МАГНИТОПРОВОД ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТА Российский патент 1996 года по МПК H01F3/04 H01F7/16 

Изобретение относится к области электротехники и в частности к электроаппаратостроению и может быть использовано в приводных тяговых электромагнитах, особенно при больших рабочих ходах якоря.

Известен магнитопровод тягового электромагнита [1] выполненный в виде Ш-образной магнитной системы и содержащий якорь, сердечник и намагничивающую обмотку. Недостатком известной конструкции магнитопровода является наличие больших магнитных потоков рассеяния из-за частичного охвата магнитопроводом намагничивающей обмотки и наличие значительных магнитных потоков выпучивания в больших рабочих воздушных зазорах магнитной системы. Магнитные потоки рассеяния и выпучивания в значительной степени снижают тяговое усилие электромагнита, особенно при больших рабочих ходах.

Прототипом может служить магнитопровод броневого тягового электромагнита [2] содержащий ферромагнитный цилиндрический корпус, закрепленный между ферромагнитными верхним фланцем и нижним основанием, и подвижный якорь, в исходном положении установленный по отношению к стопу нижнего основания с рабочим воздушным зазором, соответствующим рабочему ходу якоря. Между подвижным якорем и верхнем фланцем имеется паразитный воздушный зазор.

В этом известном магнитопроводе, как и в предыдущей конструкции магнитопровода, из-за потоков выпучивания в большом рабочем воздушном зазоре и из-за потерь магнитного потока в паразитном воздушном зазоре значительно снижается эффективность преобразования энергии магнитного поля в электромагнитное усилие притяжения якоря к стопу. При больших зазорах тяговое усилие имеет малое значение.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в уменьшении потерь магнитного потока на рассеяние и на выпучивание без уменьшения рабочего хода якоря тягового электромагнита. Указанная техническая задача решается тем, что в магнитопроводе тягового электромагнита, содержащем подвижный якорь, неподвижное основание и участки магнитопровода, расположенные между якорем и основанием с образованием воздушного зазора, соответствующего рабочему ходу якоря, участки магнитопровода, расположенные между якорем и основанием, выполнены в виде набора складывающихся в направлении перемещения якоря ферромагнитных элементов, крайние из которых прикреплены соответственно к неподвижному основанию и подвижному якорю, а сумма расстояний между ферромагнитными элементами в исходном положении соответствует рабочему ходу якоря. В предлагаемом устройстве магнитопровода набор складывающихся в ходе перемещения якоря ферромагнитных элементов выполнен в виде нескольких равномерно размещенных по окружности листовых мембранных пластин, сужающихся по направлению к центру окружности. Кроме того, набор складывающихся в ходе перемещения якоря ферромагнитных элементов выполнен в виде спирали из плоской ленты, навитой на ребро, причем, набор складывающихся в ходе перемещения якоря ферромагнитных элементов выполнен в виде спирали из профилированной ленты. Благодаря такому решению рабочий воздушный зазор, соответствующий рабочему ходу якоря, разбивается на множество малых воздушных зазоров, в пределах каждого из которых магнитное поле будет плоско-параллельным, однородным, равномерным с пренебрежимо малыми магнитными потоками выпучивания. Отсутствие паразитных воздушных зазоров исключает потери магнитного потока в предлагаемом магнитопроводе.

Это позволяет значительно уменьшить эквивалентный воздушный зазор при сохранении рабочего хода якоря и, следовательно, повысить тяговое усилие электромагнита и повысить его быстродействие. Сущность изобретения поясняется чертежами тягового электромагнита, конструктивные модификации которого представлены на фиг.1.4.

На фиг.1 изображен магнитопровод тягового электромагнита, выполненный из листовых мембранных пластин (гофров), равномерно расположенных по окружности и сужающихся к центру окружности.

На фиг.2 изображен магнитопровод тягового электромагнита, выполненный в виде спирали из плоской ленты, навитой на ребро.

На фиг.3 изображен магнитопровод тягового электромагнита, выполненный в виде спирали из ленты, профилированной в продольном направлении.

На фиг.4 изображен магнитопровод тягового электромагнита, выполненный в виде спирали из ленты, профилированной в поперечном направлении.

Магнитная система тягового электромагнита содержит намагничивающую обмотку 1 и магнитопровод, состоящий из подвижного якоря 2, неподвижного основания 3 и участков 4 и 5, выполненных в виде набора складывающихся в направлении перемещения якоря 2 ферромагнитных элементов. Между ферромагнитными элементами образованы воздушные зазоpы δ_i, которые в совокупности определяют рабочий ход δ_Σ подвижного якоря 2 тягового электромагнита.

Площади поперечных сечений ферромагнитных элементов участков магнитопровода 4 и 5 обеспечивают насыщение ферромагнитных элементов при значении тока намагничивающей обмотки, составляющем до 10% значения тока трогания.

Тяговый электромагнит работает следующим образом. При подключении намагничивающей обмотки 1 к источнику питания постоянного тока по обмотке начинает протекать ток I₁, нарастающий во времени по величине. Под действием тока I₁, магнитодвижущая сила F обмотки 1 возбуждает магнитный поток f₁, который замыкаясь по магнитопроводу, проходит по подвижному якорю 2, неподвижному основанию 3, ферромагнитным участком 4 и 5 между якорем 2 и основанием 3.

Магнитный поток φ₁, протекая по ферромагнитным участкам 4 и 5, создает падение магнитного потенциала U_Mi между соседними ферромагнитными элементами (точки а и b магнитного участка 5, с и d магнитного участка 4).

Толщина ферромагнитных элементов участков 4 и 5 выбирается такой, чтобы ферромагнитные элементы участков 4 и 5 насыщались от магнитного потока φ₁ при значении тока I₁ в намагничивающей обмотке 1, равном до 10% от значения тока трогания I_тр (I₁ ≅ I_тр).

Дальнейшее нарастание тока I_1Mв намагничивающей обмотке 1 возбуждает магнитный поток φ₂, который будет замыкаться по подвижному якорю 2, неподвижному основанию 3 и по воздушным зазорам δ_i перпендикулярно плоскостям ферромагнитных элементов, участков магнитопровода 4 и 5, расположенных между якорем 2 и основанием 3. Так как величина каждого отдельного воздушного зазора δ_i между ферромагнитными элементами участков магнитопровода 4 и 5 значительно мала по сравнению с геометрическими размерами площади поверхности (плоскости), то магнитное поле в отдельном воздушном зазоре δ_i будет по своим параметрам соответствовать плоско-параллельному однородному, равномерному магнитному полю с пренебрежимо малыми магнитными потоками выпучивания.

Под действием магнитного потока φ₂ создается электромагнитное усилие P_эi притяжения друг к другу ферромагнитных элементов участков магнитопровода 4 и 5, расположенных между якорем 2 и основанием 3

где μ_o 1,256 • 10^-6 г/м магнитная постоянная;
площадь поверхности (плоскости) ферромагнитных пластин;
U_мi разность магнитных потенциалов между ферромагнитными пластинами;
δ_i величина воздушного зазора между ферромагнитными пластинами;
χ и A характерные коэффициенты полюсов магнитной системы. Для плоско-параллельного однородного, равномерного магнитного поля усилие притяжения P_эi между полюсами значительно больше, чем для неравномерного магнитного поля.

Притяжение друг к другу каждого ферромагнитного элемента участков магнитопровода 4 и 5 обеспечит рабочий ход δ_Σ= δ_i•n тягового электромагнита, т. е. перемещение подвижного якоря 2 к неподвижному основанию 3 (где n число ферромагнитных элементов участков магнитопровода 4 и 5, расположенных между якорем 2 и основанием 3).

При отключении намагничивающей обмотки 1 от источника питания магнитные потоки φ₁ и φ₂ снижаются до минимальных значений, при которых под действием упругих сил электромагнита, ферромагнитные элементы участков магнитопровода 4 и 5, расположенных между якорем 2 и основанием 3, разомкнутая с образованием воздушных зазоров δ_i и подвижный якорь 2 вернется в исходное состояние.

Выполнение ферромагнитных элементов участков магнитопровода 4 и 5 в виде спирали из плоской ленты, навитой на ребро (фиг. 2) с параллельным расположением плоскостей ферромагнитных элементов обеспечивает получение абсолютно плоско-параллельного однородного, равномерного магнитного поля в воздушных зазорах δ_i между плоскостями ферромагнитных элементов. Тем самым возрастает электромагнитное тяговое усилие Р_эi между ферромагнитными элементами участков магнитопровода 4 и 5 под действием магнитного потока φ₂, проходящего в воздушных зазорах δ_i. Выполнение ферромагнитных элементов участков магнитопровода 4 и 5 в виде спирали из ленты, профилированной в продольном направлении (фиг. 3), или в поперечном направлении (фиг. 4) по отношению к длине ленты, или в любом другом направлении увеличивает магнитную проводимость магнитному потоку φ₂, что способствует возрастанию электромагнитного тягового усилия Р_эi между ферромагнитными элементами участков магнитопровода 4 и 5. Предлагаемая конструкция магнитопровода тягового электромагнита исключает наличие паразитных воздушных зазоров, которые в известных конструкциях не участвуют в создании электромагнитного усилия притяжения якоря к стопу основания, но на которые тратится часть магнитодвижущей силы F намагничивающей обмотки. Тем самым в предлагаемой конструкции электромагнита уменьшается эквивалентный воздушный зазор магнитной системы и повышается эффективность воздействия магнитодвижущей силы намагничивающей обмотки при создании электромагнитного тягового усилия Р_э притяжения подвижного якоря 2 к неподвижному основанию 3.

Совмещенное одновременное замыкание всех ферромагнитных элементов участков магнитопровода 4 и 5 с перемещением в пределах малых значений воздушных зазоров δ_i обеспечивает высокое быстродействие притяжения подвижного якоря 2 к неподвижному основанию 3.

При увеличении числа n воздушных зазоров δ_i с малой величиной этих зазоров возможно изготовление предлагаемой конструкции тягового электромагнита с большим рабочим ходом тягового электромагнита с увеличенным электромагнитным тяговым усилием P_э, высокого быстродействия.

Изобретение относится к области электротехники, предназначено для использования в приводных тяговых электромагнитах и позволяет уменьшить потери магнитного потока на рассеяние и на выпучивание без уменьшения рабочего якоря тягового электромагнита. Магнитная система тягового электромагнита содержит намагничивающую обмотку 1 и магнитопровод, состоящий из подвижного якоря 2, неподвижного основания 3 и участков 4 и 5, выполненных в виде набора складывающихся в направлении перемещения якоря 2 ферромагнитных элементов. Благодаря такому выполнению магнитопровода рабочий ход определяется малыми по величине воздушными зазорами, при которых выпучивание магнитного потока уменьшается. 3 з.п. ф-лы. 4 ил.

1. Магнитопровод тягового электромагнита, содержащий подвижный якорь, неподвижное основание и участки магнитопровода, расположенные между якорем и основанием с образованием воздушного зазора, соответствующего рабочему ходу якоря, отличающийся тем, что участки магнитопровода, расположенные между якорем и основанием, выполнены в виде набора складывающихся в направлении перемещения якоря ферромагнитных элементов, крайние из которых прикреплены соответственно к неподвижному основанию и подвижному якорю, а сумма расстояний между ферромагнитными элементами в исходном положении соответствует рабочему ходу якоря. 2. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что набор складывающихся в ходе перемещения якоря ферромагнитных элементов выполнен в виде нескольких равномерно размещенных по окружности листовых мембранных пластин, сужающихся по направлению к центру окружности. 3. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что набор складывающихся в ходе перемещения якоря ферромагнитных элементов выполнен в виде спирали из плоской ленты, навитой на ребро. 4. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что набор складывающихся в ходе перемещения якоря ферромагнитных элементов выполнен в виде спирали из профилированной ленты.