SU1629950A1 - Линейный индукторный двигатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в линейном прецизионном электроприводе. Целью  вл етс  повышение точности регулировани  силы т ги. Двигатель состоит из зубчатого ферромагнитного статора и подвижного элемента, состо щего из фазных электромагнитных модулей. Каждый модуль включает в себ  П-образные магнитопроводы, обмотку управлени  и посто нный магнит возбуждени . Магнитопроводы электромагнитных модулей и магнитопровод статора могут быть выполнены в виде секций. Положительный эффект достигаетс  за счет того, что по крайней мере два магнитопро- вод щих элемента, принадлежащих одной фазе, смещены один относительно другого вдоль направлени  движени  на угол (п-+- + 1/4) 2л, где п-любое целое число. 6 з.п. ф-лы, 3 ил. (О С/)

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в линейном прецизионном электроприводе.

Цель изобретени  - повышение точности регулировани  силы т ги.

На фиг. 1-3 представлены конструктивные варианты двигател .

Двигатель содержит ферромагнитный зубчатый статор 1 и подвижный элемент, состо щий из фазных электромагнитных модулей 2-5. Каждый модуль включает в себ  П-образные магнитопроводы 6 и 7, обмотку 8 управлени  и посто нный магнит 9 возбуждени . Магнитопроводы 6 и 7, магнитопровод статора I могут быть выполнены в виде секций 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15. По крайней мере два магнитопровод щих элемента , принадлежащие одной фазе, смещены друг относительно друга вдоль направлени  на угол п + 1/4)2 , где п - любое целое число.

Магнитопровод щими элементами, принадлежащими одной фазе и смещенными друг относительно друга на угол (п±1/4)2 , где п любое целое число, могут быть магнитопроводы 6 и 7 в электромагнитных модул х 2 и 3 (фиг. 1), электромагнитные модули 2 и 5, 3 и 4( фиг. 2), секции 14 и 15 магнитопровода статора 1, секции 10 и 11, 12 и 13 магнитопроводов 6 и 7 электромагнитных модулей 2 и 3 (фиг. 3).

Обмотки двигател  запитываютс  токами управлени .

Создаваемый ими магнитный поток будет усиливать поток посто нных магнитов под соответствующими зубцами П-образных магнитопроводов . В результате этого будет возникать сила т ги, действующа  на подвижный элемент двигател .

При запитке обмоток двигател  синусоидальными токами

СЭ Ю

со со ел

гА-гс-5ш(ф+ф0), i i0cos(),

где ф 2л/тл; - угол, определ ющий положение подвижного элемента двигател  относительно статора;

х - линейное положение подвижного элемента;

i - шаг зубцовой зоны двигател ;

Ф - начальное смещение; i0 - амплитуда токов управлени  представл етс  возможным управл ть силой т ги двигател  с помощью регулировани  амплитуды 10 токов управлени .

Токи управлени  гд и i& формируютс  в соответствии с информацией о положении подвижного элемента двигател  в каждый момент времени.

При подобном управлении известным линейным индуктором двигателем 1 формируема  сила т ги содержит основную составл ющую , пропорциональную амплитуде токов управлени , и дополнительную паразитную составл ющую.

Предлагаемый двигатель характеризуетс  более высокой точностью регулировани  силы т ги. Это достигаетс  тем, что последовательно и циклично один из магнитопро- водов создает усилие, противоположное направлению движени , за счет чего и достигаетс  компенсаци  паразитной составл ющей силы т ги.

В соответствии с известной методикой расчета электромагнитных модулей 2 строитс  схема замещени  модул . Рабочее усилие модул  представл етс  как сумма усилий, развиваемых его полюсами. Эти составл ющие т гового усили  определ ютс  параметрами схемы замещени  модул .

Сначала определ ют силу т ги, развиваемую первым двигателем (фиг. 1).

Получим, что фазные модули 2 и 3 будут развивать т говые усили 

Ј(«ХФ-Ј)

Ј

«л

Хсо$2ф;

Щ,

«SHfc P-f- -$Ј-

Х со52ф) ,

где ., )&

FA, FR и Fm - МДС обмоток 8 управлени  и посто нных магнитов 9 возбуждени ;

- посто нна  составл юща  и амплитуда изменени  магнитной проводимости зазора; Я.ш и К$- внутренн   магнитна  проводимость и проводимость рассе ни  посто нных магнитов 9.

Kfr

0

0

5

0

5

0

При формировании МДС

С

FA о)гд((ф- у). g- Fe - aii u ijcos(p- Ј-)

двигатель будет развивать силу т ги

))

содержащую основную составл ющую, пропорциональную амплитуде токов управлени  и дополнительную паразитную составл ющую .

Далее определ ют силу т ги, развиваемую вторым двигателем (фиг. 2).

Модули 2-5 будут развивать т говые усили  соответственно равные

(FmhmSiivp+F2-Ј-sin2 p); ntл

F3--4j-F3(FmKmcos p-F3-$jrSin2(p);

HI%

(Fmb«s nq +F4-Ј-sin2q);

Л,

F5 -9$- F5(FmKmcos(p-Fs-%-sin2y). niк

где F2, Fa, F и F$ - МДС обмоток управлени  модулей 2-5.

Поскольку однофазные модули 2 и 5,3 и 4 попарно запитываютс  одинаковыми токами, то, согласно полученному результату, двигатель будет развивать силу т ги

f F2+F3+F4+fs -J|t-/r«A.m(F2-f4)X

t

(F3+F5)cos(f). Следовательно, при формировании МДС

2 (ф+у); /Г3 / 4 Юг0С05(ф + -)

двигатель будет развивать силу т ги

(2)

. VJJgir.

Г ОМ0 ft Г тАт

Сила т ги пропорциональна амплитуде токов управлени . Паразитна  составл юща  в т говом усилии двигател  отсутствует.

Затем определ ют силу т ги, развиваемую двигателем, изображенным на фиг. 3.

Представим данный двигатель в виде жестко св занных двигателей с общими обмотками управлени . Первый двигатель содержит в качестве П-образных магнитопро- водов секции 10 и 12 модулей 3 и 2 и статорную секцию 15. Второй двигатель соответственно включает секции 11 -14.

Получим, что первый и второй двигатели будут развивать т говые усили , равные

Fi - fyj--FmXm(Fn sin(f-{-F& coscp)+

+$Ј(%-®sin2 p, Т2 - -РтКт(РА cos(f-Fe sirup)-

Л и FA - МДС обмоток управлени . Следовательно, полна  сила т ги двигател  будет равной

+ (F sm(cp+Ј)+

(3)

+ Јcos(P+|-)).

МДС обмоток управлени 

ЈЛ

Ј о)/051Хф+у-); 4 w/0cos(cp4-f-)Подставив эти значени  МДС в выражение (3), приходим к тому, что двигатель будет развивать силу т ги, описываемую выражением (2). Как и в предыдущем случае паразитна  составл юща  в т говом усилий двигател  отсутствует.

К аналогичному результате приход т при смещении друг относительно друга на угол л/2 секций 10 и 11, 12 и 13 магнито- проводов 6 и 7 в электромагнитных модул х 2 и 3.

Фазные модули известного двигател  развивают т говые усили 

FA - (FmKmsin(

F& (%-F0 (FmumCosy%f-F0sin2cf).

В результате этого при формировании МДС

FA ОМо5Шф, F& Ш0СО5ф,

двигатель развивает силу т ги Fr %+ fc Mo-fy(Fmka-iM0-j -Sin44) (4)

Сила т ги содержит основную составл ющую , пропорциональную амплитуде токов управлени , и паразитную составл ющую.

Ввод т в рассмотрение коэффициент нестабильности т, равный отношению амплитуды паразитной составл ющей силы к основной . Согласно (4) получают, что

и-.«И оф1.

6 4FmXm

Определ ют коэффициенты нестабильности , характеризующие рассмотренные варианты предлагаемого двигател . В соответствии с (1) и (2) получают

Аз .9)А-т + АбТ1| 7 / -ГТ -ГгЗГ-Л- . 1 4Л/2Ј0/г,Дт

0

Полученный результат непосредственно подтверждает преимущественно второго и третьего вариантов предлагаемого двигател , поскольку их коэффициент нестабильнос- ти равен нулю. Преимущество первого варианта двигател  перед известным двигателем реализуетс , когда

A..

т. е. когда сумма внутренней магнитной проводимости Кт посто нного магнита и проводимость его рассе ни  Аб меньше посто нной составл ющей магнитной проводимости рабочего зазора §0.

В насто щее врем  нашли широкое применение посто нные магниты на основе

ферритов бари , редкоземельных металлов (РЗМ). Магнитна  проницаемость вещества таких магнитов близка к проницаемости воздуха. Поскольку дл  линейных индукторных двигателей характерно, что зазор в зубцовой зоне двигател  гораздо меньше толщины используемых посто нных магнитов, то требуемое неравенство (5) всегда будет иметь место.

Таким образом, предлагаемый линейный индукторный двигатель обладает преимущест5 вом перед известным двигателем, поскольку характеризуетс  более высокой точностью регулировани  силы т ги. При этом первый вариант двигател   вл етс  наиболее простым конструктивно. Второй вариант двигател  обладает тем отличительным свойст0 вом, что при наличии ограничени  на ширину двигател  он позвол ет добитьс  наибольшей силы т ги. Смещение секций магнитопроводов дает возможность получить точность регулировани  силы т ги, достигаемую путем удвоени  количества модулей

5 и соответствующего их взаимного смещени . Смешение секций магнитопроводов электромагнитов модулей либо секций статора выбираетс  с учетом конструктивных особенностей разрабатываемого оборудовани  на базе линейных двигателей и технологии изО

готовлени .

Claims (7)

1.Линейный индукторный двигатель, со- держащий ферромагнитный зубчатый статор

и подвижный элемент состо щий из фазных электромагнитных модулей, включающих в себ  П-образные магнитопроводы, обмотки управлени  и посто нные магниты возбуждени , отличающийс  тем, что, с целью по- вышени  точности регулировани  силы т ги, по крайней мере два магнитопровод щих элемента, принадлежащие одной фазе, смещены друг относительно друга вдоль направлени  движени .

2.Двигатель по п. 1, отличающийс  тем, что смещение составл ет угол (п±

±1/4) -2л, где п - любое целое число.

3.Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что указанное смещение осуществлено

между магнитопроводами в электромагнитном модуле.

4.Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что указанное смещение осуществлено между двум  электромагнитными модул ми.

5.Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что ферромагнитный зубчатый статор и магнитопроводы электромагнитных

модулей разделены на секции в направ лении, перпендикул рном направлению движени .

6.Двигатель по п. 5, отличающийс  тем, что указанное смещение осуществлено между секци ми магнитопровода.

7.Двигатель по п. 5, отличающийс  тем, что указанное смещение осуществлено секци ми магнитопроводов.

Фаза А

(n-j)2ff

О 2Я бтг

У

Фаза А

Фаза В

Фаза В

(n-j)2if .i

К

иг. 1

Фаза В

Фаза А

CQ

C3

I

X|

J

Цем

i

53

%

Sj

Ј

Ј

fe

4

,nJ