Линейный электрический двигатель

ПИСАНИ ЬСТВ У 45Ю.И. Лютахи чающий вой сторонепоперечн ачало из о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ВТОРСИОМУ О 80 Д(71) Куйбышевский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут им. В.В. Куйбышева(56) 1. Патент. Франции Р 2062622,кл. Н 02 К 41/00, 1971.2. Авторское свидетельство СССРВ 696578, кл. Н 02 К 41/025, 1977.,катушки многофазной обмотки, размен.ЯО 1328343 щенные вдоль продольной оси"с фиксированным шагом и подвижный эле-,мент, о т л и ч а ю.щ и й с я тем,что, с целью улучшения энергетических .показателей, продольные стороны магнитопровода снабжены полюсными наконечниками, обращенными навстречудруг другу, а в спинке магнитопровода выполнены окна, перемычки междукоторыми обхвачены катушками многофазной обмотки,ельпоп.1, отлия тем, что., в бокоагнитопр овода выполнепрорези, берущие свое н спинки магнитопровода43 ъна нем обмоткой; на фиг. 3 - электрический двигатель, продольное сечение; на фиг. 4 - 6 - поперечные сечения соответственно А-А, Б-Б,В-В на фиг.3; на фиг. 7 - сечение Г-Г на фиг. 3 (нижняя, часть магнитонровода) на фиг, 8 - электрический двигатель с изогнутым в кольцо магнитопроводом н подвижным элементом в виде конуса; на фиг. 9 - двигатель с подвижным элементом в виде конуса и внешним индуктором; на фиг. 10 - двигатель с коническим подвижным элементом и внутренним индуктором; на фиг11 двигатель с цилиндрическим подвижным элементом и внешним индуктором; на фиг, 12 - двигатель с цилиндрическим подвижным элементом и внутренним индуктором; на фиг. 13 - двигатель с подвижным элементом в виде части сферы; на фиг. 14 - двигатель с внешним индуктором; на фиг. 15 - двигатель с внутренним индуктором; на фиг. 16 - структурная схема двухфазной однокатушечной обмотки (контур магнитопровода показан пунктиром); на фиг. 17 - структурная схема пространственного расположения двухфазной распределительной обмотки (многокатушечной; в конкретном случае три катушки на один полюс одной фазы индуктора) .Электрический двигатель содержит подвижный элемент 1, магнитопровод 2, имеющий в сечении П-образную форму, при этом продольные стороны магнито. провода снабжены полюсными наконечниками, обращенными навстречу друг другу. В спинке магнитопровода выполнены окна, перемычки между которыми обхвачены катушками многофазной обмотки; Катушки 3 одной фазы и катушки 4 другой фазы. Магнитопроводы выполняются из магнитодиэлектрика или продольно-шихтованным.Для существенного уменьшения паразиткой индуктивности (а следовательно, для уменьшения паразитного магнитного поля) лобовых частей катушек одной фазы обмотки делается прорезь 5 поперек паразитного магнитного потока лобовой части катушек фаз или включение в виде полоски из немагнитного материала (например, из алюминия или меди), причем они могут быть распространены не на все поперечное сечение боковой части магнито. провода, а захватывать лишь только 11283Изобретение относится к электротехнике, а именно к специальнымэлектрическим машинам, подвижныеэлементы которых имеют относительностатора одну, две или три кинематические степени свободы и которыемогут использоваться в качестве электроприводов устройств"перемещения(по линейным координатам) или разворота (по угловым координатам), на Опример, в автоматике и измерительнойтехнике.Известна линейная асинхроннаяэлектрическая машина с поперечно,подвижного элемента) замыкающимсямагнитным потоком Я .Недостатками данной машины являются наличие зубцов на рабочей поверхности магнитопровода, большая 2 Одлина пути магнитного потока в материале (подвижного элемента) и ограниченность частоты питающего напряжения (в основном до 50-60 Гц).Наиболее близким по технической 25сущности к изобретению является линейный электрический двигатель, содержащий магнитопровод, имеющий в се-.чении П-образную форму, катушки многофазной обмотки, размещенные вдоль ЗОпродольной оси с фиксированным шагом, и.подвижный элемент 2,Однако наличие зубцов на рабочей поверхности двигателя приводитк снижению энергетических показателей.Целью изобретения является улучшение энергетических показателей.Эта цель достигается тем, что влинейном электрическом двигателеюсодержащем магйитопровод, имеющиив сечении П-образную форму, катушкимногофазной обмотки, размещенныевдоль продольной оси с фиксированнымшагом, а подвижный элемент, продольные стороны магнитопровода снабженыполюсными наконечниками, обращенныминавстречу друг другу, а в спинке магнитопровода выполнена окна, перемычки между которыми обхвачены катушка 50ми многофазной обмотки.Кроме того, в боковой стенке магнитопровода выполнены поперечные прорези, берущие свое начало из оконспинки магнитопровода,. 55На фиг. 1 представлен магнитопровод электрического двигателя; найиг. 2 - магнитопровод с размещенной3ту часть бокового сечения, которая непосредственно прилегает к ярму. Длина (размер) этой прорези может изменяться в широких пределах и выбираться согласно расчету.5Электрический двигатель работает следующим образом.При прохождении переменного тока по обмотке одной из фаз создается магнитное поле с чередующимися вдоль 1 О магнитопровода индуктора полюсами, причем силовые линии поля замыкаются в сечениях, перпенщикулярных продольной линии магнитопровода. Аналогично работают и обмотки других фаз с той лишь разницей, что полюса их магнитных полей будут иметь соответствующий пространственный фазовый сдвиг, величина которого определяет.ся числом фаз, а именно: две фазы в . 20 90 эл. град., три фазы - 120 эл.град. и т.д. Поскольку, как и у обычных электрических машин переменного тока, многофазная обмотка запитана многофазным напряжением, временной 25 сдвиг фаз которого определяется числом фаз, то в машине возникает бегущее вдоль продольной линии магнитопровода электромагнитное поле, которое взаимодействуя с материалом подвижного элемента, вызывает электромеханическое преобразование энергии (в случае генератора - механической в электрическую, а в случае. двигателя электрической в механическую). 11283 В рабочей активной зоне, в которой образуется бегущее магнитное поле при помощи многофазной обмотки, нет зубцов, а следовательно, на форму кривой пространственного рас пределения индукции магнитного поля в рабочей зоне или в воздушном зазоре не будут влиять зубцовые гармоники поля при этом не будет дополнительных потерь от вихревых токов, паразит ных усилий (моментов) и т.д., что приведет к увеличению полезного тяго-. вого усилия (момента), КПД и коэффициента использования магнитного поля машины. Поскольку временной гармони ческий состав усилия (момента) определяется пространственным гармоничес.ким составом индукции магнитного поля и скоростью движения подвижного элемента электродвигателя, то в слу чае отсутствия зубцовых гармоник магмнитного поля гармонический состав (спектр) усилия (момента) будет в43 4меньшей степени зависеть от скорости движения подвижного элемента, что очень важно для прецизионных высокоточных (высокоиспользованных по магнитному полю), асинхронных электрических машин, которые применяются в системах автоматики и измерительной техники. Аналогичны действия зубцовых гармоник на КПД, коэффициент использования, когда электрическая машина работает в качестве генератора.Благодаря такой конструкции магнитопровода и размещению обмоток удалось уменьшить длину пути, магнитного потока в материале подвижного элемента за счет уменьшения рабочей зоны, активно не участвующей в создании тягового усилия (момента), но через которую замыкается магнитный поток. Это привело к уменьшению магнитного сопротивления контура (цепи) электрической машины, увеличению КПД, коэффициента использования магнитного поля машины, а также дало возможность повысить допустимый предел частоты питающего напряжения, ибо с уменьшением средней длины магнитной сило,вой линии магнитного потока в подвижном элементе можно снизить необходимую глубину проникновения магнитного поля в материал подвижного элемента, следовательно, появиласьвозможность повысить частоту питающего напряжения при одинаковых с известным устройством геометрических размерах магнитопровода. 7.аким образом, стало возмож", ным изготовление электрических машин такого типа на большие частоты питающего напряжения без существенного увеличения габаритов электрических машин и с более высокими энергетическими показателями.С целью упрощения технологии изготовления электрической машины магнитопровод ее индуктора может быть составлен из двух частей, т.е. разъем- ным по стыковочной поверхности (фиг.4-7) . На одной из. частей магнитопровода, где сделаны отверстия в ярме, располагаются катушки многофазной обмотки, которые предварительно отдельно наматываются, а затем к этой части пристыковывается другая часть магнитопровода и механически скрепляется с первой.С целью расширения области применения двигателя, который имеет высокие энергетические показатели, маг11283нитопровод его индуктора выполнен ,свернутым в замкнутое круговое кольцо. При этом рабочие поверхности магнитопровода индуктора и подвижного элемента могут быть плоскими, кони ческими, цилиндрическими и сферическими а подвижной элемент может соУвершать вращательное движение вокруг осикольца магнитопровода индуктора, Таким образом, такой электродвигатель10 имеет одну вращательную степень свободы вокруг оси 2. Для создания многостепенных электрических машин с поперечным потоком 15 необходимо магнитопровод ее индуктора свернуть в замкнутое прямоугольное кольцо (со стороны рабочей зоны магнитопровод имеет в плане форму прямоугольника) . На каждой стороне этого 20 прямоугольного кольца в отверстиях магнитопровода индуктора размещается ,многофазная обмотка. Все эти одинаковые четыре многофазные обмотки аналогичны ранее приведенным и соединя ются для,работы между собой по типу обмоток дугостаторных электродвигате 43 6лей с шаровым ротором. Рабочие активные поверхности индуктора и подвижного элемента таких электрических машинмогут быть сферическими выпуклымиили вогнчтыми) или плоскими. При этомрабочая сферическая поверхностьподвижного элемента может быть замкнутой или не замкнутой, т.е. являтьсяпроизвольной частью сферы, В случае,когда рабочие активные поверхности,магнитопровода индуктора подвижногоэлемента являются софокусными сферамиили их частями, подвижный элементэлектрической машины может совершать,имея три вращательные кинематическиестепени свободы относительно индуктоФра, трехмерный угловой поворот (каки дугостаторные. машины с шаровым ротором). При плоской рабочей поверхности индуктора и ротора подвижный элемент имеет одну вращательную и две поступательные кинематические степенисвободы, Эти.многостепенные электрические машины могут применяться длявысокоиспользованных электроприводовразличных сканирующих устройств,графопостроителей и т,д.