[go: up one dir, main page]

RU2842476C1 - Linear discrete electric drive - Google Patents

Linear discrete electric drive Download PDF

Info

Publication number
RU2842476C1
RU2842476C1 RU2024132678A RU2024132678A RU2842476C1 RU 2842476 C1 RU2842476 C1 RU 2842476C1 RU 2024132678 A RU2024132678 A RU 2024132678A RU 2024132678 A RU2024132678 A RU 2024132678A RU 2842476 C1 RU2842476 C1 RU 2842476C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sections
electric drive
anchor
linear discrete
armature
Prior art date
Application number
RU2024132678A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Людмила Андреевна Нейман
Владимир Юрьевич Нейман
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2842476C1 publication Critical patent/RU2842476C1/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used in electromechanical drive devices for linear discrete displacements. Linear discrete electric drive comprises a magnetic conductor with poles, a traction coil, a movable multisection armature with a composite rod in the form of coaxially located tubular elements, each of which is connected to one of the armature sections and is equipped with a stop at the opposite end. Traction coil is made in the form of separate sections according to the number of armature sections, separated from each other by poles adjacent to magnetic conductor. Beginnings and ends of the leads of each section of the coil are connected to switching means of their supply circuits.
EFFECT: increased initial pulling force, reduced weight of movable elements of the structure and increased efficiency of linear discrete electric drive with preservation of possibility of accurate positioning and fixation of actuating elements within the whole range of motion at discrete movements of anchor sections.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электромеханического привода для линейных дискретных перемещений с возможностью промежуточной фиксации исполнительных элементов.The invention relates to electrical engineering and can be used in electromechanical drive devices for linear discrete movements with the possibility of intermediate fixation of actuators.

Известен линейный шаговый электродвигатель, применяемый в дискретном электроприводе [а.с. 985893 СССР, МКл. H02K 41/03. Линейный шаговый электродвигатель // С.В. Савин, Н.М. Фролов, А.О. Дегтярь, И.И. Иванов. - № 33096664/24-07; заявл. 29.06.81; опубл. 30.12.82, бюлл. № 48. - 3 с.], содержащий корпус с размещенными внутри с возможностью осевого перемещения электромагнитами, соединенными друг с другом стяжками в виде скоб, и установленным с ними на одной оси подпружиненным штоком. A linear stepper electric motor is known, used in a discrete electric drive [auth. 985893 USSR, MKl. H02K 41/03. Linear stepper electric motor // S.V. Savin, N.M. Frolov, A.O. Degtyar, I.I. Ivanov. - No. 33096664/24-07; declared. 29.06.81; published. 30.12.82, bulletin. No. 48. - 3 p.], comprising a housing with electromagnets placed inside with the possibility of axial movement, connected to each other by ties in the form of brackets, and a spring-loaded rod installed with them on the same axis.

Включение или отключение любого из электромагнитов приводит к перемещению штока на одно и тоже расстояние, характерное для линейного дискретного электропривода, обеспечивая высокую точность позиционирования и возможность промежуточной фиксации исполнительных элементов в широком диапазоне перемещений.Turning on or off any of the electromagnets results in the rod moving the same distance, typical for a linear discrete electric drive, ensuring high positioning accuracy and the possibility of intermediate fixation of actuators in a wide range of movements.

К недостаткам известного технического решения следует отнести невысокое быстродействие устройства, вызванное значительным увеличением массы подвижных частей в процессе дискретных перемещений штока, так как включение любого из электромагнитов приводит к присоединению к подвижной массе штока дополнительной массы ранее включенных электромагнитов либо электромагнитов, ожидающих своего включения.The disadvantages of the known technical solution include the low speed of the device, caused by a significant increase in the mass of the moving parts during discrete movements of the rod, since the inclusion of any of the electromagnets leads to the addition of an additional mass of previously included electromagnets or electromagnets awaiting their inclusion to the moving mass of the rod.

Известен линейный дискретный электропривод [а.с. 1605297 СССР, МКл. H02K 41/03, F15B 9/09. Линейный дискретный электропривод // В.И. Дорощенко, Б.Н. Зехцер, Е.Г. Молчановский, Б.А. Тростановский, Я.Л. Хесин, А.Н. Явор. - № 40696851/24-07; заявл. 09.04.86; опубл. 07.11.90, бюлл. № 41. - 3 с.], содержащий размещенные вдоль одной оси сочлененные парами электромагниты, крайний из которых выполнен с плоским якорем с закрепленным на нем штоком, а якорем каждого другого является близко расположенный к нему электромагнит, взаимное перемещение которых ограничено чередующемися вдоль оси ограничителями хода и упругими радиальными упорами.A linear discrete electric drive is known [a.s. 1605297 USSR, MKl. H02K 41/03, F15B 9/09. Linear discrete electric drive // V.I. Doroshchenko, B.N. Zekhtser, E.G. Molchanovsky, B.A. Trostanovsky, Ya.L. Khesin, A.N. Yavor. - No. 40696851/24-07; declared 09.04.86; published 07.11.90, bulletin. No. 41. - 3 p.], containing electromagnets arranged along one axis and articulated in pairs, the outermost of which is made with a flat anchor with a rod fixed to it, and the anchor of each other is an electromagnet located close to it, the mutual movement of which is limited by travel limiters and elastic radial stops alternating along the axis.

Высокая точность позиционирования штока электропривода и возможность промежуточной фиксации исполнительных элементов при дискретных перемещениях на всем интервале движения обеспечивается взаимным перемещением электромагнитов вследствие включений или отключений связанных с ними через ограничители хода рядом стоящих электромагнитнов.High accuracy of positioning of the electric drive rod and the possibility of intermediate fixation of actuators during discrete movements over the entire range of movement is ensured by the mutual movement of electromagnets due to the switching on or off of adjacent electromagnets connected to them through travel limiters.

К недостаткам известного технического решения следует отнести невысокое быстродействие устройства, вызванное увеличением массы подвижных частей в процессе работы, так как массой якоря включенного в работу электромагнита является присоединенная к штоку масса притянутых друг к другу ранее отработавших электромагнитов либо электромагнитов, ожидающих своего включения.The disadvantages of the known technical solution include the low speed of the device, caused by the increase in the mass of moving parts during operation, since the mass of the anchor of the electromagnet included in the operation is the mass of previously worked electromagnets or electromagnets waiting to be included, attached to the rod, attracted to each other.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является электромагнитный двигатель [а.с. 1721739 А1 СССР, МКл H02K 33/12. Электромагнитный двигатель возвратно-поступательного движения // А.Н. Ряшенцев, В.И. Малинин, А.И. Толстик. - №4738945/07; заявл. 20.09.89; опубл. 23.03.92, бюлл. №11. - 2 с.], содержащий магнитопровод с полюсами и тяговой катушкой, подвижный многосекционный якорь с составным штоком в виде коаксиально расположенных трубчатых элементов, каждый из которых соединен с одной из секций якоря и снабжен упором на противоположном конце.The closest in technical essence to the proposed invention is an electromagnetic motor [a.s. 1721739 A1 USSR, MKl H02K 33/12. Electromagnetic reciprocating motor // A.N. Ryashentsev, V.I. Malinin, A.I. Tolstik. - No. 4738945/07; declared. 20.09.89; published. 23.03.92, bulletin No. 11. - 2 p.], containing a magnetic circuit with poles and a traction coil, a movable multi-section anchor with a composite rod in the form of coaxially located tubular elements, each of which is connected to one of the anchor sections and is provided with a stop at the opposite end.

Данное техническое решение принимается в качестве прототипа.This technical solution is accepted as a prototype.

Однако в такой конструкции электромагнитного двигателя увеличение рабочего хода связано с увеличением зазоров между отдельными секциями якоря, что приводит к уменьшению начального тягового усилия и снижению быстродействия устройства. Скомпенсировать начальное тяговое усилие можно за счет увеличения рабочей поверхности секций якоря, а значит увеличения их массы, что также снижает быстродействие устройства.However, in such a design of the electromagnetic motor, the increase in the working stroke is associated with an increase in the gaps between individual sections of the anchor, which leads to a decrease in the initial traction force and a decrease in the speed of the device. The initial traction force can be compensated for by increasing the working surface of the anchor sections, and therefore increasing their mass, which also reduces the speed of the device.

Также к недостаткам конструкции следует отнести возможность точного позиционирования исполнительных элементов при движении многосекционного якоря только для двух его крайних положений, соответствующих включенному и обесточенному состоянию двигателя. Промежуточной фиксации исполнительных элементов на интервале движения многосекционного якоря в конструкции не предусмотрено.Also, the design disadvantages include the possibility of precise positioning of the actuators during the movement of the multi-section anchor only for its two extreme positions, corresponding to the on and off-state of the engine. The design does not provide for intermediate fixation of the actuators during the movement interval of the multi-section anchor.

Задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в повышении быстродействия линейного дискретного электропривода путем снижения массы подвижных элементов конструкции при сохранении функциональных возможностей точного позиционирования и промежуточной фиксации исполнительных элементов на интервале движения якоря.The problem solved in the proposed invention consists of increasing the speed of a linear discrete electric drive by reducing the mass of the moving elements of the structure while maintaining the functional capabilities of precise positioning and intermediate fixation of the actuators over the range of movement of the anchor.

Решение задачи достигается тем, что линейный дискретный электропривод, содержащий магнитопровод с полюсами, тяговую катушку, подвижный многосекционный якорь с составным штоком в виде коаксиально расположенных трубчатых элементов, каждый из которых соединен с одной из секций якоря и снабжен упором на противоположном конце, имеет тяговую катушку, выполненную в виде отдельных секций по числу секций якоря, разделенных между собой примыкающими к магнитопроводу полюсами, начала и концы выводов каждой из которых связаны со средствами коммутации цепей их питания.The solution to the problem is achieved by the fact that a linear discrete electric drive containing a magnetic circuit with poles, a traction coil, a movable multi-section anchor with a composite rod in the form of coaxially arranged tubular elements, each of which is connected to one of the anchor sections and is equipped with a stop at the opposite end, has a traction coil made in the form of separate sections according to the number of anchor sections, separated from each other by poles adjacent to the magnetic circuit, the beginnings and ends of the terminals of each of which are connected to the means for switching their power supply circuits.

Благодаря такому техническому решению увеличение рабочего хода многосекционного якоря не оказывает влияния на начальное тяговое усилие и не снижает быстродействия электропривода, что устраняет недостатки прототипа. Масса подвижных частей конструкции зависит только от величины рабочего хода и используемого числа секций якоря. При этом расширяются функциональные возможности линейного дискретного электропривода, определяемые точностью его позиционирования при выполнении дискретных перемещений на интервале движения многосекционного якоря с возможностью промежуточной фиксации исполнительных элементов. Due to such a technical solution, the increase in the working stroke of the multi-section anchor does not affect the initial traction force and does not reduce the speed of the electric drive, which eliminates the disadvantages of the prototype. The mass of the moving parts of the structure depends only on the size of the working stroke and the number of anchor sections used. At the same time, the functional capabilities of the linear discrete electric drive are expanded, determined by the accuracy of its positioning when performing discrete movements on the interval of movement of the multi-section anchor with the possibility of intermediate fixation of the actuators.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен продольный разрез линейного дискретного электропривода. The essence of the invention is explained by a drawing, which shows a longitudinal section of a linear discrete electric drive.

Линейный дискретный электропривод (Фиг.1) содержит магнитопровод 1 с примыкающими к нему полюсами 2. Между полюсами размещены секции тяговых катушек 3 - 6, выводы каждой из которых связаны со средствами коммутации 7 цепей их питания. Внутри секций тяговых катушек и находящимися с ними на одной оси, расположен многосекционный якорь состоящий из подвижных секций 8 - 11 со штоком 12 и жестко связанных с ними трубчатых элементов 13 - 15, снабженных упорами на противоположном конце и подпружиненных относительно магнитопровода возвратной пружиной 16. Отдельные подвижные секции якоря 8 - 11 образуют между своими рабочими поверхностями, расположенными перпендикулярно их оси, воздушные зазоры δ, суммарная длина которых равна величине рабочего хода электропривода. Число секций тяговых катушек устанавливается исходя из числа секций якоря.The linear discrete electric drive (Fig. 1) contains a magnetic circuit 1 with poles 2 adjacent to it. Between the poles there are sections of traction coils 3 - 6, the terminals of each of which are connected to the switching means 7 of their power supply circuits. Inside the sections of the traction coils and located with them on the same axis, there is a multi-section anchor consisting of movable sections 8 - 11 with a rod 12 and rigidly connected to them tubular elements 13 - 15, equipped with stops at the opposite end and spring-loaded relative to the magnetic circuit by a return spring 16. Separate movable sections of the anchor 8 - 11 form air gaps δ between their working surfaces located perpendicular to their axis, the total length of which is equal to the value of the working stroke of the electric drive. The number of sections of the traction coils is established based on the number of sections of the anchor.

Линейный дискретный электропривод работает следующим образом. В исходном состоянии секции тяговых катушек 3 - 6 обесточены. Под действием упругой силы возвратной пружины 16 секции якоря 8 - 11 и шток 12 через упоры зафиксированы относительно своих рабочих поверхностей, образующих между отдельными секциями воздушные зазоры δ, и находятся в раскрытом состоянии, показанном на чертеже (фиг.1) The linear discrete electric drive operates as follows. In the initial state, the sections of the traction coils 3 - 6 are de-energized. Under the action of the elastic force of the return spring 16, the sections of the anchor 8 - 11 and the rod 12 are fixed relative to their working surfaces through the stops, forming air gaps δ between the individual sections, and are in the open state shown in the drawing (Fig. 1)

Работа электропривода начинается с коммутации цепи питания секции тяговой катушки 3, расположенной в нижней части устройства. Протекание тока в цепи питания тяговой катушки создает контур замыкания магнитного потока Ф, проходящего через воздушный зазор δ, образованный нижней рабочей поверхностью секции якоря 8. Под действием магнитного поля, сжимая возвратную пружину 16, секция якоря 8 перемещается вниз на величину воздушного зазора δ, а вместе с ней за счет взаимодействия упоров штока 12 и трубчатых элементов 13 - 15 перемещаются на величину рабочего воздушного зазора секции якоря 9 - 11, обеспечивая направленную вниз передачу усилия на секцию якоря 11, к которой приложена нагрузка.The operation of the electric drive begins with switching the power supply circuit of the traction coil section 3, located in the lower part of the device. The flow of current in the power supply circuit of the traction coil creates a circuit for closing the magnetic flux Ф, passing through the air gap δ, formed by the lower working surface of the armature section 8. Under the action of the magnetic field, compressing the return spring 16, the armature section 8 moves downwards by the value of the air gap δ, and together with it, due to the interaction of the rod stops 12 and the tubular elements 13 - 15, they move by the value of the working air gap of the armature section 9 - 11, ensuring a downward transmission of force to the armature section 11, to which the load is applied.

Дальнейшая последовательная коммутация цепей питания секций тяговых катушек 4 - 6 сопровождается аналогичными процессами. При этом перемещаются все вышестоящие секции якоря 9 -11 на величину выбранного воздушного зазора, обеспечивая направленную вниз передачу усилия и дискретное перемещение секции якоря 11 на величинуFurther sequential switching of the power supply circuits of the sections of traction coils 4 - 6 is accompanied by similar processes. In this case, all the higher sections of the anchor 9 -11 are moved by the value of the selected air gap, ensuring the downward transmission of force and discrete movement of the section of the anchor 11 by the value

x = n⋅δ, x = n ⋅δ,

где n - количество последовательно включенных секций якоря.where n is the number of series-connected anchor sections.

В исходное состояние электропривод возвращается под действием упругих сил возвратной пружины 16, постоянно приложенной к упорам трубчатых элементов 13 - 14 и штока 12, и коммутацией на отключение цепей питания секций тяговых катушек 3 - 6.The electric drive returns to its initial state under the action of the elastic forces of the return spring 16, constantly applied to the stops of the tubular elements 13 - 14 and the rod 12, and by switching off the power supply circuits of the sections of the traction coils 3 - 6.

В описываемом режиме рабочего хода последовательное отключение цепей питания секций тяговых катушек 3 - 6 в обратной последовательности обеспечивает перемещение секции якоря 11 вверх на величину воздушного зазора отработавших секций якоря с возможностью промежуточной фиксации исполнительных элементов на всем интервале движения многосекционного якоря.In the described operating mode, the sequential disconnection of the power supply circuits of the sections of traction coils 3 - 6 in the reverse order ensures the movement of the armature section 11 upward by the value of the air gap of the worked sections of the armature with the possibility of intermediate fixation of the actuators over the entire range of movement of the multi-section armature.

Упругие свойства возвратной пружины 16 определяются из расчета усилия, необходимого для позиционирования секций якоря при обратном ходе.The elastic properties of the return spring 16 are determined by calculating the force required to position the anchor sections during the return stroke.

В предложенном варианте конструкции электропривода последовательное включение цепей питания секций тяговых катушек, приводит к перемещению силами магнитного поля секции якоря 11 и приложенной к секции нагрузки сверху вниз, а отключение секций тяговых катушек, к перемещению секции якоря 11 силами возвратной пружины 16 снизу вверх на величину выбранного воздушного зазора. При этом секция якоря 11 на интервале движения может занимать n-промежуточных фиксированных положений, равное числу секций якоря.In the proposed design variant of the electric drive, the sequential switching on of the power supply circuits of the traction coil sections leads to the movement of the armature section 11 and the load applied to the section from top to bottom by the magnetic field forces, and the disconnection of the traction coil sections leads to the movement of the armature section 11 by the forces of the return spring 16 from bottom to top by the value of the selected air gap. In this case, the armature section 11 can occupy n -intermediate fixed positions on the movement interval, equal to the number of armature sections.

Повышение быстродействия в рассмотренной конструкции электропривода при сохранении величины рабочего хода достигается за счет уменьшения величины воздушного зазора между секциями якоря и увеличения числа этих секций и соответственно числа секций тяговых катушек.An increase in the speed of action in the considered design of the electric drive while maintaining the value of the working stroke is achieved by reducing the size of the air gap between the sections of the anchor and increasing the number of these sections and, accordingly, the number of sections of the traction coils.

Работа линейного дискретного электропривода не исключает возможности одновременной коммутации цепей питания всех секций тяговых катушек, что повышает быстродействие работы устройства на интервале всего рабочего хода.The operation of a linear discrete electric drive does not exclude the possibility of simultaneous switching of the power supply circuits of all sections of the traction coils, which increases the speed of operation of the device over the entire working stroke.

Величина максимального хода электропривода будет зависеть от выбора размеров воздушных зазоров между рабочими поверхностями секций якоря и числа установленных секций.The maximum stroke of the electric drive will depend on the choice of the size of the air gaps between the working surfaces of the anchor sections and the number of installed sections.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с известными, позволяет при больших рабочих ходах повысить начальное тяговое усилие, уменьшить массу подвижных элементов конструкции и повысить быстродействие линейного дискретного электропривода, сохраняя при этом функциональные возможности точного позиционирования при дискретных перемещениях секций якоря с промежуточной фиксацией исполнительных элементов на всем интервале движения.Thus, the proposed technical solution, in comparison with known ones, allows for an increase in the initial traction force at large working strokes, a decrease in the mass of the moving elements of the structure and an increase in the speed of the linear discrete electric drive, while maintaining the functional capabilities of precise positioning during discrete movements of the anchor sections with intermediate fixation of the actuators over the entire range of movement.

Claims (1)

Линейный дискретный электропривод, содержащий магнитопровод с полюсами, тяговую катушку, подвижный многосекционный якорь с составным штоком в виде коаксиально расположенных трубчатых элементов, каждый из которых соединен с одной из секций якоря и снабжен упором на противоположном конце, отличающийся тем, что тяговая катушка выполнена в виде отдельных секций по числу секций якоря, разделенных между собой примыкающими к магнитопроводу полюсами, начала и концы выводов каждой из которых связаны со средствами коммутации цепей их питания.A linear discrete electric drive containing a magnetic circuit with poles, a traction coil, a movable multi-section anchor with a composite rod in the form of coaxially arranged tubular elements, each of which is connected to one of the anchor sections and is provided with a stop at the opposite end, characterized in that the traction coil is made in the form of separate sections according to the number of anchor sections, separated from each other by poles adjacent to the magnetic circuit, the beginnings and ends of the terminals of each of which are connected to the means for switching their power supply circuits.
RU2024132678A 2024-10-31 Linear discrete electric drive RU2842476C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2842476C1 true RU2842476C1 (en) 2025-06-26

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU985893A1 (en) * 1981-06-29 1982-12-30 Пензенский Политехнический Институт Linear stepping motor
SU1605297A1 (en) * 1986-04-09 1990-11-07 Одесское специальное конструкторское бюро специальных станков Linear discrete electric drive
SU1721739A1 (en) * 1989-09-20 1992-03-23 Институт Горного Дела Со Ан Ссср Electromagnetic reciprocal motor
RU2166829C1 (en) * 2000-01-12 2001-05-10 Уфимский государственный авиационный технический университет Linear stepping motor
JP2010035287A (en) * 2008-07-25 2010-02-12 Hitachi Ltd Cylindrical linear motor, and electromagnetic suspension and motor-driven power steering device using the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU985893A1 (en) * 1981-06-29 1982-12-30 Пензенский Политехнический Институт Linear stepping motor
SU1605297A1 (en) * 1986-04-09 1990-11-07 Одесское специальное конструкторское бюро специальных станков Linear discrete electric drive
SU1721739A1 (en) * 1989-09-20 1992-03-23 Институт Горного Дела Со Ан Ссср Electromagnetic reciprocal motor
RU2166829C1 (en) * 2000-01-12 2001-05-10 Уфимский государственный авиационный технический университет Linear stepping motor
JP2010035287A (en) * 2008-07-25 2010-02-12 Hitachi Ltd Cylindrical linear motor, and electromagnetic suspension and motor-driven power steering device using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4870375B2 (en) Electromagnetic actuator and control method thereof
US20070194872A1 (en) Electromagnetic actuator
RU2842476C1 (en) Linear discrete electric drive
CA1108695A (en) Pulsed excitation alternator
JP5642692B2 (en) Multi-armature linear motor / alternator with magnetic spring, high output and no leakage magnetic field
US5719543A (en) Magnetically powered linear displacement apparatus
EP2395519B1 (en) Bistable permanent magnetic actuator
EP0814309A3 (en) Passive three state electromagnetic motor/damper for controlling stirling refrigerator expanders
RU2842738C1 (en) Linear discrete electric drive
RU2397567C1 (en) Polarised electromagnet
CN115847386A (en) Bionic artificial muscle and bionic robot
RU2797842C1 (en) Electromagnetic reciprocating motion motor
EP2546847A1 (en) Fast switch with Thomson coil and damping
SU985893A1 (en) Linear stepping motor
CN110828232B (en) Mechanical logic control two-way actuating mechanism based on shape memory alloy
US4340846A (en) Magnetic apparatus for producing movement
KR100809902B1 (en) Manipulators for vacuum breakers and vacuum breakers
Takeuchi et al. An electromagnetically actuated vacuum circuit breaker developed by electromagnetic analysis coupled with motion
RU2791263C1 (en) Linear discrete electric drive
SU1767639A1 (en) Linear step motor
RU2435287C1 (en) Electromagnetic device with reciprocal anchor movement
RU2234789C2 (en) Reversible pulse-controlled electromagnetic drive
RU215222U1 (en) Electromagnetic vacuum contactor
SU287401A1 (en) DIGITAL STEP-UP EXECUTIVE DEVICE
CN119572457B (en) An electromagnetic compressor