линейный электромагнитный двигатель ударного действия

Формула изобретения

Линейный электромагнитный двигатель ударного действия, содержащий размещенные в немагнитном корпусе цилиндрический статор с катушкой, ограниченной с торцов нижним и верхним ферромагнитными полюсами, якорь, возвратную пружину и подшипники скольжения, отличающийся тем, что на внутренней поверхности верхнего ферромагнитного полюса выполнены с постоянным шагом по длине полюса кольцевые выступы, при этом на боковой поверхности якоря, сопряженной по диаметру с верхним ферромагнитным полюсом, образованы ответные кольцевые выступы с шагом, соответствующим шагу кольцевых выступов верхнего полюса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электромагнитным машинам ударного действия и может быть использовано в машиностроении при производстве электромагнитных прессов, молотов и других ударных импульсных устройств с поступательным движением рабочих органов.

Известен линейный электромагнитный двигатель ударного действия [RU 2192346 C2], состоящий из статора, включающего катушку, магнитопровод и направляющую, внутри которой размещается боек, фиксируемый возвращающим и тормозящим упругими элементами (пружинами), что обеспечивает максимальный запас магнитной энергии в катушке.

Недостатком указанной конструкции электромагнитного двигателя является нестабильность работы в области низких частот, связанная со сложностью синхронизации вынуждающих воздействий тяговых импульсов катушки и частоты собственных колебаний упругих элементов, а также низкая энергия удара при нанесении одиночных ударов.

Известен линейный электромагнитный двигатель ударного действия с удержанием якоря [RU 2111847 С1], состоящий из корпуса с размещенными в нем магнитопроводом с катушкой, к которой жестко примыкает ферромагнитный кольцевой полюс, возвратной пружины, подпружиненной направляющей втулки с установленными в ней бойком, ферромагнитным буфером и буксой с рабочим инструментом. Характерной особенностью линейных электромагнитных двигателей, работающих при относительно небольших рабочих зазорах и обладающих высокой индуктивностью цепи, является то, что время движения бойка значительно меньше времени нарастания тока в цепи обмотки до установившегося значения. Поэтому несомненным преимуществом указанной конструкции является повышение энергии удара за счет удержания якоря на этапе трогания, однако существенным недостатком является нестабильность энергии удара, связанная с тем, что между ферромагнитными поверхностями якоря и буфера в начале каждого цикла возникает дополнительное усилие, обусловленное остаточным намагничиванием, оказывающее влияние на усилие удержание якоря и приводящее к нестабильной энергии удара.

Известна также конструкция однообмоточного линейного электромагнитного двигателя ударного действия, входящего в состав электропривода возвратно-поступательного движения [SU 1136294 A1, который является наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения (прототип). Этот линейный электромагнитный двигатель ударного действия содержит размещенные в немагнитном корпусе цилиндрический статор с катушкой, ограниченной с торцов верхним и нижним полюсами, выполненными в виде ферромагнитных колец, ферромагнитный якорь, возвратную пружину и устройство удержания в виде жестко соединенного с немагнитным корпусом управляемого электромагнита, полюс которого обращен к торцевой части якоря. Такое техническое решение позволяет увеличить удельную энергию удара в 2-3 раза.

Недостатками указанного электромагнитного двигателя с устройством удержания в виде дополнительно устанавливаемого управляемого электромагнита является нестабильность энергии удара, обусловленная остаточным намагничиванием удерживающего электромагнита, а также сложность исполнения.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение стабильности энергии удара линейного электромагнитного двигателя ударного действия.

Указанная задача достигается тем, что в линейном электромагнитном двигателе ударного действия, содержащем размещенные в немагнитном корпусе цилиндрический статор с катушкой, ограниченной с торцов нижним и верхним ферромагнитными полюсами, якорь, подшипники скольжения и возвратную пружину, на якоре и на сопряженной с ним по диаметру внутренней поверхности верхнего ферромагнитного полюса выполнены поперечные кольцевые проточки, образующие кольцевые выступы.

На чертеже показана конструкция предлагаемого линейного электромагнитного двигателя ударного действия на начальном этапе движения в режиме удержания якоря.

Предлагаемый линейный электромагнитный двигатель ударного действия содержит размещенные в немагнитном корпусе 1 с крышкой 2 цилиндрический статор 3, катушку 4, ограниченную с торцов нижним 5 и верхним 6 ферромагнитными полюсами, якорь 7 из ферромагнитного материала, установленный с возможностью осевого перемещения, подшипники скольжения 8, 9 и возвратную пружину 10. Внутренняя поверхность верхнего ферромагнитного полюса 6 сопряжена по диаметру с боковой поверхностью якоря 7. Место сопряжения поверхностей образует нерабочий воздушный зазор . На внутренней поверхности верхнего ферромагнитного полюса 6 по всей его длине с постоянным шагом выполнены кольцевые проточки, образующие кольцевые выступы 12. На боковой поверхности якоря 7 по длине верхнего ферромагнитного полюса 6 выполнены ответные кольцевые выступы 11. Шаг кольцевых выступов 11 на якоре 7 соответствует шагу кольцевых выступов 12 верхнего ферромагнитного полюса 6. Нижняя (рабочая) торцевая поверхность якоря 7 образует с нижним ферромагнитным полюсом 5 рабочий воздушный зазор .

Линейный электромагнитный двигатель ударного действия работает следующим образом. В исходном состоянии якорь 7 под действием усилия возвратной пружины 10 находится в крайнем верхнем положении, т.е. верхняя торцевая часть якоря плотно поджата к немагнитному корпусу 1.

При подаче на катушку 4 импульса напряжения по мере нарастания тока в магнитной цепи возбуждается магнитный поток Ф, который последовательно замыкается через сечения цилиндрического статора 3, верхнего ферромагнитного полюса 6, кольцевых выступов 12, нерабочего воздушного зазора , кольцевого выступа 11, якоря 7, рабочего воздушного зазора , нижнего ферромагнитного полюса 5 и цилиндрического статора 3.

В начальный момент протекания тока по катушке 4 электромагнитное усилие удержания F_y, возникающее между кольцевыми выступами 11, 12, вызванное прохождением магнитного потока Ф через технологический зазор , превышает усилие F , возникающее в рабочем воздушном зазоре , т.е. F_y>F , и якорь 7 остается некоторое время неподвижным.

По мере нарастания тока в цепи катушки 4 и увеличения основного магнитного потока Ф происходит насыщение кольцевых выступов 11, 12, что приводит к перераспределению электромагнитных усилий F и F_y, действующих на якорь 7. Начиная с момента времени, когда усилие в рабочем зазоре превысит усилие удержания, F >F_y, а магнитная система двигателя обеспечит необходимый запас магнитной энергии, происходит отрыв якоря 7 и ускоренное его перемещение. На интервале движения якоря усилие удержания F_y=0.

При отключении импульса напряжения после завершения рабочего хода якорь 7 под действием усилия возвратной пружины 10 возвращается в исходное состояние.

Выполнение на внутренней поверхности верхнего ферромагнитного полюса 6 и боковой поверхности якоря 7 поперечных кольцевых выступов 11, 12 обеспечивает бесконтактное электромагнитное удержание якоря 7 в начале рабочего хода. Это позволяет повысить стабильность энергии удара якоря 7 и упростить конструкцию линейного электромагнитного двигателя, так как удержание осуществляется электромагнитными силами катушки 4 без использования дополнительных устройств. Изменением количества кольцевых выступов 11, 12 и их размеров можно регулировать начальное усилие удержания якоря 7 и, как следствие, энергию удара.

Выполнение линейного электромагнитного двигателя ударного действия с поперечными кольцевыми проточками на якоре и на сопряженной с ним по диаметру боковой поверхности верхнего ферромагнитного полюса обеспечивает прохождение основной части магнитного потока на этапе трогания через образовавшиеся кольцевые выступы, что приводит к бесконтактному удержанию якоря на этапе трогания без использования дополнительных устройств удержания и, таким образом, к упрощению конструкции и повышению стабильности энергии удара линейного электромагнитного двигателя ударного действия.