транспортная установка левитации и тяги на однофазном переменном токе

Формула изобретения

ТРАНСПОРТНАЯ УСТАНОВКА ЛЕВИТАЦИИ И ТЯГИ НА ОДНОФАЗНОМ ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ, содержащая первичный элемент, представляющий собой жестко связанную с основанием разветвленную активную направляющую для перемещения подвижного объекта на прямолинейном участке пути и на ответвлении, и безобмоточный вторичный элемент, выполненный в виде пластины из немагнитного металла с продольными пазами, отличающаяся тем, что она снабжена переключателем, а активная направляющая состоит из катушек индуктивности, обращенных полюсами к подвижному объекту, размещенных рядами, параллельными продольной оси пути, расположенных в рядах на расстоянии одна от другой, равном полюсному делению, и соединенных между собой в рядах с образованием переменно-полюсной магнитной системы, причем катушки индуктивности прямолинейного участка пути и ответвления связаны с источником однофазного переменного тока через переключатель, а упомянутая пластина закреплена на подвижном объекте и ее пазы расположены над соответствующими полюсами катушек индуктивности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортным системам с линейными асинхронными двигателями.

Известна установка левитации и тяги на однофазном переменном токе, содержащая первичный элемент, представляющий собой жестко связанную с основанием разветвленную активную напpавляющую для перемещения подвижного объекта на прямолинейном участке пути и на ответвлении, и безобмоточный вторичный элемент, выполненный в виде пластин из немагнитного металла с продольными пазами.

Однако известная установка имеет недостаточно высокую надежность.

Цель изобретения - повышение надежности и эксплуатационных качеств за счет боковой стабилизации подвижного объекта и его угловой стабилизации вокруг оси рыскания.

Это достигается тем, что транспортная установка левитации и тяги на однофазном переменном токе снабжена переключателем, а активная направляющая состоит из катушек индуктивности, обращенных полюсами к подвижному объекту, размещенных рядами, параллельными продольной оси пути, расположенных в рядах на расстоянии друг от друга, равном полюсному делению и соединенных между собой в рядах с образованием переменно-полюсной магнитной системы, причем катушки индуктивности прямолинейного участка пути и ответвление связаны с источником однофазного переменного тока через переключатель, а пластина закреплена на подвижном объекте и ее пазы расположены над соответствующими полюсами катушек индуктивности.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема транспортной установки левитации и тяги на переменном токе, имеющая два пути для движения; на фиг. 2 - электрическая схема подсоединения катушек индуктивности к источнику однофазного тока (параллельное подключение катушек к источнику тока); на фиг. 3 - электрическая схема подсоединения катушек индуктивности к источнику однофазного тока (последовательное подключение катушек к источнику тока).

Транспортная установка левитации и тяги на переменном токе состоит из первичного элемента активной направляющей выполненной в виде обмотки возбуждения. Она выполнена в виде катушек индуктивности 1. Обмотка возбуждения расположена на неподвижной части установки и жестко связана с основанием пути 2. Катушки индуктивности 1 соединены друг с другом и с источником тока так, что в любой момент времени магнитные поля соседних катушек индуктивности направлены в противоположные стороны и образуют переменно-полюсную магнитную систему возбуждения. Вторичный элемент 3 выполнен в виде пластины и представляет собой подвижную часть установки. На внутренней поверхности вторичного элемента 3 выполнены пазы 4, каждый из пазов расположен напротив полюса катушки в направлении движения. Переключатель 5 служит для подключения к источнику однофазного тока обмоток возбуждения одного или другого пути. Катушки индуктивности 1 выполняются, например, из меди. Другим материалом для катушек индуктивности 1 является алюминий или его сплавы или другой материал, имеющий низкое удельное электрическое сопротивление и не является ферромагнитным материалом.

Вторичный элемент 3 выполняется, например, из алюминия. Другим материалом для вторичного элемента 3 являются сплавы алюминия, меди и другой металл, имеющий низкое удельное электрическое сопротивление и не являющийся ферромагнитным материалом. Ширина вторичного элемента 3 может быть выбрана превышающей ширину обмотки возбуждения на удвоенную величину подвеса.

Катушки индуктивности 1 расположены в направлении движения, например, в два ряда (см. фиг. 1). Другим примером размещения катушек индуктивности является их расположение в один ряд.

Паз 4 может выполняться, например, несквозным, имея сверху перемычку (см. наружные пазы во вторичном элементе на фиг. 1). Другим примером выполнения паза 4 является его выполнение в виде сквозной прорези (см. внутренние пазы на фиг. 1). В этом случае механическое скрепление частей вторичного элемента 3, разъединенных пазом 4, может осуществляться, например, с помощью пластмассы или другого конструкционного неметаллического материала. Выполнение вторичного элемента 3, имеющего паз 4 со сквозным вырезом, позволяет иметь большую стабилизацию, чем в случае с несквозным вырезом, но меньшую левитацию. Переключатель 5 может иметь, например, видимый зазор между контактами. Другим примером переключателя является, например, тиристор или другое устройство, имеющее два устойчивых состояния и обладающее различными сопротивлениями в этих состояниях.

Транспортная установка работает следующим образом.

В случае движения подвижной части установки по прямолинейному пути, переключатель 5 переводится в положение "1", благодаря чему запитываются однофазным током индукционные катушки 1 обмотки возбуждения, расположенные на прямолинейном пути. (Знаком (+) обозначена на фиг. 2, 3 мгновенная полярность переменного тока, а стрелками - направление тока в катушках индуктивности). Магнитные поля четных и нечетных катушек направлены в противоположные стороны. В связи с тем, что четные катушки перемещаются нечетными катушками, то в любой момент времени образуется переменно-полюсная магнитная система возбуждения. Обмотка возбуждения создает изменяющийся во времени магнитный поток. Этот поток эквивалентен двум одинаковым магнитным потокам постоянной величины, бегущим в разные стороны с одной и той же скоростью (прямое и обратное магнитные поля). От взаимодействия этих бегущих магнитных полей с индуктированным ими токами во вторичном элементе 3 возникают силы тяги, левитации, а также усилия, стремящиеся стабилизировать вторичный элемент 3 относительно первичного элемента в поперечном направлении. В связи с тем, что во вторичном элементе 3 выполнены продольные пазы 4, причем продольная ось каждого паза расположена напротив продольной оси полюса катушки, во вторичном элементе 3 с одной и другой стороны от продольной оси паза наводятся вихревые токи. Эти вихревые токи взаимодействуют с магнитным полем катушки индуктивности 1 и создают, кроме силы тяги и левитации, также усилия, направленные в противоположные стороны от продольной оси паза, тем самым стабилизируют вторичный элемент в поперечном направлении.

При скорости подвижной части установки, отличной от нуля, обратное магнитное поле обеспечивает сила тяги, а прямое магнитное поле - силу левитации (подвеса) и силу боковой стабилизации. При нулевой скорости сила тяги равна нулю, а сила левитации обеспечивает подвес подвижной части установки, сила боковой стабилизации - устойчивость подвижной части установки, в боковом направлении, а также устойчивость вокруг оси рыскания.

При возникновении усилий, стремящихся столкнуть вторичный элемент 3, например, в поперечном направлении, продольная ось паза 4 смещается в сторону от продольной оси полюса катушки, при этом одна стенка паза приближается к продольной оси полюса катушки, а другая сторона паза удаляется, что вызывает наведение вихревых токов большей интенсивности в материале приблизившейся стенки и соответственно вихревых токов меньшей интенсивности - в удалившейся стенке. В результате их взаимодействия с магнитным полем катушки индуктивности 1 образуются большие усилия отталкивания между полюсом катушки и приблизившейся стенкой паза, чем между полюсом катушки и отделившейся стенкой этого же паза. Эти усилия стремятся оттолкнуть стенку паза от полюса катушки и соответственно вторичный элемент 3 в исходное положение, т.е. возникают усилия, стабилизирующие вторичный элемент 3 в поперечном направлении. Аналогично этому происходит стабилизация вторичного элемента 3 вокруг оси рыскания.

В случае перехода подвижной части установки с одного на другой путь и его движения по криволинейному пути, переключатель 5 переводится в положение "2", в результате чего обесточивается обмотка возбуждения, расположенная на прямолинейном пути и запитывается обмотка возбуждения другого (криволинейного) пути. Вторичный элемент 3 переходит с прямолинейного на криволинейный путь, при этом на него начинает действовать центробежное ускорение, в результате чего центробежная сила стремится столкнуть его за пределы пути. Вторичный элемент 3 начинает смещаться в сторону от центра кривизны криволинейного пути, при этом продольная ось паза смещается относительно продольной оси полюса катушки, что вызывает наведение вихревых токов в материале приблизившейся стенки паза большей интенсивности, чем в материале отдалившейся стенки, и возникновение усилий, препятствующих такому смещению. Возникает динамическое равновесие центробежной силы и силы боковой стабилизации. Вторичный элемент 3 продолжает движение по криволинейному пути с некоторым установившимся смещением продольной оси паза относительно продольной оси полюса катушки и вторичный элемент 3 не сходит с обмотки возбуждения криволинейного пути. С прекращением криволинейного участка прекращается воздействие центробежной силы на вторичный элемент 3 и происходит совмещение продольной оси паза и полюса катушки и соответственно возвращение вторичного элемента 3 в устойчивое состояние. В общем случае стабилизация вторичного элемента 3 в боковом направлении движения, его угловая стабилизация вокруг оси рыскания, а также усилие тяги и левитации происходят одновременно. Переход вторичного элемента 3 с одного на другой путь осуществляется без стрелок и соответственно без механизмов управления ими.