RU2405237C1

RU2405237C1 - Linear electromagnetic motor

Info

Publication number: RU2405237C1
Application number: RU2009120231/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Юрьевич Нейман (RU); Владимир Юрьевич Нейман; Юлия Борисовна Смирнова (RU); Юлия Борисовна Смирнова; Анна Анатольевна Петрова (RU); Анна Анатольевна Петрова; Дмитрий Михайлович Евреинов (RU); Дмитрий Михайлович Евреинов
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2010-11-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. ^ SUBSTANCE: proposed motor incorporates cylindrical stator 1 accommodating coil 2 and armature 3 representing cylinder 4 with disk section 5. Guide case 6 made from ferromagnetic material adjoins the stator, case cross section being smaller than that of stator. Said motor comprises also guide case cover 7, plain bearings 8 and 9, return spring 10 and damping washer 11. Guide case top part adjoining cover 7 has inner circular ledge that fairs with armature disk section side surface by its diametre. Said inner circular ledge is connected via technological gap A with said armature disk section side surface to allow magnetic flux passage and armature retention at initial stage of its travel. ^ EFFECT: higher stabilisation of impact power. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано для создания электромагнитных прессов, молотов и других импульсных устройств с поступательным движением рабочих органов.The invention relates to electric machines and can be used to create electromagnetic presses, hammers and other pulsed devices with translational movement of the working bodies.

Известен линейный электромагнитный двигатель, приводящий в движение рабочий орган пресса [А.с. 821019 СССР, МКл В21J 7/30. Электромагнитный пресс / А.В.Львицын, Г.Г.Угаров, Г.А.Витмаер, В.Н.Федонин. - №2767111/25-27; заявл. 23.05.79; опубл. 15.04.81, Бюл. №14 - 2 с.], состоящий из статора, смонтированной в нем катушкой и якорем, возвратной пружины и фиксаторов с регулировочными винтами для удержания якоря на этапе трогания. Недостатком электромагнитного двигателя с устройствами удержания в виде механических защелок является нестабильность работы двигателя, связанная с непостоянством усилия срыва с фиксаторов (износ, наличие смазки и др.), а также повышенный уровень шума.Known linear electromagnetic motor, which drives the working body of the press [A. 821019 USSR, MKL B21J 7/30. Electromagnetic Press / A.V.Lvitsyn, G.G. Ugarov, G.A. Vitmaer, V.N. Fedonin. - No. 2767111 / 25-27; declared 05/23/79; publ. 04/15/81, Bull. No. 14 - 2 pp.], Consisting of a stator, a coil and an anchor mounted in it, a return spring and clamps with adjusting screws to hold the anchor during starting. The disadvantage of an electromagnetic motor with holding devices in the form of mechanical latches is the instability of the engine, associated with the inconstancy of the force of failure from the clamps (wear, lubrication, etc.), as well as an increased noise level.

Известен также линейный электромагнитный двигатель с удержанием якоря [Пат. 59342 U1 РФ, МПК H02K 33/02. Линейный электромагнитный двигатель с удержанием якоря / В.И.Мошкин, К.М.Усанов, А.В.Волгин, В.А.Каргин; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Курганский ГУ. - №2006127919/22; заявл. 31.07.2006; опубл. 10.12.2006, Бюл. №34 - 4 с.], содержащий цилиндрический статор с закрепленной внутри обмоткой, якорь, состоящий из цилиндрической и дисковой частей, возвратную пружину, направляющий корпус и устройство удержания якоря, расположенное в крышке направляющего корпуса двигателя. Устройство удержания выполнено в виде плоского цилиндрического электромагнита с внешним притягивающимся якорем, роль которого выполняет плоская дисковая часть комбинированного якоря двигателя. Недостатками указанного электромагнитного двигателя с устройством удержания в виде дополнительно устанавливаемого управляемого электромагнита является сложность исполнения, низкая надежность и существенные затраты на изготовление.Also known is a linear electromagnetic motor with anchor retention [US Pat. 59342 U1 of the Russian Federation, IPC H02K 33/02. Linear electromagnetic motor with anchor retention / V.I. Moshkin, K.M. Usanov, A.V. Volgin, V.A. Kargin; Applicant and patent holder GOU VPO Kurgan GU. - No. 2006127919/22; declared 07/31/2006; publ. 12/10/2006, Bull. No. 34 - 4 pp.], Containing a cylindrical stator with a winding fixed inside, an anchor consisting of a cylindrical and disk parts, a return spring, a guide body and an anchor retainer located in the cover of the motor guide body. The holding device is made in the form of a flat cylindrical electromagnet with an external attracting anchor, the role of which is played by the flat disk part of the combined engine armature. The disadvantages of this electromagnetic motor with a holding device in the form of an additionally installed controlled electromagnet are the complexity of execution, low reliability and significant manufacturing costs.

Несомненным преимуществом указанных конструкций линейных электромагнитных двигателей является повышение энергии удара за счет удержания якоря на этапе трогания. Однако принцип работы существующих устройств удержания требует использования дополнительных вспомогательных механизмов в виде механических защелок или управляемых электромагнитов.The undoubted advantage of these designs of linear electromagnetic motors is the increase in impact energy due to the retention of the armature at the start-up stage. However, the principle of operation of existing retention devices requires the use of additional auxiliary mechanisms in the form of mechanical latches or controlled electromagnets.

Эти недостатки устраняются в конструкции линейного электромагнитного двигателя [Пат. 2084071 РФ, МПК Н02К 33/02, Н01F 7/16, В21J 7/30. Линейный электромагнитный двигатель / Г.Г.Угаров, В.Ю.Нейман; заявитель и патентообладатель Институт горного дела СО РАН. - №95110459/07; заявл. 22.06.95; опубл. 10.07.97, Бюл. №19 - 4 с.], который является наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения (прототип). Линейный электромагнитный двигатель содержит цилиндрический статор с размещенной внутри катушкой и якорем, выполненным в форме цилиндра с дисковой частью, примыкающий к статору цилиндрический направляющий корпус из ферромагнитного материала с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору, подшипники скольжения и возвратную пружину. Направляющий корпус выполнен заодно с крышкой и установлен с возможностью соприкосновения с внешней дисковой частью якоря, что обеспечивает удержание якоря на начальном этапе движения.These disadvantages are eliminated in the design of a linear electromagnetic motor [US Pat. 2084071 RF, IPC Н02К 33/02, Н01F 7/16, В21J 7/30. Linear electromagnetic motor / G.G. Ugarov, V.Yu. Neumann; applicant and patent holder Institute of Mining SB RAS. - No. 95110459/07; declared 06/22/95; publ. 07/10/97, Bull. No. 19 - 4 pp.], Which is the closest analogue of the proposed technical solution (prototype). A linear electromagnetic motor contains a cylindrical stator with a coil and an armature inside, made in the form of a cylinder with a disk part, a cylindrical guide body made of ferromagnetic material adjacent to the stator with a smaller cross-sectional area with respect to the stator, sliding bearings and a return spring. The guide body is made integral with the cover and is installed with the possibility of contact with the external disk part of the anchor, which ensures the retention of the anchor at the initial stage of movement.

Принципиальное отличие конструкции прототипа от указанных выше состоит в том, что в прототипе удержание якоря происходит без использования дополнительных вспомогательных механизмов. Якорь получает движение, когда величина тока трогания достигнет установленного значения, а электромагнитное усилие превысит усилие удержания якоря.The fundamental difference between the design of the prototype from the above is that in the prototype the anchor is held without the use of additional auxiliary mechanisms. The armature receives movement when the amount of pulling current reaches the set value, and the electromagnetic force exceeds the arm holding force.

Поскольку в конструкции прототипа направляющий корпус соприкасается с внешней дисковой частью якоря в начале каждого цикла, то между двумя ферромагнитными поверхностями возникает дополнительное усилие, обусловленное остаточным намагничиванием, оказывающее влияние на усилие удержание якоря. Поэтому существенным недостатком конструкции прототипа является нестабильность энергии удара.Since in the design of the prototype the guide body is in contact with the outer disk part of the armature at the beginning of each cycle, an additional force arises between the two ferromagnetic surfaces due to the residual magnetization, which affects the arm holding force. Therefore, a significant disadvantage of the design of the prototype is the instability of impact energy.

Задачей предлагаемого изобретения является стабилизация энергии удара линейного электромагнитного двигателя.The task of the invention is the stabilization of impact energy of a linear electromagnetic motor.

Указанная задача достигается тем, что в линейном электромагнитном двигателе, содержащем статор с размещенной внутри катушкой и якорем, выполненным в форме цилиндра с дисковой частью, примыкающий к статору направляющий корпус из ферромагнитного материала с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору, подшипники скольжения и возвратную пружину, направляющий корпус снабжен внутренним кольцевым выступом, сопряженным по диаметру с боковой поверхностью дисковой части якоря, и установлен с возможностью бесконтактного электромагнитного взаимодействия с боковой поверхностью дисковой части якоря.This task is achieved by the fact that in a linear electromagnetic motor containing a stator with a coil located inside and an armature made in the form of a cylinder with a disk part, a guide body made of ferromagnetic material adjacent to the stator with a smaller cross-sectional area with respect to the stator, sliding bearings and return the spring, the guide body is equipped with an inner annular protrusion, mated in diameter with the side surface of the disk part of the armature, and is installed with the possibility of contactless electronic magnetic interaction with the lateral surface of the disk part of the anchor.

На чертеже показана конструкция предлагаемого линейного электромагнитного двигателя на этапе трогания якоря в режиме удержания.The drawing shows the design of the proposed linear electromagnetic motor at the stage of moving the armature in hold mode.

Предлагаемый линейный электромагнитный двигатель содержит цилиндрический статор 1 с размещенной внутри катушкой 2 и якорем 3, выполненным в форме цилиндра 4 с дисковой частью 5, примыкающий к статору направляющий корпус 6, выполненный из ферромагнитного материала с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору 1, крышку направляющего корпуса 7, подшипники скольжения 8, 9, возвратную пружину 10 и демпфирующую шайбу 11. Направляющий корпус 6 в верхней части, примыкающей к крышке 7, имеет внутренний кольцевой выступ, обеспечивающий бесконтактное электромагнитное взаимодействие с боковой поверхностью дисковой части 5 якоря 3 через технологический зазор Δ. Внешняя торцевая поверхность цилиндрической части 4 якоря 3 и внутренняя торцевая поверхность дисковой части 5 якоря 3 образуют со статором рабочие воздушные зазоры δ₁ и δ₂. Технологический зазор Δ устраняет механическое взаимодействие внутреннего кольцевого выступа и боковой поверхности дисковой части якоря в местах их бесконтактного сопряжения.The proposed linear electromagnetic motor contains a cylindrical stator 1 with a coil 2 inside and an armature 3 made in the form of a cylinder 4 with a disk part 5, a guide body 6 adjacent to the stator, made of ferromagnetic material with a smaller cross-sectional area with respect to the stator 1, a cover the guide housing 7, the bearings 8, 9, the return spring 10 and the damping washer 11. The guide housing 6 in the upper part adjacent to the cover 7, has an inner annular protrusion, providing no contact electromagnetic interaction with the lateral surface of the disk part 5 of the armature 3 through the technological gap Δ. The outer end surface of the cylindrical part 4 of the armature 3 and the inner end surface of the disk part 5 of the armature 3 form working air gaps δ ₁ and δ ₂ with the stator. The technological gap Δ eliminates the mechanical interaction of the inner annular protrusion and the side surface of the disk part of the armature in the places of their non-contact mating.

Линейный электромагнитный двигатель работает следующим образом. В исходном состоянии якорь 3 под действием усилия возвратной пружины 10 находится в крайнем верхнем положении, т.е. внешняя дисковая часть 5 якоря 3 плотно поджата к демпфирующей шайбе 11.Linear electromagnetic motor operates as follows. In the initial state, the armature 3 under the action of the force of the return spring 10 is in its highest position, i.e. the outer disk part 5 of the anchor 3 is tightly pressed against the damping washer 11.

При подаче на катушку 2 импульса напряжения, по мере нарастания тока, в магнитной цепи возбуждается магнитный поток Ф, который последовательно замыкается через сечения цилиндрической 4 и дисковой 5 частей якоря 3, направляющего корпуса 6, цилиндрического статора 1, технологического зазора Δ и рабочих воздушных зазоров δ₁ и δ₂.When a voltage pulse is applied to coil 2, as the current increases, a magnetic flux Φ is excited in the magnetic circuit, which sequentially closes through sections of the cylindrical 4 and disk 5 parts of the armature 3, the guide body 6, the cylindrical stator 1, the technological gap Δ and the working air gaps δ ₁ and δ ₂ .

В начальный момент протекания тока по катушке 2 усилие удержания, возникающее между частями кольцевого выступа и боковой поверхности дисковой части якоря, превышает усилие в рабочих воздушных зазорах δ₁ и δ₂, т.е. F_y>F_δ1+F_δ2, и якорь 3 остается неподвижным. На чертеже указано положение якоря 3, при котором усилие удержания F_y достигает максимального значения. Основной магнитный поток Ф замыкается по контуру: цилиндрический статор 1, направляющий корпус 6, технологический зазор Δ, дисковая часть 5 и цилиндрическая часть 4 якоря 3, рабочий воздушный зазор δ₁, цилиндрический статор 1 и частично воздушный зазор δ₂.At the initial moment of the current flowing through the coil 2, the holding force arising between the parts of the annular protrusion and the side surface of the disk part of the armature exceeds the force in the working air gaps δ ₁ and δ ₂ , i.e. F _y > F _δ1 + F _δ2 , and anchor 3 remains stationary. The drawing shows the position of the armature 3, in which the holding force F _y reaches a maximum value. The main magnetic flux Ф closes along the contour: a cylindrical stator 1, a guiding body 6, a technological gap Δ, a disk part 5 and a cylindrical part 4 of the armature 3, a working air gap δ ₁ , a cylindrical stator 1 and a partially air gap δ ₂ .

По мере нарастания тока в цепи катушки 2 и увеличения основного магнитного потока Ф происходит насыщение участка цепи, содержащего направляющий корпус 6, вследствие его конструктивного исполнения с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к статору 1. Это приводит к увеличению магнитного сопротивления направляющего корпуса 6 и перераспределению пути замыкания основной части магнитного потока Ф: статор 1, рабочий воздушный зазор δ₂, дисковая часть 5 и цилиндрическая часть 4 якоря 3, рабочий воздушный зазор δ₁, статор 1. Начиная с момента времени, когда усилие в рабочих зазорах δ₁ и δ₂ превысит усилие удержания, F_δ1+F_δ2>F_y, а магнитная система двигателя обеспечит необходимый запас магнитной энергии, происходит отрыв якоря 3 и ускоренное его перемещение.As the current increases in the circuit of the coil 2 and the main magnetic flux Φ increases, the section of the circuit containing the guide body 6 is saturated, due to its design with a smaller cross-sectional area with respect to the stator 1. This leads to an increase in the magnetic resistance of the guide case 6 and redistribution path circuit main part of the magnetic flux F: a stator 1, a working air gap δ _2, the disk portion 5 and the cylindrical portion 4 of the armature 3, the working air gap δ _1, the stator 1. since mo cient time, when a force in the working gaps δ ₁ and δ ₂ exceeds the retention _{_{force, F δ1 + F δ2> F}} y, and the magnetic system of the engine will provide the necessary supply of magnetic energy, the detachment of the armature 3 and its accelerated movement.

При отключении импульса напряжения после завершения рабочего хода якорь 3 под действием усилия возвратной пружины 10 возвращается в исходное состояние. Кинетическая энергия при возврате якоря гасится в демпфирующей шайбе 11, что снижает механические нагрузки от удара и уровень шума.When you turn off the voltage pulse after the completion of the stroke, the armature 3 under the action of the force of the return spring 10 returns to its original state. Kinetic energy during the return of the anchor is extinguished in the damping washer 11, which reduces the mechanical stress of the impact and the noise level.

Использование в конструкции линейного электромагнитного двигателя ферромагнитного направляющего корпуса с внутренним кольцевым выступом, сопряженным по диаметру с боковой поверхностью дисковой части якоря, обеспечивает на этапе трогания прохождение основной части магнитного потока через боковую поверхность дисковой части якоря, что приводит к бесконтактному удержанию якоря на этапе трогания и, таким образом, позволяет сохранить усилие удержания на требуемом технологическим процессом уровне вне зависимости от магнитного состояния ферромагнитных элементов линейного электромагнитного двигателя, т.е. стабилизировать его энергию удара.The use in the design of a linear electromagnetic motor of a ferromagnetic guide body with an inner annular protrusion, mated in diameter with the side surface of the disk part of the armature, ensures the passage of the main part of the magnetic flux through the side surface of the disk part of the armature when starting, which leads to non-contact retention of the armature at the stage of moving and Thus, it allows you to keep the retention force at the level required by the technological process, regardless of the magnetic state ferromagnetic elements electromagnetic linear motor, i.e., stabilize his impact energy.

Claims

A linear electromagnetic motor containing a cylindrical stator with a coil and an armature inside, made in the form of a cylinder with a disk part, a guiding body made of ferromagnetic material adjacent to the stator with a smaller cross-sectional area relative to the stator, sliding bearings and a return spring, characterized in that the guide body is equipped with an inner annular protrusion, mated in diameter with the side surface of the disk part of the armature.