быстродействующий поляризованный электромагнит броневого типа с независимыми потоками поляризации

Формула изобретения

Быстродействующий поляризованный электромагнит броневого типа с независимыми потоками поляризации, содержащий магнитопровод, выполненный из магнитомягкого материала, обмотки управления, постоянные магниты, кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь, жестко скрепленный с рабочим штоком, отличающийся тем, что конструкция электромагнита составлена из двух эквивалентных частей, нижней и верхней, симметрично расположенных относительно хода кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря, при этом каждая из эквивалентных частей содержит магнитопровод из магнитомягкого материала и немагнитный фланец, магнитопровод включает в себя внешнюю цилиндрическую часть и стоп с цилиндрическим отверстием, между которыми расположена обмотка управления, и кольцеобразный постоянный магнит цилиндрическим отверстием, между которыми расположена обмотка управления, и кольцеобразный постоянный магнит с радиальным направлением намагничивания, который установлен в магнитопроводе, так, что охватывает стоп, рабочий шток подпружинен при помощи двух пружин, каждая из которых соединена с упомянутыми немагнитными фланцами каждой из эквивалентных частей, и установлен с возможностью свободного перемещения через цилиндрические отверстия в стопах, причем в исходном состоянии кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь находится в верхнем крайнем положении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к быстродействующим электромагнитным устройствам для промышленных и бытовых технических объектов, содержащих исполнительные органы, которые обеспечивают заданные динамические характеристики.

Известен электромагнитный привод управляющего элемента, преимущественно дозирующего клапана топливного насоса, содержащий корпус и электромагнит, включающий магнитопровод с обмоткой, которая выполнена распределенной и размещена в прямых параллельных пазах магнитопровода таким образом, что элемент магнитопровода, разделяющий два соседних паза, является сердечником части обмотки (патент РФ №2137236).

Недостатком данного технического решения является малая величина хода якоря, обусловленная особенностью конструкции электромагнита, что ограничивает диапазон применимости электромагнитного привода. Кроме того, сложная конструкция обмотки приводит к повышению затрат на производство электромагнита.

Известен электродинамический привод клапанов двигателей внутреннего сгорания (прототип), содержащий магнитомягкий магнитопровод, внутри которого размещены подпружиненный якорь, постоянный магнит и обмотка управления. На торце магнитомягкого сердечника со стороны, обращенной в сторону якоря, установлен постоянный магнит (патент РФ №2140034).

Недостатком данного технического решения является низкий уровень электромагнитного усилия при срабатывании, что значительно увеличивает время срабатывания электромагнита. Этому способствует и наличие магнитно-индукционного демпфера.

Задачей изобретения является повышение быстродействия, обеспечение заданной величины хода и заданного значения скорости перемещения подвижного элемента при срабатывании электромагнита, а также снижение энергопотребления электромагнита.

Поставленная задача решается с помощью быстродействующего поляризованного электромагнита броневого типа с независимыми потоками поляризации, содержащего магнитомягкий магнитопровод, обмотки управления, постоянный магнит, кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь, жестко скрепленный с рабочим штоком, свободно проходящим через цилиндрические отверстия в стопах. Конструкция электромагнита составлена из двух эквивалентных частей, симметрично расположенных относительно середины хода кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря, который в любом из крайних положений поджат ускоряющей или возвратной пружиной, при этом в каждой из частей магнитопровод состоит из внешней цилиндрической части и стопа, между которыми расположены обмотка управления и постоянный магнит, выполненный кольцеобразно, с радиальным направлением намагничивания материала.

На чертеже представлен быстродействующий поляризованный электромагнит броневого типа с независимыми потоками поляризации.

Электромагнит содержит кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь 1, находящийся между верхней и нижней частями, включающими верхнюю 2 и нижнюю 3 обмотки управления, расположенные рядом с верхним 4 и нижним 5 кольцеобразными постоянными магнитами с радиальным направлением намагничивания материала, охватывающими верхний 6 и нижний 7 магнитомягкие стопы и находящиеся внутри верхней 8 и нижней 9 соответственно внешних цилиндрических частей магнитомягких магнитопроводов, являющихся частью корпуса электромагнита. Конструкция также содержит верхний 10 и нижний 11 немагнитные фланцы, соединенные с верхней 12 и нижней 13 пружинами, которые расположены на штоке 14, выполненном из немагнитного материала и жестко скрепленном с кольцеобразным подпружиненным магнитомягким якорем 1. Шток 14 выполнен с возможностью свободного перемещения через цилиндрические отверстия в верхнем 6 и нижнем 7 стопах. Верхний 15 и нижний 16 конструкционные элементы жестко скрепленные со штоком 14, выполнены с возможностью упора в верхнюю 12 или нижнюю 13 пружины.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии верхняя 2 и нижняя 3 обмотки управления обесточены, кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь 1 находится в верхнем крайнем положении. Удержание кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря в таком состоянии обеспечивается электромагнитной силой, создаваемой поляризующим потоком верхнего постоянного магнита 4, и превышающей силу поджатия нижней пружины 13, действующей в противоположном направлении. В верхнюю обмотку управления 2 подается импульс тока с такими параметрами, чтобы возникающий при этом размагничивающий поток уменьшил удерживающую электромагнитную силу ниже значения силы поджатия нижней пружины 13 и кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь 1, под действием последней, совершил перемещение к нижнему стопу 7. Во время движения ускоряющее действие нижней пружины 13, после прохождения кольцеобразным подпружиненным магнитомягким якорем 1 середины хода, изменяется на замедляющее действие верхней пружины 12 и преодолевается за счет накопленной кинетической энергии и электромагнитного взаимодействия между кольцеобразным подпружиненным магнитомягким якорем 1 и нижним стопом 7. При приближении кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря 1 к нижнему стопу 7 импульс тока, подаваемый в нижнюю обмотку управления 3, выбирается с такими параметрами, чтобы обеспечить переход кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря 1 в крайнее нижнее положение и создать требуемую скорость подвижной части в конце хода. В правом крайнем положении кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь оказывается притянутым к стопу под действием электромагнитной силы, создаваемой поляризующим потоком нижнего постоянного магнита 5, сжав при этом верхнюю пружину 12. Для возврата кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря 1 в исходное положение в нижнюю обмотку управления 3 подается размагничивающий импульс тока с параметрами, необходимыми для обеспечения отрыва кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря 1, и процесс повторяется аналогично описанному выше, но разгонять подвижную часть теперь будет верхняя пружина 12, а тормозить - нижняя пружина 13.

Параметры импульсов тока в верхней 2 и нижней 3 обмотках управления могут изменяться электронным коммутатором в соответствии с сигналами датчика положения кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря или задаваться постоянными исходя из требуемых параметров электромагнитного механизма.

Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения состоит в том, что за счет предложенных конфигураций магнитной и механической систем обеспечивается заданное время перемещения подвижной части при значительных величинах хода кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря, а повышение быстродействия обеспечивается значительным электромагнитным усилием, складываемым из усилия, созданного в рабочем воздушном зазоре между внешней частью магнитопровода и кольцеобразным подпружиненным магнитомягким якорем, и усилия, созданного в рабочем воздушном зазоре между стопом и кольцеобразным подпружиненным магнитомягким якорем. Кроме того, за счет использования постоянного магнита кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь удерживается в крайних положениях без дополнительных затрат энергии.