Диференційний лінійний електропривід

Диференційний лінійний електропривід, що містить два електродвигуни постійного струму індукторного типу, які сполучені спільним валом, при цьому вторинна частина першого електродвигуна жорстко сполучена з валом, а вторинна частина другого електродвигуна сполучена з валом за допомогою передачі гвинт-гайка або шарикогвинтової пари, або магнітного гвинта. Винахід відноситься до галузі електромашинобудування і може бути використаним в приводах зворотно-поступального та прямолінійного переміщення виробничих механізмів, що використовують низькі й наднизькі швидкості (лінійний рух) робочого органа, наприклад, в установках для вирощування штучни х кристалів, у намотувальних пристроях кабельного виробництва та ін. Незважаючи на різноманітність природних характеристик електродвигунів, все частіше виникає необхідність одержання приводів з особливими (штучними) характеристиками. Це призводить до необхідності розробки і створення спеціальних систем електропривода, наприклад, з двома різними швидкостями (номінальна швидкість і так звана «повзуча») з особливо жорсткою механічною характеристикою (для бумаговиробничих машин), з круто падаючою («екскаваторною») характеристикою та ін. Одним з відомих способів одержання штучни х характеристик є дводвигунний електропривод. Суть його полягає в тому, що два двигуни працюють на одне механічне навантаження, причому кожен з двигунів може працювати не тільки в рушійному, але й у гальмовому режимі [див. Андреев В.П., Сабинин Ю.А. Основы электропривода. Госэнергоиздат. 1963. с. 631-638]. Загальним недоліком таких електроприводів є низький ККД, а також короткочасний режим роботи при отриманні «повзучих» швидкостей, що пов'язано, зокрема, з наявністю великих струмів, близьких до пускових. Відомий також безредукторний електропривод на базі машин подвійного руху, в якому розширення функціональних можливостей обумовлено забезпеченням двох незалежних видів руху, наприклад, повільного обертання статора і швидкого обертання ротора [Авторське свідоцтво СРСР №674165, клас Н02К41/02, 1979. Б. №26]. Але, як і в дводвигунному приводі, в подібному електроприводі здійснюється зміна параметрів тільки одного виду руху - обертального. Близькою за технічною сутністю до запропонованого винаходу є модифікація машини подвійного руху, що містить ротор і статор, на робочих поверхнях яких виконані гвинтові нарізки, і опорноосьові підшипники, установлені на роторі. Статор забезпечений напрямними, які розташовані уздовж вісі обертання ротора, що дозволяє статору рухатися поступально [див. Авторське свідоцтво СРСР №640402, клас Н02К41/02. 1979. Б. №48]. (19) UA (11) 83521 (13) C2 (21) a200607061 (22) 04.07.2006 (46) 25.07.2008, Бюл.№ 14, 2008 р. (72) БУЛГАР ВІКТОР ВАСИЛЬОВИЧ, UA, ІВЛЄВ АН АТОЛІЙ ДМИТРОВИЧ, U A, ЯКОВЛЄВ ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ, U A (73) БУЛГАР ВІКТОР ВАСИЛЬОВИЧ, UA, ІВЛЄВ АН АТОЛІЙ ДМИТРОВИЧ, U A, ЯКОВЛЄВ ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ, U A (56) RU 2130226, H02K17/30, H02P7/38, 10.05.1999 SU 1585881, H02K33/00, 15.08.1990 RU 2102826, H02K7/06, 41/02, 20.01.1998 UA 65064, H02K23/06, 29/00, 15.03.2004 UA 69152, H02K57/00, H03K23/66, 15.08.2004 SU 674165, H02K41/02, 15.07.1979 WO 9505024, H02K17/30, 17/16, 16.02.1995 3 83521 Недоліком відомої машини є жорстка залежність лінійної швидкості руху від кроку гвинтової нарізки, що суттєво обмежує діапазон регулювання, а також можливість зміщення вісі гвинтових нарізок, що утримуються магнітним потоком, в залежності від зміни навантаження частин, які рухаються поступово, що відповідно призводить до пульсації швидкості або до виходу двигуна із синхронізму. Таким чином, у зазначеній електричній машині, як і в інших, що використовують так званий «магнітний гвинт», одержання низьких і наднизьких швидкостей лінійного переміщення, що є вихідною характеристикою машини, є проблемою. Заявникам невідомий диференційний лінійний електропривод, що містить два двигуни, поєднані одним валом. У зв'язку із зазначеним, жодне з перелічених технічних рішень не може бути обране в якості прототипу. В основу винаходу поставлена задача створити диференційний лінійний електропривод, який дозволяє при роботі в тривалому режимі з номінальними параметрами кожного з двигунів, без установки складних додаткових кінематичних передач, одержати лінійні переміщення з широким діапазоном регулювання швидкості, в тому числі з наднизькими швидкостями (до міліметрів на годину). Поставлена задача вирішена в конструкції диференційного лінійного електроприводу, що містить два електродвигуна постійного струму індукторного типу, сполучені спільним валом, при цьому вторинна частина першого електродвигуна жорстко сполучена з валом, а вторинна частина другого електродвигуна сполучена з валом за допомогою передачі гвинт - гайка або шарикогвинтової пари, або магнітного гвинта. Для зменшення інерційності, і, відповідно, підвищення швидкості відпрацьовування сигналу завдання, запропонований диференційний електропривод може бути виконаний на базі практично любого з відомих двигунів постійного струму індукторного типу, наприклад, використовуючи дугостаторний двигун або індукторний двигун кільцевого типу, в якого обмотки якоря і збудження розміщуються на одній частині (магнітопровід якоря), тоді як вторинна його частина (дисковий ротор) виконує функції формувача основного магнітного потоку. Найбільш перспективною є реалізація диференційного електропривода на основі безконтактного двигуна постійного струму індукторного типу з дисковим ротором, наприклад, на базі торцевого електричного двигуна постійного струму індукторного типу [див. опис до патенту України №69152 А, Н02К57/00, Н02К23/66, 2004р., Бюл. №8]. Поставлена задача досягається тим, що в запропонованому лінійному електроприводі використовуються два двигуна постійного струму індукторного типу (наприклад, на базі двигунів постійного струму індукторного типу по [патенту України №65064 А, Н 02 К 23/06, Н 02 К 29/00, 2004р., Бюл. №30]), поєднаних загальним валом, що жорстко з'єднаний із вторинною частиною першого двигуна, тоді як аналогічна частина другого двигуна з'єднана із загальним валом за допомогою передачі гвинт - гайка, шарикогвинтової пари, магнітно 4 го гвинта або іншого виду подібного перетворювача руху, причому другий двигун може поступально переміщатися відносно вала зі швидкістю, яка визначається різницею частот обертання вторинних частин двигунів постійного струму індукторного типу і параметрами передачі, що перетворює обертовий рух у поступальний. Диференційний лінійний електропривод зображений на кресленні, де: Фіг.1 - конструктивна схема диференційного лінійного електропривода (поздовжній розріз); Фіг.2 - конструктивна схема диференційного лінійного електропривода (вид у плані); Фіг.3 - конструктивна схема диференційного лінійного електропривода (переріз А-А); Фіг.4 - двигун постійного струму індукторного типу з дисковим ротором і шарикогвинтовою парою (аксонометрія). Запропонований диференційний лінійний електропривод складається з двох (Фіг.1 - Фіг.4) двигунів постійного струму індукторного типу 1, 2, вторинні частини яких поєднані загальним валом 5. Вторинна частина 3 поєднана з валом 5 жорстким кріпленням, вторинна частина 4 - за допомогою, наприклад, нарізного з'єднання, тобто на частині вала і на внутрішній поверхні вторинної частини 4 є різьба. Характерною особливістю запропонованої конструкції є те, що двигун 1 укріплений на загальній плиті 6 нерухомо. Двигун 2 має можливість поступального переміщення відносно загального вала 5 завдяки, наприклад, наявності опор кочення 7. Двигун постійного струму індукторного типу 1, 2 (Фіг.1, 3) складається з П-образної феромагнітної станини 8, виконаної у вигляді дуги певного радіуса, яка несе магнітопроводи якоря з обмотками збудження 9 та якірною обмоткою 10. У проміжку між магнітопроводами якоря переміщуються феромагнітні сектори II вторинної частини 3, 4 двигуна постійного струму індукторного типу. При подачі постійної напруги на обмотки якоря 10 і обмотки збудження 9 на сектори II починає діяти обертаючий момент, під дією якого немагнітний диск 12 з установленими на ньому секторами II починає обертатися. Електромеханічний або напівпровідниковий комутатор робить перемикання струмів секцій обмотки якоря таким чином, щоб у провідниках, які перебувають на цей момент напроти кожного із секторів II, протікав струм одного напрямку при обертанні в одну сторону. Реверс і регулювання частоти обертання вторинної частини двигуна постійного струму відбувається загальновідомими способами, які застосовують для звичайних обертових машин постійного струму. Запропонований диференційний лінійний електропривод працює в наступних чотирьох режимах: 1. Якщо на обмотки якоря і збудження 10, 9 двигунів 1, 2 подати напруги постійного струму, рівні по величині, то вторинні частини II обох двигунів прийдуть до обертання з однаковою частотою (w1=w2). При цьому лінійне переміщення двигуна 2 дорівнює нулю (V=0). 5 83521 2. Напруга якоря двигуна 2 менше напруги якоря двигуна 1: u2w1 і, обкочуюсь по різьбі 5, вторинна частина і, відпові 6 дно, весь двигун 2, будуть лінійно переміщатися в напрямку, протилежно описаному в режимі 2. 4. Напруга якоря двигуна 2 протилежна за знаком відносно напруги якоря двигуна 1: u2=-u 1. В цьому випадку, наприклад при однакових значеннях напруг по величині, результуюча частота обертання Dw=w1-(-w2)=2w 1. Двигун 2 буде лінійно переміщатися з максимально можливої для номінального режиму швидкістю. Представлений варіант диференційного лінійного електропривода на базі дугостаторних двигунів постійного струму індукторного типу припускає можливість використання подібного пристрою і для механізмів з реалізацією малих значень номінальних моментів і сил лінійного переміщення, наприклад, для приймально-віддаючого пристрою технологічної машини для виробництва волоконно-оптичного кабелю. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 83521 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601