ВИБРОПРИВОД ШУМИХИНА Российский патент 1994 года по МПК H02P7/62 

Изобретение относится к электротехнике, конкретно вибропроводам с электромеханическим вибродвигателем (вибратором). Устройство на его основе может найти применение в акустике, гидроакустике, промышленности, бытовой технике, медицине, приборостроении и т.д.

Известны бесконтактные виброприводы, в которых в качестве возбудителя колебаний используется встроенный электромагнит. Его обмотки запитываются либо от источника фиксированной частоты, например от промышленной сети, либо от источника переменной частоты [1]. В первом случае с целью повышения КПД вибропривода необходима настройка механической системы вибратора в резонанс, во втором необходимо принимать меры по совпадению частоты выходного напряжения источника с собственной частотой механической системы. При этом не исключается применение дополнительных элементов в виде датчиков перемещения (положения), датчиков звукового давления и т.д.

Прототипом изобретения является генератор возвратно-поступательного движения [2]. Признаками, совпадающими с изобретением, являются неподвижный магнитопровод с однофазной обмоткой, безобмоточный якорь, импульсный регулятор тока возбуждения с управляемыми ключами. Общим функциональным признаком является наличие обратной связи по положению якоря, которая в прототипе реализуется с помощью датчика перемещения.

Наличие датчика перемещения существенно усложняет вибропривод и увеличивает количество электрических связей между исполнительным элементом и устройством управления, что немаловажно при их удалении друг от друга.

Задачей, которую решает изобретение, является упрощение вибропривода за счет использования информации о перемещении якоря, содержащейся в токе электромагнита и ЭДС самоиндукции. Особенности конструктивного исполнения элекромеханической части также направлены на достижение технической цели, а именно упрощение вибропривода с возможностью расширения областей применения.

Указанные технические результаты достигаются тем, в вибропривод введены датчик тока, дифференцирующее звено, два компаратора, а неподвижный магнитопровод выполнен в виде цилиндра с фланцем на открытом конце и дном с отверстием для размещения в нем пустотелого цилиндра с пазом для выводов обмотки, охватывающей пустотелый цилиндр.

На фиг.1 изображена блок-схема вибропривода; на фиг.2 изображен вибродвигатель.

Вибропривод состоит из вибродвигателя 1, управляемого вентиля 2, неуправляемого вентиля 3, датчика 4 тока, дифференцирующего звена 5, компараторов 6, нелинейного элемента 7 и блока 8 питания.

Согласно блок-схеме фиг.1 включение управляемого вентиля 2 производится от второго компаратора 6 с использованием ЭДС самоиндукции, а выключение - по сигналу датчика 4 тока, прошедшему через дифференцирующее звено 5 и первый компаратор 6. В качестве физической основы формирования сигнала для отключения использован характерный для электромагнитов с подвижным якорем переходный процесс в питающем токе, обусловленный увеличением индуктивности обмотки из-за изменения проводимости магнитной цепи на отрезке траектории движения якоря от начала трогания до соприкосновения с неподвижной частью магнитопровода. Определение момента прохождения якоря данного отрезка траектории достигается использованием дифференцирующего звена и компаратора. Это исключает соприкосновение якоря и магнитопровода, которое сопровождается рассеянием значительной части кинематической энергии движущегося якоря и, следовательно, снижением КПД вибродвигателя, а также возможным его разрушением.

Нелинейный элемент 7, например стабилитрон, ограничивающий выходное напряжение датчика тока вибродвигателя, позволяет регулировать величину перемещения якоря в широких пределах, в особенности при жесткостных характеристиках упругого элемента, близких к линейным.

Достижение ЭДС самоиндукции нулевого значения и, следовательно, прекращение тока через неуправляемый вентиль свидетельствуют о возвращении якоря в исходное положение и наступлении момента, после которого управляемый вентиль может быть включен.

При конкретной реализации устройства не исключается по аналогии с цепью протекания тока через управляемый вентиль использование датчика тока и сигналов с его выхода для включения управляемого вентиля.

Вибродвигатель содержит неподвижный магнитопровод 9, выполненный в виде цилиндра с фланцем на открытом конце и дном, пронизанным пустотелым цилиндрм 12. Фланец используется для крепления упругого элемента в виде плоской ферромагнитной мембраны 10 и выполняет функцию полюса электромагнита 11, составляющего основу вибродвигателя.

Один конец пустотелого цилиндра (трубы) 2 выполняет функцию полюса электромагнита, другой - функцию ручки. Выводы 13 обмотки в этом случае входят в трубу через паз 14 на торце, обращенном к мембране, и проходят сквозь ручку. Такая конструкция предполагает использование вибродвигателя в жидких средах. При этом герметизация мембраны осуществляется одновременно с защемлением ее наружного контура, например, с помощью сварного шва.

Использование пустотелого цилиндра в конструкции вибродвигателя позволяет в случае необходимости производить регулировку жесткости мембраны без нарушения герметичности рабочей (погружаемой в жидкую среду) части. Для этого регулировочный элемент располагается на мембране, а инструмент вводится через внутреннюю полость ручки.

С целью придания мембране необходимой жесткостной характеристики ее выполняют с прогибом. При этом прогиб, направленный от центрального полюса электромагнита, обеспечивает упругому элементу характеристику "хлопающей" мембраны, что увеличивает амплитуду сигнала на выходе дифференцирующего звена и, тем самым, упрощает построение компаратора.

Введение кольца 16 в узел крепления мембраны к "жесткому" центру, например к отражателю 16, позволяет плавно регулировать прогиб с помощью винта 17 и гайки 18 для придания необходимых параметров упругого элемента вибродвигателя.

Экспериментальная проверка вибропривода проводилась при использовании в качестве активатора стиральной машины. При этом частота вибродвигателя составляла 100...200 Гц при потребляемой мощности около 60 Вт. Время стирки 2 кг белья около 12 мин.

Использование: в качестве генератора возвратно-поступательного движения в устройствах, применяемых в акустике, гидроакустике, промышленности, бытовой технике, медицине, приборостроении. Сущность изобретения заключается в том, что использование вибропривода в качестве активатора бытовой техники значительно сокращает габаритно-массовые характеристики исполнительной части при минимально потребляемой мощности (около 60 Вт). Вибродвигатель представляет собой электромагнит с мембраной, к которой присоединена подвижная масса. Обмотка неподвижного магнитопровода соединена с блоком питания через управляемый вентиль и неуправляемый вентиль, шунтирующий обмотку. Последовательно с обмоткой включен датчик тока, свзанный через дифференцирующее звено и компаратор с цепью выключения управляемого вентиля. Одним из вариантов выполнения магнитопровода является пластина с кольцевым углублением, в котором размещена обмотка. Центральная часть магнитопровода, находящаяся внутри обмотки, выполняет функцию одного полюса электромагнита, а периферийная часть - функцию другого. Центральная часть может быть выполнена в виде трубы, пронизывающей пластину и имеющей паз для вывода обмотки. Мембрана соприкасается к присоединенной массе через кольцо. Мембрана и масса стягиваются элементом крепления, проходящим через центр кольца. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Вибропривод, содержащий вибродвигатель с якорем, выполненным с применением упругой ферромагнитной мембраны с присоединенной массой, мемебрана жестко связана периферийной частью с неподвижным магнитопроводом, на котором размещена обмотка, один вывод которой подключен к одному выводу блока питания, другой вывод которого подключен к первому выводу управляемого вентиля с отключающим и включающим входами, неуправляемый вентиль, шунтирующий обмотку, отличающийся тем, что в него введены датчик тока, дифференцирующее звено, два компаратора, а неподвижный магнитопровод выполнен в виде цилиндра с фланцем на открытом конце и дном с отверстием для размещения в нем пустотелого цилиндра с пазом для выводов обмотки, охватывающей пустотелый цилиндр, мембрана связана с присоединенной массой через кольцо и посредством элемента крепления, проходящего через центр кольца, другой вывод обмотки через датчик тока подключен к второму выводу управляемого вентиля, выход датчика тока подключен к входу дифференцирующего звена, выход которого через первый компаратор подключен к отключающему входу управляемого вентиля, включающий вход которого через второй компаратор подключен к другому выводу обмотки. 2. Вибропривод по п.1, отличающийся тем, что в него введен нелинейный элемент, включенный между выходом датчика тока и входом дифференцирующего звена.