ПРЯМОХОДОВЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ Российский патент 1995 года по МПК H01F7/16 H02K33/12 B06B1/04 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к коммутационным аппаратам, и может быть использовано для работы в условиях вибрации.

Известны электромагнитный коммутатор [1] прямоходный электромагнит [2] электромагнит [3]
Однако в этих устройствах недостаточно высокое быстродействие, кроме того, при наличии вибрации и действующих от нее инерционных сил создаются предпосылки для снижения долговечности и надежности работы устройства.

По технической сущности ближе к заявляемому электромагнитный вибратор [4] содержащий полый корпус магнитопровод, внутри которого размещены две катушки и якорь, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно них. Упругие элементы расположены симметрично и закреплены на противоположных сторонах корпуса. Концы якоря жестко закреплены в центре упругих элементов.

При подаче напряжения на одну из катушек якорь перемещается в одну из сторон. При перемещении якоря упругие элементы приводятся в напряженное состояние. При снятии напряжения с катушки упругие элементы возвращаются в исходное состояние. Для быстродействия перемещения якоря в противоположное положение подается напряжение на другую катушку.

Однако в данном вибраторе быстродействие недостаточно высокое, так как при использовании его в коммутационных аппаратах для обеспечения якорю движения необходимо преодолевать усилие деформации пластин, которое возникает в процессе работы. Кроме того, быстродействие вибратора снижается за счет веса якоря. Ток потребления этого вибратора велик, так как для обеспечения движения якорю требуется мощный электромагнит.

Задача изобретения разработать коммутационное устройство, обеспечивающее надежное быстродействие работы в повышенных вибрационных и ударных условиях работы.

Сущность изобретения заключается в том, что в прямоходовой электромагнит, содержащий корпус, внутри которого размещены две катушки и якорь, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно катушек, упругие элементы, закрепленные симметрично на противоположных сторонах корпуса, причем концы якоря жестко закреплены на упругих элементах, введены пружина сжатия и регулировочная гайка с глухим продольным отверстием, при этом в гайке установлен конец якоря с возможностью перемещения, гайка резьбой связана с фланцем, выполненным на корпусе, пружина сжатия размещена между гайкой и упором, упор выполнен на якоре, упругие элементы выполнены в виде пластин с двумя параллельными продольными прорезями и установлены так, что средние полосы пластин прогнуты в сторону гайки с пружиной сжатия, концы якоря жестко закреплены в середине средних полос. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый электромагнит отличается от прототипа совокупностью конструктивных элементов, находящихся во взаимосвязи друг с другом, взаимным их расположением. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого электромагнита критерию изобретения "новизна".

За счет предложенного размещения и крепления якоря исключаются возможный перекос якоря при виброударах и соответственно потери усилия от трения и боковых перемещений, т.е. улучшается вибрационная и ударная стойкость электромагнита, или повышается надежность его работы.

Для повышения быстродействия работы электромагнита вес якоря и усилие деформации плоских пружин скомпенсировано усилием пружины сжатия. Для этого за счет конструктивного решения выбирают рабочий диапазон, в котором упругий элемент (плоская пружина) обладает нелинейной характеристикой, т.е. работает как триггер, быстродействие электромагнита очень высокое, а потребляемая мощность снижена.

На основании изложенного считают, что в данном электромагните использованы нетрадиционные методы решения поставленной задачи, т.е. изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображен прямоходовый электромагнит, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 график зависимости усилия пружин сжатия от ее деформации; на фиг.4 график зависимости суммарного усилия деформации плоских пружин и веса якоря от деформации пружины сжатия, где Р_с усилие пружины сжатия, Р_д усилие плоских пружин, Р_я вес якоря, Δ деформация пружины сжатия, Δ₁, Δ₂ участок деформации пружины сжатия, на котором усилие пружины сжатия уравновновешено усилием деформации плоских пластин минус вес якоря.

Электромагнит содержит корпус 1, упругие элементы (плоская пружина 2), фланцы 3, электромагнитные катушки 4, 6. якорь 5, оси 7, пружину 8 сжатия, регулировочную гайку 9 с глухим продольным отверстием, упоры 10, фланцы 11, шток 12.

Внутри корпуса 1 размещены две катушки 4, 6 и якорь 5, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно катушек. Симметрично якорю 5 относительно поперечной плоскости симметрии выполнены фланцы 3. Во фланцах установлены упоры 10, пластины 2 и оси 7. Пластины разрезаны на три полоски вдоль их продольной оси. Торцы пластин зафиксированы осями 7. В боковых полосках для центровки предусмотрены установочные отверстия, и боковые полоски серединами опираются на упоры 10. К серединам средних полос пружин 2 жестко крепятся концы якоря 5. Со стороны прогиба плоских пружин на фланцы 11 установлена регулировочная гайка 9 с глухим продольным отверстием. Внутри гайки 9 установлена пружина 8 сжатия, которая одним концом упирается в упор в виде буртика на штоке 12, а другим концом в регулировочную гайку 9. Гайка 9 резьбой соединена с фланцем 11, выполненным на корпусе 1.

Прямоходовый электромагнит работает следующим образом.

В исходном состоянии при отключенном питании усилие от деформации плоской пружины Р_д направлено в сторону пружины 8 сжатия и противодействует весу якоря 5 (фиг.4). Регулировочной гайкой 9, деформируя пружину 8 сжатия, добиваются установки якоря в нулевое состояние, т.е. такое состояние, когда усилие пружины сжатия и веса якоря уравновешивается противодействием усилия Р_д от пластины 2 (на фиг.4 точка Р_раб). Плоская пружина 2 установлена так, что ее средняя часть прогнута, т. е. пружина 2 находится в неустойчивом напряженном состоянии в диапазоне Δ₁,Δ₂ и обладает нелинейной характеристикой, приведенной на фиг.3. Диапазон Δ₁,Δ₂, в котором пружина 2 обладает нелинейной характеристикой, выбирают из условия обеспечения требуемой длительности хода якоря. Зависит этот участок от материала, из которого выполнены пружина и якорь величиной прогиба полосок. Для выбора рабочей точки, т.е. такой точки, в которой пружина находится в неустойчивом состоянии, при этом из системы исключен вес якоря, пользуются регулировочной гайкой 9, пружиной 8 сжатия, гайками, которыми крепится якорь к пластине. Таким образом, в предлагаемом электромагните за счет конструктивного решения плоская пружина 2 работает как триггер.

При подаче напряжения на одну катушку электромагнита якорь перемещается в одну из сторон, при этом средние полоски пластин 2, к которым жестко прикреплен якорь, прогибаются в одну сторону. После снятия напряжения с катушки под действием упругой силы плоских пружин якорь 5 возвращается в исходное состояние. Для того, чтобы якорь вернулся быстрее в исходное состояние, т.е. совершил обратное движение, включена вторая катушка.

От электромагнита кроме высокого быстродействия требуется устойчивость при вибрационных и ударных нагрузках, возникающих от работы текстильного станка. Кроме того, ход якоря, который определяется диапазоном настройки Δ₁, Δ₂, должен быть фиксированным по длине и без перекоса, что достигается использование двух плоских пружин. Использование триггерного эффекта снижает ток потребления электромагнита, что немаловажно, так как на накопитель и тормоз нити наложены определенные требования по перегреву для обеспечения нормальной работы обслуживающего персонала при длительной непрерывной работе.

Использование: в коммутационных аппаратах, используемых в условиях вибрации. Сущность изобретения: прямоходовый электромагнит содержит корпус 1, внутри которого установлены две катушки 4, 6 и якорь 5. Симметрично якорю 5 относительно поперечной плоскости симметрии во фланцах 3 размещены пластины 2, разрезанные на три части вдоль их продольной оси. Пластины 2 установлены с прогибом средних полос в одну сторону. К центрам этих полос жестко прикреплены концы якоря 5. Со стороны прогиба пластин 2 размещена регулировочная гайка 9, внутри которой установлена пружина 8 сжатия, действующая на якорь 5. 4 ил.

ПРЯМОХОДОВЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ, содержащий корпус, внутри которого размещены две катушки и якорь, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно катушек, упругие элементы, закрепленные симметрично на противоположных сторонах корпуса, концы якоря жестко закреплены на упругих элементах, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен пружиной сжатия и регулировочной гайкой с глухим продольным отверстием, в котором установлен конец якоря с возможностью перемещения, гайка резьбой связана с фланцем, выполненным на корпусе, пружина сжатия размещена между гайкой и упором, выполненным на якоре, а упругие элементы выполнены в виде пластин с двумя параллельными продольными прорезями и установлены так, что средние полоски пластин прогнуты в сторону гайки с пружиной сжатия, при этом концы якоря жестко закреплены в середине средних полос.