линейный привод с якорем, имеющим магнитный носитель

Формула изобретения

1. Линейный привод, имеющий, по меньшей мере, одну обмотку возбуждения для создания переменного магнитного поля с относящимся к ней сердечником для прохождения магнитного потока, а также якорь, имеющий магнитный носитель, по меньшей мере, с двумя магнитными элементами в виде постоянных магнитов и приводимый магнитным полем обмотки возбуждения в возвратно-поступательное колебательное движение, причем, по меньшей мере, те части магнитного носителя (12), которые входят в магнитное поле, ограниченное полюсными наконечниками (F_p) сердечника (5а, 5b) и обмоткой возбуждения (4а, 4b), или лежат в этом поле, выполнены из электрически изолирующего материала, отличающийся тем, что магнитный носитель (12) имеет рамку (13), в противоположных торцах которой расположены пластинчатые вставки (14а) и (14b) из изоляционного материала, а между изоляционными вставками (14а) и (14b) зажаты в осевом направлении друг за другом два пластинчатых постоянных магнита (9а) и (9b).

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что магнитный носитель (12) полностью состоит из изоляционного материала и изоляционные вставки (14а, 14b) являются составными частями рамки (13).

3. Привод по п.1, отличающийся тем, что магнитный носитель (12) состоит из металла, причем части (14а, 14b) магнитного носителя (12), которые входят в магнитное поле сердечника (5а, 5b) и/или обмотки возбуждения (4а, 4b), выполнены из изоляционного материала.

4. Привод по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что каждый магнитный элемент (9а, 9b) отделен от соответствующего сердечника (5а, 5b) и/или обмотки возбуждения (4а, 4b) магнитным покрытием (16а, 16b и 17а, 17b) из ферромагнитного листа или соответствующим слоем, причем эти магнитные покрытия в осевом направлении разделены дистанционным зазором (19).

5. Привод по п.4, отличающийся тем, что ферромагнитные покрытия (16а, 16b и 17а, 17b) отстоят друг от друга на расстояние а>2s, где s - расстояние от магнитного покрытия до соответствующего полюсного наконечника (F_p) сердечника (5а, 5b).

6. Привод по п.4, отличающийся тем, что каждое ферромагнитное покрытие (16а, 16b и 17а, 17b) покрывает большую площадь, чем соответствующий магнитный элемент (9а, 9b).

7. Привод по одному из пп.5 и 6, отличающийся тем, что ферромагнитные покрытия (16а, 16b) состоят из кремниевого ферросплава.

8. Привод по п.4, отличающийся тем, что ферромагнитные покрытия (16а, 16b, 17а, 17b) имеют толщину (d) от 0,2 до 1,5 мм, предпочтительно от 0,35 до 1 мм.

9. Привод по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что обмотки возбуждения и сердечники расположены симметрично относительно плоскости симметрии (SE).

10. Привод по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что якорь (8) жестко соединен с поршнем (11) компрессора.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к линейному приводу, имеющему, по меньшей мере, одну обмотку возбуждения для создания переменного магнитного поля с относящимся к ней сердечником для прохождения магнитного потока, а также якорь, имеющий магнитный носитель, по меньшей мере, с двумя постоянными магнитами и приводимый магнитным полем обмотки возбуждения в возвратно-поступательное колебательное движение.

Уровень техники

Соответствующий привод описан в патентном документе US 5559378 A.

Такие приводы используются, в частности, для обеспечения линейного колебательного движения поршней компрессоров. Система, состоящая из такого компрессора и линейного привода, называется поэтому также линейным компрессором (ср., например, JP 2002-031054 А). В соответствующих известных линейных компрессорах колеблющийся якорь представляет собой колебательную инерционную систему, рассчитанную на определенную частоту колебаний.

Известное приводное устройство имеет, по меньшей мере, одну обмотку возбуждения, расположенную на Ш-образном сердечнике из листового железа. Его магнитное поле действует с зависящей от направления тока силой на два пластинчатых постоянных магнита с противоположной полярностью, расположенных в линейно подвижном магнитном носителе якоря или на нем, и эта сила может быть использована, например, для привода поршня компрессора.

Воздушный зазор между поверхностями полюсов такого сердечника и поверхностью постоянных магнитов образует дополнительное сопротивление в магнитной цепи, которое снижает создаваемую обмоткой возбуждения магнитную индукцию в зазоре и, соответственно, силу привода.

При колеблющемся движении якоря боковые части его магнитного носителя входят в поле воздушного зазора у полюсных поверхностей сердечника, вследствие чего в электропроводящих материалах индуцируются вихревые токи, потери и соответствующие силы торможения. Соответствующий эффект наблюдается в известных приводах, магнитные носители которых, как правило, изготавливаются из хорошо проводящего алюминия, причем постоянные магниты могут приклеиваться в углублениях носителя тонким слоем стеклопластика.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит, следовательно, в том, чтобы снизить тормозящие усилия в линейном приводе вышеупомянутого типа.

Эта задача решена согласно изобретению с помощью признаков, указанных в пункте 1 формулы изобретения. В соответствии с этим, по меньшей мере, те части магнитного носителя привода, которые входят в магнитное поле, ограниченное полюсными наконечниками сердечника и обмоткой возбуждения, или лежат в этом поле, выполняются из электрически изолирующего (т.е. непроводящего) материала.

Преимущества, связанные с такой конструкцией привода, состоят, главным образом, в том, что благодаря применению для магнитного носителя непроводящего материала в нем не возникают вихревые токи при прохождении под полюсами. Тем самым в этой части магнитного носителя не образуются дополнительные тормозные усилия.

Предпочтительные модификации предлагаемого в изобретении линейного привода вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения. При этом признаки пункта 1 могут сочетаться с признаками одного или даже нескольких зависимых пунктов. Таким образом, для привода могут быть дополнительно предусмотрены еще следующие признаки.

Так, магнитный носитель может полностью состоять из изоляционного материала. Однако он может быть также выполнен из металла, а те части магнитного носителя, которые входят в магнитное поле сердечника и/или обмотки возбуждения, могут быть выполнены из изолирующего материала. Таким образом, в этих частях из изолирующего материала под полюсами не будут индуцироваться вихревые токи.

Особенно предпочтительно, если каждый магнитный элемент будет отделен от соответствующего сердечника и/или обмотки возбуждения магнитным покрытием из ферромагнитного листа или соответствующим ферромагнитным слоем, причем эти магнитные покрытия должны быть в осевом направлении разделены дистанционным зазором. Эти ферромагнитные покрытия, с одной стороны, служат для надежного крепления магнитных элементов в магнитном носителе или на нем. С другой стороны, они уменьшают эффективное значение воздушного зазора, усиливают магнитное поле обмотки (обмоток) возбуждения и, тем самым, увеличивают силу привода.

При этом желательно, чтобы ферромагнитные покрытия отстояли друг от друга на расстояние а>2s, где s - расстояние от поверхности до полюсов сердечника. Это позволяет избежать магнитного короткого замыкания между соседними магнитными элементами.

Желательно, чтобы каждое ферромагнитное покрытие перекрывало большую площадь, чем относящийся к нему магнитный элемент.

Предпочтительным материалом для ферромагнитных покрытий являются кремниевые ферросплавы.

Толщина ферромагнитных покрытий выбирается предпочтительно в диапазоне от 0,2 до 1,5 мм, а лучше всего в пределах от 0,35 до 1 мм.

Магнитные элементы предпочтительно выполняются в виде пластин или листов.

Соединение выполненного в соответствии с изобретением якоря с поршнем компрессора делается предпочтительно жестким.

Краткий перечень чертежей

Прочие предпочтительные модификации предлагаемого изобретением линейного привода вытекают из не упомянутых выше зависимых пунктов и чертежей.

Ниже изобретение описывается подробнее с помощью предпочтительных примеров реализации со ссылками на чертежи. На чертежах представлены:

на фиг.1 - схематическое перспективное изображение предлагаемого в изобретении линейного привода,

на фиг.2 - перспективное изображение якоря привода,

на фиг.3 - продольный и поперечный разрезы якоря по фиг.2 на отдельных фиг.3а и 3b, и

на фиг.4 - два различных положения якоря по фиг.2 и 3 относительно двух противолежащих сердечников на отдельных фиг.4а и 4b.

Соответствующие части на чертежах обозначены одинаковыми номерами.

Осуществление изобретения

В основе представленного на фиг.1 линейного привода согласно изобретению лежит известный сам по себе конструктивный вариант, применяемый для линейных компрессоров. На перспективном изображении фиг.1 в основном видны лишь верхняя 2а и нижняя 2b части такого привода 2, причем эти части симметричны относительно плоскости симметрии SE. Привод 2 имеет две симметрично расположенные друг против друга обмотки возбуждения 4а и 4b, к каждой из которых относится, по меньшей мере, один сердечник 5а, 5b, проводящий магнитный поток. Сердечники могут иметь обычную Ш-образную форму. В центральном щелевидном зазоре 7 между этими сердечниками, точнее между их полюсными наконечниками F_p, расположен магнитный якорь 8, например, с двумя магнитными элементами 9а и 9b, т.е. постоянными магнитами 9а и 9b. Их перпендикулярная к плоскости симметрии SE встречно-параллельная намагниченность М обозначена стрелками. Якорь 8, называемый также "якорными салазками" и рассмотренный более подробно на следующих чертежах, может совершать в переменном магнитном поле обмоток возбуждения 4а и 4b колебательные движения в осевом направлении. Он имеет направленные вдоль оси, не рассматриваемые более подробно, удлинители 10, предпочтительно жестко соединенные с поршнем 11 компрессора V, не изображенного на чертеже более подробно. Этот поршень повторяет колебательные движения якоря 8 в соответствии с его ходом Н.

На фиг.2, 3а и 3b якорь 8, или якорные салазки, выполненный согласно изобретению, изображен более подробно. Он имеет магнитный носитель 12, который, по меньшей мере, в тех частях, которые во время колебательного движения входят в магнитное поле, ограниченное полюсными наконечниками сердечника и обмоткой возбуждения, или лежат в этом поле, должен состоять из электрически непроводящего материала. Границы этого магнитного поля определяются магнитными силовыми линиями, направленными перпендикулярно к якорю. Желательно, чтобы упомянутые части из изоляционного материала выходили за эти границы. Магнитный носитель 12 имеет рамку 13, например, из алюминия, в противоположных торцах которой расположены пластинчатые вставки 14а и 14b из изоляционного материала. Разумеется, рамка 13 может и полностью состоять из изоляционного материала, и тогда изоляционные вставки могут быть составными частями рамки. Между изоляционными вставками 14а и 14b зажаты в осевом направлении друг за другом два пластинчатых постоянных магнита 9а и 9b.

Они могут быть закреплены иным способом.

Как видно далее из фиг.2, 3а и 3b, поверхности плоских магнитов 9а и 9b, обращенные к сердечникам с обмотками возбуждения, могут быть закрыты магнитными покрытиями из ферромагнитного материала. Так как согласно выбранному примеру реализации изобретения предусматриваются два симметричных относительно плоскости SE сердечника 5а и 5b, между которыми может колебаться якорь 8 (ср. фиг.1), то на обеих плоских сторонах каждого магнитного элемента 9а, 9b расположены ферромагнитные покрытия 16а, 16b и 17а, 17b. Они уменьшают действующее значение воздушного зазора для магнитного потока, увеличивая, таким образом, магнитное поле, создаваемое обмотками возбуждения. Благодаря этому увеличивается и осевое усилие привода, действующее на якорь, точнее на его магнитные элементы.

Ферромагнитные покрытия 16а, 16b, 17а и 17b могут быть выполнены, в частности, в виде листа или соответствующего слоя. Предпочтительно для этого используются ферромагнитные листы с относительно небольшой электрической проводимостью (меньшей, чем у известного алюминия), в особенности листы из кремниевых ферросплавов, причем толщина d этих листов, как правило, лежит в диапазоне от 0,2 до 1,5 мм, а лучше всего в пределах от 0,35 до 1 мм. Кроме того, желательно, чтобы эти листы с трех сторон немного выступали над своими магнитными элементами, по меньшей мере, частично перекрывали края углублений в рамке 13, в которые должны входить магнитные элементы 9а и 9b, и вместе с магнитными элементами закреплялись в рамке носителя, например вклеивались в нее. В средней части у разделяющего зазора 18 между двумя намагниченными в противоположных направлениях постоянными магнитами 9а и 9b соответствующие ферромагнитные листы 16а и 16b и, соответственно, 17а и 17b отделены друг от друга зазором во избежание магнитного короткого замыкания. Ширина а соответствующего дистанционного зазора 19 в осевом направлении должна быть предпочтительно выбрана такой, чтобы она не менее чем в два раза превышала расстояние s от поверхности до полюсного наконечника F_p соответствующего сердечника 5а или 5b.

На фиг.4а и 4b якорь 8 со своим магнитным носителем 12, выполненный в соответствии с фиг.2, 3а и 3b, показан в положениях максимального отклонения при своем колебательном движении под полюсными наконечниками F_p сердечников 5а и 5b.