Моделювання сил одностороннього магнітного тяжіння в коаксіально-лінійному синхронному вібраторі при несиметричному розташуванні якоря

Проанализированы силы одностороннего магнитного притяжения и тяговые характеристики методом конечных элементов для коаксиально-линейного синхронного вибратора с зубчатым и беззубчатым статором....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
1. Verfasser:	Макогон, С.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2008
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Електричні машини та апарати
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143141
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Моделювання сил одностороннього магнітного тяжіння в коаксіально-лінійному синхронному вібраторі при несиметричному розташуванні якоря / С.А. Макогон // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 6. — С. 33-35. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143141
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1431412025-02-09T15:56:25Z Моделювання сил одностороннього магнітного тяжіння в коаксіально-лінійному синхронному вібраторі при несиметричному розташуванні якоря Simulation of unidirectional magnetic forces in a coaxial-linear synchronous vibrator with an asymmetrically positioned armature Макогон, С.А. Електричні машини та апарати Проанализированы силы одностороннего магнитного притяжения и тяговые характеристики методом конечных элементов для коаксиально-линейного синхронного вибратора с зубчатым и беззубчатым статором. Проаналізовано сили одностороннього магнітного тяжіння і тягові характеристики методом скінченних елементів для коаксіально-лінійного синхронного вібратора з зубцевим та беззубцевим статором. Unidirectional magnetic forces and traction characteristics for a coaxial-linear synchronous vibrator with a toothed and toothless stator are analysed by a finite element method. 2008 Article Моделювання сил одностороннього магнітного тяжіння в коаксіально-лінійному синхронному вібраторі при несиметричному розташуванні якоря / С.А. Макогон // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 6. — С. 33-35. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143141 621.313.323, 65.002.5-868 uk Електротехніка і електромеханіка application/pdf Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Макогон, С.А. Моделювання сил одностороннього магнітного тяжіння в коаксіально-лінійному синхронному вібраторі при несиметричному розташуванні якоря Електротехніка і електромеханіка
description	Проанализированы силы одностороннего магнитного притяжения и тяговые характеристики методом конечных элементов для коаксиально-линейного синхронного вибратора с зубчатым и беззубчатым статором.
format	Article
author	Макогон, С.А.
author_facet	Макогон, С.А.
author_sort	Макогон, С.А.
title	Моделювання сил одностороннього магнітного тяжіння в коаксіально-лінійному синхронному вібраторі при несиметричному розташуванні якоря
title_short	Моделювання сил одностороннього магнітного тяжіння в коаксіально-лінійному синхронному вібраторі при несиметричному розташуванні якоря
title_full	Моделювання сил одностороннього магнітного тяжіння в коаксіально-лінійному синхронному вібраторі при несиметричному розташуванні якоря
title_fullStr	Моделювання сил одностороннього магнітного тяжіння в коаксіально-лінійному синхронному вібраторі при несиметричному розташуванні якоря
title_full_unstemmed	Моделювання сил одностороннього магнітного тяжіння в коаксіально-лінійному синхронному вібраторі при несиметричному розташуванні якоря
title_sort	моделювання сил одностороннього магнітного тяжіння в коаксіально-лінійному синхронному вібраторі при несиметричному розташуванні якоря
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143141
citation_txt	Моделювання сил одностороннього магнітного тяжіння в коаксіально-лінійному синхронному вібраторі при несиметричному розташуванні якоря / С.А. Макогон // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 6. — С. 33-35. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT makogonsa modelûvannâsilodnostoronnʹogomagnítnogotâžínnâvkoaksíalʹnolíníjnomusinhronnomuvíbratoríprinesimetričnomuroztašuvanníâkorâ AT makogonsa simulationofunidirectionalmagneticforcesinacoaxiallinearsynchronousvibratorwithanasymmetricallypositionedarmature
first_indexed	2025-11-27T17:04:24Z
last_indexed	2025-11-27T17:04:24Z
_version_	1849963915626151936
fulltext	Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6 33 УДК 621.313.323, 65.002.5-868 МОДЕЛЮВАННЯ СИЛ ОДНОСТОРОННЬОГО МАГНІТНОГО ТЯЖІННЯ В КОАКСІАЛЬНО-ЛІНІЙНОМУ СИНХРОННОМУ ВІБРАТОРІ ПРИ НЕСИМЕТРИЧНОМУ РОЗТАШУВАННІ ЯКОРЯ Макогон С.А. Київський національний університет будівництва і архітектури Україна, 03037, Київ, пр. Повітрофлотський 31, КНУБА, кафедра Електротехніки та електроприводу тел. (044) 241-55-65, e-mail: mcogon@ukr.net Проаналізовано сили одностороннього магнітного тяжіння і тягові характеристики методом скінченних елементів для коаксіально-лінійного синхронного вібратора з зубцевим та беззубцевим статором. Проанализированы силы одностороннего магнитного притяжения и тяговые характеристики методом конечных элементов для коаксиально-линейного синхронного вибратора с зубчатым и беззубчатым статором. ВСТУП Збуджувачі коливань (вібратори) широко вико- ристовуються в народному господарстві. Часто необ- хідно отримати коливання тільки однієї направленос- ті. Традиційна дебалансна конструкція вібратора має ряд суттєвих недоліків, а саме: недовговічність деба- лансних валів, підшипників (через значні динамічні навантаження); утворення зайвих бокових коливань (що знижує ККД вібратора) та необхідність в синхро- нізації обертання дебалансів. Для зменшення цих недоліків пропонується ви- користовувати електричний вібратор на базі коаксіа- льно-лінійного синхронного двигуна (ВКЛСД) [1-4]. Під час виготовлення деталей двигуна та його складанні, а також у процесі експлуатації при зно- шенні підшипників чи стрижня якоря може виникну- ти несиметрія у його розташуванні відносно статора. При цьому виникають електромагнітні сили односто- роннього магнітного тяжіння, що притискають якір до статора, збільшуючи тертя у підшипниках та викрив- люючи стрижень якоря. Метою роботи є аналіз елект- ромагнітних сил магнітного тяжіння для ВКЛСД двух типів - з зубцевим та беззубцевим статором. ОСНОВНА ЧАСТИНА Загальний вигляд створеного ВКЛСД схематич- но показано на рис. 1. Він складається з: корпуса 1; магнітопровода 2; струмового шару 3; якоря 4; по- стійних магнітів (NdFeB) 5; концентраторів 6; стриж- ня якоря 7; платформи 8; рим-болта 9; втулки з’єднувальної 10; підшипника ковзання 11; пружин 12; скоби 13; фланця 14. Вібратор є машиною зі беззубцевою структурою магнітопроводу статора. Потужність вібратора скла- дає 1,6 кВт, мінімальний повітряний зазор між стато- ром і якорем – 3 мм, немагнітий – 13 мм, амплітуда коливань – 20 мм, маса рухомої частини – 75 кг. Для розрахунку електромагнітних сил методом скінченних елементів (МСЕ) було створено тривимір- ну модель цього вібратора, показану на рис. 2, а. За- вдяки симетрії у площині ZX моделювалась тільки половина двигуна. Рух якоря під час коливань (його виділено кольором) відбувається по осі Z. Несиметри- чність розташування якоря змінювалась шляхом його пересування по осі Х. Задача розглядалась у магніто- статичній постановці при нульових струмах в котуш- ках статора, тому котушки не використовувались для тривимірної моделі. Рис. 1. Загальний вигляд створеного ВКЛСД Відносна магнітна проникливість сталі прийнята лінійною і становить 1000=μ ; для магнітів модуль значення остаточної магнітної індукції rB =1 Тл, ма- гнітна проникливість 06,1=μr , напрямок намагнічу- вання – по вісі Z. У роботі [5] відзначається, що лінійні двигуни зі зубцевим статором можуть мати щільність сили на одиницю активної поверхні до трьох разів більшу, ніж з беззубцевим. Тому для порівняння в роботі було та- кож розглянуто модель лінійного двигуна зі зубцевим статором (рис. 2, б). Для порівняння не тільки сил магнітного тяжін- ня, але і тягових характеристик двох типів двигунів, в роботі були побудовані двовимірні моделі для цих двигунів за методикою, докладно описаною у [4]. Розрахунок вівся за допомогою МСЕ для значення модуля МРС 2130=F А·витків у кожній котушці. 34 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6 Результати розрахунку тягової сили наведені на рис. 3. З їх аналізу видно, що при зубцевій структурі статора машина має вищі у 2,2-4,8 рази тягові харак- теристики, ніж при беззубцевій, проте має значну за- чіплювальну силу (що діє при нульовому струмі). Рис. 2. Тривимірні моделі двигунів з зубцевим (а) і беззубцевим (б) статором при центральному положенні якоря (зміщення 0=Δz , несиметрія 0=Δx ) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Fz, H Δz, мм Рис. 3. Розрахункові тягові характеристики. Суцільною лінією (а) показано характеристику для беззубцевої машини, штрихпунктирною (в) – для зубцевої, штриховою (б) – зачіплювальної сили для зубцевої машини Математична тривимірна модель для розрахунку сил магнітного тяжіння описується таким чином [6]. В області без електричного струму справедливо для напруженості магнітного поля H : 0=×∇ H . (1) Тоді можливо визначити скалярний магнітний потенціал mV з відношення: mV−∇=H . (2) Вираз (2) є аналогічним до виразу для визначен- ня електричного потенціалу для статичних електрич- них полів. Використовуючи базове співвідношення між ма- гнітною індукцією B й напруженістю магнітного по- ля H : rr BHB +⋅μ⋅μ= 0 (3) та враховуючи, що 0=⋅∇ B , (4) можливо записати рівняння для визначення скалярно- го магнітного потенціалу: 0)( 0 =+∇⋅μ⋅μ−⋅∇ rmr V B (5) Інтегрування диференційного рівняння (5) вико- нувалось за допомогою МСЕ. Розрахунок сил викону- вався на основі тензору натягу Максвелла [6]. Було отримано графіки для сил одностороннього магнітного тяжіння ),( zxFx в залежності від зміщення zΔ та несиметрії xΔ якоря відносно статора для зу- бцевої машини (рис. 4) і залежність )(xFx для обох типів машин (рис. 5). 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Fx, H Δx=2 мм Δx=1 мм Δx=0,5 мм Δx=0,25 мм Δz, мм Рис. 4. Сімейство характеристик ),( zxFx для двигуна зі зубцевим статором Аналізуючи тягові характеристики на рис. 4, ба- чимо, що ),( zxFx для зубцевого двигуна суттєво за- лежить від зміщення zΔ якоря під час руху і збільшу- ється з віддаленням від центру, досягаючи свого мак- симуму в крайньому положенні. Для беззубцевої ма- шини аналогічної залежності не виявлено; сила майже не змінюється в залежності від zΔ . 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 Fx, H Δx, мм Рис. 5. Залежність )(xFx для двигуна з беззубцевим (а) та зубцевим (б) статором при 20=Δz (крайнє положення) З рис. 5 видно, що )(xFx для беззубцевого дви- гуна зростає майже лінійно на всьому діапазоні моде- лювання, а для зубцевого – приблизно до значення xΔ = 1 мм, а далі нелінійно. Сила одностороннього магнітного тяжіння для зубцевої машини перевищує силу для беззубцевої в 9-12 разів на проміжку до 1 мм і в 13-18 разів на проміжку від 1 до 2 мм за рахунок суттєво меншого, у порівнянні з беззубцевою маши- в б а б а Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6 35 ною, немагнітного зазору між якорем та статором. На рис. 6 показано значення модуля магнітної індукції для обох типів машин. Видно, що у беззубце- вої машини (а) сталь майже не насичена і картина розподілу B приблизно симетрична. У зубцевої ма- шини (б) спостерігається насичення стальних частин якоря і статора в області меншого немагнітного зазо- ру і має місце суттєва несиметрія у розподілі B . ВИСНОВКИ 1. Тягова характеристика при постійному струмі для вібратора з зубцевим статором перевищує у 2,2- 4,8 разів характеристику для вібратора зі без зубцевим статором, проте у нього спостерігається значна вели- чина зачіплювальної сили, яка досягає 40% від зна- чення тягової сили. 2. Сила одностороннього магнітного тяжіння для вібратора зі зубцевим статором перевищує силу для вібратора з беззубцевим статором у 9-18 разів. Ця різ- ниця у значенні сил обумовлена значно меншим міні- мальним немагнітним зазором у разі зубцевого стато- ра - змінювався при моделюванні від 3 до 1 мм, а для беззубцевого – від 13 до 11 мм. 3. У залежності від положення якоря при коли- ванні сила одностороннього магнітного тяжіння змі- нюється приблизно лінійно для беззубцевого статора, а для зубцевого – нелінійно і залежить від конфігура- ції зубців на статорі і якорі. 4. Зазначимо, що для уточнення дії сил односто- роннього магнітного тяжіння при роботі вібратора по- трібно провести моделювання з врахуванням струмів в обмотках статора. ЛІТЕРАТУРА [1] Богаєнко М.В., Бондар Р.П., Голенков Г.М., Голуб В.П., Макогон С.А., Павленко П.В., Попков В.С. Віброзбу- джувач. Деклараційний патент на корисну модель №14111 заявка № а 2005 10789 від 15.11.2005. [2] Богаєнко М.В., Голенков Г.М., Голуб В.П., Павленко П.В., Попков В.С., Чомкалова І.О. Віброзанурювач. Де- клараційний патент на винахід №20031213225 від 17.01.2005. [3] Голенков Г.М., Бондар Р.П., Макогон С.А., Богаєнко М.В., Попков В.С. Моделювання роботи електричного вібратора з коаксіально-лінійним індукційним двигуном при різних законах регулювання // Технічна електроди- наміка. – 2007. – №2 – С. 54 – 59. [4] Голенков Г.М., Бондар Р.П., Макогон С.А., Подольцев А.Д., Богаенко Н.В., Попков В.С. Численный расчёт ма- гнитного поля и основных характеристик электровибра- тора на основе коаксиально-линейного двигателя с по- стоянными магнитами. – Харьков.: "Электротехника и электромеханика" №1, 2007. – С. 8 – 12. [5] S. Chevailler. Comparative study and selection criteria of linear motors. PhD thesis. Suisse, EPLF, 2006. – p. 167. [6] AC/DC module users guide. COMSOL AB, 2006. – 164 pp. Надійшла 12.05.2008 Рис. 6. Значення модуля магнітної індукції B (кольором) та напрям магнітного потоку (стрілками) для беззубцевої (а) і зубцевої (б) машини при зміщенні 20=Δz мм і несиметрії 1=Δx мм

Моделювання сил одностороннього магнітного тяжіння в коаксіально-лінійному синхронному вібраторі при несиметричному розташуванні якоря

Institution

Ähnliche Einträge