close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY6068

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6068
(13) C1
(19)
7
(51) H 02K 41/02
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ
BY 6068 C1
(21) Номер заявки: a 20010477
(22) 2001.05.28
(46) 2004.03.30
(71) Заявитель: Антонович Эдуард Сергеевич (BY)
(72) Автор: Антонович Эдуард Сергеевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Антонович Эдуард
Сергеевич (BY)
(57)
1. Линейный электрический двигатель, содержащий якорь с магнитопроводом, в стержне
которого выполнены пазы с размещенной в них обмоткой, и систему возбуждения с магнитом
и магнитопроводом, закрепленную с зазором относительно якоря перпендикулярно направлению движения, при этом полюсы системы возбуждения обращены к активным сегментам
обмотки, отличающийся тем, что якорь расположен симметрично относительно полюсов
системы возбуждения, а пазы, в которых размещены пассивные сегменты обмотки, расположены с боковых сторон стержня в пределах внутренних границ магнитопровода якоря.
2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что содержит не менее двух систем возбуждения.
3. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что система возбуждения выполнена
Ш-образной.
4. Двигатель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что система возбуждения выполнена в виде П-образного магнитопровода с внутренней стороны которого закреплен
магнит/электромагнит.
5. Двигатель по п. 4, отличающийся тем, что электромагнит выполнен с многофазной
обмоткой.
6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что система возбуждения и/или якорь содержат устройство формирования воздушной/магнитной подушки.
7. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что система возбуждения и якорь содержат
каналы системы охлаждения.
8. Двигатель по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что торцовые поверхности
полюсов системы возбуждения по направлению движения имеют выборки в форме кривых второго порядка.
Фиг. 1
BY 6068 C1
9. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что обмотка якоря выполнена многофазной.
10. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что обмотка якоря выполнена многосекционной.
(56)
SU 997194 A, 1983.
SU 325666 A, 1970.
RU 2037944 C1,1995.
RU 2068612 C1, 1996.
DE 4216938 A, 1993.
JP 01259749 A, 1979.
US 3772539 A, 1973.
US 4115712 A, 1978.
Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в безредукторных, бестрансмиссионных прецизионных приводах, а также в приборах и устройствах работающих без механической трансмиссии и сил трения, в условиях воздействия
микрогравитации и термовакуумных факторов.
Известен электродвигатель, содержащий кольцевой магнитопровод с центральным
стержнем, обмотку возбуждения и полый цилиндрический бегун, входящий в зазор между
центральным стержнем и периферийной частью магнитопровода и снабженного воздушным клапаном [1].
Недостаток двигателя состоит в ограниченном диапазоне перемещения бегуна, что исключает возможность его использования, например, в приводах литографических установок.
Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому является линейный электродвигатель, в состав которого входят якорь с обмоткой и система возбуждения
с П-образным магнитом, являющимся одновременно магнитопроводом [2]. Магнитопровод якоря выполнен в виде прямоугольной рамки. На его поверхностях, обращенных к полюсам системы возбуждения, прорезаны пазы для размещения обмотки. При этом
силовые линии магнитного поля замыкаются через П-образный магнитопровод системы
возбуждения и приповерхностный слой магнитопровода якоря по обе стороны от системы
возбуждения по направлению перемещения.
Недостаток указанного двигателя связан с тем, что сопротивление магнитной цепи и,
следовательно, все другие технические характеристики электрической машины не линейно изменяются в зависимости от положения системы возбуждения относительно якоря, а
также с тем, что диапазон перемещения ограничен.
Тяговое усилие, развиваемое двигателем, непостоянно и минимально при центральном
положении системы возбуждения относительно якоря и максимально в крайних положениях.
Для увеличения диапазона перемещений требуется увеличить длину рамки якоря, т.е.
увеличить длину магнитной цепи и ее сопротивление. Следовательно, уменьшаются усилия, которые в принципе способен развивать двигатель.
К снижению мощности, неравномерности хода и точности позиционирования приводит также наличие зубцовой структуры - пазов, расположенных под углом к направлению
движения и в которые уложены активные сегменты обмотки якоря.
Кроме того, конструкция и взаимное расположение системы возбуждения и якоря может вызвать возмущающие воздействия в боковых направлениях, что исключает возможность эксплуатации двигателя без применения жестких направляющих.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения КПД, удельной мощности,
управляемости, надежности, увеличения диапазона и точности перемещений, расширения
функциональных возможностей и области применения.
2
BY 6068 C1
Поставленная задача решается тем, что:
линейный электрический двигатель содержит: якорь с обмоткой и магнитопроводом, в
стержне которого выполнены пазы, и систему возбуждения с магнитом и магнитопроводом, закрепленную с зазором относительно якоря перпендикулярно направлению движения и обращенную полюсами к активным сегментам обмотки якоря, причем якорь
расположен симметрично относительно полюсов системы возбуждения, а пазы, в которых
размещены пассивные сегменты обмотки, расположены с боковых сторон стержня в пределах внутренних границ магнитопровода якоря;
линейный электрический двигатель содержит две и более систем возбуждения;
в линейном электрическом двигателе система возбуждения выполнена Ш-образной и
состоит из П-образного магнитопровода и закрепленного с внутренней стороны магнита/электромагнита;
в линейном электрическом двигателе электромагнит выполнен с многофазной обмоткой;
линейный электрический двигатель содержит устройства формирования воздушной
и/или магнитной подушки;
линейный электрический двигатель содержит каналы системы охлаждения;
в линейном электрическом двигателе торцовые поверхности полюсов системы возбуждения по направлению движения имеют выборки в форме кривых второго порядка;
в линейном электрическом двигателе обмотка якоря выполнена многосекционной
и/или многофазной.
Совокупность необходимых и достаточных признаков, характеризующих заявленное
изобретение, по данным источников патентной и научно-технической литературы неизвестна.
Следовательно, заявленный объект соответствует критерию "новизна". Так как заявленное техническое решение не очевидно для специалистов, оно соответствует критерию
"изобретательский уровень". Испытания рабочего макета в условиях приближенных к
промышленным показывает, что он удовлетворяет требованиям потребителя и, следовательно, соответствует критерию "промышленная применимость".
Для лучшего понимания изобретение поясняется чертежами:
фиг. 1 - общий вид линейного электрического двигателя (с одной системой возбуждения);
фиг. 2 - поперечный разрез заявленного двигателя (вариант с двумя системами возбуждения);
фиг. 3 - фрагмент продольного сечения якоря, позиция 4 (модификация);
фиг. 4 - вид на полюсы системы возбуждения, позиция 1 (по сечению Б-Б).
Линейный электрический двигатель содержит Ш-образную систему возбуждения 1,
состоящую из магнита 2 и магнитопровода 3, расположенную перпендикулярно направлению движения, и якорь 4, состоящий из магнитопровода 5 и обмотки 6, расположенный
симметрично относительно полюсов системы возбуждения;
причем магнитопровод якоря 5 представляет собой ферромагнитный стержень 7, на
котором с боковых сторон выполнены пазы 8 и установлены полюсные наконечники 9, а
обмотка 6 размещена на магнитопроводе таким образом, что в пазах 8 в пределах внутренних границ магнитопровода якоря расположены пассивные сегменты обмотки 6. Система возбуждения закреплена относительно якоря с минимально необходимым зазором
10, обеспечивающим их взаимные перемещения без механической трансмиссии и сил трения с помощью устройств 11, формирующих воздушную или магнитную подушку. Устройства левитации, формирующие магнитную подушку, на чертеже не показаны.
В линейный электрический двигатель (систему возбуждения и/или якорь), кроме устройств,
формирующих воздушную и магнитную подушки, могут встраиваться устройства охлаждения
12, датчики перемещения 13 и т.д., обеспечивающие работу электрического двигателя встроенного в функциональную систему, например в робототехнический комплекс.
3
BY 6068 C1
С целью устранения пульсаций, обусловленных шагом намотки обмотки якоря и которые могут возникать при перемещении, торцовые поверхности полюсов системы возбуждения по направлению движения имеют выборки в форме кривых второго порядка 14,
обеспечивающие монотонное нарастание и убывание напряженности магнитного поля на
периферии зазора по направлению перемещения без изменения величины зазора.
Предлагаемый электрический двигатель (машина) по принципу работы основан на перемещении магнитного поля, создаваемого системой возбуждения, относительно обмотки
якоря и полностью объясняется законами Ампера и Фарадея и может быть использован
для преобразования электрической энергии в энергию механическую и механической
энергии в энергию электрическую.
Система возбуждения 1 и якорь 4 образуют две симметричные магнитные цепи: - магнит 2 - зазор 10 - стержень 7 магнитопровода якоря - полюсный наконечник магнитопровода якоря 9 - зазор 10, - магнитопровод системы возбуждения 3.
При этом осуществляется автоматическое ориентирование системы возбуждения относительно якоря под воздействием момента сил, приложенных к боковым полюсам и
центростремительной силы центрального полюса.
В зазоре 10 магнитные силовые линии поля системы возбуждения пересекают активные сегменты обмотки 6 якоря, уложенные на поверхности магнитопровода якоря 5.
При подаче электрического тока в обмотку 6 якоря возникает сила, выталкивающая
проводник с током из магнитного поля. Сила действует в направлении оси симметрии
якоря, при этом система возбуждения 1 перемещается относительно якоря 4.
Изменение направления движения обеспечивается изменением полярности магнитной
системы или направления тока в обмотке якоря.
Сборка линейного электрического двигателя (электрической машины) и его составных
частей.
Сборку системы возбуждения проводят следующим образом:
на магнитопровод 1 с внутренней стороны устанавливают магнит (электромагнит) 2 и
скрепляют в единое целое без зазоров. В выборки 14 устанавливают устройства 11, формирующие воздушную или магнитную подушку.
Сборку якоря проводят в следующем порядке:
на центральный сердечник 6 якоря, в котором выполнены пазы 7, укладывают обмотку 5, после чего устанавливают полюсные наконечники 8 якоря и скрепляют их без зазоров в единое целое.
Рабочие поверхности системы возбуждения и якоря для придания им монолитности и
плоскостности заливаются эпоксидным компаундом 15 с наполнителем.
Собранные и проверенные функциональные составные части электрического двигателя - систему возбуждения и якорь предварительно ориентируют и с включенными системами, формирующими воздушную или магнитную подушку, вводят в контакт (зону
взаимодействия), соблюдая меры предосторожности от механических повреждений. После этого включается система возбуждения и осуществляется ее автоматическая ориентация относительно якоря, производится функциональный контроль составных частей и
готовность электрической машины к работе.
Решение задач изобретения поясняется следующим:
1 - осуществляется автоматическое ориентирование системы возбуждения относительно якоря под воздействием момента сил, приложенных к боковым полюсам, и центростремительной силы центрального полюса;
2 - за счет максимально эффективного использования магнитного поля, формируемого
системой возбуждения, и снижения потерь на сопротивление в магнитной цепи и на сопротивление индуктивного рассеяния в обмотке якоря, внезависимости от траектории и
диапазона перемещения, повышаются основные характеристики электрической машины КПД, тяговое усилие, равномерность хода, точность позиционирования;
4
BY 6068 C1
3 - система возбуждения и якорь могут быть выполнены как функциональносовместимые составные части электрической машины, не связанные между собой механической трансмиссией, так как перемещаются относительно друг друга посредством сил
взаимодействия магнитного и электрического полей;
4 - расширяются функциональные возможности, так как электрическая машина может
содержать две и более системы возбуждения, причем каждая функциональная составная
часть может перемещаться по своему закону;
5 - повышается точность ориентирования и точность позиционирования системы возбуждения относительно якоря, так как торцовые поверхности полюсов системы возбуждения по направлению движения имеют выборки в форме кривых второго порядка,
обеспечивающие монотонное нарастание и убывание напряженности магнитного поля на
периферии зазора по направлению перемещения без изменения величины зазора.
6 - повышается управляемость и расширяется область применения электрической машины за счет того, что в состав системы возбуждения может быть введен электромагнит с
многофазной обмоткой, а обмотка якоря может быть выполнена многофазной и/или многосекционной;
7 - в конструкцию системы возбуждения и якоря могут быть введены устройства охлаждения, формирования воздушной подушки, левитации, датчики перемещения и так далее, обеспечивающие работу электрической машины встроенной в функциональную
систему.
Как показали экспериментальные исследования предлагаемого линейного электрического двигателя, тяговое усилие возрастает по сравнению с прототипом, по меньшей мере,
в три раза, при этом обеспечиваются: высокая точность позиционирования системы возбуждения относительно якоря и равномерность хода независимо от траектории и диапазона перемещений.
Применение встраиваемых, бестрансмиссионных, безредукторных электрических машин, обладающих высоким КПД и удельной мощностью, простых в управлении и надежных в работе обеспечивает условия для:
повышения производительности и расширения технических и функциональных возможностей прецизионного лазерного фотохимического и оптико-механического микроэлектронного оборудования, робототехнических систем, транспортных систем, ветроэнергоагрегатов и других приборов и устройств различного назначения;
создания принципиально новых систем и устройств, работающих без механической
трансмиссии и сил трения, в условиях воздействия.
Источники информации:
1. А.с. СССР 325666, МПК Н 02К 33/00, 1970.
2. А.с. СССР 997194, МПК Н 02К 41/035, 1981 (прототип).
Фиг. 2
Фиг. 3
5
BY 6068 C1
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
150 Кб
Теги
by6068, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа