RU2292960C2 - Electromechanical vibrator - Google Patents
Electromechanical vibrator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2292960C2 RU2292960C2 RU2005100355/28A RU2005100355A RU2292960C2 RU 2292960 C2 RU2292960 C2 RU 2292960C2 RU 2005100355/28 A RU2005100355/28 A RU 2005100355/28A RU 2005100355 A RU2005100355 A RU 2005100355A RU 2292960 C2 RU2292960 C2 RU 2292960C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- vibrator
- electromechanical
- core
- phase
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вибрационной технике, а именно к электромеханическим вибраторам, используемым, например, в строительстве для вибрационного уплотнения бетона и других отраслях техники, где требуется вибрационное воздействие на обрабатываемый материал.The invention relates to vibration technology, namely, electromechanical vibrators used, for example, in construction for vibration compaction of concrete and other branches of technology where vibration exposure to the material being processed is required.
Широко известны традиционные электромеханические вибраторы, в том числе и производства Ярославского завода "Красный маяк". Они состоят из асинхронного двигателя, на продолжениях вала ротора которого расположены дебалансы. При вращении ротора эти дебалансы создают вынуждающую силу колебаний, которые через корпус и лапы крепления передаются на рабочий орган, например виброплощадку, которая и взаимодействует с уплотняемой бетонной смесью. Конструкция подобного электромеханического вибратора видна на рис.33, с.100 (К.К.Гогия. Формование железобетонных изделий. М.: Стройиздат, 1989).Widely known are traditional electromechanical vibrators, including those produced by the Yaroslavl factory Red Lighthouse. They consist of an induction motor, on the extensions of the rotor shaft of which there are unbalances. When the rotor rotates, these unbalances create a driving force of oscillations, which are transmitted through the body and mounting legs to the working body, for example, a vibrating platform, which interacts with the concrete mixture being compacted. The design of such an electromechanical vibrator is visible in Fig. 33, p. 100 (K.K. Gogia. Formation of reinforced concrete products. M: Stroyizdat, 1989).
Эта конструкция вибратора принята за прототип.This vibrator design is taken as a prototype.
Вибратор состоит из электродвигателя (статора, внутри которого на валу расположен ротор) в корпусе. Вал электродвигателя снабжен дебалансами и вращается в шарикоподшипниках, расположенных в подшипниковых гнездах корпуса.The vibrator consists of an electric motor (stator, inside of which a rotor is located on the shaft) in the housing. The motor shaft is equipped with unbalances and rotates in ball bearings located in the bearing housings of the housing.
Недостатком всех известных вибраторов, в том числе и прототипа, является наличие вращающегося в подшипниках ротора, так как с повышением частоты вибрации (частоты вращения ротора) увеличивается центробежная вынуждающая сила, пропорциональная квадрату частоты, но возрастает и нагрузка на подшипники, уменьшается их долговечность и, таким образом, снижается надежность вибратора.The disadvantage of all known vibrators, including the prototype, is the presence of a rotor rotating in the bearings, since with increasing vibration frequency (rotor speed), the centrifugal driving force proportional to the square of the frequency increases, but the load on the bearings also increases, their durability decreases, and, thus, the reliability of the vibrator is reduced.
Отсутствие технически приемлемых решений о независимом от частоты вращения плавном регулировании амплитуды колебаний в электромеханических вибраторах ограничивает их технологическое применение.The lack of technically acceptable solutions for variable speed-independent smooth control of the oscillation amplitude in electromechanical vibrators limits their technological application.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и расширение диапазона плавного регулирования частоты и амплитуды колебаний вибратора.The task of the invention is to increase reliability and expand the range of smooth regulation of the frequency and amplitude of vibrations of the vibrator.
Эта задача решается тем, что в качестве дебаланса во внутренней расточке статора вибратора размещен зубчатый цилиндрический сердечник из пластин электротехнической стали (далее - сердечник), закрепленный в корпусе посредством упругих элементов с возможностью круговых перемещений внутри электромагнитной системы статора. Такая конструкция позволяет получить в процессе работы вибратора круговую траекторию движения центра массы якоря без его вращения вокруг собственной оси.This problem is solved in that a toothed cylindrical core made of electrical steel plates (hereinafter referred to as the core) is mounted in the housing by means of elastic elements with the possibility of circular movements inside the electromagnetic system of the stator as an unbalance in the internal bore of the vibrator stator. This design allows you to get during the operation of the vibrator a circular path of the center of mass of the armature without its rotation around its own axis.
Электромагнитная система статора выполнена с односторонне-асимметричным вращающимся магнитным полем. Физически это означает замену вращения центра массы сердечника (дебаланса) вокруг собственной оси на его поступательное движение по криволинейной (круговой) траектории, при этом вместо контактного трения тел качения в подшипнике используются деформации молекулярных связей в упругом элементе, например из эластомера, практически безызносные.The electromagnetic system of the stator is made with a one-way asymmetric rotating magnetic field. Physically, this means replacing the rotation of the center of mass of the core (unbalance) around its own axis with its translational movement along a curved (circular) path, while instead of contact friction of the rolling elements in the bearing, molecular bonds in an elastic element, for example from an elastomer, are practically unbearable.
Для получения односторонне-асимметричного вращающегося магнитного поля может быть использована, например, трехфазная электромагнитная система, которая содержит в каждой фазе по две последовательно соединенные полюсообразующие катушки с укороченным шагом (y≈0,5τ), каждая из катушек шунтирована диодом, причем диоды, шунтирующие катушки одной фазы, включены встречно.To obtain a one-sided asymmetric rotating magnetic field, for example, a three-phase electromagnetic system can be used, which contains in each phase two serially connected pole-forming coils with a shortened pitch (y≈0.5τ), each of the coils is shunted by a diode, with diodes shunting coils of one phase are turned on counter.
Электроприводом заявляемого вибратора служит, в сущности, преобразованная разновидность синхронно-реактивной электрической машины с Z1=Z2, которая, как известно из теории электрических машин, не может развивать пускового момента, что, вместе с реакцией упругих опор, надежно препятствует прокручиванию сердечника относительно статора в процессе работы.The electric drive of the inventive vibrator is, in essence, a transformed version of a synchronous-reactive electric machine with Z 1 = Z 2 , which, as is known from the theory of electric machines, cannot develop a starting torque, which, together with the reaction of elastic supports, reliably prevents the core from rolling relative to stator in the process.
Упругие элементы могут быть выполнены из эластомера для вибраторов малой мощности или в виде торсионов для вибраторов большой мощности.The elastic elements can be made of elastomer for low power vibrators or in the form of torsion bars for high power vibrators.
Общие с прототипом существенные признаки: корпус, в котором расположен статор, вал, закрепленный в корпусе вибратора, на котором расположен дебаланс.The essential features common with the prototype are: the housing in which the stator is located, the shaft mounted in the vibrator housing, on which the unbalance is located.
На фиг.1 показан продольный разрез предлагаемого вибратора, на фиг.2 - схема размещения катушек в пазах статора, на фиг.3 - последовательные фазы движения сердечника в расточке статора, на фиг.4 - схема соединений катушек и шунтирующих диодов, на фиг.5 - движение волны намагничивающей силы F по пазам статора.Figure 1 shows a longitudinal section of the proposed vibrator, figure 2 is a diagram of the placement of coils in the grooves of the stator, figure 3 is a sequence of phases of movement of the core in the bore of the stator, figure 4 is a diagram of the connections of the coils and shunt diodes, fig. 5 - movement of a wave of magnetizing force F along the grooves of the stator.
Вибратор содержит корпус 1, в котором расположен статор 2 с обмоткой 3, которая, как указывалось выше, может быть выполнена, например, в виде трехфазной электромагнитной системы, которая содержит в каждой фазе по две последовательно соединенные полюсообразующие катушки с укороченным шагом (y≈0,5τ), каждая из катушек шунтирована диодом, причем диоды, шунтирующие катушки одной фазы, включены встречно (фиг.4). Внутри статора размещен зубчатый цилиндрический сердечник (дебаланс) 4 на валу 5. Вал 5 на своих концах имеет подпятники 6 для упругих элементов 7 из эластомера, например тарельчатые, которые закреплены в крышках 8 корпуса 1. Между внутренней цилиндрической поверхностью статора 2 и наружной зубчатой поверхностью сердечника 4 имеется воздушный зазор 9, который по сравнению с обычными электрическими машинами значительно увеличен для обеспечения поступательного движения сердечника по круговой траектории. Для вибраторов большой мощности упругие элементы могут быть выполнены в виде торсионов (на фиг.1 условно не показаны).The vibrator contains a
Вибратор работает следующим образом.The vibrator works as follows.
При питании обмоток статора трехфазным током сердечник 4, под действием электромагнитной силы одностороннего притяжения, последовательно занимает внутри расточки статора 2 эксцентриситетные положения в каждый момент времени в зависимости от того какая обмотка статора в этот момент времени создает электромагнитную силу притяжения зубцов сердечника. Таким образом сердечник 4 совершает плоскопараллельное мгновенно-поступательное (вращательное) движение, при этом за один цикл переменного тока траектория центра масс сердечника 4 описывает полный круг.When the stator windings are fed with a three-phase current, the
В качестве примера исполнения на фиг.2 приведена схема электромагнитной системы предлагаемого вибратора со следующими параметрами:As an example of execution, figure 2 shows a diagram of the electromagnetic system of the proposed vibrator with the following parameters:
- число фаз обмотки статора m=3;- the number of phases of the stator winding m = 3;
- число полюсов обмотки статора 2р=2;- the number of poles of the stator winding 2p = 2;
- число пазов и соответственно зубцов на статоре Z1=12;- the number of grooves and, accordingly, the teeth on the stator Z 1 = 12;
- число зубцов на якоре Z2=12;- the number of teeth on the anchor Z 2 = 12;
- обмотка статора однослойная, сосредоточенная;- the stator winding is single-layer, concentrated;
- число катушек в фазе 2;- the number of coils in
- шаг катушек y≈0,5τ;- coil pitch y≈0.5τ;
- маркировка катушек по фазам:- marking coils in phases:
фаза А, А1-Х1 и А2-Х2phase A, A1-X1 and A2-X2
фаза В, В1-У1 и В2-У2phase B, B1-U1 and B2-U2
фаза С, C1-Z1 и C2-Z2;phase C, C1-Z1 and C2-Z2;
- воздушный зазор 5 в сравнении с обычными электрическими машинами существенно увеличен, достигая величины δ=(3-3,5) А, где А - амплитуда колебаний сердечника, например, при А≈1,5 мм, δ=5 мм.- the
Катушки включены последовательно и согласно, каждая из катушек шунтирована диодом, которые в фазе имеют встречное включение.The coils are connected in series and in accordance, each of the coils is shunted by a diode, which in the phase have a counter inclusion.
При питании обмоток трехфазным током с круговой частотой ω=2πf рад/с, где f - частота тока Гц, мгновенные значения токов по фазам:When the windings are fed with a three-phase current with a circular frequency ω = 2πf rad / s, where f is the current frequency Hz, the instantaneous values of the currents in phases:
- iA=Im·sinωt, А;- i A = I m sinωt, A;
- iB=Im·sin(ωt-120°), А;- i B = I m · sin (ωt-120 °), A;
- iС=Im·sin(ωt+120°), А.- i С = I m · sin (ωt + 120 °), A.
Под действием электромагнитной силы одностороннего действия, возникающей под влиянием волн намагничивающей силы статора, и в зависимости от фазы тока i, сердечник внутри расточки статора занимает положения, иллюстрированные на фиг.3. Для наглядности на один из зубцов статора и противолежащий ему зубец сердечника нанесены реперные метки •R и •r. Как видно на фиг.3, сердечник предлагаемого вибратора совершает плоскопараллельное мгновенно-поступательное движение по круговой траектории. Здесь О1 ось симметрии статора, O2 - ось симметрии сердечника.Under the action of a single-acting electromagnetic force arising under the influence of waves of the magnetizing force of the stator, and depending on the phase of the current i, the core inside the stator bore occupies the positions illustrated in FIG. 3. For clarity, reference marks • R and • r are applied to one of the stator teeth and the opposite tooth of the core. As can be seen in figure 3, the core of the proposed vibrator performs plane-parallel instantaneous translational motion along a circular path. Here, O 1 is the axis of symmetry of the stator, O 2 is the axis of symmetry of the core.
Можно примерно оценить величину электромагнитной силы Fэм в погружном вибраторе, выполненном по вышеупомянутым параметрам, с размерами:You can approximately estimate the magnitude of the electromagnetic force F em in a submersible vibrator made according to the above parameters, with dimensions:
- диаметр расточки статора - Dc=40 мм;- the diameter of the stator bore - D c = 40 mm;
- длина пакетов статора и якоря - lc=lя=150 мм;- the length of the stator and anchor packets - l c = l i = 150 mm;
- средняя индукция в зазоре Вэкв=0,7 Тл- average induction in the gap In equiv = 0.7 T
Fэм=Bэкв 2/2μ0·Sф≈0,4·106·Вэкв 2·Sф=0,4·106·0,72·40·150·10-3≈1180 Н, гдеF em = B equiv 2 / 2μ 0 · S f ≈ 0.4 · 10 6 · V equiv 2 · S f = 0.4 · 10 6 · 0.7 2 · 40 · 150 · 10 -3 ≈1180 N, Where
- Sф - поперечное сечение магнитного потока в воздушном зазоре, м2;- S f - the cross section of the magnetic flux in the air gap, m 2 ;
- μ0 - магнитная проницаемость вакуума, μ0=1,256·10-6 Гн/м.- μ 0 - magnetic permeability of the vacuum, μ 0 = 1,256 · 10 -6 GN / m
Под воздействием Fэм упругие элементы 7 деформируются, и центр массы сердечника начинает движение по круговой траектории радиуса r, создавая центробежную силу Fцб Under the influence of F em, the
Fцб=mc·r·ω2, гдеF cb = m c · r · ω 2 , where
mc - масса сердечника,m c is the mass of the core,
ω=2πf - круговая частотаω = 2πf - circular frequency
Например, если mc=1 кг, r=4 мм, f=200 Гц,For example, if m c = 1 kg, r = 4 mm, f = 200 Hz,
то Fцб=1·4·10-3·(2·3,14·200)2≈6320 Н.then F cb = 1 · 4 · 10 -3 · (2 · 3,14 · 200) 2 ≈6320 N.
Через упругие элементы на статор передается сила .Force is transmitted through the elastic elements to the stator .
Таким образом, по величине вынуждающей силы заявляемый вибратор не уступает традиционным вибраторам с вращающимися дебалансами.Thus, the magnitude of the driving force of the inventive vibrator is not inferior to traditional vibrators with rotating unbalances.
Существенно, что величина Fэм не зависит от частоты f, то есть при изменении частоты величина электромагнитной силы не изменяется.It is significant that the value of F em does not depend on the frequency f, that is, when the frequency changes, the magnitude of the electromagnetic force does not change.
Наиболее эффективна работа заявляемого вибратора совместно с полупроводниковым преобразователем частоты, тогда амплитуду колебаний А можно регулировать величиной выходного напряжения преобразователя, а частоту вибраций - частотой тока.The most effective operation of the inventive vibrator in conjunction with a semiconductor frequency converter, then the amplitude of the oscillations A can be controlled by the output voltage of the converter, and the vibration frequency by the current frequency.
Современные материалы, технология производства электрических машин позволяют осуществить производство предлагаемых вибраторов на электромашиностроительных предприятиях, в частности, на предприятии-заявителе в настоящий момент времени проводятся опытно-конструкторские работы по этому вибратору.Modern materials, the production technology of electric machines allow the production of the proposed vibrators at electric machine-building enterprises, in particular, at the applicant plant, experimental design work is currently underway on this vibrator.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005100355/28A RU2292960C2 (en) | 2005-01-11 | 2005-01-11 | Electromechanical vibrator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005100355/28A RU2292960C2 (en) | 2005-01-11 | 2005-01-11 | Electromechanical vibrator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005100355A RU2005100355A (en) | 2006-06-20 |
RU2292960C2 true RU2292960C2 (en) | 2007-02-10 |
Family
ID=36713812
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005100355/28A RU2292960C2 (en) | 2005-01-11 | 2005-01-11 | Electromechanical vibrator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2292960C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012008876A1 (en) * | 2010-07-13 | 2012-01-19 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А.Благонравова Ран | Resonant torsional vibration motor |
RU187170U1 (en) * | 2018-10-25 | 2019-02-22 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | ELECTROMAGNETIC VIBRATOR |
-
2005
- 2005-01-11 RU RU2005100355/28A patent/RU2292960C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012008876A1 (en) * | 2010-07-13 | 2012-01-19 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А.Благонравова Ран | Resonant torsional vibration motor |
EA020938B1 (en) * | 2010-07-13 | 2015-02-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Российской Академии Наук | Resonant torsional vibration motor |
RU187170U1 (en) * | 2018-10-25 | 2019-02-22 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | ELECTROMAGNETIC VIBRATOR |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005100355A (en) | 2006-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2709954C (en) | Magnetic spring system for use in a resonant motor | |
US7554225B2 (en) | Electric motor with a coil arrangement for providing oscillatory linear and rotational movement | |
KR20110053472A (en) | Electrical machine | |
WO2012164276A2 (en) | Torque tool with synchronous reluctance motor | |
CN108781009B (en) | Fine tuning outer rotor machine and motor system | |
WO2007048211A2 (en) | Permanent magnet rotor | |
US20130187586A1 (en) | Multi-Pole Switched Reluctance D.C. Motor with a Constant Air Gap and Recovery of Inductive Field Energy | |
US3343012A (en) | Oscillating motor | |
RU2292960C2 (en) | Electromechanical vibrator | |
RU2311715C1 (en) | Synchronous electrical machine | |
JP7123931B2 (en) | Rotating electric machine | |
KR102214726B1 (en) | An apparatus for extending power using magnetic | |
Reinert et al. | Digital control and optimization of a rolling rotor switched reluctance machine | |
US3548225A (en) | Vibrator drive device | |
WO2009051515A1 (en) | Synchronous electrical machine | |
RU2357121C1 (en) | Device for electromagnetic unloading radial bearings | |
WO2014038971A1 (en) | Electromechanical converter | |
CN110995056B (en) | Synchronous impact piezoelectric motor | |
RU105089U1 (en) | ELECTRIC MACHINE | |
RU69175U1 (en) | RADIAL SUPPORT ELECTROMAGNETIC UNLOADING | |
RU2466800C1 (en) | Electromagnetic vibrator of torsional vibrations | |
RU2256514C1 (en) | Electromagnetic vibrator | |
Chen et al. | Radial-force-based swirling actuator with surface-permanent-magnet structure for low-speed high-torque applications | |
JP2002219414A (en) | Electric rotary-type vibration generator | |
RU2310520C2 (en) | Controllable unbalance weight unit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180112 |