ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2018 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к средствам регулирования, в частности к электромеханическим преобразователям, и может быть использовано в одно- и многоступенчатых пневматических и гидравлических клапанах, работающих на принципе «сопло-заслонка», в частности в клапанах систем управления летательными аппаратами.

Известна конструкция электромеханического устройства, в котором якорь, расположенный между воздушными зазорами магнитной системы, под действием электрического тока, подаваемого на катушки управления, поворачивается на угол, управляя перемещением заслонки (см. Actuators. Basics and Applications. Автор Janocha Hartmut (Ed.), издательство Springer, 2004 стр. 158, рис. 4.2 «Torque motor»). Недостатком данной конструкции является расположение катушек управления непосредственно на якоре, который жестко связан с заслонкой и управляет ее положением. Непосредственное расположение катушек на якоре увеличивает его момент инерции, что снижает быстродействие работы устройства.

Наиболее близким по техническому решению, принятым за прототип к предлагаемому изобретению, является электромеханическое устройство, содержащееся в одноступенчатом клапане типа «сопло-заслонка» по патенту США US №20130048891 (см. US №20130048891, МПК F16K 31/02, 2013). Электромеханическое устройство содержит в своей конструкции несколько катушек, якорь и заслонку. Магнитный поток под действием подаваемого на катушки тока управляет угловым положением якоря, находящегося между полюсными наконечниками магнитопроводов в магнитной системе с двумя магнитами. Заслонка жестко соединена с якорем и перемещается между соплами клапана. Для защиты пространства электромеханического устройства, в котором находится электромагнитная система от среды, в которой находится заслонка, используется гибкое уплотнение.

Основным достоинствами прототипа являются небольшие габаритные размеры и обеспечение герметичности пространства с электромагнитной системой от среды, в которой находится заслонка.

Недостатками конструкции прототипа является установка катушек относительно якоря с зазором, что снижает магнитный поток через якорь за счет его рассеивания в воздушном зазоре между катушками и якорем, а также отсутствие элементов регулирования начального положения заслонки и получения дополнительной механической жесткости от регулирующего устройства для обеспечения заданного рабочего хода заслонки.

Технической задачей изобретения является снижение потерь от рассеивания магнитного потока катушек управления и получение стабильных технических характеристик за счет наличия элементов регулирования начального положения заслонки и получения дополнительной механической жесткости от регулирующего устройства для обеспечения заданного рабочего хода заслонки.

Поставленная задача решается тем, что заявленное электромеханическое устройство имеет обращенное исполнение магнитной системы по отношению к электромеханическому преобразователю прототипа и включает в конструкцию элементы регулирования начального положения заслонки и получения дополнительной механической жесткости от регулирующего устройства для обеспечения заданного рабочего хода заслонки. Заявленное электромеханическое устройство содержит основание, на котором установлены нижний и верхний магнитопроводы, имеющие полюсные наконечники, между которыми с некоторым воздушным зазором находится намагниченный якорь из магнитного материала, жестко соединенный с заслонкой в виде центрального стержня, герметично соединенный с основанием при помощи гибкого уплотнения, при этом между нижним и верхним магнитопроводами расположена одна или несколько катушек управления, на верхнем магнитопроводе установлена опора, содержащая элементы регулирования механической жесткости в виде одной плоской и нескольких цилиндрических пружин, расположенных между центральным стержнем заслонки и опорой.

Предлагаемая конструкция электромеханического устройства позволяет снизить потери от рассеивания магнитного потока катушек системы управления и получить стабильные технические характеристики за счет наличия элементов регулирования начального положения заслонки и получения дополнительной механической жесткости от регулирующего устройства для обеспечения заданного рабочего хода заслонки.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема электромеханического устройства в разрезе, на фиг. 2 - магнитная схема электромеханического устройства.

Электромеханическое устройство содержит основание 1, на котором установлены нижний 2 и верхний 3 магнитопроводы, имеющие полюсные наконечники, между которыми с некоторым воздушным зазором находится намагниченный якорь 4 из магнитного материала, жестко соединенный с заслонкой 5 в виде центрального стержня, герметично соединенный с основанием 1 при помощи гибкого уплотнения 6, при этом между нижним 2 и верхним 3 магнитопроводами расположена одна или несколько катушек управления 7. На верхнем магнитопроводе 3 установлена опора 8, закрепленная через отверстия в магнитопроводах к основанию при помощи винтов, болтов или шпилек 9, содержащая элементы регулирования предварительного положения заслонки в виде плоской пружины 10 и цилиндрических пружин 11, расположенных между центральным стержнем заслонки 5 и опорой 8. Регулирование предварительного положения заслонки производится через пружины 10 и 11 при помощи винтов 12. От выпадения из опоры 8 пружины 10 и 11 защищены пластиной 13, закрепленной на опоре 8.

Якорь 4 из магнитного материала М₀ создает при помощи рабочего магнитного потока ф_r в системе магнитное поле с магнитными потоками в воздушных зазорах ф_з1, ф_з2, между якорем 4 и полюсными наконечниками магнитопроводов 2, 3, при этом воздушные зазоры характеризуются магнитными сопротивлениями R₁, R₂. Под действием магнитного потока ф_у как минимум одной катушки управления 7, обладающей магнитодвижущей силой Iw, якорь 4 стремится занять новое пространственное положение, характеризуемое перераспределением значений магнитных сопротивлений и, соответственно, величин воздушных зазоров между якорем 4 и полюсными наконечниками магнитопроводов 2, 3. За счет изменения величин воздушных зазоров происходит поворот якоря 4 с изгибом гибкого уплотнения 6 и соответствующим перемещением заслонки 5.

Использованные источники

1. Actuators. Basics and Applications. Автор Janocha Hartmut (Ed.), издательство Springer, 2004.

2. Патент US №20130048891, МПК F16K 31/02, 2013.

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям и может быть использовано в клапанах, работающих на принципе «сопло-заслонка». Новизна изобретения заключается в том, что данное устройство включает в себя элементы регулирования начального положения и настройки рабочего хода заслонки. Эти элементы представляют собой одну или несколько цилиндрических пружин, расположенных между центральным стержнем заслонки и опорой. Технический результат заключается в снижении потерь от рассеивания магнитного потока катушек управления и получении стабильных технических характеристик за счет наличия пружин, регулирующих перемещение заслонки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электромеханическое устройство, содержащее основание, на котором установлены нижний и верхний магнитопроводы, имеющие полюсные наконечники, между которыми с некоторым воздушным зазором находится якорь, жестко соединенный с заслонкой в виде центрального стержня, герметично соединенный с основанием при помощи гибкого уплотнения, отличающееся тем, что между нижним и верхним магнитопроводами расположена как минимум одна катушка управления, на верхнем магнитопроводе установлена опора, закрепленная через отверстия в магнитопроводах н основании при помощи винтов, болтов или шпилек.

2. Электромеханическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит элементы регулирования предварительного положения заслонки в виде плоской пружины и двух цилиндрических пружин, расположенных между центральным стержнем заслонки и опорой, через которые при помощи винтов производится регулирование и которые от выпадения защищены пластиной, закрепленной на опоре.

3. Электромеханическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что якорь выполнен из магнитного материала и намагничен.

4. Электромеханическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что несколько катушек управления могут быть соединены параллельно, последовательно или смешанно.