электромагнитные модули 3, 5 смещены относительно модуля 4 вдоль направления движения на -(n+1/3) τ и на +(n+1/3)τ а токи управления i1, i3 смещены относительно тока i2 по фазе на углы + соответственно, тяговые усилия, создаваемые модулями 3, 5, определим из выражения (2) путем замены аргумента φ на φ - и на φ + соответственно.Given that the electromagnetic modules 3, 5 are offset relative to module 4 along the direction of motion by - (n + 1/3) τ and by + (n + 1/3) τ and the control currents i 1 , i 3 are offset relative to the current i 2 in angular phase + accordingly, the traction forces created by modules 3, 5 are determined from expression (2) by replacing the argument φ by φ - and on φ + respectively.
После простых преобразований с учетом того, что φo получим
= fosin + fsin2φ sin 4φ ;
= fosin + fsin2φ + sin 4φ + ;
= fosin + + fsin2φ + sin 4φ .After simple transformations, given that φ o we get
= f o sin + f sin 2φ sin 4φ ;
= f o sin + f sin 2φ + sin 4φ + ;
= f o sin + + f sin 2φ + sin 4φ .
Создаваемая двигателем сила тяги равна
++= fo.The traction force generated by the engine is
+ + = f o .
Она не содержит паразитной составляющей, поскольку паразитные составляющие тяговых усилий электромагнитных модулей создают две системы взаимно компенсирующихся тяговых усилий. It does not contain a parasitic component, since the parasitic components of the traction forces of the electromagnetic modules create two systems of mutually compensated traction forces.
Теперь оценим возникающую дополнительную паразитную составляющую силы тяги. Воспользуемся следующей методикой расчета. Now, we estimate the arising additional parasitic component of the traction force. We use the following calculation procedure.
Дополнительную паразитную составляющую силы тяги определим как сумму паразитных тяговых усилий, создаваемых всеми П-образными магнитопроводами подвижного элемента двигателя,т.е. The additional parasitic component of the traction force is defined as the sum of the parasitic traction forces created by all the U-shaped magnetic circuits of the moving element of the engine, i.e.
(φ). (φ).
Примем, что паразитные тяговые усилия, создаваемые П-образными магнитопроводами, совпадают по форме, но смещены друг относительно друга вдоль направления движения, т.е. We assume that the parasitic traction forces created by the U-shaped magnetic cores coincide in shape, but are displaced relative to each other along the direction of motion, i.e.
Ψj(φ) Ψ(φ-(j-1)), j 1,2,6, где Ψ(φ) паразитное тяговое усилие, создаваемое П-образным магнитопроводом 6 электромагнитного модуля 4.Ψ j (φ) Ψ (φ- (j-1) ), j 1,2,6, where Ψ (φ) is the parasitic traction force created by the U-shaped magnetic circuit 6 of the electromagnetic module 4.
Представим паразитное тяговое усилие Ψ(φ) в виде ряда Фурье, т.е. We represent the parasitic traction force Ψ (φ) in the form of a Fourier series, i.e.
Ψ(φ)sin(iφ+φi), где Ψi и φi амплитуда и начальное смещение i=й гармоники.Ψ (φ) sin (iφ + φ i ), where Ψ i and φ i are the amplitude and initial displacement of the i = th harmonic.
Получим, что дополнительная паразитная составляющая силы тяги равна
sin (iφ +i(j-1) + φi).We get that the additional spurious component of the traction force is
sin (iφ + i (j-1) + φ i ).
Из анализа полученного результата следует, что дополнительная паразитная составляющая силы тяги может содержать только гармоники i=6,12,18, Остальные гармоники
i γ+ 6n, n 0,1,2, γ 1,2,3,4,5 отсутствуют, так как составляющие этих гармоник взаимно компенсируют друг друга.From the analysis of the result it follows that the additional spurious component of the traction force can contain only harmonics i = 6,12,18, the rest of the harmonics
i γ + 6n, n 0,1,2, γ 1,2,3,4,5 are absent, since the components of these harmonics mutually cancel each other.
Аналогично оценим дополнительную паразитную составляющую силы тяги, создаваемую известным двигателем. Получим, что
sin (iφ +i(j-1) + φi).Similarly, we evaluate the additional parasitic component of the traction force created by the known engine. We get that
sin (iφ + i (j-1) + φ i ).
В данном случае взаимно компенсируются только составляющие гармоник
i γ+ 3n, n 0,1,2, γ 1,2.In this case, only harmonics components are mutually compensated.
i γ + 3n, n 0,1,2, γ 1,2.
Дополнительная паразитная составляющая силы тяги известного двигателя может содержать гармоники
i 3,6,9,12,15,18,
Из полученных результатов следует, что предлагаемое взаимное смещение П-образных магнитопроводов в каждом электромагнитном модуле обеспечивает взаимную компенсацию составляющих гармоник i3,9,15, что непосредственно подтверждает преимущество предлагаемого двигателя.Additional parasitic component of the traction force of a known engine may contain harmonics
i 3,6,9,12,15,18,
From the results it follows that the proposed mutual displacement of the U-shaped magnetic circuits in each electromagnetic module provides mutual compensation of the harmonic components i3,9,15, which directly confirms the advantage of the proposed engine.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5057203 RU2046525C1 (en) | 1992-06-15 | 1992-06-15 | Linear inductor motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5057203 RU2046525C1 (en) | 1992-06-15 | 1992-06-15 | Linear inductor motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2046525C1 true RU2046525C1 (en) | 1995-10-20 |
Family
ID=21610834
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5057203 RU2046525C1 (en) | 1992-06-15 | 1992-06-15 | Linear inductor motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2046525C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2581303C2 (en) * | 2013-11-13 | 2016-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Rotor of segmented wind-driven power generator |
RU173923U1 (en) * | 2016-12-05 | 2017-09-19 | Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "ПРИВОД-Н" (ЗАО "НТЦ "ПРИВОД-Н") | LINEAR HYBRID ENGINE |
RU2640491C1 (en) * | 2016-12-09 | 2018-01-09 | Василий Васильевич Лещенко | Electro-mechanical rail drive with gear rail |
RU2646397C1 (en) * | 2016-12-05 | 2018-03-02 | Василий Васильевич Лещенко | Electromagnetic rail drive with rail poles |
RU2646398C1 (en) * | 2016-12-05 | 2018-03-02 | Василий Васильевич Лещенко | Electromagnetic rail drive with pole mounting |
RU2647092C1 (en) * | 2016-11-30 | 2018-03-13 | Василий Васильевич Лещенко | Electromagnetic rail drive with third rail |
-
1992
- 1992-06-15 RU SU5057203 patent/RU2046525C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Афонин А.А. и др. Электромагнитный привод робототехнических систем. Киев: Наукова думка, 1986, с.49-51. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 1778883, кл. H 02K 41/03, 1991. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2581303C2 (en) * | 2013-11-13 | 2016-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Rotor of segmented wind-driven power generator |
RU2647092C1 (en) * | 2016-11-30 | 2018-03-13 | Василий Васильевич Лещенко | Electromagnetic rail drive with third rail |
RU173923U1 (en) * | 2016-12-05 | 2017-09-19 | Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "ПРИВОД-Н" (ЗАО "НТЦ "ПРИВОД-Н") | LINEAR HYBRID ENGINE |
RU2646397C1 (en) * | 2016-12-05 | 2018-03-02 | Василий Васильевич Лещенко | Electromagnetic rail drive with rail poles |
RU2646398C1 (en) * | 2016-12-05 | 2018-03-02 | Василий Васильевич Лещенко | Electromagnetic rail drive with pole mounting |
RU2640491C1 (en) * | 2016-12-09 | 2018-01-09 | Василий Васильевич Лещенко | Electro-mechanical rail drive with gear rail |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111052574B (en) | Electromagnetic device | |
Harris et al. | Performance and design optimisation of electric motors with heteropolar surface magnets and homopolar windings | |
Xia et al. | Comparison of radial vibration forces in 10-pole/12-slot fractional slot surface-mounted and interior PM brushless AC machines | |
RU2046525C1 (en) | Linear inductor motor | |
Alemi-Rostami et al. | Design optimization of a double-stage resolver | |
JPS61187603A (en) | Linear resolver | |
Morar | The modelling and simulation of bipolar hybrid stepping motor by Matlab/Simulink | |
Dalal et al. | Analytical model for permanent magnet motor with slotting effect, armature reaction, and ferromagnetic material property | |
CN103346721A (en) | Thrust ripple suppressing method of primary permanent magnet linear motor | |
Gu et al. | A vector control scheme for a PM linear synchronous motor in extended region | |
Bianchi et al. | Back EMF improvement and force ripple reduction in PM linear motor drives | |
Boutora et al. | Analytical model on real geometries of magnet bars of surface permanent magnet slotless machine | |
Masmoudi et al. | A simple assessment of the cogging torque in a transverse flux permanent magnet machine | |
Rahideh et al. | Analytical calculations of electromagnetic quantities for slotted brushless machines with surface-inset magnets | |
Kim et al. | Analysis and design of slotted tubular linear actuator for the eco-pedal system of a vehicle | |
SU1760609A1 (en) | Split-phase linear inductor motor | |
RU1778883C (en) | Inductor line motor | |
Jung et al. | Analytic design of multi-phase electric machines with independent H-Bridge supply | |
Popa et al. | Theoretical and experimental study of a modular tubular transverse flux reluctance machine | |
DE19500095A1 (en) | Switched linear reluctance motor | |
RU2050036C1 (en) | Electric generator | |
Barlow | Travelling-field theory of induction-type instruments and motors | |
JPH11122903A (en) | Linear motor | |
Zellmer et al. | An augmented multiphase rail launcher with a modular design: theoretical considerations and development | |
Moallem et al. | Predicting the parameters and performance of brushless DC motor including saturation and slotting effects and magnetic circuit variations |