Специальные электродвигатели и электромеханизмы. Двигатели с ограниченным перемещением. Линейные двигатели, страница 3

где и  - собственные индуктивности обмоток; - взаимная индуктивность обмоток,  и - токи обмоток.

В зависимости от конструкции магнитной  системы  составляющие  в правой части выражения имеют большее или меньшее значение.  В любом случае усилие,  действующее на якорь двигателя, равно , где X - перемещение якоря линейного двигателя.

Конструктивные схемы некоторых  двигателей  показаны  на  рис.3.49. Для создания двунаправленного движения двигатель должен иметь не менее двух обмоток.

 Пьезомагнитные двигатели.   Их принцип действия таких основан  на использовании пьезомагнитного (магнитострикционного) эффекта в ферромагнитных материалах. Эффект заключается в изменении геометрических  размеров  ферромагнитных тел под воздействием магнитного поля.Количественно этот эффект оценивается относительным изменением длины  в функции напряженности магнитного поля.  Характеристики некоторых материалов, обладающих магнитострикционным эффектом,  приведены на рис. 3.50. Указанные на рисунке значения  соответствуют ненагруженному стержню.  Если он зажат или имеет  закрепленные концы и его перемещение равно нулю,  то при намагничивании в нем будут возникать силы, значения которых на единицу площади поперечного сечения составит  ,  где Е - модуль упругости. Возникающие силы могут быть достаточно  велики.  Так,  для  никеля ,  откуда следует, что стержень сечением способен развивать усилие 700 Н.

    В статическом режиме общее перемещение незакрепленного конца стержня составит величину .  Согласно этому выражению общая  деформация  является разностью магнитострикционной и упругой деформаций.  Механические напряжения в ферромагнитном  материале, вызываемые внешними силами, изменяют магнитную проницаемость  . Если на стержень с положительной магнитострикцией действует сжимающее усилие,  магнитная проницаемость материала падает, если усилие растягивающее - возрастает. 2   Для материалов с отрицательной магнитострикцией наблюдается обратный эффект.

Глубокая физическая связь между магнитоупругими  и  магнитострикционными  эффектами  - основа для электромеханического преобразования энергии в магнитострикционных двигателях.  Так, для адиабатического состояния ферромагнетика при намагничивания справедливо соотношение

.

     Оно показывает, что с увеличением растяжения индукция (или намагниченность)  ферромагнетика  будет  возрастать при положительном магнитострикционном эффекте и уменьшаться при отрицательном.

Простейшая конструкция  пьезомагнитного двигателя (рис.  3.51) включает в  себя пьезомагнитный стержень 1, магнитопровод 2,  обмотку 3. При закрепленных концах стержня (режим короткого  замыкания) и наличии тока в обмотке в стержне (при отрицательном магнитострикционном эффекте)  будет  возникать  растягивающее усилие F.

Магнитострикционная  деформация   компенсируется  упругой  деформацией стержня.  При освобождении    правого   конца стержня и при плавном  уменьшении   усилия  F  до нуля он переместится  на  величину  L,   при этом  будет  совершена  работа

.Статические характеристики пьезомагнитного двигателя приведены на рис. 3.52.  Пьезомагнитные двигатели  находят  применение  в  приводах для весьма малых перемещений в диапазоне - м. Подобные двигатели могут быть построены и  с использованием   пьезоэлектрического эффекта.

Машины двойного  движения.

Появление  этого  класса машин объясняется стремлением  преодолеть основной недостаток любого  низкоскоростного  безредукторного привода - малую эффективность     взаимодействия контуров тока и потока при невысокой скорости изменения потокосцепления. Машины двойного движения позволяют хорошо  использовать рабочий объем машины и получить привод с  приемлемыми характеристиками    при малых скоростях  движения  выходного звена. Один из примеров такой машины - конструкция, представленная на рис. 3.53. Здесь муфта 2 сцепляется с винтом 1 лишь при подаче напряжения на катушку 3. При движении вдоль направляющей 5 муфта 2 может сжимать пружину 4,  которая возвращает муфту назад при снятии напряжения.  На рис.  3.54 показан  вариант  такой схемы, когда муфта неподвижна, а винт совершает одновременно вращательное и поступательное движения.

    Интересным примером машины двойного движения может  также  служить магнитная червячная передача (рис.  3.54). Она содержит постоянный магнит 1, выступы 2 винтовой нарезки полюсов червяка, выступы