Електродинамічний привід

1. Електродинамічний привід, у якому електрична енергія перетворюється в лінійне переміщення штовхача приводу, що включає електричну котушку і електропровідний якір, виконаний з неферомагнітного матеріалу принаймні в тій частині якоря, в яку проникає магнітне поле котушки, взаємодіючий з котушкою при підключенні котушки до імпульсного джерела електричної енергії, що містить конденсатор з підключеним до нього комутаційним пристроєм із блоком керування, який відрізняється тим, що включає N електричних котушок, при цьому N 1 , і K електропровідних якорів, при цьому K 1 , а комутаційний пристрій виконаний з можливістю забезпечення часткової розрядки конденсатора в аперіодичному режимі розрядки. 2. Електродинамічний привід за п. 1, який відрізняється тим, що комутаційний пристрій виконаний з можливістю забезпечення керування потужністю приводу багаторазовим підключеннямвідключенням конденсатора. 3. Електродинамічний привід за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що комутаційний пристрій виконаний з можливістю забезпечення позиціонування приводу шляхом подачі серії імпульсів струму. 4. Електродинамічний привід за будь-яким з пп. 13, який відрізняється тим, що комутаційний пристрій являє собою транзистор з ізольованою базою. 5. Електродинамічний привід за будь-яким з пп. 14, який відрізняється тим, що конденсатор являє собою електролітичний конденсатор. 2 (19) 1 3 Корисна модель відноситься до області електротехніки, зокрема до електродинамічних приводів. Існує ряд пристроїв, для функціонування яких необхідні електрокеровані приводи, що забезпечують задані переміщення протягом дуже коротких і точно позначених проміжків часу. Так, наприклад, в схемах керування перемінним струмом високої потужності очевидна перевага відкриття і закриття контактів за час, проміжок якого набагато менше половини тривалості циклу перемінного струму, що дозволяє розірвати або встановити контакт протягом одного з коротких проміжків часу, коли миттєва потужність в схемі відносно низька. У пристроях відбору проб рідин або газів у випадку вивчення процесів, що швидко змінюються, потрібно зробити відбір зразка в точно визначений проміжок часу. У системах дозування рідин або газів швидкість і точність роботи привода є визначальною для досягнення точності дозування. В якості електрокерованих приводів, що використовуються для забезпечення функціонування зазначених типів пристроїв, застосовуються п'єзоелектричні приводи, електромагнітні приводи, а також електродинамічні приводи різної конструкції. Дію п'єзоелектричного привода засновано на п'єзоелектричному ефекті - взаємному, оборотному зв'язку механічних деформацій або напруг і електричної поляризації в деяких діелектричних кристалах. Принциповим недоліком п'єзоелектричного привода, що обмежує його робочий хід, є мала відносна зміна розмірів навіть при великій величині напруженості електричного поля. Внаслідок цього, для переміщення привода, наприклад на 50-100мкм необхідна сумарна висота кристалів більша ніж 100мм, що приводить до росту маси рухливої частини привода. При цьому механічна міцність п'єзоелектричних кристалів при великій кількості циклів навантаження значно нижче міцності металів, а це приводить до неможливості одержання великого робочого ходу при достатньому ресурсі роботи такого привода. Принцип дії електромагнітного привода заснований на прагненні магнітного поля, створюваного струмом, який протікає через обмотку електромагніта, до мінімального об'єму. Внаслідок цього рухливий феромагнітний якір електромагніта прагне зайняти таке положення, коли середня силова лінія магнітного поля в магнітопроводі електромагніта буде мати мінімально можливу для даної конструкції довжину. Принциповими недоліками електромагнітного привода, що обмежують його швидкодію, є ефект насичення магнітопроводу і великий вплив початкового повітряного зазору на величину тягової сили. Таким чином, для збільшення тягової сили електромагніта, через ефект насичення магнітопроводу, необхідно пропорційно збільшувати масу рухливої частини магнітопроводу, тобто питома (віднесена до рухливої маси) величина сили тяги електромагніта обмежена. Отже, можна говорити про існування межі швидкодії пристроїв з даним приводом, що обмежує область його застосування. Предметом даної корисної моделі є електродинамічний привід, принцип дії якого заснований на використанні ефекту силової взаємодії елект 16248 4 ричного струму і магнітного поля. Основними елементами конструкції існуючих електродинамічних приводів є імпульсне джерело електричної енергії, що включає конденсатор, комутатор і блок керування, а також штовхач привода, яким може бути електрична котушка або електропровідний якір, що може бути виконаний у виді диска або циліндра (гільзи). При пропущенні через електричну котушку імпульсу струму виникає магнітний потік, що взаємодіє з електропровідним матеріалом електропровідного якоря і наводить в ньому електрорушійну силу. Під дією електрорушійної сили в якорі виникає вихровий електричний струм. Струм якоря взаємодіє з магнітним полем котушки зі струмом, створюючи тим самим імпульс механічної сили відштовхування якоря від котушки. Звичайно застосовується спосіб регулювання привода зміною напруги зарядки конденсаторів, що розряджаються на обмотку котушки в коливальному режимі розряду. Однак відомі електродинамічні приводи мають цілий набір істотних недоліків, до яких відноситься відносно низький ККД, неможливість тривалої роботи з високою частотою спрацьовування, складність їх конструктивного виконання, великі розміри зазначених пристроїв і їх дорожнеча. Крім того, зазначені приводи функціонують близько до своїх граничних можливостей по параметрах швидкодії і частоти спрацьовування. В відомих електродинамічних приводах не враховується вплив застосовуваного режиму розряду конденсатора на його ресурс і енергоємність. В даний час в електродинамічних приводах в основному застосовується коливальний режим розряду конденсатора, що не забезпечує максимальної ефективності привода. При коливальному режимі розряду конденсатора і при комутації за допомогою тиристора, струм, що проходить через котушку, являє собою одну напівхвилю розрядного імпульсу струму конденсатора, тому що тиристор відключається при проходженні струму в котушці через нуль. Це енергетично невигідний режим розряду, тому що до моменту відключення імпульсу струму конденсатор перезаряджається до напруги зі зворотним знаком. Вказана напруга менше вихідної за величиною, але внаслідок зміни знаку напруги, до початку наступного робочого циклу електродинамічного привода необхідно здійснити часткове перезарядження конденсатора. Таким чином, додаткові струми, що протікають в зарядному пристрої, знижують ККД електродинамічного привода в цілому. Крім того, збільшення розмаху напруги на конденсаторі до величини більшої, ніж необхідна напруга заряду конденсатора, знижує ресурс роботи конденсатора. Зазначені недоліки коливального режиму розряду конденсатора, коли використовується одна напівхвиля імпульсу струму, широко відомі. Однак у практично використовуваних електродинамічних приводах застосування коливального режиму розряду конденсатора обумовлено можливостями використовуваної комутаційної апаратури, у якості якої в даний час використовуються в основному тиристори. Сучасна комутаційна апаратура має обмеження по швидкості наростання струму. Перевищення цієї шви 5 16248 6 дкості наростання розрядного струму в обмотці ду. Охолодження тільки зовнішньої поверхні котукотушки приводить до необхідності збільшення шки не дозволяє відвести достатню кількість тепла потужності комутаційного пристрою або до тепловід внутрішніх витків внаслідок низької теплопровівого пробою комутаційного пристрою. Крім того, дності існуючих електроізоляційних матеріалів, що керування зусиллям, що розвиває електродинаміу реальних обмотках котушки складають біля почний привід, в основному здійснюється шляхом ловини об'єму. Потужність, а значить швидкодія та регулювання напруги заряду конденсатора, що є частота спрацьовування існуючих електродинамітехнологічно складним. чних приводів обмежені можливостями їх охолоТаким чином, можна зробити висновок, що кодження. ливальний режим розряду конденсатора доцільно Також на ККД електродинамічного привода застосовувати для найпростіших електродинамічвпливає співвідношення між індуктивним і активних приводів невеликої потужності без регулюванним опорами диска при діючій частоті струму. У ня механічного зусилля, що розвивається електвідомих електродинамічних приводах не виявлеродинамічним приводом. Застосування ж ний вплив на ефективність привода співвідношень зазначеного режиму конденсатора для порівняно між індуктивним і активним опорами диска при потужних електродинамічних приводів у пристродіючій частоті струму. Якщо активний опір диска ях, для функціонування яких потрібно забезпеченбуде близько до індуктивного опору, дорівнює або ня заданих переміщень протягом дуже коротких і буде більше його, ефективність роботи привода точно позначених проміжків часу, є недоцільним, буде різко падати. Це пояснюється зрушенням по оскільки не дозволяє забезпечити необхідну швифазі вектора імпульсу наведеного струму в диску дкодію і частоту спрацьовування електродинамічщодо вектора імпульсу струму в котушці в процесі ного привода. розряду конденсатора, внаслідок чого зміщаються У відомих конструкціях електродинамічних максимальні значення індукції магнітного поля в приводів в якості імпульсного джерела енергії викотушці і наведеного струму в диску. Це приводить користовуються конденсатори металопаперового, до зменшення механічної сили, яка визначається металоплівкового та інших типів, призначених для взаємодією струму в диску з магнітним полем короботи в імпульсних режимах з повним розрядом тушки в розглянутий момент часу. запасеної в конденсаторі енергії. Такі конденсатоУ відомих та найбільш розповсюджених консри мають принципові недоліки. В імпульсному ретрукціях електродинамічного привода не визначежимі розряду при короткочасному за величиною ний і не враховується вплив розмірів і конструкції імпульсі струму, що необхідний для ефективної обмотки електричної котушки на коефіцієнт магніроботи електродинамічного привода, ресурс роботного зв'язку котушки і якоря, а, отже, і на ефектити таких конденсаторів має невелику величину. вність електродинамічного привода. Магнітний Так для більшості типів конденсаторів, що працюзв'язок між електричною котушкою і електропровіють в імпульсному режимі розряду, ресурс не педним якорем визначається коефіцієнтом магнітноревищує 100млн розрядів. Іншим недоліком таких го зв'язку, що є найважливішим параметром елекконденсаторів є низька питома енергоємність. Так тричної котушки і якоря. Фізично коефіцієнт для сучасних серійних конденсаторів зазначених магнітного зв'язку показує, яка частина магнітного вище типів питома енергоємність не перевищує потоку, що створюється струмом, який протікає по 50Дж/дм3. обмотці електричної котушки, проникає в якір і Зазначені недоліки обумовлені також багатьма бере участь у створенні імпульсу механічної сили. іншими факторами. Зокрема експериментально Коефіцієнт магнітного зв'язку К визначається як було встановлено, що відносно низький ККД і діюM K (1), ча сила відомих електродинамічних приводів обуL1 L2 мовлені неоптимальним сполученням параметрів і де М - взаємна індуктивність обмотки електринедоліками конструкції складових частин привода. чної котушки і якоря; Внаслідок цього при заданій величині імпульсу L1, L2 - індуктивність обмотки електричної комеханічної сили в кілька разів збільшується велитушки і якоря відповідно. чина необхідної електричної енергії, що накопичуВзаємна індуктивність визначається геометріється в конденсаторі, що знижує ККД привода в єю електричної котушки і якоря, їх взаємним розцілому і збільшує його складність. У свою чергу ташуванням, кількістю витків в обмотці котушки. низький ККД зазначених приводів обумовлює неЕфективність електродинамічного привода має обхідність підведення значної потужності до елеквелику залежність від величини коефіцієнта магнітричної котушки порівняно невеликого розміру. тного зв'язку. Чим вище величина коефіцієнта маВелика частина підведеної електричної енергії гнітного зв'язку, тим вище ефективність електроперетворюється в тепло і нагріває привід. Відвід динамічного привода за інших рівних умов. Тому значної кількості тепла від електродинамічного при створенні електродинамічного привода необпривода є складною технічною проблемою. Нахідно намагатись створити таку конструкцію, при приклад, у системах електродинамічного штампуякій коефіцієнт магнітного зв'язку буде максимальвання котушки виконуються з провідника у виді ним, а, отже, і ефективність електродинамічного трубки, по якій проходить охолодна рідина. Викопривода буде збільшуватися. Однак існуючі консристання подібного рішення для охолодження трукції електродинамічних приводів не повною електродинамічного привода в системах керуванмірою відповідають зазначеній вимозі. ня технічно здійснити неможливо в силу невеликих Також на ККД електродинамічного привода розмірів котушки з порівняно великою кількістю впливає омічний опір електропровідного якоря. У витків проводу і відповідно малого перерізу прово 7 16248 8 відомих електродинамічних приводах не виявлене електричними котушками, а штовхачами є дві рухіснування граничного для ефективної роботи елекливі котушки. Електропровідний якір виконаний у тродинамічного привода активного омічного опору виді однієї з зазначених рухливих котушок, яка якоря. Зі збільшенням активного омічного опору являє собою поршень, виконаний у виді стакана з якоря вихровий струм, що наводиться в ньому, неферомагнітного матеріалу. Зазначена котушказменшується і, відповідно, зменшується імпульс поршень розміщена між нерухомими котушками, механічної сили і ККД електродинамічного привовиконана з напрямком витків, протилежним нада. Експериментально було встановлено, що при прямку витків першої рухливої котушки і магнітно з перевищенні деякого максимального питомого нею зв'язана, а з робочим органом, наприклад із омічного опору матеріалу вихровий струм, що наклапаном, зв'язана механічним і гідравлічним зв'яводиться в якорі, різко зменшується, і, відповідно, зком, причому кожна з рухливих котушок має елекзменшуються імпульс механічної сили, що розвитричний зв'язок з нерухомою котушкою, яка противається, і ККД електродинамічного привода. лежна іншій рухливій котушці. Крім того, на ККД значний вплив справляють Недоліками описаної конструкції є обмежений геометричні розміри електричної котушки і електімпульс сили, обумовлений величиною струмів, які ропровідного якоря, який виконують, наприклад, у підводяться до котушок, величина яких обмежена виді диска. У відомих електродинамічних приводах можливостями сучасної комутаційної апаратури, і величина імпульсу сили звичайно визначається як низький ККД, що не дозволяють забезпечити невеличина, пропорційна діаметру котушки і рівного обхідний імпульс механічної сили, великі габарити їй по діаметрі електропровідного диска. Однак привода, обумовлені наявністю чотирьох котушок, експериментально встановлено, що існує максивелика енергоємність привода, обумовлена низьмальна величина діаметрів конструктивних елеким ККД. Велика електрична потужність, яка підментів електродинамічного привода, при перевиводиться до котушок порівняно невеликого розміщенні якої помітно знижується його ККД. Також на ру, приводить до того, що велика частина ККД електродинамічного привода впливає товщипідведеної електричної енергії перетворюється в на електричної котушки, оскільки ККД процесу петепло і нагріває привід, що значно знижує період редачі електричної енергії від конденсатора в елеефективної роботи пристрою і приводить до пектропровідний диск електродинамічного привода редчасного виходу його з ладу. падає при великій товщині котушки. Виникнення Відомий електродинамічний привід, описаний вихрового струму в диску створює магнітне поле в [авторському свідоцтві СРСР №1335827], у якодиска, яке спрямовано назустріч магнітному полю му електрична енергія перетворюється в лінійне котушки та в результаті зменшує магнітне поле переміщення штовхача привода, який включає котушки, витісняючи його в протилежну від диска електричну котушку і електропровідний якір, взаєчастину котушки. В результаті магнітне поле в модіючий з котушкою при підключенні котушки до диску, з яким взаємодіють вихрові струми диска, імпульсного джерела енергії, яке містить кондензменшується і як наслідок зменшується механічна сатор з підключеним до нього комутаційним присила, що залежить від взаємодії вихрового струму строєм із блоком керування. При цьому викорисз магнітним полем, створеним у котушці. Існуючі ж товуваний комутаційний пристрій виконаний з електродинамічні приводи найчастіше виконані з можливістю забезпечення роботи конденсатора в неоптимальними розмірами їх конструктивних коливальному режимі розряду, крім того, у якості елементів. комутаційного пристрою використовується тирисЩе одним фактором, що обумовлює зазначені тор. недоліки існуючих електродинамічних приводів, є Недоліками описаної конструкції є використе, що у відомих електродинамічних приводах не тання коливального режиму розряду конденсатовраховується вплив феромагнітного матеріалу ра, при якому струм, що проходить через котушку, електропровідного якоря на ефективність електявляє собою одну напівхвилю розрядного імпульсу родинамічного привода. В основному матеріал струму конденсатора. Такий енергетично невигіддиска в тій частині, у якій проникає магнітний потік, ний режим розряду конденсатора приводить до що створюється струмом котушки, є феромагнітвиникнення додаткових струмів, що протікають у ним. В області феромагнітного матеріалу створюзарядному пристрої, що приводить до зниження ється імпульс механічної сили, зворотний за наККД електродинамічного привода в цілому. Крім прямком імпульсу сили, створюваному взаємодією того, використовувані в якості комутаційного приструму якоря з магнітним полем котушки зі струстрою тиристори мають обмеження за швидкістю мом, що викликає зменшення створюваного елекнаростання струму. Перевищення цієї швидкості тродинамічним приводом імпульсу механічної синаростання розрядного струму в обмотці котушки ли і його ККД. приводить до необхідності збільшення потужності Відомий електродинамічний привід, описаний комутаційного пристрою для запобігання його тепв [авторському свідоцтві СРСР №684629], у якому лового пробою. Крім того, до недоліків описаної електрична енергія перетворюється в лінійне пеконструкції необхідно віднести виконання електрореміщення штовхача привода, який включає елекпровідного якоря з феромагнітного матеріалу, що тричну котушку і електропровідний якір з неферообумовлює можливість виникнення імпульсу мемагнітного матеріалу принаймні в тій частині ханічної сили зворотного за напрямком імпульсу якоря, у яку проникає магнітне поле котушки, взасили, який створюється взаємодією струму якоря з ємодіючий з котушкою при підключенні котушки до магнітним полем котушки зі струмом, що викликає джерела електричної енергії. При цьому електрозменшення створюваного електродинамічним придинамічний привід виконаний із двома нерухомими водом імпульсу механічної сили і його ККД. 9 16248 10 Найбільш близьким аналогом корисної моделі, енергії застосовується конденсатор з підключеним що заявляється, є електродинамічний привід, опидо нього комутаційним пристроєм із блоком керусаний в [патенті РФ №2029129], в якому електричвання. на енергія перетворюється в лінійне переміщення Найважливішим для забезпечення високого штовхача привода, який включає електричну коККД електродинамічного привода є режим розряду тушку і електропровідний якір з неферомагнітного ємнісного накопичувача енергії. матеріалу принаймні в тій частині якоря, в яку Переважним є використання аперіодичного проникає магнітне поле котушки, взаємодіючий з режиму розряду конденсатора. При аперіодичному котушкою при підключенні котушки до імпульсного режимі розряду конденсатора струм у котушці джерела електричної енергії, що містить конденелектродинамічного привода наростає швидше, сатор з підключеним до нього комутаційним приніж при коливальному режимі, при рівності початстроєм із блоком керування. Комутаційний прикової напруги заряду конденсатора. При великих стрій, який використовується в даній конструкції, швидкостях зміни струму в котушці збільшується виконаний з можливістю забезпечення роботи амплітуда струму в якорі і відповідно росте великонденсатора в коливальному режимі розряду і чина імпульсу механічної сили, що дозволяє заявляє собою тиристор. безпечити високий ККД, а також необхідну швидНедоліками описаної конструкції є коливалькодію, частоту спрацьовування пристрою і ний режим розряду конденсатора, при якому необхідну точність роботи. Доцільно відключати струм, що проходить через котушку, являє собою котушку електродинамічного привода від конденодну напівхвилю розрядного імпульсу струму консатора до або близько до моменту досягнення денсатора. Даний режим розряду конденсатора є струмом котушки максимального значення в облаенергетично невигідним, тому що приводить до сті максимальної швидкості наростання струму. До виникнення додаткових струмів, які протікають в цього моменту напруга на конденсаторі змінюєтьзарядному пристрої, що у свою чергу приводить ся незначно і досягається найбільша ефективність до зниження ККД електродинамічного привода в електродинамічного привода. цілому. Крім того, використовувані в якості комуПри аперіодичному розряді конденсатора на таційного пристрою тиристори мають обмеження котушку електродинамічного привода навіть при по швидкості наростання струму. Перевищення малій величині індуктивності котушки можна одношвидкості наростання розрядного струму в обмотчасно одержати високу величину ККД і сили, що ці котушки приводить до необхідності збільшення розвивається електродинамічним потужності комутаційного пристрою для запобіганприводом. Досягається це в такий спосіб. У ня його теплового пробою. зоні наростання струму через котушку електродиВ основу корисної моделі поставлена задача намічного привода при малій зміні напруги на констворення такого електродинамічного привода, денсаторі, котушка електродинамічного привода який за рахунок простоти та ефективності конструпослідовно кілька разів відключається і підключакції, а також за рахунок підбору та узгодження пається до конденсатора на короткий час. Електрораметрів джерела електричної енергії з параметдинамічний привід при цьому виробляє кілька імрами конструктивних елементів привода, пульсів сили з високим ККД кожного імпульсу, дозволить забезпечити високий ККД, що у свою необхідний же загальний імпульс сили забезпечучергу дозволить створити необхідний імпульс меється додаванням декількох послідовних імпульсів ханічної сили, знизити енергоємність пристрою, а сили. Таке керування потужністю привода фізично також дозволить забезпечити необхідну швидкореалізується за рахунок протікання процесу широдію, частоту спрацьовування пристрою і необхідну тно-імпульсної модуляції. точність роботи. В незалежності від параметрів котушки і якоря Поставлена задача вирішується тим, що елекелектродинамічного привода при аперіодичному тродинамічний привід, в якому електрична енергія розряді електролітичного конденсатора може бути перетворюється в лінійне переміщення штовхача отриманий більш вигідний режим роботи електропривода, який включає електричну котушку і елекдинамічного привода, ніж при коливальному ретропровідний якір виконаний з неферомагнітного жимі розряду конденсатора. матеріалу принаймні в тій частині якоря, у яку проКрім того, при використанні аперіодичного реникає магнітне поле котушки, взаємодіючий з кожиму розряду конденсатора стає можливим викотушкою при підключенні котушки до імпульсного ристання енергоємних електролітичних конденсаджерела електричної енергії, яке містить конденторів, для яких режим неглибокого розряду сатор з підключеним до нього комутаційним привідповідає їх звичайному режиму роботи у якості строєм із блоком керування, при цьому включає N фільтру в блоках живлення. Керування зусиллям, що розвивається електелектричних котушок, при цьому N 1, і К електрородинамічним приводом, здійснюється в слабкопровідних якорів, при цьому К 1 а комутаційний струмовому колі керування часом відкриття і запристрій виконаний з можливістю забезпечення криття комутаційного пристрою, а не шляхом часткового розряду конденсатора в аперіодичному керування напругою заряду конденсатора, що зарежимі розряду. безпечує істотні переваги електродинамічного Забезпечення конструкцією електродинамічнопривода зазначеної конструкції за частотою спраго привода перетворення електричної енергії в цьовування пристрою і необхідною точністю роболінійне переміщення штовхача привода дозволяє ти, значно зменшує складність і вартість комутазабезпечити задані переміщення протягом дуже ційного пристрою. коротких і точно позначених проміжків часу. В якості комутаційного пристрою доцільне виВ якості імпульсного джерела електричної 11 16248 12 користання транзистора. Найбільша ефективність ному до котушки, при цьому якір розташований на електродинамічного привода досягається при векотушці таким чином, що забезпечується охопленликих швидкостях зміни струму в котушці. Тому ня котушки до площини симетрії котушки, яка пердоцільно відключати котушку електродинамічного пендикулярна осі котушки. привода від конденсатора до або близько до моПереважним є виконання електродинамічного менту досягнення струмом котушки максимальнопривода з висотою електричної котушки меншою го значення. До цього моменту напруга на конденніж 3мм. ККД процесу передачі електричної енергії саторі змінюється незначно. Така комутація від конденсатора в диск електродинамічного прикотушки електродинамічного привода і ємнісного вода падає при великій висоті котушки. Виникненнакопичувача дає наступні принципові переваги ня вихрового струму в диску створює магнітне пороботи електродинамічного привода: багаторазоле диска, що спрямовано назустріч магнітному вим підключенням-відключенням конденсатора в полю котушки і приводить до зменшення магнітноточці максимального енергетичного ККД можна го поля котушки, витісняючи його в протилежну від забезпечити необхідну величину механічного зудиска частину котушки. В результаті магнітне поле силля електродинамічного привода для досягненв диску, з яким взаємодіють вихрові струми диска, ня максимально можливого ККД при оптимальнозменшується і внаслідок цього зменшується мехаму сполученні інших параметрів нічна сила, що залежить від взаємодії вихрового електродинамічного привода. Здійснення комутації струму з магнітним полем, створеним у котушці. такого типу, що забезпечує усі вищевказані переВиконання електричної котушки з висотою менваги електродинамічного привода, забезпечується шою ніж 3мм дозволяє запобігти виникненню засаме за рахунок використання транзисторів. значеного несприятливого ефекту. Крім того, краПереважним є використання транзисторів, вищим є виконання електродинамічного привода з конаних за IGBT технологією (IGBT - Insulated Gate діаметром котушки менше ніж 20мм, і відповідно Bipolar Transistors). IGBT транзистор являє собою електропровідного диска з діаметром менше ніж біполярний транзистор з ізольованим затвором 20мм. При рівності діаметрів котушки і диска, зі цілком керований напівпровідниковий прилад, в зменшенням цих діаметрів до найбільш переважоснові якого тришарова структура. Його включення них максимальна амплітуда імпульсу сили росте і і відключення здійснюються подачею і зняттям при діаметрі меншому ніж 20мм має максимальну позитивної напруги між затвором і джерелом. величину. При величині діаметрів більше 20мм Крім того, застосування комутаційного привідбувається значне зниження ефективності елекстрою зазначеного типу дозволяє здійснювати тродинамічного привода внаслідок зниження вепозиціонування електродинамічного привода шляличини імпульсу механічної сили, що приводить до хом подачі серії імпульсів струму на котушку зі зниження ККД, що у свою чергу не дозволяє заструмом. безпечити необхідну швидкодію, частоту спрацьоШтовхачем електродинамічного привода може вування пристрою і необхідну точність роботи. виступати як електрична котушка, так і електропПереважним є виконання котушки з обмоткою, ровідний якір. Якір може бути виконаний у формі виконаною зі стрічки прямокутного перерізу, широциліндра (гільзи) або диска. Таке конструктивне ка сторона стрічки якої при цьому розміщена в виконання електродинамічного привода дозволяє площині, перпендикулярній осі котушки. При цьому застосовувати його в різних областях техніки та в стає можливою конструкція електродинамічного пристроях різного призначення. привода, коли відсутній спеціальний шар ізоляції Доцільно для виготовлення електропровідного між обмоткою котушки і поверхнею диска, що доякоря застосовувати неферомагнітний матеріал зволяє додатково збільшити величину коефіцієнта принаймні в тій частині якоря, у яку проникає магмагнітного зв'язку. нітний потік, який створюється струмом котушки. У використовуваних конструкціях електродиТаке виконання якоря виключає можливість вининамічних приводів відоме застосування котушки, кнення імпульсу механічної сили, зворотного за обмотка якої виконана зі стрічки прямокутного пенапрямком імпульсу сили, створюваному взаєморерізу. При цьому збільшується коефіцієнт заповдією струму диска з магнітним полем котушки зі нення об'єму котушки електропровідним матеріаструмом, що у свою чергу дозволяє забезпечити лом, відповідно, зменшується активний опір високий ККД електропривода, а, отже, дозволить обмотки котушки, збільшується коефіцієнт магнітзабезпечити необхідну швидкодію, частоту спраного зв'язку, тому що котушка може бути виконана цьовування пристрою і необхідну точність роботи. меншої товщини в порівнянні з котушкою, обмотка Переважним є виконання електропровідного якої виконана з проводу круглого перерізу. У відоякоря з діаметром, близьким до діаметра котушки. мих конструкціях обмотка котушки зі стрічки пряЦе обумовлено тим, що виконання електропровідмокутного перерізу виконується таким чином, що ного якоря, наприклад, у формі прямокутної пласширока сторона стрічки знаходиться в площині, тини з діагоналями більшими ніж діаметр котушки, рівнобіжній осі котушки. Це є істотним недоліком приводить до виникнення в електропроводному даної конструкції обмотки котушки, при застосуякорі імпульсу сили, що має напрямок, зворотний ванні в електродинамічному приводі через велику імпульсу сили відштовхування, що у свою чергу кількість причин. Діюча частота розрядного струму приводить до зниження ККД пристрою, а отже до конденсатора, який протікає через обмотку котушзниження швидкодії, припустимої частоти спраки, викликає ефект витиснення струму в перерізі цьовування пристрою і точності роботи. витка. У застосовуваній плоскій котушці цей ефект Якір може бути виконаний із плоским торцем витиснення току буде пропорційний тому розміру або може мати кільцеву канавку на торці, звернестрічки витка, що знаходиться в площині, парале 13 16248 14 льній осі котушки. Таким чином, ефект витиснення Фіг.1 - поперечний розріз одного з варіантів струму в розглянутій котушці буде пропорційний виконання електродинамічного привода, де штовширині стрічки. При реальних діючих частотах хачем є електропровідний якір, виконаний у виді струму розряду конденсатора, ефект витиснення диска. струму приводить до зростання активного опору Фіг.2 - поперечний розріз одного з варіантів обмотки котушки в кілька разів. ККД електродинавиконання електродинамічного привода, де штовмічного привода з котушкою такої конструкції істохачем є електропровідний якір, виконаний у виді тно зменшується. диска з кільцевою канавкою на торці. Електродинамічний привід може містити одну Фіг.3 - поперечний розріз одного з варіантів електричну котушку та один електропровідний виконання електродинамічного привода, де штовякір, що є штовхачем і виконаний у виді диска або хачем можуть бути як електрична котушка так і циліндра (гільзи), тобто при цьому кількість котуелектропровідний якір, виконаний у виді диска. шок N і кількість електропровідних якорів К дорівФіг.4 - поперечний розріз одного з варіантів нює 1. виконання електродинамічного привода, де штовТакож привід може містити одну електричну хачем можуть бути як електрична котушка так і котушку і два електропровідних якоря, при цьому електропровідний якір, виконаний у виді диска з штовхачем може бути або один із зазначених елекільцевою канавкою на торці. ктропровідних якорів, або обидва якоря одночасФіг.5 - поперечний розріз одного з варіантів но. Також привід може містити дві електричні ковиконання електродинамічного привода, виконанотушки та один електропровідний якір, при цьому го у виді набору послідовно встановлених електкотушки підключаються до джерела імпульсу ричних котушок і електропровідних якорів, виконаструму поперемінно для забезпечення роботи них у виді диска. привода, як у прямому, так і в зворотному напрямФіг.6 - схема електродинамічного привода для ку. Також привід може містити набір послідовно роботи в режимі аперіодичного розряду конденсавстановлених котушок і якорів, при цьому штовхатора. чами можуть бути один чи обидва з крайніх якорів На Фіг.1 представлений поперечний розріз одабо котушок. Таким чином, при зазначених консного з варіантів виконання електродинамічного трукціях електродинамічного привода кількість N привода. Електродинамічний привід включає елеккотушок або К електропровідних якорів буде більтричну котушку 1 і штовхач привода 2, яким є елеше 1. ктропровідний якір, виконаний у виді диска, приДоцільне виконання електропровідного якоря чому диск є плоским. зі співвідношенням між його індуктивним і активНа Фіг.2 представлений поперечний розріз одним опорами при еквівалентній діючій частоті ного з варіантів виконання електродинамічного струму не менш ніж 5. Це зв'язано з тим, що при привода. Електродинамічний привід включає елекзбільшенні діючої частоти струму в якорі, струм тричну котушку 1 і штовхач привода 2, яким є елеперестає бути рівномірно розподіленим по переріктропровідний якір, виконаний у виді диска з кільзу якоря. Густина струму стає більшою в шарах, цевою канавкою на торці. які знаходяться ближче усього до поверхні якоря, На Фіг.3 представлений поперечний розріз одприлягаючої до котушки. Фізично це відповідає ного з варіантів виконання електродинамічного збільшенню питомого активного опору матеріалу привода. Електродинамічний привід включає елекякоря. Якщо активний опір якоря буде за значентричну котушку 1 і два електропровідних диски 2 і ням близьким до індуктивного опору, дорівнюва3, причому диски є плоскими. При реалізації затиме або буде більше його, ефективність роботи значеної конструкції у якості штовхача привода привода буде різко падати. Це пояснюється зруможе виступати електрична котушка 1, при цьому шенням по фазі вектора імпульсу наведеного один з дисків 2 або З виконується нерухомим, а струму в якорі щодо вектора імпульсу струму в інший також є штовхачем. Крім того, зазначена котушці в процесі розряду конденсатора, відповідконструкція може бути реалізована шляхом виконо зміщаються максимальні значення індукції магристання у якості штовхача двох дисків 2 і 3 однонітного поля в котушці і наведеного струму в якорі. часно. Це приводить до зменшення механічної сили, яка На Фіг.4 представлений поперечний розріз одвизначається взаємодією струму в якорі з магнітного з варіантів виконання електродинамічного ним полем котушки в розглянутий момент часу. привода. Електродинамічний привід включає елекПереважним є виконання якоря з матеріалу, тричну котушку 1 і два електропровідних диски 2 і 3, причому диски виконані з кільцевою канавкою що має питомий омічний опір менш ніж 2,7 10-8 на торці. При реалізації зазначеної конструкції у Ом м. Зі збільшенням питомого омічного опору якості штовхача привода може виступати електридиска, вихровий струм, що наводиться в диску, чна котушка 1, при цьому один з дисків 2 або 3 зменшується і, відповідно, зменшується імпульс виконується нерухомим, а інший також є штовхамеханічної сили і ККД електродинамічного привочем. Крім того, зазначена конструкція може бути да. Експериментально встановлено, що при перереалізована шляхом використання у якості штоввищенні максимального питомого омічного опору хачів двох дисків 2 і 3 одночасно. матеріалу диска, що має значення 2,7 10-8 Ом м, На Фіг.5 представлений поперечний розріз одвихровий струм, що наводиться в якорі, різко зменого з варіантів виконання електродинамічного ншується, і, відповідно, зменшуються імпульс мепривода. Зазначена конструкція виконана у виді ханічної сили, що розвивається, і ККД електродинабору послідовно встановлених електричних конамічного привода. тушок 1 і електропровідних якорів 2, виконаних у Перелік графічного матеріалу 15 16248 16 виді диска, причому диск виконаний плоским. лася, створює електромагнітне поле навколо обНа Фіг.6 представлена схема електродинамічмотки електродинамічного привода, і тим самим ного привода для роботи в режимі аперіодичного здійснюють часткову передачу індуктивним шлярозряду конденсатора. На схемі представлена хом електромагнітної енергії в штовхач електроелектрична котушка L1, підключена до конденсадинамічного привода, яким у даному варіанті здійтора С, а також електропровідний якір L2. У якості снення корисної моделі є електропровідний якір, комутаційного пристрою використовується IGBT який виконують у виді диска. Проникаючий у електранзистор. тропровідний диск, який виконують з неферомагніРобота електродинамічного привода в одному тного матеріалу в той його частині, у яку проникає з варіантів його виконання здійснюється в такий магнітне поле котушки, перемінний електромагнітспосіб. ний потік наводить у зазначеному диску вихровий Перетворення електричної енергії в лінійне струм, що, взаємодіючи з магнітним потоком, який переміщення штовхача привода здійснюють шляпроникнув у диск, створює імпульс механічної сихом подачі в нерухому електричну котушку 1 імпули. При цьому виконується відштовхування електльсу струму від імпульсного джерела електричної ропровідного диска від котушки, за рахунок чого енергії. Попередньо здійснюють накопичення енездійснюють необхідний вплив на переміщуваний ргії, яка перетворюється в імпульс механічної сили об'єкт. за, допомогою конденсатора. При включенні комуТаким чином, корисна модель, що заявляютьтаційного пристрою, у якості якого використовують ся, представляє собою електродинамічний привід, транзистор, конденсатор частково розряджають на що за рахунок простоти та ефективності конструкелектричну котушку 1. Таким чином, здійснюють ції, а також за рахунок підбирання та узгодження перехід частини запасеної в конденсаторі електпараметрів джерела електричної енергії з парамеричної енергії в електромагнітну енергію обмотки трами конструктивних елементів привода, забезелектричної котушки 1. Частина запасеної енергії печить високий ККД, що у свою чергу дозволить витрачається на нагрівання провідників котушки 1, створити необхідний імпульс механічної сили, зниа також витрачається на теплові втрати від ствозити енергоємність пристрою, а також дозволить рюваних вихрових струмів у корпусних деталях і забезпечити необхідну швидкодію, частоту спрат.п. Частина електромагнітної енергії, яка залишицьовування пристрою і необхідну точність роботи. 17 Комп’ютерна верстка В. Мацело 16248 Підписне 18 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