грузоподъемный электромагнит

Формула изобретения

Грузоподъемный электромагнит, содержащий магнитопровод с внутренним и наружным полюсами, катушку управления, выполненную из изолированного провода и имеющую форму кольца, а также заливочную массу, отличающийся тем, что катушка выполнена из трех частей, причем первая и третья части выполнены из медного провода, содержат по 10-30% от общего числа витков и размещены соответственно вдоль внутреннего и наружного полюса, а вторая часть размещена между первой и третьей частями и выполнена из алюминиевого провода большего сечения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к грузоподъемным электромагнитам, и может быть использовано при производстве и в порядке модернизации при ремонте грузоподъемных электромагнитов.

Известен грузоподъемный электромагнит, содержащий магнитопровод с внутренним и наружным полюсами, защитную шайбу, заливочную массу и выполненную из изолированного медного провода катушку управления с фаской на верхнем торце со стороны внутреннего полюса. Фаска уменьшает число витков катушки возле внутреннего полюса, что обеспечивает более равномерное распределение магнитного поля по площади электромагнита и повышает его грузоподъемность для сыпучих грузов (см. патент РФ №2159209, В66С 1/06, 20.11.2000 г.).

Катушка управления и магнитопровод данного электромагнита имеют сложную специальную форму и потому нетехнологичны, а предложение не может быть реализовано в существующих электромагнитах с типичной конструкцией магнитопровода в порядке модернизации при их ремонте.

Известен также грузоподъемный электромагнит, содержащий магнитопровод с внутренним и наружным полюсами, заливочную массу и катушку управления, выполненную из изолированного медного провода и имеющую форму кольца с прямоугольной выемкой по наружному диаметру (см. патент РФ №2111160, В66С 1/06, 20.05.98).

Данный электромагнит характеризуется концентрацией магнитного потока по внутреннему полюсу в результате того, что здесь расположено наибольшее число витков катушки, а магнитный поток по наружному полюсу значительно слабее. Такой электромагнит имеет более высокую грузоподъемность "для шара", т.е. для массивных предметов, не имеющих развитых плоских поверхностей и соприкасающихся с электромагнитом в одной точке или по небольшой поверхности. В то же время электромагнит имеет низкую грузоподъемность для скрапа, так как поднимаемый скрап стремится к внутреннему полюсу, где площадь магнитного взаимодействия небольшая. Кроме того, в связи с тем, что наибольшее число витков катушки расположено у внутреннего полюса, очень сильно ухудшаются условия теплоотвода, из-за чего происходит неравномерный нагрев катушки, требующий продолжительных пауз между включениями электромагнита для выравнивания температуры катушки. Катушка управления данного электромагнита имеет сложную форму и нетехнологична. Для размещения такой катушки магнитопровод тоже должен иметь специальную конструкцию, что затрудняет его изготовление и не позволяет реализовать предложение в порядке модернизации электромагнита с обычной конструкцией магнитопровода при его ремонте.

Наиболее близким аналогом является грузоподъемный электромагнит М62, который имеет магнитопровод с внутренним и наружным полюсами, заливочную массу и катушку управления, выполненную из изолированного медного провода и имеющую прямоугольную форму сечения. (Ю.Э.Южный. Грузоподъемные электромагниты и их ремонт. М., Энергия, 1974. с.40-41). Прямоугольная форма сечения катушки управления обеспечивает равномерное распределение витков и удовлетворительную грузоподъемность электромагнита для плиты (30 тонн), для шара и сыпучих грузов.

Недостатком данного электромагнита является неравномерный нагрев катушки: температура ниже у витков, расположенных вблизи от полюсов, через которые происходит отвод тепла, и выше у витков, расположенных в центре катушки. Вследствие этого примерно через 7 часов работы температура в центре катушки достигает предельно допустимого для изоляции значения и электромагнит должен быть отключен для охлаждения.

Технической задачей изобретения является улучшение теплового режима электромагнита.

Это достигается тем, что в грузоподъемном электромагните, содержащем магнитопровод с внутренним и наружным полюсами, катушку управления, выполненную из изолированного провода и имеющую форму кольца, а также заливочную массу, согласно изобретению катушка выполнена из трех частей, причем первая и третья части выполнены из медного провода, содержат по 10-30% от общего числа витков и размещены соответственно вдоль внутреннего и наружного полюса, а вторая часть размещена между первой и третьей частями и выполнена из алюминиевого провода большего сечения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан общий вид электромагнита.

Грузоподъемный электромагнит состоит из магнитопровода, образованного основанием 1, внутренним полюсом 2 и наружным полюсом 3, а также катушки, состоящей из трех частей 4, 5 и 6, размещенной в полости 7 магнитопровода. При этом внутренняя часть 4 катушки расположена вдоль внутреннего полюса 2, наружная часть 6 - вдоль наружного полюса 3, а средняя часть 5 занимает все пространство в средней части полости, расположенное между частями 4 и 6. Части 4 и 6 выполнены из медного провода, а часть 5 - из алюминиевого провода большего сечения. Полость 7 закрыта защитной шайбой 8, а все пространство полости вокруг катушки заполнено изоляционной массой - эпоксидным компаундом.

Выполнение из меди внутренней части 4 катушки, где средняя длина и вес витка невелики, позволяет разместить в небольшом объеме и при небольшой массе довольно много витков и создать значительную магнитодвижущую силу. Охлаждение этой части катушки производится преимущественно передачей тепла на магнитопровод через внутренний полюс. Наружная часть 6 катушки имеет большую длину витков и большее активное сопротивление, поэтому в ней выделяется больше тепла. В то же время эта часть катушки охлаждается лучше благодаря отводу тепла через наружный полюс, имеющий хорошее воздушное охлаждение. Средняя часть 5 катушки выполнена из алюминиевого провода большого сечения, что компенсирует меньшую электропроводность алюминия. Так как активное сопротивление этой части катушки при замене меди на алюминий не возросло, то и выделение в ней тепловой энергии осталось на прежнем уровне. Однако за счет увеличения объема этой части катушки и площади ее поверхностей удельное выделение тепла, приходящееся на единицу объема и на единицу поверхности охлаждения, уменьшилось, что привело к снижению температуры в этой части катушки, находящейся в наихудших условиях по отводу тепла.

В таблице приведены примеры 1-5 осуществления изобретения с использованием магнитопровода наружным диаметром 1650 мм при различных соотношениях числа витков частей катушки.

Таблица
Характеристика электромагнита	1	2	3	4	5
Общее число витков катушки	1140	1200	1224	1236	1152
Магнитодвижущая сила (МДС)	100844	100716	103491	108273	96850
Масса провода, кг	549	621	729	804	809
Внутренняя часть катушки (медь)
Число витков	66	132	220	240	408
то же, в % от общего числа витков	5,8	11,0	17,8	19,4	35,4
Сечение провода, мм2	26,6	26,6	26,6	30,4	26,6
Сопротивление, Ом	0,10	0,21	0,36	0,35	0,73
Средняя часть катушки (алюминий) Число витков	1008	936	792	756	336
то же, в % от общего числа витков	88,4	78	64,4	61,2	29,2
Сечение провода, мм2	47,9	47,9	51,3	51,3	47,9
Сопротивление, Ом	2,18	2,01	1,59	1,53	0,72
Наружная часть катушки (медь)
Число витков	66	132	220	240	408
то же, в % от общего числа витков	5,8	11,0	17,8	19,4	35,4
Сечение провода, мм2	26,6	26,6	26,6	30,4	26,6
Сопротивление, Ом	0,2	0,4	0,67	0,64	1,17
Относительная установившаяся температура в средней части, %	100	94,2	88,1	90,1	97,2

Как установлено экспериментально, у электромагнита с относительно небольшим числом витков в частях 4 и 6 (пример 1) концентрация выделяемого тепла в хорошо охлаждаемых зонах вблизи полюсов магнитопровода невелика и катушка нагревается неравномерно. Средняя часть 5 нагревается существенно сильнее, и значение установившейся в ней при непрерывной работе температуры превышает допустимую для изоляции величину, поэтому такой электромагнит подлежит периодическому отключению для охлаждения. Вследствие этого не рационально применять катушки с относительным числом витков в частях, выполненных из меди, менее чем 10% от общего числа витков.

Увеличение относительного числа витков в частях 4 и 6 (примеры 2 и 3) приводит к некоторому выравниванию температуры в различных зонах катушки и к снижению температуры ее средней части 5. В приведенных примерах наилучший результат по распределению установившихся значений температур был достигнут при числе витков в частях 4 и 6, составляющем по 17,8% от общего числа витков катушки. Дальнейшее увеличение (примеры 4 и 5) относительного числа витков в наружной и внутренней частях катушки приводит не только к росту выделения тепла в них, но и к увеличению объема этих частей и их распространению в центральную часть полости, где охлаждение затруднено, поэтому технический результат изобретения уменьшается. Вследствие этого нецелесообразно применять катушку с относительным числом витков в частях 4 и 6, составляющим более чем по 30% от общего числа витков.

Грузоподъемные электромагниты, выполненные в соответствии с примерами 2, 3 и 4, способны работать непрерывно неограниченное время, поскольку установившееся значение температуры в них не превышает допустимой для изоляции величины.