Электрический двигатель возвратнопоступательного движения

(72) Автор изобретения В, В, Ивашин Тольяттинский политехнический институт(54) ЗЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГОДВИЖЕНИЯ Изобретение относится к электрическим двигателям возвратно-поступательн го движения, более конкретно, к двигателям с подвижной короткозамкиутой обмоткой и неподвижной обмоткой индуктора, питаемой импульсным или переменным та ком.Известен двигатель возвратно-поступательного движения, содержащий индуктор с замкнутым шихтованным магнитопроводом, охваченным обмоткой, и якорь с короткозамкнутой обмоткой, которая также охватывает магнитопровод и может свободно перемещаться в окне магнитопровода относительно индуктора11.15Однако этот двигатель имеет недостаточно высокий КПД.Известен также электрический двигатель возвратно-поступательного движения содержащий неподвижный индуктор с20 магнитопроводом и обмоткой, и подвижный якорь с короткозамкнутой обмоткой 2 1, В этом двигателе магнитопровод индукора броневого типа выполнен из нешихтованной стали. В верхней и ниж- ней части окна магнитопровода размещены неподвижные обмотки, питаемые пер менным током, Подвижный якорь выполнен в виде набора медных колец, которые охватывают внутренний стержень магнитной системы индуктора и расположены между обмотками индуктора.Недостатками этого электрического двигателя являются низкий КПД преобразования энергии магнитного поля в механическую и низкая механическая прочность обмоток индуктора и якоря, что снижает надежность работы двигателя.Низкое значение КПД объясняется тем, что в объеме немагнитного окна магнитэ, провода между обмоткой индуктора и дв жущимися от нее кольцами якоря запаса ется магнитная энергия, которая не может преобразоваться в механическую и обуславливает потребление иэ сети не только энергии, преобразуемой в конечном итоге в механическую, но и значительной энергии для создании магнитно686126 3го поля, что снижает со р , требует повышенной мощности источника питания иприводит в конечном итоге к снижениюКПД преобразования энергии.Кольца якоря лри движении могут на 5носить удары непосредственно по обмоткам индуктора, что приводит к необходи/мости применять специальные конструктивные меры для исключения разрушенияобмоток. Кроме того, движущиеся кольца- якорь ударом передают усилие на пикуинструмента. Так как механическая прочность колец, выполненных из материала свысокой электропроводностью, невысока,то они быстро разрушаются. Все это снижает надежность устройства в целом,Белью изобретения является повышение КПД и надежности двигателя.Это достигается тем, что в предлагаемом электрическом двигателе якорь содержит магнитопровод, магнитопроводыиндуктора и якоря выполнены в видесоосных, расположенных один в другомцилиндров с кольцевыми пазами для раэ 25мещения обмоток, причем ширина кольцевых пазов больше величины зазора между якорем и индуктором в 10-30 раз,На фиг, 1 изображен предлагаемыйэлектрический двигатель возвратно-поступательного движения, продольный разрезна фиг. 2 - то же, поперечный разрез.Цилиндрический магнитолровод 1 индуктора имеет кольцевой паз шириной"а", в котором размещена обмотка 2. Вмагнитопроьоде индуктора, соосно с ним35расположен магнитолровод 3 якоря, имеющий кольцевой паз шириной "в", в котором расположена короткозамкнутая обмотка 4. Между индуктором и якорем име,ется зазор д, минимальная величинакоторого определяется возможностью свободного перемещения якоря внутри индуктора в аксиальном направлении. Размерыа и в в 10-30 раз превосходят величину зазора "о ". Короткозамкнутаяобмотка выполнена в виде одного виткаиз материала с высокой электропроводностью и занимает всю площадь сеченияпаза. Магнитопровод 3 якоря выполнен спродольными пазами 5. Обмотка 2 создает магнитный поток ф. Двигатель работает следующим обра 55В начальном положении середина паза якоря смещена относительно середины лаза индуктора в сторону предполагаемого движения якоря на величину Ь . В обмот 4ку индуктора подается импульсный или переменный ток.ФЗа счет хорошей магнитной связи обмоток индуктора и якорявкороткозамкнутой обмотке якоря наводится ток, что препятствует проникновению потока, создаваемо го обмоткой 2, в магнитопровод якоря, охватываемого обмоткой 4. В результате большая часть создаваемого обмоткой 2 магнитного потока замыкается в не- магнитном объеме между обмотками 2 и 4 и на якорь 3 с обмоткой 4 создается магнитное давление, Аксиальная составляющая этого давления создает тяговое усилие для перемещения якоря относительно индуктора в сторону увеличения началь. ного смещения. При этом происходит преобразование запасенной в магнитном лоле индуктора энергии в механическую энергию якоря.Действующее на якорь усилие опреде 1ляется током 1 и обмотке индуктора,1током 1 в обмотке якоря и частной производной взаимоиндуктивности М между обмотками ло перемещению якоря.дм7 фа 1 1 аПри й =0 лаз якоря расположен симмет рично относительно паза индуктора, лродМизводная -р и электромагнитная сила, действующая в аксиальном направлении, равны нулю.При Ь+ ф пазы индуктора и якоря перекрываются соответственно магни-. топроводами якоря и индуктора, что также определяет значения производной вэаимоиндуктивности по перемещению и электромагнитной силы, близкими к нулю,При О Ь (Ф. производная вэаимоиидуктивности имеет конечное значение, что и обуславливает необходимость начального смещения середин пазов индуктора и якоря на величину 1При перемещении якоря на величину более Ь , энергопреобразование практически не происходит, а кинетическую энергию движения якоря можно использовать для выполнения работы. Например, в случае использования двигателя в ударном механизме якорь наносит удар по рабочему телу. При дальнейшем движении якоря относительно индуктора перекрытия ширины пазов якоря и индуктора магнитопроводами индуктора и якоря уменьшают ся, при этом магнитная проводимость пазов также уменыпается и лри протекании тока и обмотках возникают электро магнитные силы тормозящие движение яко6865ря и уменьшающие его скорость, Торможение якоря в индукторе с помощью магнитного поля якоря и индуктора в ряде случаев позволяет отказаться от специальных демпферных систем, например, во: душного или гидравлического типа. Для возврата якоря в исходное положение могут применяться пружины и другие устройства. Ширину пазов на якоре и индукторе целесообразно выбирать в 10-30 1 О раз превосходящей величину технологичеоого зазора "6между индуктором и якорем. Если это условие не выполняется и ширина пазов выбирается меньше, то энергия магнитного поля в зазоре ф У"становится соизмеримой с энергией магнитного поля, преобразованной в механическую, и КПД работы двигателя снижается,Продольные пазы в сплошном поле магнитопровода 3 якоря уменьшают вредное влияние вихревых токов на преобразование энергии, Если конструкция якоря выпоенена шихтованной, то продольные пазы в его магнитопроводе не выполняются. В некоторых случаях, например при необходимости иметь диаметр якоря больше диаметра индуктора, лучшего охлаждения подвижного якоря или иэ других соображений конструкция двигателя может быть выполнена обращенной, то есть с размещением индуктора внутри полого якоря.При движении якоря магнитопровод якоря перекрывает ширину паза индуктора, а магнитопровод индуктора - ширину35 паза якоря, что приводит при ненасыщенной магнитной системе к снижению энергии магнитного поля двигателя в конце движения, действующего значения тока 1266обмотки, снижению потребляемой реактив ной мощности и, в конечном итоге, к повышению КПД двигателя.Размещение обмоток индуктора и якоря в кольцевых пазах исключает возмощ-. ность механических ударов обмоток одна о другую и ударов обмотки якоря о детали индуктора, улучшает крепление обмоток и, следовательно, повышает надежность двигателя.Описанная конструкция двигателя имеет КПД преобразования энергии 30-35%, что значительно превышает КПД преоб разования прототипа.формула изобретенияЭлектрическяй двигатель. возвратно- поступательного движения, содержащий неподвижный индуктор с магнитопроводом и обмоткой, н подвижный якорь с коротко замкнутой обмоткой, о т л и ч а юш и й с я тем, что, с целью повышения КПД и надежности, якорь содержит маг. нитопровод, магнитопроводы индуктора и якоря выполнены в виде соосных, расположенных один в другом цилиндров с кольцевымн пазами для размещения обмоток, причем ширина кольцевых пазов больше величины зазора между якорем и индуктором в 10-30 раз.Источникя информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США Ъ 3585458,кл. 317-156, 1969. 2. Шмаргунов К. Н. "Электрические молоткиф, Л-М"Машгизф, 1950, с. 7.