RU2466800C1 - Electromagnetic vibrator of torsional vibrations - Google Patents
Electromagnetic vibrator of torsional vibrations Download PDFInfo
- Publication number
- RU2466800C1 RU2466800C1 RU2011117728/28A RU2011117728A RU2466800C1 RU 2466800 C1 RU2466800 C1 RU 2466800C1 RU 2011117728/28 A RU2011117728/28 A RU 2011117728/28A RU 2011117728 A RU2011117728 A RU 2011117728A RU 2466800 C1 RU2466800 C1 RU 2466800C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- poles
- magnetic
- armature
- magnetic circuit
- gap
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области вибрационной техники, в частности к вибраторам крутильных колебаний, и может быть применено в машиностроении для снятия остаточных механических напряжений в длинных валах, для вибровоздействия на жидкие и сыпучие среды и т.д.The invention relates to the field of vibration technology, in particular to torsion vibrators, and can be used in mechanical engineering to relieve residual mechanical stresses in long shafts, for vibration exposure to liquid and granular media, etc.
Известно устройство для создания крутильного момента на вращающееся изделие, содержащее неподвижный магнитопровод с обмоткой возбуждения, в зазоре между полюсами которого помещен соединенный с деталью зубчатый диск из электропроводного материала. При вращении диска его зубцы поочередно попадают в зазор между полюсами магнитопровода, при этом в теле зубцов наводится вихревой ток, и на зубец, диск и деталь, действует знакопеременная сила, создающая крутильный момент. Частота момента пропорциональна частоте вращения детали с диском и числу зубцов на диске [1].A device is known for creating torsional moment on a rotating product containing a fixed magnetic circuit with an excitation winding, in the gap between the poles of which is placed a gear disk connected to the part from electrically conductive material. When the disk rotates, its teeth alternately fall into the gap between the poles of the magnetic circuit, while a eddy current is induced in the body of the teeth, and an alternating force that creates a torsional moment acts on the tooth, disk and part. The frequency of the moment is proportional to the frequency of rotation of the part with the disk and the number of teeth on the disk [1].
Недостатки этого решения, ограничивающие область его применения и снижающие технические характеристики, состоят в значительных потерях в диске, вызванных вихревыми токами в его зубцах, и в невозможности управления частотой крутильного момента без изменения скорости вращения детали.The disadvantages of this solution, limiting the scope of its application and reducing technical characteristics, are significant losses in the disk caused by eddy currents in its teeth, and the inability to control the frequency of torsional moment without changing the speed of rotation of the part.
Известен принятый за прототип резонансный двигатель крутильных колебаний [2].Known adopted for the prototype resonant engine of torsional vibrations [2].
Он содержит многополюсный магнитопровод статора с помещенными на его полюсах катушками обмотки возбуждения, источник переменного напряжения для возбуждения магнитного поля в полюсах, многополюсный магнитопровод ротора с постоянными магнитами на его полюсах и упругий элемент, установленный между ротором и статором. На полюсах ротора установлены полюсные наконечники из ферромагнитного материала. При питании катушек обмотки возбуждения переменным током полюсами статора и полюсами ротора создается сила, определяющая крутильный момент, передаваемый ротором на вибрируемый объект - нагрузку. Величина крутильного момента может регулироваться изменением величины переменного тока в катушках статора.It contains a multi-pole stator magnetic circuit with field winding coils placed at its poles, an alternating voltage source for exciting a magnetic field at the poles, a multi-pole rotor magnetic circuit with permanent magnets at its poles and an elastic element mounted between the rotor and the stator. At the poles of the rotor are mounted pole pieces made of ferromagnetic material. When the excitation winding coils are supplied with alternating current by the stator poles and the rotor poles, a force is created that determines the torsional moment transmitted by the rotor to the vibrated object - the load. The magnitude of the torque can be controlled by changing the magnitude of the alternating current in the stator coils.
Наиболее эффективно вибратор работает в резонансном режиме, который обеспечивается при равенстве частоты тока в катушке и собственной частоты колебаний механической системы. Собственная частота определяется моментом инерции якоря вибратора с вибрируемой нагрузкой и жесткостью применяемого упругого элемента.The most effective vibrator operates in the resonant mode, which is ensured when the frequency of the current in the coil is equal to the natural frequency of the oscillations of the mechanical system. The natural frequency is determined by the moment of inertia of the vibrator armature with the vibrating load and the stiffness of the applied elastic element.
К недостатку такого вибратора можно отнести то, что на частотах, отличных от собственной, вибрационный момент колебаний, прикладываемый к ротору с нагрузкой, резко падает. Это ограничивает возможности применения решения. Также указанная конструкция достаточно сложна, это объясняется необходимостью применения набора упругих элементов и их замены для обеспечения эффективных вибраций необходимой частоты.The disadvantage of such a vibrator is that at frequencies other than its own, the vibrational moment of oscillation applied to the rotor with a load drops sharply. This limits the applicability of the solution. Also, this design is quite complicated, this is due to the need to use a set of elastic elements and replace them to ensure effective vibrations of the required frequency.
Задачей изобретения является повышение технических характеристик вибратора крутильных колебаний, расширение области его применения и снижение расходов на его эксплуатацию.The objective of the invention is to increase the technical characteristics of the torsional vibration vibrator, expanding its scope and reducing the cost of its operation.
Технический результат состоит в обеспечении возможности оперативного и независимого управления изменения частоты и величины крутильных колебаний. Изменение величины крутильного момента достигается изменением уровня тока в катушках обмотки возбуждения, а изменение частоты момента - изменением скорости вращения подвижного магнитопровода приводным двигателем. При этом технический результат достигается обменом между кинетической энергией вращения и магнитной энергией системы вибратора без использования в конструкции упругих элементов, что повышает надежность, долговечность работы и КПД преобразования потребляемой энергии в энергию создаваемых крутильных колебаний.The technical result consists in providing the possibility of operational and independent control of changes in the frequency and magnitude of torsional vibrations. A change in the magnitude of the torsional moment is achieved by a change in the current level in the coils of the field winding, and a change in the frequency of the moment is achieved by a change in the speed of rotation of the moving magnetic circuit by the drive motor. The technical result is achieved by the exchange between the kinetic energy of rotation and the magnetic energy of the vibrator system without using elastic elements in the design, which increases the reliability, durability and efficiency of converting the energy consumed into the energy of the generated torsional vibrations.
Предложенное техническое решение содержит первый и второй соосные многополюсные магнитопроводы с зазором между их полюсами. На полюсах первого магнитопровода помещены катушки обмотки возбуждения, которая присоединена к источнику напряжения с регулируемым постоянным напряжением. Второй магнитопровод выполнен с возможностью его вращения приводным двигателем. В зазоре между магнитопроводами с полюсами помещен с возможностью углового колебательного движения цилиндрический якорь, на котором закреплены магнитопроводы якоря. Якорь прикрепляется к вибрируемому объекту.The proposed technical solution contains the first and second coaxial multipolar magnetic cores with a gap between their poles. At the poles of the first magnetic circuit are placed the field winding coils, which are connected to a voltage source with an adjustable constant voltage. The second magnetic circuit is made with the possibility of rotation of the drive motor. In the gap between the magnetic cores with the poles, a cylindrical armature is placed with the possibility of angular oscillatory motion, on which the armature magnetic cores are fixed. An anchor is attached to a vibrating object.
Отличительными от прототипа признаками являются выполнение второго магнитопровода вращающимся с заданной частотой и введение в магнитную систему между первым и вторым магнитопроводами цилиндрического якоря с возможностью его колебательного движения, у которого магнитопроводы закреплены напротив полюсов первого магнитопровода, при этом катушки обмотки возбуждения присоединены к регулируемому источнику постоянного напряжения. Для увеличения энергопреобразования вибратора, выражающегося в увеличении формируемой силы, в цепь между источником постоянного напряжения и обмоткой возбуждения вибратора может быть включен электрический дроссель.Distinctive features of the prototype are the second magnetic circuit rotating with a given frequency and the introduction of a cylindrical armature into the magnetic system between the first and second magnetic circuits with the possibility of its oscillatory motion, in which the magnetic circuits are fixed opposite the poles of the first magnetic circuit, while the field winding coils are connected to an adjustable constant voltage source . To increase the energy conversion of the vibrator, expressed in an increase in the generated force, an electric inductor can be included in the circuit between the DC voltage source and the exciter winding of the vibrator.
Конструктивное выполнение вибратора и его работа поясняются чертежами:The design of the vibrator and its operation are illustrated by the drawings:
фиг.1 и 2 - поперечный и продольный разрезы вибратора, фиг.3 - фрагмент линейной развертки магнитной системы вибратора, фиг.4 - диаграмма тока обмотки возбуждения и соответствующего ему крутильного момента вибратора на интервале полюсного деления магнитопроводов, фиг.5 - электрическая схема питания обмотки возбуждения.figure 1 and 2 is a transverse and longitudinal section of the vibrator, figure 3 is a fragment of a linear sweep of the magnetic system of the vibrator, figure 4 is a diagram of the current of the field winding and the corresponding torsional moment of the vibrator in the interval of the pole division of the magnetic circuits, figure 5 is a power supply circuit field windings.
В корпусе 1 (фиг.1, 2) закреплены магнитопровод 2, с катушками 3 обмотки возбуждения на полюсах 4. Концентрически с ним расположен магнитопровод 5 с полюсами 6, количество которых равно количеству полюсов 4. В зазоре а между полюсами 4 и 6 расположен цилиндрический немагнитный якорь 7, на котором закреплены магнитопроводы 8 якоря, отделенные от полюсов 4 технологическим зазором, для обеспечения углового колебательного движения якоря 7 с магнитопроводами 8 относительно полюсов 4. Магнитопровод 5 и якорь 7 отделены от корпуса 1 подшипниками для обеспечения вращения магнитопровода 5 приводным двигателем и колебательного перемещения якоря 7 относительно полюсов 4. Стойки 9, соединенные с якорем 7, пропущены через отверстия в корпусе 1 и жестко соединены с деталью 10, на которую передается крутильный момент вибратора.A
Вибратор работает следующим образом. Магнитопровод 5 вращается с угловой скоростью ω с помощью приводного двигателя (на фиг.1, 2 не показан). При подключении обмотки возбуждения к источнику с регулируемым постоянным напряжением (на фиг. не показан) по катушкам 3 обмотки возбуждения протекает ток. При этом через зазор между полюсами 4, 6 проходит поток. При вращении магнитопровода 5 его полюса периодически перекрывают магнитопроводы 8 якоря (фиг.2, 3), что приводит к периодическому изменению магнитной проводимости G(x) между ними и созданию между полюсами 6 на вращающемся магнитопроводе и магнитопроводами 8 якоря силы:The vibrator works as follows. The
где F=iw - магнитодвижущая сила катушек обмотки возбуждения, с числом витков w, необходимая для создания в зазоре между полюсами и магнитопроводами якоря магнитного поля.where F = iw is the magnetomotive force of the field coil coils, with the number of turns w, necessary to create a magnetic field armature in the gap between the poles and magnetic circuits.
Значение магнитной проводимости G(x) определяется положением х полюсов 6 вращающегося магнитопровода 5 относительно магнитопроводов 8 якоря. Направление перемещения х якоря изображено на фиг.3.The value of the magnetic conductivity G (x) is determined by the position x of the
При 0<х<с (фиг.3), где с - ширина полюсов в направлении х, проводимость G(x) увеличивается за счет увеличения площади перекрытия полюсов 6 и магнитопроводов 8 якоря, а при с<х<2 с - G(x) уменьшается. Это приводит к увеличению или соответственно уменьшению индуктивности обмотки возбуждения и в ней индуктируется ЭДС движения, следствием которой является изменение тока возбуждения и создаваемой силы, а также сопровождается появлением переменного крутильного момента М=Pr, где r - внешний радиус якоря.At 0 <x <c (Fig. 3), where c is the width of the poles in the x direction, the conductivity G (x) increases due to an increase in the overlap area of the
На фиг.4 показаны диаграммы изменения относительных значений тока i и момента М на интервале создания знакопеременного значения силы от положения х. Диаграммы изображены при различных относительных значениях индуктивности , где Ld - индуктивность дросселя в цепи обмотки возбуждения и L0 - ее индуктивность при х=0.Figure 4 shows diagrams of changes in the relative values of current i and moment M in the interval of creating an alternating force value from position x. Diagrams are shown at various relative inductance values. where Ld is the inductor inductance in the field circuit and L 0 is its inductance at x = 0.
Знакопеременный характер прикладываемой к магнитопроводу якоря силы обеспечивает действие на якорь крутильного момента М.The alternating character of the force applied to the magnetic circuit of the armature ensures the action of the torque M on the armature.
При 0<х<с действие момента М приводит к ускорению вращающегося магнитопровода 5, а при с<х<2с - к его торможению и преобразованиям, магнитной энергии в механическую и механической в магнитную, соответственно.For 0 <x <c, the action of the moment M leads to acceleration of the rotating
Таким образом, в предложенном решении в течение интервала 0<х<2с, соответствующего периоду изменения момента М, осуществляется периодический обмен между энергией магнитного поля вибратора и механической энергией вращения магнитопровода 5. Из графиков на фиг.4 следует, что увеличение индуктивности Ld дросселя (фиг.5) и соответствующего ему значения α приводит к увеличению среднего значения момента на полупериоде колебаний, при этом пульсация тока возбуждения уменьшается.Thus, in the proposed solution, during the
Частота крутильного момента пропорциональна количеству полюсов n на магнитопроводе и частоте вращения магнитопровода 5 приводным двигателем.The frequency of the torsional moment is proportional to the number of poles n on the magnetic circuit and the frequency of rotation of the
Величина момента зависит от тока в катушках 3 и может регулироваться величиной напряжения с помощью управляемого выпрямителя или преобразователя постоянного напряжения.The magnitude of the moment depends on the current in the
Таким образом, предложенное техническое решение в отличие от прототипа позволяет обеспечивать относительное независимое регулирование величины и частоты создаваемого крутильного момента. Причем в отличие от известных резонансных вибраторов, в том числе и прототипа, в которых обмен энергией происходит между кинетической энергией и энергией деформации механической пружины, в предлагаемом решении роль "пружины" выполняет энергия магнитного поля вибратора, причем необходимый энергообмен обеспечивается при изменении частоты и величины создаваемого крутильного момента. Такое решение позволяет расширить возможности применения вибратора в режимах, требующих оперативного изменения величины и частоты крутильного момента, повысить КПД преобразования потребляемой энергии в энергию создаваемых вибратором колебаний, а также снизить расходы при его эксплуатации.Thus, the proposed technical solution, in contrast to the prototype, allows for relative independent regulation of the magnitude and frequency of the generated torque. Moreover, unlike the known resonant vibrators, including the prototype, in which the energy exchange occurs between the kinetic energy and the strain energy of a mechanical spring, in the proposed solution, the role of the "spring" is played by the energy of the vibrator’s magnetic field, and the necessary energy exchange is provided when the frequency and magnitude change created torque. This solution allows you to expand the possibilities of using the vibrator in modes that require rapid changes in the magnitude and frequency of the torsional moment, increase the efficiency of converting the energy consumed into energy generated by the vibrator, and reduce costs during its operation.
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство СССР №992103 В06В 1/04. Опубл. 30.01.83. Бюл. №4.1. USSR Copyright Certificate No. 992103
2. Патент на полезную модель РФ №99996171, В06В 1/04. Опубл. 10.12.10 г.2. Patent for utility model of the Russian Federation No. 99996171,
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011117728/28A RU2466800C1 (en) | 2011-05-03 | 2011-05-03 | Electromagnetic vibrator of torsional vibrations |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011117728/28A RU2466800C1 (en) | 2011-05-03 | 2011-05-03 | Electromagnetic vibrator of torsional vibrations |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2466800C1 true RU2466800C1 (en) | 2012-11-20 |
Family
ID=47323130
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011117728/28A RU2466800C1 (en) | 2011-05-03 | 2011-05-03 | Electromagnetic vibrator of torsional vibrations |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2466800C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU441040A1 (en) * | 1971-11-19 | 1974-08-30 | Экспериментальный Научно-Исследовательский Институт Металлорежущих Станков (Вильнюсский Филиал) | Torsional vibrator |
GB2183002A (en) * | 1985-11-19 | 1987-05-28 | Derritron Group | Electromagnetic vibrator |
US5518108A (en) * | 1995-01-03 | 1996-05-21 | Spurlin; William V. | Radial air gap electromagnetic oscillator for two mass vibration system |
RU99996U1 (en) * | 2010-07-13 | 2010-12-10 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Ран | RESONANT TORQUE MOTOR |
-
2011
- 2011-05-03 RU RU2011117728/28A patent/RU2466800C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU441040A1 (en) * | 1971-11-19 | 1974-08-30 | Экспериментальный Научно-Исследовательский Институт Металлорежущих Станков (Вильнюсский Филиал) | Torsional vibrator |
GB2183002A (en) * | 1985-11-19 | 1987-05-28 | Derritron Group | Electromagnetic vibrator |
US5518108A (en) * | 1995-01-03 | 1996-05-21 | Spurlin; William V. | Radial air gap electromagnetic oscillator for two mass vibration system |
RU99996U1 (en) * | 2010-07-13 | 2010-12-10 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Ран | RESONANT TORQUE MOTOR |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4890245B2 (en) | Small electric appliance having an electric motor for generating vibration displacement | |
RU2575915C2 (en) | Resonant drive mechanism for electrical toothbrush using magnetic field action | |
US8994235B2 (en) | Electric motor for a small electric device | |
RU2303849C1 (en) | Commutatorless permanent-magnet synchronous generator | |
JP2017518119A (en) | Drive system for personal care device and method of operating personal care device | |
Liang et al. | Comparative study of vibration and acoustic noise between classical and mutually coupled switched reluctance motors | |
US20120242174A1 (en) | Hybrid Electro-Magnetic Reciprocating Motor | |
JP6426931B2 (en) | Generator | |
RU2466800C1 (en) | Electromagnetic vibrator of torsional vibrations | |
Cho et al. | The optimal design of fractional-slot SPM to reduce cogging torque and vibration | |
RU2439771C1 (en) | Vibration power generator | |
RU2538774C1 (en) | Motor wheel for drive of vehicles | |
RU98645U1 (en) | AUTONOMOUS MAGNETOELECTRIC GENERATOR (OPTIONS) | |
JP2008189406A (en) | Vibration feeding device | |
US20140028147A1 (en) | Multi-Pole Electrodynamic Machine with a Constant Air Gap And An Elliptical Swash-Plate Rotor To Reduce Back Torque | |
RU2440660C2 (en) | Exciter of mechanical oscillations | |
KR101632937B1 (en) | Vibrator | |
RU2292960C2 (en) | Electromechanical vibrator | |
RU144223U1 (en) | MAGNETO ELECTRIC MACHINE | |
RU2401503C1 (en) | Electric drive with vibrating motion | |
KR20050109463A (en) | Flat rotary electric generator | |
RU2454775C1 (en) | Inductor generator with front excitement | |
CN109149895B (en) | A kind of novel vibration motor | |
RU2247464C2 (en) | Electromagnetic vibrator | |
Husain | Design and development of magnetic variable transmission |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130504 |