RU2068612C1

RU2068612C1 - Linear electric motor

Info

Publication number: RU2068612C1
Application number: RU93037912A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Гурницкий
Original assignee: Владимир Николаевич Гурницкий
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 1996-10-27

Abstract

FIELD: controlled electric drives such as actuating elements of working mechanisms. SUBSTANCE: electric motor has runner 1 mounted in bearings 2 and rigidly coupled with table 3. Abutting runner is holding electromagnet 4 with coil 5 connected to spacers 6 which bring holding magnet 4 out to same level as that of intermediate magnet 7 with coil 8. Developed yoke of magnet 7 has rectangular bore accommodating two traction magnets with three-legged magnetic circuit 9 whose symmetry axis coincides with axes of coils 5 and 8 of holding magnet 4 and intermediate magnet 7. Magnetic circuit 9 is set on mount 10 and has coil 11 labelled FORWARD and coil 12 labelled REVERSE. Equal air gaps are provided between pole ends of magnetic circuit 9 and opposing members of developed yoke of magnet 7 resting on cushions 13. Shafts of brake magnets whose armatures hold brake blocks tight against runner 1 by means of disk springs are installed perpendicular to axes of coils 5,8,11,12 of holding, intermediate, magnetic-circuit and traction magnets, 4,7,9,14, respectively. Magnetic circuit 9 and magnetic circuits of holding magnet 4 and intermediate magnet 7 are laminated. EFFECT: improved design. 5 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к электрическим двигателям с возвратно-поступательным перемещением бегуна, и может быть использовано в регулируемых электроприводах, например в исполнительных органах рабочих механизмов. The invention relates to electric machines, in particular to electric motors with a reciprocating movement of the runner, and can be used in adjustable electric drives, for example, in executive bodies of working mechanisms.

Известен линейный электродвигатель, содержащий немагнитный корпус, с размещенными в нем электромагнитами прямого и обратного хода, и дополнительную катушку с магнитопроводом, причем якори электромагнитов и торцевые элементы магнитопровода дополнительной катушки имеют асимметричные отверстия, через которые пропущен бегун, установленный в подшипниках (авт. св. СССР N 936257, кл. Н 02 К 33/02, 1980). A linear electric motor is known that contains a non-magnetic housing, with forward and reverse electromagnets located in it, and an additional coil with a magnetic circuit, and the anchors of the electromagnets and the end elements of the magnetic circuit of the additional coil have asymmetric holes through which the runner mounted in the bearings is passed (ed. USSR N 936257, class N 02 K 33/02, 1980).

Недостаток указанного электродвигателя относительно небольшое тяговое усилие на единицу массы. The disadvantage of this motor is relatively small traction per unit mass.

В качестве прототипа нами выбран линейный электродвигатель, содержащий неподвижную часть, включающую удерживающий и тяговые магниты, и подвижную часть, включающую бегун и промежуточный магнит, а также упругие элементы, причем промежуточный магнит является общим якорем для тяговых магнитов, оси катушек промежуточного и тяговых магнитов взаимно перпендикулярны, а линия рабочего пути бегуна параллельна оси катушек тяговых магнитов (патент СССР N 1802909, кл. H 02 K 33/02, 1990). As a prototype, we selected a linear electric motor containing a fixed part, including holding and traction magnets, and a moving part, including a runner and an intermediate magnet, as well as elastic elements, the intermediate magnet being a common anchor for traction magnets, the axis of the coils of the intermediate and traction magnets are mutually perpendicular, and the line of the runner’s working path is parallel to the axis of the traction magnet coils (USSR patent N 1802909, class H 02 K 33/02, 1990).

Недостаток электромагнита повышенное потребление электрической мощности из сети на единицу массы. The disadvantage of an electromagnet is increased consumption of electrical power from the network per unit mass.

Техническая задача увеличение развиваемой электродвигателем мощности на единицу его массы. The technical task is to increase the power developed by the electric motor per unit mass.

Поставленная техническая задача решается следующим образом. The technical task is solved as follows.

Удерживающий постоянный магнит прототипа заменен электромагнитом, а питающие его катушку импульсы тока несинхронны по отношению к импульсам токов промежуточного и тяговых магнитов. The holding permanent magnet of the prototype is replaced by an electromagnet, and the current pulses supplying its coil are not synchronous with respect to the pulses of the currents of the intermediate and traction magnets.

Ярмо промежуточного магнита сконструировано таким образом, что оно изготавливается в форме, имеющей окно, внутри которого помещены катушки и двойной Ш-образный магнитопровод тяговых магнитов, что делает всю конструкцию более компактной, а потому менее массивной. The yoke of the intermediate magnet is designed in such a way that it is made in a form having a window, inside of which are placed coils and a double U-shaped magnetic circuit of the traction magnets, which makes the entire structure more compact, and therefore less massive.

Установка перпендикулярна осям катушек удерживающего и тяговых магнитов осей тормозных магнитов и позволяет использовать в качестве рабочих оставшиеся две боковые грани бегуна и жестко фиксировать его в статике (режимы выпуска продукции и исчезновения напряжения в сети). The installation is perpendicular to the axes of the coils of the holding and traction magnets of the axes of the brake magnets and allows you to use the remaining two side faces of the runner as workers and rigidly fix it in static (modes of production and disappearance of voltage in the network).

Общий вид электродвигателя приведен на фиг. 1,2. A general view of the electric motor is shown in FIG. 1,2.

Электродвигатель состоит из бегуна 1, установленного в подшипниках 2 и жестко связанного со столом 3. К бегуну 1 прилегает удерживающий магнит 4 с катушкой 5, соединенный с проставкми 6, выводящими удерживающий магнит 4 на один уровень с промежуточным магнитом 7, имеющим катушку 8. Развитое ярмо магнита 7 имеет прямоугольное окно, внутрь которого помещены два тяговых магнита с двойным Ш-образным магнитопроводом 9, ось симметрии которого совпадает с осями катушек 5 и 8 удерживающего 4 и промежуточного 7 магнитов. Магнитопровод 9 закреплен на стойке 10 и содержит катушку 11 ("вперед") и катушку 12 ("назад"). Между торцами полюсов магнитопровода 9 и опирающимися на подушки 13, противолежащими элементами развитого ярма магнита 7, образованы равные воздушные зазоры. Перпендикулярно осям катушек 5, 8, 11, 12 удерживающего 4, промежуточного 7 и магнитопровода 9 тяговых магнитов установлены оси тормозных магнитов 14, якори 15 которых с помощью (тарельчатых) пружин 16 прижимают тормозные колодки 17 к бегуну 1. Магнитопровод 9, а также магнитопроводы удерживающего 4 и промежуточного 7 магнитов шихтованы. The electric motor consists of a runner 1 mounted in bearings 2 and rigidly connected to the table 3. A holding magnet 4 adjoins the runner 4 with a coil 5 connected to spacers 6 that bring the holding magnet 4 to one level with an intermediate magnet 7 having a coil 8. Developed The yoke of magnet 7 has a rectangular window, inside of which are two traction magnets with a double U-shaped magnetic core 9, the axis of symmetry of which coincides with the axes of the coils 5 and 8 of the holding 4 and intermediate 7 magnets. The magnetic circuit 9 is mounted on the rack 10 and contains a coil 11 ("forward") and a coil 12 ("back"). Between the ends of the poles of the magnetic circuit 9 and resting on the pillows 13, opposite elements of the developed yoke of the magnet 7, equal air gaps are formed. Perpendicular to the axes of the coils 5, 8, 11, 12 of the holding 4, the intermediate 7 and the magnetic circuit 9 of the traction magnets, the axles of the brake magnets 14 are installed, the anchors 15 of which with the (plate) springs 16 press the brake pads 17 to the runner 1. The magnetic circuit 9, as well as the magnetic circuits holding 4 and intermediate 7 magnets lined.

На фиг. 3 изображен в аксонометрии двойной Ш-образный магнитопровод с общим ярмом, имеющим полюсы 18, соединенный с двух сторон со стойками 10 (фиг.4), каждая из которых из соображений технологичности изготовления содержит по одному уголку 19 и по две полосы 20. Нижняя часть стойки 10 соединена с фундаментом (показан штриховкой), а верхняя связана с магнитопроводом 9 (сваркой, болтовым соединением, клеем и т.д.). Уголок 19 нужен для того, чтобы "обойти" катушку 11; две стойки 10 позволяют жестко закрепить магнитопровод 9 на фундаменте с двух сторон. In FIG. 3 shows a perspective view of a double U-shaped magnetic circuit with a common yoke having poles 18, connected on both sides to posts 10 (FIG. 4), each of which, for reasons of manufacturability, contains one corner 19 and two strips 20. The lower part the rack 10 is connected to the foundation (shown by hatching), and the top is connected to the magnetic circuit 9 (welding, bolt connection, glue, etc.). Corner 19 is needed in order to "bypass" the coil 11; two racks 10 allow you to rigidly fix the magnetic circuit 9 on the foundation from two sides.

Полюсы 18 двойного Ш-образного магнитопровода 9 (сверху и снизу), противолежащие им элементы 21 развитого ярма магнитопровода 7 и разделяющие их воздушные зазоры 22 изображены на фиг. 5. The poles 18 of the double U-shaped magnetic circuit 9 (above and below), the opposite elements 21 of the developed yoke of the magnetic circuit 7 and the air gaps 22 separating them are shown in FIG. 5.

Обозначение на фиг. 1,2 "ось симметрии" означает, что осесимметрично представленному изображению (А-А и Б-Б) может иметься еще одно такое же изображение, которые вместе содержат общий стол 3, поднимаемый или опускаемый двумя бегунами 1. The designation in FIG. 1.2 "axis of symmetry" means that the axisymmetrically represented image (A-A and B-B) may have another same image, which together contain a common table 3, raised or lowered by two runners 1.

Электродвигатель работает следующим образом. The electric motor operates as follows.

При отсутствии токов во всех катушках двигателя бегун 1, удерживаемый колодками 17, занимает произвольное положение в пределах рабочего хода. In the absence of currents in all motor coils, the runner 1, held by the pads 17, occupies an arbitrary position within the working stroke.

Для подъема стола 3 выполняют следующие операции. To raise the table 3 perform the following operations.

Подают в катушку 5, например положительную полуволну тока промышленной частоты, а в катушку 8 отрицательную полуволну. Serve in the coil 5, for example, a positive half wave of industrial frequency current, and in the coil 8 negative half wave.

При этом бегун 1 поочередно притягивается то к полюсам магнита 4, то к полюсам магнита 7. Затем включаются тормозные магниты 14, якори 15 которых, сжимая пружины 16, отжимают колодки 17 от бегуна 1, давая возможность последнему для движения "вперед" или "назад". Однако бегун 1 пока остается неподвижным в направлении рабочего хода, так как в рассматриваемый момент времени он, как отмечено, притягивается поочередно магнитами 4 и 7 и удерживается в подвешенном состоянии. Далее отрицательная полуволна тока подается в катушку 11 тягового магнита "вперед". В этот момент магнит 7 сцепляется с бегуном 1, который перемещается "вперед" на величину одного шага воздушного зазора 22 (фиг. 5) между неподвижным магнитопроводом 9 и зажатым между упругими элементами 13 развитым ярмом магнита 7. При этом, за счет того, что начальный рабочий воздушный зазор между деталями 1 и 7 меньше чем аналогичный зазор 22 (фиг. 5) между деталями 7 и 9, имеет место следующая последовательность (селективность) работы двигателя. Сначала бегун 1 сцепляется с магнитом 7, а затем магнитопровод 9 сцепляется с развитым ярмом магнита 7, что нужно для четкой отработки каждого шага. В следующий момент времени на магнит 4 опять поступает положительная полуволна тока; при этом магнит 7, потеряв силу сцепления с бегуном 1, отбрасывается упругими элементами 13 в нейтральное положение, а бегун 1 не изменяет своего положения в пространстве, так как он уже подхвачен полем удерживающего магнита 4. Таким образом, бегун 1 переместился на один шаг "вперед", а при последующей подаче отрицательной полуволны тока в катушки 8 и 11 бегун 1 переместится еще на один шаг "вперед". In this case, the runner 1 is alternately attracted to the poles of the magnet 4, then to the poles of the magnet 7. Then the brake magnets 14 are turned on, the anchors 15 of which, compressing the springs 16, squeeze the pads 17 from the runner 1, allowing the latter to move “forward” or “backward” " However, the runner 1 still remains motionless in the direction of the working stroke, since at the moment in question he, as noted, is attracted alternately by magnets 4 and 7 and is held in suspension. Next, the negative half-wave current is supplied to the coil 11 of the traction magnet "forward". At this moment, the magnet 7 is engaged with the runner 1, which moves forward by one step of the air gap 22 (Fig. 5) between the stationary magnetic circuit 9 and the developed yoke of the magnet 7 clamped between the elastic elements 13. Moreover, due to the fact that the initial working air gap between parts 1 and 7 is less than the same gap 22 (Fig. 5) between parts 7 and 9, the following sequence (selectivity) of engine operation takes place. First, the runner 1 is coupled to the magnet 7, and then the magnetic circuit 9 is coupled to the developed yoke of the magnet 7, which is necessary for a clear working out of each step. At the next instant of time, the magnet 4 again receives a positive half-wave of current; in this case, the magnet 7, having lost the adhesion force with the runner 1, is discarded by the elastic elements 13 to the neutral position, and the runner 1 does not change its position in space, since it is already picked up by the field of the holding magnet 4. Thus, the runner 1 has moved one step " forward ", and with the subsequent supply of a negative half-wave of current to coils 8 and 11, runner 1 will move one more step" forward ".

Далее все описанное будет повторяться до тех пор, пока не прекратится поступление отрицательных полуволн тока в катушку 11. Для реализации движения бегуна 1 "назад" все остается без изменения, но отрицательная полуволна тока должна поступать в катушку 12. Движение "назад" прекращается после обесточивания катушки 12. Когда стол 3 достигнет нужного положения, отключаются катушки тормозных магнитов 14, а их якори 15 под действием пружин 16 прижимают колодки 17 к бегуну 1 и жестко фиксируют его. То же самое происходит, если исчезает напряжение в сети, а бегун 1 в подшипниках 2 и стол 3 не падают. Синхронизация импульсов тока в катушках 8 и 11 или 8 и 12, а также несинхронность последних с импульсами тока в катушке 5 достигается не обязательно путем использования полуволн тока промышленной частоты, но и любым приемлемым схемным способом. При необходимости, стол 3 подпирается двумя бегунами 1, которые должны двигаться синхронно, и как все другие элементы двигателя в этом случае имеют общую ось симметрии (фиг. 1,2 показана пунктиром). Указанное на фиг. 1,2 место оси симметрии позволяет обеспечить значительную базу между бегунами 1 при минимальных габаритах объединенного таким образом двигателя, что, например, необходимо для предотвращения качаний во время работы столов деревообрабатывающих станков. Further, everything described will be repeated until the flow of negative half-waves of current into coil 11 stops. To realize the runner 1 moving “backward”, everything remains unchanged, but the negative half-wave of current must flow into coil 12. The movement of “backward” stops after de-energizing coils 12. When the table 3 reaches the desired position, the brake magnet coils 14 are turned off, and their anchors 15, under the action of the springs 16, press the pads 17 to the runner 1 and firmly fix it. The same thing happens if the voltage disappears, and the runner 1 in bearings 2 and table 3 do not fall. The synchronization of current pulses in coils 8 and 11 or 8 and 12, as well as the non-synchronism of the latter with current pulses in coil 5, is achieved not necessarily by using half-waves of current of industrial frequency, but also by any suitable circuit method. If necessary, the table 3 is supported by two runners 1, which must move synchronously, and like all other engine elements in this case have a common axis of symmetry (Fig. 1,2 is shown with a dashed line). Referring to FIG. 1.2 place of the axis of symmetry allows you to provide a significant base between the runners 1 with the minimum dimensions of the thus combined engine, which, for example, is necessary to prevent swings during operation of the tables of woodworking machines.

В отличие от прототипа:
а) удерживающий постоянный магнит заменен электромагнитом;
б) развитое ярмо промежуточного магнита образует окно, внутри которого размещены катушки и двойной Ш-образный магнитопровод тяговых магнитов;
в) конструкция и расположение упругих элементов обеспечивают строго плоскопараллельное движение промежуточного магнита при отсутствии тока в его катушке;
г) при обесточивании тормозных магнитов их колодки надежно фиксируют бегун;
д) жесткое крепление магнитопровода тяговых магнитов с помощью стойки к фундаменту дает равенство и прямоугольность форм рабочих зазоров между его торцами и противолежащими частями промежуточного магнита.Unlike the prototype:
a) the holding permanent magnet is replaced by an electromagnet;
b) the developed yoke of the intermediate magnet forms a window, inside of which are placed coils and a double U-shaped magnetic circuit of traction magnets;
c) the design and location of the elastic elements provide strictly plane-parallel motion of the intermediate magnet in the absence of current in its coil;
d) when the brake magnets are de-energized, their pads reliably fix the runner;
e) the rigid fastening of the magnetic circuit of the traction magnets using the rack to the foundation gives equality and rectangularity of the shapes of the working gaps between its ends and opposite parts of the intermediate magnet.

Реализация указанных конструктивных решений позволяет получить положительный эффект, состоящий в увеличении развиваемой мощности новым электродвигателем на единицу массы при возрастании надежности его работы. The implementation of these design solutions allows you to get a positive effect consisting in increasing the developed power by a new electric motor per unit mass with increasing reliability of its operation.

Claims

A linear electric motor containing a fixed part, including a holding magnet and traction electromagnets with U-shaped magnetic circuits, and a moving part, including a runner and an intermediate electromagnet, which is a common anchor for traction electromagnets and spring-loaded with elastic elements parallel to the axis of the runner relative to the fixed part, and the axis of the coils of the intermediate and traction electromagnets are mutually perpendicular, and the longitudinal axis of the runner is parallel to the axis of the coils of traction magnets, characterized in that it sleep It is equipped with brake magnets, the holding magnet is made in the form of an electromagnet, the yoke of the intermediate electromagnet is made with a window inside which traction electromagnets are placed so that equal air gaps are formed between their poles and opposite elements of the yoke of the intermediate electromagnet, W-shaped magnetic circuits of traction electromagnets made with a common yoke, the longitudinal axis of which coincides with the axis of the coil of the holding electromagnet, and perpendicular to the last, as well as and coils of traction electromagnets are located the axis of the brake electromagnets.