ТЯГОВЫЙ ЦЕПНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ Российский патент 2003 года по МПК H01F7/16 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во всех отраслях техники как приводной тяговый механизм с большим ходом перемещения.

Известны тяговые электромагниты (Электромагнитные устройства автоматики. - М.: Высшая школа, 1974, с. 356-364).

Известен магнитопровод тягового электромагнита (патент 2068588 по кл. H 01 F 3/04).

Это устройство не обеспечивает большую величину рабочего хода подвижного якоря, при достаточно большом удалении якоря от торца намагничивающей обмотки растет поток рассеяния между подвижными участками магнитопровода. При включении не обеспечивается равномерный воздушный зазор и из-за собственной упругости магнитопровода нет большого тягового усилия.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в максимально эффективном использовании электромагнитной работы с достаточно большим линейным перемещением, высокой скоростью и необходимым усилием.

Данная техническая задача решается тем, что тяговый цепной электромагнит, содержащий намагничивающую обмотку, неподвижно закрепленный магнитопровод, подвижные участки магнитопровода с тягой и возвратной пружиной, подвижный магнитопровод выполнен в виде набора, ферромагнитных пластин, последовательной цепью удерживающихся с воздушными зазорами за выступы, с равноугловым расстоянием по окружности, ограничительными скобами, размещенными в направляющих прямых пазах в стенке цилиндрического корпуса с последовательным спиральным смещением, крайние пластины закреплены к подвижной тяге и неподвижно закрепленному магнитопроводу, а сумма воздушных зазоров между ферромагнитными пластинами соответствует рабочему ходу тяги. Подвижный магнитопровод может быть выполнен в виде набора ферромагнитных колец, последовательной цепью удерживающихся с воздушными зазорами за выступы, с равноугловым расстоянием по окружности, ограничительными скобами, размещенными в направляющих прямых пазах в стенке цилиндрического корпуса с последовательным спиральным смещением, крайние кольца закреплены к неподвижно закрепленному магнитопроводу и к тяге, размещенной внутри колец, выполняющей толкающий рабочий ход взаимопритягивающихся ферромагнитных колец. В предлагаемом устройстве наружная часть подвижного магнитопровода может быть выполнена в виде набора кольцевых ферромагнитных пластин, так что внутри размещена намагничивающая обмотка с закрепленными в торцах неподвижными участками магнитопровода, внутри которой подвижный магнитопровод в виде набора ферромагнитных пластин так же, как и кольца последовательной цепью удерживающихся с воздушными зазорами за выступы, с равноугловым расстоянием по окружности, ограничительными скобами, размещенными в направляющих прямых пазах в стенках цилиндрических корпусов с последовательным спиральным смещением, крайние пластины внутреннего и кольца наружного подвижного магнитопровода закреплены с подвижной тягой и неподвижным участком магнитопровода. Кроме этого в устройстве крайняя ферромагнитная пластина внутреннего подвижного магнитопровода и крайняя ферромагнитная кольцевая пластина наружного подвижного магнитопровода закреплены к противоположным неподвижным участкам магнитопровода, закрепленным в торцах корпуса намагничивающей обмотки, а крайнее ферромагнитная пластина внутреннего подвижного магнитопровода и ферромагнитная кольцевая пластина наружного подвижного магнитопровода закреплены к противоположным тягам так, что сумма воздушных зазоров между ферромагнитными пластинами внутреннего подвижного магнитопровода и сумма воздушных зазоров между ферромагнитными кольцами наружного подвижного магнитопровода соответствует полному рабочему ходу противоположных тяг. Кроме этого ферромагнитные пластины и кольца подвижного магнитопровода могут быть изготовлены с конусным и кольцевым прогибом, а удерживающие выступы параллельными плоскости стягивания ферромагнитных пластин и колец. Ферромагнитные пластины и кольца подвижного магнитопровода могут последовательной цепью удерживаться с воздушными зазорами за выступы, с равноугловым расстоянием по окружности, изогнутыми в ферромагнитных пластинах и кольцах захватами в виде скобы. Направляющие прямые пазы в стенке цилиндрического корпуса подвижного магнитопровода могут быть выполнены с металлическими немагнитными взаимоизолированными вставками. Благодаря этим решениям рабочий воздушный зазор, соответствующий рабочему ходу, разбивается на множество малых воздушных зазоров, в пределах каждого из которых магнитное поле будет однородным, равномерным с пренебрежимо малыми магнитными потоками выпучивания, что позволяет значительно уменьшить потери магнитного потока создаваемой намагничивающей обмоткой.

На фиг. 1 изображена схема тягового цепного электромагнита с внутренним подвижным магнитопроводом в виде пластин.

На фиг.2 изображена схема сборки подвижного магнитопровода.

На фиг.3 изображена схема размещения ограничительных скоб по окружности набора ферромагнитных пластин.

На фиг. 4 изображена схема тягового цепного электромагнита с внутренним подвижным магнитопроводом в виде ферромагнитных колец и толкающей тяги.

На фиг.5 изображена схема тягового цепного электромагнита с внутренним и наружным подвижным магнитопроводом.

На фиг.6 изображена схема тягового цепного электромагнита с соединением внутреннего и наружного подвижного магнитопровода к противоположным тягам.

На фиг. 7 изображены ферромагнитные пластины с выступами и захватами в виде скобы.

На фиг.8 изображена схема сборки подвижного магнитопровода из набора ферромагнитных пластин, удерживающихся за выступы захватами, изогнутыми в виде скобы.

На фиг.9 изображена схема размещения захватов, изогнутых в виде скобы по окружности набора ферромагнитных пластин.

На фиг. 10 изображены ферромагнитные пластины с конусным и кольцевым прогибом.

Тяговый цепной электромагнит фиг.1 содержит намагничивающую обмотку 1, неподвижный магнитопровод 2, подвижный магнитопровод, состоящий из ферромагнитных пластин 3, удерживающихся ограничительными скобами 8 в направляющих пазах 7 цилиндрического корпуса, тяги 5 с возвратной пружиной 4. В тяговом цепном электромагните фиг.4 подвижный магнитопровод состоит из набора ферромагнитных колец 6, внутри которых находится толкающая тяга 5. Тяговый цепной электромагнит фиг.5 содержит кроме внутреннего подвижного магнитопровода, состоящего из ферромагнитных пластин 3, ограничительных скоб 8 в направляющих прямых пазах 7 цилиндрического корпуса, имеет наружный подвижный магнитопровод, состоящий из ферромагнитных колец 6, ограничительных скоб 14 в направляющих пазах 13 цилиндрического корпуса. Внутренний и наружный подвижные участки магнитопровода соединены с общей тягой 5 и возвратной пружиной 4, внутри закреплена намагничивающая обмотка 1 с неподвижными магнитопроводами 2 и 12. В отличие от этого тяговый цепной электромагнит фиг. 6 имеет две встречные тяги 5 и 9 соответственно с возвратными пружинами 4 и 11, соединяющимися с внутренним и наружным подвижным магнитопроводом. Подвижный магнитопровод тягового цепного электромагнита может состоять как из набора плоских ферромагнитных пластин и колец фиг.1, 4, так и из ферромагнитных пластин и колец с конусным фиг.6 и кольцевым фиг.5 прогибом фиг. 10 /а, в, с/. Кроме этого ферромагнитные пластины плоские 10 фиг.8 или с конусным и кольцевым прогибом могут иметь захваты, изогнутые в виде скобы фиг.7 /а, в, с/ с выступами. В тяговом цепном электромагните направляющие прямые пазы 7, 13 в стенке цилиндрического корпуса подвижного магнитопровода могут быть выполнены с металлическими немагнитными взаимоизолированными вставками 15 фиг.6, 8, 9.

Между ферромагнитными пластинами 3 или кольцам 6 образованы воздушные зазоры δ, сумма которых определяет рабочий ход. Величина зазора между ферромагнитными пластинами 3 или кольцами 6 жестко удерживается ограничительными скобами 8, 14 или высотой изгиба захвата в пластинах или кольцах 10 фиг. 7. Размещение ограничительных скоб 8, 14 фиг.3 или захватов 10 фиг.9 по окружности набора ферромагнитных пластин 3 или колец 6 в прямых пазах выполнено так, что ограничительные скобы 8, 14 или захваты 10, перемещаясь, не нарушали движения ферромагнитных пластин 3 или колец 6, позволяя стягиваться в плотный пакет. Поэтому ограничительные скобы 8, 14 или захваты 10 размещены с последовательным спиральным смещением по высоте набора в прямых пазах 7, 13 цилиндрического корпуса подвижного магнитопровода. Определим количество пазов /фиг.3, 9/.

Так если a - толщина изогнутого захвата скобы,
b - толщина ферромагнитной пластины,
δ - воздушный зазор.

k - количество ферромагнитных пластин.

Количество ферромагнитных пластин, перекрывающих высоту скобы 8, 14 фиг. 3 2a+2b+δ или захвата 10 фиг.9 а+2b+δ в пакете, определяется из условия:
для скобы 8, 14 фиг.3 2а+2b+δ≤kb,
для захвата 10 фиг.9 a+2b+δ≤kb.

Для удержания одной ферромагнитной пластины 3 или кольца 6 необходимо количество скоб m≥2, расположенные по окружности на равноугловых расстояниях /например, на фиг.2, 3 m=2, на фиг.8, 9 m=3/, очевидно количество пазов 7, 13 - c - соответствует c≥mk. Выступы в ферромагнитных пластинах 3 или кольцах 6, а также выступ и захват 10 выполнены парными с размещением в ближайших пазах 7, 13 для исключения возможного изгиба тонких ферромагнитных пластин 3 и колец 6. Кроме этого, помимо увеличения площади взаимодействия магнитного потока, для повышения жесткости тонкие ферромагнитные пластины 3 и кольца 6 выполнены с конусным фиг.10 /а, в/ и кольцевым фиг.10 /с/ прогибом с углом - γ, при этом воздушный зазор в зоне изгиба соответствует δ_ф = δcosγ.
Для свободного перемещения ферромагнитных пластин 3 или колец 6 необходим минимальный зазор между выступом паза 7, 13 и ферромагнитной пластиной 3 или кольцом 6 - α, стенкой направляющего паза 7, 13 и ограничительной скобой 8, 14 фиг. 3 или захватом 10 фиг.9 - β, очевидно что β≥α. Величина изгиба - x скобы 8, 14 или захвата 10 фиг.3, 9 должна быть больше зазоров β+α, но меньше величины выступа - y в ферромагнитной пластине 3 или кольце 6 - y>x>β+α. Эти величины выбираются с учетов износа в процессе работы подвижного магнитопровода. Для снижения трения и износа в паз 7, 13 установлена металлическая немагнитная изолированная вставка 15 фиг.8, 9.

Тяговый цепной электромагнит работает следующим образом. При подаче тока по намагничивающей обмотке 1 создается намагничивающая сила, магнитный поток которой, замыкаясь, проходит по неподвижному магнитопроводу, концентрируется на ферромагнитных пластинах 3 и кольцах 6 подвижного магнитопровода, и под действием магнитных потенциалов ферромагнитные пластины 3 и кольца 6 стягиваются, уменьшая воздушный зазор δ. При этом через ограничительные скобы 8, 14 или захваты пластин 10 в зону действия максимального магнитного потока втягиваются новые ферромагнитные пластины 3 и кольца 6 до полного притяжения. Притяжение друг к другу каждой ферромагнитной пластины 3 и кольца 6 подвижного магнитопровода обеспечивает полный рабочий ход Σδ перемещения тяги 5. В отличие от этого в тяговом цепном электромагните фиг.6 при подаче тока по намагничивающей обмотке 1 магнитным потоков Ф ферромагнитные пластины 3 и кольца 6 стягиваются, внутренний подвижный матнитопровод втягивает тягу 5 встречно по отношению к тяге 9, соединенной с наружным подвижным магнитопроводом. При этом полный рабочий ход равен сумме воздушных зазоров внутреннего и сумме зазоров наружного подвижного магнитопровода, по сравнению с приводом на одну тягу 5 фиг.1, 4, 5 достигается удвоение величины рабочего хода. Подвижный корпус устройства тягового цепного электромагнита фиг.6 удерживается по направляющим на тягах. При отключении тока от намагничивающей обмотки 1 за счет сил упругости возвратных пружин 4, 11 ферромагнитные пластины 3 и кольца 6 через ограничительные скобы 8, 14 или захваты 10 размыкаются, распределяясь в направляющих пазах 7, 13 цилиндрического корпуса с равномерным зазором, занимая исходное положение. Подача электропитания на намагничивающую обмотку 1 тягового цепного электромагнита осуществляется преимущественно постоянным током, а при необходимости управляемого замедленного перемещения импульсным током управляемой частоты с одновременной подачей тока удержания пластин.

Благодаря этим решениям, имея пакет ферромагнитных пластин 3 и колец 6, удерживаемых с малым воздушным зазором, а значит с незначительными потерями магнитного потока Ф, получим большую величину тягового усилия при малых габаритах и весе. A при увеличении воздушного зазора предоставляется возможность устройством тягового цепного электромагнита увеличить рабочий ход на величину, превышающую в несколько раз габариты намагничивающей обмотки, с достаточно высоким усилием и быстродействием.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано как приводной тяговый механизм с большим ходом перемещения и высокой скоростью. Техническим результатом является расширение эксплуатационных возможностей за счет увеличения линейного перемещения и повышения скорости. В тяговом цепном электромагните подвижный магнитопровод выполнен в виде набора ферромагнитных пластин с выступами, установленных на равноугловом расстоянии по окружности, и ограничительных скоб, размещенных в направляющих прямых пазах в стенке цилиндрического корпуса с последовательным спиральным смещением. Крайние пластины закреплены к подвижной тяге и неподвижно магнитопроводу, а сумма воздушных зазоров между ферромагнитными пластинами соответствует рабочему ходу тяги. Подвижный магнитопровод может быть выполнен в виде ферромагнитных колец, внутри которых находится тяга, или ферромагнитных колец, охватывающих намагничивающую обмотку снаружи. При соединении внутреннего подвижного магнитопровода на одну тягу, а наружного подвижного магнитопровода на вторую тягу достигается удвоение рабочего хода тяг. Кроме этого, ферромагнитные пластины и кольца могут быть выполнены с конусным и кольцевым прогибом или с изогнутым захватом в виде скобы. В направляющих прямых пазах в стенке цилиндрического корпуса могут быть установлены металлические немагнитные взаимоизолированные вставки. 3 с. и 13 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Тяговый цепной электромагнит, содержащий намагничивающую оболочку, неподвижный магнитопровод подвижный магнитопровод в виде ферромагнитных участков, так что крайние ферромагнитные участки закреплены к тяге с возвратной пружиной и к неподвижному магнитопроводу, а сумма воздушных зазоров между ферромагнитными участками соответствует рабочему ходу тяги, отличающийся тем, что внутри намагничивающей обмотки в корпусе подвижный магнитопровод выполнен в виде набора ферромагнитных пластин, последовательной цепью удерживающихся с воздушными зазорами за выступы на равноугловом расстоянии по окружности, ограничительными скобами, размещенными в направляющих прямых пазах в стенке цилиндрического корпуса с последовательным спиральным смещением.2. Тяговый цепной электромагнит по п.1, отличающийся тем, что подвижный магнитопровод в корпусе выполнен в виде набора ферромагнитных колец, так что внутри установлена тяга, выполняющая толкающий рабочий ход.3. Тяговый цепной электромагнит по п.1 или 2, отличающийся тем, что ферромагнитные пластины и кольца подвижного магнитопровода выполнены с конусным прогибом, а выступы параллельными плоскости ферромагнитных пластин и колец.4. Тяговый цепной электромагнит по п.2 или 3, отличающийся тем, что ферромагнитные кольца подвижного магнитопровода выполнены с кольцевым прогибом, а выступы параллельными плоскости ферромагнитных колец.5. Тяговый цепной электромагнит по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что ферромагнитные пластины и кольца подвижного магнитопровода последовательной цепью удерживаются с воздушными зазорами за выступы, на равноугловом расстоянии по окружности, изогнутыми в ферромагнитных пластинах и кольцах захватами в виде скобы.6. Тяговый цепной электромагнит по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что направляющие прямые пазы выполнены в виде набора изогнутых металлических немагнитных взаимоизолированных вставок, образующих внутреннюю стенку цилиндрического корпуса подвижного магнитопровода.7. Тяговый цепной электромагнит, содержащий намагничивающую обмотку, неподвижный магнитопровод, подвижный магнитопровод в виде ферромагнитных участков во внутреннем и наружном корпусах, так что крайние ферромагнитные участки закреплены к тяге с возвратной пружиной и к неподвижному магнитопроводу, а сумма воздушных зазоров между ферромагнитными участками соответствует рабочему ходу тяги, отличающийся тем, что подвижный магнитопровод в наружном корпусе выполнен в виде набора ферромагнитных колец, последовательной цепью удерживающихся с воздушными зазорами за выступы на равноугловом расстоянии по окружности, ограничительными скобами, размещенными в направляющих прямых пазах в стенке цилиндрического корпуса с последовательным спиральным смещением, внутри размещена намагничивающая обмотка с закрепленными в торцах участками неподвижного магнитопровода, внутри которой подвижный магнитопровод во внутреннем корпусе в виде набора ферромагнитных пластин, так же последовательной цепью удерживающихся с воздушными зазорами за выступы, с равноугловым расстоянием по окружности, ограничительными скобами, размещенными в направляющих прямых пазах в стенке цилиндрического корпуса с последовательным спиральным смещением, крайние ферромагнитные пластины во внутреннем и ферромагнитные кольца в наружном корпусе подвижного магнитопровода закреплены с тягой и участком неподвижного магнитопровода.8. Тяговый цепной электромагнит по п.7, отличающийся тем, что ферромагнитные пластины и кольца подвижного магнитопровода выполнены с конусным прогибом, а выступы параллельными плоскости ферромагнитных пластин и колец.9. Тяговый цепной электромагнит по п.7 или 8, отличающийся тем, что ферромагнитные кольца подвижного магнитопровода выполнены с кольцевым прогибом, а выступы параллельными плоскости ферромагнитных колец.10. Тяговый цепной электромагнит по любому из пп.7 - 9, отличающийся тем, что ферромагнитные пластины и кольца подвижного магнитопровода последовательной цепью удерживаются с воздушными зазорами за выступы на равноугловом расстоянии по окружности, изогнутыми в ферромагнитных пластинах и кольцах захватами в виде скобы.11. Тяговый цепной электромагнит по любому из пп.7 - 10, отличающийся тем, что направляющие прямые пазы выполнены в виде набора изогнутых металлических немагнитных взаимоизолированных вставок, образующих внутреннею стенку цилиндрического корпуса подвижного магнитопровода.12. Тяговый цепной электромагнит, содержащий намагничивающую обмотку, неподвижный магнитопровод, подвижный магнитопровод в виде ферромагнитных участков во внутреннем и наружном корпусах с тягами и возвратными пружинами, отличающийся тем, что подвижный магнитопровод в наружном корпусе выполнен в виде набора ферромагнитных колец, последовательной цепью удерживающихся с воздушными зазорами за выступы на равноугловом расстоянии по окружности, ограничительными скобами, размещенными в направляющих прямых пазах в стенке цилиндрического корпуса с последовательным спиральным смещением, внутри размещена намагничивающая обмотка с закрепленными в торцах участками неподвижного магнитопровода, внутри которой подвижный магнитопровод во внутреннем корпусе в виде набора ферромагнитных пластин, так же последовательной цепью удерживающихся с воздушными зазорами за выступы на равноугловом расстоянии по окружности, ограничительными скобами, размещенными в направляющих прямых пазах в стенке цилиндрического корпуса с последовательным спиральным смещением, крайние ферромагнитные кольца в наружном корпусе закреплены с тягой и участком неподвижного магнитопровода, а крайние ферромагнитные пластины во внутреннем корпусе закреплены к противоположной тяге и противоположному участку неподвижного магнитопровода, так что сумма воздушных зазоров между ферромагнитными кольцами в наружном корпусе и сумма воздушных зазоров между ферромагнитными пластинами во внутреннем корпусе подвижного магнитопровода соответствует полному рабочему ходу противоположных тяг.13. Тяговый цепной электромагнит по п.12, отличающийся тем, что ферромагнитные пластины и кольца подвижного магнитопровода выполнены с конусным прогибом, а выступы параллельными плоскости ферромагнитных пластин и колец.14. Тяговый цепной электромагнит по п.12 или 13, отличающийся тем, что ферромагнитные кольца подвижного магнитопровода выполнены с кольцевым прогибом, а выступы параллельными плоскости ферромагнитных колец.15. Тяговый цепной электромагнит по любому из пп.12 - 14, отличающийся тем, что ферромагнитные пластины и кольца подвижного магнитопровода последовательной цепью удерживаются с воздушными зазорами за выступы, на равноугловом расстоянии по окружности, изогнутыми в ферромагнитных пластинах и кольцах захватами в виде скобы.16. Тяговый цепной электромагнит по любому из пп.12 - 15, отличающийся тем, что направляющие прямые пазы выполнены в виде набора изогнутых металлических немагнитных взаимоизолированных вставок, образующих внутреннюю стенку цилиндрического корпуса подвижного магнитопровода.