RU2762288C1 - Method for constructing a linear electric drive - Google Patents

Method for constructing a linear electric drive Download PDF

Info

Publication number
RU2762288C1
RU2762288C1 RU2020120679A RU2020120679A RU2762288C1 RU 2762288 C1 RU2762288 C1 RU 2762288C1 RU 2020120679 A RU2020120679 A RU 2020120679A RU 2020120679 A RU2020120679 A RU 2020120679A RU 2762288 C1 RU2762288 C1 RU 2762288C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stator
slider
magnetic field
magnetic
vector
Prior art date
Application number
RU2020120679A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Александрович Кривоносов
Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Original Assignee
Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дмитрий Валерьевич Хачатуров filed Critical Дмитрий Валерьевич Хачатуров
Application granted granted Critical
Publication of RU2762288C1 publication Critical patent/RU2762288C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/06—Rolling motors, i.e. motors having the rotor axis parallel to the stator axis and following a circular path as the rotor rolls around the inside or outside of the stator ; Nutating motors, i.e. having the rotor axis parallel to the stator axis inclined with respect to the stator axis and performing a nutational movement as the rotor rolls on the stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Linear Motors (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to linear valve electric motors, namely, a method for ensuring the translational movement of the movable part of the electric motor, namely the rotor in the form of a slider. The stator bore, located in the magnetic field of permanent slider magnets with a constant radial magnetic resistance, is formed with a constant magnetic resistance closed through the slider elements along the spiral of the toothed screw. Thus, the concentration of the magnetic field of the stator on the toothed screw and the movement of the vector of the magnetic field of the stator in the non-magnetic gap between the stator and the slider along the trajectory set by the specified toothed screw are ensured. By means of which the vector of the magnetic field of the stator within each turn of the toothed screw interacts with the vector of the magnetic field of the slider. A force vector F with a driving axial component Fx is formed. The rotational-translational motion of the magnetic field of the stator is transformed into the translational motion of the slider.
EFFECT: increasing the specific power of the electric motor, reducing the pitch of the pole division, increasing the positioning accuracy of the moving part of the electric motor.
4 cl, 4 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к области машиностроения, в частности, к линейным вентильным электродвигателям, а именно способу обеспечения поступательного движения подвижной части (слайдера) линейного электродвигателя.The claimed invention relates to the field of mechanical engineering, in particular, to linear valve motors, namely, a method for ensuring the translational movement of the movable part (slider) of a linear electric motor.

Из уровня техники известно, что на сегодняшний день линейные электродвигатели нашли применение во многих отраслях промышленности, в частности, в нефтедобывающей промышленности, где эффективно используются в качестве приводов для плунжерных погружных насосов. Из патентов на изобретения: UA115401 от 25.10.2017, UA118287 от 26.12.2018, UA118520 от 25.01.2019, RU2615775 от 11.04.2017, а также заявок на изобретения WO/2019/108160 от 11.07.2018, US20170284177A1 от 05.10.2017 известны погружные насосные установки с трехфазным линейным вентильным электродвигателем, где в расточке статора установлена подвижная часть (слайдер), который выполнен из постоянных магнитов и приводится в движение под воздействием бегущего магнитного поля статора.It is known from the prior art that today linear electric motors have found application in many industries, in particular in the oil industry, where they are effectively used as drives for submersible plunger pumps. Of patents for inventions: UA115401 dated 10.25.2017, UA118287 dated 26.12.2018, UA118520 dated 25.01.2019, RU2615775 dated 11.04.2017, as well as applications for inventions WO / 2019/108160 dated 11.07.2018, US20170284177A1 dated 05.10.2017 are known submersible pumping units with a three-phase linear valve electric motor, where a movable part (slider) is installed in the stator bore, which is made of permanent magnets and is set in motion under the influence of the running magnetic field of the stator.

Также из уровня техники известны магнито-винтовые и спиральные шаговые двигатели, где подвижная часть выполняет поступательное движение с одновременным спиральным вращением. Ниже приведены примеры известных технических решений. Основными преимуществами такого типа двигателей является высокая мощность электродвигателя, а также возможность точного позиционирования подвижной части. Also known from the prior art are magneto-screw and spiral stepping motors, where the movable part performs translational motion with simultaneous spiral rotation. Below are examples of known technical solutions. The main advantages of this type of motors are the high power of the electric motor, as well as the ability to accurately position the moving part.

На ряду с указанными преимуществами известные решения имеют и недостатки, такие как: наличие паразитного вращения ротора при поступательном движении, излишний нагрев, не возможность применения в высокочастотных двигателях, многодетальность и сложность сборки конструкции.Along with these advantages, the known solutions also have disadvantages, such as: the presence of parasitic rotation of the rotor during translational motion, excessive heating, the impossibility of using it in high-frequency motors, the large number of details and the complexity of the assembly of the structure.

Заявленное изобретение призвано решить известные недостатки уровня техники. The claimed invention is intended to solve the known disadvantages of the prior art.

Из патента на изобретение РФ № 2183773 от 20.02.2002 известна бесконтактная магнитная винтовая передача. Известное изобретение предназначено для создания сверхточного линейного привода в станкостроении, метрологии, оптике и электронной промышленности.A non-contact magnetic screw transmission is known from the patent for invention of the Russian Federation No. 2183773 dated 20.02.2002. The known invention is intended to create an ultra-precise linear drive in machine tools, metrology, optics and the electronics industry.

Бесконтактная магнитная винтовая передача содержит винт и гайку, включающую постоянный магнит, выполненный в виде кольца с направлением намагничивания вдоль его оси, установленный между магнитопроводами с полюсными наконечниками. На винте и полюсных наконечниках выполнена мелкомодульная резьба, канавки которой заполнены твердым немагнитным материалом заподлицо с вершинами гребней резьбы. Винт и гайка взаимодействуют между собой через радиальный зазор, в который через аэростатические дроссельные узлы, установленные на краях гайки, по подводящим каналам подается сжатая текучая среда от внешнего источника. В качестве аэростатических дроссельных элементов могут быть использованы кольца из пористого материала, жиклеры, калиброванные щелевые отверстия. В описанном изобретении повышена кинематическая точность и жесткость передачи при малых габаритных размерах.The non-contact magnetic screw transmission contains a screw and a nut including a permanent magnet made in the form of a ring with the magnetization direction along its axis, installed between the magnetic cores with pole pieces. On the screw and pole pieces a fine-modular thread is made, the grooves of which are filled with solid non-magnetic material, flush with the tops of the thread crests. The screw and the nut interact with each other through a radial gap, into which, through the aerostatic throttle assemblies installed on the edges of the nut, compressed fluid from an external source is supplied through the supply channels. Rings made of porous material, jets, calibrated slot holes can be used as aerostatic throttle elements. In the described invention, the kinematic accuracy and rigidity of the transmission are increased with small overall dimensions.

К недостаткам известного технического решения можно отнести сложность конструкции, что усложняет его применение в разных отраслях промышленности. Также недостатком можно считать наличие паразитного вращательного движения, что снижает КПД системы.The disadvantages of the known technical solution include the complexity of the design, which complicates its application in various industries. Also, a disadvantage can be considered the presence of a parasitic rotational movement, which reduces the efficiency of the system.

Также из заявки на изобретение WO2016173293A1 от 03.11.2016 известен статорно-роторный механизм спирального шагового двигателя. Ротор содержит центральный вал и множество блоков ротора, причем блоки ротора непрерывно или раздельно равномерно расположены на окружности центрального вала. Статор содержит множество блоков статора, барьерный слой и крышку, причем блоки статора и блоки ротора в радиальном направлении расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. В заданном направлении осевая ширина рабочей поверхности блока статора равна ширине оси блока ротора. Блоки статора выровнены относительно блоков ротора. Когда двигатель работает, между блоками статора и блоками ротора создается динамическое спиральное магнитное поле, и под действием спирального магнитного поля возникает прямолинейное и круговое движение без трения между блоками статора и ротора. Согласно спиральному шаговому двигателю, одна из двух частей может совершать круговое движение, а другая – прямолинейное движение, или одна часть одновременно совершает круговое движение и прямолинейное движение.Also from the application for invention WO2016173293A1 from 03.11.2016 is known a stator-rotor mechanism of a spiral stepper motor. The rotor contains a central shaft and a plurality of rotor blocks, and the rotor blocks are continuously or separately evenly spaced on the circumference of the central shaft. The stator contains a plurality of stator blocks, a barrier layer and a cover, and the stator blocks and the rotor blocks are located in the radial direction at the same distance from each other. In a given direction, the axial width of the working surface of the stator block is equal to the width of the axis of the rotor block. The stator blocks are aligned with the rotor blocks. When the engine is running, a dynamic helical magnetic field is created between the stator blocks and the rotor blocks, and the spiral magnetic field creates a linear and frictionless circular motion between the stator and rotor blocks. According to the spiral stepper motor, one of the two parts can move in a circular motion and the other in a rectilinear motion, or one part can simultaneously move in a circular motion and a rectilinear motion.

К недостаткам описанного технического решения можно отнести наличие паразитного вращательного движения ротора, что снижает КПД системы, а также приводит к дополнительному нагреву двигателя.The disadvantages of the described technical solution include the presence of parasitic rotational motion of the rotor, which reduces the efficiency of the system, and also leads to additional heating of the engine.

Техническая задача, на решение которой направлено заявленное изобретение заключается в реализации способа обеспечения поступательного движения подвижной части линейного электродвигателя, что позволяет повысить КПД системы, расширить ее функциональные и эксплуатационные возможности, а также обеспечить высокую точность управления положением подвижной части электродвигателя.The technical problem to be solved by the claimed invention is to implement a method for ensuring the translational movement of the moving part of a linear electric motor, which makes it possible to increase the efficiency of the system, expand its functional and operational capabilities, and also ensure high accuracy of control over the position of the moving part of the electric motor.

Технический результат, достигнутый от реализации заявленного изобретения заключается в повышении удельной мощности электродвигателя, уменьшении шага полюсного деления, что приводит к повышению точности позиционирования подвижной части электродвигателя.The technical result achieved from the implementation of the claimed invention consists in increasing the specific power of the electric motor, decreasing the pitch of the pole pitch, which leads to an increase in the positioning accuracy of the moving part of the electric motor.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что согласно заявленному способу на обмотке статора формируют вращающееся магнитное поле, при этом расточку статора находящуюся в магнитном поле постоянных магнитов слайдера выполненного с постоянным радиальным магнитным сопротивлением, формируют с постоянным магнитным сопротивлением замкнутым через элементы слайдера по спирали зубцового винта. Таким образом обеспечивают концентрацию магнитного поля статора на зубцовом винте и перемещение вектора магнитного поля статора в немагнитном зазоре между статором и слайдером по траектории, заданной указанным зубцовым винтом. Посредством чего, вектор магнитного поля статора в пределах каждого витка зубцового винта взаимодействует с вектором магнитного поля слайдера, формируя вектор силы F с движущей осевой составляющей Fx, преобразуя вращательно-поступательное движение магнитного поля статора в поступательное движение слайдера.The essence of the claimed invention lies in the fact that according to the claimed method, a rotating magnetic field is formed on the stator winding, while the bore of the stator located in the magnetic field of the permanent magnets of the slider made with constant radial magnetic resistance is formed with constant reluctance closed through the slider elements along the spiral of the gear screw ... Thus, the concentration of the stator magnetic field on the toothed screw and the movement of the stator magnetic field vector in the non-magnetic gap between the stator and the slider along the trajectory specified by the specified toothed screw are provided. Thereby, the vector of the stator magnetic field within each turn of the toothed screw interacts with the vector of the magnetic field of the slider, forming a force vector F with the driving axial component Fx, converting the rotational-translational motion of the stator magnetic field into the translational motion of the slider.

Возвратно-поступательное движение слайдера обеспечивают посредством периодической смены фаз питающего напряжения обмотки статора, чем обеспечивают смену направления перемещения вектора магнитного поля статора по зубцовому винту.The reciprocating movement of the slider is provided by periodically changing the phases of the supply voltage of the stator winding, which provides a change in the direction of movement of the stator magnetic field vector along the toothed screw.

В приведенном варианте реализации изобретения, при поступательном движении слайдер, позиционируют относительно статора посредством ограничителей радиального перемещения обеспечивая постоянный немагнитный зазор между элементами статора и слайдера. Зубцовый винт магнитопровода линейного привода формируют, по меньшей мере, однозаходным.In the given embodiment of the invention, during translational movement, the slider is positioned relative to the stator by means of radial displacement limiters, providing a constant non-magnetic gap between the elements of the stator and the slider. The toothed screw of the linear drive magnetic circuit is formed with at least one thread.

Сущность заявляемого изобретение поясняется, но не ограничивается следующими графическими материалами:The essence of the claimed invention is illustrated, but not limited to the following graphic materials:

фиг.1 - конструктивная схема линейного электропривода (вариант 1);Fig. 1 is a structural diagram of a linear electric drive (option 1);

фиг.2 - конструктивная схема линейного электропривода (вариант 2);Fig. 2 is a structural diagram of a linear electric drive (option 2);

фиг.3 - конструктивная схема линейного электропривода (вариант 3);Fig. 3 is a structural diagram of a linear electric drive (option 3);

фиг.4 - схема взаимодействия магнитных полей статора и слайдера линейного электропривода в определенный момент времени.Fig. 4 is a diagram of the interaction of the magnetic fields of the stator and the slider of the linear electric drive at a certain point in time.

Заявляемое изобретение может быть реализовано в различных технологических процессах и механизмах где существует необходимость обеспечения контролируемого поступательного движения механизмов с высокой точностью позиционирования подвижных частей, в частности, в медицине, робототехнике, станкостроении, машиностроении. The claimed invention can be implemented in various technological processes and mechanisms where there is a need to provide a controlled translational movement of mechanisms with a high positioning accuracy of moving parts, in particular, in medicine, robotics, machine tools, mechanical engineering.

Заявленное изобретение объединяет в себе преимущества известных из уровня техники способов обеспечения возвратно-поступательного движения слайдера (ротора) электродвигателя, устраняя при этом указанные выше недостатки.The claimed invention combines the advantages of known from the prior art methods of providing reciprocating movement of the slider (rotor) of the electric motor, while eliminating the above disadvantages.

Согласно одному из возможных вариантов реализации изобретения, линейный привод 1 (фиг.1-3) может быть реализован при построении линейного вентильного электродвигателя (ЛВЭД) и состоит из статора 2, содержащего магнитопровод из магнитного материала и трехфазную обмотку. Также указанный ЛВЭД содержит подвижную часть (слайдер) 3 выполненный с постоянным магнитным сопротивлением, выполняющую возвратно-поступательные движения относительно статора 2. Слайдер 3 (фиг.2) сформирован из набора постоянных магнитов 4 c концентраторами 5 магнитного поля между ними. According to one of the possible embodiments of the invention, the linear drive 1 (Figs. 1-3) can be implemented when constructing a linear valve electric motor (LVED) and consists of a stator 2 containing a magnetic core made of magnetic material and a three-phase winding. Also, the specified LVED contains a movable part (slider) 3 made with constant magnetic resistance, performing reciprocating movements relative to the stator 2. Slider 3 (figure 2) is formed from a set of permanent magnets 4 with concentrators 5 of the magnetic field between them.

Также возможен вариант выполнения без концентраторов магнитного поля, при этом магниты установлены вблизи друг друга, а векторы магнитных полей концентрируются между соседними магнитами. It is also possible an embodiment without magnetic field concentrators, wherein the magnets are installed close to each other, and the magnetic field vectors are concentrated between adjacent magnets.

Постоянные магниты 4 установлены последовательно с периодической сменой полярности SN одного магнита по отношению к предыдущему NS. В одном из возможных вариантов реализации слайдер 3, выполняют из немагнитного стержня, при этом постоянные магниты 4 выполнены в виде колец и установлены на поверхности стержня, такая форма магнитов позволяет обеспечить постоянное магнитное сопротивление. Концентраторы 5 имеют больший радиальный размер по отношению к магнитам 4 и установлены периодически, разделяя магниты. Концентраторы 5 обеспечивают позиционирование слайдера 3 относительно статора 2, ограничивая радиальное перемещение и формируют постоянный немагнитный зазор 6 между расточкой статора и элементами слайдера. В приведенном варианте реализации слайдер 3, установлен внутри расточки статора 2. Также возможен вариант (фиг.2), при котором расточка статора 2 расположена внутри слайдера 3, при этом слайдер выполнен пустотелым. Permanent magnets 4 are installed in series with periodic reversal of the SN polarity of one magnet with respect to the previous NS. In one of the possible embodiments, the slider 3 is made of a non-magnetic rod, while the permanent magnets 4 are made in the form of rings and installed on the surface of the rod, this shape of the magnets makes it possible to provide constant magnetic resistance. The hubs 5 have a larger radial dimension in relation to the magnets 4 and are installed periodically, separating the magnets. The hubs 5 ensure the positioning of the slider 3 relative to the stator 2, limiting the radial movement and forming a constant non-magnetic gap 6 between the stator bore and the slider elements. In the above embodiment, the slider 3 is installed inside the bore of the stator 2. It is also possible (Fig. 2), in which the bore of the stator 2 is located inside the slider 3, while the slider is hollow.

В приведенном варианте реализации изобретения статор 2 состоит из шихтованного магнитопровода. Расточка статора содержит зубцовый винт 7 (фиг.3) с немагнитным винтовым зазором 8. Указанный зубцовый винт выполняют, по меньшей мере, однозаходным, при этом, повышение количества витков винта обеспечивает повышение удельной мощности электропривода. Немагнитный винтовой зазор 8 сформирован между зубцами 9 магнитопровода. В пазах между зубцами уложена обмотка статора (на фиг.3 обмотка обозначена чередованием фаз А;В;С между зубцами 9-9n). Немагнитный винтовой зазор 8 сопряжен с немагнитным зазором 6 между слайдером 3 и статором 2. На зубцах 9 указанного винта 7 концентрируется магнитное поле статора. Постоянный радиальный немагнитный зазор 6 между зубцами статора 9 и магнитами с концентраторами 5 магнитного поля слайдера 3 обеспечивает одинаковое радиальное магнитное сопротивление в каждой точке поверхности слайдера, что не позволяет магнитному потоку статора 2 провернуть слайдер 3 относительно его продольной оси. In the given embodiment of the invention, the stator 2 consists of a laminated magnetic circuit. The bore of the stator contains a toothed screw 7 (Fig. 3) with a non-magnetic helical clearance 8. The indicated toothed screw is made at least single-threaded, while increasing the number of turns of the screw provides an increase in the specific power of the electric drive. A non-magnetic helical gap 8 is formed between the teeth 9 of the magnetic circuit. The stator winding is laid in the grooves between the teeth (in Fig. 3, the winding is indicated by the alternation of phases A; B; C between the teeth 9-9n). The non-magnetic screw gap 8 is associated with the non-magnetic gap 6 between the slider 3 and the stator 2. The stator magnetic field is concentrated on the teeth 9 of the said screw 7. The constant radial non-magnetic gap 6 between the stator teeth 9 and the magnets with the magnetic field concentrators 5 of the slider 3 provides the same radial magnetic resistance at each point of the slider surface, which does not allow the stator 2 magnetic flux to rotate the slider 3 relative to its longitudinal axis.

Реализованный в описанном конструктивном решении способ построения линейного привода заключается в том, что на обмотку статора 2 подаются импульсы напряжения управляемой частоты, создающие вращающееся магнитное поле, вектор которого концентрируется на зубцах 9 расточки статора 2. Направление векторов в каждом из зубцов статора 2 в один из моментов времени обозначено на фиг.3 условными обозначениями, круг с точкой и круг с крестиком. Расточку статора 2 находящуюся в магнитном поле постоянных магнитов 4 слайдера 3 с постоянным радиальным магнитным сопротивлением, формируют с постоянным магнитным сопротивлением замкнутым через элементы слайдера 4,5 по спирали зубцового винта 7, чем обеспечивают концентрацию магнитного поля статора на зубцовом винте 7. При этом указанные конструктивные признаки задают вращающемуся магнитному полю поступательное движение, перемещая вектор магнитного поля статора по траектории заданной указанным винтовым немагнитным зазором 8 по зубцовому винту 7. Таким образом, вектор 10 магнитного поля статора в пределах каждого витка зубцового винта 7 взаимодействует с вектором 11 магнитного поля слайдера, формируя вектор силы F с движущей осевой составляющей Fx (вектор перемещения), преобразуя вращательно-поступательное движение магнитного поля статора в поступательное движение слайдера 3.Implemented in the described constructive solution, the method of constructing a linear drive is that voltage pulses of a controlled frequency are applied to the stator winding 2, creating a rotating magnetic field, the vector of which is concentrated on the teeth 9 of the stator bore 2. The direction of the vectors in each of the stator teeth 2 into one of the points in time indicated in figure 3 conventional symbols, a circle with a dot and a circle with a cross. The bore of the stator 2, located in the magnetic field of the permanent magnets 4 of the slider 3 with constant radial reluctance, is formed with a constant reluctance closed through the elements of the slider 4.5 along the spiral of the toothed screw 7, which ensures the concentration of the stator magnetic field on the toothed screw 7. In this case, these design features set the rotating magnetic field translational movement, moving the stator magnetic field vector along the trajectory specified by the specified helical non-magnetic gap 8 along the toothed screw 7. Thus, the vector 10 of the stator magnetic field within each turn of the toothed screw 7 interacts with the vector 11 of the magnetic field of the slider, forming the force vector F with the driving axial component Fx (displacement vector), converting the rotational-translational motion of the stator magnetic field into the translational motion of the slider 3.

Согласно приведенному варианту реализации изобретения возвратно-поступательное движение слайдера обеспечивают посредством периодической смены фаз питающего напряжения обмотки статора 3. В результате чего вектор магнитного поля статора перемещается по зубцовому винту 7 с периодической сменой направления.According to the embodiment of the invention, the reciprocating movement of the slider is provided by periodically changing the phases of the supply voltage of the stator winding 3. As a result, the stator magnetic field vector moves along the toothed screw 7 with a periodic change in direction.

Во временя поступательного движения слайдер 3 позиционируют относительно статора 2 посредством ограничителей радиального перемещения, обеспечивая постоянный немагнитный зазор 6. В данном варианте реализации концентраторами 5, обеспечивают постоянный радиальный немагнитный зазор 6 между элементами статора 2 и слайдера 3, обеспечивая, таким образом, постоянное магнитное сопротивление по всей окружности слайдера 3. During the translational movement, the slider 3 is positioned relative to the stator 2 by means of radial displacement limiters, providing a constant non-magnetic gap 6. In this embodiment, the hubs 5 provide a constant radial non-magnetic gap 6 between the elements of the stator 2 and the slider 3, thus providing a constant magnetic resistance around the entire circumference of the slider 3.

Также постоянство немагнитного зазора может обеспечиваться без дополнительных конструктивных элементов постпредством взаимодействия магнитных полей статора и слайдера. Also, the constancy of the non-magnetic gap can be ensured without additional structural elements by means of the interaction of the magnetic fields of the stator and the slider.

На фиг. 3 показано состояние магнитной системы и элементов конструкции линейного привода в определенный момент времени, что в полной мере отображает работу системы согласно заявленному способу, так как система является цикличной. На приведенной схемы отображены величины векторов Fx в один из моментов времени. Величина вектора Fx, а значит, сила перемещения увеличивается с приближением зубца статора 9n к концентратору слайдера 5n, при этом в немагнитном зазоре также возникает сонаправленный вектор Fx меньшей величины, который будет увеличиваться по мере приближением зубца к концентратору с уменьшением немагнитного зазора.FIG. 3 shows the state of the magnetic system and structural elements of the linear drive at a certain point in time, which fully reflects the operation of the system according to the claimed method, since the system is cyclical. The diagram shows the magnitudes of the vectors Fx at one of the moments in time. The magnitude of the vector Fx, which means that the displacement force increases with the approach of the stator tooth 9n to the hub of the slider 5n, while a co-directional vector Fx of a smaller value also appears in the non-magnetic gap, which will increase as the tooth approaches the hub with a decrease in the non-magnetic gap.

Реализация заявленного способа позволяет создать высокочастотный линейный привод, уменьшив шаг полюсного деления на слайдере, чем повысить точность позиционирования слайдера. Также описанное решение позволяет повысить КПД, а значит и удельную мощность (Н/мм), так как, векторы магнитного поля статора непрерывно взаимодействуют с магнитным полем постоянных магнитов слайдера, создавая силу перемещения Fx по всей поверхности концентраторов магнитного поля или магнитов в варианте исполнения без концентраторов.The implementation of the proposed method allows you to create a high-frequency linear actuator, reducing the pitch of the pole pitch on the slider, than increasing the positioning accuracy of the slider. Also, the described solution allows you to increase the efficiency, and therefore the specific power (N / mm), since the stator magnetic field vectors continuously interact with the magnetic field of the permanent magnets of the slider, creating a displacement force Fx over the entire surface of the magnetic field concentrators or magnets in the version without hubs.

Claims (4)

1. Способ построения линейного электропривода, содержащего статор с магнитопроводом из магнитного материала и трехфазной обмоткой, а также подвижный элемент, а именно ротор, в виде слайдера, сформированного из набора постоянных магнитов, установленных последовательно с периодической сменой полярности одного магнита по отношению к предыдущему, отличающийся тем, что на обмотке статора формируют вращающееся магнитное поле, расточку статора, находящуюся в магнитном поле постоянных магнитов слайдера, выполненного с постоянным радиальным магнитным сопротивлением, формируют с постоянным магнитным сопротивлением, замкнутым через элементы слайдера по спирали зубцового винта, чем обеспечивают концентрацию магнитного поля статора на зубцовом винте и перемещение вектора магнитного поля статора в немагнитном зазоре между статором и слайдером по траектории, заданной указанным зубцовым винтом, посредством чего вектор магнитного поля статора в пределах каждого витка зубцового винта взаимодействует с вектором магнитного поля слайдера, формируя вектор силы F с движущей осевой составляющей Fх, преобразуя вращательно-поступательное движение магнитного поля статора в поступательное движение слайдера.1. A method of constructing a linear electric drive containing a stator with a magnetic core made of magnetic material and a three-phase winding, as well as a movable element, namely a rotor, in the form of a slider formed from a set of permanent magnets installed in series with a periodic change in the polarity of one magnet in relation to the previous one, characterized in that a rotating magnetic field is formed on the stator winding, the stator bore located in the magnetic field of the permanent magnets of the slider made with constant radial reluctance is formed with a constant reluctance closed through the elements of the slider along the spiral of a toothed screw, thereby providing the concentration of the magnetic field stator on the toothed screw and displacement of the stator magnetic field vector in the non-magnetic gap between the stator and the slider along the trajectory specified by the specified toothed screw, whereby the stator magnetic field vector within each turn of the toothed screw interacts with vector of the magnetic field of the slider, forming the force vector F with the driving axial component Fх, converting the rotational-translational motion of the stator magnetic field into the translational motion of the slider. 2. Способ построения линейного электропривода по п.1, отличающийся тем, что возвратно-поступательное движение слайдера обеспечивают посредством периодической смены фаз питающего напряжения обмотки статора, чем обеспечивают смену направления перемещения вектора магнитного поля статора по траектории, заданной зубцовым винтом.2. A method of constructing a linear electric drive according to claim 1, characterized in that the slider's reciprocating motion is provided by periodically changing the phases of the supply voltage of the stator winding, thereby changing the direction of movement of the stator magnetic field vector along the trajectory specified by the toothed screw. 3. Способ построения линейного электропривода по п.1, отличающийся тем, что во время поступательного движения слайдер позиционируют относительно статора, ограничивая радиальные перемещения слайдера, обеспечивая постоянный немагнитный зазор между элементами статора и слайдера.3. A method of constructing a linear electric drive according to claim 1, characterized in that during translational movement the slider is positioned relative to the stator, limiting the radial movement of the slider, providing a constant non-magnetic gap between the elements of the stator and the slider. 4. Способ построения линейного электропривода по п.1, отличающийся тем, что зубцовый винт формируют, по меньшей мере, однозаходным.4. A method of constructing a linear electric drive according to claim 1, characterized in that the toothed screw is formed at least one-start.
RU2020120679A 2019-11-05 2020-06-23 Method for constructing a linear electric drive RU2762288C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201910903 2019-11-05
UAA201910903 2019-11-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2762288C1 true RU2762288C1 (en) 2021-12-17

Family

ID=79175313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020120679A RU2762288C1 (en) 2019-11-05 2020-06-23 Method for constructing a linear electric drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2762288C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1309203A1 (en) * 1985-11-29 1987-05-07 Предприятие П/Я Г-4832 Synchronous electric motor
RU2183773C2 (en) * 2000-09-12 2002-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатории Амфора" Noncontact magnetic screw train and its versions
RU2275732C2 (en) * 2004-04-29 2006-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" Linear electric motor
CN101355290A (en) * 2008-09-11 2009-01-28 上海理工大学 Dual radial directions magnetic field reaction type straight-line rotating stepper motor
WO2016173293A1 (en) * 2015-04-30 2016-11-03 俞富春 Stator and rotor mechanism of spiral stepper motor, and spiral stepper motor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1309203A1 (en) * 1985-11-29 1987-05-07 Предприятие П/Я Г-4832 Synchronous electric motor
RU2183773C2 (en) * 2000-09-12 2002-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатории Амфора" Noncontact magnetic screw train and its versions
RU2275732C2 (en) * 2004-04-29 2006-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" Linear electric motor
CN101355290A (en) * 2008-09-11 2009-01-28 上海理工大学 Dual radial directions magnetic field reaction type straight-line rotating stepper motor
WO2016173293A1 (en) * 2015-04-30 2016-11-03 俞富春 Stator and rotor mechanism of spiral stepper motor, and spiral stepper motor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6246561B1 (en) Methods for controlling the path of magnetic flux from a permanent magnet and devices incorporating the same
US4286180A (en) Variable reluctance stepper motor
EP2335344B1 (en) Electrical machine
US3394295A (en) Rotating and reciprocating electric motor
KR20050071703A (en) Magnetic structure and motor employing said magnetic structure, and driver comprising said motor
US20120286592A1 (en) Permanent Magnet Operating Machine
JP5363994B2 (en) Linear stepping motor
WO2016173293A1 (en) Stator and rotor mechanism of spiral stepper motor, and spiral stepper motor
KR20120049168A (en) Stepping motor able to create small increments
JP5462877B2 (en) Permanent magnet type stepping motor
KR100720266B1 (en) Spiral linear motor
CN103986301A (en) High-dynamic moving-magnetic type linear rotation integrated two-degree-of-freedom motor
RU2762288C1 (en) Method for constructing a linear electric drive
WO1985005741A1 (en) Stepping motor
RU2750646C1 (en) Linear valve electric motor
CN105811732A (en) Three-phase single-stator helical motion permanent-magnet synchronous motor
CN108736675B (en) Moving-coil type unipolar permanent magnet rotary linear motor
JP2012196021A (en) Linear actuator
JP2007120749A (en) Actuator
RU2394341C1 (en) Stationary coil of anchor magnetisation in linear electric machine
RU2690509C1 (en) Synchronous brushless dc electric motor with combined windings and method for formation of combined winding
SU845235A1 (en) Stepping motor
JPS6331462A (en) Stepping motor
CN204967598U (en) Spiral step motor's stator, rotor mechanism and spiral step motor
RU2544836C1 (en) Stepping motor