Расчет развиваемого усилия, исходя из предварительно выбранных данных

Результаты

В результате расчета был спроектирован линейный цилиндрический вентильный двигатель. Диаметр индуктора составил 25 мм, длина индуктора составляет 81 мм. Развиваемое двигателем усилие соответствует необходимому и составляет 14,7 Н при токе 0,47 А. Графики развиваемого двигателем усилия, КПД и температур были представлены.
Зависимость усилия, развиваемого двигателем от тока обмотки индуктора, и зависимость КПД от тока позволяют сделать предположение, что целесообразной будет разработка системы управления, которая позволит изменять частоту питающего напряжения и ток в обмотке индуктора. В таком случае помимо изменения скорости движения вторичного элемента и, как следствие, пальцев пользователь получит возможность изменять развиваемое двигателем и пальцами усилие и КПД.
В промежутки времени, когда отсутствует необходимость удержания протезом чего-либо, целесообразным будет снизить развиваемое усилие удержания путем уменьшения тока обмотки индуктора. Это позволит снизить потери в обмотке, тем самым увеличив КПД, что положительно отразится на времени автономной работы [26].
В то же время возможен обратный вариант, когда необходимо удержание или перемещение протезом чего-либо с достаточно большой массой. В этом случае можно кратковременно увеличить ток в обмотке индуктора, тем самым увеличив развиваемое двигателем усилие. КПД соответственно снизится, но допустимо предположить, что в некоторых случаях развиваемое усилие приоритетнее КПД. Температура при увеличении усилия возрастёт, однако в случае кратковременного увеличения не будет значительно превышать номинальную [27].
Общий вид построенной 3D-модели индуктора представлен на рис. 14. Медным цветом обозначена обмотка, соответствующая диаметром изолированной обмотке. Индуктор состоит из пазов с обмоткой, 3D-модель которых показана на рис. 15. Вырезы на спинке индуктора необходимы для выводов обмоток, которые на данных 3D-моделях не обозначены [28]. Модель вторичного элемента представлена на рис. 16, где серым цветом обозначены полюса, а черным – постоянные магниты. Светлосерый элемент в центре – немагнитная труба, на которую насаживаются полюса и магниты.

Рис. 14. 3D-модель индуктора двигателя

Рис. 15. 3D-модель паза индуктора с обмоткой

Рис. 16. 3D-модель вторичного элемента двигателя

Рис. 17. 3D-модель расположения вторичного элемента в индукторе двигателя

Расположение вторичного элемента внутри индуктора можно увидеть на рис. 17.
Спроектированный двигатель предполагается применять в приводах бионических протезов верхних конечностей, в частности, – для приведения в движение пальцев кисти. Однако, учитывая, что движение большинства мышц в теле человека имеет линейный характер, то применение линейных двигателей оправданно и в других приводах, как, например, в полных протезах руки или протезах нижних конечностей, также возможно их использование в других отраслях, например при создании автоматизации теплиц в растениеводстве, при автоматизации в шлифовальных станках, приводах ЧПУ станков, в исполнительных механизмах нефтяной, газовой и авиационной промышленности.
Следует отметить, что для применения цилиндрического линейного вентильного двигателя в приводах других разновидностей протезов его целесообразно масштабировать, так как размер, во многом ограничиваемый объёмом внутреннего пространства протеза, можно изменить, тем самым увеличив развиваемое двигателем усилие, площадь охлаждающей поверхности и КПД.
Также спроектированный ЦЛВД можно применять в приводах активных экзоскелетных систем, так как они имеют схожие с протезами требования к характеру движения, повторяющего таковое мышц опорно-двигательной системы человека. В данном случае двигатель так же целесообразно масштабировать, если не использовать его в качестве привода усиления пальцев. Это обусловлено менее жесткими размерными ограничениями, обоснованными отсутствием необходимости расположения двигателей внутри корпуса, повторяющего очертания человеческого тела. Однако некоторые ограничения всё же остаются, чтобы избежать чрезмерного увеличения размеров и массы экзоскелета, что затруднит работу оператора и может привести к травмам.
Применение его в приводах манипуляторов также допустимо. В данном случае требования, накладываемые на размер и развиваемое усилие, могут варьироваться в зависимости от размеров самого манипулятора и его назначения.
Спроектированный двигатель соответствует заявленным требованиям, а именно:

• 
  двигатель имеет цилиндрическое исполнение;
  
• 
  у него достаточно высокая точность позиционирования;
  
• 
  достаточно малый вес двигателя;
  
• 
  длина хода вторичного элемента составляет 40 мм, что укладывается в установленные рамки;
  
• 
  длина индуктора составляет 81 мм, диаметр же – 25 мм. Данные размеры не выходят за рамки допустимых значений;
  
• 
  использование корпуса, закрывающего индуктор, позволит добиться необходимой степени пыле- и влагозащиты; – в ходе работы двигатель не перегревается.