Линейным электродвигателем называется электрический двигатель с одним разомкнутым элементом магнитной системы, обмотка которого развернута. Обмотка создает магнитное поле, с которым взаимодействует второй элемент магнитной системы, выполненный как направляющая деталь, обеспечивающая перемещение подвижной части линейного электродвигателя [1]. Если провести классификацию конструкций линейных электродвигателей, то можно выделить несколько типов. Основные из них – синхронные, асинхронные, электромагнитные, магнитоэлектрические, магнитострикционные и пьезоэлектрические линейные двигатели [3, 7]. По принципу действия они схожи с электродвигателями, создающими вращательное движение. В основном это синхронные, асинхронные и линейные электродвигатели постоянного тока. В линейном электродвигателе существует две части: первичная – неподвижная, получившая название «статор», и вторичная – подвижная, получившая название «якорь». Якорь электродвигателя получает энергию от статора через магнитное поле.
Рисунок 1 – Условная схема преобразования обычного электродвигателя в линейный: 1 –статор (индуктор), 2 ротор (реактивная полоса)
Линейный электродвигатель является основной частью прямого электропривода. Он создан для преобразования электрической энергии в энергию поступательного движения, т. е. без механической передачи. Такой электропривод состоит из средств управления и изменения скорости, что значительно упрощает конструкцию исполнительных органов и позволяет усовершенствовать различные технологические процессы [6, 8]. В линейном электродвигателе имеется, питаемый электрическим током, индуктор, который является первичным элементом, и специальная реактивная полоса – вторичный элемент (рисунок 1). Эти элементы отделены воздушным зазором. Магнитная система линейного электродвигателя представлена обмоткой определенной длинны, которая необходима для создания движущегося вдоль нее магнитного поля. Это и есть неподвижный элемент. Подвижный элемент благодаря взаимодействию с магнитным полем, перемещается вдоль обмотки.
Линейные электродвигатели подразделяются на асинхронные и синхронные. В асинхронном линейном электродвигателе реактивная полоса, выполненная в виде бруска прямоугольного сечения без обмоток, закрепленная вдоль путепровода, над которым перемещается электровоз, перемещающий подвижную часть (индуктор) двигателя. Его магнитопровод выполнен с развернутыми многофазными обмотками, питаемыми от источника переменного тока. Благодаря взаимодействию магнитного поля индуктора с полем реактивной полосы, возникают силы, заставляющие перемещаться с ускорением индуктор относительно неподвижной реактивной полосы. Это перемещение происходит до тех пор, пока скорости перемещения индуктора и бегущего магнитного поля реактивной полосы не сравняются. Преимуществом такой конструкции является размещение более простой в изготовлении реактивной полосы.
Основные достоинства линейного электропривода – это отсутствие механической передачи и вращающихся частей, простота в эксплуатации, большой технический ресурс. К основным недостаткам можно отнести сложность устройства и высокую стоимость изготовления, плохие энергетические показатели, связанные с наличием больших воздушных зазоров в магнитной цепи и ее разомкнутостью.
Наиболее часто используются линейные двигатели в электрическом транспорте. Этому способствует ряд преимуществ. Прямолинейный характер движения подвижной части, подходящий для движения различных транспортных средств. Энергия магнитного поля непосредственно преобразуется в механическую, что позволяет добиться высокого КПД. Важное преимущество линейных электродвигателей состоит в независимости силы тяги от силы сцепления колес с путем. Это невозможно для обычных систем электрической тяги. Благодаря использованию линейных электродвигателей проскальзывание колес исключается, а скорости движения транспорта могут быть довольно высокими и ограничиваются лишь комфортабельностью движения, максимально допустимой скоростью вращения колес, и динамической устойчивостью транспорта и пути.
В приводе механизмов транспортировки грузов различных изделий также применяются линейные асинхронные двигатели. Как правило, это конвейеры, имеющие ленту из металла, которая проходит внутри статоров линейного двигателя, являясь при этом вторичным элементом. Использование линейного электродвигателя позволяет снизить предварительное натяжение ленты и устранить ее проскальзывание, повысить скорость и надежность работы конвейера.
В сваезабивных молотах, используемых при дорожных работах или строительстве, также применяется линейный электропривод. Статор электродвигателя перемещается вдоль стрелы в вертикальном направлении при помощи лебедки. Ударная часть молота является одновременно вторичным элементом двигателя. Для ее подъема двигатель включается таким образом, чтобы бегущее поле было направлено вверх. Когда ударная часть поднимется к крайнему верхнему положению, двигатель отключается, и она опускается вниз на сваю под действием силы тяжести. Иногда двигатель не отключается, а реверсируется, это позволяет увеличить ударную энергию. При заглублении сваи статор двигателя перемещается вниз с помощью лебедки. Электрический молот прост в изготовлении, не требует повышенной точности изготовления деталей, нечувствителен к изменению температуры и может вступать в работу практически мгновенно.
Благодаря появлению линейных электродвигателей, усовершенствованы многие технологические процессы, начиная от создания нового вида гидравлических насосов и заканчивая усовершенствованием машинного доения животных [2, 4, 5]. Развитие науки и техники позволяет упростить выполнение технологических процессов и в конечном итоге снизить издержки производства, что необходимо для повышения конкурентоспособности отечественных производителей товаров.
Библиографический список
- Гринченко В. А. Обоснование базовой конструкции линейного электродвигателя // Theoretical & Applied Science. – 2013. – Т. 1. – №11 (7). – С. 58-60.
- Гринченко В. А. Обоснование конструктивно-режимных параметров доильного аппарата с электропульсатором на основе линейного двигателя: дис. … канд. техн. наук: 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства, 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве. – Ставрополь, 2011. – 197 с.
- Никитенко Г. В., Гринченко В. А. Линейный двигатель возвратно-поступательного движения с регулированием амплитуды колебаний якоря // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве. – Ставрополь: Агрус, 2009. – С. 407-410.
- Никитенко Г. В., Гринченко В. А. Результаты исследования линейного двигателя для вакуумного пульсатора доильного аппарата // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве. – Ставрополь: Агрус, 2010. – С. 268-271.
- Никитенко Г. В., Гринченко В. А. Статика электромеханических процессов в линейном электродвигателе для привода пульсатора доильного аппарата // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве. – Ставрополь: Агрус, 2011. – С. 199-202.
- Пат. 2357143 Российская Федерация, МПК F 16 К 31/06. Электромагнитный клапан / Никитенко Г. В., Гринченко В. А.; заявитель и патентообладатель Ставроп. гос. аграр. ун-т. – № 2007141983/06; заявл. 12.11.07; опубл. 27.05.09.
- Пат. 2370874 Российская Федерация, МПК H 02 K 33/12. Линейный двигатель / Никитенко Г. В., Гринченко В. А.; заявитель и патентообладатель Ставроп. гос. аграр. ун-т. – № 2008112342/09; заявл. 31.03.08; опубл. 20.10.09.
- Пат. 82990 Российская Федерация, МПК А 01 J 7/00. Регулятор вакуума / Никитенко Г. В., Гринченко В. А.; заявитель и патентообладатель Ставроп. гос. аграр. ун-т. – № 2008150545/22; заявл. 19.12.08; опубл. 20.05.09.