Современные тенденции в развитии линейных сервоприводов. Электромагнитный линейный привод


ЛЭМД Модель системы управления

Н.В. Клиначев, Е.А. Маргацкая

Рабочие файлы: [ЦСУ 4 ЛЭМД Модель] [ЦСУ 4 ЛЭМД int32] [ЦСУ 4 ЛЭМД [-1, +1]] [ЦСУ 4 ЛЭМД Шум] [ЦСУ 4 ЛЭМД Си-код] [Terminal Modbus RS-485]

Описаны этапы проектирования цифровой системы управления прецизионного электромагнитного привода предназначенного для малых линейных перемещений рабочего органа. Рассмотрена процедура приведения параметров системы управления к относительным единицам.

Ключевые слова: линейный электромагнитный двигатель, электромагнитный привод, соленоид постоянного тока, линейное перемещение, цифровой, дискретный, интегральное насыщение, ПИД-регулятор, микроконтроллер, ШИМ, linear actuator, electromechanical actuator, electromagnetic actuator, solenoid, anti-windup, PID-control, small displacements, моделирование в Jigrein4WEB.

Введение

Электромагнитные приводы используются для малых линейных перемещений. В типовом случае пределы перемещения рабочего органа составляют от 2 до 8 мм. Относительная погрешность – 1.5, 2 или 5 %. Подобные приводы описываются системой уравнений третьего порядка. Во-первых, ток в соленоиде не может измениться мгновенно. Во-вторых, скорость инерционной массы мгновенно не меняется. В-третьих, пройденный рабочим органом путь равен интегралу скорости. Поэтому наиболее качественную и универсальную систему управления (подходящую для любого линейного электромагнитного двигателя) можно реализовать, имея три датчика. Которые измеряют ток двигателя, скорость и положение рабочего органа. Соответствующая функциональная схема электропривода (системы управления) представлена на рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема системы подчиненного регулирования для линейного электромагнитного двигателя (Control system for linear actuator)

С датчиком тока затруднений нет. Для машины постоянного тока реализуется установкой двух шунтов в стойки моста и дифференциальным усилителем. Реализация датчика положения вызывает чуть большие затруднения. Датчик с механическим контактом – шумит. Датчик Холла с магнитом – требует линеаризации и характеризуется малой амплитудой полезного сигнала. Индуктивные датчики с печатной антенной [1] – должны иметь блок цифровой обработки ортогональных сигналов, чье быстродействие недостаточно (1000 выборок / сек) для привода без датчика скорости. В большинстве случаев оптопара оказывается лучшим решением (TCRT1000, KTIR0811S, QRE1113). Хотя и в этом случае не следует забывать, что, прежде всего, любая оптопара ослабляет сигнал в 30..100 раз и может быть чувствительна к инфракрасному излучению двигателя.

Реализация датчика скорости затруднена в наибольшей степени. На рисунке изображен электромагнитный датчик с отдельной магнитной системой (для исключения трансформаторной ЭДС со стороны силовой обмотки двигателя). Конструктивно он может быть похож на наушник для прослушивания музыки. Но ЭДС такого датчика столь же мала, сколь и у микрофона соответствующего принципа действия. В ползущих режимах такой датчик становится неработоспособным.

Линейная непрерывная динамическая модель прецизионного электромагнитного привода

Паспорт линейного электромагнитного двигателя представлен в табл. 1.

Таблица 1 +----------------+-----+-------+-------+----------+------+-----+ | Тип ЛЭМД | U | KФ | m | L_я R_я | Iн | ход | | | В В/м/с kg H Om A мм | | спецпроект | 24 6 0.02 0.01 25 0.8 8 | +----------------+-----+-------+-------+----------+------+-----+

Рис. 2. Линейный электромагнитный двигатель

Определим силу, которую будет развивать линейный электромагнитный двигатель, при номинальном токе в обмотке:

$F=I·KФ=0.8·6=4.8$, Н

Зная приведённую к якорю инерционную массу рабочего органа, уточним её ускорение:

$dV/dt=F/m=4.8/0.02=240$, м/с^2

Линейный электромагнитный двигатель должен максимально быстро перемещать рабочий орган из одного неподвижного состояния в другое. Если пренебречь вязким трением, то половину пути двигатель должен разгонять инерционную массу, а вторую половину – затормаживать. Если представить осциллограмму скорости $V(t)$, то она должна быть треугольной. Путь будет равен интегралу скорости, т.е. площади треугольника, которую не сложно рассчитать через площадь прямоугольника, если известна максимальная скорость $V_m$:

$x=(V_m·t)/2$, м

Максимальную скорость рабочий орган будет иметь в середине пути:

$V_m=dV/dt·t/2$, м/с

Раскроем скорость в предыдущем выражении и выразим время, за которое линейный двигатель переместит рабочий орган на заданное расстояние ($x=6$, мм):

$t=\sqrt(4x/(dV/dt))=\sqrt(4·0.006/240)=0.01$, с

При наличии вязкого или сухого трения, лишь часть от развиваемой электромагнитом силы будет разгонять инерционную массу. Время переходного процесса затянется. Например, при величине сухого трения равного 2.4, Н, ускорение рабочего органа уменьшиться в 2 раза. Время переходного процесса затянется до 0.014, с. Следует так же помнить, что ток в обмотке не может меняться мгновенно. В результате, время отработки заданного перемещения будет затягиваться на величину электромагнитной постоянной времени:

$T_я=L/R=0.01/25=0.0004$, с

Безусловно, и система управления, при неправильной настройке, может ограничить быстродействие привода. Но сделать привод быстрее обозначенных физических ограничений не может никакая система управления.

Двухконтурная система управления для линейного электромагнитного двигателя

Повышение быстродействия линейного электропривода при сходе рабочего органа с упора. (Integral Anti-Windup PID control)

За редким исключением следящие электроприводы должны быть способны работать на упор. Это состояние, когда рабочий орган перемещается к механическому препятствию, упирается в него и развивает номинальную силу или момент (до поступления команды на обратное движение). Следящие системы проектируются с учетом требований к быстродействию и удовлетворяют им. Но работа на упор предполагает наличие ошибки в контуре положения. Ошибку отрабатывает интегратор регулятора, чей выходной сигнал увеличивается до установленного предела. В результате, в момент поступления команды на обратное движение регулятор контура положения не готов быстро отработать его. Переходный процесс может существенно затягиваться (в сотни раз). Этот эффект упоминается в литературе как "интегральное насыщение". Для линейных электроприводов без подчиненного контура скорости существует изящное решение задачи повышения быстродействия при сходе рабочего органа с упора. Девиз решения – "Умный в гору не пойдет, умный гору обойдет".

Рис. 3. Обмен постоянных времени Ti и Td ПИД-регулятора

Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ) ПИД-регулятора хорошо известна: -20 дБ/дек, 0 дБ/дек, +20 дБ/дек (см. рис. 3). Круговую частоту сопряжения двух первых асимптот ЛАЧХ определяет постоянная времени интегрирующего канала, $ω_i = 1 / T_i$. Частота сопряжения участков с наклонами 0 и +20 дБ/дек определена постоянной времени дифференцирующего канала, $ω_d = 1 / T_d$. $T_i \;\gt T_d$. Чтобы избавиться от эффекта "интегрального насыщения" необходимо поменять структуру регулятора так, чтобы ЛАЧХ не изменилась, но постоянные времени поменялись местами ($T_d \;\gt T_i$). В результате постоянная времени интегрирующего канала будет в разы меньше. И более того, поскольку будет отвечать за корректирующий участок частотной характеристики, будет соизмерима с меньшей из постоянных времени объекта. Отсюда следует, что интегратор регулятора будет настолько быстро выходить на рабочий участок, что существенной задержки в переходный процесс внести не сможет. Требуемое структурное измерение заключается в следующем. Классический ПИД-регулятор (с параллельными каналами) необходимо заменить двумя последовательно включенными. Первый регулятор должен быть пропорционально-дифференцирующим (ПД). Второй – пропорционально-интегрирующим (ПИ). Модель соответствующей системы управления представлена на чертеже 2.

Система управления для следящего электропривода не имеющая эффекта насыщения в состоянии парковки рабочего органа в упоре

Для создания нелинейности типа упор, механическая нагрузка, подключенная к валу ЛЭМД, см. чертеж 2, охвачена обратной связью. Отработать задающий сигнал в одном из направлений электропривод не может. Запустите вычислительный эксперимент, ознакомьтесь с результатом.

Модель электропривода, представленная на чертеже 1, в своем составе имеет такой же составной блок для расчета момента со стороны механического упора на рабочий орган. Подключите его. Запустите модель. Сравните переходные процессы двух моделей. Убедитесь в эффективности предложенного решения.

Рис. 4. Осциллограммы схода с упора рабочего органа под контролем классического ПИД-регулятора с интегральным насыщением и под контролем модифицированного ПД-ПИ-регулятора

Осциллограммы перемещения рабочего органа, под контролем физически изготовленного, прецизионного электромагнитного привода, между упором и позицией в рабочем диапазоне представлены на рис. 4. Наглядно видно, что эффект "интегрального насыщения" является причиной существенного затягивания процесса схода рабочего органа с упора в область рабочих положений. Вторая осциллограмма демонстрирует решение задачи – скорость движения к упору и от упора одинаковая, замедления нет. Здесь применен описанный выше ПД-ПИ-регулятор. Следует обратить внимание на уровень шума (объект реальный, осциллограммы получены с датчика положения). Напомним, у ПИД-регулятора $T_i \;\gt T_d$. У ПД-ПИ-регулятора $T_d \;\gt T_i$. Поэтому последний, потенциально, менее стоек к шумам. Но частоту сопряжения участков ЛАЧХ с наклонами -20 и 0 дБ/дек у ПД-ПИ-регулятора удается сместить чуть выше в область высоких частот и понизить коэффициент пропорционального канала. В результате коэффициенты усиления в дифференцирующих каналах могут оказаться равным. Что и подтверждают осциллограммы – уровень шума в контурах положения приводов одинаковый. С приводами проведена серия экспериментов. В три раза менялся момент инерции рабочего органа. К рабочему органу, с разным знаком прикладывался момент от упругого элемента, момент вязкого трения. Во всех случаях проверялась работа на упор. И во всех случаях регулятор с последовательной структурой (ПД-ПИ) лучше контролировал движение объекта, чем ПИД-регулятор с параллельной структурой. Причина уже названа. Частоту сопряжения участков ЛАЧХ с наклонами -20 и 0 дБ/дек у ПД-ПИ-регулятора удается сместить чуть выше в область высоких частот.

Оптический датчик малых линейных перемещений

С одной стороны датчики малых линейных перемещений (2..10 мм) применяются в серийных изделиях: цифровые штангенциркули, автомобильная промышленность и пр. С другой стороны – интегральные микросхемы, которые обрабатывают сигналы первичного преобразователя механического перемещения в электрический сигнал, в магазинах недоступны. Как правило, это недокументированные заказные кристаллы для конкретного товара. Ниже представлена конструкция датчика малого линейного перемещения, прототип которого изготовлен без привлечения сложных технологических процессов. В зависимости от вариаций конструкции первичного преобразователя и параметров электрической схемы нормирования сигнала, полная шкала датчика может составить величину от 2 до 10 мм. Приведенная к полной шкале погрешность – менее γ = ±5 % (т.е. класс точности датчика при изготовлении грубым ручным инструментом – (5 %)).

Таблица 2 +-----------------------------------------------------------+ | Паспорт датчика малых линейных перемещений | +-----------------------------------------------------------+ | Тип первичного преобразователя оптический | | Полная шкала от 2 до 10 мм | | Класс точности 5% и менее | | Полоса пропускания не менее 5 кГц | | Вес якоря датчика (отражателя) 1.2 грамма | +-----------------------------------------------------------+

В качестве первичного преобразователя механического перемещения в электрический сигнал был выбран доступный для покупки полупроводниковый прибор, но несоответствующий (согласно документации изготовителя) решаемой задаче – фотопрерыватель KTIR0711S (оптопара с фототранзистором). Из возможных вариантов – оптопара с фотодиодом – характеризуется слабым полезным сигналом. Две оптопары с составным фототранзистором, в дифференциальной схеме датчика затруднительно вывести на середину линейного участка характеристики. Поэтому была выбрана оптопара с одним фототранзистором. В эксперименте, нормирующей схемой, без подстройки номиналов, 10 пар приборов из одной партии были выведены на линейный участок с отклонением от середины не превышающим 30 %. Частотные свойства приборов (полоса не менее 5 кГц) оказались приемлемы – они ограничены лишь одной емкостью Миллера, а не двумя, как в оптопаре с составным фототранзистором. Погрешности датчика, связанные с внешней засветкой в видимом спектре, имеющимися приборами, выявить не удалось, ровно, как и от теплового излучения электромагнитного двигателя. Паспорт опытного экземпляра датчика приведен в таблице 2.

Фотография. 1. Отражающий элемент (якорь датчика), крышка корпуса линейного электромагнитного двигателя с укрепленными оптопарами, электрическая схема нормирования сигналов

На фотографии 1 представлен датчик. Поясним его конструкцию. Датчик изготовлен из фольгированного стеклотекстолита FR4-1,5-35мкм. На крышке корпуса линейного электромагнитного двигателя круглой формы укреплена пакетная конструкция из пластин стеклотекстолита. В центре конструкции имеется прямоугольная щель, в которой размещается подвижный и имеющий две отражающие поверхности элемент (якорь датчика). В пакете склеенных пластин слева и справа от щели имеются соосные отверстия диаметром 5 мм. Их закрывают боковые пластины, в центре которых (по оси отверстий) припаяны оптопары. На якоре датчика можно видеть краску белого и черного цвета нанесенную перманентным маркером на спиртовой основе. Угол границы между белым и черным цветом определяет диапазон измеряемого смещения якоря (полную шкалу датчика). На другой стороне якоря краска нанесена таким образом, чтобы при смещении якоря сигнал одной оптопары увеличивался, другой – уменьшался. На макетной плате собрана схема преобразования и нормирования сигналов.

Рис. 5. Электрическая принципиальная схема обработки сигналов дифференциального оптического датчика малых линейных перемещений

Электрическая принципиальная схема преобразования и нормирования сигналов датчика положения показана на рис. 5. В нижней части рисунка изображены линейные стабилизаторы MCP1700T. Напряжение +5 В используется для формирования тока, который протекает по светодиодам оптопар. Вся остальная схема запитана от напряжения +3 B или +3.3 В, в зависимости от напряжения питания микроконтроллера, чей АЦП будет оцифровывать сигнал датчика. На резисторах R1, R2, R3 собран делитель напряжения, формирующий два потенциала. Первый потенциал равен половине выходного напряжения датчика (+3 B / 2). Второй – среднему значению между минимальным и максимальным потенциалом коллекторов фототранзисторов (+3 B / 2 + $U_{кэ~насщ.}/2$). Фототранзисторы оптопар U2.2, U3.2, в плечах измерительного моста, дополняют резисторы R4, R5 и R6, R7. Резисторы R8, R9 выполняют функцию сумматора, который вычисляет среднее значение дифференциального сигнала. На ОУ U1.1 собран ПИ-регулятор, который формирует ток светодиодов U2.1, U3.1, и удерживает оптопары (измерительный мост) в середине линейного участка. Токовое зеркало (собранное на транзисторах Q1, Q2) масштабирует ток выхода операционного усилителя с коэффициентом передачи равным R15 / R16. Цепь ООС замыкается по оптическому каналу. Сигнал измерительного моста, пропорциональный смещению якоря, нормирует операционный усилитель U1.3 в дифференциальном включении.

На электрической принципиальной схеме около фототранзисторов показаны условные графические изображения отражающих элементов. Если оба элемента смещаются вверх, площадь отражающей поверхности меняется. Фототранзистор U2.2 – закрывается, U3.2 – открывается. При изготовлении отражающих элементов их разметка должна быть такой, чтобы при смещении якоря вправо-влево оба фототранзистора либо открывались, либо закрывались. ПИ-регулятор отследит изменение синфазной составляющей в сигнале, изменит ток светодиодов и удержит мост на середине линейного участка. Дифференциальная составляющая – не измениться. Для компенсации погрешности вызванной смещением или изгибом якоря в сторону одной из оптопар, в представляемой конструкции датчика ни чего не предусмотрено. Если подобные смещения имеются – они непосредственно ограничивают класс точности датчика. Возможно развитие конструкции – использование второй пары оптопар для измерения данных смещений.

Настройка датчика заключается в двух операциях. Первая выполняется после сборки линейного электромагнитного двигателя и монтажа датчика на его крышке. Включается питание датчика. Якорь двигателя выводиться на середину участка рабочего хода (нулевое положение). Поочередно, монтажным пинцетом закорачиваются резисторы R4 и R6. Измеряется отклонение выходного напряжения датчика от полвины шкалы. Лучший вариант из трех фиксируется. Цель второй операции – та же. При необходимости, более точную компенсацию механического смещения якоря относительно нулевого положения можно выполнить программным способом при прошивке управляющего микроконтроллера. Отметим, что на начальное смещение якоря разработанного линейного электромагнитного двигателя относительно нулевого положения меньшее влияние оказывают допуски его изготовления и большее – вариация коэффициента передачи тока для экземпляров оптопар в партии. Что и определило отношение резисторов R4 / R5 и R6 / R7.

Рис. 6. Характеристика преобразования линейного перемещения в электрический сигналсхемой обработки сигналов оптического датчика отражения KTIR0711S / QRE1113 (измерение перемещения выполнено штангенциркулем с нониусом)

Для уточнения статической характеристики преобразования линейного перемещения в электрический датчик был укреплен на штангенциркуле с нониусом. Результат измерений представлен на рис. 6. Можно сделать вывод о том, что штангенциркуль, как эталонное средство измерения, характеризуется недостаточным классом точности для аттестации датчика. А оптоприбор KTIR0711S (фотопрерыватель) может быть успешно использован для построения линейных аналоговых схем с классом точности не хуже 5 %.

Опыт работы с прототипом датчика позволяет сформулировать следующие рекомендации. Черная краска перманентного маркера на спиртовой основе после высыхания образуют глянцевую поверхность, которая отражает видимый глазом спектр ничуть не хуже белой краски. Но опасения были напрасными. Минимальный и максимальный ток фототранзисторов в плечах измерительного моста отличался в 5..7 раз. Якорь датчика был изготовлен из фольгированного стеклотекстолита, поэтому было замечено, что отражающие свойства меди почти в два раза лучше, чем у белой краски. Можно предположить, что белую краску можно заменить иммерсионным золочением (поскольку медь окисляется). Соответствующий технологический процесс хорошо освоен заводами по производству печатных плат. Вполне возможно, что пару такому отражающему покрытию может составить тот же стеклотекстолит с вытравленной медью. Безусловно, якорь датчика может быть изготовлен и из пластмассы, но в данном случае датчик интегрирован в линейный электромагнитный двигатель и по медной фольге якоря датчика передается ток в силовую обмотку якоря двигателя.

  1. Zettlex – The Sensors Company. Linear position sensors and inductive linear position sensor // – URL: http://www.zettlex.com/products/oem-linear-position-sensors/. Дата обращения: 24.04.2016.
  2. Baxter, L. K. Capacitive Sensors: Design and Applications / Wiley-IEEE Press, 1996, 320 pages, ISBN: 978-0-7803-5351-0. // – URL: http://www.capsense.com/capsense-wp.pdf. Дата обращения: 24.04.2016.
  3. CAV424: C/V-converter for single and differential capacitive input signals / [Data Sheet], July 2014 – Rev 3.0 // Analog Microelectronics GmbH web site. – URL: http://www.analogmicro.de/_pages/ics/cav424/cav424_data_sheet.pdf. Дата обращения: 24.04.2016.
  4. Анучин А.С. Структуры цифрового ПИ-регулятора для электропривода / Электротехника, Знак, Москва, 2014, №7, С. 02-06. // – URL: http://aep-mpei.ru/images/Papers/PI3.pdf. Дата обращения: 16.04.2017.

25.12.2014

model.exponenta.ru

Линейный двигатель — Википедия

Лабораторный синхронный линейный двигатель. На заднем плане статор - ряд индукционных катушек, на переднем плане - подвижный вторичный элемент, содержащий постоянный магнит.

Лине́йный дви́гатель — электродвигатель, у которого один из элементов магнитной системы разомкнут и имеет развёрнутую обмотку, создающую магнитное поле, а другой взаимодействует с ним и выполнен в виде направляющей, обеспечивающей линейное перемещение подвижной части двигателя. Сейчас разработано множество разновидностей (типов) линейных электродвигателей, например:

  • линейные асинхронные электродвигатели (ЛАД),
  • линейные синхронные электродвигатели,
  • линейные электромагнитные двигатели,
  • линейные магнитоэлектрические двигатели,
  • линейные магнитострикционные двигатели,
  • линейные пьезоэлектрические (электрострикционные) двигатели и др.

Многие типы линейных двигателей, такие как асинхронные, синхронные или постоянного тока, повторяют по принципу своего действия соответствующие двигатели вращательного движения, в то время как другие типы линейных двигателей (магнитострикционные, пьезоэлектрические и др.) не имеют практического исполнения как двигатели вращательного движения. Неподвижную часть линейного электродвигателя, получающую электроэнергию из сети, называют статором, или первичным элементом, а часть двигателя, получающая энергию от статора, называют вторичным элементом или якорем (название «ротор» к деталям линейного двигателя не применяется, так как слово «ротор» буквально означает «вращающийся», а в линейном двигателе вращения нет).

Наибольшее распространение в транспорте и для больших линейных перемещений получили асинхронные и синхронные линейные двигатели, но применяются также линейные двигатели постоянного тока и линейные электромагнитные двигатели. Последние чаще всего используются для получения небольших перемещений рабочих органов и обеспечения при этом высокой точности и значительных тяговых усилий.

Представление об устройстве линейного асинхронного двигателя можно получить, если мысленно разрезать статор и ротор с обмотками обычного асинхронного двигателя вдоль оси по образующей и развернуть в плоскость. Образовавшаяся плоская конструкция представляет собой принципиальную схему линейного двигателя. Если теперь обмотки статора такого двигателя подключить к сети трехфазного переменного тока, то образуется магнитное поле, ось которого будет перемещаться вдоль воздушного зазора со скоростью V, пропорциональной частоте питающего напряжения f и длине полюсного деления t: V = 2пf . Это перемещающееся вдоль зазора магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой по обмотке начнут протекать токи. Взаимодействие токов с магнитным полем приведет к появлению силы, действующей, по правилу Ленца, в направлении перемещения магнитного поля. Ротор — в дальнейшем будем называть его уже вторичным элементом — под действием этой силы начнет двигаться. Как и в обычном асинхронном двигателе, перемещение элемента происходит с некоторым скольжением относительно поля S = (V - v)/V, где v — скорость движения элемента. Номинальное скольжение линейного двигателя равно 2-6%.[1] Вторичный элемент линейного двигателя не всегда снабжается обмоткой. Одно из достоинств линейного асинхронного двигателя заключается в том, что в качестве вторичного элемента может использоваться обычный металлический лист. Вторичный элемент при этом может располагаться также между двумя статорами, или между статором и ферромагнитным сердечником. Вторичный элемент выполняется из меди, алюминия или стали, причем использование немагнитного вторичного элемента предполагает применение конструктивных схем с замыканием магнитного потока через ферромагнитные элементы. Принцип действия линейных двигателей со вторичным элементом в виде полосы повторяет работу обычного асинхронного двигателя с массивным ферромагнитным или полым немагнитным ротором. Обмотки статора линейных двигателей имеют те же схемы соединения, что и обычные асинхронные двигатели, и подключаются обычно к сети трехфазного переменного тока. Линейные двигатели очень часто работают в так называемом обращенном режиме движения, когда вторичный элемент неподвижен, а передвигается статор. Такой линейный двигатель, получивший название двигателя с подвижным статором, находит, в частности, широкое применение на электрическом транспорте. Например, статор неподвижно закреплен под полом вагона, а вторичный элемент представляет собой металлическую полосу между рельс, а иногда вторичным элементом служат сами рельсы. Одной из разновидностей линейных асинхронных двигателей являются трубчатый (коаксиальный) двигатель. Статор такого двигателя имеет вид трубы, внутри которой располагаются перемежающиеся между собой плоские дисковые катушки (обмотки статора) и металлические шайбы, являющиеся частью магнитопровода. Катушки двигателя соединяются группами и образуют обмотки отдельных фаз двигателя. Внутри статора помещается вторичный элемент также трубчатой формы, выполненный из ферромагнитного материала. При подключении к сети обмоток статора вдоль его внутренней поверхности образуется бегущее магнитное поле, которое индуцирует в теле вторичного элемента токи, направленные по его окружности. Взаимодействие этих токов с магнитным полем двигателя создает на вторичном элементе силу, действующую вдоль трубы, которая и вызывает (при закрепленном статоре) движение вторичного элемента в этом направлении. Трубчатая конструкция линейных двигателей характеризуется аксиальным направлением магнитного потока во вторичном элементе в отличие от плоского линейного двигателя, в котором магнитный поток имеет радиальное направление.

Схема синхронного линейного двигателя.

Основной областью применения синхронных двигателей, где их преимущества проявляются особенно сильно, является высокоскоростной электрический транспорт. Дело в том, что по условиям нормальной эксплуатации такого транспорта необходимо иметь сравнительно большой воздушный зазор между подвижной частью и вторичным элементом. Асинхронный линейный двигатель имеет при этом очень низкий коэффициент мощности (cosφ), и его применение оказывается экономически невыгодным. Синхронный линейный двигатель, напротив, допускает наличие относительно большого воздушного зазора между статором и вторичным элементом и работает при этом с cosφ, близким к единице, и высоким КПД, достигающим 96%. Применение синхронных линейных двигателей в высокоскоростном транспорте сочетается, как правило, с магнитной подвеской вагонов и применением сверхпроводящих магнитов и обмоток возбуждения, что позволяет повысить комфортабельность движения и экономические показатели работы подвижного состава.

  • Широкое применение линейные двигатели нашли в электрическом транспорте, чему способствовал целый ряд преимуществ этих двигателей: прямолинейность движения вторичного элемента (или статора), что естественно сочетается с характером движения различных транспортных средств, простота конструкции, отсутствие трущихся частей (энергия магнитного поля непосредственно преобразуется в механическую), что позволяет добиться высокой надежности и КПД. Еще одно преимущество связано с независимостью силы тяги от силы сцепления колес с рельсовым путём, что недостижимо для обычных систем электрической тяги. При использовании линейных двигателей исключается буксование колес электрического транспорта (именно этой причиной был обусловлен выбор линейного двигателя для ММТС), а ускорения и скорости движения средств транспорта могут быть сколь угодно высокими и ограничиваться только комфортабельностью движения, допустимой скоростью качения колес по рельсовому пути и дороге, и динамической устойчивостью ходовой части транспорта и пути.
  • Линейные асинхронные двигатели применяются для привода механизмов транспортировки грузов различных изделий. Такой конвейер имеет металлическую ленту, которая проходит внутри статоров линейного двигателя, являясь вторичным элементом. Применение линейного двигателя в этом случае позволяет снизить предварительное натяжение ленты и устранить её проскальзывание, повысить скорость и надежность работы конвейера.
  • Линейный двигатель может применяться для машин ударного действия, например сваезабивных молотов, применяемых при дорожных работах и строительстве. Статор линейного двигателя располагается на стреле молота и может перемещаться по направляющим стрелы в вертикальном направлении с помощью лебедки. Ударная часть молота является одновременно вторичным элементом двигателя. Для подъема ударной части молота двигатель включается таким образом, чтобы бегущее поле было направлено вверх. При подходе ударной части к крайнему верхнему положению двигатель отключается и ударная часть опускается вниз на сваю под действием силы тяжести. В некоторых случаях двигатель не отключается, а реверсируется, что позволяет увеличить энергию удара. По мере заглубления сваи статор двигателя перемещается вниз с помощью лебедки. Электрический молот прост в изготовлении, не требует повышенной точности изготовления деталей, нечувствителен к изменению температуры и может вступать в работу практически мгновенно.
  • Линейный двигатель показал высокие характеристики и на металлорежущем оборудовании. Так на шлифовальных станках 3В130Ф4 установлен именно линейный двигатель для изменения положения бабки шлифовальной. На электроэрозионных станках и станках лазерной резки, так же устанавливают линейные двигатели
  • Станки для набор электрических схем также требуют решений на линейных двигателях.
  • Разновидностью линейного двигателя можно считать магнитогидродинамический насос. Такие насосы применяются для перекачки электропроводящих жидкостей и в том числе жидких металлов, и широко применяются в металлургии для транспортировки, дозировки и перемешивания жидкого металла, а также на атомных электростанциях для перекачки жидкометаллического теплоносителя. Магнитогидродинамические насосы могут быть постоянного или переменного тока. Для насоса постоянного тока первичным элементом — статором двигателя постоянного тока — является С-образный электромагнит. В воздушный зазор электромагнита помещается трубопровод с жидким металлом. С помощью электродов, приваренных к стенкам трубопровода, через жидкий металл пропускается постоянный ток от внешнего источника. Часто обмотка возбуждения включается последовательно в цепь электродов. При возбуждении электромагнита на металл в зоне прохождения постоянного тока начинает действовать электромагнитная сила аналогично тому, как она действовала на проводник с током, помещенным в магнитное поле. Под действием этой силы металл начнет перемещаться по трубопроводу. Преимуществами МГД-насосов являются отсутствие движущихся механических частей и возможность герметизации канала транспортировки металла.[2]
  • Вертикальные линейные двигатели используются для лифтов в высотных зданиях, что позволяет обойтись без затраты энергии на подъем троса кабины лифта.

Линейные двигатели высокого и низкого ускорения[править | править код]

Все линейные двигатели можно разделить на две категории:

  • двигатели низкого ускорения
  • двигатели высокого ускорения

Двигатели низкого ускорения используются в общественном транспорте (маглев, монорельс, метрополитен) как тяговые, а также в станках (лазерных, водорезных, сверлильно-фрезерных) и другом технологическом оборудовании в промышленности. Двигатели высокого ускорения весьма небольшие по длине, и обычно применяются, чтобы разогнать объект до высокой скорости, а затем выпустить его (см. пушка Гаусса). Они часто используются для исследований гиперскоростных столкновений, а также, гипотетически, может использоваться в специальных устройствах, таких, как оружие или пусковые установки космических кораблей.

Линейные двигатели широко используются также в приводах подачи металлорежущих станков и в робототехнике. Для повышения точности позиционирования часто используются линейные датчики положения.

  1. ↑ Линейные асинхронные двигатели - Принцип действия
  2. ↑ Линейные электродвигатели

ru.wikipedia.org

Линейный электромагнитный привод пресса

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в оборудовании для обработки давлением. Линейный электромагнитный привод пресса включает статор с размещенной в нем катушкой и якорем, направляющий кожух с упором и возвратную пружину. Якорь состоит из двух подвижных относительно друг друга частей. Одна часть представляет собой стакан, а вторая - расположенный внутри стакана цилиндрический сердечник. Площадь поперечного сечения стакана меньше площади поперечного сечения цилиндрического сердечника. В верхней части стакана и сердечника имеются буртики. Якорь в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком сердечника и упором направляющего кожуха меньше, чем величина рабочего хода якоря. В результате обеспечивается повышение эффективности пресса. 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям оборудования для обработки ударом или давлением с электромагнитным приводом между статором и подвижным якорем.

Известен линейный электромагнитный двигатель [1], используемый, например, в приводах прессового оборудования, который содержит цилиндрический статор в виде стакана с размещенной в нем обмоткой, комбинированный якорь, выполненный из цилиндрической и дисковой частей, направляющий корпус (кожух), подшипники скольжения и возвратную пружину. Направляющий корпус выполнен из ферромагнитного материала, а его часть, прилегающая к статору, выполнена большего диаметра. При подходе якоря к этой части кожуха происходит перераспределение пути замыкания магнитного потока и включения в работу верхнего рабочего воздушного зазора, образованного внутренней частью якоря и поверхностью торцевой части статора. При подаче импульса напряжения в обмотку возбуждения двигателя, используемого в качестве силового привода пресса, якорь перемещается вниз, совершая рабочий ход. Вначале тяговое усилие создается в нижнем рабочем зазоре, а при выходе дисковой части якоря на увеличенный диаметр корпуса включается в работу и верхний зазор, что приводит к увеличению ударной электромагнитной силы якоря.

Недостатком этого линейного электромагнитного двигателя, работающего в прессовом оборудовании, является большой избыток электромагнитной силы после совершения полезной работы прессом. Так, например, после рубки, штамповки тонколистового материала, когда уже работа выполнена, избыточная электромагнитная сила идет на удар якоря о стопы и в случае, если избыточная электромагнитная сила больше силы сжатия возвратной пружины, то якорь "прилипает" к статору, нарушая частоту ходов якоря.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является двигатель электромагнитного пресса [2], который состоит из статора, обмотки, комбинированного якоря, состоящего из дискового и цилиндрического, двух рабочих воздушных зазоров, возвратной пружины, кожуха и двух стопов - наружного и внутреннего. При подаче импульса напряжения на обмотку якорь приближается к стопам под действием электромагнитных сил, при этом пружина сжимается. С уменьшением воздушных зазоров электромагнитная сила пресса растет по кривой, близкой к гиперболе.

Недостатком его является то, что в конце рабочего хода уже после совершения полезной работы пресс развивает большую избыточную электромагнитную силу, идущую на удар якоря о стопы, и в случае превышения избыточной силой силы сжатия возвратной пружины якорь "прилипает" к статору, вызывая сбой в частоте ходов якоря.

Задачей изобретения является повышение эффективности пресса за счет уменьшения избыточной электромагнитной силы после совершения полезной работы, идущей на удар якоря о стопы статора, и устранение явления "прилипания" якоря к стопам.

Поставленная задача решается следующим образом: в линейном электромагнитном приводе пресса, содержащем статор с размещенной в нем катушкой и якорем, направляющий кожух и возвратную пружину, якорь выполнен из двух подвижных друг относительно друга частей, одна из которых выполнена в виде стакана, а другая, расположенная внутри первой, - в виде цилиндрического сердечника, причем стакан якоря выполнен с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к сердечнику якоря, а оба выполнены с буртиками в верхней части, кроме того, направляющий кожух выполнен с упором, а якорь в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком сердечника и упором направляющего кожуха меньше, чем рабочий ход якоря.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый линейный электромагнитный привод пресса отличается тем,что его комбинированный якорь состоит из двух подвижных относительно друг друга ферромагнитных частей - пустотелой в виде стакана и сплошного цилиндра, размещенного в нем, причем площадь поперечного сечения стакана якоря меньше площади поперечного сердечника якоря.

Таким образом, заявляемый линейный электромагнитный двигатель соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, введение которых способствовало устранению вышеназванных недостатков, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

Конструкция и работа линейного электромагнитного привода пресса поясняется чертежами, где на фиг.1 и на фиг.2 приведена конструктивная схема привода пресса, а на фиг.3 зависимость электромагнитной силы F от зазора .

Линейный электромагнитный привод пресса содержит магнитопровод статора 1 с катушкой 2 и стопами 3 и 4, якорь 5, выполненный из двух подвижных относительно друг друга частей, одна из которых выполнена в виде стакана 6 с буртиком 7, а вторая - в виде сердечника 8 с буртиком 9, расположенного внутри стакана 6, направляющий кожух 10 с упором 11, возвратную пружину 12. Наружная торцевая поверхность стакана 6 со статором 1 образуют рабочий воздушный зазор 13, а наружная боковая поверхность стакана 6 с буртиком 7 и внутренняя поверхность направляющего кожуха 10 образуют со статором 1 рабочий воздушный зазор 14, равный зазору 13.

Воздушный зазор 15 образован внутренней торцевой поверхностью сердечника 8 и внутренней поверхностью стакана 6 в конце рабочего хода якоря 5, который в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком 9 сердечника 8 и упором 11 кожуха 10 меньше его рабочего хода. Стакан 6 и сердечник 8 выполнены из ферромагнитного материала, причем стакан 6 по отношению к сердечнику 8 выполнен конструктивно с меньшей площадью поперечного сечения. Направляющий кожух 10 выполнен из немагнитного материала.

Электромагнитный привод пресса работает следующим образом: при подаче импульса напряжения на обмотку 2 комбинированный якорь 5 под действием электромагнитной силы совместно с сердечником 8 как целое устремляется к стопам 3 и 4, уменьшая рабочие воздушные зазоры 13 и 14 (фиг.1). При этом электромагнитная сила его растет по закону, близкому к гиперболе (фиг.3), по кривой 1, развивая при малых зазорах 13 и 14 большую электромагнитную силу. После совершения полезной работы избыточная сила (кривая 2), идущая на удар якоря о стопы снимается по кривой 3 (фиг.3) с помощью упора 11 и буртика 7, а также образованного в магнитной цепи якоря 5 нерабочего воздушного зазора 15. Площадь поперечного сечения стакана 6 якоря 5 во много раз меньше площади поперечного сечения сердечника 8, поэтому стакан 6 быстро насыщается, образуя практически разрыв стали якоря с воздушным зазором 15. После посадки буртика 9 на упор 11 часть развиваемой якорем электромагнитной силы будет затрачена на преодоление отрыва намагниченных поверхностей в области воздушного зазора 14 и вторая часть электромагнитной силы будет погашена за счет образовавшегося воздушного зазора 15 в магнитопроводе якоря, поэтому результирующая электромагнитная сила якоря резко падает и становится меньше силы сжатой пружины 12. При отсутствии импульса напряжения под действием силы пружины якорь 5 возвращается в исходное состояние, уменьшая воздушный зазор 15 до соприкосновения поверхностей магнитопровода якоря с сердечником 8 в области уменьшающегося воздушного зазора 15. Якорь готов к следующему импульсу напряжения.

Выполнение комбинированного якоря 5 пустотелым с тонкой стенкой стакана 6 и введенного в него ферромагнитного сердечника 8 с буртиком 9 позволяет в момент подачи импульса напряжения на обмотку 2 развивать электромагнитную силу якорем 5 совместно с сердечником 8, введенным в него по кривой 1 (фиг. 3). При малом рабочем зазоре 13 (и 14) буртик 9 садится на упор 11 кожуха 10. При этом часть развиваемой якорем электромагнитной силы затрачивается на преодоление отрыва намагниченных поверхностей сердечника 8 и якоря 5 в области образовавшегося воздушного зазора 15 и большая часть оставшейся электромагнитной силы будет погашена за счет появления воздушного зазора 15 в магнитопроводе, создавшего большое магнитное сопротивление потоку, что резко уменьшает оставшуюся часть электромагнитной силы. Эффективность заявляемого привода пресса - бесшумность в работе, устраняется избыточная энергия, идущая на удар о стоп.

Источники информации 1. Патент РФ 2084071, МКИ 6 Н 02 К 33/02, H 01 F 7/16, B 21 J 7/30, БИ 23, 1996 - аналог.

2. А.с. СССР 734911, МКИ В 21 J 7/30, БИ 19, 1981, с. 267 - прототип.

Линейный электромагнитный привод пресса, содержащий статор с размещенной в нем катушкой и якорем, направляющий кожух и возвратную пружину, отличающийся тем, что якорь выполнен из двух подвижных относительно друг друга частей, одна из которых выполнена в виде стакана, а другая, расположенная внутри первой, - в виде цилиндрического сердечника, причем стакан якоря выполнен с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к сердечнику якоря, а оба выполнены с буртиками в верхней части, кроме того, направляющий кожух выполнен с упором, а якорь в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком сердечника и упором направляющего кожуха меньше, чем рабочий ход якоря.

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

www.findpatent.ru

Электромагнитный привод линейного перемещения

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах при изготовлении тепловыделяющего элемента. Технический результат состоит в повышении надежности при упрощении изготовления. Электропривод линейного перемещения выполнен из двух параллельных ветвей магнитной цепи, соединенных по концам через ярма электромагнитов. Магнитная цепь между электромагнитами шунтирована подвижным якорем, которым охвачены параллельные ветви магнитной цепи. На ярмах электромагнитов установлены подпружиненные якоря. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электромагнитного привода линейного перемещения и может быть использовано, например, для реверсивного передвижения оболочки тепловыделяющего элемента при оснащении ее фольгой или таблетками делящегося материала.

Известен тепловыделяющий элемент ядерного реактора, в котором между оболочкой и таблетками делящегося материала помещена вставка, например, из молибденовой фольги, см. патент РФ №2408941, G21C 3/00, 2010.

Поочередное оснащение фольгой и таблетками делящегося материала тепловыделяющего элемента с применением электромагнитного привода линейного перемещения может существенно упростить процесс его изготовления.

Общеизвестен электромагнитный привод линейного перемещения в виде реверсивного электродвигателя, вал которого связан через шкив с другим шкивом ременной передачей, например транспортером.

Недостатком такого привода линейного перемещения является гибкая лента транспортера, неспособная обеспечить точную ориентацию в случае перемещения длинномерных предметов.

Наиболее близким по отличительным признакам предлагаемому является электрический линейный привод по схеме вал электродвигателя-шестерня-зубчатая рейка, см. В.И.Анурьев. Справочник конструктора машиностроителя. М.: Машиностроение, Т. 2, 1978, с.300, рис.27.

Недостатком такого привода является сложность технического выполнения в случае необходимости реверсивного линейного перемещения, например, корпуса тепловыделяющего элемента.

Задачей изобретения является повышение надежности работы электропривода линейного перемещения при упрощении его технического исполнения.

Поставленная задача решается путем его выполнения в виде замкнутой магнитной цепи, которая содержит две параллельные ветви, которые замкнуты по концам через воздушные зазоры и полюса электромагнитов, а магнитная цепь между полюсами шунтирована подвижным подпружиненным якорем.

Реверсирование линейного перемещения обеспечивается поочередной постановкой под напряжение катушек электромагнитов.

Предлагаемый электропривод линейного перемещения приведен на чертеже, где приняты следующие обозначения: ветви 1 магнитопровода, ярмо 2, якорь 3 электромагнита, катушка 4, пружина 5, якорь 6 линейного привода и противоударные пружины 7.

Магнитная цепь электропривода линейного перемещения состоит из двух параллельных ветвей 1, ярем 2 и якорей 3 электромагнитов с катушками 4 и пружинами 5.

Между ярмами 2 электромагнитов размещен подвижный якорь 6 линейного привода, например, с трубчатой оболочкой тепловыделяющего элемента, по обе стороны которого на параллельных ветвях 1 с расстоянием между ними, меньшим диаметра трубчатой оболочки тепловыделяющего элемента, установлены противоударные пружины 7.

Работа электропривода линейного перемещения происходит следующим образом.

При поданном на одну из катушек 4 электромагнита напряжении в соответствующем ярме 2, якоре 3 электромагнита и ветвях 1 магнитопровода возникает магнитный поток, который замыкается через массу подвижного якоря 6.

Возникающая при этом сила стремится минимизировать длину контура магнитного потока и перемещает подвижный якорь 6 в сторону электромагнита с катушкой 4, находящейся в это время под напряжением.

Пружины 7 выполняют роль амортизаторов и смягчают движение подвижного якоря 6 в крайнем положении, в котором катушку 4 электромагнита обесточивают, а пружина 5 размыкает магнитную цепь.

При поданном напряжении на другую катушку 4 электромагнита подвижный якорь 6 перемещается в обратную сторону.

Длина перемещения подвижного якоря 6 соответствует длине, например, тепловыделяющего элемента, а его диаметр, превышающий расстояние между ветвями 1 магнитопровода, позволяет использовать эти ветви в качестве ложемента.

Такое выполнение электропривода линейного перемещения позволяет повысить надежность его работы и упростить его техническое исполнение.

1. Электромагнитный привод линейного перемещения, содержащий электромагниты и исполнительный механизм, отличающийся тем, что исполнительный механизм в нем выполнен из двух параллельных ветвей магнитной цепи, ветви соединены по концам через ярма электромагнитов, магнитная цепь между электромагнитами шунтирована подвижным якорем, которым охвачены параллельные ветви магнитной цепи, а якоря ярем электромагнитов подпружинены.

2. Электромагнитный привод по п.1, отличающийся тем, что между одним из электромагнитов на подвижном якоре размещена, например, оболочка тепловыделяющего элемента.

3. Электромагнитный привод по п.1, отличающийся тем, что расстояние между параллельными ветвями магнитной цепи меньше диаметра оболочки тепловыделяющего элемента.

4. Электромагнитный привод по п.1, отличающийся тем, что по обе стороны подвижного якоря на параллельных ветвях магнитопровода установлены пружины.

www.findpatent.ru

Современные тенденции в развитии линейных сервоприводов

Исторически сложилось, что промышленность так или иначе зависит от разного рода винтовых и ременных передач или пневматических механизмов для решения задач линейного позиционирования. Но растущий спрос на увеличение скорости пропускной способности, миллионы рабочих циклов, гибкость настройки и программирования выявил недостатки данных механизмов. Зачастую приходится идти на компромисс, если дело доходит до точного контролируемого позиционирования в поступательном движении.

В последнее время производители пневмоприводов обновили устройства управления пневматических цилиндров с внешними регулирующими клапанами, датчиками положения и сервоэлектроникой в целях решения некоторых из этих трудностей. Но не так просто построить замкнутую систему позиционирования, учитывая высокий коэффициент трения и динамическую вязкость сжатого воздуха. Управление становится проблематичным из-за упругости и трения воздуха, а также трения поршня.

Технология непосредственного привода линейного двигателя обеспечивает значительно лучший подход к решению задач позиционирования. Данная технология предполагает прямое применение силы электромагнитного взаимодействия без использования ремня, шариковинтовой передачи или иного промежуточного звена. Линейный привод производит непосредственное линейное перемещение, а не преобразует вращательное движение в поступательное.

  1. 1. Устройство линейного двигателя

Самый простой способ описать устройство линейного двигателя – это представить двигатель вращения с постоянными магнитами, разрезанный вдоль и развернутый в плоскость. Традиционные линейные двигатели имеют именно такую конструкцию.

Новые линейные двигатели, так называемые tubular linear actuator, имеют форм-фактор соленоида.

Сам двигатель находится в пределах немагнитного корпуса из нержавеющей стали, так называемой каретки. Самонесущая обмотка находится внутри каретки вместе с подшипником скольжения изготовленного из специального полимерного материала. Внутри обмотки размещается подвижный элемент – шток. Шток представляет собой полый немагнитный цилиндр из нержавеющей стали, в котором размещены небольшие сверхпрочные редкоземельные магниты в форме таблеток. Подвижный шток является ключевым компонентом двигателя, он воплощает в себе запатентованный дизайн, который позволяет создать точное синусоидальное магнитное поле по всей его длине. Данная особенность позволяет использовать интегрированные в корпус двигателя датчики обратной связи вместо традиционных внешних датчиков положения. Это важно, поскольку внешние датчики линейных перемещений зачастую могут стоить почти столько же, сколько и сам привод, кроме того, они сами являются высокоточными устройствами, которые требуют специальных условий окружающей среды, точной настройки и технического обслуживания. Интегрированные датчики Холла располагаются на электронной плате под защитной крышкой каретки.

Трубчатый форм-фактор дает поразительные преимущества. Данное исполнение обеспечивает математически идеальную ориентацию магнитного поля между обмотками каретки двигателя и магнитным штоком. Все магнитные силовые линии пересекают проводники с током под прямым углом. Такая ориентация позволяет создать максимальное усилие и эффективность. Высокая эффективность в свою очередь означает минимальное количество выделяемого тепла, которое максимизирует количество рабочих циклов.

Линейным электродвигателем можно управлять с помощью любого трехфазного серводрайвера постоянного тока, который также имеет sin/cos интерфейс обратной связи. Тем не менее лучших динамических показателей можно достичь только при использовании драйверов, специально оптимизированных для работы с линейными двигателями. В частности, такие виды контроллеров движения предлагает компания Copley Controls.

  1. 2. Вращательное движение в поступательное.

Как правило, вращательное движение преобразуют в поступательное посредством следующих решений:

– Винт-гайка скольжения– Шарико-винтовая передача (ШВП)– Шестерня-рейка– Ременная передача.

Кратко рассмотрим данные преобразующие передачи.

2.1. Передача винт-гайка скольжения: представляют собой приводной механизм, служащий для преобразования вращательного движения винта в поступательное движение гайки; работает на принципе трения-скольжения.

Преимущества: низкая цена, необратимый ход, высокое развиваемое усилие.

Недостатки: как правило, эффективность данной передачи зависит от типа приводного двигателя и составляет приблизительно 10–40%; устройству свойственны износ и постоянно нарастающий люфт; винт необходимо содержать в чистоте, даже небольшое загрязнение может привести к снижению эффективности или заклиниванию системы.

2.2.ШВП: принцип работы тот же, что и у передачи винт-гайка, за исключением того, что гайка содержит винтовые канавки криволинейного профиля. Канавки служат дорожками качения для шариков, которые перемещаются между витками винта и гайки. Перемещение шариков происходит по замкнутой траектории – при вращении винта шарики вовлекаются в движение по винтовым канавкам, поступательно перемещают гайку и через перепускной канал возвращаются в исходное положение.

Преимущества: передача имеет очень высокую степень эффективности – до 98%, большой срок эксплуатации, высокую точность и малый люфт. Недостатки: высокая стоимость; при использовании ШВП необходимо учитывать значительные аксиальные нагрузки, наводимые на выходной вал двигателя, как следствие, требуется применение дополнительной подшипниковой опоры; винт также необходимо содержать в чистоте во избежание заклинивания.

2.3.Шестерня-рейка: шестерня, вращаясь на валу двигателя, приводит в движение зубчату рейку. Преимущества: являет собой достаточно эффективное решение в экономическом плане, также подходит для применений, где требуется большая длина перемещений, большое усилие и точность; эффективность передачи достигает 95%.

Недостатки: как правило, конструкция имеет люфт, для уменьшения люфта необходимо изготавливать контактные зубья с более высокой точностью либо увеличить прижимную силу между шестерней и рейкой, высокая прижимная сила вызывает большие радиальные нагрузки на выходной вал двигателя или редуктора; при движении существует небольшая пульсация скорости; движение носит относительно шумный характер.

2.4.Ременная передача: шкив на валу вращает ремень, который перемещает нагрузку в линейном направлении.

Преимущества: недорогое решение, точность не лучше 50 мкм.

Недостатки: ремень подвержен износу при высоких скоростях и нагрузках; ремень может растягиваться; малый люфт требует высокую степень натяжения ремня, это в свою очередь увеличивает радиальные нагрузки на выходном валу.

Что касается линейных двигателей, то они вобрали практически все преимущества описанных выше устройств и исключили большинство их недостатков. Например, отсутствие винта, гайки и прочих механических узлов делает линейный сервопривод малошумным устройством. Отсутствие элементов, подверженных износу, увеличивает срок эксплуатации двигателей. Например, если необходима высокая точность позиционирования при небольших нагрузках и высоких скоростях, то линейный двигатель способен обеспечить гораздо больший срок эксплуатации, чем сервопривод с ШВП. По тем же причинам линейные приводы в трубчатом форм-факторе не испытывают инерции, отсутствуют такие факторы, как гистерезис и люфт. Результатом является превосходная динамическая жесткость.

Наконец, трубчатые линейные двигатели сегодня находятся не на их физическом пределе. Требования будущих приложений создает необходимость в постоянном уменьшении приводов и в увеличении их чувствительности. Поэтому предел размеров двигателя зависит от стоимости, а не от фундаментальной физики.

3. Линейные серводвигатели Faulhaber

Для реализации особо точного программируемого линейного движения Faulhaber предлагает серию линейных серводвигателей.

Эти приводы при компактном размере (двигатель LM2070 – 20 мм сторона квадрата каретки и 70 мм длина) развивают усилия до 27 Н, могут использоваться как в режиме двигателя (двигается каретка при зафиксированном вале), так и в режиме актуатора (двигается вал, каретка зафиксирована). Благодаря интегрированным линейным датчикам Холла, могут быть достигнуты точности позиционирования до 120 мкм и повторяемости до 40 мкм без применения каких-либо внешних датчиков.

Линейные серводвигатели не требуют смазки либо какого-либо дополнительного обслуживания при работе, бесшумны, развивают скорость до 3,2 м/с, а ускорения – до 198 м/с2. Линейные двигатели Faulhaber предлагаются с различной длиной штока. Доступны исполнения как для работы с компактными контроллерами производителя, так и с синусно-косинусной обратной связью, позволяющие реализовать управление с помощью ПЛК-контроллера. Кроме того, компания Faulhaber, предлагает контроллеры движения специально для работы с линейными двигателями, позволяющие реализовать полноценную настройку и конфигурацию линейного привода. Они свободно программируемы и поддерживают как последовательный интерфейс RS-232, так и сетевой интерфейс CAN.

4. Линейные серводвигател Dunkermotoren

Линейные серводвигатели Dunkermotoren серии ServoTube доступны в двух исполнениях:

1. Двигатели прямого привода, предназначенные для реализации работы в режиме актуатора (подвижный шток двигателя).

2. Компоненты линейных сервосистем, предназначенные для использования в качестве OEM-комплектующих и требующие установки дополнительных подшипников. С помощью таких компонент возможно реализовать работу двигателя с нагрузкой, приложенной непосредственно к каретке при зафиксированном штоке.

В состав двигателя входит интегрированный датчик обратной связи по положению, обеспечивающий повторяемость до 12 микрон. В линейные серводвигатели Dunkermotoren интегрированы линейные подшипники, обеспечивающие долгий срок службы изделия и не требующие дополнительной смазки и другого обслуживания. Серия линейных серводвигателей ServoTube может похвастать диапазоном развиваемых скоростей до 9,4 м/с и ускорений до 586 м/с2. Актуаторы характеризуются классом защиты IP67 и развивают постоянное рабочее усилие от 7 до 276 Н при долговременных нагрузках. Все двигатели соответствуют индустриальным стандартам, что позволяет провести их быстрое внедрение в уже работающие системы. Предлагается большое количество аксессуаров для интеграции актуаторов на базе линейных серводвигателей на замену пневмоцилиндров. Для комплектации с двигателями также предлагаются различные управляющие контроллеры от производителя двигателей.

4.1. Специальная версия защищенных линейных серводвигателей

Специальная серия серводвигателей Dunkermotoren представляет собой мехатронные изделия, реализующие работу в режиме актуатора.

Двигатели этой серии отличаются корпусом, выполненным из нержавеющей стали и характеризуются классом защиты IP69K. Водяное охлаждение двигателей этой серии позволяет развить усилие до 460 Н. В двигатель интегрирован энкодер с разрешением 10 мкм, что обеспечивает повторяемость 25 мкм. режиме актуатора (подвижный шток). Питание двигателя осуществляется от трех фаз, величина питающего напряжения может достигать 600 В. Благодаря этому возможно использование как управляющей электроники, предлагаемой Dunkermotoren, так и контроллеров от сторонних производителей.

4.2. Модули линейного движения

Модули линейного движения компании Dunkermotoren — это готовые к использованию и интеграции в создаваемые системы мехатронные решения. В основе модуля лежит линейный серводвигатель Dunkermotoren, оснащенный направляющей, концевыми выключателями, цепным шлейфом и другими сопутствующими компонентами. Опционально возможно оснащение модуля линейным энкодером с разрешением до 1 мкм для решения задач позиционирования с высокой точностью.

Модуль линейного движения может иметь от 1 до 3 степеней подвижности  комплектуется всегда индивидуально по ТЗ заказчика. Использование модулей линейного движения на базе линейных серводвигателей является хорошей альтернативой приводам на базе шариковинтовых и ременных передач. Модули Dunkermotoren широко применяются в упаковочных машинах и других автоматических линиях.

Илья Герасимов, инженер ООО "Микропривод"

Фотографии предоставлены ООО "Микропривод"

konstruktor.net

линейный электромагнитный привод пресса - патент РФ 2193943

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в оборудовании для обработки давлением. Линейный электромагнитный привод пресса включает статор с размещенной в нем катушкой и якорем, направляющий кожух с упором и возвратную пружину. Якорь состоит из двух подвижных относительно друг друга частей. Одна часть представляет собой стакан, а вторая - расположенный внутри стакана цилиндрический сердечник. Площадь поперечного сечения стакана меньше площади поперечного сечения цилиндрического сердечника. В верхней части стакана и сердечника имеются буртики. Якорь в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком сердечника и упором направляющего кожуха меньше, чем величина рабочего хода якоря. В результате обеспечивается повышение эффективности пресса. 3 ил. Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям оборудования для обработки ударом или давлением с электромагнитным приводом между статором и подвижным якорем. Известен линейный электромагнитный двигатель [1], используемый, например, в приводах прессового оборудования, который содержит цилиндрический статор в виде стакана с размещенной в нем обмоткой, комбинированный якорь, выполненный из цилиндрической и дисковой частей, направляющий корпус (кожух), подшипники скольжения и возвратную пружину. Направляющий корпус выполнен из ферромагнитного материала, а его часть, прилегающая к статору, выполнена большего диаметра. При подходе якоря к этой части кожуха происходит перераспределение пути замыкания магнитного потока и включения в работу верхнего рабочего воздушного зазора, образованного внутренней частью якоря и поверхностью торцевой части статора. При подаче импульса напряжения в обмотку возбуждения двигателя, используемого в качестве силового привода пресса, якорь перемещается вниз, совершая рабочий ход. Вначале тяговое усилие создается в нижнем рабочем зазоре, а при выходе дисковой части якоря на увеличенный диаметр корпуса включается в работу и верхний зазор, что приводит к увеличению ударной электромагнитной силы якоря. Недостатком этого линейного электромагнитного двигателя, работающего в прессовом оборудовании, является большой избыток электромагнитной силы после совершения полезной работы прессом. Так, например, после рубки, штамповки тонколистового материала, когда уже работа выполнена, избыточная электромагнитная сила идет на удар якоря о стопы и в случае, если избыточная электромагнитная сила больше силы сжатия возвратной пружины, то якорь "прилипает" к статору, нарушая частоту ходов якоря. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является двигатель электромагнитного пресса [2], который состоит из статора, обмотки, комбинированного якоря, состоящего из дискового и цилиндрического, двух рабочих воздушных зазоров, возвратной пружины, кожуха и двух стопов - наружного и внутреннего. При подаче импульса напряжения на обмотку якорь приближается к стопам под действием электромагнитных сил, при этом пружина сжимается. С уменьшением воздушных зазоров электромагнитная сила пресса растет по кривой, близкой к гиперболе. Недостатком его является то, что в конце рабочего хода уже после совершения полезной работы пресс развивает большую избыточную электромагнитную силу, идущую на удар якоря о стопы, и в случае превышения избыточной силой силы сжатия возвратной пружины якорь "прилипает" к статору, вызывая сбой в частоте ходов якоря. Задачей изобретения является повышение эффективности пресса за счет уменьшения избыточной электромагнитной силы после совершения полезной работы, идущей на удар якоря о стопы статора, и устранение явления "прилипания" якоря к стопам. Поставленная задача решается следующим образом: в линейном электромагнитном приводе пресса, содержащем статор с размещенной в нем катушкой и якорем, направляющий кожух и возвратную пружину, якорь выполнен из двух подвижных друг относительно друга частей, одна из которых выполнена в виде стакана, а другая, расположенная внутри первой, - в виде цилиндрического сердечника, причем стакан якоря выполнен с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к сердечнику якоря, а оба выполнены с буртиками в верхней части, кроме того, направляющий кожух выполнен с упором, а якорь в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком сердечника и упором направляющего кожуха меньше, чем рабочий ход якоря. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый линейный электромагнитный привод пресса отличается тем,что его комбинированный якорь состоит из двух подвижных относительно друг друга ферромагнитных частей - пустотелой в виде стакана и сплошного цилиндра, размещенного в нем, причем площадь поперечного сечения стакана якоря меньше площади поперечного сердечника якоря. Таким образом, заявляемый линейный электромагнитный двигатель соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, введение которых способствовало устранению вышеназванных недостатков, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". Конструкция и работа линейного электромагнитного привода пресса поясняется чертежами, где на фиг.1 и на фиг.2 приведена конструктивная схема привода пресса, а на фиг.3 зависимость электромагнитной силы F от зазора . Линейный электромагнитный привод пресса содержит магнитопровод статора 1 с катушкой 2 и стопами 3 и 4, якорь 5, выполненный из двух подвижных относительно друг друга частей, одна из которых выполнена в виде стакана 6 с буртиком 7, а вторая - в виде сердечника 8 с буртиком 9, расположенного внутри стакана 6, направляющий кожух 10 с упором 11, возвратную пружину 12. Наружная торцевая поверхность стакана 6 со статором 1 образуют рабочий воздушный зазор 13, а наружная боковая поверхность стакана 6 с буртиком 7 и внутренняя поверхность направляющего кожуха 10 образуют со статором 1 рабочий воздушный зазор 14, равный зазору 13. Воздушный зазор 15 образован внутренней торцевой поверхностью сердечника 8 и внутренней поверхностью стакана 6 в конце рабочего хода якоря 5, который в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком 9 сердечника 8 и упором 11 кожуха 10 меньше его рабочего хода. Стакан 6 и сердечник 8 выполнены из ферромагнитного материала, причем стакан 6 по отношению к сердечнику 8 выполнен конструктивно с меньшей площадью поперечного сечения. Направляющий кожух 10 выполнен из немагнитного материала. Электромагнитный привод пресса работает следующим образом: при подаче импульса напряжения на обмотку 2 комбинированный якорь 5 под действием электромагнитной силы совместно с сердечником 8 как целое устремляется к стопам 3 и 4, уменьшая рабочие воздушные зазоры 13 и 14 (фиг.1). При этом электромагнитная сила его растет по закону, близкому к гиперболе (фиг.3), по кривой 1, развивая при малых зазорах 13 и 14 большую электромагнитную силу. После совершения полезной работы избыточная сила (кривая 2), идущая на удар якоря о стопы снимается по кривой 3 (фиг.3) с помощью упора 11 и буртика 7, а также образованного в магнитной цепи якоря 5 нерабочего воздушного зазора 15. Площадь поперечного сечения стакана 6 якоря 5 во много раз меньше площади поперечного сечения сердечника 8, поэтому стакан 6 быстро насыщается, образуя практически разрыв стали якоря с воздушным зазором 15. После посадки буртика 9 на упор 11 часть развиваемой якорем электромагнитной силы будет затрачена на преодоление отрыва намагниченных поверхностей в области воздушного зазора 14 и вторая часть электромагнитной силы будет погашена за счет образовавшегося воздушного зазора 15 в магнитопроводе якоря, поэтому результирующая электромагнитная сила якоря резко падает и становится меньше силы сжатой пружины 12. При отсутствии импульса напряжения под действием силы пружины якорь 5 возвращается в исходное состояние, уменьшая воздушный зазор 15 до соприкосновения поверхностей магнитопровода якоря с сердечником 8 в области уменьшающегося воздушного зазора 15. Якорь готов к следующему импульсу напряжения. Выполнение комбинированного якоря 5 пустотелым с тонкой стенкой стакана 6 и введенного в него ферромагнитного сердечника 8 с буртиком 9 позволяет в момент подачи импульса напряжения на обмотку 2 развивать электромагнитную силу якорем 5 совместно с сердечником 8, введенным в него по кривой 1 (фиг. 3). При малом рабочем зазоре 13 (и 14) буртик 9 садится на упор 11 кожуха 10. При этом часть развиваемой якорем электромагнитной силы затрачивается на преодоление отрыва намагниченных поверхностей сердечника 8 и якоря 5 в области образовавшегося воздушного зазора 15 и большая часть оставшейся электромагнитной силы будет погашена за счет появления воздушного зазора 15 в магнитопроводе, создавшего большое магнитное сопротивление потоку, что резко уменьшает оставшуюся часть электромагнитной силы. Эффективность заявляемого привода пресса - бесшумность в работе, устраняется избыточная энергия, идущая на удар о стоп. Источники информации 1. Патент РФ 2084071, МКИ 6 Н 02 К 33/02, H 01 F 7/16, B 21 J 7/30, БИ 23, 1996 - аналог. 2. А.с. СССР 734911, МКИ В 21 J 7/30, БИ 19, 1981, с. 267 - прототип.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Линейный электромагнитный привод пресса, содержащий статор с размещенной в нем катушкой и якорем, направляющий кожух и возвратную пружину, отличающийся тем, что якорь выполнен из двух подвижных относительно друг друга частей, одна из которых выполнена в виде стакана, а другая, расположенная внутри первой, - в виде цилиндрического сердечника, причем стакан якоря выполнен с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к сердечнику якоря, а оба выполнены с буртиками в верхней части, кроме того, направляющий кожух выполнен с упором, а якорь в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком сердечника и упором направляющего кожуха меньше, чем рабочий ход якоря.

www.freepatent.ru

Линейный электромагнитный привод пресса | Банк патентов

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в оборудовании для обработки давлением. Линейный электромагнитный привод пресса включает статор с размещенной в нем катушкой и якорем, направляющий кожух с упором и возвратную пружину. Якорь состоит из двух подвижных относительно друг друга частей. Одна часть представляет собой стакан, а вторая - расположенный внутри стакана цилиндрический сердечник. Площадь поперечного сечения стакана меньше площади поперечного сечения цилиндрического сердечника. В верхней части стакана и сердечника имеются буртики. Якорь в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком сердечника и упором направляющего кожуха меньше, чем величина рабочего хода якоря. В результате обеспечивается повышение эффективности пресса. 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям оборудования для обработки ударом или давлением с электромагнитным приводом между статором и подвижным якорем. Известен линейный электромагнитный двигатель [1], используемый, например, в приводах прессового оборудования, который содержит цилиндрический статор в виде стакана с размещенной в нем обмоткой, комбинированный якорь, выполненный из цилиндрической и дисковой частей, направляющий корпус (кожух), подшипники скольжения и возвратную пружину. Направляющий корпус выполнен из ферромагнитного материала, а его часть, прилегающая к статору, выполнена большего диаметра. При подходе якоря к этой части кожуха происходит перераспределение пути замыкания магнитного потока и включения в работу верхнего рабочего воздушного зазора, образованного внутренней частью якоря и поверхностью торцевой части статора. При подаче импульса напряжения в обмотку возбуждения двигателя, используемого в качестве силового привода пресса, якорь перемещается вниз, совершая рабочий ход. Вначале тяговое усилие создается в нижнем рабочем зазоре, а при выходе дисковой части якоря на увеличенный диаметр корпуса включается в работу и верхний зазор, что приводит к увеличению ударной электромагнитной силы якоря. Недостатком этого линейного электромагнитного двигателя, работающего в прессовом оборудовании, является большой избыток электромагнитной силы после совершения полезной работы прессом. Так, например, после рубки, штамповки тонколистового материала, когда уже работа выполнена, избыточная электромагнитная сила идет на удар якоря о стопы и в случае, если избыточная электромагнитная сила больше силы сжатия возвратной пружины, то якорь "прилипает" к статору, нарушая частоту ходов якоря. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является двигатель электромагнитного пресса [2], который состоит из статора, обмотки, комбинированного якоря, состоящего из дискового и цилиндрического, двух рабочих воздушных зазоров, возвратной пружины, кожуха и двух стопов - наружного и внутреннего. При подаче импульса напряжения на обмотку якорь приближается к стопам под действием электромагнитных сил, при этом пружина сжимается. С уменьшением воздушных зазоров электромагнитная сила пресса растет по кривой, близкой к гиперболе. Недостатком его является то, что в конце рабочего хода уже после совершения полезной работы пресс развивает большую избыточную электромагнитную силу, идущую на удар якоря о стопы, и в случае превышения избыточной силой силы сжатия возвратной пружины якорь "прилипает" к статору, вызывая сбой в частоте ходов якоря. Задачей изобретения является повышение эффективности пресса за счет уменьшения избыточной электромагнитной силы после совершения полезной работы, идущей на удар якоря о стопы статора, и устранение явления "прилипания" якоря к стопам. Поставленная задача решается следующим образом: в линейном электромагнитном приводе пресса, содержащем статор с размещенной в нем катушкой и якорем, направляющий кожух и возвратную пружину, якорь выполнен из двух подвижных друг относительно друга частей, одна из которых выполнена в виде стакана, а другая, расположенная внутри первой, - в виде цилиндрического сердечника, причем стакан якоря выполнен с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к сердечнику якоря, а оба выполнены с буртиками в верхней части, кроме того, направляющий кожух выполнен с упором, а якорь в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком сердечника и упором направляющего кожуха меньше, чем рабочий ход якоря. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый линейный электромагнитный привод пресса отличается тем,что его комбинированный якорь состоит из двух подвижных относительно друг друга ферромагнитных частей - пустотелой в виде стакана и сплошного цилиндра, размещенного в нем, причем площадь поперечного сечения стакана якоря меньше площади поперечного сердечника якоря. Таким образом, заявляемый линейный электромагнитный двигатель соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, введение которых способствовало устранению вышеназванных недостатков, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". Конструкция и работа линейного электромагнитного привода пресса поясняется чертежами, где на фиг.1 и на фиг.2 приведена конструктивная схема привода пресса, а на фиг.3 зависимость электромагнитной силы F от зазора δ. Линейный электромагнитный привод пресса содержит магнитопровод статора 1 с катушкой 2 и стопами 3 и 4, якорь 5, выполненный из двух подвижных относительно друг друга частей, одна из которых выполнена в виде стакана 6 с буртиком 7, а вторая - в виде сердечника 8 с буртиком 9, расположенного внутри стакана 6, направляющий кожух 10 с упором 11, возвратную пружину 12. Наружная торцевая поверхность стакана 6 со статором 1 образуют рабочий воздушный зазор 13, а наружная боковая поверхность стакана 6 с буртиком 7 и внутренняя поверхность направляющего кожуха 10 образуют со статором 1 рабочий воздушный зазор 14, равный зазору 13. Воздушный зазор 15 образован внутренней торцевой поверхностью сердечника 8 и внутренней поверхностью стакана 6 в конце рабочего хода якоря 5, который в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком 9 сердечника 8 и упором 11 кожуха 10 меньше его рабочего хода. Стакан 6 и сердечник 8 выполнены из ферромагнитного материала, причем стакан 6 по отношению к сердечнику 8 выполнен конструктивно с меньшей площадью поперечного сечения. Направляющий кожух 10 выполнен из немагнитного материала. Электромагнитный привод пресса работает следующим образом: при подаче импульса напряжения на обмотку 2 комбинированный якорь 5 под действием электромагнитной силы совместно с сердечником 8 как целое устремляется к стопам 3 и 4, уменьшая рабочие воздушные зазоры 13 и 14 (фиг.1). При этом электромагнитная сила его растет по закону, близкому к гиперболе (фиг.3), по кривой 1, развивая при малых зазорах 13 и 14 большую электромагнитную силу. После совершения полезной работы избыточная сила (кривая 2), идущая на удар якоря о стопы снимается по кривой 3 (фиг.3) с помощью упора 11 и буртика 7, а также образованного в магнитной цепи якоря 5 нерабочего воздушного зазора 15. Площадь поперечного сечения стакана 6 якоря 5 во много раз меньше площади поперечного сечения сердечника 8, поэтому стакан 6 быстро насыщается, образуя практически разрыв стали якоря с воздушным зазором 15. После посадки буртика 9 на упор 11 часть развиваемой якорем электромагнитной силы будет затрачена на преодоление отрыва намагниченных поверхностей в области воздушного зазора 14 и вторая часть электромагнитной силы будет погашена за счет образовавшегося воздушного зазора 15 в магнитопроводе якоря, поэтому результирующая электромагнитная сила якоря резко падает и становится меньше силы сжатой пружины 12. При отсутствии импульса напряжения под действием силы пружины якорь 5 возвращается в исходное состояние, уменьшая воздушный зазор 15 до соприкосновения поверхностей магнитопровода якоря с сердечником 8 в области уменьшающегося воздушного зазора 15. Якорь готов к следующему импульсу напряжения. Выполнение комбинированного якоря 5 пустотелым с тонкой стенкой стакана 6 и введенного в него ферромагнитного сердечника 8 с буртиком 9 позволяет в момент подачи импульса напряжения на обмотку 2 развивать электромагнитную силу якорем 5 совместно с сердечником 8, введенным в него по кривой 1 (фиг. 3). При малом рабочем зазоре 13 (и 14) буртик 9 садится на упор 11 кожуха 10. При этом часть развиваемой якорем электромагнитной силы затрачивается на преодоление отрыва намагниченных поверхностей сердечника 8 и якоря 5 в области образовавшегося воздушного зазора 15 и большая часть оставшейся электромагнитной силы будет погашена за счет появления воздушного зазора 15 в магнитопроводе, создавшего большое магнитное сопротивление потоку, что резко уменьшает оставшуюся часть электромагнитной силы. Эффективность заявляемого привода пресса - бесшумность в работе, устраняется избыточная энергия, идущая на удар о стоп. Источники информации1. Патент РФ 2084071, МКИ 6 Н 02 К 33/02, H 01 F 7/16, B 21 J 7/30, БИ 23, 1996 - аналог. 2. А.с. СССР 734911, МКИ В 21 J 7/30, БИ 19, 1981, с. 267 - прототип.

Формула изобретения

Линейный электромагнитный привод пресса, содержащий статор с размещенной в нем катушкой и якорем, направляющий кожух и возвратную пружину, отличающийся тем, что якорь выполнен из двух подвижных относительно друг друга частей, одна из которых выполнена в виде стакана, а другая, расположенная внутри первой, - в виде цилиндрического сердечника, причем стакан якоря выполнен с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к сердечнику якоря, а оба выполнены с буртиками в верхней части, кроме того, направляющий кожух выполнен с упором, а якорь в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком сердечника и упором направляющего кожуха меньше, чем рабочий ход якоря.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 19.12.2003

Извещение опубликовано: 20.04.2005        БИ: 11/2005

bankpatentov.ru


Смотрите также