RU2095925C1

RU2095925C1 - Vibrator

Info

Publication number: RU2095925C1
Application number: RU94027706A
Authority: RU
Inventors: И.Х. Хайруллин; Т.И. Хайруллин; С.П. Скуратов
Original assignee: Уфимский государственный авиационный технический университет
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1994-07-22
Publication date: 1997-11-10
Also published as: RU94027706A

Abstract

FIELD: drives of vibration instruments. SUBSTANCE: device has U-shaped armature members 5 with slots and stationary magnetic system members 1, 2 which embrace windings 3, 4. Slots of stationary members 1 and 2 are located in asymmetry about symmetry axis of armature 5 which has two degrees of freedom. Arms of armature 5 enter slots of stationary members 1 and 2 in asymmetry about symmetry axis of these slots. EFFECT: increased functional capabilities. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для привода виброинструмента. The invention relates to electrical engineering and can be used to drive a vibration tool.

Известен аналог (2) вибратор, содержащий цилиндрический ротор, снабженный постоянными магнитами, подвижные элементы из магнитомягкого материала, системы возбуждения, выполненной в виде замкнутого ярма с обмотками постоянного тока и отверстиями, в которых размещены подвижные элементы. A known analog (2) is a vibrator containing a cylindrical rotor equipped with permanent magnets, moving elements of soft magnetic material, an excitation system made in the form of a closed yoke with DC windings and holes in which the moving elements are placed.

Известен аналог (3) вибратор, содержащий 4-полюсный симметричный статор с обмотками на явновыраженных полюсах, внутри которого расположен 4-полюсный якорь с полюсами, смещенными по окружности на половину ширины полюса статора попарно и против часовой стрелки. A known analogue (3) is a vibrator containing a 4-pole symmetrical stator with windings at clearly defined poles, inside of which there is a 4-pole armature with poles displaced around the circumference by half the width of the stator pole in pairs and counterclockwise.

Наиболее близким к предложению по технической сущности аналогом является вибратор, содержащий две неподвижные части с зубцами, прорезями и обмотками, питаемыми от сети переменного тока через выпрямительные элементы, и якорь, закрепленный на подвижном элементе с прорезями и зубцами, размещенными в прорезях неподвижных элементов так, что рабочие зазоры образованы между зубьями одной из неподвижных частей и зубцами якоря (1). The analogue closest to the proposal in technical essence is a vibrator containing two stationary parts with teeth, slots and windings, fed from the AC network through rectifier elements, and an anchor mounted on a movable element with slots and teeth placed in the slots of the fixed elements so that working gaps are formed between the teeth of one of the fixed parts and the teeth of the armature (1).

Недостатком наиболее близкого аналога является низкий КПД, так как активные материалы используются недостаточно эффективно, а также их малые функциональные возможности из-за наличия у подвижной части только одной степени свободы. The disadvantage of the closest analogue is the low efficiency, since the active materials are not used efficiently enough, as well as their low functionality due to the presence of the moving part only one degree of freedom.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение КПД за счет более эффективного использования активных материалов и увеличения площади рабочего воздушного зазора, а также повышения функциональных возможностей за счет создания колебания якоря с двумя степенями свободы. The problem to which the invention is directed, is to increase the efficiency due to the more efficient use of active materials and to increase the area of the working air gap, as well as to increase functionality by creating arm oscillations with two degrees of freedom.

Задача решается тем, что в вибраторе, содержащем две неподвижные части с зубцами, прорезями и обмотками, питаемыми от сети переменного тока через выпрямительные элементы, и якорь, закрепленный на подвижном элементе с прорезями и зубцами, размещенными в прорезях неподвижных элементов так, что рабочие зазоры образованы между зубцами одной из неподвижных частей и зубцами якоря, в отличие от прототипа, зубцы неподвижных элементов и якоря выполнены охватывающими обмотки и снабжены спинками с образованием исполнительных рабочих воздушных зазоров между торцами зубцов одной из неподвижных частей, и спинкой якоря и торцами зубцов якоря и спинкой одной из неподвижных частей, причем, прорези неподвижных частей расположены асимметрично относительно оси симметрии якоря. The problem is solved in that in a vibrator containing two stationary parts with teeth, slots and windings, powered from the AC network through rectifier elements, and an anchor mounted on a movable element with slots and teeth placed in the slots of the fixed elements so that the working clearances formed between the teeth of one of the fixed parts and the teeth of the armature, in contrast to the prototype, the teeth of the stationary elements and the armature are made covering windings and provided with backs with the formation of executive working air gaps between the ends of the teeth of one of the fixed parts, and the back of the anchor and the ends of the teeth of the anchor and the back of one of the fixed parts, moreover, the slots of the fixed parts are asymmetrically relative to the axis of symmetry of the armature.

Кроме того, в вибраторе в отличие от прототипа обмотки расположены в пазах, выполненных в неподвижных элементах. In addition, in the vibrator, unlike the prototype, the windings are located in grooves made in fixed elements.

На фиг. 1 изображен описываемый вибратор, вид сбоку; на фиг. 2 вид сверху, разрез. In FIG. 1 shows the described vibrator, side view; in FIG. 2 top view, section.

Вибратор содержит две неподвижные части 1 и 2, каждая из которых имеет продольные прорези, образующие внутренние зубцы 3 и внешние зубцы 4, соединенные между собой участками магнитопровода 5, и внешние спинки 6 и внутренние спинки 7, якорь 8, имеющий аналогично неподвижным частям продольные прорези, образующие внутренние зубцы 9 внешние зубцы 10, соединенные между собой участками магнитопровода 11, и внутренние спинки якоря 12 и внешние спинки якоря 13, а зубцы неподвижных частей входят в прорези якоря, охватывая обмотки 14 и 15, заложенные в пазы неподвижных частей и охватывающие внутренние зубцы соответствующей неподвижной части и входящие в пазы этой неподвижной части внутренние зубцы якоря, при этом каждая пара сориентированных друг к другу зубцов неподвижной части и якоря образует три рабочих воздушных зазора 16, 17 и 18, причем два первых параллельны, а третий перпендикулярен им, кроме того, величины и соотношения величины рабочих воздушных зазоров регулируются путем перемещения одной неподвижной части относительно другой в плоскости (фиг. 2). The vibrator contains two fixed parts 1 and 2, each of which has longitudinal slots forming internal teeth 3 and external teeth 4, interconnected by sections of the magnetic circuit 5, and external backs 6 and internal backs 7, an anchor 8, having longitudinal cuts similar to fixed parts forming the inner teeth 9, the outer teeth 10, interconnected by sections of the magnetic circuit 11, and the inner backs of the armature 12 and the outer backs of the armature 13, and the teeth of the fixed parts enter the slots of the armature, covering the windings 14 and 15, laid in grooves the moving parts and the inner teeth of the corresponding fixed part and the inner teeth of the anchor entering the grooves of this fixed part, each pair of teeth of the fixed part and the armature oriented to each other forms three working air gaps 16, 17 and 18, the first two parallel the third is perpendicular to it, in addition, the magnitudes and proportions of the magnitude of the working air gaps are regulated by moving one fixed part relative to another in the plane (Fig. 2).

Вибратор работает следующим образом. The vibrator works as follows.

При подаче переменного напряжения ток в первый полупериод протекает по обмотке 14, в результате чего возникает магнитный поток, который проходит через три рабочих воздушных зазора, расположенных внутри конструкции вибратора:
1. рабочий воздушный зазор 16, образованный между внутренними спинками 7, неподвижной части 1 и торцами внутренних зубцов 9 якоря 8;
2. рабочий воздушный зазор 17, образованный между внутренними спинками 12 якоря 8 и торцами внутренних зубцов 3 неподвижной части 1;
3. рабочий воздушный зазор 18, образованный между боковыми поверхностями внутренних зубцов 3 неподвижной части 1 и боковыми поверхностями внутренних зубцов 9 якоря 8.When applying an alternating voltage, the current flows into the first half-cycle through the winding 14, resulting in a magnetic flux that passes through three working air gaps located inside the vibrator structure:
1. working air gap 16 formed between the inner backs 7, the fixed part 1 and the ends of the inner teeth 9 of the armature 8;
2. a working air gap 17 formed between the inner backs 12 of the armature 8 and the ends of the inner teeth 3 of the fixed part 1;
3. a working air gap 18 formed between the side surfaces of the inner teeth 3 of the fixed part 1 and the side surfaces of the inner teeth 9 of the armature 8.

Таким образом, магнитный поток переходит с внутренних зубцов 3 неподвижной части 1 на внутренние зубцы 9 якоря 8. Далее магнитный поток по участкам магнитопровода 11, соединяющим внутренние зубцы 9 якоря 8 и внешние зубцы 10 якоря 8, проходит на внешние зубцы 10 якоря 8 и через три рабочих воздушных зазора, образованных между зубцами 10 якоря 8 и внешними зубцами 4 неподвижной части 1, переходит на внешние зубцы 4 неподвижной части 1. Далее через участки магнитопровода 5, соединяющие между собой внешние зубцы 4 и внутренние зубцы 3 неподвижной части 1, магнитный поток переходит на внутренние зубцы 3 неподвижной части 1 и замыкается. Thus, the magnetic flux passes from the inner teeth 3 of the fixed part 1 to the inner teeth 9 of the armature 8. Next, the magnetic flux along the sections of the magnetic circuit 11 connecting the inner teeth 9 of the armature 8 and the outer teeth 10 of the armature 8 passes to the outer teeth 10 of the armature 8 and through three working air gaps formed between the teeth 10 of the anchor 8 and the outer teeth 4 of the fixed part 1, goes to the outer teeth 4 of the fixed part 1. Then through sections of the magnetic circuit 5 connecting the outer teeth 4 and the inner teeth 3 of the fixed part 1, ma netic flow advances to internal teeth 3 fixed part 1 and closes.

Таким образом, в рабочих воздушных зазорах магнитной системы при прохождении тока по обмотке возбуждения возникает три магнитных потока, на фиг. 2 обозначенных Ф₁, Ф₂ и Ф₃. Два из них, Ф₂ и Ф₃, направлены параллельно, а третий перпендикулярно первым двум магнитным потокам Ф₂ и Ф₃. Следовательно, на якорь 8 вибратора при этом будут действовать две взаимно перпендикулярные электромагнитные силы F1 и F2, зависящие первая от величины магнитного потока Ф₁, вторая от величины магнитных потоков Ф₂+Ф₃. В результате якорь 8 вибратора будет перемещаться по траектории, определяющейся равнодействующей сил F1 и F2. При движении якоря 8 величины и соотношения магнитных потоков Ф₁/(Ф₂+Ф₃) будут изменяться. Этому способствуют конструктивные особенности зубцов 9 и 10 якоря 8, и зубцов 3 и 4 неподвижных частей 1 и 2 и их взаимное расположение, а именно:
1. различие площадей поперечного сечения рабочих воздушных зазоров, через которые проходят магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, Ф₃;
2. различие величин рабочих воздушных зазоров на пути магнитного потока Ф₁ и Ф₂, Ф₃;
3. изменение площади поперечного сечения рабочего воздушного зазора 18, через который проходит магнитный поток Ф₁ при движении якоря 8 в направлении магнитных потоков Ф₂ и Ф₃, т.е. в направлении действия силы F2 (фиг. 2).Thus, in the working air gaps of the magnetic system, when the current passes through the field winding, three magnetic fluxes arise, in FIG. 2 designated F ₁ , F ₂ and F ₃ . Two of them, Ф ₂ and Ф ₃ , are directed in parallel, and the third is perpendicular to the first two magnetic fluxes Ф ₂ and Ф ₃ . Therefore, in this case, two mutually perpendicular electromagnetic forces F1 and F2 will act on the vibrator armature 8, depending on the magnitude of the magnetic flux Ф ₁ and the second on the magnitude of the magnetic flux Ф ₂ + Ф ₃ . As a result, the vibrator armature 8 will move along a path defined by the resultant of forces F1 and F2. When the armature 8 moves, the magnitudes and ratios of the magnetic fluxes Ф ₁ / (Ф ₂ + Ф ₃ ) will change. This is facilitated by the design features of the teeth 9 and 10 of the armature 8, and the teeth 3 and 4 of the fixed parts 1 and 2 and their relative position, namely:
1. the difference in the cross-sectional area of the working air gaps through which the magnetic fluxes f ₁ and f ₂ , f ₃ ;
2. the difference in the values of the working air gaps in the path of the magnetic flux f ₁ and f ₂ f ₃ ;
3. changing the cross-sectional area of the working air gap 18, through which the magnetic flux Ф ₁ passes when the armature 8 moves in the direction of the magnetic fluxes Ф ₂ and Ф ₃ , i.e. in the direction of action of the force F2 (Fig. 2).

Таким образом, якорь 8 вибратора, имея две степени свободы, т.е. возможность перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при подаче напряжения на обмотку 14 будет перемещаться в направлении равнодействующих сил F1 и F2, величина и направление которых определяются соотношением величин и площадей сечения рабочих воздушных зазоров 16, 17 и 18 и изменяются в процессе перемещения якоря. Таким образом, траектория движения якоря будет отличаться от прямой линии благодаря изменению направления равнодействующей сил F1 и F2 и определяться соотношением геометрических размеров частей вибратора, площадей поперечного сечения и величин рабочих воздушных зазоров, их непропорциональным изменением в процессе движения якоря, а не направляющими, как это предусмотрено в прототипе. Причем величины рабочих частей 1 и 2, а их площади сечения от площадей торцевых боковых поверхностей зубцов якоря 8 и неподвижных частей 1 и 2. Thus, the anchor 8 of the vibrator, having two degrees of freedom, i.e. the ability to move in two mutually perpendicular directions, when voltage is applied to the winding 14, it will move in the direction of the resultant forces F1 and F2, the magnitude and direction of which are determined by the ratio of the values and the cross-sectional areas of the working air gaps 16, 17 and 18 and change during the movement of the armature. Thus, the trajectory of the armature will differ from the straight line due to a change in the direction of the resultant forces F1 and F2 and is determined by the ratio of the geometric dimensions of the parts of the vibrator, the cross-sectional areas and the values of the working air gaps, their disproportionate change during the movement of the armature, and not guides, like this provided in the prototype. Moreover, the values of the working parts 1 and 2, and their cross-sectional area from the areas of the end side surfaces of the teeth of the armature 8 and the fixed parts 1 and 2.

При подаче отрицательной полуволны напряжения на вибратор ток благодаря коммутатору протекает через обмотку 15 и аналогичным выше описанному образом якорь 8 вибратора возвращается в исходное положение. When a negative half-wave of voltage is applied to the vibrator, the current, thanks to the switch, flows through the winding 15 and, in the manner described above, the vibrator armature 8 returns to its original position.

Итак, изобретение позволяет повысить КПД устройства за счет более эффективного использования активных материалов, т.е. наиболее полного охвата обмоток возбуждения магнитной системой, увеличения площади рабочего воздушного зазора и согласования направления действия электромагнитной силы, действующей на якорь, имеющий две степени свободы, с направлением движения якоря. Повышение функциональных возможностей обусловлено тем, что якорь может перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях по определенной траектории, т.е. иметь одну или две степени свободы. So, the invention allows to increase the efficiency of the device due to the more efficient use of active materials, i.e. the most complete coverage of the field windings by the magnetic system, increasing the area of the working air gap and matching the direction of action of the electromagnetic force acting on the armature having two degrees of freedom, with the direction of motion of the armature. The increase in functionality is due to the fact that the anchor can move in two mutually perpendicular directions along a certain path, i.e. have one or two degrees of freedom.

Claims

1. A vibrator containing two fixed parts with teeth, slots and windings, powered from the AC network through rectifier elements and an armature mounted on a movable element with slots and teeth placed in the slots of the fixed elements so that working gaps are formed between the teeth of one of fixed parts and teeth of the anchor, characterized in that the teeth of the fixed elements and anchors are made covering the windings and provided with backs with the formation of additional working air gaps between the ends of the teeth about hydrochloric from the fixed portions and the back faces of the armature and the armature teeth and the back of one of the fixed portions, the fixed portions and slits are arranged asymmetrically relative to the symmetry axis of the armature.

2. The vibrator according to claim 1, characterized in that the windings are located in grooves made in fixed elements.