ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД ПРЕССА Российский патент 2002 года по МПК B21J7/30 B30B1/42 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям оборудования для обработки ударом или давлением с электромагнитным приводом между статором и подвижным якорем.

Известен линейный электромагнитный двигатель [1], используемый, например, в приводах прессового оборудования, который содержит цилиндрический статор в виде стакана с размещенной в нем обмоткой, комбинированный якорь, выполненный из цилиндрической и дисковой частей, направляющий корпус (кожух), подшипники скольжения и возвратную пружину. Направляющий корпус выполнен из ферромагнитного материала, а его часть, прилегающая к статору, выполнена большего диаметра. При подходе якоря к этой части кожуха происходит перераспределение пути замыкания магнитного потока и включения в работу верхнего рабочего воздушного зазора, образованного внутренней частью якоря и поверхностью торцевой части статора. При подаче импульса напряжения в обмотку возбуждения двигателя, используемого в качестве силового привода пресса, якорь перемещается вниз, совершая рабочий ход. Вначале тяговое усилие создается в нижнем рабочем зазоре, а при выходе дисковой части якоря на увеличенный диаметр корпуса включается в работу и верхний зазор, что приводит к увеличению ударной электромагнитной силы якоря.

Недостатком этого линейного электромагнитного двигателя, работающего в прессовом оборудовании, является большой избыток электромагнитной силы после совершения полезной работы прессом. Так, например, после рубки, штамповки тонколистового материала, когда уже работа выполнена, избыточная электромагнитная сила идет на удар якоря о стопы и в случае, если избыточная электромагнитная сила больше силы сжатия возвратной пружины, то якорь "прилипает" к статору, нарушая частоту ходов якоря.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является двигатель электромагнитного пресса [2], который состоит из статора, обмотки, комбинированного якоря, состоящего из дискового и цилиндрического, двух рабочих воздушных зазоров, возвратной пружины, кожуха и двух стопов - наружного и внутреннего. При подаче импульса напряжения на обмотку якорь приближается к стопам под действием электромагнитных сил, при этом пружина сжимается. С уменьшением воздушных зазоров электромагнитная сила пресса растет по кривой, близкой к гиперболе.

Недостатком его является то, что в конце рабочего хода уже после совершения полезной работы пресс развивает большую избыточную электромагнитную силу, идущую на удар якоря о стопы, и в случае превышения избыточной силой силы сжатия возвратной пружины якорь "прилипает" к статору, вызывая сбой в частоте ходов якоря.

Задачей изобретения является повышение эффективности пресса за счет уменьшения избыточной электромагнитной силы после совершения полезной работы, идущей на удар якоря о стопы статора, и устранение явления "прилипания" якоря к стопам.

Поставленная задача решается следующим образом: в линейном электромагнитном приводе пресса, содержащем статор с размещенной в нем катушкой и якорем, направляющий кожух и возвратную пружину, якорь выполнен из двух подвижных друг относительно друга частей, одна из которых выполнена в виде стакана, а другая, расположенная внутри первой, - в виде цилиндрического сердечника, причем стакан якоря выполнен с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к сердечнику якоря, а оба выполнены с буртиками в верхней части, кроме того, направляющий кожух выполнен с упором, а якорь в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком сердечника и упором направляющего кожуха меньше, чем рабочий ход якоря.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый линейный электромагнитный привод пресса отличается тем,что его комбинированный якорь состоит из двух подвижных относительно друг друга ферромагнитных частей - пустотелой в виде стакана и сплошного цилиндра, размещенного в нем, причем площадь поперечного сечения стакана якоря меньше площади поперечного сердечника якоря.

Таким образом, заявляемый линейный электромагнитный двигатель соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, введение которых способствовало устранению вышеназванных недостатков, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

Конструкция и работа линейного электромагнитного привода пресса поясняется чертежами, где на фиг.1 и на фиг.2 приведена конструктивная схема привода пресса, а на фиг.3 зависимость электромагнитной силы F от зазора δ.

Линейный электромагнитный привод пресса содержит магнитопровод статора 1 с катушкой 2 и стопами 3 и 4, якорь 5, выполненный из двух подвижных относительно друг друга частей, одна из которых выполнена в виде стакана 6 с буртиком 7, а вторая - в виде сердечника 8 с буртиком 9, расположенного внутри стакана 6, направляющий кожух 10 с упором 11, возвратную пружину 12. Наружная торцевая поверхность стакана 6 со статором 1 образуют рабочий воздушный зазор 13, а наружная боковая поверхность стакана 6 с буртиком 7 и внутренняя поверхность направляющего кожуха 10 образуют со статором 1 рабочий воздушный зазор 14, равный зазору 13.

Воздушный зазор 15 образован внутренней торцевой поверхностью сердечника 8 и внутренней поверхностью стакана 6 в конце рабочего хода якоря 5, который в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком 9 сердечника 8 и упором 11 кожуха 10 меньше его рабочего хода. Стакан 6 и сердечник 8 выполнены из ферромагнитного материала, причем стакан 6 по отношению к сердечнику 8 выполнен конструктивно с меньшей площадью поперечного сечения. Направляющий кожух 10 выполнен из немагнитного материала.

Электромагнитный привод пресса работает следующим образом: при подаче импульса напряжения на обмотку 2 комбинированный якорь 5 под действием электромагнитной силы совместно с сердечником 8 как целое устремляется к стопам 3 и 4, уменьшая рабочие воздушные зазоры 13 и 14 (фиг.1). При этом электромагнитная сила его растет по закону, близкому к гиперболе (фиг.3), по кривой 1, развивая при малых зазорах 13 и 14 большую электромагнитную силу. После совершения полезной работы избыточная сила (кривая 2), идущая на удар якоря о стопы снимается по кривой 3 (фиг.3) с помощью упора 11 и буртика 7, а также образованного в магнитной цепи якоря 5 нерабочего воздушного зазора 15. Площадь поперечного сечения стакана 6 якоря 5 во много раз меньше площади поперечного сечения сердечника 8, поэтому стакан 6 быстро насыщается, образуя практически разрыв стали якоря с воздушным зазором 15. После посадки буртика 9 на упор 11 часть развиваемой якорем электромагнитной силы будет затрачена на преодоление отрыва намагниченных поверхностей в области воздушного зазора 14 и вторая часть электромагнитной силы будет погашена за счет образовавшегося воздушного зазора 15 в магнитопроводе якоря, поэтому результирующая электромагнитная сила якоря резко падает и становится меньше силы сжатой пружины 12. При отсутствии импульса напряжения под действием силы пружины якорь 5 возвращается в исходное состояние, уменьшая воздушный зазор 15 до соприкосновения поверхностей магнитопровода якоря с сердечником 8 в области уменьшающегося воздушного зазора 15. Якорь готов к следующему импульсу напряжения.

Выполнение комбинированного якоря 5 пустотелым с тонкой стенкой стакана 6 и введенного в него ферромагнитного сердечника 8 с буртиком 9 позволяет в момент подачи импульса напряжения на обмотку 2 развивать электромагнитную силу якорем 5 совместно с сердечником 8, введенным в него по кривой 1 (фиг. 3). При малом рабочем зазоре 13 (и 14) буртик 9 садится на упор 11 кожуха 10. При этом часть развиваемой якорем электромагнитной силы затрачивается на преодоление отрыва намагниченных поверхностей сердечника 8 и якоря 5 в области образовавшегося воздушного зазора 15 и большая часть оставшейся электромагнитной силы будет погашена за счет появления воздушного зазора 15 в магнитопроводе, создавшего большое магнитное сопротивление потоку, что резко уменьшает оставшуюся часть электромагнитной силы. Эффективность заявляемого привода пресса - бесшумность в работе, устраняется избыточная энергия, идущая на удар о стоп.

Источники информации
1. Патент РФ 2084071, МКИ 6 Н 02 К 33/02, H 01 F 7/16, B 21 J 7/30, БИ 23, 1996 - аналог.

2. А.с. СССР 734911, МКИ В 21 J 7/30, БИ 19, 1981, с. 267 - прототип.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в оборудовании для обработки давлением. Линейный электромагнитный привод пресса включает статор с размещенной в нем катушкой и якорем, направляющий кожух с упором и возвратную пружину. Якорь состоит из двух подвижных относительно друг друга частей. Одна часть представляет собой стакан, а вторая - расположенный внутри стакана цилиндрический сердечник. Площадь поперечного сечения стакана меньше площади поперечного сечения цилиндрического сердечника. В верхней части стакана и сердечника имеются буртики. Якорь в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком сердечника и упором направляющего кожуха меньше, чем величина рабочего хода якоря. В результате обеспечивается повышение эффективности пресса. 3 ил.

Линейный электромагнитный привод пресса, содержащий статор с размещенной в нем катушкой и якорем, направляющий кожух и возвратную пружину, отличающийся тем, что якорь выполнен из двух подвижных относительно друг друга частей, одна из которых выполнена в виде стакана, а другая, расположенная внутри первой, - в виде цилиндрического сердечника, причем стакан якоря выполнен с меньшей площадью поперечного сечения по отношению к сердечнику якоря, а оба выполнены с буртиками в верхней части, кроме того, направляющий кожух выполнен с упором, а якорь в начальном положении установлен с условием, что расстояние между буртиком сердечника и упором направляющего кожуха меньше, чем рабочий ход якоря.