Электромагнит Советский патент 1983 года по МПК H01F7/13 

4. yjpeKTpoMarHHTпо rin.2 или 3, отличающи-йся тем, что ярмо выполнено из двух элементов 1/ образной формы, соединенных между собой с возможностью обеспечения регулирования расстояний между их плоскими частями,

5.Электромагнит по п.4, отличающийся тем, что подвижный элемент снабжен направляющим стержнем, расположенным по оси катушки,

и скобами с опорами, -смонтированными на элементах ярма, при этом указанный стержень установлен с возможностью скольжения в опорах.

6.Электромагнит по п.5, о т л ичающийся тем, что подвижный элемент содержит два постоянных магнита, между которыми проходит направляющий стержень, и пластины, расположенные перпендикулярно к направляющему стержню,-при этом указанные пластины снабжены язычками, а полюсные наконечники выполнены с отверстиями или прорезями, в которых фиксируются язычки пластин.

7.Электромагнит по пп.5 или б, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрической пружиной «сжатия, шайбой, неподвижным упором, а направляющий стержень снабжен выступом, цилиндрическая пружина

сжатия установлена между подвижным элементом и шайбой, прижимаемой пружиной к выступу направляющего стержня-; при этом неподвижный упор взаимодействует с указанной шайбой.

8.Электромагнит по п.7, отличающийся тем, что плечики одного из полюсных наконечников изогнуты в сторону, противоположную оси катушки, при этом каркас катушки выполнен из двух отдельных полукаркасов.

9.Электромагнит по п.7, о т л ич а ю щ и и с я тем, что один из полюсных наконечников снабжен выступающими- плечиками, одно из которых изогнуто в направлении оси катушки,

а другое - в противоположном направлении.

10.Электромагнит по пп.2 или 3., отличающийся тем, что ярмо выполнено в виде одного элемента и -образной формы охватывающего своими плоскими частями , по крайней мере частично, торцы катушки, полюсный -наконечник, наиболее удаленный от ярма, имеет плечики, изогнутые в направлении ярма и охватывает, по крайней мере частично, его плоские части, а другой полюсный наконечник имеет форму плоской пластины.о

Г.. ЭЛЕКТРОМАГНИТ с катушкой ярмом и подвижным элементом, содержащий по крайней мере один постоянный магнит с двумя полюсными наконечниками,, проводящими магнитный поток, каждый из которых установлен у одного из полюсов указанного магнита пер- , пендикулярно его оси намагничивания, полюсные наконечники имеют плечики-, - . выступающие за поверхностей поЛоса, причем плечики по крайней мере одного из полюсных наконечников изогнуты под прямым углом, образуя с плечиками другого полюсного Наконечника две зоны воздушных зазоров, расположенных с противоположных сторон относительно оси намагничивания постоянного магнита, посредством которых обеспечивается взаимодействие постоянно- , го магнита с катушкой и ярмом, отличающийся тем, что, с целью увеличения магнитной связи и повышения КПД, подвижный элемент , установлен внутри катушки с возможностью обеспечения его поступательного перемещения вдоль оси катушки,, внутренняя полость катушки выполнена прямоугольного сечения по форме поперечного сечения подвижногй элемента, так что ось намагничивания пос. тоянного магнита перпендикулярна оси катушки, зоны воздушных зазоров расположены с обоих концов катушки, неподвижное ярмо выполнено охватывающим катушку с обоих концов и плоские части ярма, параллельные оси намагничивания постоянного магнита ,введены в зоны воздушных зазоров таким образом, что по крайней мере в одном из крайних положений подвижного элемента обеспечивается контакт одной плоской, части ярма с полюсньм наконечником, в то время как другая плоская часть ярма находится в контакте с другим ПОЛЮСНЫМ;наконечником подвижного элемента. 2,Электромагнит по п.1, о т л ичающийся тем, что каждый j полюсный наконечник снабжен двумя плечиками, расположенными с противоположных сторон относительно оси намагничивания постоянного Магнита, плечики по крайней мере одного из полюсных наконечникор изогнуты под прямым углом за плечиками другого полюсного наконечника по отношению к оси намагничивания постоянного магнита. 3.Электромагнит по п.1, о т л ичающийся тем, что один полюсный наконечник снабжен единственным выступающим плечиком с одной стороны относительно оси намагничивания постоянного магнита, а другой полюсный наконечник снабжен с той же стороны плечиком,изогнутым под прямым углом за плечиком первого полюсного наконечника относительно оси намагни-1 чивания постоянного магнита, при этом с другой стороны относительно оси намагничивания постоянного магнита указанньтй полюсный наконечник снабжен двумя магнитно-связанными . плечиками, изогнутыми под прямым углом и расположенными один за другим по отношению к оси намагничивания постоянного магнита.

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано при создании электромагнитов с под ным элементом, соде рок аздим постоянный магнит. Известны поляризованные электро магниты для различных устройств и их преимущества по отношению к нейтральным электромагнитам l . Однако они имеют ряд недостатко обусловленных главным образом неэффективным использованием потока, создаваемого как катушкой управления, так и постоянным магнитом. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электромагнит с катушкой, ярмом и подвижным элементом, содержащий постоянный магнит с двумя полюсными наконечниками, проводящими магнитный поток, каждый из которых установлен у одного из полюсов указанного магнита перпендикулярно его оси намагничивания, при этом полюсные наконечники имеют плечики выступающие за поверхности полюса, плечики .по крайней мере одного из полюсных наконечников изогнуты под углом, Образуя с плечиками другого полюсного наконечника две зоны воздушных зазоров, расположенных с противоположных сторон относительно оси намагничивания постоянного магнита, посредством которых обеспечивается взаимодействие постоянного магнита с катушкой и ярмом 2. Недостатком известного устройства является неэффективное использрвание потока, создаваемого как ка-, тушкой управления, так и постоянным магнитом. Цель изобретения - увеличение магнитной связи и повышение КПД электромагнита. Указанная цель достигается тем, что подвижный элемент установлен внутри катушки с возможностью обеспечения его поступательного перемещения вдоль оси катушки, внутренняя полость, катушки выполнена прямогоульного сечения по форме поперечного сечения подвижного элемента, так что ось намагничивания постоянного магнита перпендикулярна оси катушки, зоны воздушных зазоров расположены с обоих концов катушки, неподвижное ярмо выполнено охватывающим |катушку с обоих концов и плоские части ярма, параллельные оси намагн чивания постоянного магнита, введен в зоны воздушных зазоров таким обра зом, что по крайней мере в одном из крайних положений подвижного эле мента обеспечивается контакт одной плоской части ярма с полюсным наконечником, в то время как другая пло кая часть ярМа находится в контакте с другим полюсным наконечником подвижного элемента. Каждый полюсной наконечник снабжен двумя плечиками, расположенными с противоположных сторон относитель но оси намагничивания постоянного ма.гнита,плечики по крайней мере одного из полюсных наконечников изогн ты под прямым углом за плечиками другого полюсного наконечника ло отношению к оси намагничивания постоянного магнита. Один полюсныйнаконечник снабжен единственным выступающим плечиком С одной стороны относительно оси намагничивания постоянного магнита, а другой полюсной наконечник снабжен с - той же стороны плечиком, изог тым под. прямым углом за плечиком первого полюсного наконечника относительно оси намагничивания постоян ного магнита, при этом с другой сто ррны относительно оси намагничивания постоянного магнита указанный полюсный наконечник снабжен двумя магнитно-связанными плечиками, изог нутЕЛМи под прямым, углом и расположенными один за другим п.о отношению к оси намагничивания постоянного магнита/ Ярмо выполнено из двух элементов и-образной формы, соединенных между собой с возможностью обеспечения регулирования расстояний между их плоскими частями. Подвижный элемент снабжен направ ляющим стержнем/ расположенным по оси катушки, и скобами с опорами, . смонтированными на элементах ярма, при этом указанныйстержень установ лен с врзможностью скольжения в ;опо рах. Подвижный элемент содержит два постоянных магнита, между которыми проходит направляющий стержень, и пластины, расположенные перпендикулярно к направляющему стержню, при этом указанные пластины снабжены язычками, а полюсные наконечники выполнены с отверстиями или прорезями, в которых фиксируются язычки пластин. Электромагнит снабжен цилиндрической пружиной сжатия, шайбой, неподвижным упором, а направляющий стержень снабжен выступом, цилиндрическая пружина сжатия установлена между подвижньлм. элементом и шайбой , прижимаемой пружиной к выступу направляющего стержня, при этом непод-. вижный упор взаимодействует с указанной шайбой. Плечики одного из полюсных наконечников изогнуты в сторону, противоположную оси катушки, при этом каркас катушки выполнен из двух .отдельных полукаркасов. Один из полюсных наконечников снабжен выступающими плечиками, одно из которых изогнуто в направлении оси катушки, а другое - в противоположном .направлении. Ярмо выполнено в виде одного элемента ЯГ -образной формы, охватывающего своими плоскими частями, по крайней мере частично, торцы катушки, полюсный наконечник, наиболее удаленный от ярма, имеет плечики, изогнутые В направлении ярма и охватывает., по крайней мере частично-, его плоские части, а другой полюсный нако.нечник имеет форму плоской пластины. На фиг.1 показан электромагнит, |общий вид, разрез (вариант реализации |для функционирования с двумя устойчи|выми положениями, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 на фиг.З электромагнит, общий вид, разрез (вариант .реализации для функционирования с одним устойчивым положением); на фиг. 4 и 5 то же, при расположении полюсных наконечников с введением возвратной пружины; на фиг.б - то же, при.использовании ярма 1Г-образной формы. Электромагнит (фиг. 1) содержит катушку 1 с обмоткой 2, намотанной по оси 3 катушки,Неподвижное ярмо 4 охватывает катушку. Это ярмо содержит два полуярма 4 а и 4 о Т-образной формы, входящие одно в другое по оси 3 катушки и удерживаемые вместе винтом 5. Удлиненные отверстия 5а, выполненные в одном из полуярм, позволяют сделать это соединение регулируемым. Внутри катушки находится подвижный сердечник, способный перемещаться по оси 3 катушки.. Этот сердечник состоит, из подвижного элемента, который содержит, с одной стороны, постоянный магнит б, располокенный. так, что его ось 7 намагничивания перпендикулярна оси 3 катушки, и,с другой стороны, два полюсных наконечника 8 и 9, проводящие магнитный поток, установленные соответственно со стороны каждого полюса N и S магнита б перпендикуляр- HO оси 7 намагничивания. Каждый наконечник 8 и 9 имее два плечика 10а и соответственно На и HP, . выступающие за поверхность полюсов N и S магнита 6. В описываемом примере (фиг.2 магнит 6 состоит из двух магнитов 6а и б| с осями намагничивания ( 7а и -7% по причинам чисто конструкционным. В дальнейшем изложении узел этих двух магнитов будет обозначаться для удобства позицией 6. Плечики полярных деталей изогнуты под прямым углом в направлении к оси 3 катушки, образуя параллельные концы 12 и 12S и соответственно 13а и 13Ь. Более точно конщл 12а 121 полюсного наконечника 8 .находятс соответственно за концами 13а и 13W полюсного наконечника 9 относительно оси 7 намагничивания. Таким образом, образуются две локализованных зоны воздушных зазоров соответственно между параллельными концами 12а-13а с одной стороны и 12Ь-13Ъ с другой. Эти зоны воздушных зазоров располагаются с двух сторон катушки 1 с той и другой стороны оси 7 намагничивания. Плоские части 14а-14Ь ярм 4а 4Ъ, параллельные оси 7 намагничивания, введены каждая соответственно в одну зону воздушного зазора. Полюс ; ные наконечники 8 и 9 крепятся к -магниту 6 с помощью пластин 15, .перпендикулярных оси 3 катушки и содержащих язычки 16, закатанные s прорези полюсных наконечников.; Направляющий стержень Д7 соединен с подвижным элементом и фиксируется по оси 3 .катушки опорами 18, смонтированными на скобах 19, которые смонтированы на каждом полуярме 4а4Ь с .помощью винтов. Направляющий стержень 17 проходит между магнитами ба и бЪ. (фиг. 2) и пересекает подвижный элемент, буду чи скреплен с - последним с помощью .гаек 20 (фиг.1). Поперечное сечение катушки 1 является по существу прямоугольным (фиг. 2.) и практически заподнено магнитами и полюсными наконечниками Устройство работает следующим об разом. Когда подвижный элемент (фиг.1) занимает свое крайнее нижнее положе ние, магнитный поток, выходящий из постоянного магнита 6 со стороны полюса 5,проходит в полюсный наконечник 8, плечико 10а, изогнутый ко ней, 12а и плоскую часть 14а ярма 4а. Оттуда через плечики он проходит в плоскую часть 14 Ь . ярма 4Ь, изогнутый конец 13 Ь, полюсный нако нечник 9 и плоскос1ь полюса 5 магни Замкнуть воздушные зазоры 12а14а и 13Ь и 14Ь создают силы втом же направлении, которые поддерживают подвижный элемент в его крайнем нижнем положении. Если катушка возбуждается в напр лении, образующем магнитный поток, противоположный предшествукадему, то пре;а(шествун}щие силы ослабевают, и возниксшт притягивающие силы между воздушными зазорами 13а-14а и 12Ь 14Ь,переводя, подвижный элемент в его крайнюю верхнюю позицию. Таким образом, обеспечивается функционирование в двух устойчивых положениях без использования возвратных пружин и с лучшим КПД. Чтобы избежать шунтирования воздушных зазоров 12а-14а, необходимо ... . . ,, . предусмотреть в ярме 4а достаточное отверстие 21а вокруг плечика 10а. Аналогично также и для плечика lOtj должно быть предусмотрено отверстие 21Ь. Эти отверстия облегчают также проведение сборки полуярм на катушке. Необходимо иметь одновременное и полное гшмнкание воздушных зазоров при каждом крайнем положении, чтобы значительно не снижать рабочие характеристики электромагнита. Данное условие соблюдается поскольку все поверхности в воздушных зазорах параллельны между собой и перемещения подвижного элемента хорошо направляются а в момент сборки подвижногр элемента легко установить идентичные , расстояния между изогнутыми концами . 12а-13а и соответственно 12Ь-13Ъ. Для этой цели достаточно отрегулировать расстояние между плоскими частями 14а и 14Ьярм, регулируя, например, соединение полуярм. Это производится с помощью винта 5, когда электромагнит находится под напряжением. Рассмотрим вариант реализации изобретения, предназначенный для обеспечения функционирования с одним стабильным положением (фиг.З). Полюсный наконечник 9.1 содержит только одно плечико lla.l, имеющее изогнут;ай конец 13 а. 1. Параллель но плечику lOb.l полюсного наконечника 8.1 добавлено другое плечикоЮй. 1 магнитно соединенное с плечиком . lOi). и имеющее конец 12с1, изогнутый под прямым углом так, чтобы он находился в плоскости, которую ранее за-i нимал конец 13 плечика 11 (фиг.1). Из этого , что в верхней позиции подвиж:ного элемента ничего не меняется в отношении предшествующего случая. В нижней позиции магнитная цепь не может замыкаться полюсным наконечником 9.1, который не имеет нижнего плечика, чтобы взаимодействовать с плоской частью 14Ь.1 и обеспе.чить магнитную связь частей 14а.1 и 14Ь.1 полуярм. Под действием реакции механической нагрузки ипи под действием возвратной пружины подвижный элемент занимает свою верхнюю позицию после прекращения возбуждения катушки. Таким образом, функционированне электромагнита происходит с одним устойчивым положением. Рассмотрим работу устройства с введенной возвратной пружиной (фиг. 4). Полюсный наконечник 9.2 является прямолинейным и не имеет изогнутых концов, поверхность в воздушных зазорах представлена непйсредственно ребром (или поперечным разрезом) пл чиков 11а,2 и lib.2. Уменьшение поверхности в воздушном зазоре придае большой наклон тяговой характеристи ки в зависимости от хода, что может быть приемлемым или необходимым в не которых случаях. . . Изогнутые концы 12а.2 -и 12b.2 полюсного наконечника 8.2 изогнуты в направлении наружу по отношению к оси 3.2 катушки. Из этого следует что силы возбуждаются дальше от оси 3.2jHo соответствующее соединение может быть обеспечено направлягадим стержнем 17.2. Эти изогнутости в ука занном направлении требуют с точки зрения монтажа выполнить каркас катушки 1.2 из двух отдельных частей. Воздушный зазор 12а-14а (фиг.1) заменяется теперь воздушным .зазором 12а.2-14а.2, плоская Участь 14а,2 полу ярма 4а. 2 остается на том же уровне, что и плоская часть 14а (ф:йг.1) . В этом случае ограничивается утеч ка магнитного потока между полюсными наконечниками 8.2 и 9.2 и обле: чается.установка возвратной пружины Цилиндрическая пружина 22.2 сжати устанавливается на одном из концов направляющего стержня 17.2. Эта пружина сжимается между пластиной 15а,-2 и шайбой 23.2, которая опирается на упругое кольцо 24.2, вставленное в горловину направляющего стержня 17.2 Другое упругое кольцо 25.2 . может заменять гайку 20 (фиг.1). Опора 18а.2 может быть ввинчена более или менее глубоко в скобу 19а.2 и за контрена гайкой 26.2. Выступ 27.2 опоры i8a;2 служит неподвижным упором для шайбы 23,2 при перемещении последней, в результате чего можно регулировать начало хода,.когда пружина 22.2 оказывает свое возвратное давление на подвижный элемент. При этих приведенных различиях функциони рование электромагнита по существу такое же, как и в случае, показанном на фиг.1. Один из возможных вариантов реали зации электромагнита с одним устсйчй вым положением показан на фиг.5, В этом случае полюсный наконечник 9.3 имеет лишь одно плечико 11а,3, а полюсный наконечник 8.3 снабжен третьим плечиком 10с.3, магнитно соединенным с плечикомiob.3. Эти расположения аралогичны расположениям /фиг.3)и обеспечивают функционирование в одном стабильном положении. Изгиб 12а.З полярной детали 8.3 направлен наружу, а изгиб 12Ь.З направлен вовнутрь как и плечико Юс .З. Это расположение облегчает монтаж и позволяет использовать монолитный каркас катушки. Рассмотрим упрощенный вариант (фиг.6) реализации изобретения. В этом варианте ярмо 4.4 содержит только одну деталь 1Г-образной формы, которая охватывает по крайней мере частично концы катушки 1а.4, концы сторон ярма образ.уют плоские части 14а.4 и 141з.4. , Подвижный элемент аналогичен подвижному элементу, показанному на- фиг.З, с той лишь разницей, что если полюсный наконечник 8.4 имеет плечики 10а.4 и 10Ъ.4 изогнутые в 12а.4 и 12Ь.4 для сторон 14а.4 и 14b.4 V-образного ярма, полюсный наконечник 9.4 прямолинейный фиг.4)и работает лишь благодаря ребру плечиков На.4 И|11Ь.4. Зазор между подвижным элементом и катуожой предусмотрен небольшим для того, чтобы каркас катушки слуЖИ.Т1 направляющим органом этого элемента. ; . Упругиепластинки 28.4 из немагнитного материала смонтированы на ярме, чтобы выполнять реле возвратных пружин. В этом варианте электромагнит функционирует в двух устойчивых положениях. Его можно сделать с одним устойчивым положением путем модификаций, изложенных выше. Использование Изобретения позволяет достигать значительного повышения КПД. Так, при сечении железа 25 мм 2 и толгцине магнита 2 мм можно получать перемещения до 4 мм с усилиями в конце хода до 10 Н при мощности лишь порядка 1 Вт.

a

zzzfec

Фиг.1 ,tr