БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ С ПОЛЯРИЗУЮЩЕЙ ОБМОТКОЙ Российский патент 2007 года по МПК H01F7/13 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции электромагнита постоянного тока, использующегося в качестве исполнительного элемента в системах управления.

Известен электромагнит (патент РФ №2137236, МПК Н01F 7/16), содержащий магнитопровод с обмоткой, которая выполнена распределенной и размещена в прямых параллельных пазах магнитопровода таким образом, что элемент магнитопровода, разделяющийся на два соседних паза, является сердечником части обмотки.

Недостатком такого технического решения является малый ход якоря, ограничивающий его применение, и сложность конструкции.

Наиболее близким по техническому решению является электромагнит постоянного тока (патент Франции №2553567, МПК Н01F 7/13) который имеет две согласно включенные обмотки, намотанные в различных секциях, между которыми расположен промежуточный фланец, причем промежуточный фланец находится в области рабочего воздушного зазора. Такая конструкция позволяет получить необходимую форму статической тяговой характеристики для более точного согласования ее с характеристикой противодействующих усилий приводного механизма.

Недостатком такого технического решения является низкое быстродействие электромагнита.

Задачей изобретения является создание конструкции электромагнита, позволяющей получить электромагнит с повышенным быстродействием при заданной величине хода якоря.

Поставленная задача решается тем, что в электромагните, содержащем магнитную систему с рабочим воздушным зазором, включающую в себя выполненные из магнитно-мягкого материала корпус, сердечник, якорь, опорный и проходной фланцы, магнитное поле в которой создается двумя согласно включенными обмотками, намотанными отдельно каждая в своей секции, между которыми расположен промежуточный фланец из магнитно-мягкого материала, одна из обмоток является управляющей, другая поляризующей, причем поляризующая обмотка совместно с промежуточным фланцем охватывает сердечник или якорь электромагнита.

На фиг.1 изображен электромагнит с поляризующей обмоткой, охватывающей совместно с промежуточным фланцем сердечник электромагнита.

На фиг.2 изображен электромагнит с поляризующей обмоткой, охватывающей совместно с промежуточным фланцем якорь электромагнита.

Электромагнит содержит магнитную систему с рабочим воздушным зазором 1, включающую в себя выполненные из магнитно-мягкого материала корпус 2, якорь 3, сердечник 4, опорный 5 и проходной 6 фланцы. Магнитное поле в системе создается включенными согласно управляющей 7 и поляризующей 8 обмотками, намотанными отдельно каждая в своей секции, между которыми расположен выполненный из магнитно-мягкого материала промежуточный фланец 9. Поляризующая обмотка 8, совместно с промежуточным фланцем 9, охватывает сердечник 4 электромагнита (фиг.1).

Поляризующая обмотка 8, совместно с промежуточным фланцем 9, может охватывать якорь 3 электромагнита (фиг.2).

Если поляризующая обмотка 8 охватывает совместно с промежуточным фланцем 9 сердечник 4 электромагнита (фиг.1), при выключенной управляющей обмотке 7, большая часть Ф_п1 поляризующего магнитного потока, создаваемого обмоткой 8, проходит через корпус 2, промежуточный фланец 9, сердечник 4, опорный фланец 5, так как этот путь имеет наибольшую магнитную проводимость по сравнению с параллельным путем через корпус 2, проходной фланец 6, якорь 3, рабочий воздушный зазор 1, сердечник 4, опорный фланец 5, по которому проходит меньшая часть Ф_п2 потока поляризующей обмотки 8. Так как магнитный поток Ф_п2, проходящий через рабочий воздушный зазор 1 при выключенной управляющей обмотке 7, незначителен, создаваемое электромагнитом усилие не может преодолеть усилие возвратной пружины (не показана), и якорь 3 остается неподвижным.

При включении управляющей обмотки 7 нарастающий в ней ток создает свой магнитный поток, основная часть Ф_у1 которого замыкается через корпус 2, проходной фланец 6, якорь 3, рабочий воздушный зазор 1, сердечник 4, промежуточный фланец 9. Магнитный поток Ф_у1 в промежуточном фланце 9 направлен навстречу магнитному потоку Ф_п1. Поэтому возрастающая намагничивающая сила обмотки 7 уменьшает магнитный поток Ф_п1, являющийся частью поляризующего магнитного потока, создаваемого обмоткой 8. Часть Ф_у2 магнитного потока, созданного током управляющей обмотки 7, замыкается, минуя промежуточный фланец 9 через корпус 2, проходной фланец 6, якорь 3, рабочий воздушный зазор 1, сердечник 4, опорный фланец 5. Одновременно с уменьшением магнитного потока Ф_п1 возрастает часть Ф_п2 магнитного потока поляризующей обмотки 8, которая замыкается через корпус 2, проходной фланец 6, якорь 3, рабочий воздушный зазор 1, сердечник 4 и опорный фланец 5.

Нарастание создаваемой током управляющей обмотки 7 намагничивающей силы приводит к перемагничиванию промежуточного фланца 9. Магнитный поток в промежуточном фланце 9 меняет направление, и по нему проходит поток Ф_у1, создаваемый обмоткой 7. В этом случае магнитный поток Ф_п1, проходящий через промежуточный фланец 9, исчезает, и весь магнитный поток поляризующей обмотки 8 состоит из потока Ф_п2, замыкающегося через рабочий воздушный зазор 1.

Изменение пути замыкания создаваемого обмоткой 8 поляризующего магнитного потока Ф_п1, который существует в системе до включения управляющей обмотки 7, приводит к увеличению скорости нарастания магнитного потока в рабочем воздушном зазоре 1, что вызывает одновременное увеличение скорости нарастания создаваемого электромагнитом усилия и повышение его быстродействия.

При выключении управляющей обмотки 7 ее намагничивающая сила и создаваемые магнитные потоки Ф_у1 и Ф_у2 снижаются до нуля. При этом происходит перераспределение частей Ф_п1 и Ф_п2 магнитного потока поляризующей обмотки 8 по параллельным путям замыкания. Возрастает часть Ф_п1 поляризующего магнитного потока обмотки 8, которая снова замыкается по пути с наибольшей магнитной проводимостью через промежуточный фланец 9. Одновременно с увеличением потока Ф_п1 часть магнитного потока Ф_п2, проходящая через рабочий воздушный зазор 1, стремится к минимуму. Магнитный поток в рабочем воздушном зазоре 1 и развиваемое электромагнитом усилие снижаются, и якорь 3 под действием возвратной пружины (не показана) возвращается в исходное положение.

Если поляризующая обмотка 8 охватывает совместно с промежуточным фланцем 9 якорь 3 электромагнита (фиг.2), при выключенной управляющей обмотке 7, большая часть Ф_п1 поляризующего магнитного потока, создаваемого обмоткой 8, проходит через корпус 2, проходной фланец 6, якорь 3, промежуточный фланец 9, так как этот путь имеет наибольшую магнитную проводимость по сравнению с параллельным путем через корпус 2, проходной фланец 6, якорь 3, рабочий воздушный зазор 1, сердечник 4, опорный фланец 5, по которому проходит меньшая часть Ф_п2 потока поляризующей обмотки 8. Так как магнитный поток Ф_п2, проходящий через рабочий воздушный зазор 1 при выключенной управляющей обмотке 7, незначителен, создаваемое электромагнитом усилие не может преодолеть усилие возвратной пружины (не показана), и якорь 3 остается неподвижным.

При включении управляющей обмотки 7 нарастающий в ней ток создает свой магнитный поток, основная часть Ф_у1 которого замыкается через корпус 2, промежуточный фланец 9, якорь 3, рабочий воздушный зазор 1, сердечник 4, опорный фланец 5. Магнитный поток Ф_у1 в промежуточном фланце 9 направлен навстречу магнитному потоку Ф_п1. Поэтому возрастающая намагничивающая сила обмотки 7 уменьшает магнитный поток Ф_п1, являющийся частью поляризующего магнитного потока, создаваемого обмоткой 8. Часть Ф_у2 магнитного потока, созданного током управляющей обмотки 7, замыкается, минуя промежуточный фланец 9, через корпус 2, проходной фланец 6 якорь 3, рабочий воздушный зазор 1, сердечник 4, опорный фланец 5. Одновременно с уменьшением магнитного потока Ф_п1 возрастает часть Ф_п2 магнитного потока поляризующей обмотки 8, которая замыкается через корпус 2, проходной фланец 6, якорь 3, рабочий воздушный зазор 1, сердечник 4, опорный фланец 5.

Нарастание создаваемой током управляющей обмотки 7 намагничивающей силы приводит к перемагничиванию промежуточного фланца 9. Магнитный поток в промежуточном фланце 9 меняет направление, и по нему проходит поток Ф_у1, создаваемый обмоткой 7. В этом случае магнитный поток Ф_п1, проходящий через промежуточный фланец 9, исчезает, и весь магнитный поток поляризующей обмотки 8 состоит из потока Ф_п2, замыкающегося через рабочий воздушный зазор 1.

Изменение пути замыкания создаваемого обмоткой 8 поляризующего магнитного потока Ф_п1, который существует в системе до включения управляющей обмотки 7, приводит к увеличению скорости нарастания магнитного потока в рабочем воздушном зазоре 1, что вызывает одновременное увеличение скорости нарастания создаваемого электромагнитом усилия и повышение его быстродействия.

При выключении управляющей обмотки 7 ее намагничивающая сила и создаваемые магнитные потоки Ф_у1 и Ф_у2 снижаются до нуля. При этом происходит перераспределение частей Ф_п1 и Ф_п2, магнитного потока поляризующей обмотки 8 по параллельным путям замыкания. Возрастает часть Ф_п1 поляризующего магнитного потока обмотки 8, которая снова замыкается по пути с наибольшей магнитной проводимостью через промежуточный фланец 9. Одновременно с увеличением потока Ф_п1 часть магнитного потока Ф_п2, проходящая через рабочий воздушный зазор 1, стремится к минимуму. Магнитный поток в рабочем воздушном зазоре 1 и развиваемое электромагнитом усилие снижаются, и якорь 3 под действием возвратной пружины (не показана) возвращается в исходное положение.

Изобретение направлено на повышение быстродействия электромагнита постоянного тока, который может быть использован в качестве исполнительного элемента в системах управления. Техническим результатом является повышение быстродействия. Указанный технический результат достигается тем, что в электромагните, содержащем магнитную систему с рабочим воздушным зазором, включающую в себя выполненные из магнитно-мягкого материала корпус, сердечник, якорь, опорный и проходной фланцы, магнитное поле в которой создается двумя согласно включенными обмотками, намотанными отдельно каждая в своей секции, между которыми расположен промежуточный фланец из магнитно-мягкого материала, одна из обмоток является управляющей, другая поляризующей, причем поляризующая обмотка совместно с промежуточным фланцем охватывает сердечник или якорь электромагнита. 2 ил.

Электромагнит, содержащий магнитную систему с рабочим воздушным зазором, включающую в себя выполненные из магнитно-мягкого материала корпус, сердечник, якорь, опорный и проходной фланцы, магнитное поле в которой создается двумя согласно включенными обмотками, намотанными отдельно каждая в своей секции, между которыми расположен промежуточный фланец из магнитно-мягкого материала, отличающийся тем, что одна из обмоток является управляющей, другая поляризующей, причем поляризующая обмотка совместно с промежуточным фланцем охватывает сердечник или якорь электромагнита.