Электромагнитный привод ударного действия Советский патент 1988 года по МПК H02K33/12 H02P7/62 

4

00

го

о со

тановлены на вертикальной немагнитной направляющей 4 с постоянным шагом. Внутри направляющей расположен ферромагнитный боек 5, который нижним торцом контактирует с ферромагнитным хвостовиком 6 инструмента 7. На концах бойка 5 выполнены нижняя со стороны хвостовика 6 и верхняя на противоположном конце этого бойк управляющие проточки. Длина нижней проточки равна воздушному рабочему зазору между верхними торцами обмотки 1 и бойка 5 при нахождении последнего в начальном положении, Длина верхней проточки всегда больше

длины нижней проточки. Устройство управления содержит концевые 8 и 9,промежуточные 10.l-10.n-l датчики, вспомогательный датчик 1 1 положения бойка, датчик фиксации соприкосновения бойка 5 с хвостовиком инструмента и систему управления, сигналы для срабатывания которой поступают от датчиков наложения. Выполнение верхней проточки длиной большей, чем нижняя, приводит к увеличению времени прохода ее под датчиками положения, что увеличивает время действия обмоток на боек . и, следовательно, энергию удара. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электромагнитных молотов. Целью изобретения является увеличение энергии удара i уменьшение аксиальных размеров. Устройство содержит электромагнитньй двигатель и устройство управления этим двигателем. Электромагнитный двигатель содержит п силовых обмоток,, помещенных в магнитопроводы 2 и 3, обмотки усm i

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании электромагнитных молотов.

Цель изобретения - ув1вличение энегии удара и уменьшение аксиальных размеров.

На фиг.1 показан электромагнитный двигатель; на фиг.2 - то-же, продольный разрез; на фиг.З - функциональная схема электромагнитного привода ударного действия; на фиг,4 - разрез А-А на фиг,1.

Электромагнитный привод ударного действия включает электромагнитный двигатель и устройство управления этим двигателем.

Электромагнитный двигатель содержит силовые обмотки 1, Ь,...1„ , Ц,, каждая из которых имеет длину 1 и заключена в магнитопровод, состоящий из цилиндрического ярма 2,.закрыто го с торцов полюсами, выполненными в форме фланцев 3. Обмотка 1. (i 1,2,...,п-1,п), заключенная в магнитопровод, представляет собой цилинд,- рический электромагнит.

Обмотки 1; установлены на вертикальной немагнитной направляющей 4 с постоянным шагом h. Внутри йаправ- ляющей 4 расположен ферромагнитный боек 5, отношение длины L которого к шагу h обмоток больше единицы, но меньше двух. Боек 5 нижним торцом котактирует с ферромагнитным хвостови5

ком 6 инструмента 7. При этом верхний торец бойка 5 расположен внутри обмотки 1, Между этим торцом бойка 5 и верхним торцом обмотки 1, т.е. ее верхним концом образован воздушный рабочий зазор (в дальнейшем - рабочий зазор). Величина этого рабочего зазора может изменяться в пределах от миьшмального F до максимального

I

FI значений, определяемь1х соответственно начальным а и конечным S положениями бойка 5, т.е. определяемых максимальным изменением хода . бойка 5, т.е. 7,.

Максимальное изменение ходаб,.-..,

W С1 КС

бойка зависит от назначения электромагнитного привода ударного действия и задается при его конструирова - НИИ. При использовании привода для 0 отбойки торных пород задается порядка 50 мм, а при использовании этого привода в качестве электромагнитного сейсмоисточника с предварительным поджатием излучающей плиты

5

махе

задается порядка 20-30 мм.

0

На концах бойка 5 выполнены нижняя со стороны хвостовика 6 и верхняя на противоположном конце этого бойка управляю1цие проточки, имеющие разную длину. Длина нижней проточки равна F, т.е. равна расстоянию (воздушному рабочему зазору) между верхними торцами обмотки 1 и бойка 5 при нахождении последнего в начальном положе

НИИ а , т.е. равна минимальному рабочему зазору F, обмотки 1. Длина F верхней проточки всегда больше длины F нижней проточки. В данном устрой- стве длина верхней проточки выбрана равной длине l, силовой обмотки, т.е. FI (, , но Fj может принимать и другие значения, как большие, так и меньшие длины 1 силовой обмотки. Глубина верхней и нижней управляюищх проточек колеблется в пределах 0,3 - 2,0 мм. Дальнейшее увеличение глубины проточек приводит к значительному снижению чувствительности использу- мых (трансформаторных) .датчиков. С другой стороны известно, что электрические параметры таких датчиков улучшаются с уменьшением воздушных зазоров в их магнитной системе. Однако зазоры не делают меньше 0,3 мм, так как технологические отклонения в размерах могут вызвать существенную несимметрию и погрешность датчиков. В предлагаемом устройстве управляющие проточки выполнены одинаковой глубины, равной 1,0 мм.

Кроме того, часть бойка 5 без верхней проточки дпиной F имеет длину L-Fj, не меньшую шага h обмо- ток 1; , т.е. L-F Ь h.

При нахождении бойка 5 в положении а верхний торец этого бойка расположен от нижнего торца обмотки 1 , т.е. от нижнего ее конца, на расстоя :нии Ig, которое называется глубиной внедрения бойка 5 в обмотку 1. При нахождении бойка 5 в положении глубина его внедрения в обмотку 1, равна If,- ймс,кс 1пв Глубина lj,g назы- вается глубиной предварительного внедрения бойка в обмотку (обычно (0,25fO,4) lo.

В предлагаемом устройстве глубина 1 предварительного внедрения бойка 5 в обмотку 1 равна 0,25 1, Но может принимать и другие значения в приведенных пределах ее изменения. Глубина внедрения бойка 5 в обмотку 1 изменяется от минимального значе- ния, равного 1па.0,25 1, до макси- ма:Г1Ьного значения, равного 0,25 1

+ d

макс

. Глубина внедрения бойка 5 в

обмотки Ij снизу (при холостом ходе бойка) одинакова и равна 1 0,25:1 + dMotkc- Эти же обмотки 1; при внедрении в них бойка 5 снизу имеют одинаковый рабочий зазор, равный F . Ра бочий зазор обмотки 1 при внедрении

5

0 5 0

5 0

5

в нее бойка 5 снизу может принимать значе1ШЯ от F при нахождел-ми бойка

5 в положении а , до F clAAciKc Р хождении бойка 5 в положении 5 .

Глубина внедрения бойка 5 в каждую из обмоток 1 (сверху при рабочем ходе бойка) в данном устройстве равна нулю, т.е. по каждой обмотке начинает протекать ток при совпаде- Ьии нижнего торца бойка 5 и верхнего торца подключаемой обмотки 1,- . Соответственно рабочий зазор всех без исключения обмоток 1 при внедрении в них бойка 5 сверху одинаков и равен длине F верхней управляющей проточки, а значит равен и длине 1, силовой обмотки 1; (фиг.2, положение Ь бойка 5).

Кроме того, электромагнитный двигатель содержит нижний 8 и.верхний 9 концевые датчики положения бойка 5, установленные соответственно ниже и выше всех обмоток I промежуточных датчиков -положения 10.., 10,..., 10 , 10„,, , установленных между обмотками Ij , при этом расстояние между соедине нными датчиками 10.1, 10.2 по 10, 10п., равно шагу h обмоток, вспомогательный датчик 11 положения, установленный на расстоянии шага h вьше датчика 9, который установлен на расстоянии шага h от датчи ка 10.,. Датчики 8, 9, 10- ,10,..., 10п-1 10„, размещены на направляющей 4 симметрично относительно обмоток 1 .

Ниже датчика 8 на направляющей 4 установлен датчик 12 фиксации соприкосновения бойка 5 с хвостовиком 6 инструмента 7, состоящий из ферромагнитного полого цилиндра 13 и двух идентичных систем съемных полюсов 14, каждая из которых содержит по четыре упомянутых полюса 14, расположенных в одной плоскости под прямым углом друг к другу. Расстояние между плоскостями, в которых расположены полюса 14 1-й и 2-й систем, выбрано несколько большим максимального изменения хода бойка 5.

При нахождении бойка 5 в положении а он находится под полюсами 14 1-й системы, а контактирующий с ним хвостовик 6 - под полюсами 14 2-й системы.

При нахождении бойка 5 в положении S он по-прежнему находится под полисами 14 1-й системы, а контактирующий

2-н системл, т.е. полюса 14 й системы расположены в зоне движения бойка 3, а полюса 14 2-й системы - в :зо не хвостовика 6. На фиг.4 показано промежуточное между д и 8 положение бойка 5. На полюсах 14 1-й системы установлены обмотки 5 возбуждения, а на полюсах 14 2-й системы - выходные обмотки 16. Обмотки 15 возбуждения подключены к источ шку переменного напряжения, а выходные обмотки 16 соединены между собой последовательно таким образом, что- их сигналы суммируются. С выходных обмоток 16 снимается сигнал только при контакте бойка 5с хвостовиком 6,при отсутствии этого.контакта датчик 12 сигнал не выдает.

Нижний концевой датчик 8 установлен от нижнего торца бойка 5, при нахождении последнего в начальном положении а , на расстоянии, равном F т.е. равном воздушному рабочему зазору между верхними торцами бойка 5 и обмотки Ij, при нахождении бойка 5 в положении а .

К обмоткам 1- подключено устройство управления, содержащее п-кана:ль ный коммутатор этих обмоток, а также 2(п-1) двухвходовых элементов И 17, п элементов НЕ 18, 2(п+2) формирователей 19 коротких импульсов (в дальнейшем формирователей 19),п+2 компараторов 20 напряжения, (п+1) компараторов 21 напряжения, источники опорных напряжений U и U, причем каждый канал коммутатора подключен к питающему выпрямителю U. и содержит последовательно соединенный с обмоткой 1 силовой ключ 22; (,2, ...,п-15п) с входами отпирания и запирания. Силовые ключи 22j (,25 ...,n-l,n) могут быть выполнены на тиристорах. I , .

Каждый из входов отпирания ключей

22 ( и 22 связан с выходом одного элемента И 17, а калздый из входов отпирания осталышх ключей (,4, ,..,п-1,п) - с выходами двух элементов И 17, кроме того, вход отпирания ключа 222 через формирователь 19 связан с датчиком 12 фиксации.

Каждый из датчиков 9,10 ,10, ..,, lOf.2, 10,,, подключен к инвертирующим входам своих компараторов 20 и 21. Датчик 8 подключен к инвертиру

Неинвертирующие входы всех компараторов 20 и 21 связаны с положитель- ными полосами источников опорных напряжений соответственно Од и Uj .

Выходы всех компараторов 20 через формирователи 19 связаны с входами запирания всех ключей 22(,2,...,

п-1,п). Кроме того, каждый из выходов компараторов 20 датчиков Юд., 10,, .. ., 10 „. , 10 п-1 через элемент НЕ 18 связан с первыми входами элементов И 17 соответственно ключей

22 и 22,,, 22 и 22, ... ,22 „ и 22,f,i , 22,.1 и 22п, выходы компараторов 20 датчиков 10 и 9 через элементы НЕ 18 связаны с первыми входами элементов И 17 ключей 22, и 22| соответственно. Каждый из выходов компараторов 21 датчиков 102,05,..., 10 „-Я| п-i ®Р формирователь 19 связан с вторыми входами элементов И 17 соответственно ключей 22. .22ц,

, ...,22„.и22„, 22„.и-22„, выходы компараторов 21 датчиков JO , 9 и 11 через формирователи 19 связащ) с вторыми входами элементов И 17 соответственно ключей 22,

22„, 22,., и 22,.

Датчики 8,9, I О,, О , , 10 „.;,

равны.

Кроме того, при замыкании магнитопровода каждого датчика 10,, Ю,

л.

,

10

.11-1

и датчика 9 частью бойка 5, как

имеющей проточку, так и не имеющей ее, на выходе соответствующего элемента НЕ 18 появляется сигнал 1.

Длительность этого сигнала равна времени прохождения бойка 5 в зоне

датчика (времени замыкания мапшто- провода датчика бойком 5/. Сигналы УСО DI ci и Up всегда имеют положительные значения, причем

UDC,,-U, и.;,.и.и,.

Все формирователи 19 идентичны и предназначены для создания импульсов малой длительности.

Для пуска устройства служит выключатель 23, установленный в цепи питания и„2 датчика 12,

Устройство работает следующим образом.

Двигаясь по инерции, боек 5 верхней проточкой замыкает магнитопро- вод датчика 10, при этом его сигнал увеличивается от V до 1 , что влечет за собой появление на выходе компаратора 20, связанного с этим датчиком, сигнала О, который, инвертируясь в элементе НЕ 18, поступает на первые входы элементов И 17 ключей 22 и , а затем боек 5 задней частью, не имеющей проточки, размыкает магнитопровод датчика 10j. В это время боек 5 внедряется в обмотку Ц

Пусть, например, в исходном состо- 15 на глубину Ig и расстояние между верх- янии устройства СГоек 5, контактирую- „.j торцом бойка 5 и концом этой общий с хвостовиком 6, занимает начальное положение q (фиг.2). При этом он находится под полюсами 14 датчика 12, на которых установлены обмотки 15 возбуждения, а хвостовик 6 - под полюсами 14, на которых установлены выходные обмотки.16 (фиг.4) . Находясь в положении q , боек 5 замыкает маг- нитопроводы датчиков 8, 10 и 12.. После замыкания выключателем 23 цепи питания и датчика 12 (бмоток.15 возбуждения) с выходных обмоток 16, т.е. с датчика 12, снимается сигнал, .который через связанньш с ним формирователь 19 поступает на вход отпирания ключа 22,j и отпирает его. По обмотке 1 начинает протекать ток и боек 5 начинает втягиваться этой обмоткой.

По мере втягивания боек 5 проходит расстояние, равное в данном случае рабочему зазору обмотки и достигает конца этой обмотки. В этот момент происходит размыкание магни- топровода датчика 8 нижней проточкой и уменьшение его сигнала от U-, до Ujj. Это приводит к появлению на выходе компаратора 20, связанного с этим датчиком, сигнала 1, который после формирователя 19 в виде короткого импульса поступает на входы запирания всех ключей 22, (,2,..., п-1,п). Ключ 22J запирается и обмотка 1 отключается. При этом оставшаяся энергия магнитного поля обмотки рассеивается в разрядной цепи, подключенной параллельно этой обмотке, а боек 5 продолжает двигаться по инерции. Так как рассеяние энергии магнитного поля в других обмотках производится аналогично, то упоминание об этом при дальнейшем описании работы устройства опушено.

мотки равно FI, а сигнал датчика 10у в это время уменьшается от -р,, ДО Ujj, . Последнее приводит к появлению

20 на выходе компаратора 21, связанного с датчиком 10, сигнала 1, который после формирователя 19 в виде короткого импульса проходит через открытый элемент И 17 и поступает на вход

25 отпирания ключа 22. Последний отпирается, по обмотке Ц начинает протекать ток и боек 5 начинает втягиваться этой обмоткой.

По мере втягивания боек 5 прохо30 дит расстояние F, и достигает конца этой обмотки. В этот момент происходит размыкание магнитопровода датчика 10, нижней проточкой и уменьшение его сигнала от U, до Ujj, что при35 водит к.появлению на выходе компаратора 20, связанного с этим датчиком,, сигнала 1, который после формирователя 19 короткого импульса поступает на входы запирания всех

40 ключей 22, (,2,... ,п-1 ,п) . Ключ ,. 22 запирается и обмотка Ц отключается, а боек 5 продолжает двигаться по инерции.

Двигаясь по инерции, боек 5 верх45 ней проточкой замыкает магнитопровод датчика 10 и описанные процессы повторяются.

Продолжая свое движение вверх как под действием электромагнитных сил,

50 действуюш 1Х последовательно со стороны оставшихся обмоток, так и по инерции в Промежутках отсутствия названных сил боек 5 в определенный момент времени достигает своего край55 него верхнего положения и останавливается, заканчивая обратный (холостой) ход. Затем под действием силы тяжести боек 5 начинает движение в обратную сторону, совершая прямой

Двигаясь по инерции, боек 5 верхней проточкой замыкает магнитопро- вод датчика 10, при этом его сигнал увеличивается от V до 1 , что влечет за собой появление на выходе компаратора 20, связанного с этим датчиком, сигнала О, который, инвертируясь в элементе НЕ 18, поступает на первые входы элементов И 17 ключей 22 и , а затем боек 5 задней частью, не имеющей проточки, размыкает магнитопровод датчика 10j. В это время боек 5 внедряется в обмотку Ц

на глубину Ig и расстояние между верх- „.j торцом бойка 5 и концом этой обмотки равно FI, а сигнал датчика 10у в это время уменьшается от -р,, ДО Ujj, . Последнее приводит к появлению

на выходе компаратора 21, связанного с датчиком 10, сигнала 1, который после формирователя 19 в виде короткого импульса проходит через открытый элемент И 17 и поступает на вход

отпирания ключа 22. Последний отпирается, по обмотке Ц начинает протекать ток и боек 5 начинает втягиваться этой обмоткой.

По мере втягивания боек 5 проходит расстояние F, и достигает конца этой обмотки. В этот момент происходит размыкание магнитопровода датчика 10, нижней проточкой и уменьшение его сигнала от U, до Ujj, что приводит к.появлению на выходе компаратора 20, связанного с этим датчиком,, сигнала 1, который после формирователя 19 короткого импульса поступает на входы запирания всех

ключей 22, (,2,... ,п-1 ,п) . Ключ ,. 22 запирается и обмотка Ц отключается, а боек 5 продолжает двигаться по инерции.

Двигаясь по инерции, боек 5 верхней проточкой замыкает магнитопровод датчика 10 и описанные процессы повторяются.

Продолжая свое движение вверх как под действием электромагнитных сил,

действуюш 1Х последовательно со стороны оставшихся обмоток, так и по инерции в Промежутках отсутствия названных сил боек 5 в определенный момент времени достигает своего крайнего верхнего положения и останавливается, заканчивая обратный (холостой) ход. Затем под действием силы тяжести боек 5 начинает движение в обратную сторону, совершая прямой

91

(рабочий) ход, и в определенный мО- , мент времеш задней частью, не имеющей проточки, размыкает магнитопро- вод датчика 11 (фиго2, положение &). В это время гшжний торец бойка 5 и верхний торец обмотки I совпадают и расстояние между нижними торцами бойка 5 и обмотки 1 (ее кондом) становится равным Fj, т.е. равно длине 1д обмотки 1„, а сигнал датчика 1I в это время уменьшается от и„ до Ujp , Последнее приводит к появлению на выходе компаратора 21, связанно-- го с датчиком 11, сигнала 1, который после формирователя 19 в виде короткого импульса проходит через открытый второй элемент И 17 и поступает на вход отпирания ключа 22п„ Последний отпирается, по обмотке k начинает протекать ток и боек 5 начинает втягиваться этой обмоткой.

По мере втягивания боек 5 проходит расстояние FA, большее расстояния F , которое он проходит через эту же обмотку при холостом ходе, и поэтому в момент достижения конца обмотки 1„ он приобретает под действием электромагнитной силы большую скорость, по сравнению с его CKOJ ростью в момент достиже.ния конца обмотки 1 (, при холостом ходе.

В этот же момент происходит размыкание мaг штoпpoвoдa датчика 11 верхней Проточкой и, следовательно,уменьшение его сигнала от U до 4.. Это приводит к пбявле1-1ию на выходе компаратора 20, связанного с этим датчиком, сигнала 1, который, после фор- мировате ля 19 в виде короткого импулса поступает на входы запирания всех ключей 22, (,2,... n-l ,п) . Ключ 22 запирается и обмотка 1,, отключается,, а боек 5 продолжает двигаться вниз по инерции и под действием силы тяжести.

Двигаясь вниз, боек 5 нижней про- точкой замыкает магни,топровод датчика 10, и описанные процессы повторяются с той лишь разницей, что ключи 22; (,2,...,п-2, п-1) отпираются- через другие (вторые) элементы И 17, которые не использовались при холостом ходе бойка.

Продолжая свое движение, боек 5 в конце рабочего хода наносит удар по хвостовику 6 инструмента 7, производя при этом полезную работу, снова замыкает магнитопровод датчика 12

2679iO

фиксации и описанный цикл работы устройства повторяется.

Выполнение в предлагаемом элек- I- тромагнитном приводе ударного действия управляюищх проточек разной дли- 1-1ы, причем выполнение верхней проточки длиннее нижней, выполнение по длине нижней проточки, равной рабоче- му зазору между верхними торцами бойка и второй снизу обмотки, при нахождении бойка в начальном положении, а также установка нижнего концевого датчика на таком же расстоянии от 15 нижнего торца бойка при его нахождении в начальном положении позволяют увеличить энергию удара этого привода при одновременном уменьшении его

аксиального размера. 0 Формула изобретения

Электромагнитный привод ударного действия, включающий электромагнитный двигатель, содержащий п силовых обмоток, установленных с постоянным

25 шагом на вертикальной немагнитной направляющей, внутри которой расположен ферромагнитный боек, отношение длины которого к шагу обмоток больше единицы, но меньше двух, и кото30 рый одним торцом контактирует с ферромагнитным хвостовиком инструмента, при этом другой его торец расположен внутри второй снизу обмотки с образованием воздушного рабочего зазора

ос между этим торцом бойка и верхним торцом этой обмотки, на концах ферромагнитного бойка выполнены управляющие проточки, причем- нижняя проточка выполнена длиной, равной воздушно- 0 y. рабочему зазору второй снизу обмотки, и систему управления, содержащую нижний и верхний концевые датчики положения бойка, установленные соответственно ниже и вьше всех обмо45 ток, вспомогательный датчик положе ния бойка, (п-1) промежуточных датчи- ков и датчик фиксации соприкосновения бойка с хвостовиком инструмента, л и ч а ю щ и и с я тем, что,

Q с целью увеличения энергии удара и ; уменьшения аксиального размера, верхняя управляющая проточка бойка выполнена длиной, больщей, чем нижняя управляющая проточка, а нижний концесд вой датчик установлен на расстоянии от нижнего торца бойка, при нахождении последнего в нижнем положении, равном воздупшому рабочему зазору второй снизу обмотки.

U32679 12 8 1 10J п-2 Юп-1 fn-fffff --/fn у

|/y|/y /jy) |/y|/rf-| y I , I ryi // / /// /Л7 ///x / /VN

1Ж1L

„,,,д.,./,.,; 4g й

л л

.