ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД Российский патент 1997 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к арматуростроению, преимущественно к запорным клапанам с электромагнитным приводом, и может быть применено в машиностроении и других областях техники.

Известны электромагнитные приводы, использующие вспомогательные катушки электромагнита для удержания основного якоря [1, 2]
Недостатками этих устройств являются сложность конструкции, увеличенные габаритно-массовые характеристики и недостаточная надежность.

Известен электромагнитный привод в клапане [3] имеющий электромагнит, якорь, ярмо, где основной запорный орган выполнен из ферромагнитного материала.

Недостатком этого устройства является большое сопротивление магнитной цепи из-за наличия двух немагнитных зазоров, каждый из которых по величине равен рабочему зазору или близок к нему.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, улучшение габаритно-массовых и динамических характеристик, а также повышение экономичности и надежности привода.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, состоящем из электромагнита, якоря, ферромагнитного поршня, основного запорного органа и ярма, на боковой поверхности ярма в месте ее пересечения с торцевой поверхностью в зоне зазора между ферромагнитным поршнем и ярмом выполнена кольцевая канавка. При этом ширина кольцевой канавки равна или превышает высоту боковой поверхности ферромагнитного поршня, взаимодействующей с ярмом через радиальный зазор.

Кольцевая канавка в ярме позволяет с высокой эффективностью перераспределить магнитный поток с боковых поверхностей ярма и ферромагнитного поршня к торцевым при движении поршня к ярму и удерживать поршень в верхнем положении за счет электромагнитных сил до снятия электрического напряжения с электромагнита.

На фиг. 1 приведен общий вид электромагнитного привода; на фиг. 2 общий вид одного из вариантов кольцевой канавки электромагнитного привода при движении ферромагнитного поршня по наружной поверхности электромагнита; на фиг. 3 общий вид электромагнитного привода клапана без усиления.

Электромагнитный привод состоит из электромагнита 1, магнитопровода 2, сердечника 3, якоря 4 управляющего клапана 5, ярма 6 с кольцевой канавкой 7, ферромагнитного поршня 8, основного запорного органа 9.

Привод работает следующим образом.

При подаче электрического напряжения на электромагнит 1 возникает магнитный поток, который в основном проходит по магнитопроводу 2 через ярмо 6, боковые поверхности Б ярма и ферромагнитного поршня 8, разделяемые радиальным зазором δ₁ ферромагнитный поршень 8 основного запорного органа 9, якорь 4 управляющего клапана 5, рабочий зазор δ₃ якоря и сердечника 3. При этом магнитный поток через аксиальный зазор δ₂ между торцевыми поверхностями А ферромагнитного поршня и ярма незначителен, т.к. зазор δ₂ значительно превышает радиальный зазор δ₁ В связи с тем, что магнитное сопротивление в зазоре δ₁ незначительно в силу его малости и развитых ферромагнитных боковых поверхностей Б, взаимодействующих между собой, магнитная энергия сосредотачивается в рабочем зазоре δ₃ для создания наибольшей силы для перемещения якоря 4 и открытия управляющего клапана.

Управляющий клапан открывается, ферромагнитный поршень под действием перепада давлений на нем движется к торцовой поверхности ярма. При движении ферромагнитного поршня за счет уменьшения аксиального зазора δ₂ и уменьшения площади взаимодействия через боковые поверхности Б ферромагнитного поршня и ярма в радиальном зазоре δ₁ (так как боковая поверхность ферромагнитного поршня устанавливается против кольцевой канавки, заполненной немагнитной средой) происходит перераспределение магнитного потока от боковых поверхностей ферромагнитного поршня и ярма к торцовым. Между торцовыми поверхностями А ферромагнитного поршня и ярма течет максимальный магнитный поток, в то же время через боковые поверхности магнитный поток незначителен. При этом возникает сила, удерживающая ферромагнитный поршень с основным запорным органом в открытом положении, независимо от наличия давления на входе в запорный орган. После снятия электрического напряжения с электромагнита закрывается управляющий клапан, давление в надпоршневой и подпоршневой полостях выравнивается, закрывается основной запорный орган. Клапан закрыт.

На фиг. 3 приведено исполнение электромагнитного привода клапана без усиления, где при включении электромагнита жестко связанные якорь с ферромагнитным поршнем под действием энергии магнитного потока, сосредоточенной в зазоре δ₃ движутся к ярму. Далее в зазоре δ₂ происходит описанное выше перераспределение магнитного потока и удержание якоря с ферромагнитным поршнем в верхнем положении до снятия электрического напряжения с электромагнита.

Преимущественный вариант выполнения привода, в котором размер кольцевой канавки от торцовой поверхности ярма в сторону рабочего зазора равен или превышает толщину боковой поверхности ферромагнитного поршня, взаимодействующей с ярмом через радиальный зазор δ₁ позволяет свести к минимуму магнитный поток через боковые поверхности Б в открытом положении клапана, т.к. боковая поверхность поршня оказывается полностью в зоне кольцевой канавки, и магнитное сопротивление в этой зоне будет максимальным. Весь магнитный поток будет проходить через торцовые поверхности А. В таком варианте выполнения потребуется минимальное энергопотребление на удержание якоря в открытом положении клапана.

Кольцевая канавка может быть заполнена любым немагнитным материалом, например нержавеющей сталью, что упрочняет конструкцию, либо антифрикционным материалом для уменьшения трения при движении ферромагнитного поршня относительно ярма, либо в ней может быть установлена манжета, чтобы при необходимости обеспечить разделение надпоршневых и подпоршневых полостей друг от друга и т.д.

Эффективность привода регулируется формой и размерами кольцевой канавки.

При движении магнитопроводящего поршня изменение магнитного сопротивления, а следовательно, и магнитного потока между ярмом и магнитопроводящим поршнем зависит от формы и размеров (глубины и ширины) кольцевой канавки, что в свою очередь определяет эффективность электромагнитного привода в зависимости от схемы и конструктивного исполнения.

По сравнению с известным устройством электромагнитный привод имеет следующие преимущества:
упрощение конструкции и повышение надежности за счет исключения специальных устройств для удержания ферромагнитного поршня;
снижение энергопотребления за счет перераспределения магнитного потока и исключения потребления дополнительной энергии от внешнего источника;
возможность оптимизации эффективности привода за счет изменения формы и размеров кольцевой канавки;
возможность использования кольцевой канавки для дополнительных целей, например размещения манжеты, подшипника скольжения и др.

улучшение габаритно-массовых, а следовательно, и динамических характеристик.

Использование: в арматуростроении. Сущность изобретения: в электромагнитном приводе на боковой поверхности ярма в месте ее пересечения с торцевой поверхностью в зоне радиального зазора между ферромагнитным поршнем и ярмом выполнена кольцевая канавка. Ширина канавки равна или превышает высоту боковой поверхности ферромагнитного поршня, взаимодействующей с ярмом через радиальный зазор. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электромагнитный привод, состоящий из электромагнита, магнитопровода, якоря, ярма и ферромагнитного поршня, отличающийся тем, что на боковой поверхности ярма в месте ее пересечения с торцевой поверхностью в зоне радиального зазора между ферромагнитным поршнем и ярмом выполнена кольцевая канавка. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что ширина канавки равна или превышает высоту боковой поверхности ферромагнитного поршня, взаимодействующей с ярмом через радиальный зазор.