ЭЛЕКТРОМАГНИТ С ПОЛЯРИЗУЮЩЕЙ ОБМОТКОЙ Российский патент 2008 года по МПК H01F7/123 

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

Известен нейтральный электромагнит, содержащий магнитную систему, магнитный поток в которой создается двумя обмотками, расположенными коаксиально и включаемыми одновременно (Коц Б.Э. Электромагниты постоянного тока с форсировкой, М., Энергия, 1973 с.12, рис.3).

Недостатком такой конструкции является низкое быстродействие, так как до включения обмоток магнитный поток в системе равен нулю и необходимо время для нарастания потока в рабочем воздушном зазоре до уровня, необходимого для начала движения якоря.

Наиболее близким по техническому решению является поляризованный электромагнит постоянного тока (заявка РФ №2005133010, H01F 7/13), который имеет две согласно включенные обмотки, намотанные в различных секциях, между которыми расположен дополнительный элемент магнитной системы (промежуточный фланец) из магнитно-мягкого материала, причем поляризующая обмотка совместно с дополнительным элементом охватывает сердечник или якорь электромагнита.

Такое техническое решение позволяет увеличить быстродействие в сравнении с нейтральным электромагнитом, так как до включения управляющей обмотки в системе существует магнитный поток, созданный током поляризующей обмотки, часть которого замыкается по дополнительному элементу магнитной системы (промежуточному фланцу), минуя рабочий воздушный зазор. При включении управляющей обмотки происходит перемагничивание дополнительного элемента магнитной системы, за счет чего в рабочем воздушном зазоре быстро нарастает магнитный поток, что приводит к сокращению времени трогания и времени движения якоря.

Однако известная конструкция поляризованного электромагнита обладает недостаточным быстродействием, так как потоки рассеивания, замыкающиеся на корпус и имеющие значительную величину при большом ходе якоря, не участвуют в перемагничивании дополнительного элемента магнитной системы из магнитно-мягкого материала, расположенного между обмотками, что уменьшает скорость перемагничивания дополнительного элемента и увеличения магнитного потока в рабочем зазоре, снижая скорость нарастания усилия электромагнита, определяющего его быстродействие.

Задачей изобретения является создание конструкции электромагнита, позволяющей получить электромагнит с повышенным быстродействием.

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 и коаксиально расположенными обмотками, одна из которых является управляющей, другая - поляризующей, между которыми установлен дополнительный элемент магнитной системы из магнитно-мягкого материала, причем поляризующая обмотка с дополнительным элементом магнитной системы охватывают управляющую обмотку.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена предлагаемая конструкция 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, расположенными коаксиально, между которыми установлен выполненный из магнитно-мягкого материала дополнительный элемент магнитной системы 9. Поляризующая обмотка 8 совместно с дополнительным элементом 9 охватывает управляющую обмотку 7 электромагнита.

При выключенной управляющей обмотке 7 большая часть Ф_П1 поляризующего магнитного потока, создаваемого обмоткой 8, проходит через корпус 2, проходной фланец 6, дополнительный элемент магнитной системы 9, 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_П3 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 (на чертеже не показана) и якорь 3 остается неподвижным.

При включении управляющей обмотки 7, нарастающий в ней ток создает свой магнитный поток, часть Ф_У1 которого замыкается через проходной фланец 6, якорь 3, рабочий воздушный зазор 1, сердечник 4, опорный фланец 5, дополнительный элемент магнитной системы 9. Магнитный поток Ф_У1 в дополнительном элементе магнитной системы 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 дополнительный элемент 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 дополнительного элемента магнитной системы 9. Магнитный поток в дополнительном элементе магнитной системы 9 меняет направление и по нему проходит поток Ф_У1, создаваемый обмоткой 7. В этом случае магнитный поток Ф_П1, в дополнительном элементе 9 магнитной системы 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.

Одновременно с нарастанием магнитных потоков Ф_У1 и Ф_У2, создаваемых током управляющей обмотки 7, возрастает магнитный поток рассеивания Ф_ур, замыкающийся с якоря на дополнительный элемент магнитной системы 9. Магнитный поток Ф_ур способствует более быстрому перемагничиванию дополнительного элемента 9 магнитной системы, что увеличивает быстродействие электромагнита.

После срабатывания электромагнита поляризующая обмотка 8 выключается и якорь 3 удерживается во включенном положении током управляющей обмотки 7.

Возвращение якоря 3 в исходное положение осуществляется выключением управляющей обмотки 7. Магнитный поток в рабочем воздушном зазоре 1 и развиваемое электромагнитом усилие снижаются и якорь 3 под действием возвратной пружины (на чертеже не показана) возвращается в исходное положение.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве исполнительного элемента управления клапаном или форсункой подачи топлива в автомобильном двигателе внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение быстродействия электромагнита. Электромагнит содержит включенные согласно и расположенные коаксиально поляризующую и управляющую обмотки, между которыми установлен дополнительный элемент магнитной системы из магнитно-мягкого материала, причем поляризующая обмотка с дополнительным элементом магнитной системы охватывают управляющую обмотку. 1 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, одна из которых является управляющей, другая поляризующей, между которыми установлен дополнительный элемент магнитной системы из магнитно-мягкого материала, отличающийся тем, что обмотки расположены коаксиально, причем поляризующая обмотка с дополнительным элементом магнитной системы охватывает управляющую обмотку.