Пристрій для перетворення електричної енергії в механічну

1. Пристрій для перетворення електричної енергії в механічну, що включає розміщений на транспортному засобі енергоприймач з Шподібним магнітопроводом та вмонтованою в нього обмоткою, і тягову мережу з двох кабелів та магнітного ярма поверх, причому на стрижнях магнітопроводу закріплено щітки з магнітної гуми, які контактують з ярмом, який відрізняться тим, що магнітопровід оснащений другим ярмом з феромагнітного матеріалу, виконаний поділеним по довжині на окремі секції, які сполучені між собою феромагнітними вставками висотою, меншою висоти C2 2 (19) 1 3 розташованого на транспортному засобі енергоприймача з магнітопроводом Ш-подібної форми із фериту, всередину якого вкладено обмотку, та тягової мережі з двох кабелів, поверх яких по всій довжині мережі розмішено ярмо з магнітної гуми. На стрижнях магнітопроводу закріплено щітки з магнітної гуми, які контактують з ярмом. Недоліками зазначеного пристрою є необхідність використання електродвигуна для забезпечення руху транспортного засобу та відповідних перетворювачів електричної енергії у форму, прийнятну для живлення двигуна. В основу винаходу поставлено завдання удосконалення пристрою для енергопостачання транспортного засобу, в якому шляхом зміни конструкції енергоприймача та введенням нових елементів, забезпечується створення механічної рушійної сили і, за рахунок цього, спрощується та здешевлюється електрообладнання транспортного засобу. Поставлене завдання вирішується тим, що у відомому пристрої для енергопостачання безконтактного транспортного засобу в складі розміщеного на транспортному засобі енергоприймача з Ш-подібним магнітопроводом та вкладеної в нього обмотки, і тягової мережі з двох кабелів та магнітного ярма поверх них, причому на стрижнях магнітопроводу закріплено щітки з магнітної гуми, які контактують з ярмом, згідно з винаходом, магнітопровід з введеним в нього другим ярмом з феромагнітного матеріалу виконано поділеним по довжині на окремі секції, які сполучені між собою феромагнітними вставками висотою, меншою висоти середніх стрижнів секцій і таким чином, що між секціями, угорі та унизу, створено поперечні пази, причому крайні вставки сполучено між собою другим ярмом, яке розміщено поверх середніх стрижнів секцій і з проміжками між ними, а на верхній площині другого ярма закріплено, через проміжки, щітки з магнітної гуми. Обмотку енергоприймача зроблено поділеною попарно на окремі групи витків (першу та другу), які розміщено в пазах таким чином, що кожна пара охоплює відповідну секцію магнітопроводу, а площини перших та других груп кожної пари зроблено, відповідно, з протилежним нахилом до горизонталі, та введено конденсатори і перемикачі на два положення, до виводів яких з одного боку приєднано окремо кожну пару груп витків, а з іншого боку - конденсатори. Також, введено блок керування та другу обмотку з окремих, послідовно з'єднаних груп витків, які розміщено в згаданих вище пазах таким чином, що витки охоплюють феромагнітні вставки і їх площини співпадають з вертикаллю, причому виводи другої обмотки з'єднано між собою посередництвом блоку керування. Крім того, згідно з винаходом, ярмо тягової мережі по довжині зроблено з окремих відрізків із фериту, сполучених між собою магнітною гумою. Сутність винаходу пояснюється кресленням, де на Фіг.1 зображено поздовжній (осьовий) переріз пристрою, на Фіг.2 - горизонтальний переріз пристрою, на Фіг.3 - поперечний переріз пристрою, на Фіг.4 - схема ввімкнення першої та другої груп витків обмотки енергоприймача. 89281 4 Пристрій для перетворення електричної енергії в механічну містить енергоприймач з магнітопровідом із фериту, який зроблено з окремих по довжині секцій 1 Ш-подібної форми в поперечному перерізу, кожна довжиною l 1, (на Фіг.1 і 2 зображено три секції), сполучених між собою вставками 2 довжиною l2 і висотою, меншої висоти середніх стрижнів 3 (Фіг.3) секцій 1 магнітопроводу. При цьому, в магнітопроводі, між секціями по довжині, унизу та угорі, створюються проміжки - поперечні пази 4 прямокутної форми (Фіг.1). Крайні по довжині вставки 2 з'єднано між собою ярмом 5 з фериту (Фіг.1, 2, 3), яке розташоване поверх середніх стрижнів 3 секцій 1 магнітопроводу з проміжками а між верхньою площиною стрижнів та ярмом 5 (Фіг.1). Розмір д проміжків забезпечено таким, що магнітний опір на шляху потоку з ярма 5 через проміжки у середні стрижні 3 більш як на порядок перевищує магнітний опір на шляху повздовжнього магнітного потоку через секції 1, відповідні вставки 2 і ярмо 5. На верхній площині ярма 5 розміщено через проміжки і закріплено, наприклад, за допомогою клею щітки 6 (Фіг.1, 3) з гнучкої магнітної гуми, таким чином, що місцеположення деяких з них співпадає з вертикальними вісями пазів 4. Обмотку енергоприймача зроблено з окремих груп витків - перших 7 та других 8 з однаковим числом витків у групах (на Фіг.1, 2, 4 показано одновиткові групи), кожна з яких розміщена в пазах 4 магнітопроводу таким чином, що витки охоплюють секцію, переходячи з верхнього паза (по одну сторону секції, наприклад, ліву) у відповідний нижній паз (по другу сторону секції, праву), тобто площини розміщення перших та других груп витків виконано, відповідно, з протилежним за розміром нахилом до горизонталі. Кожні дві групи витків в складі першої 7 та другої 8 груп приєднано окремо, з одного боку до виводів перемикача на два положення 9. З іншого боку виводи перемикача 9 з'єднано з конденсатором 10 (Фіг.4). Розмір ємності кожного з конденсаторів 10 вибрано таким, що забезпечує в кожній групі витків стан резонансу напруг, або - близький до нього. Другу обмотку (рухальну) зроблено з окремих, послідовно з'єднаних між собою груп витків 11, причому кількість витків у кожній із груп може бути різною (на Фіг.1, 2 наведено одновиткові групи; елементи з'єднання не показано). Виводи другої обмотки приєднано до блоку керування (на Фіг. не показано), який має у своєму складі вимикач та елементи регулювання швидкості руху. Групи витків 11 розміщено в пазах 4 магнітопроводу таким чином, що витки охоплюють феромагнітні вставки 2, тобто, площини витків співпадають з вертикаллю (Фіг.1). Тягову мережу зроблено з двох кабелів - прямого 12 та зворотного 13 (Фіг.3), які закріплені з нижньої сторони ярма 14 (Фіг.1, 3). На початку мережі кабелі 12 і 13 підключені до джерела високочастотного струму (на Фіг. не показано), а в кінці з'єднані між собою. Ярмо 14 розміщено по всій довжині тягової мережі і зроблено з окремих відрізків із фериту, які 5 сполучені між собою вставками 15 (Фіг.1) з гнучкої магнітної гуми. На верхніх площинах бокових стрижнів 16 і 17 магнітопроводу (Фіг.2, 3) закріплено, наприклад, за допомогою клею і через проміжки щітки 18 і 19 з гнучкої магнітної гуми, які контактують з нижньою поверхнею ярма 14 (Фіг.3). Енергоприймач з магнітопроводом, обмотками та конденсаторами закріплено на транспортному засобі 20 (Фіг.1, 3). Ярмо 14 тягової мережі прикріплено до стелі гірничої виробки (на Фіг. не показано). Поперечні розміри верхньої частини магнітопроводу (ширина середніх 3 та бокових 16, 17 стрижнів) зроблено більшими відповідних розмірів ярма 14 (Фіг.3) з метою забезпечення працездатності пристрою при можливих поперечних зміщеннях магнітопроводу відносно тягової мережі. Пропонований пристрій для перетворення електричної енергії в механічну працює таким чином. Після ввімкнення джерела високочастотного струму навколо кабелів 12 і 13 тягової мережі виникає змінне магнітне поле. При розташуванні транспортного засобу під кабелями мережі, це магнітне поле забезпечує проходження магнітного потоку ФM (на Фіг.3 показаного пунктирною лінією) по центральній частині ярма 14, через щітки 6, далі, по другому ярму 5 і проміжку в стрижні 3 магнітопроводу. З нижніх сторін середніх стрижнів магнітний потік мережі проходить по боковим стрижням 16 і 17 і через щітки 18, 19 входить в ярмо 14. Вказаний магнітний потік пронизує першу 7 та другу 8 групи витків і викликає появу в них змінних електрорушійних сил (ЕРС). Останні спричинюють змінні струми в тих групах витків - перших 7 або других 8, які в даний момент підключені за допомогою перемикачів 9 до відповідних конденсаторів 10. Змінні струми груп витків, наприклад, перших 7 (ліве положення перемикачів 9, Фіг.4) створюють відповідні магнітні потоки, орієнтовані перпендикулярно площинам розміщення витків. Позначимо кут нахилу площин перших груп витків до горизонталі через . Тоді, горизонтальна складова магнітного потоку груп витків ФГ=Фm sin , вертикальна складова - Фв=Фm cos , де Фm - амплітуда результуючого магнітного потоку, у даному випадку, перших груп витків. Вертикальна складова Фв проходить по тому ж магнітному колу, що і потік ФМ тягової мережі, і забезпечує відповідну реакцію енергоприймача на дію магнітного потоку мережі. Горизонтальна складова ФГ потоку груп витків, завдяки проміжкам , проходить впродовж всіх секцій 1 і внутрішніх вставок 2, далі з крайньої лівої вставки по другому ярму 5 у крайню праву вставку (Фіг.1, пунктирна лінія). При цьому, складова ФГ пронизує групи витків 11 і викликає появу в них відповідних ЕРС. При узгодженопослідовному з'єднанню,як варіант, груп витків 11 ЕРС окремих груп сумуються, створюючи ЕРС рухальної обмотки. Після введення в дію блоку керування, в обмотці і, відповідно, в групах витків 11 виникає струм, частота якого відповідає частоті магнітного потоку тягової мережі. Струм груп витків 11 взаємодіє з магнітним потоком ФМ тягової 89281 6 мережі, внаслідок чого виникають механічні зусилля, які діють як на сторони груп витків 11 у верхніх, так і на сторони груп витків у нижніх пазах 4. Напрям дії цих зусиль взаємно протилежний по причині відповідного напряму струму у вказаних сторонах груп витків 11. Конструкція магітопроводу енергоприймача забезпечує магнітна індукцію поля мережі в просторі верхніх пазів 4 значно більшу в порівнянні з індукцією цього поля в нижніх пазах. Тому, зусилля, яке діє на сторони груп витків 11, розташованих у верхніх пазах 4, значно перевищує протилежне за напрямком і , як наслідок, забезпечує рух транспортного засобу. Після переводу перемикачів 9 у праве положення (Фіг.4), конденсатори 10 будуть ввімкнені в електричне коло других 8 груп витків, кут нахилу площини яких до горизонталі складає (- ). При цьому, горизонтальна складова магнітного потоку груп витків обмотки енергоприймача ФГ=Фmsin()=-Фm sin змінює напрям дії на протилежний. Відповідно, змінюється напрям ЕРС і струму в групах витків 11. Змінюється на протилежний і напрям дії зусиль на відповідні сторони груп витків 11, що забезпечує реверсування пристрою. Працездатність пристрою пояснюється наступними викладками. Миттєве значення струму тягової мережі: iм=Imsin t, де Im - амплітуда струму; кутова частота; t - біжний час. Нехтуючи насиченням магнітного кола пристрою, запишемо вираз для миттєвого значення магнітного потоку мережі: Фм=k1Imsin t, де k - коефіцієнт пропорційності. Миттєве значення ЕРС, що створюється потоком Фм у кожній групі витків 7 або 8: d м ee we E m e sin t 90  , dt де we - число витків у групі; Em w e k1Im e амплітуда ЕРС. Струм в одній із груп витків 7 або 8 при умові резонансу напруг: ie Im sin e де Im e t 90  , Em e - амплітуда струму; Rг - активRг ний опір групи витків. Горизонтальна складова ФГ магнітного потоку, що викликана, наприклад, струмом перших 7 груп витків ФГ k 2i e sin k 2Im sin sin e t 90  , де k2 - коефіцієнт пропорційності. Миттєве значення ЕРС в рухальній обмотці, тобто в послідовно з'єднаних групах витків 11 від дії складової потоку ФГ: dn Г ep mw p E m sin sin t 180  p dt , E m p sin sin t де m - загальне число груп витків 11 рухальної обмотки; wp - число витків у кожній з груп 11; n – загальна кількість груп 7 або 8; - амплітуда ЕРС. Em nmwp k 2Im p e Струм у рухальній обмотці 7 ip Im sin p де Im p sin t Em Z p 89281 , Fm sin cos . 2 Використання в обмотці енергоприймача перших та других груп витків, які навперемінно вводяться в роботу, забезпечує реверсування транспортного засобу. Ввімкнення конденсаторів в електричне коло перших та других груп витків забезпечує в ньому стан резонансу напруг що, дає змогу збільшити потужність пристрою. Використання фериту для ярма тягової мережі дозволяє зменшити його магнітний опір та збільшити індуктивний зв'язок кабелів тягової мережі з обмоткою енергоприймача. Сполучення відрізків ярма мережі магнітною гумою дає змогу зберегти гнучкість ярма в цілому і забезпечує його цілісність при можливих деформаціях місць кріплення ярма. F - амплітуда струму; z - повний опір обмотки; - фазовий зсув струму відносно ЕРС. Миттєве значення зусилля, що діє на розміщені у верхніх пазах 4 магнітопроводу сторони Фм груп витків 11: f=Bмbmwpip, де Bм - амплітуsя да магнітної індукції тягової мережі на поверхні ярма 5; b - ширина вставок 2. Після підстановки в попередній вираз співвідношень для Фм і ір, маємо: Fm , f sin cos cos 2 t 2 k1Im де Fm bmw pImp - амплітуда зусилля. Sя Середнє значення зусилля, яке створює пристрій Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601