импульсный магнитоэлектрический генератор
Классы МПК: | H02K35/06 с подвижным распределителем магнитного потока и неподвижными магнитом и системой катушек H02K33/02 с якорем, перемещающимся в одном направлении под действием единственной системы катушек, и в обратном направлении - под действием механического усилия, например под действием пружины |
Автор(ы): | Кабаев В.С. |
Патентообладатель(и): | Конструкторское бюро приборостроения |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-09-30 публикация патента:
20.07.1999 |
Изобретение относится к области ракетной техники и предназначено для приведения в действие электровоспламенителей пусковых и бортовых систем ракеты. В импульсном магнитоэлектрическом генераторе для приведения в действие электровоспламенителей, состоящем из приводного механизма и магнитоэлектрической системы, включающей верхний и нижний магнитопроводы с парой полюсов на каждом магнитопроводе в виде выступов в средней части, расположенных друг против друга, магниты, катушку и якорь, расположенный в центральном отверстии катушки и примыкающий к накрест лежащим полюсам верхнего и нижнего магнитопроводов, расстояние между полюсами верхнего и нижнего магнитопроводов выполнено исходя из соотношения. Изобретение позволяет получить наибольшую длительность импульса тока при выработке импульсным магнитоэлектрическим генератором потребного количества энергии для задействования электровоспламенителей. 8 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8
Формула изобретения
Импульсный магнитоэлектрический генератор для приведения в действие электровоспламенителей, состоящий из приводного механизма и магнитоэлектрической системы, включающей верхний и нижний магнитопроводы с парой полюсов на каждом магнитопроводе в виде выступов в средней части, расположенных друг против друга, магниты, катушку и якорь, расположенный в центральном отверстии катушки и примыкающий к накрест лежащим полюсами верхнего и нижнего магнитопроводов, отличающийся тем, что расстояние между полюсами верхнего и нижнего магнитопроводов определяется соотношением![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133011/916.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133007/8805.gif)
где
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133011/916.gif)
Xопт - оптимальный наибольший воздушный зазор в магнитной цепи генератора;
h - толщина якоря.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области ракетной техники и предназначено для приведения в действие электровоспламенителей пусковых и бортовых систем ракеты. Известен импульсный генератор [1] , состоящий из магнитоэлектрической системы, включающей верхний и нижний магнитопроводы с парой полюсов на каждом магнитопроводе в виде выступов в средней части, расположенных друг против друга, магниты, расположенные между концами верхнего и нижнего магнитопроводов, катушку, размещенную между полюсами магнитопроводов, и якорь, закрепленный на оси в центральном отверстии катушки и примыкающий к накрест лежащим полюсам верхнего и нижнего магнитопроводов, и их приводного механизма. Такое закрепление якоря на оси приводит к тому, что при воздействии приводного механизма на якорь он отделяется сразу от двух полюсов верхнего и нижнего магнитопроводов, что приводит к генерированию в катушке импульса э. д. с. малой длительности. При малой длительности импульса тока в цепи электровоспламенителя он может не срабатывать. Электровоспламенитель представляет собой проволочный мостик накаливания, на который нанесена пороховая навеска. Для воспламенения пороховой навески на мостике накаливания должно быть выделено определенное количество тепловой энергии, которое определяется из уравненияW = IU
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133010/945.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133028/964.gif)
где W - тепловая энергия, выделяемая на нагрузке (на мостике накаливания);
I - ток в нагрузке;
U - напряжение на нагрузке;
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133028/964.gif)
Rн - сопротивление нагрузки (мостика накаливания);
Rно - сопротивление нагрузки при температуре 0oC;
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133010/945.gif)
t - температура нагрузки (мостика накаливания). Выделение потребного количества тепловой энергии регулируется изменением величины тока в импульсе или изменением длительности импульса; при уменьшении длительности импульса тока потребное количество тепловой энергии обеспечивают увеличением величины тока в импульсе. Конструкции электровоспламенителя присущи органические недостатки, - неравномерность толщины проволоки мостика накаливания, т.е. различное сопротивление участков мостика накаливания, и неоднородная плотность по объему пороховой навески, а именно, наличие воздушных пузырьков по объему пороха. Неравномерность сопротивления по длине мостика накаливания электровоспламенителя приводит к неравномерному выделению тепла по длине мостика и при значительном увеличении тока (значительном сокращении длительности импульса) участок с повышенным сопротивлением разогревается сильнее, что в свою очередь увеличивает еще больше сопротивление этого участка, что вызывает еще большее выделение тепла на этом участке вплоть до перегорания мостика накаливания (нарушение целостности электрической цепи), т.е. основная часть тепловой энергии выделяется на ограниченном участке (отрезке) мостика накаливания. При местном разогреве и перегорании мостика накаливания на остальной длине мостика выделение тепла недостаточно для воспламенения пороха. Если же в месте перегорания мостика накаливания вокруг него находился воздушный пузырек, то порох также не воспламенится. Поэтому для исключения местного разогрева и перегорания мостика накаливания при изготовлении электровоспламенителя всегда оговаривается минимально допустимая длительность импульса тока (ограничивается максимальный ток), при которой проводится проверка срабатывания электровоспламенителя. Известная конструкция источника электрических импульсов не обеспечивает необходимую длительность импульса. Целью настоящего изобретения является увеличение длительности импульса тока, вырабатываемого импульсным магнитоэлектрическим генератором (ИМЭГ) для приведения в действие электровосплаенителей, и получение наибольшей длительности импульса тока (напряжения) при выработке потребного количества тепловой энергии. Решение поставленной задачи достигается выполнением в ИМЭГ для приведения в действие электровоспламенителей, состоящем из приводного механизма и магнитоэлектрической системы, включающей верхний и нижний магнитопроводы с парой полюсов на каждом магнитопроводе в виде выступов в средней части, расположенных друг против друга, магниты, катушку и якорь, расположенный в центральном отверстии катушки и примыкающий к накрест лежащим полюсам верхнего и нижнего магнитопроводов, расстояния между полюсами верхнего и нижнего магнитопроводов исходя из соотношения
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133011/916.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133007/8805.gif)
где
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133011/916.gif)
xопт - оптимальный наибольший воздушный зазор в магнитной цепи генератора;
h - толщина якоря. Такое выполнение конструкции ИМЭГ позволяет получить достаточную длительность импульса э.д.с. (тока) для срабатывания электровоспламенителя. Изложенная сущность предлагаемого изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез ИМЭГ; на фиг. 2-4 показаны магнитные потоки в магнитной цепи ИМЭГ соответственно в исходном, промежуточном и конечном положении якоря при срабатывании; на фиг. 5 - характер изменения магнитного потока в зависимости от угла поворота (хода) якоря при различных расстояниях между полюсами магнитопроводов; на фиг. 6-8 - форма импульса э.д.с. (тока) при различной величине расстояния между полюсами магнитопроводов. Импульсный магнитоэлектрический генератор (фиг.1) состоит из верхнего 1 и нижнего 8 магнитопроводов, между концами которых установлены магниты 7. В средней части каждого магнитопровода имеется пара полюсов в виде выступов, расположенных друг против друга. Между полюсами размещена катушка 5. В центральном отверстии катушки находится якорь 6, который примыкает к накрест лежащим полюсам верхнего и нижнего магнитопроводов. Магниты, магнитопроводы и якорь образуют магнитную цепь ИМЭГ. Один конец якоря проходит через центральный продольный паз штока 2 в его центральное отверстие и сцепляется с продольными боковыми пазами штифтом 4, который средней частью закреплен на этом конце якоря. Шток расположен в соосных отверстиях верхнего и нижнего магнитопроводов. В штоке с якорем взаимодействует ускорительная пружина 3. ИМЭГ работает следующим образом. При нажатии оператором на приводной механизм шток 2 перемещается вниз. При этом сжимается ускорительная пружина 3. После отделения штока 2 якоря 6 от полюса верхнего магнитопровода 1 ускорительная пружина перемещает якорь во второе сработанное положение. Перемещаясь, якорь поворачивается на угол
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133010/945.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133010/945.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133010/945.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133010/945.gif)
e = -W dФя/dt = -W dtя/dt dФя/dхя = -WVяdФя/dxя(1),
где e - импульсная э.д.с., наводимая в катушке;
W - количество витков в катушке;
Vя - скорость якоря;
Фя - магнитный поток в якоре;
xя - ход якоря (воздушный зазор между якорем и полюсом) в магнитной цепи ИМЭГ. Обозначим этот импульс как C. При повороте якоря вокруг точки B на угол
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133010/945.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133010/945.gif)
e = -WVя [-d(-Фя)/dxя] = -WVя dФя/dxя. Из этого уравнения видно, что поскольку изменяется как направление магнитного потока, сцепленного с витками катушки, так и направление dФя/dxя (магнитный поток увеличивается), то полярность импульса D совпадает с полярностью импульса C.Т.О. при перемещении якоря из исходного в конечное положение (при повороте якоря на угол
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133010/945.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133011/916.gif)
где
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133011/916.gif)
x - наибольший воздушный зазор в магнитной цепи ИМЭГ (между полюсами верхнего магнитопровода и якорем, когда якорь находится у полюсов нижнего магнитопровода);
h - толщина якоря. Графики зависимости магнитного потока в якоре от воздушного зазора между якорем и полюсом Фя = f(xя) (воздушного зазора в магнитной цепи ИМЭГ) представлены на фиг. 5. В зависимости от выбранной величины наибольшего воздушного зазора в магнитной цепи вид зависимости различен. При перемещении якоря из исходного положения, показанного на фиг. 2 в положение, показанное на фиг. 3, в катушке генерируется импульс э.д.с. (тока) C, при дальнейшем движении якоря в положение, показанное на фиг. 4, генерируется импульс D, которые суммируются. Вид суммарного импульса показан на фиг. 6-8, и зависит от величины наибольшего воздушного зазора в магнитной цепи ИМЭГ. Передний фронт импульса э.д.с. (тока) длительностью
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133028/964.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133011/916.gif)
где
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133011/916.gif)
xопт - оптимальный наибольший воздушный зазор в магнитной цепи ИМЭГ;
h - толщина якоря,
получим амплитуду суммарного импульса э.д.с. (тока) близкой к амплитуде исходных первичных импульсов при значительном увеличении длительности. В каждом конкретном случае для выбранных размеров элементов магнитоэлектрической системы (элементов магнитной цепи ИМЭГ и катушки) и приводного механизма и для заданного вида электровоспламенителя определяется необходимая длительность импульса. При необходимости увеличения длительности импульса увеличивают величину наибольшего воздушного зазора в магнитной цепи больше xопт. В этом случае наибольшее расстояние между полюсами верхнего и нижнего магнитопроводов будет удовлетворять условию
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133011/916.gif)
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133007/8805.gif)
Таким образом, при выполнении в ИМЭГ расстояние между полюсами, удовлетворяющее уравнению (1), получаем наибольшую длительность импульса тока (напряжения) при выработке потребного количества тепловой энергии для срабатывания электровоспламенителя. Испытания образцов ИМЭГ, изготовленных конструкторским бюро приборостроения, показали, что при выполнении расстояния между полюсами верхнего и нижнего магнитопроводов, удовлетворяющее уравнению
![импульсный магнитоэлектрический генератор, патент № 2133547](/images/patents/338/2133011/916.gif)
1. Патент 2904707, США, Н.Кл. 310-15.
Класс H02K35/06 с подвижным распределителем магнитного потока и неподвижными магнитом и системой катушек
Класс H02K33/02 с якорем, перемещающимся в одном направлении под действием единственной системы катушек, и в обратном направлении - под действием механического усилия, например под действием пружины