ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД Российский патент 1997 года по МПК H01F7/18 

Изобретение относится к электромеханике и может быть использовано в электромагнитных приводах клапанного или соленоидального типов.

Известен электромагнитный привод, содержащий электромагнит, якорь которого соединен с рабочим механизмом, а обмотка подключена посредством коммутационного элемента с источником электропитания постоянного тока [1]
Недостаток этого привода связан со специфицеским видом тяговой характеристики электромагнита, который развивает тяговое усилие примерно обратно пропорционально квадрату зазора в магнитной системе, т.е. при включении электромагнит развивает небольшое усилие, которое по мере притяжения якоря резко возрастает.

Этот недостаток частично устранен в приводе с форсированным включением электромагнита [2]
В качестве прототипа изобретения целесообразно принять электромагнитный привод, содержащий тяговой электромагнит с магнитным сердечником, подвижная часть которого соединена с рабочим механизмом, а на неподвижной его части находится электрическая обмотка, выводы которой посредством основного и вспомогательного элементов подключены к источнику электропитания постоянного тока, а также датчик перемещения подвижной части магнитного сердечника, выход которого соединен со вспомогательным коммутационным элементом [3]
Недостаток прототипа связан со сложностью его исполнения, особенно в части датчика положения подвижной части, в качестве которого обычно предусматривают вспомогательный контакт или бесконтактный датчик.

Цель изобретения исключение указанного недостатка, а именно упрощение привода.

Эта цель достигается за счет того, что последовательно в цепь электрической обмотки электромагнита включен дроссель, обмотка которого шунтирована диодом, последовательно с которым включен датчик перемещения подвижной части магнитного сердечника.

Существенные отличительные признаки изобретения:
дополнительно предусмотрены дроссель и диод;
дроссель включен в цепь электрической обмотки электромагнита и шунтирован в обратном направлении диодом;
датчик перемещения включен последовательно с диодом.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема привода; на фиг. 2 - диаграмма его срабатывания.

Привод (фиг. 1) содержит тяговый электромагнит 1 с магнитным сердечником, имеющим неподвижную 2 и подвижную 3 части, разделенные воздушным зазором δ, причем 0 ≅ δ ≅ δ_max. Подвижная часть 3 (якорь) связана с рабочим механизмом 4. На неподвижной части 2 имеется электрическая обмотка 5, выводы 6-7 которой подключены к источнику электропитания через основной 8 и вспомогательный 9 коммутационные элементы, причем последний шунтирован резистором 10, а также через индуктивность (дроссель) 11. При этом L₁₁ < L₅.

Индуктивность 11 шунтирована цепочкой из токоограничительного резистора 12, диода 13 и входного элемента оптрона 14. В состав последнего входят светодиод 15 и фотодиод 16, причем последний подключен ко входной цепи усилителя 17, выходы этого усилителя подключены через элемент задержки 18 (реле времени) ко входной цепи управления вспомогательного ключа 9 к входу блока диагностики 19. Наличие последнего не обязательно.

Привод работает следующим образом. Пусть в исходном состоянии (до момента t₀ на диаграмме фиг. 2) ключ 8 разомкнут, ключ 9 замкнут, обмотка 5 обесточена, якорь 3 оттянут рабочим механизмом 4 в положение δ = δ_max.. При замыкании в момент t₀ ключа 8 образуется цепь питания обмотки 5 от источника U и в этой цепи начинает нарастать ток i, а в магнитном сердечнике 2-3 нарастает пропорциональный этому току магнитный поток Φ, создавая в рабочих зазорах силу F ≡ Φ². Под действием этой силы начинается с момента t₁ движение якоря 3 вместе с рабочим механизмом 4, так, что зазор d уменьшается и соответственно снижается магнитное сопротивление контура 2-3, что ведет к быстрому росту магнитного потока F. Это в свою очередь наводит в обмотке 5 э.д. с. , что обычно при быстром движении якоря вызывает спад тока в обмотке 5, начиная с момента t₁. Это продолжается до окончания движения якоря 3 (момент t₂), после чего ток снова нарастает.

При спаде тока в обмотке 5 он стремится протекать по обмотке дросселя 11, причем разница токов i_ш i₁₁-i₅ замыкается по контуру 11-15-13-12-11, вызывая срабатывание оптрона 14. Этот сигнал через усилитель 17 воздействует на:
реле времени, которое с задержкой τ отключает ключ 9, вводя в цепь обмотки 5 резистор 10 и переводя тем самым электромагнит из форсированного режима питания в нормальной режим;
блок диагностики 19, который в простейшем случае регистрирует сам факт срабатывания электромагнита, т. е. протяжении якоря, по наличию сигнала на входе блока 19, т.е. по провалу тока Di. В более совершенном варианте блок 19 замеряет длительность τ_c импульса, поскольку эта величина определяется скоростью движения якоря . Замедление движения якоря обычно может быть вызвано увеличением сопротивления (трения) в рабочем механизме или в самом якоре, снижением напряжения электропитания.

Таким образом обеспечивается форсированное включение электромагнита, а после срабатывания он автоматически переводится в нормальный режим, причем это выполняется без использования вспомогательных контактов или других датчиков перемещения якоря (рабочего механизма), что упрощает привод.

Технико-экономическая эффективность изобретения определяется упрощением привода и повышением надежности его работы.

Использование: в мощных приводах с тяговыми электромагнитами клапанного или соленоидного типа. Сущность: в приводе с электромагнитом, подвижная часть которого связана с рабочим механизмом, а на неподвижной части имеется обмотка, дополнительно в цепь обмотки включен датчик положения в виде дросселя, шунтированного диодом. Последовательно в цепи диода включен чувствительный элемент датчика подвижной части (якоря) электромагнита. Обмотка подключена к источнику электропитания посредством основного и дополнительного коммутационных элементов; последний из них по своему входу управления соединен с чувствительным элементом датчика перемещения. 2 ил.

Электромагнитный привод, содержащий тяговый электромагнит с магнитным сердечником, подвижная часть которого соединена с рабочим механизмом, а на неподвижной его части находится электрическая обмотка, выводы которой посредством основного и вспомогательного коммутационных элементов подключены к источнику электропитания постоянного тока, а также датчик перемещения подвижной части магнитного сердечника, выход которого соединен с вспомогательным коммутационным элементом, отличающийся тем, что датчик перемещения подвижной части магнитного сердечника выполнен в виде дросселя, обмотка которого шунтирована последовательно соединенными диодом и пороговым элементом, и включен последовательно в цепь электрической обмотки электромагнита.