ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ АППАРАТ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1995 года по МПК H02K33/12 F04B17/04 

Изобретение относится к электрическим машинам и может использоваться в системах нагнетания текучих сред в качестве насоса.

Известен электромагнитный насос, содержащий рабочие камеры для впуска и выпуска наружу текучей среды и электромагнит, соединенный с источником переменного тока для переключения полярности в каждом полупериоде переменного тока при подаче питания на электромагнит. Поршень с валом, несущим постоянный магнит, совершает возвратно-поступательное движение, приводящее к изменению рабочего объема камер, а следовательно, впуск и выпуск текучей среды [1]
Недостатком известного электромагнитного насоса является малая производительность, большие нерегулируемые затраты.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является мембранный вакуумный насос, взятый в качестве прототипа, содержащий корпус, внутри которого размещен неподвижный магнитопровод с двумя соосными катушками и полюсными наконечниками, между которыми установлен неподвижный якорь со штоками. Концы штока жестко закреплены в мембранах, образующих рабочие камеры в торцевых частях корпуса [2]
Недостатком известного насоса является малая производительность и малое быстродействие.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение производительности и экономичности насоса путем обеспечения регулировки резонансной частоты в широком диапазоне.

Технический результат достигается тем, что корпус выполнен из двух магниторазвязанных полукорпусов из магнитопроводящего материала, жестко связанных через герметизирующую прокладку между собой, шток снабжен двумя упорами, каждый из которых закреплен на нем между мембраной и магнитопроводом, катушки с обмотками подмагничивания и управления установлены в каждом из полукорпусов, стенки каждой рабочей камеры со стороны, противоположной мембране, выполнены в виде клапанного узла с впускными и выпускными быстродействующими клапанами в виде смыкающихся кольцевых манжет, а упругий элемент в виде кольца с поперечным сечением в виде усеченного конуса из эластичного материала с отверстием внутри него, установленного в обойму в виде двух соосных штоку концентрических цилиндров, закрепленную на внешнем торце магнитопровода, а упоры упираются а упругие элементы.

На фиг. 1 изображен предлагаемый аппарат.

Аппарат содержит кольцевую манжету 1 (внутреннюю) выпускного клапана, кольцевую манжету 2 (внешнюю) выпускного клапана, кольцевую манжету 3 (внутреннюю) впускного клапана, кольцевую манжету 4 (внешнюю) впускного клапана, клапанные узлы 5 и 6 со смыкающимися кольцевыми манжетами мембраны 7 и 8, упоры 9 и 10, упpугие элементы 11 и 12, шток 13, магнитопроводы 14 и 15, внешние торцы 16 и 17 электромагнитов, катушки 18 и 19 электромагнитов, полукорпуса 20 и 21, образующие корпус аппарата, корь 22 электромагнитов, герметичную прокладку 23, обоймы 24 и 25, впускные клапаны 26 и 27, выпускные клапаны 28 и 29 и рабочие камеры 30 и 31.

Электромагнитный аппарат возвратно-поступательного действия содержит корпус, внутри которого размещены неподвижные магнитопроводы 14 и 15 с двумя соосными катушками 18 и 19, между которыми установлен подвижный якорь 22 на штоке 13. Концы штока 13 жестко закреплены в установленных в корпусе мембранах 7 и 8, образующих в торцевых частях корпуса рабочие камеры. Шток снабжен двумя упорами 9 и 10. Упоры 9 и 10 установлены между мембраной 7 и 8 и магнитопроводом 14 и 15. Корпус, образованный двумя полукорпусами 20 и 21, выполнен из магнитопроводящего материала. Полукорпуса 20 и 21 через герметичную прокладку 23 связаны между собой. Катушки электромагнитов установлены в каждом из полукорпусов. Стенки каждой рабочей камеры, со стороны, противоположной мембране 7 и 8, выполнены в виде клапанного узла 5 и 6 с впускными и выпускными быстродействующими клапанами 26-29 в виде смыкающихся кольцевых манжет 1-4. Упругие элементы 11 и 12 в виде кольца с поперечным сечением в виде усеченного конуса установлены в обоймы 24 и 25.

Электромагнитный аппарат работает следующим образом.

Постоянный электрический ток подается на обмотки подмагничивания катушек 18 и 19 обоих электромагнитов и создает в каждой из них постоянные магнитные поля, вектора напряженности которых направлены в разные стороны.

На обмотки управления каждой из катушек электромагнитов подается переменный (пульсирующий) ток, который, протекая по виткам обмоток, создает переменное магнитное поле, взаимодействующее с постоянным магнитным полем каждой катушки, созданным током, протекающим по виткам обмоток подмагничивания таким образом, что в первый полупериод направления векторов напряженности магнитных полей в одной из катушек совпадает и как следствие, поля суммируются, в то время как вектора напряженности магнитных полей второй катушки направлены в разные стороны и как следствие, эти поля компенсируют друг друга.

Во второй полупериод (когда направление тока в обмотках управления меняется на противоположное) в первой катушке поля вычитаются, а во второй катушке складываются.

Под действием магнитных полей якорь электромагнитов 22 приходит в колебательное возвратно-поступательное движение, притягиваясь поочередно то к одному, то к другому электромагниту с частотой, кратной частоте изменения тока, подаваемого на обмотки управления катушек 18 и 19 электромагнитов. Шток 13, жестко связанный с якорем 22, упорами 9 и 10 мембранами 7 и 8, передают это движение на мембраны, которые, прогибаясь в ту или другую сторону, увеличивают или уменьшают объем соответствующей рабочей камеры, заполненной жидкой средой. При увеличении объема рабочей камеры впускной клапан 26 одной из рабочих камер открывается и происходит забор жидкости, выпускной 28 клапан при этом закрывается. При обратном движении штока 13 объем рассматриваемой рабочей камеры уменьшается и жидкость вытесняется из рабочей камеры через открытый выпускной клапан 29, впускной клапан 27 при этом закрыт. Фазы циклов всасывания и вытеснения жидкости в обеих камерах электромагнитного аппарата сдвинуты на 180^о относительно друг друга. Упругие элементы 11 и 12, выполненные из эластичного материала, например резины, в виде усеченных конусов, помещены в соответствующие обоймы 24 и 25, установленные на внешних торцах 16 и 17.

Упор 9 при движении якоря к неподвижному магнитопроводу 15 сжимает упругий элемент 11, который, деформируясь, заполняет пространство внутри обоймы 24 и запасает при этом энергию. При изменении направления движения якоря электромагнита 22 упругий элемент 11 совершает работу по перекачке жидкости, отдавая запасенную энергию, а упругий элемент 12, деформируясь, запасает ее.

Масса подвижной системы (якорь, шток, упоры, мембраны), объем и модуль упругости, форма упругих элементов, площадь контактной поверхности упоров и упругих элементов, объем обойм, в которых помещены упругие элементы, выбраны исходя из того, чтобы собственная частота (ω_о) колебаний подвижной системы была кратной частоте переменного (или пульсирующего) тока
ω_o= , где Е модуль упругости упругого элемента;
S -площадь контакта упора с упругим элементом;
l_o рабочая длина упругого элемента;
m масса якоря.

Каждый клапанный узел 5 и 6 аппарата содержит впускной 26 и выпускной 28 быстродействующие клапаны лепесткового типа, выполненные в виде двух манжет 1, 2 и 3, 4, вставленных одна в другую и закрепленных на основании клапанного узла 5 и 6.

Клапаны работают следующим образом.

При увеличении давления в рабочей камере относительно внешнего давления манжеты впускного клапана под действием избыточного давления смыкаются и препятствуют выходу жидкости из камеры через впускной клапан. Одновременно под действием избыточного давления в камере манжеты выпускного клапана размыкаются и не препятствуют выходу жидкости из камеры через этот клапан. При уменьшении давления в камере относительно внешнего размыкаются манжеты впускных и смыкаются манжеты выпускных клапанов и происходит впуск жидкости в рабочую камеру.

На фиг. 2 и 3 приведена электрическая схема подключения аппарата, где 32 и 33 обмотки управления первого и второго электромагнитов соответственно, 34 и 35 обмотки подмагничивания первого и второго электромагнитов соответственно. Обмотки подмагничивания первого и второго электромагнитов могут быть подключены к источнику постоянного тока как параллельно, так и последовательно (на схеме показано параллельное включение этих обмоток). Обмотки управления могут быть подключены к источнику переменного тока фиг. 2 или пульсирующего тока фиг. 3 последовательно или параллельно (на схеме показано последовательное соединение обмоток). В случае параллельного подключения "начало" обмоток 32 и 33 должны быть подключены к одной шине, а их "концы" к другой. В случае использования пульсирующего тока подключение обмоток управления происходит таким образом, что направления токов в них противоположны и совпадают с направлением токов в соответствующих обмотках подмагничивания.

Предлагаемый аппарат имеет по сравнению с прототипом следующие преимущества.

1. Благодаря использованию в качестве упругого элемента эластичного материала, помещенного в обойму (в отличие от пружины в прототипе) появилась возможность изменять в широких пределах собственную частоту колебаний подвижной системы аппарата, делая ее равной или кратной частоте питающего напряжения.

2. Благодаря наличию в катушках двух обмоток подмагничивания и управления появилась возможность использования в качестве магнитопроводов более дешевых электротехнических сталей при улучшении тяговых характеристик электромагнитов.

3. Благодаря использованию быстродействующих клапанов лепесткового типа уменьшаются потери, связанные с обратным течением жидких сред (в момент закрытия клапанов), а также благодаря отсутствию поворотов в потоках жидких сред уменьшаются потери, связанные с явлением турбуленции.

Все перечисленные факторы позволяют расширить функциональные возможности предлагаемого технического решения, повысить производительность и экономичность аппарата.

Использование: в системах нагнетания текучих сред в качестве насоса. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, внутри которого размещены неподвижные магнитопроводы 14 и 15 с двумя соосными катушками 18 и 19, между которыми перемещается подвижный якорь 22 на штоке 13. Концы штока 13 жестко закреплены в установленных в корпусе мембранах 7 и 8, образующих в торцовых частях корпуса рабочей камеры. Упоры 9 и 10, закрепленные на штоке 13, установлены между мембранами 7 и 8 и магнитопроводами 14 и 15. Полукорпуса 20 и 21 из магнитопроводящего материала связаны между собой через герметичную прокладку 23. Стенки каждой рабочей камеры со стороны, противоположной мембранам 7 и 8, выполнены в виде клапанных узлов 5 и 6 с впускными и выпускными быстродействующими клапанами 26 - 29 в виде смыкающихся кольцевых манжет 1 - 4. Упругие элементы 11 в виде кольца с поперечным сечением в виде усеченного конуса установлены в обоймах 24 и 25. 3 ил.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ АППАРАТ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащий корпус, внутри которого размещен неподвижный магнитопровод с двумя соосными катушками, между которыми установлен подвижный якорь на штоке, концы штока жестко закреплены в установленных в корпусе мембранах, образующих рабочие камеры в торцевых частях корпуса, оба конца штока упираются через упругие элементы в неподвижные части аппарата, отличающийся тем, что шток снабжен двумя упорами, каждый из которых жестко закреплен на нем между мембраной и магнитопроводом, корпус выполнен из двух магниторазвязанных полукорпусов из магнитопроводящего материала, жестко связанных через герметизирующую прокладку между собой, катушки с обмотками управления и подмагничивания установлены в каждом из них, стенки каждой рабочей камеры со стороны, противоположной мембране, выполнены в виде клапанного узла с впускными и выпускными быстродействующими клапанами в виде смыкающихся кольцевых манжет, а упругий элемент выполнен в виде кольца с поперечным сечением в виде усеченного конуса из эластичного материала с отверстием внутри него, установленного в обойму в виде двух соосных со штоком концентрических цилиндров, закрепленную на внешнем торце магнитопровода, а упоры упираются в упругие элементы.