Способ формирования тягового усилия в поляризованной электромагнитной системе Советский патент 1993 года по МПК F16K31/02 

со

CJ

о ел

О

1

со

ругими элементами 10. Постоянство суммарного тягового усилия FJ формируют по углу скоса, определяемого путем нахождения величины среднеарифметического значения суммы величин предварительных углов скоса, соответствующих заданному тяговому усилию, одинаковому в нескольких точках рабочего диапазона перемещения якоря, через параметры электромагнитной системы, постоянного магнита и воздействующего на якорь усилия, противодействующего электромагнитному тяговому усилию и усилие, созданному магнитным потоком постоянного магнита, действующим в направлении рабочего перемещения якоря. Таким образом усилие нажима пишущего элемента на носитель информации остается постоянным и не зависит от неровности поверхности листа или его перекоса. Вычерчиваемая линия приобретает одинаковую ширину и четкость по всей поверхности носителя информации. 6 ил.

Использование: в электротехнике и предназначено для создания постоянного тягового усилия на рабочем участке хода якоря, в частности для создания постоянного усилия нажима пишущего элемента при работе на носителях информации с неровностями и перекосами их поверхности. Сущность изобретения заключается в том, что в поляризованной электромагнитной системе, содержащей магнитопровод с катушками 3, постоянный магнит 4 и подвижный якорь 5, один конец 8 которого, как и соответствующий ему конец 7 агнитопровода 2, выполнен с углом скоса.ТЧкорь 5 жестко закреплен на подвижном элементе 9 (на котором возможно закрепление пишущего стержня), соединенном с пластинчатыми упю

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, требующих постоянства тягового усилия, в частности, в приводах пишущих устройств графопостроителей для достижения постоянного усилия нажатия пишущего элемента на носитель информации при неровностях и перекосах поверхности носителя информации.

Целью изобретения является достижение постоянства суммарного тягового усилия на рабочем участке хода якоря в поляризованной электромагнитной системе.

На фиг.1 изображен общий вид поляризованной электромагнитной системы; на фиг.2 - прохождение магнитных потоков в системе и силы, действующие на подвижную часть; на фиг.З - расположение якоря в системе; на фиг.4 - схема замещения магнитной цепи поляризованной электромагнитной системы; на фиг.5 - графическое определение суммарного тягового усилия системы в зависимости от величины смещения углового скоса якоря от соответствующего конца магнитопровода; на фиг.б - зависимость суммарного тягового усилия системы от величины смещения якоря в рабочем диапазоне перемещения.

Поляризованная магнитная система поясняется конструкцией на фиг.1, содержащей корпус 1, на котором закреплены неподвижно магнитопровод 2 с катушками 3, между которыми установлен постоянный . магнит 4. Подвижный якорь 5 размещен между концами 6 и 7 магнитопровода 2. Один конец якоря 5 выполнен с угловым скосом 8, как и соответствующий ему конец 7 магнитопровода 2. Якорь жестко прикреплен к подвижному элементу 9 (на котором может закрепляться рабочий орган, в част ности пишущий стержень), который через упругие элементы 10 (пластинчатая пружина) крепится к корпусу 1, Воздушные зазоры между якорем и магнитопроводом и величины смещения концов якоря от концов магнитопровода указаны на фиг.З через дв, 5н, 5|, ба, соответственно. Усилия, действующие на якорь, указаны на фиг,2 через Fnp, FT, Ft, РЭЛ.М., а магнитные потоки, создаваемые

током, протекающим в катушках, и постоянным магнитом, указаны на фиг.2 через Фобм., Фо, Ф 1, Ф 2. Магнитные сопротивления постоянного магнита, верхнего и нижнего воздушных зазоров, а также м.д.с.

постоянного магнита и обоих катушек указаны на фиг.4 через RM, Вбв, Рбн, FM и Р0бм., соответственно.

Реализация способа происходить следующим образом.

Магнитная система должна быть ненасыщена. Учитывая, что между якорем 5 и постоянным магнитом 4 воздушный зазор да (на фиг.З) достаточно мал, то пренебрегаем его магнитным сопротивлением. Учитывая, что массы подвижного элемента 9 (с пишущим стержнем), а также закрепленного на нем якоря 5 - малы, то пренебрегаем силой FT m g (см.фиг.2), где g - ускорение свободного падения. Верхний воздушный

зазор 5В процессе перемещения якоря 5 всегда равен величине смещения 5i верхнего конца якоря относительно верхней части

6магнитопровода 2, а нижний воздушный зазор дн образуется при смещении нижнего

конца 8 якоря 5 относительно нижней части

7магнитопровода 2. Учитывая, что конец якоря 8, как и соответствующий ему конец 7 магнитопровода 2, выполнены со скосом на угол у к горизонтали, то величина воздушного зазора 5М определяется произведением величины смещения 5г нижнего конца 8

якоря относительно нижней части 7 магни- топровода 2 на cos у, т.е.

с5ц 52 cosy .

Расстояние d между верхним концом 6 магнитопровода 2 и верхней поверхностью постоянного магнита 4 должно быть больше или равно сумме величин смещений д +дг , т.е. d (5i +62, а расстояние Iмежду концом 7 магнитопровода 2 и нижней поверхностью постоянного магнита 4 не должно превышать расстояния d, т.е. I d. Размер боковой поверхности якоря, обращенной к постоянному магниту 4, определяется по формуле:

Ья г.м + d ,

где Ьм - размер магнита 4 по вертикали.

Плоские пружины 10, с которыми соединен подвижный элемент 9 с якорем 5, подбирают так, чтобы полностью компенсировать усилие притяжения якоря к постоянному магниту 4, что предотвратит прилипание якоря 5 к торцевой поверхности постоянного магнита 4.

Общий вид выражения для сил, под действием которых осуществляется перемещение якоря, определяется по формуле:

Fr -Рэл.м.г

пр:

где FJ- - суммарное тяговое усилие, воздействующее на якорь;

Рэл.м. - тяговое усилие, созданное магнитными потоками катушек З.и постоянного магнита 4;

Рпр.К (5i - усилие сопротивления упругих элементов 10 (плоских пружин), усилию Рэл.м.,

где К - коэффициент жесткости.

Тяговое усилие Рэл.м. определяют как разность тяговых усилий в нижнем 5Н и верхнем дв воздушных зазорах:

Рэл.м.

где Рв, Рн - тяговые усилия в верхнем дв и нижнем 5Н воздушных зазорах, соответственно.

Определим составляющие тягового усилия в выражении (2) FB и FH.

В соответствии со схемой прохождения магнитных потоков (см.фиг.2) и схемой замещения приведенной на фиг.4 при обесточенных катушках, т.е.

, а следовательно, и Р0бм.0, так как РобмН W,

где I - ток, протекающий в последовательно соединенных катушках3 фиг.1; W- суммарное число витков обоих катушек 3 фиг.1 и соотношении

Rf fr RЈH 62 cos2 у

находим поток постоянного магнита: Ф0 Ф1 + Ф2 ,(3)

где

дг cos2 у

- поток в эад + дг cos2 у зоре 5В от постоянного магнита;

Фй Ф0 ---г-- поток в .зад +62 COS2 у

зоре 5Н от постоянного магнита.

Результирующее значение потоков в воздушных зазорах дв и д н, создаваемых постоянным магнитом 4 и катушками 3 при движении якоря 5 в направлении рабочего перемещения из верхнего крайнего положения в нижнее:

Ф1 -Фобм. ФоХ &2 COS2 у

35

40

di + дг cos2 у

I W ftp Sr

К (6i + дг cos2 у)

Ф Ф2 + Фобм. Фо X

х ; 2 +

д +дг cos у

(4),

45

50

55

+

I W-JMp -Sr

( (5l +62 COS2 у )

I W fip Sr

(5),

где Фобм. :--- -rV-магK-j- ((5i +62 cos y) нитный поток, созданный катушками 3;

К - коэффициент рассеяния магнитной цепи для потока катушек 3;

- магнитная постоянная;

S - площадь поперечного сечения верхнего воздушного зазора 5В.

Тяговые усилия в воздушных зазорах дв и йн:

Рв

rf

2 Ц0 S;

(6)

F & COS2 У

2 -/г0 S

(7)

Из форм. (2), (4), (5), (6) и (7) определяем 5 тяговое усилие Рэл.м.:

F м F F -. cos2y-«fl; Рэл.м.-Рн P.-2-AIo-Sr

Ф2) cos2у ((Я -б2; cos2у) , ((5i +62 cos2y)2 Siг Фо -cos2y I W -(di +ф) + (5i +62 cos2y)2

r (I -W)2 -/io-S -(cos2y-1) 2 K2 -(5t +62 -cos2y)2

Подставив (8) в (1) получим выражение суммарного тягового усилия, воздействующего на якорь:

F - % соз2У ((И -$ -со$2у) г 1 (di -cos2y)2 -2/t0 Ss( Фо cos2у I W -(fr +62) , Kj-(5i -cos2у)2

., (I -W)2-/ -SЈ-(cos2y-1) 2 -К| -(di+(52 cos - y)2

10

15

K-(5v

(9)

18365978

t -K2-2 .-Sy.gx

xK2(K -(3i+FnocT.)-cos4y + + fg 52 K| + 2 Ф0 I W K,x

x//o Sf ( 61 + & ) - 4 U0 Sj- K| x x dt 5a ( К di + РПОСТ. ) +fЈ x xS| -(I -W)2 cos2y-/w0 85.- (I W)2 +$ -2x

хК|-(К Й1+Рпост.)0 (10)

(8) 20 Обозначая коэффициенты, стоящие перед неизвестной величиной cos4 у, cos2у, а также свободный член, как

4 + 2 -//ох xSr-6l -K2.-(K-(5i+FnocT.). 01) b cl| б2 К2+2 Ф0 I Wx x KЈ /г0 (5i + 62 ) - 4 /л0 х

x S4 К2 61 62 ( К 61 4- 4РПост) -S|-(l W)2, (12) с о Sr fio Sy ( I W ) 2 +

25

30

35

Для перемещения якоря 5 из рабочеголп А 2л

положения в исходное верхнее крайнее по-+о1 2 K,j ( К di + Рпост. ) (13)

ложение необходимо изменить направление протекания тока в катушках 3, в приводим полученное биквадратное урав- результате чего усилие Рэл.м. изменит знак нение (10) к виду:

на противоположный, т.е. теперь направле-д,ние его действия совпадет с направлением- a -cos4 у + В cos2 у - с 0 (14)

действия усилия плоских пружин 10, и под

действием этих двух усилий якорь переме- решая которое определяем промежуточные стйтся в верхнее нерабочее положение.углы у в рабочем диапазоне L перемещения

Преобразовав полученное уравнение (9),.„ якоря:

с неизвестной величиной cos у, находим.

выражение для определения промежуточ- у - в - . а . с

ных величин угла у скоса якоря 5 для каж- yi,n-arccos-2-а

дои расчетной точки в рабочем диапазоне L/., .

перемещения якоря 5 по параметрам маг-,-с y2i0 arccos в- УВ - 4 а с Q

нитной системы («I),(5i, d2, I, W, )-2-a

известной характеристике плоских пружин Где 1, 2 - порядковый номер найденного

(Fnp.K 5i) и заданному постоянному тяго- значения угла у ;

вому усилию Рпост., которое принимаем рав-п - номер расчетной точки в рабочем

ным FJ в каждой расчетной точке.диапазоне L перемещения якоря.

Из всех найденных углов yi,n и у..п отбираются углы, величина которых меньше 90°.

Искомый угол скоса одного из концов 8 якоря 5 и соответствующей ему части 7 маг- нитопровода 2 определяем как среднеарифметическое значение найденных углов скоса yi.n или уа,п, если углы у i,n и у.п определены во всех расчетных точках в рабочем диапазоне L перемещения якоря 5.

yi.i+m+--.+yi.n (17) У2 уср2 1+ 2т+-+ ,08)

L.

-где т - количество расчетных точек на рабочем диапазоне 1. перемещения якоря 5.

Как видно из решения, в качестве иско- мого угла у скоса якоря 5 можно выбрать любой из найденных углов у 1 или у 2. Однако если хоть один из углов у i,n или у2.п хоть в одной точке рабочего диапазона L перемещения якоря определить невозмож- но, то тогда будет существовать только один угол скоса якоря 5 yi или у 2. Пусть, например, невозможно определить угол 72,1, т.е. нет решения выражения (16), то считаем, что среднеарифметическое значение уср2 не определено, и будет найден только один искомый угол у 1 скоса якоря 5.

Углы у 1 и у 2 будут иметь оптимальное значение, так как суммарное тяговое усилие в процессе перемещения якоря 5 в рабочем . диапазоне L будет принимать величины, наиболее близкие к заданной величине постоянного тягового усилия РПОСТ. Погрешности отклонения суммарного тягового усилия от заданного постоянного определяются по формулам:

д, Fmax FnocT ЮО %(19)

FnocT

Д Fml Fn°CT -100%,(20)

FHOCT

Fmin, Fmax-соответственно, минимальная и максимальная величины суммарного тягового усилия в рабочем диапазоне L перемещения якоря.

При отклонении угла скоса у якоря 5 (принятого равным утили уг)отоптимального значения, одна из погрешностей AI или А2будет уменьшаться, а вторая возрастать, что приведет к большему отклонению суммарного тягового усилия от заданного постоянного тягового усилия.

Величины Fmax и Fmin можно определить, графически построив зависимости усилий Рэл.м. и Fnp. от перемещения якоря 5, из которых находят суммарное тяговое усилие FЈ как Fan.M.-Fnp. и, построив зависимость FJ, от перемещения якоря &i , определяют искомые величины Fmax и Fmin в пределах рабочего диапазона L перемещения якоря 5 (см.фиг.5, фиг.6).

Для более точного определения угла у скоса якоря 5 и соответствующей ему части 7 магнитопровода 2 необходимо учитывать магнитное сопротивление воздушного зазора дз и силу FT, воздействующую на подвижный элемент 9 с якорем 5.

Таким образом предложенный способ формирования тягового усилия поляризованной электромагнитной системы позволяет достичь постоянства суммарного тягового усилил с оптимальной погрешностью отклонения его от заданной величины.

Формула изобретения

Способ формирования тягового усилия в поляризованной электромагнитной системе с втяжным якорем с коническим стопом, в которой втяжной якорь находится под суммарным воздействием потока постоянного магнита и возвратной пружины, причем величину угла скоса конического стопа втяжного якоря определяют в зависимости от заданного тягового усилия, отличающийся тем, что при постоянном тяговом усилии, втяжной якорь последовательно перемещают из исходного положения в рабочее и определяют предварительную величину угла скоса в каждой из заранее заданных точек перемещения, при этом величину предварительного угла скоса определяют по формуле:

УП - arccos

V -В± УВ2-4ас -2э

где уп - величина предварительного угла скоса якоря:

а, Ь, с - коэффициенты биквадратного уравнения

- a -cos4 у + В cos2 у - с О а Й х Sr & К| ( К (5i + РПОСТ. ) , b Ф2, 52 К2 + 2 Ф0 I W х х Ку J.IQ Ss- (5i + 62 ) - 4 fi0 x

xSp- Kj 5i 62 -(К -(5Г+ Рпост) + /io -S|-(l W)2, с jio ; Sf //«, Sr (I Ш-2-+.. . + c5i -2 -K|-(K-(5i + FnocOl,

12

Sr площадь поперечного семения верхнего воздушного зазора, образованного прямыми торцевыми поверхностями якоря и магнитопровода; - магнитная постоянная;

, . Фа магнитный поток постоянного магнита;

К - коэффициент жесткости упругого элемента;

др 62 -величины смещения концов яко- 10 Рпост - постоянное заданное тяговое ря относительно концов магнитопровода;усилие

Кг- коэффициент рассеяния магнитной и находят величину действительного угла цепи для потока катушек;скоса втяжного якоря по среднеарифметиI-ток, протекающий в последовательно ,„ ческому значению суммы величин предва- соединенных катушках;15 рительных углов скоса.

W - суммарное число витков обоих катушек;

12

ФтЪ

F

rV4

5

Mfe

Ufa

V

ЯОСМ.

И