транспортная установка левитации и тяги на однофазном переменном токе

Формула изобретения

ТРАНСПОРТНАЯ УСТАНОВКА ЛЕВИТАЦИИ И ТЯГИ НА ОДНОФАЗНОМ ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ, содержащая две обмотки возбуждения, расположенные на подвижной части симметрично относительно ее продольной оси, и расположенные на прямолинейном участке пути и на ответвлении безобмоточные немагнитные вторичные элементы, выполненные в виде закрепленных жестко на основании и расположенных параллельно продольной оси пути пластин из немагнитного металла с продольными пазами, отличающаяся тем, что она снабжена регуляторами тока, включенными между одной и другой обмотками возбуждения, и источником однофазного переменного тока, причем каждая обмотка возбуждения содержит по крайней мере четыре катушки индуктивности, расположенные вдоль подвижной части одна за другой на расстоянии одна от другой, равном полюсному делению, и обращенные полюсами в сторону пластины из немагнитного металла, при этом полюса катушек индуктивности расположены над соответствующими пазами полосы, а катушки индуктивности соединены между собой с образованием переменно-полюсной магнитной системы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортным системам с линейными однофазными двигателями.

Известна транспортная установка левитации и тяги на однофазном переменном токе, содержащая две обмотки возбуждения, расположенные на подвижной части симметрично относительно ее продольной оси, и расположенные на прямолинейном участке пути и на ответвлении безобмоточные немагнитные вторичные элементы, выполненные в виде закрепленных жестко на основании и расположенных параллельно продольной оси пути пластин из немагнитного металла с продольными пазами.

Однако известная транспортная система имеет недостаточно высокую надежность.

Цель изобретения - повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик за счет боковой стабилизации и ее угловой стабилизации вокруг оси рысканья.

Это достигается тем, что транспортная установка снабжена регуляторами тока, включенными между одной и другой обмотками возбуждения и источником однофазного переменного тока, причем каждая обмотка возбуждения содержит по крайней мере четыре катушки индуктивности, расположенные вдоль подвижной части друг за другом на расстоянии друг от друга, равном полюсному делению, и обращенные полюсами в сторону пластины из немагнитного металла, при этом полюса катушек индуктивности расположены над соответствующими пазами полосы, а катушки индуктивности соединены между собой с образованием переменно-полюсной магнитной системы.

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

Транспортная установка состоит из первичного элемента, выполненного в виде двух обмоток возбуждения 1 и 2. Каждая из них исполнена в виде катушек индуктивности, расположенных в направлении движения. Обмотки возбуждения 1 и 2 расположены на подвижной части 3 установки и жестко скреплены с ней, причем одна из обмоток возбуждения расположена на одной стороне подвижной части 3 установки, а другая - на другой ее стороне. Вторичный элемент установки состоит из двух одинаковых вторичных элементов в виде пластин 4 и 5 из немагнитного металла, причем каждая из них расположена симметрично относительно продольной оси обмотки возбуждения 1 или 2. Пластины 4 и 5 жестко связаны с основанием 6 пути. Подвижная часть 3 установки имеет возможность перемещения вдоль всей длины неподвижной части. Обмотки возбуждения 1 и 2 подключены к источнику однофазного тока 7 и к регуляторам тока 8 и 9 соответственно. На поверхности пластин 4 и 5, обращенной к обмоткам 1 и 2, по всей длине выполнены продольные пазы 10, каждый из которых расположен напротив полюса катушки индуктивности обмоток возбуждения 1 и 2.

Катушки индуктивности 1 и 2 выполняются, например, из меди. Другим материалом для катушек индуктивности является алюминий или его сплавы или другой материал, имеющий низкое удельное электрическое сопротивление и не являющийся ферромагнитным материалом. Катушки индуктивности обмоток возбуждения 1 и 2 соединены друг с другом и подключены к источнику однофазного тока так, что в любой момент времени магнитные поля соседних катушек индуктивности направлены в противоположные стороны и образуют переменно-полюсную магнитную систему возбуждения. Подвижная часть 3 установки может быть выполнена, например, в виде неметаллической пластины. Пластин 4,5 выполняются из немагнитного металла, например алюминия. Другим материалом для пластин являются сплавы алюминия, меди или другого металла, имеющего низкое удельное электрическое сопротивление. Пластины 4 и 5 могут выполняться в виде полос, не соединенных друг с другом, или в виде единой пластины. Общая ширина пластин 4 и 5 может превышать общую ширину обмоток возбуждения 1 и 2 на удвоенную величину подвеса. Обычно катушки индуктивности каждой обмотки возбуждения 1 или 2 располагаются в направлении движения в один ряд. Другим примером размещения катушек индуктивности является их расположение в два или более рядов. Продольный паз 10 может выполняться, например, несквозным, имея снизу перемычку (см.внутренние пазы в пластинах 4 и 5 на фиг.1), или в виде сквозной прорези. В этом случае механическое скрепление пластин 4,5 вторичного элемента, разъединенных пазом 10, может осуществляться, например, с помощью пластмассы или другого конструкционного неметаллического материала. Выполнение пластин 4 и 5 со сквозными вырезами позволяет достичь большей стабилизации, чем в случае с несквозным вырезом, но в ущерб левитации. Регуляторы тока 8,9 регулируют величины токов в обмотках возбуждения 1 и 2 и управляются системой управления движением (не показано).

Транспортная установка левитации и тяги на однофазном токе работает следующим образом.

В случае движения подвижной части установки по прямолинейному пути включается источник однофазного тока 7, благодаря чему запитываются однофазным током катушки индуктивности обмоток возбуждения 1 и 2 (на фиг.2,3 знаками (+), (-) обозначена мгновенная полярность переменного однофазного тока, а стрелками - направление тока в катушках индуктивности). Регуляторы тока 8,9 поддерживают в обмотках возбуждения 1 и 2 ток равной величины. Магнитные поля четных и нечетных катушек одной из обмоток возбуждения направлены в противоположные стороны. Аналогично этому созданы магнитные поля в другой обмотке возбуждения. В любой момент времени образована переменно-полюсная магнитная система в обмотках возбуждения. Каждая из обмоток возбуждения создает изменяющийся во времени магнитный поток, который эквивалентен двум одинаковым магнитным потокам постоянной величины, бегущим в разные стороны с одной и той же скоростью. От взаимодействия этих бегущих магнитных полей с индуктированными ими токами в пластинах 4 и 5 возникают силы тяги, левитации, а также усилия, стремящиеся стабилизировать подвижную часть 3 установки с обмотками возбуждения 1 и 2 относительно вторичных элементов в поперечном направлении. В связи с тем, что в пластинах 4 и 5 выполнены продольные пазы 10, причем продольная ось каждого паза расположена напротив продольной оси полюса катушки, в пластинах 4 и 5 с одной и другой стороны от продольной оси паза наводятся вихревые токи. Эти токи взаимодействуют с магнитным полем катушки индуктивности обмоток возбуждения 1 и 2 и создают, кроме силы тяги и левитации, также усилия, направленные в противоположные стороны от продольной оси полюса катушки, тем самым стабилизируя первичный элемент в поперечном направлении. При скорости подвижной части установки, отличной от нуля, обратное магнитное поле обеспечивает силу 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 ее устойчивость вокруг оси рыскания. При возникновении усилий, стремящихся столкнуть подвижную часть 3, например, в поперечном направлении, продольная ось полюса катушки индуктивности обмотки возбуждения 1 и 2 смещается в сторону от продольной оси паза 10, при этом один полюс катушки индуктивности приближается к одной из сторон паза 10, а от другой стороны 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 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 полюс катушки и, соответственно, подвижную часть 3 установки в исходном положение, т.е. возникают усилия, стабилизирующие подвижной элемент в поперечном направлении. Аналогично этому происходит угловая стабилизация подвижного элемента 3 установки вокруг оси рыскания.

В случае перехода первичной части установки с одного на другой путь и его движения по криволинейному пути по сигналам от системы управления (не показана) регуляторы тока в обмотках возбуждения поддерживают ток разной величины, но одинаковой полярности. При этом при переходе подвижной части установки 3 с прямолинейного участка пути на криволинейный участок пути (например, направо) регулятор тока 8 в обмотке возбуждения 1 поддерживает ток большей величины, чем регулятор тока 9 в обмотке возбуждения 2 (например, 60 и 40% в обмотках возбуждения 1 и 2 соответственно). Точная величина токов в обмотках возбуждения зависит от скорости подвижной части установки, радиуса поворота, массы подвижной части и некоторых других факторов и вырабатывается системой управления. При этом обмоткой возбуждения 1 создается большая тяга и левитация, чем обмоткой 2. Образующийся при этом момент вращает подвижную часть 3 установки по часовой стрелке, заставляя полюса катушек индуктивности переходить с прямолинейных пазов на криволинейные. В связи с тем, что катушки обмоток возбуждения расположены в направлении движения и жестко соединены с подвижной частью 3 установки и, соответственно, между собой, то каждая последующая катушка следует за передней катушкой по этому же пазу.

При переходе подвижной части 3 установки с прямолинейного на криволинейный путь на него начинает действовать центробежное ускорение, в результате чего центробежная сила стремится столкнуть его за пределы пути. Подвижная часть 3 установки начинает смещаться в сторону от центра кривизны криволинейного пути, при этом продольная ось полюса катушки индуктивности смещается относительно продольной оси паза 10 вторичного элемента, 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. Подвижная часть 3 установки продолжает движение по криволинейному пути с некоторым смещением продольной оси полюса катушки индуктивности относительно продольной оси паза 10, благодаря чему подвижная часть 3 установки не сходит с криволинейного пути. После пересечения подвижной частью 3 установки пути прямолинейного участка регуляторы тока 8 и 9 начинают поддерживать в обмотках возбуждения 1 и 2 токи равной величины. С прекращением криволинейного участка прекращается воздействие центробежной силы на подвижную часть установки 3 и происходит совмещение продольной оси полюса катушки индуктивности и паза 10 и, соответственно, возвращение подвижной части 3 установки в устойчивое положение.

В общем случае стабилизация подвижной части 3 установки в поперечном направлении движения и его угловая стабилизация вокруг оси рыскания, а также усилие тяги и левитации происходят одновременно. Переход подвижной части установки с одного на другой путь осуществляется без стрелок и, соответственно, без механизмов управления ими.