Электродинамический привод - RU2019120826A

1. Электродинамический привод, в частности высокодинамичный электродинамический привод, выполненный в частности в виде катушки Томсона с магнитомягкой рамой, включающий в себя

- первую катушку (30) возбуждения,

- магнитомягкую раму (10) и

- установленный с возможностью перемещения вдоль оси короткозамкнутый ползун (40),

отличающийся тем, что

рама (10) имеет плотность потока насыщения, по меньшей мере, в 1,0 Тл и/или эффективную удельную электрическую проводимость максимум 10^6 См/м.

2. Электродинамический привод по п. 1, причем первая катушка (30) возбуждения и/или рама (10) имеют, по меньшей мере, одно средство для разгрузки растягивающих напряжений, и/или причем катушка (30) возбуждения имеет высоту обмотки, которая больше, чем ее длина, и является таким образом плоской, и/или причем катушка (30) возбуждения расположена в магнитомягкой раме (10) и опирается на нее.

3. Электродинамический привод по п. 1 или 2, причем рама представляет собой открытую магнитную цепь, которая имеет внешнюю область (11), дно (12) и внутреннюю область (13), и которая имеет торцевое отверстие, причем первая катушка возбуждения, по меньшей мере, частично окружает внутреннюю часть (13) рамы, и причем короткозамкнутый ползун (40) в своем ходовом исходном положении входит в торцевое отверстие рамы (10) и при этом, по меньшей мере, частично окружает внутреннюю часть (13) рамы, причем короткозамкнутый ползун предпочтительно, по меньшей мере, на своей обращенной к первой катушке (30) возбуждения стороне выполнен в виде полого цилиндра, и/или причем рама выполнена предпочтительно в виде электромагнита горшкового типа.

4. Электродинамический привод по любому из пп. 1-3, причем магнитомягкая рама полностью или преимущественно образуется из магнитомягкого композитного материала и/или одного или нескольких пакетов сердечника.

5. Электродинамический привод по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что короткозамкнутый ползун (40) входит в пространство между внешней (11) и внутренней (13) областью рамы, которое имеет форму цилиндрической оболочки, причем ее продольная ось соответствует направлению движения привода и/или оси обмотки катушки (катушек).

6. Электродинамический привод по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что состоящая из магнитомягкого композитного материала рама (10) собрана из нескольких частей и/или сегментов, которые предпочтительно друг с другом склеены или залиты, причем рама (10) собрана предпочтительно таким образом, что возникновение растягивающих напряжений уменьшается, по меньшей мере, в том отношении, что предотвращается поломка рамы и/или ее частей во время эксплуатации.

7. Электродинамический привод по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что короткозамкнутый ползун (40) привода полностью или частично образуется из немагнитного материала, предпочтительно из термически упрочняемого алюминиевого сплава, и/или причем короткозамкнутый ползун имеет со стороны дна, то есть в ходовом исходном положении на обращенной к первой катушке (30) возбуждения стороне короткозамкнутого ползуна (40), кольцо из хорошо проводящего электричество материала, например, из меди, причем кольцо предпочтительно заделано в короткозамкнутый ползун и, в частности, в немагнитный материал и/или соединено с короткозамкнутым ползуном с замыканием материала и/или геометрическим замыканием.

8. Электродинамический привод по п. 7, отличающийся тем, что удельная проводимость кольца составляет, по меньшей мере, 50% от удельной проводимости чистой меди (%IACS - международный стандарт на отожженную медь), и/или что кольцо состоит из чистой меди или медного или алюминиевого сплава или основанного на меди композитного материала.

9. Электродинамический привод по п. 7 или 8, отличающийся тем, что кольцо имеет в направлении движения полностью или преимущественно протяженность, по меньшей мере, равное I=sqrt (t * rho/ pi * μ), где t - это полуширина тока в катушке возбуждения во время соответствующего расчету процесса запуска, rho - это удельное электрическое сопротивление кольца, pi - это число π, и μ - это магнитная постоянная.

10. Электродинамический привод по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что короткозамкнутый ползун полностью или частично образуется из термически упрочняемого алюминиевого сплава, который имеет в термически упрочненном состоянии удельную электрическую проводимость > 25% от электрической проводимости чистой меди (%IACS).

11. Электродинамический привод по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что он приводится в действие, по меньшей мере, частично посредством разряда конденсатора.

12. Электродинамический привод по п. 11, отличающийся тем, что разряд конденсатора вызывается переключением одного или нескольких полупроводниковых реле, причем полупроводниковое реле является предпочтительно тиристором.

13. Электродинамический привод по п. 12, отличающийся тем, что полупроводниковое реле защищается насыщающей индуктивностью от повреждения во время эксплуатации, благодаря тому, что насыщающая индуктивность рассчитывается для того, чтобы в достаточной степени ограничивать начальную скорость возрастания тока dI/dt.

14. Электродинамический привод по любому из пп. 10-12, отличающийся тем, что он включает в себя ходовой магнит или приводится в действие на таком ходовом магните, причем якорь ходового магнита, который предпочтительно образован частью рамы (10), например, дном (12), передает предпочтительно во время процесса запуска посредством преимущественно упругого удара импульс на короткозамкнутый ползун (40), для того чтобы ускорять его, и причем предпочтительно разрядка конденсатора через первую катушку (30) возбуждения выполняется синхронно с упругим ударом.

15. Электродинамический привод по любому из пп. 1-14, отличающийся тем, что максимальное, приложенное во время процесса запуска к катушке (30) возбуждения напряжение составляет максимум 600 В, предпочтительно максимум 500 В, далее предпочтительно максимум 450 В, или что максимальное, приложенное во время процесса запуска к катушке (30) возбуждения напряжение составляет от 1 кВ до 2 кВ.

16. Электродинамический привод по любому из пп. 1-15, отличающийся тем, что, по меньшей мере, преобладающая часть рамы (10) имеет эффективную удельную электрическую проводимость менее 10^5 См/м, предпочтительно менее 10^4 См/м.

17. Электродинамический привод по любому из пп. 1-16, отличающийся тем, что материал рамы (10) имеет полностью или преимущественно плотность потока насыщения > 1,5 Тл, предпочтительно > 1,75 Тл, далее предпочтительно > 1,9 Тл.

18. Электродинамический привод по любому из пп. 1-17, отличающийся тем, что первая катушка (30) возбуждения рассчитана в том отношении, чтобы уменьшать влияние скин-эффекта, благодаря тому, что вместо одного цельного отдельного проводника витки образуются в виде жгута из нескольких изолированных друг относительно друга отдельных проводников, и/или благодаря тому, что используется плоская проволока.

19. Электродинамический привод по любому из пп. 1-18, отличающийся тем, что первая катушка (30) возбуждения имеет степень наполнения медью, по меньшей мере, в 30%, предпочтительно, по меньшей мере, в 40%, далее предпочтительно, по меньшей мере, в 50%, далее предпочтительно, по меньшей мере, в 60%.

20. Электродинамический привод по любому из пп. 1-19, отличающийся тем, что первая катушка возбуждения залита и дополнительно разгружается в отношении растяжения посредством армирования волокнами против действующих во время процесса запуска сил (Лоренца), и/или отличающийся тем, что разгрузка растягивающих напряжений в цилиндрическом защитном кожухе катушки осуществляется при помощи армированного волокнами композитного материала в радиальном направлении в пределах внешней области (11) рамы.

21. Электродинамический привод по любому из пп. 1-20, отличающийся тем, что разгрузка растягивающих напряжений выполнена в виде защитного кожуха и предпочтительно состоит в, по меньшей мере, частично окружающем привод по периметру защитном кожухе, причем предпочтительно используется защитный кожух из материала с прочностью на растяжение более 700 МПа, предпочтительно более 1400 МПа и/или из волокнистого композитного материала и/или из мартенситностареющей стали, и/или причем защитный кожух имеет предпочтительно форму полого цилиндра, ось которого совпадает с осью движения привода, причем защитный кожух со стороны дна, то есть на стороне дна (12) рамы, выполнен предпочтительно закрытым.

22. Электродинамический привод по любому из пп. 1-21, отличающийся тем, что подводящие линии к первой катушке (30) возбуждения скручены, и/или что подводящие линии к первой катушке (30) возбуждения образуются в виде коаксиального кабеля из замкнутого внешнего, а также внутреннего проводника, причем они выполнены предпочтительно вращательно-симметричными, и/или что подводящие линии к первой катушке (30) возбуждения выполнены в виде плоских проволок, которые прилегают друг к другу без существенного промежутка.

23. Электродинамический привод по любому из пп. 1-22, включающий в себя предпочтительно по существу цилиндрический защитный кожух, состоящий из волокнистого композитного материала и включающий в себя первую ткань из углеродного волокна, вторую ткань из одного или нескольких изолирующих электричество материалов, например, из стеклянного волокна, волокна из HPPE (полиэтилена высокого давления) или арамидного волокна, а также пластиковую матрицу, причем изолирующая электричество ткань используется наподобие так называемых кольцевых ленточных сердечников в качестве изолирующего промежуточного слоя между витками из углеродной волокнистой ткани, для того чтобы поглощать вызванные электромагнитными переменными полями вихревые токи.

24. Электродинамический привод по любому из пп. 1-23, включающий в себя поршень, который приводится в действие короткозамкнутым ползуном, и задний конец которого проходит сквозь отверстие в раме, и возвратное устройство для короткозамкнутого ползуна и поршня, которое оказывает на задний конец поршня возвратное усилие, причем возвратное устройство расположено предпочтительно на обращенной от короткозамкнутого ползуна стороне рамы и/или имеет подшипник скольжения для заднего конца поршня.

25. Электродинамический привод по п. 24, причем задний конец поршня выполнен из магнитомягкого материала, и/или причем возвратное устройство имеет для создания возвратного усилия один или несколько постоянных магнитов, причем возвратное устройство включает в себя предпочтительно систему из множества постоянно-магнитных элементов и/или постоянно-магнитных областей, которые образуют магнитную цепь, которая при возвращении поршня все больше закрывается, благодаря тому, что задний конец поршня все больше входит в выемку в системе, причем система имеет предпочтительно форму полого цилиндра.

26. Электродинамический привод по п. 24 или 25, включающий в себя конденсаторную систему и переключатель, причем посредством замыкания переключателя вызывается разрядка конденсаторной системы через катушку возбуждения, благодаря которой короткозамкнутый ползун и поршень ускоряются из своих ходовых исходных положений.

27. Гвоздезабивное устройство, включающее в себя электродинамический привод по любому из пп. 1-26.

28. Гвоздезабивное устройство по п. 27, которое включает в себя далее:

- по меньшей мере, один конденсатор,

- по меньшей мере, один электрохимический накопитель энергии,

- по меньшей мере, один переключающий преобразователь,

- по меньшей мере, один переключатель,

- поршень,

- возвратное устройство для короткозамкнутого ползуна и поршня,

причем для забивки гвоздя сначала конденсатор заряжается при помощи переключающего преобразователя электрической энергией из электрохимического накопителя энергии, после чего переключатель замыкается, для того чтобы вызывать разрядку конденсатора через катушку возбуждения, после чего короткозамкнутый ползун и поршень ускоряются из своих ходовых исходных положений, и поршень используется, для того чтобы забивать гвоздь, и после этого используется возвратное устройство, для того чтобы возвращать поршень и короткозамкнутый ползун в ходовые исходные положения.

29. Гвоздезабивное устройство по п. 27 или 28, отличающееся тем, что электродинамический привод имеет во время соответствующего расчету процесса запуска максимальную плотность силы более 100 кН/л, предпочтительно более 200 кН/л, далее предпочтительно более 300 кН/л, в каждом случае отнесенную к объему электродинамического привода.

30. Гвоздезабивное устройство по любому из пп. 27-29, отличающееся тем, что электродинамический привод имеет на максимуме силы во время соответствующего расчету процесса запуска максимальную плотность силы.

31. Гвоздезабивное устройство по любому из пп. 27-30, отличающееся тем, что оно выполнено таким образом или же имеет такое дополнительное устройство, что при возвращении привода, то есть при возвращении короткозамкнутого ползуна (40) и поршня в их соответствующее ходовое исходное положение, предотвращается механический контакт между короткозамкнутым ползуном (40) и первой катушкой (30) возбуждения, причем предпочтительно предусмотрен регулируемый упор для короткозамкнутого ползуна (40) и/или поршня, в частности в виде проходящего сквозь раму винта.

32. Гвоздезабивное устройство по любому из пп. 27-31, отличающееся тем, что энергия забивки, в частности достигаемая зарядкой конденсатора или конденсаторов энергия забивки, составляет ≥10 Дж, предпочтительно ≥100 Дж, предпочтительно ≥200 Дж.

33. Гвоздезабивное устройство по любому из пп. 27-32, отличающееся тем, что оно имеет электролитический, пленочный или конденсатор с обкладками из фольги, причем предпочтительно его корпус, по меньшей мере, частично образуется корпусом самого забивного устройства, обмотка конденсатора не обладает таким образом полным отдельным корпусом.

34. Гвоздезабивное устройство по п. 33, отличающееся тем, что корпус забивного устройства является в области обмотки металлическим и состоит предпочтительно из алюминиевого сплава, и/или что корпус забивного устройства имеет в области обмотки структурированную поверхность, в частности наподобие радиатора.

35. Гвоздезабивное устройство по любому из пп. 27-34, причем, говоря об электрохимическом накопителе энергии, речь идет об аккумуляторе, и/или причем, говоря, по меньшей мере, об одном переключателе, речь идет о полупроводниковом реле, в частности о тиристоре.

36. Электрический молоток, отличающийся тем, что он приводится в действие электродинамическим приводом по любому из пп. 1-26.

37. Ударная дрель, отличающаяся тем, что ее ударный механизм приводится в действие электродинамическим приводом по любому из пп. 1-26 или образуется таким же приводом.

38. Устройство защиты от вспышки дугового разряда, включающее в себя электродинамический привод по любому из пп. 1-26.

39. Устройство защиты от вспышки дугового разряда по п. 38, которое включает в себя далее, по меньшей мере, одну изолирующую электричество пластину и, по меньшей мере, один металлический проводящий палец, причем электродинамический(ие) привод(ы) управляется/управляются таким образом, что регистрация вспышки дугового разряда при помощи внешних средств приводит к тому, что палец или пальцы ускоряются электродинамическим(ими) приводом (ами), чтобы пробивать изолирующую пластину и вызывать одно- или многофазное короткое замыкание, для того чтобы лишать таким образом вспышку дугового разряда электрической мощности.

40. Электрический выключатель, включающий в себя электродинамический привод по любому из пп. 1-26, который используется для того, чтобы размыкать электрический выключатель.

41. Ограничитель тока короткого замыкания, включающий в себя электрический выключатель по п. 40, отличающийся тем, что вследствие регистрации короткого замыкания при помощи внешних средств электродинамический привод управляется в том отношении, чтобы размыкать выключатель, и что электрически параллельно к электрическому выключателю присоединены одна или несколько индуктивностей и/или предохранитель.

42. Гибридный выключатель для размыкания цепи постоянного тока, включающий в себя выключатель по п. 40, отличающийся тем, что он имеет два параллельных пути тока, причем первый путь тока может прерываться при помощи первого полупроводникового реле в том отношении, что выключаемый ток преимущественно коммутирует на второй путь тока, который имеет второе полупроводниковое реле, причем первое полупроводниковое реле имеет более низкую отключающую способность и более низкое последовательное сопротивление, чем второе полупроводниковое реле, и причем выключатель соединен последовательно с первым полупроводниковым реле и параллельно со вторым полупроводниковым реле, причем полупроводниковые реле предпочтительно сами составлены из нескольких отдельных полупроводниковых реле в виде последовательных и параллельных схем.