Электромагнит Советский патент 1987 года по МПК H01F7/08 

Изобретение относится к электромагниту, имеющему ярма и якорь, содержащий постоянный магнит, имеющий на своих полюсных поверхностях полюс- ные наконечники, выступающие за пределы оси магнита, при этом относительное перемещение якоря по отношению к ярмам имеет направление, перпендикулярное к оси постоянного магнита якоря.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик.

На фиг. 1 изображен первый вари- ант осуществления предлагаемого электромагнита, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, второй вариант, продольный разрез; на фиг, 3 - то же, третий вариант, продольный разрез; на фиг. 4 - то же, четвертьй вариант; на фиг. 5 - то же, пятый вариант.

Электромагнит (фиг. 1), работающий с двумя устойчивыми Положениями, содержит якорь 1 с Н-образным сечением, подвижный по отношению к ярмам.

Якорь 1 содержит постоянный магнит 2, имеющий на двух полюсных поверхностях два полюсных наконечника 3 и 4, которые выступают по обеим сторонам за пределы оси магнита 2.

Один из полюсных наконечников 4 имеет свои концы выгнутыми по отношению к оси магнита 2 для образования с другим полюсным наконечником 3 двух зон зазора, в которые проникают кон- цы. Каждая зона зазора содержит два зазора, создающие противодействующие силы F , F, в направлении, перпендикулярном оси постоянного магнита 2.

Изгиб под прямым углом концов полюсного наконечника 4 позволяет иметь параллельные усилия для обеих зон зазора.

На фиг. 1 видно, что подвижной блок содержит также второй якорь 5, состоящий из элементов 6-, 7 и 8. Этот якорь имеет такую же форму, что и первый 1, и расположен параллельно и напротив первого.

Кроме того, первая катушка 9 расположена параллельно второй катушке 10 Катушки 9 и 10 содержат каждая каркас 11 и 12 из пластмассы, который может быть информован вокруг ярм 13 и 14, играющих роль сердечника для соответствующей катушки 9 и 10. Кроме того, концы 15 - 18 обоих ярм 13 и 14 соединяют зоны зазора обоих якорей 1

и 5, расположенных один напротив другого.

Таким образом, магнитная цепь электромагнита образована последовательностью якоря и ярма, образующих прямоугольник.

В варианте выполнения, изображенном на фиг. 1, катушки 9 и 10 расположены соответственно вокруг ярм 13 и 14, которые образуют две противоположные стороны прямоугольника, образованного магнитной цепью.

На боковых поверхностях каркасов 11 и 12 из пластмассы закреплены пластины 19 и 20 из немагнитного металла или сплава (латунь), которые служат для разделения зазором выгнутых под прямым углом концов полюсных наконечников 4, 8 и каркасов катушек и для направления перемещения магнитных яко рей 1 и 5 согласно направлению сил

0

25

F

4

5 и

перпендикулярно

5

т.е. оси катушек Ь и 6,

Электромагнит с двумя устойчивыми положениями работает следующим образом.

Когда катушки 9 и 10 возбуждаются в направлении Н, силы F., Fj создаются на якорях 1 и 5 и перемещают последние к одному из устойчивых положений (вниз согласно фиг. 1).

И наоборот, когда катушки 9 и 10 возбуждены в направлении rfg, противоположном направлению Н, ложно Направленные силы F

противопо- созда40

2 4

ются из якорях 1 и 5 и перемещают последние к другому устойчивому положению (вверх согласно фиг. 1).

Траектория потока в магнитной цепи электромагнита изображена сплошными стрелками, когда катушки 9 и, 10 возбуждаются в направлении Н, и наоборот, когда катушки 9 и 10 возбуждены 4g в направлении Н . - пунктирными стрелками .

Прямые и короткие связи существуют между противолежащими зонами зазора. Благодаря этим зонам получают очень малый поток рассеяния.

Траектория магнитного потока, который следует по контуру прямоугольника или квадрата, приближается к иде- альной траектории, создаваемой в тороидальном сердечнике. Поток проходит по этой траектории в том или другом направлении в зависимости от направления возбуждения Н или Н.

Mai HHTHbic потенциалы в катушках и постоянных .1агнитах имеют равномерное распредиление вдоль траектории потока.

Наряду с этим отмечаетсяj что воздушные зазоры расположены очень близко к катушкам 9 и 10. С другой стороны, конструкция элемента электромаг- нита тюзволяет точное позиционирова- ние с помощью пластин 19 и 20, яри 13 и 14,, которые образуют плоские сердечники для катушек 9 и 10. Пластины 19 и 20 могут служить средством крепления электромагнита.

В измененном варианте ширина полюсных наконечников 3 и 7 на уровне воздушных зазоров могла бы быть больБ1е изображенной ширины с тем, чтобы увеличить поверхность этих воздушных зазоров, С той же целью концы полюсных наконечников 3 и 7 могли бы быть изогнутыми, как и концы полюсных наконечников 4 и 8.

Кроме того, конструкция электромаг-25 элемента 14, проникает в нт-гжние зоны нита позволяет легкое снятие -катз - зазора якорей 1 и 5. шек 9 и 10 и облегчает подключение Электромагнит (фиг. 2) работает катушек 9 и 10 параллельно или после- аь алогично электромагниту, изображен- довательно с тем, чтобы снизить по- ноьг, на фиг. 1.

30 Однако постоянный магнит 22 усилитребление тока.

Наряду с этим, переключая полярности магнита 6, добиваются перемещений в обратном направлении на якорях.

Кроме того, выполнив механическую связь между якорями 1 и 5, улучшают ударную прочность электромагнита. Катушки также можно установить вокруг якорей 1 и 5 в дополнение к катушкам 9 и 10 вокруг ярм 13 и 14.

В варианте выполнения согласно фирм 2 электромагнит содержит, как и в случае с фиг. 1, два неподвижных якоря 1 и 5 с сечением к форме В, расположенных параллельно и один напротив другого, и постоянные магниты 2 и 6.

Каждый якорь 1, 5 состоит из двух полюсных наконечников 3 и 4, 7 и 8,

вает магнитнь Й поток, про-ходящ 1й в направлении стрелок, изображен1 ых сплошной линией, и вызывающий перемещение ярм в направлении F., и

проти- прохо40

45

водеиствует магнитному потоку д.чщему в обратном направлении (стрелки пунктирной линией), которые стремятся переместить ярма в направпеНПИ F,; .

Тем не менее этот поток может протекать из-за удельного сопротивления утечки между,элементами 21.1 и 21.2 и из-за малой толщины постоянного магнита 22 по сравнению с толщиной магнитов 2 и 6,

Таким образом, электромагнит, изображенный на фиг. 2, имеет работу с одним устойчивым положением, при этом н,ера5очее положение соответствует пе-

выступающих с обеих сторон за преде- gg ремещению ярм в-направлении F, , а рабочее положение соответствует перемещению в направлении Fj.

Постоянный магнит, идентичный магниту 22, может быть симметрично уста- gg новлен в ярме 14, разделенном на два о элемента 21.1, 21.2.

Кроме того, плоские прот вополож- ные поверхности (фиг. 2) 23 и 24. 25 и 26 пластмассовых каркасов катушек 9

лы постоянного магнита 2 и 6.

Кроме.того, как и в случае с фиг.1, две катушки 9 и 10 расположены на противоположных сторонах указанного прямоугольника.

Таким образом, два подвижных ярма 13 и 14 соединяют зоны зазора, расположенные напротив одна другой так, чтобы магнитная цепь была обра

зоБяна последовательностью ярма и якг ря, образующих прямоугольник.

У полюсного наконечника 4 и 8 два конца выгнуты под прямым углом и образуют с другим полюсным наконечником 3 и б две зоны зазора, в которь -: проникают противоположные концы 15 - 18 ярм 13, 14.

Электромагнит, изображенный на фиг, 2, отличается от электромагнита с фиг. 1 тем, что катушки 9 и 10 размещены вокруг узла каждого якоря 1 и 5.

Кроме того, одно из магнитных ярм, например 14, состоит из двух элемен- тов 21.1 и 21.2 между которыми раз- меР5ен постоянный магнит 22 малой толШРГНЫ .

Конец 18 элемента 21.2 выгнут-по принципу штыка для его введения в продолжение элемента 14, которьй является плоским. Конец 18, так же как и противоположный конец 17 плоского

вает магнитнь Й поток, про-ходящ 1й в направлении стрелок, изображен1 ых сплошной линией, и вызывающий перемещение ярм в направлении F., и

проти- прохо0

5

водеиствует магнитному потоку д.чщему в обратном направлении (стрелки пунктирной линией), которые стремятся переместить ярма в направпеНПИ F,; .

Тем не менее этот поток может протекать из-за удельного сопротивления утечки между,элементами 21.1 и 21.2 и из-за малой толщины постоянного магнита 22 по сравнению с толщиной магнитов 2 и 6,

Таким образом, электромагнит, изображенный на фиг. 2, имеет работу с одним устойчивым положением, при этом н,ера5очее положение соответствует пе-

10 находятся в отделении по отношению к противоположным концам полюс- нык наконечников 3 и 7, направляющие средства, образованные пластиной 27, соединяют оба ярма 13 и 14,

. Направляющая пластина 27 может быть Соединена с внешним устройством (не показано), которому может быть передано совместное перемещение ярм, ю при этом якоря 5 и 6 и катушки 9 и. 10 в данном случае неподвижны.

Пластина 27 может быть, например, из латуни и скользить в щелях 28 и 29, выпдлненных между прилежащими-краями 15 каркасов 11 и 12 из пластмассы катушек 9 и 10.

Пластина 27 может быть закреплена в отверстии ярма 13 или иметь вырез, заключающий в себе блок, образован- 20 ный элементами 21.1 и 21.2 и постоянным магнитом 22.

Пластина 27 может быть заменена двумя колоннами, проходящими по обеим сторонам катушек 9 и 10. 25

Таким образом, в варианте выполнения, изображенном на фиг. 2, ярма 13, 14 подвижны, имеют малую инерцию по отношению к двум якорям 1 и 5, которые неподвижны, что являет- 30 ся целесообразным из-за быстроты срабатывания электромагнита.

Эту инерцию еще можно .бьшо бы снизить путем уменьшения длины ярма 13 и выгиба один к другому концов полюс- 25 ных наконечникоЬ 3 и 7, что одновременно увеличило бы поверхности воздушного зазора.

Каркасы 11 и 12 катушек 9 и 10 могли бы в этом случае легко быть 40 наформованы на якоря 1 и 5 в условиях, позволяющих точно установить поло д

жение поверхностей зазора.

Габариты по высоте в направлении перемещения электромагнита, изображенного на фиг, 2, невелики, принимая во внимание то, что -катушки 9 и 10 размещены напротив одна другой параллельно этому перемещению.

Кроме того, направляющие средства допускают незначительную непараллельность ярм. Таким образом получают полное закрытие воздущных зазоров даже в случае, когда положение полюсных наконечников не очень строгое.

На фиг. 3 якорь 1 был повернут на его оси и бьш выполнен разрез на уровне полюсного наконечника 3. Якорь 5 остается без изменения, но

его катушка убрана, напротив, добавлен якорь 30, симметричный с яко-. рем 5 по отношению к якорю 1. Катушка элемента 30 также убрана. Направляющие средства обоих ярм 13 и 14 не изображены. Перемещение потока изображено так же, как и ранее, согласно полю И -Н2 катушки 9.

Вместо того чтобы иметь циркуляцию потока Б виде прямоугольника, дв противоположных стороны которого имеют катушки, видно, что имеются два прямоугольника, имеющих общую сторону, на которой расположена единственная катушка. Такое симметричное расположение имеет преимущество, заключающееся в компактности.

Можно считать, что разрезы, изображенные позициями 5 и 30, являются изображением одного и того же якоря, изогнутого дугой концентрично яко- : рю 1, с магнитом 6 из магнитной резины.

На фиг. 4 якорь 5 выгнут на 360° так, чтобы образовать электромагнит в форме, горшка. Для улучшения симметричности, вращения центральный якорь 1 также имеет цилиндрическую форму и состоит из сплошного цилиндрического полюсного наконечника 4, имеющего на своих концах расширения, играющие роль концов, изогнутых под прямым углом.

Полюсный Наконечник 4 охвачен кольцевым магнитом 2, намагниченным радиально, а сам он охвачен полым

цилиндрическим полюсным наконечником 3. Толщина полюсных наконечни- . ков может уменьшаться по мере удаления от оси горшка.

Ярма 13 и 14 соединены и направляются элементами 27 передаюш 1ми движение электромагнита. Они имеют коль- цевую форму.

Вместо того, чтобы иметь цилиндрическую структуру согласно оси перемещения , можно также преобразо- вать расположение фиг. 2 так, чтобы иметь цилиндрическое расположение по оси, перпендикулярной перемещению , как на фиг. 5,

Катушки 9 и 10 выгнуты в виде концентричных к центру электромагнита дуг, при этом постоянные магниты 2 и 6 имеют радиальную намагниченность, ось симметрии или главная ось которой как всегда перпендикулярна перемещению F,-Fj. Концы полюсных наконечни

ков 4 и 8 уже не-выгнуты под прямым углом, а выгиб этих наконечников, так же как и выгиб деталей 3, 7; 13 и 14, позволяет иметь параллельные силы для различных зон зазора. Это расположение требует более дорогих инструментов, чем для предшествующих случаев, но оно позволяет иметь кольцевую траекторию потока, длина которо-10 душных зазора, причем в каждой укаго меньше, чем при прямоугольной или квадратной траектории. Кроме того, постоянные магниты находятся ближе к воздушным зазорам.

Таким же образом можно также преоб-15 разовать расположение фиг. 4 для того, чтобы с каждой стороны оси катушки траектория потока в плоскости фигуры была круговой с общей центральной частью. Таким образом получают 20 траекторию в форме горизонтальной восьмерки, которая из-за симметрии по оси катушки дает объем в форме торои- да, внутренняя часть которого занята катушкой. Таким образом получают структуру, уменьшающую до минимума траектории потока в железе и тока в меди.

Согласно изобретению ярма 14, 21

заннои паре воздушных зазоров магнит- ные силы направлены встречно и перпендикулярно главной оси постоянного магнита, отличающийся тем, что, С целью улучшения эксплуатационных характеристик, он снабжен вторым якорем с постоянным магнитом, причем якоря и постоянные магниты выполнены идентичной формы, якоря расположены параллельно, причем каждое ярмо введено в зазоры, один из которых расположен у одного якоря, а другой - у другого5 и указанные ярма расположе- ны друг напротив друга так, что яко- 25 ря и ярма образуют последовательную магнитную цепь.

2. Электромагнит по п. 1, о т л и- чающийся тем, что он снабжен

дополнительной катушкой, а якоря и (фиг. 2) могут иметь крылья, выгнутые 30 ярма образуют по кр.айней мере один, на 90°, причем магнит в данном случае прямоугольник, причем катушки располо35

22 расположен между этими крьшьями для того, чтобы расположение воздушных зазоров не зависело от толщины магнита 22 и от выгиба элемента 18.

Воздушные зазоры, описанные в вышеприведенных примерах, относятся к зазорам типа с постоянной поверхностью и переменным расстоянием между поверхностями. Не выходя за пределы о изобретения, можно получить воздушный зазор с переменной поверхностью с постоянным расстоянием между поверхностями, например в случае осуществления согласно фиг. 1, выровнив конец 15 g ярма 13 немного ниже уровня направляющей пластины 19 и сблизив соответствующие концы полюсных наконечников 3 и 4. воздушные зазоры менее эффективны, чем зазоры, описанные gn с учетом трения и опасности неполного замыкания.

жены на противоположных сторонах указанного прямоугольника.

3.Электромагнит по п. 2, отличающийся тем, что катушки расположены на якорях,

4.Электромагнит по п. 3, .о т л и- чающийся тем, что по меньшей мере одно ярмо состоит из двух частей, а постоянный магнит установлен между концами этих двух частей для обеспечения возможности работы с одним стабильным положением.

5.Электромагнит по п. 3 или 4, отличающийс я тем, что он снабжен направляющим средством, закрепленным на ярмах и установленным независимо по отношению к якорям и

к катушкам, причем это направляющее средство предназначено для соединения с внешним устройством, которому передается перемещение указанных ярем.

Формула изобретения

1. Электромагнит, содержащий ярма, первый якорь и катушку, охватывающую часть магнитной цепи, при этом первый якорь снабжен постоянным магнитом с

двумя полюсными наконечниками, концы , од11ого из указанных полюсньсх наконеч- НИКОВ отогнуты в сторону другого полюсного наконечника так, что между полюсными наконечниками образованы два воздушных зазора, в которые введены конды ярм так, что каждый из указанных зазоров разделен на два воз35

о g n

5

жены на противоположных сторонах указанного прямоугольника.

3.Электромагнит по п. 2, отличающийся тем, что катушки расположены на якорях,

4.Электромагнит по п. 3, .о т л и- чающийся тем, что по меньшей мере одно ярмо состоит из двух частей, а постоянный магнит установлен между концами этих двух частей для обеспечения возможности работы с одним стабильным положением.

5.Электромагнит по п. 3 или 4, отличающийс я тем, что он снабжен направляющим средством, закрепленным на ярмах и установленным независимо по отношению к якорям и

к катушкам, причем это направляющее средство предназначено для соединения с внешним устройством, которому передается перемещение указанных ярем.

6.Электромагнит по пп. 3-5, отличающийся тем, что каркасы катушек выполнены из пластмассы

и соответственно наформованы на якоря. 7; Электромагнит по п. 1, отличающийся тем, что он. содержит третий, центральный, якорь, при

513

этом первый и второй якоря расположены симметрично центральной оси указанного якоря, а магнитная цепь состоит из двух прямоугольников с одной общей- ветвью,

8. Электромагнит по п. 7, от л и- чающийся тем, что центральный якорь -снабжен катушкой

9. Электромагнит по ц, 1, о т л и-- Q нечники, а также ярма выгнуты в вИде

чающийся тем, что второй якорь выгнут Б виде дуги концентрично цент- paльнo ry якорю, магнитная ось второго

10

якоря направлена к центральному якорю и только первый якорь снабжен катушкой для создания электромагнита в форме горшка.

10. Электромагнит по п 3, отличающийся тем, что катушки, постоянные магниты и полюсные накодуг, концентричных центральной оси электромагнита, для увеличения крутизны характеристики потока.

6

Г8

30

// , 2 .

f |.f .:

13

H,

|.f .:

H,

t

F,

.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик. Электромагнит содержит ярма, подвижные по отношению к якорю, и катушку, (FR) охватывающую часть магнитной цепи, ппричем якорь имеет магнит, снабженный двумя полюсными наконечниками, выступающими с обеих сторон за пределы этого магнита. При этом по крайней мере один из этих полюсных нако- нечников имеет концы, выгнутые под прямым углом для создания воздушных зазоров, создающих противодействующие силы по направлению, перпендикулярному оси постоянного магнита. Второй якорь, идентичный первому, расположен параллельно и напротив первого. Два ярма соединяют зоны зазора обоих якорей, расположенных один напротив другого так, чтобы магнитная цепь образова йа последовательность якоря и ярма,.образующих прямоугольник. Две катушки расположены на противоположных сторонах указанного прямоугольника. 9 з.п. ф-лы, 5 ил. с (У) с со ;о о Oi Ы

FJ

H2 1

Fi F

Ю

12

Фиг. 5