Поляризованный электромагнит Советский патент 1984 года по МПК H01F7/14 H01H51/22 

2. Электромагнит по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем повышения устойчивости фиксации конечных положений якоря, он снабжен поворотно-перекидным механизмом с неустойчивой нейтралью, выполненным в виде пружин сжатия, расположенных попарно-симметрично относительно оси поворота стержня якоря, причем каждая пружина шарнирио связана одним концом с якорем.

а другим - с одним из элементов неподвижной части магнитопровода.

3. Электромагнит по п. 1 или 2, огличающийся тем, что в качестве опор якоря использованы перекрещивающиеся упругие стержни, каждый из которых жестко связан одним концом с якорем, а другим - с одним из элементов неподвижной части магнитопровода.

1. ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ, содержащий поворотный якорь, установленный на опорах и выполненный в виде стержня из магнито-мягкого материала, снабженного у каждого торца полюсами, обмотку управления, охватывающую указанный стержень, и неподвижную часть магнитопровода, включающую в себя сердечники и постоянные магниты, установленные между ними так, что к каждому из сердечников они обращены одноименными полюсами, при этом число сердечников равно общему числу полюсов якоря, отличающийся тем, что, с целью увеличения тягового усилия и угла поворота якоря, число полюсов у каждого торца стержня равно по крайней мере двум, а якорь установлен так, что каждый из его полюсов у одного торца стержня перекрывает два соседних сердечника, а каждый из его полюсов на другом торце стержня - один из сердечников указанной пары и другой смежный с ним сердечник. $ (Л Oi ел 00 СО О1

1

Изобретение относится к электроаппаратостроению, в частности к электромагнитам, имеющим поворотный якорь.

Извеестны электромагниты, содержащие однополюсный поворотный якорь из магнитомягкого материала, охваченный обмоткой управления, и поляризованный статор, включающий сердечники, намагниченные постоянным магнитом 1.

Наиболее близким к предлагаемому является поляризованный электромагнит, содержащий поворотный якорь, установленный на опорах и выполненный в виде стержня из магнитомягкого материала, снабженного у каждого торца полюсами, обмотку управления, охватывающую указанный стержень и неподвижную часть магнитопровода, включающую в себя сердечники и постоянные магниты, установленные между ними так, что к каждому из сердечников они обращены одноименными полюсами, при этом число сердечников равно общему числу полюсов якоря 2.

Недостатками указанных электромагнитов являются низкое тяговое усилие и недостаточный угол поворота якоря, не превышающий 2-3°, что ограничивает область их применения малоходовыми возвратно-поворотными приводами электромеханических, электрогидравлических и электропневматических преобразователей.

Цель изобретения - увеличение тягового усилия и угла поворота якоря.

Поставленная цель достигается тем, что в поляризованном электромагните, содержащем поворотный якорь, установленный на опорах и выполненный в виде стержня из магнитомягкого материала, снабженного у каждого торца полюсами, обмотку управления, охватывающую указанный стержень, и неподвижную часть магнитопровода, включающую в себя сердечники и постоянные магниты, установленные между ними так, что к каждому из сердечников они обращены одноименными полюсами, при этом

2

число сердечников равно общему числу полюсов якоря, число полюсов у каждого торца стержня равно по крайней мере двум, а якорь установлен так, что каждый из его полюсов у одного торца стержня перекрывает два соседних сердечника, а каждый из его полюсов на другом торце стержня - один из сердечников указанной пары и другой смежный с ним сердечник.

Кроме того, электромагнит снабжен поворотно-перекидным механизмо.м с неустойчивой нейтралью, выполненным в виде пружин сжатия, расположенных попарносимметрично относительно оси поворота стержня якоря, причем пружина щарнирно связана одним концом с якорем.

5 а другим - с одним из элементов неподвижной части магнитопровода.

В качестве опор якоря могут быть использованы перекрещивающиеся упругие стержни, каждый из которых жестко связан одним

Q ковцо.м с якорем, а другим - с одним из элементов неподвижной части магнитопровода.

На фиг. 1 показан четырехполюсный вариант поляризованного электромагнита, общий вид, разрез; на фиг. 2 -- то же, вид

5 спереди; на фиг. 3 - разрез А -А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5-8 - примеры конструктивных решений отдельных элементов; на фиг. 9 - разрез В.-В на фиг. 8; на фиг. 10 - структурно-кинематическая схема чстырехполюс ного поляризованного электромагнита с перекрещивающимися осями полюсов противоположных торцов якоря; на фиг. 1 1 -то же, с параллельным осями полюсов; на фиг. 12 - структурно кинематическая схема щестиполюсного варианта поляризованного электромагнита.

Поляризованный электромагнит содер жит установленный на подшипниках 1 вал 2. на котором укестко закреплен разъемный, состоящий из двух грибообразьых полови п магнитомягкий якорь. Каждая из половин якоря (фиг. 2) представляет собой часть охваченного обмоткой 3 управления стержня 4, переходящего на выступающих из обмотки торцах в радиальные полюсы 5, которые оканчиваются развитыми полюсны ми наконечниками 6. Полюсы 5 расположены на каждой половине якоря с равномерным угловым шагом, например 180° (фиг. 1, 10, 11) и 120° (фиг. 12). Неподвижная часть магнитопровода содержит расположенные вдоль внешних образующих обмотки управления сердечники 7 и закрепленные между ними магниты 8 возбуждения, обеспечивающие разнополярную намагниченность соседних башмаков. Число башмаков равно общему числу полюсов якоря. Возбуждение может осуществляться как постоянными магнитами, так и электромагнитами, которые могут располагаться как в каждом интервале между башмаками, так и через интервал. Взаимное расположение полюсов якоря и сердечников неподвижной части магнитопровода таково, что концы любой пары соседних сердечников, обращенные к одному торцу якоря, перекрывают с возможным рабочим зазором смежные участки одного из полюсов этого торца, а протнвоположные концы этих же сердечников аналогично перекрывают смежные участки патюсой другого торца якоря (фиг. 10-12). Форма и размеры полюсных наконечников 6 определяются требованиями, предъявляемыми к тяговым характеристикам электромагнита. В общем случае они могут отсутствовать. Оси полюсов 5 противоположных торцов якоря могут, в зависимости от конструктивных соображений, располагаться как параллельно, так и перекрещиваться (фиг. 11 и 10 соответственно). Взаимное расположение всех элементов электромагнита и величина воздушных рабочих зазоров между полюсными наконечниками якоря и сердечниками статора в зонах их перекрьпия фиксируются передним 9 и задним 10 щитами. Ограничение угла поворота якоря на У-ГОЛ ± (X от среднего или угол 2(i от любого крайнего положения (фиг. 1) обеспечивается закрепленным на переднем щите упором 11, в который упираются соответствующие ограничительные выступы жестко закрепленной на валу 2 муфты 12, к которой крепится вращаемая электромагнитом нагрузка. Требуемая величина нажатия ограничительных выступов муфты 12 на упор 11 обеспечивается в обоих крайних положениях поворотно-перекидным пружинны.м .механизмо.м с неустойчивой нейтралью. Механизм смонтирован на торце заднего щита 10 и состоит из расположенных попарно-си.мметрично относительно оси поворота якоря пружин 13, установленных враспор между имеющимися на валу и щите статора призменными опорами 14 и 15, с которы.ми пружины щарнирно связаны через переходные центрирующие их седлообразные вкладыши 16. Продольная ось каждой пружины проходит через обе опоры. В крайних положениях момент от действия пружин достигает максимальных значений, отличаясь знаком. Это обеспечивает требуемое нажатие на соответствующие упоры. Попарно-симметричное относительно оси поворота якоря расположение пружин в поворотно-перекидном механизме позволяет также разгрузить подшипники якоря от радиальных нагрузок, что повышает их износостойкость. В ряде случаев к электромагнитам могут предъявляться особо высокие требования в части стабильности их электромеханических характеристик и износостойкости поворотных опор якоря. Удовлетворение этих требований может обеспечиваться установкой якоря не на подшипниках, а на полностью исключающих трение и люфты упруги.х поворотных опорах, выполненных (фиг. 8 и 9) виде перекрещивающихся на оси поворога якоря упругих стержней 17, концы которых, например, приварены с одной стороны к жестко закрепленному на якоре коленчатому валику 18, а с другой стороны - к угловому кронштейну 19, жестко связанному со щитом 9 неподвижной части магнитопровода электромагнита. Несмотря на то, что такие опоры ограничивают рабочий диапазон углов поворота якоря до ± 7-8°, установка якоря на упругих поворотных опорах обеспечивает высокую стабильность электромеханических характеристик поляризованного электромагнита, а также высокую износостойкость опор якоря и устойчивость к внешним динамическим воздействиям. Принцип работы поляризованного элект ромагнита (фиг. 10) основан на взаимодействии в рабочих зазорах между якорем и неподвижной частью магнитопровода магнитных потоков возбуждения и управления. Магнитный поток возбуждения постоянными магнитами леиия - током, протекающим в обмотке i управления. При указанных на фиг. 10 поляр1 ости возбуждения и полярности напр жения на обмотке управления магнитные потоки возбуждения и управления в зазорах Si, 5j, Sg и dj суммируются, а в зазоr ог г ГJt.1 pax S , Q , Oj и Оу вычитаются, что создает-на якоре вращающий мо.мент М, направленный по часовой стрелке. При из.%5енении полярности напряжения на обмотке управления направление момента на якоре меняется на противоположное. При наличии в электромагните раздельных обмоток, осуществляющих управление прямым и обратным ходами, направление поворота якоря определяется подачей папряжения на соответствующую об.мотку. При наличии поворотно-перекидного механизма с неустойчивой нейтралью электромагнит может работать в режиме импульсной подачи напряжения на обмотку

управления. Длительность управляющего импульса определяется временем срабатывания электромагнита. После отработки команды и снятия управляющего напряжения якорь удерживается в соответствующем конечном положении поворотно-перекидным механизмом. Благодаря этому с одной стороны исключается потребление электроэнергии при работе электромагнита в длительном режиме, а с др,угой стороны обеспечивается возможность более эффективного использования активных материалов - меди и железа.

:В предлагаемом поляризованном электромагните число полюсов якоря принципиально не ограничено, что позволяет повысить рабочий момент электромагнита и увеличить угол поворота якоря.

Угол поворота якоря увеличивается с до 90° при четырехполюсном якоре или до 60° при шестиполюсном якоре. При этом с увеличением числа полюсов, развиваемым электромагнитом, момент растет, а угол поворота уменьщается.

Предлагаемый электромагнит может работать в длительном режиме управления.

а оснащение его поворотно-перекидным механизмом с неустойчивой нейтралью позволяет использовать его в импульсном режиме управления, что в ряде случаев обеспечивает существенное упрощение структуры и схемы приводов, а также уменьщение расхода электроэнергии.

Таким образом, использование предлагаемого устройства значительно расщирит область применения поляризованных электромагнитов, распространяя ее на широкоходовые электромеханические преобразователи и различные возвратно-поворотные тяговые электромагниты.

Кроме того, предлагаемый электромагнит с якорем, установленным на упругих поворотных опорах, обладает, ввиду отсутствия трения и люфтов в подвижных узлах, особо высокой стабильностью электромеханических характеристик, а также износостойкостью. Благодаря этому существенно повыщается эффективность его применения в пропорциональных электромеханических, электропневматических, электрогидравлических преобразователях систем автоматического управления и регулирования.

A/i

8

фг/г.

фиг. 6

10 15

Фиг.

в-в

17

Фш.З

Фиг. 8