RU2216089C2

RU2216089C2 - Vibratory electric drive

Info

Publication number: RU2216089C2
Application number: RU2001128255A
Authority: RU
Inventors: Ю.Д. Нетеса; Э.И. Деникин; М.Л. Коробов
Original assignee: Деникин Эрнст Иванович; Нетеса Юрий Дмитриевич
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-11-10

Abstract

FIELD: electrical engineering; vibratory electric motors. SUBSTANCE: inductor motor of vibratory electric drive has two coils connected to ac and dc power supplies. Inductor windings are connected in parallel with ac power supply and in series with dc power supply. Opposing connection of inductor coils is afforded by dc power supply. Voltage exceeding that of power supply is never built up across inductor coils. EFFECT: enhanced reliability and simplified design. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитному приводу, а точнее к электромагнитным вибрационным двигателям возвратно-поступательного перемещения связанного с ним рабочего органа. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to an electromagnetic drive, and more specifically to electromagnetic vibrational motors of the reciprocating movement of the associated working body.

Во многих электромагнитных устройствах энергия магнитного поля используется для создания электромагнитных сил, вызывающих перемещение подвижных частей и совершающих механическую работу. Такие электромагнитные устройства называются электромагнитными двигателями (ЭМД) или электровибродвигателями в случае, если ЭМД и связанный с ним рабочий орган технологического устройства совершают возвратно-поступательные перемещения. In many electromagnetic devices, magnetic field energy is used to create electromagnetic forces that cause moving parts to move and perform mechanical work. Such electromagnetic devices are called electromagnetic motors (EMD) or electric vibroengines if the EMD and the associated working body of the technological device make reciprocating movements.

Изобретение относится к группе ЭМД, имеющих взаимоподвижные магнитные системы индуктора и якоря, в которых электромагнитные силы создаются путем взаимодействия их магнитных полей. The invention relates to a group of EMDs having interconnected magnetic systems of an inductor and an armature in which electromagnetic forces are created by the interaction of their magnetic fields.

Известен ЭМД, состоящий из неподвижного двухполюсного магнитопровода индуктора с обмотками, охватывающего расположенный внутри его магнитопровод якоря, смонтированный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль полюсов индуктора, при этом немагнитный зазор между полюсами индуктора и якорем остается постоянным. Для обеспечения электромагнитных сил обмотка индуктора содержит пару катушек, включенных встречно и связанных с источником постоянного тока, и расположенную между ними катушку, связанную с источникам переменного тока [1]. Known EMD, consisting of a fixed bipolar magnetic circuit of the inductor with windings, covering the armature located inside its magnetic circuit, mounted with the possibility of reciprocating movement along the poles of the inductor, while the non-magnetic gap between the poles of the inductor and the armature remains constant. To ensure electromagnetic forces, the inductor winding contains a pair of coils included in the opposite direction and connected to a direct current source, and a coil located between them connected to alternating current sources [1].

Встречное включение катушек постоянного тока позволяет получить в магнитной системе ЭМД магнитодвижущую силу (МДС), ориентированную также встречно. Величина МДС на каждой катушке определяется по формуле
F_п=I_п•W_п,
где индекс "п" означает отношение параметров к катушкам постоянного тока, а I - ток и W - число витков этих катушек.The counter inclusion of DC coils makes it possible to obtain a magnetomotive force (MDS) in the EMD magnetic system, which is also oriented in the opposite direction. The value of the MDS on each coil is determined by the formula
F _p = I _p • W _p ,
where the index "p" means the ratio of the parameters to the DC coils, and I - current and W - the number of turns of these coils.

Встречное включение МДС постоянных катушек при обеспечении в зазорах полюсов индуктора индукции (B_δ), равной половине величины насыщения стали (В_max), приводит к изменению индукции от B=+B_max/2 до В=0 и до В=-В_max/2 от одного полюса к другому. При прочих равных условиях сечение магнитопровода якоря с индукцией В=0 располагается в центре участка якоря, расположенного между полюсами индуктора.The counter-inclusion of the MDS of constant coils while ensuring the induction inductor (B _δ ) in the gap of the poles of the inductor, equal to half the steel saturation value (V _max ), leads to a change in the induction from B = + B _max / 2 to B = 0 and to B = -B _max / 2 from one pole to another. Other things being equal, the cross section of the armature magnetic circuit with induction B = 0 is located in the center of the armature section located between the poles of the inductor.

При работе катушки переменного тока каждый полупериод возникает МДС, равная по величине соответствующей МДС катушек постоянного тока и противоположная по направлению на одной и согласная на другой. During the operation of the alternating current coil, each half-cycle produces an MDS equal in magnitude to the corresponding MDS of the DC coils and opposite in direction to one and consonant to the other.

Таким образом, каждый полупериод происходит сложение магнитодвижущих сил на участке якоря в зоне одной из катушек постоянного тока, а на другом - вычитание. При этом происходит перераспределение индукции в магнитопроводе якоря, расположенного между полюсами индуктора с частотой питающей сети переменного тока. Магнитное поле обмотки якоря, взаимодействуя с суммарным полем индуктора, приводит к появлению электромагнитной силы, перемещающей якорь. Для достижения равенства величин магнитодвижущих сил, создаваемых катушками постоянного и переменного тока, в силу специфики прохождения переменного и постоянного тока по катушкам обмоток при одном и том же напряжении питания, в катушках постоянного тока число витков увеличивается по сравнению с катушкой переменного тока на величину кратности соотношений их комплексных сопротивлений (один-два порядка). Магнитное поле катушки переменного тока индуцирует ЭДС в катушках постоянного тока величиной напряжения, определяемого соотношением числа витков обеих катушек, т.е. имеет место трансформация высоких напряжений (перенапряжение) в цепях постоянного тока, которые способны привести к пробою изоляции и выходу из строя электродвигателя. Использование в прототипе трех катушек в системе индуктора, подключение их к различным источникам питания и сложность коммутационных связей при встречном включении катушек постоянного тока свидетельствуют о конструктивной сложности описанного виброэлектродвигателя и с учетом вышесказанного о недостаточной его надежности. Thus, each half-period the addition of magnetomotive forces occurs on the armature section in the area of one of the DC coils, and on the other - subtraction. When this happens, the redistribution of induction in the magnetic circuit of the armature located between the poles of the inductor with the frequency of the AC mains. The magnetic field of the armature winding, interacting with the total field of the inductor, leads to the appearance of electromagnetic force moving the armature. To achieve the equality of the magnitude of the magnetomotive forces created by the DC and AC coils, due to the specifics of the passage of AC and DC current through the coil of the windings at the same supply voltage, the number of turns in the DC coils increases compared to the AC coil by the magnitude of the ratio their complex resistances (one to two orders of magnitude). The magnetic field of the AC coil induces an EMF in the DC coils by the magnitude of the voltage determined by the ratio of the number of turns of both coils, i.e. there is a transformation of high voltages (overvoltage) in DC circuits, which can lead to breakdown of insulation and failure of the electric motor. The use of three coils in the prototype of the inductor system, their connection to various power sources and the complexity of the switching connections when the DC coils are turned on again indicate the structural complexity of the described vibro-electric motor and, taking into account the above, its insufficient reliability.

Таким образом, целью изобретения является повышение надежности работы виброэлектродвигателя и упрощение его конструкции. Thus, the aim of the invention is to increase the reliability of the vibro-electric motor and simplify its design.

Цель, согласно изобретению, достигается за счет того, что в электровибродвигателе, содержащем индуктор с обмоткой в виде катушек, связанных с источниками постоянного и переменного тока, и якорь, обмотка индуктора включает пару катушек, соединенных параллельно с источником переменного тока и последовательно с источником постоянного тока, последним обеспечивая их встречное включение по постоянному току. The goal, according to the invention, is achieved due to the fact that in an electric motor containing an inductor with a coil in the form of coils connected to DC and AC sources, and an armature, the coil of the inductor includes a pair of coils connected in parallel with the AC source and in series with the DC source current, the last providing their counterclosing on a direct current.

Сущность изобретения состоит в том, что с изменением конструкции индуктора, обмотка которого включает только две катушки, и одновременным подключением их к источникам постоянного и переменного тока указанным в формуле образом достигается поставленная цель, а именно: упрощение конструкции и повышение надежности работы с полным исключением возможности пробоя изоляции обмотки индуктора. The essence of the invention lies in the fact that with a change in the design of the inductor, the winding of which includes only two coils, and at the same time connecting them to sources of direct and alternating current in the manner specified in the formula, the goal is achieved, namely: simplifying the design and increasing the reliability with the complete exception of the possibility breakdown of the insulation of the inductor winding.

На прилагаемом к описанию чертеже схематически изображен предлагаемый электровибродвигатель. Attached to the description of the drawing schematically shows the proposed electromotor.

Последний состоит из неподвижного магнитопровода 1 индуктора, обмотка которого образована парой катушек 2 и 3. Эти катушки связаны параллельно с источником 4 переменного тока и последовательно с источником 5 постоянного тока, который введен в их замкнутый контур, обеспечивая их встречное включение по постоянному току. Магнитопровод 1 выполнен с двумя полюсами, к которым через немагнитный постоянный зазор δ примыкает магнитопровод 6 якоря, в свою очередь несущего обмотку, например, в виде короткозамкнутого витка 7. The latter consists of a fixed magnetic circuit 1 of the inductor, the winding of which is formed by a pair of coils 2 and 3. These coils are connected in parallel with an alternating current source 4 and in series with a direct current source 5, which is introduced into their closed loop, ensuring their onward inclusion in direct current. The magnetic circuit 1 is made with two poles, to which, through a non-magnetic constant gap δ, the magnetic circuit 6 of the armature is adjacent, which in turn carries a winding, for example, in the form of a short-circuited coil 7.

Работает электровибродвигатель следующим образом. The electric motor operates as follows.

В процессе работы через каждую из двух катушек 2 и 3 протекает суммарный ток, вызванный с одной стороны источником постоянного тока 5 и гальванически отделенным источником переменного напряжения 4. При этом источник постоянного тока 5 включен в замкнутый контур параллельно и согласно соединенных катушек и вызывает в них ток, протекающий встречно - в одной катушке 3 от начала к концу, а в другой 2 от конца к началу. Источник переменного напряжения 4 подключен к параллельно и согласно соединенным катушкам 2 и 3 и вызывает в них согласный переменный ток. Таким образом, в один полупериод в первой катушке 3 токи складываются, а во второй вычитаются. Во второй полупериод картина протекания токов в катушках меняется на противоположную. При этом токи в катушках 2 и 3, при прочих равных условиях, изменяются от нуля до максимума с частотой источника переменного напряжения 4 и всегда направлены встречно. Встречные суммарные токи катушек 2 и 3 вызывают также встречные магнитодвижущие силы (МДС). Ток в катушках от источника постоянного тока 5 обеспечивает такую МДС, которая вызывает в зазорах δ полюсов индуктора 1 индукцию B_δ, равную половине величины насыщения стали В_max, что обеспечивает в центральном сечении участка магнитопровода якоря 6, расположенного между полюсами индуктора 1, индукцию, равную нулю. Суммарные токи в катушках вызывают перемещение сечения якоря 6 с нулевой индукцией попеременно от одного полюса к другому полюсу индуктора 1 с частотой питающей сети (вибрирующее магнитное поле по аналогии с вращающимся магнитным полем).During operation, a total current flows through each of the two coils 2 and 3, caused on one side by a direct current source 5 and a galvanically separated alternating voltage source 4. In this case, the direct current source 5 is connected to the closed circuit in parallel and according to the connected coils and causes them current flowing counter-in one coil 3 from the beginning to the end, and in the other 2 from the end to the beginning. The AC voltage source 4 is connected to parallel and according to the connected coils 2 and 3 and causes a consonant alternating current in them. Thus, in one half-cycle in the first coil 3, the currents are added, and in the second they are subtracted. In the second half-cycle, the pattern of the flow of currents in the coils changes to the opposite. In this case, the currents in coils 2 and 3, ceteris paribus, vary from zero to maximum with the frequency of the AC voltage source 4 and are always directed in the opposite direction. Counter counter currents of coils 2 and 3 also cause counter counter magnetomotive forces (MDS). The current in the coils from the DC source 5 provides such an MDS that causes induction B _δ in the gaps δ of the poles of the inductor 1, equal to half the saturation value of steel B _max , which provides induction in the central section of the section of the armature core 6 located between the poles of the inductor 1, equal to zero. The total currents in the coils cause the cross-section of the armature 6 with zero induction to move alternately from one pole to another pole of the inductor 1 with the frequency of the supply network (a vibrating magnetic field by analogy with a rotating magnetic field).

Магнитное поле обмотки якоря может создаваться за счет:
- специального исполнения магнитопровода якоря 6, например, из нешихтованной стали - асинхронный вибродвигатель с цельным якорем;
- дополнительной обмотки якоря, запитанной от источника постоянного тока, - синхронный вибродвигатель;
- дополнительной обмотки якоря, соединенной с дополнительным сопротивлением или замкнутой накоротко, - асинхронный вибродвигатель с фазным якорем;
- дополнительной обмотки якоря в виде короткозамкнутого витка - асинхронный вибродвигатель с к.з. якорем;
- и др.The magnetic field of the armature winding can be created due to:
- special design of the magnetic core of the anchor 6, for example, of unmounted steel - an asynchronous vibration motor with a solid anchor;
- an additional winding of the armature, powered by a direct current source, - a synchronous vibration motor;
- additional winding of the armature connected to additional resistance or short-circuited; - asynchronous vibration motor with phase armature;
- an additional winding of the armature in the form of a short-circuited turn - an asynchronous vibration motor with short circuit anchor;
- and etc.

Магнитное поле обмотки якоря, взаимодействуя с вибрирующим полем индуктора, приводит к появлению электромагнитной силы на якорь. В зависимости от типа вибродвигателя и от соотношения частот вибрирующего магнитного поля индуктора и вибрирующего движения якоря и соотношения их фаз на якорь будет действовать сила торможения или движущая сила. При этом на катушках не возникают напряжения, превышающие напряжение питания, а уменьшение количества катушек упрощает его конструкцию. The magnetic field of the armature winding, interacting with the vibrating field of the inductor, leads to the appearance of electromagnetic force on the armature. Depending on the type of vibroengine and on the ratio of the frequencies of the vibrating magnetic field of the inductor and the vibrating movement of the armature and the ratio of their phases, the braking force or driving force will act on the armature. In this case, voltages exceeding the supply voltage do not appear on the coils, and a decrease in the number of coils simplifies its design.

Источник информации
1. Авторское свидетельство 828932, кл. Н 02 К 33/12, выдан 10.10.79 - прототип.Sourse of information
1. Copyright certificate 828932, cl. H 02 K 33/12, issued 10/10/79 - prototype.

Claims

An electric motor containing an inductor with a coil in the form of coils connected to sources of direct and alternating current, and an armature, characterized in that the winding of the inductor includes a pair of coils connected in parallel with the alternating current source and in series with the direct current source, the latter ensuring their on-line switching by direct current.