МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 1998 года по МПК G01R5/02 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в устойчивых к механическим воздействиям электроизмерительных приборах.

Известны магнитоэлектрические измерительные механизмы, содержащие демпферы из токопроводящего материала прямоугольной формы [1].

Недостаток известного магнитоэлектрического измерительного механизма заключается в их малой виброустойчивости, так как указанные демпферы не создают демпфирующих сил для гашения продольных и поперечных колебаний, а гасят только крутильные колебания. Это объясняется тем, что токи, наводящиеся при продольных и поперечных колебаниях каркаса в его сторонах, расположенных под полюсами магнитной системы, направлены навстречу друг другу.

Виброустойчивость же магнитоэлектрических измерительных механизмов определяется в основном устойчивостью к продольным и поперечным колебаниям, поскольку задача демпфирования крутильных колебаний решается достаточно просто.

Известны также магнитоэлектрические измерительные механизмы, снабженные для демпфирования поперечных колебаний жидкостными успокоителями [2]. Серьезным недостатком таких механизмов является широкий разброс значений степени успокоения из-за невозможности установки растяжек точно по контуру резервуара успокоителя, высокая трудоемкость сборки и низкая надежность измерительного механизма вследствие вытекания или вытряхивания жидкости из резервуара при механических воздействиях.

Наиболее близким по технической сущности является магнитоэлектрический измерительный механизм, содержащий рамку с обмоткой, помещенную в рабочий зазор магнитной системы с внутрирамочным магнитом, имеющим сквозное отверстие. Рамка содержит рабочую обмотку для создания вращающего момента и короткозамкнутую обмотку для демпфирования крутильных колебаний. Для демпфирования поперечных колебаний рабочая и короткозамкнутая обмотки намотаны на каркас в форме восьмерки с элементами, расположенными в одной плоскости, причем элементы каркаса, соответствующие верхней и нижней сторонам восьмерки, помещены в рабочий зазор магнитной системы, а элементы каркаса, соответствующие крестообразной части восьмерки, состыкованы с помощью выполненных в них встречных пропилов, электрически изолированы друг от друга, и помещены в сквозное осевое отверстие, выполненное во внутрирамочном магните [3].

Недостатком такой конструкции является отсутствие демпфирования поперечных колебаний во взаимно-перпендикулярных направлениях.

Кроме того, наличие во внутрирамочном сердечнике сквозного осевого отверстия и внутренней крестообразной части каркаса усложняет процесс сборки подвижной части с магнитной системой. Сложность сборки заключается в том, что берут отрезок плоской ленты из токопроводящего материала и просовывают его в сквозное отверстие внутрирамочного сердечника, придавая тем самым форму восьмерки, производят пайку или сварку концов каркаса и только затем закрепляют каркас с рамкой.

Целью изобретения - упрощение сборки подвижной системы и повышение ее виброустойчивости к продольным и поперечным колебаниям.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитоэлектрическом измерительном механизме, содержащим рамку с обмоткой, намотанной на каркас, выполненный в виде ленты, свернутой в восьмерку, стороны которого соответствующие верхней и нижней частям восьмерки помещены в рабочий зазор магнитной системы, а стороны, соответствующие внутренней крестообразной части восьмерки состыкованы с помощью выполненных в них встречных пропилов и помещены в сквозное осевое отверстие внутрирамочного сердечника, внутрирамочный сердечник выполнен с продольным пазом, в котором укреплен дополнительный постоянный магнит, образующий зазор с другим дополнительным постоянным магнитом, прикрепленным к штифту, служащему для замыкания магнитной цепи, причем магнитное поле дополнительных постоянных магнитов ориентировано так, что их силовые линии перпендикулярны силовым линиям основного магнитного поля магнитной системы.

Дополнительные постоянные магниты выполнены из редкоземельных металлов, например, SmCO₅.

Благодаря наличию дополнительных постоянных магнитов из редкоземельных металлов с ориентацией магнитного поля таким образом, что их силовые линии перпендикулярны силовым линиям основного магнитного поля достигается демпфирование продольных колебаний.

Упрощение сборки подвижной системы достигается за счет того, что в магнитоэлектрическом измерительном механизме внутрирамочный сердечник имеет продольный паз, в который вставляется рамка с рабочей обмоткой, намотанной на замкнутый каркас в виде восьмерки.

На фиг. 1 дан общий вид магнитоэлектрического измерительного механизма в разрезе; на фиг. 2,а - штифт с прикрепленным постоянным магнитом; на фиг.2,б - конструкция внутрирамочного сердечника с прикрепленным внутри паза дополнительным постоянным магнитом, на фиг.2,в - конструкция каркаса; на фиг. 2, г - сборочный чертеж измерительного механизма; на фиг. 3 - схема возникновения демпфирующих токов и сил при поперечных колебаниях каркаса; на фиг. 4 - схема возникновения демпфирующих токов и сил при продольных колебаниях каркаса.

Электроизмерительный прибор (фиг. 1) содержит рамку с обмоткой 1, подвешенную на растяжках 2 в обойме 3 прибора и помещенную в рабочий зазор 4 магнитной системы 5 с внутрирамочным (фиг.2) сердечником 6, имеющим продольный паз 7, в котором укреплен дополнительный постоянный магнит 8, образующий зазор 9 с другим дополнительным постоянным магнитом 10, прикрепленный к штифту 11. Обмотка 1, держащая рабочую обмотку для создания вращающего момента и короткозамкнутую обмотку для демпфирования крутильных колебаний, намотана на каркас 12, выполненный в виде ленты, свернутой в восьмерку. Стороны каркаса 12, соответствующие верхней и нижней частям восьмерки, помещены в рабочий зазор 4 магнитной системы 5, а стороны, соответствующие внутренней крестообразной части восьмерки, состыкованы с помощью выполненных в них встречных пропилов и помещены в сквозное осевое отверстие внутрирамочного сердечника 6. Причем магнитное поле дополнительных постоянных магнитов 8 и 10 ориентировано так, что их силовые линии перпендикулярны силовым линиям основного магнитного поля магнитной системы 5.

Дополнительные постоянные магниты 8 и 10 могут быть выполнены из редкоземельных металлов, например, SmCO₅.

Сборку производят следующим образом.

Рамку с обмоткой 1 вставляют в паз 7 (фиг.2,б) и с помощью штифта 11 замыкают магнитную цепь. Таким образом, при сборке применяется обычная операция: установка подвижной системы на внутрирамочный сердечник с последующей сборкой измерительного механизма в целом.

Демпфирование поперечных колебаний, т.e. вдоль оси OY, действующих вдоль силовых линий рабочего магнитного поля осуществляется следующим образом (фиг. 3).

При движении подвижной системы вдоль оси OY в рабочих сторонах каркаса, находящихся в рабочем зазоре магнитной системы с индукцией , возникают демпфирующие токи I₁ и I₂, которые создают демпфирующие силы F_g1 и F_g2. Так как каркас выполнен в форме восьмерки, т.е. возникшие в его сторонах при поперечных колебаниях демпфирующие токи складываются и демпфирующие силы, приложенные к каждой из сторон каркаса, будут равны сумме демпфирующих сил F_g1 и F_g2 создаваемые каждым током, т. е. на каждую из сторон каркаса будет действовать демпфирующая сила Fg, которая равна сумме демпфирующих сил F_g1 и F_g2:
Fg = F_g1 + F_g2 (1).

Демпфирование продольных колебаний подвижной системы (вдоль оси OX), действующих вдоль силовых линий магнитного поля осуществляется аналогичным образом (фиг. 4). В сторонах каркаса, находящихся в зазоре между дополнительными магнитами с индукцией , наводятся ЭДС, E₁ и E₂, которые наводят токи I₁ и I₂.

Эти токи создают демпфирующие их силы F_g1 и F_g2. Так как каркас выполнен в виде восьмерки, а элементы каркаса изолированы друг от друга, то токи I₁ и I₂ складываются и демпфирующие силы, приложенные к каждой из сторон каркаса, будут равны сумме демпфирующих сил F_g1 и F_g2, создаваемых каждым током, т.е. на каждую из сторон каркаса будет действовать демпфирующая сила F_g, разная сумме демпфирующих сил F_g1 и F_g2:
F_g = F_g1 + F_g2. (2)
Применение дополнительных постоянных магнитов из редкоземельных металлов (РЗМ) вызвано, во-первых, тем, что магнитную систему прибора намагничивают лишь только с собранным измерительным механизмом, а, во-вторых, регулировку подвижной части в случае изменения допустимой величины натяжения растяжек производят путем изменения индукции в зазоре магнитной системы, т.е. методом намагничивания или размагничивания системы. Если в качестве дополнительных постоянных магнитов применить материал ЮНДК, который применяется в основной магнитной системе, то в процессе намагничивания дополнительные постоянные магниты намагничиваются в одном направлении, что и основной постоянный магнит, и подвижная часть не будет защищена от вибраций, действующих в плоскости рамки.

Таким образом, в заявляемом магнитоэлектрическом механизме достигается демпфирование продольных и поперечных колебаний и упрощается его сборка, что не достигается в прототипе [3].

Реализация заявляемого магнитоэлектрического механизма не вызывает затруднений. На его основе могут быть построены электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы повышенной виброустойчивости.

Магнитоэлектрический измерительный механизм позволяет упростить сборку подвижной системы и повысить ее виброустойчивость к продольным и поперечным колебаниям, не влияя на режим демпфирования крутильных колебаний. Демпфирование колебаний осуществляется независимо от демпфирования крутильных колебаний, что позволяет выбирать требуемую степень успокоения поперечных колебаний, не искажая при этом режим демпфирования крутильных колебаний. Рамка с обмоткой 1 подвешена на растяжках 2 в обойме 3 и помещена в рабочий зазор 4 магнитной системы 5 с внутрирамочным сердечником 6. Он имеет продольный паз 7, в котором укреплен дополнительный постоянный магнит 8, образующий зазор с другим дополнительным постоянным магнитом 10. Обмотка 1 намотана на каркас 12, выполненный в виде ленты, свернутой в восьмерку. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Магнитоэлектрический измерительный механизм, содержащий рамку с обмоткой, намотанной на каркас, выполненный в виде ленты, свернутой в восьмерку, стороны которого, соответствующие верхней и нижней частям восьмерки, помещены в рабочий зазор магнитной системы, а стороны, соответствующие внутренней крестообразной части восьмерки, состыкованы с помощью выполненных в них встречных пропилов и помещены в сквозное осевое отверстие внутрирамочного сердечника, отличающийся тем, что внутрирамочный сердечник выполнен с продольным пазом, в котором укреплен дополнительный постоянный магнит, образующий зазор с другим дополнительным постоянным магнитом, прикрепленным к штифту, служащему для замыкания магнитной цепи, причем магнитное поле дополнительных постоянных магнитов ориентировано так, что их силовые линии перпендикулярны силовым линиям основного мигнатного поля магнитной системы. 2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные постоянные магниты выполнены из редкоземельных металлов, например S_мCO.