Индукционно-динамический привод

(Я)5 Н 01 НЗ ТЕН 1 НОЕ ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС (ГОСПАТЕНТ СССР Т ИЯ ОПИСАНИЕ ИЗ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ(71) Томский политехнический институт им. С.М.Кирова(56) Авторское свидетельство СССР Ь 1417056, кл, Н 01 Н 3/28, 1986.Авторское свидетельство СССР М 1460746, кл, Н 01 Н 3/28, 1987.(57) Использование: в электротехнике, в частности в индукционно-динамических приводах быстродействующих коммутационных устройств. Привод имеет корпус 1, основной и дополнительный валы, индукторы, между которыми размещены дисковые якоря, жесИзобретение относится к электротехнике, в частности к индукционно-динамическим приводам быстродействующихкоммутационных устройств.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей привода,уменьшение габаритов и расхода активныхматериалов,Цель достигаетсятем, что в индукционно-динамическом приводе. содержащемкорпус, индукторы, дисковые якоря, вал ификсирующий механизм, причем индукторывыполнены в виде катушек с сердечниками,расположенных вокруг вала, а дисковыеякоря снабжены лопастями, установленными по окружности дисков, катушки индукто-ров размещены одна против другой,лопасти дисковых якорей размещены междукатушками индукторов со сдвигом по отнотко связанные с валами. Индукторы выполнены в виде катушек 15 с сердечниками, Дисковые якоря содержат лопасти, площадь которых составляет 406 профиля катушки индуктора. При импульсном протекании тока по катушкам, магнитный поток в зазоре между индукторами индуцирует в лопастях якорей токи. Электромагнитные силы. возникающие в результате взаимодействия токов к лопастям с магнитным потоком, приводят к повороту якорей, а вместе с ними . основного и дополнительного валов на определенный угол. В зависимости от начального положения лопастей относительно сердечников привод может реализовать синхронное согласное, синхронное встречное и независимое друг от друга движение валов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл. вению к катушкам в направлении вращения а якорей не более чем на ширину меди, количество катушек в каждом из индукторов составляет четное число, а количество лопастей каждого из якорей вдвое меньше, чем количество катушек в индукторе, новым является то, что в него введен по крайней ЬЭ мере, один дополнительный вал с которым 00 жестко связан, по крайней мере один дисковый якорь. Площадь каждой лопасти дискового якоря составляет 40 от площади д катушки индуктора, а лопасти якорей, свя.- занные с разноименными валами, размещены в одной плоскости.Введение в привод по крайней мере одйого дополнительного вала, с которьм жестко связан хотя бы один дисковый якорь. выявляет новые свойства известного индукционно-динамического привода, а именносвойство независимости вращения якорей, щадь каждой лопасти дисковых якорей равсвязанных с основным и дополнительным на 40 ф 4 площади катушки индуктора,валами. Независимое вращение якорей и Индукционно-динамический приводвалов соответственно может быть синхрон-. (фиг.1) состоит из корпуса 1, примыкающихным и несинхронным, односторонним и 5 к нему с двух сторон фланцев 2, 3 и, напривстречным.Крометого,ограничениеплоща- мер, двух соосных валов - основного 4 иди лопастей дисковых якорей в пределах . дополнительного 5, установленных в под 40 относительно площадикатушек индук- . шипниках 6, 7 и 8. Внутри корпуса 1 разметоровв заявляемомприводе выявляет еще щены, например, четыре индуктора 9-12,односвойство по сравнению с прототипом, 10 .между которыми установлены, например,а именно свойство совмещения плоскостей два дисковых якоря 13 и 14 с минимальнымдвух дисковых якорей, связанных с незави- воздушным зазором по отношению к индуксимыми друг от друга соосными валами - торам. Якорь 13 размещен между парой иносновным и дополнительным. Зто дает воз-. дукторов 9, 10 и жестко связан с основнымможность разместить в воздушном зазоре 15 валом 4, а якорь 14 размещен между другоймежду парой индукторов лопасти двух яко- парой индукторов 11, 12 и связан с дополрей, тем самым сократить количество индук- нительным валом 5, Индукторы 9-12 содерторов, приходящихся на один якорь в жэт, например, по четыре идентичныхмногодисковом приводе,: многовитковых катушки 15, расположенныхДля иллюстрации этого свойства приво на сердечниках 16 - 19, которые имеют П-обда составим таблицу, При. атом следует разнуюформуи выполнены в виде секторов,учесть, что при наличии двух соосных валов показанных на фиг.2,привод должен иметь четное число диско- Одноименные сердечники в каждой павых якорей, т.е. равное количество, связан- ре индукторов 9, 10 и 11, 12 установленыное с каждым валом ",. 25 друг противдруга и соединены между собойОтсюда видно, что коэффициент К; ха- ярмами 20, Дисковые якоря 13 и 14 выпол-.рактеризующий количество индукторов, нены из хорошо электропроводящего матеприходящихся на один дисковый якорь в риала, например из алюминиевого сплава,предлагаемом техническом решении не и содержат, например, по две лопасти, плопревышает единицы, что существенно отли щадь каждой из которых совпадает с плочает его от прото гипа.: .щадью катушки 15. В приводе используетсяОграничениепрофиля лопасти якоря в выносное фиксирующее устройство дляпределах 40 от площади катушки индукто- фиксации якорейв крайних положениях и нара обусловлен следующими соображения- чертежах не показано, Для обеспечениями, Поскольку сдвиг лопасти каждого якоря 35 прямого и обратного хода каждого вала поотносительно противолежащих катушек ин- ловина катушек в каждом индукторе испольдукторов принят равным ширине меди ка- эуется для создания прямого хода, а другаятушки, что составляет около 10 ар площади . половина для возврата валов в исходноекатушки, а при размещении двух якорей а положение. Поэтому количество катушек водной плоскости этотсдвигсоставляетоко каждом из индукторов составляет четноело 20 площади катушки, то остэвшйесячисло,аколичестволопастей на каждом яко-,80 площаДи катушки экранйруются лопа- ре вдвое меньше чем катушек. Количествостями двух якорей, Отсюда следует, что каж-якорей и катушек индукторов оп ререляетдэя лопасть якоря должна составлять 40 ся требуемым углом поворота валов, Предплощэди. катушки индукторэ в отличие от 45 ставленный на фиг,1 вариант приводапрототипа, где. лойасть якоря составляет обеспечивает поворот каждого вала на100;4 площади катушкй, угол около 90 О.Таким образом, предлагаемые.техниче- Индукционно-динамический привод,ские решения позволяют значительно рас. показанный на фиг.З, содержит все основшйрить функциональные вбзможнтости 50 ные элементы привода, показанного наиндукционно-динамического привода, фиг,1, Отличие заключается в конструктивуменьшить его габариты и расход зктивных ном исполнении дисковых якорей, а именматериалов по сравнению с прототипом. но; площадь каждой лопасти на якорях 13 иНэ фиг,1 показан индукционно-динами равна 40 площади катушки индуктора,ческий привод с дополнительным валом, у 55 Лопасти 21, 22 якоря 13 закреплены на стукоторото площадь каждой лопасти диско- . пице 23, а лопасти 24, 25 якоря 14 - навых якорей равнапглощади катушки индук- ступице 26, Ступицы 23 и 26 выполнены етора; на фиг.2- элемент индуктора привода . виде стаканов и жестко связаны с валами 4- катушка с сердечником; на фиг.З - привод и 5 соответственно. Причем одна из ступиц,о доПопнитепьнмм пеном; у которого ппо например 2 б, имеет мениший енешнии диаметр и свободно входит во внутреннюю полость ступицы 23. На боковой стенке ступицы 23 имеются вырезы для размещения вних лопастей 24, 25 якоря 14 и для обеспечения поворота их на заданный угол. Присборке привода лопасти 21; 22 якоря 13 илопасти 24, 25 якоря 14 располагаются водной плоскости в воздушном зазоре междуиндукторами, При этом равномерный воздушный зазор между якорями 13 и 14, атакже между лопастями якорей и индукторами 9 и 12 обеспечивается подшипником 7в ступице 26,Таким образом, в данном варианте исполнения привода в воздушном зазоремежду парой индукторов 9 и 12 размещенылопасти одновременно двух якорей 13 и 14.Такое конструктивное решение позволяетсократить количество индукторов в приводе, например, по сравнению с прототипомна один, а по сравнению с приводом фиг.1на два индуктора, т,е, исключить индукторы. 10 и 11 (фиг.1). Это дает воэможность значительно уменьшить габариты привода и расход активных материалов.Привод (Фиг.3) обеспечивает повороткаждого вала на 45 от исходного положения.Предлагаемое техническое решение позволяет реализовать следующие режимыработы основного и дополнительного валов:синхронное согласное движение, синхронное встречное движение и независимоедруг от друга движение.Схемы соединения катушек 15 на индукторах в вариантах приводов, приведенных на фиг.1 и 3, обеспечивают согласноенаправление магнитного потока в противолежащих друг другу сердечниках, т.е. в каждом воздушном зазоре между индукторами,возбуждаются магнитные потоки одного направления.Привод, изображенный на фиг.1, работает следующимобразом. В режиме синхронного согласного движения валов висходном состоянии лопасти якоря 13 зафиксированы между сердечниками 16 и 18индукторов 9, 10, а якоря 14 - между темиже сердечниками индукторов 11, 12 с одинаковым сдвигом по направлению движения относительно катушек. Питаниепривода импульсным током осуществляетсяот накопителя энергии через ключевые элементы схемы;При подаче импульса тока на катушки15, расположенные на сердечниках 16 и 18.индукторов 9, 10 и 11, 12 в сердечниках 16,18 создается магнитный поток, который замыкается через воздушный зазор междупротиволежащими сердечниками и по ярмам 20, Проникая в лопасти якорей 13 и 14, волнительного валов обеспечивается одновременным возбуждением тех сердечников на индукторах 9, 10 и 11, 12, которые в исходном состоянии охватывают лопасти 55 якорей 13 и 14,Принцип работы привода в режиме независимого движения валов закл очается в том, что возбуждение сердечников, охваты вающих якорь 13 и сердечников, охватывающих якорь 14 на индукторах соответственно 9, 10 1015 2025303540 45 находящихся между полюсами возбужденных сердечников, магнитный поток индуцирует в лопастях токи. Взаимодействие токов в лопастях якорей 13 и 14 с магнитным полем в воздушных зазорах обусловливает возникновение электромагнитных сил, действующих на лопасти якорей. Поскольку продольные оси симметрии лопастей якорей 13 и 14 сдвинуты относительно осейкатушек 15 в одном направлении, то тангенциальная составляющая силы стремится вытолкнуть лопасти якорей из зонымагнитного потока в ту же сторону, В результате действия тангенциальных составляющих сил на лопасти якорей 13 и 14 возникают вращающие момейты, которые поворачивают валы 4 и 5 в одном направлеНии на угол, ограниченный фиксирующим механизмом. При этом лопасти якорей 13 и 14 фиксируются между сердечниками 17, 19 индукторов 9, 10 и 11, 12 с соответствующим сдвигом в обратном направлении, Возврат якорей 13 и 14 и связанных с ними валов в исходное положение осуществляется путемподачи импульса тока в катушки 15, расположенные.на сердечниках 17, 19. Процесссрабатывания привода происходит аналогичным образом.Работа привода в режиме с 1;нхронноговстречного движения основного 4 и дополнительного 5 валов обеспечивается в том случае, если в исходном состоянии лопасти якорей 13 и 14 будут зафиксированы междусердечниками 16 и 18 индукторов 9,10 и 11, 12 со сдвигом относительно катушек в противоположные стороны, При одновременном возбуждении сердечников, охватывающих лопасти якорей 13 и 14 на индукторах 9, 10 и 11, 12, действие тангенциальных составляющих сил на якори 13 и 14 будет встречно направленным. Поэтому создаваемый на валу 4 вращающий момент будет направлен встречно по отношению к вращающему моменту, создаваемому на валу 5. Возврат якорей в исходное состояние производится подачей импульса тока в катушки обратного хода, расположенные на сердечниках 17, 19.Таким образом, работа привода в режиме синхронного движения основного и до1798828 2530 35 50 и 11, 12 производится раздельно. т.е, несинхронно. При этом направление вращения основного и дополнительного валов определяется направлением сдвига лопастей якорей относительно противолежащих им катушек в исходном состоянии. В связи с этим движение валов может быть как однонаправленным, так и встречнонаправленным,Привод, изображенный на фигЗ, работает следующим образом. В режиме синхронного встречного движения валов в исходном состоянии лопасти 21, 22 якоря 13 и лопасти 24, 25 якоря 14 зафиксированы относительно оси диаметрально расположенных сердечников, например 16, 18 (фиг.Зб), с одинаковым сдвигом в противоположные стороны так, чтобы между лопастями 21, 22 и 24, 25 остался "неэкранированный" сектор, симметричный относительно оси сердечников 16, 18, При этом величина сдвига лопастей каждого якоря относительно оси сердечников, определяемая половиной неэкранированного сектора, не превышает ширины меди катушек. При подаче импульса тока в катушки 15, расположенные на сердечниках 16, 18 индукторов 9, 12, магнитный поток, проходя через неэкранированный лопастями якорей сектор, индуцирует в лопастях 21, 22 и 24, 25 ЭДС и ток. Взаимодействие этого тока с магнитным потоком приводит к возникновению электромагнитных сил, тангенциальные составляющие которых создают вращающие моменты, действующие на лопасти якорей,Так, момент, действующий на лопасти 24, 25 (фиг.Зб) заставляет якорь 14 и связанный с ним вал 5 поворачиваться по часовой стрелке, а момент, действующий на лопасти 21,22 поворачивает якорь 13 и вместе с ним вал 4 в противоположном направлении. В конечном положении якоря 13 и 14 фиксируются так, чтобы лопасти 21, 22 и 24, 25 располагались против сердечников 17, 19 с таким же сдвигом относительно оси как в исходном состоянии относительно сердечников 16, 18. Возврат якорей и связанных с ними валов происходит при подаче импульса тока на катушки 15 сердечников 17, 19 индукторов 9 и 12. При этом процесс срабатывания привода происходит аналогично, только движение якорей 13 и 14 и связанныхс ними валов 4 и 5 происходит навстречу друг другУ. Таким образом, в режиме синхронного встречного движения валы 4 и 5 привода поворачиваются относительно индукторов на угол 45 О, относительно друг друга на 90.Для реализации синхронного согласного движения валов привода лопасти якорей 5 10 15 20 13 и 14 в исходном состоянии должны быть зафиксированы одновременно с соответствующим сдвигом относительно осей катушек (сердечников), обеспечивающих прямой и обратный ход. Поясним это на примере фиг,Зб. Лопасти 24, 25 якоря 14 сдвинуты относительно оси сердечников 16, 18 по часовой стрелке, а лопасти 21, 22 якоря 13 должны быть зафиксированы с таким же сдвигом; но относительно оси сердечников 17, 19 в туже сторону. Для срабатывания привода в этом режиме необходимо подать импульстока одновременно на катушки сердечников 16, 18 и 17, 19 на индукторах 9, 12, При этом момент, действующий на лопасти 24, 25 будет поворачивать якорь 14 и вал 5 против часовой стрелки (как и в предыдущем случае), а момент, действующий на лопасти 21, 22 будет поворачивать якорь 13 и вал 4 в ту же сторону. Возврат якорей в исходное состояние в этом случае производится повторной подачей импульса тока в Матушки тех же сердечников. Таким образом, в режиме синхронного согласного движения валов привода, каждый вал поворачивается на 45 относительно неподвижных индукторов, а относительно друг друга остаются неподвижными.Для реализации независимого движения валов привода лопасти якорей 14 и 13 в исходном состоянии должны быть зафиксированы также как и при синхронном согласном движении. Но при этом возбуждение сердечников производится поочередно. Например; сначала возбуждаются сердечники 16, 18 и при этом перемещаются лопасти 24, 25 якоря 14, а затем возбуждаются сердечники 17, 19 и перемещаются лопасти 21, 22 якоря 13. Следует иметь в виду, что, если к моменту возбуждения сердечников 17, 19 лопасти якоря 14, сработавшего первым, зафиксируются в конечном положении, то при возбуждении сердечников 17, 19 они попадут в зону действия магнитного потока этих сердечников и произойдет возврат якоря 14. в исходное положение, а лопасти якоря 13 одновременно переместятся в прямом направлении, Следовательно, независимое движение соосных валов в данном приводе реализуется при согласном движении только в интервале времени срабатывания привода,Таким образом, изобретение расширяет функциональные возможности индукционно-динамического привода и позволяет улучшить весогабаритные характеристики по сравнению с прототипом.Формула изобретения1, Индукционно-динамический привод, содержащий корпус, индукторы, дисковые якори, вал и фиксирующий механизм, причем индукторы выполнены в виде катушек с 5 сердечниками, расположенных вокруг вала, а дисковые якори снабжены лопастями, установленными по окружности дисков, катушки индукторов размещены одна против другой, лопасти дисковых якорей размеще ны между катушками индукторов со сдвигом по отношению к катушкам в направлении вращения якорей не более чем на ширину меди катушки, при этом количество лопа 15 стей каждого якоря вдвое меньше, чем количество катушек в индукторе, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен по крайней мере один дополнительный вал, с которым жестко связан по крайней мере один дисковый якорь.2. Привод по п 1,отл и чающий с я тем, что, с целью уменьшения габаритов и расхода активных материалов, площадь каждой лопасти дискового якоря составляет 40 о от площади катушки индуктора, а лопасти якорей, связанные с разноименными валами размещены в одной плоскости,1798828 Состаситель Р.КляйнТсхред М,Моргентал . Коррект рска еда ктор твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 П акаэ 775 . ТиражВНИИПИ Государственного комитета по изоб113035, Москса, Ж, Раушс Оодвисновивм и открытиям прия наб., Ю 5