RU25637U1 - Электромагнит с поворотным якорем - Google Patents

Abstract

1. Электромагнит с поворотным якорем, содержащий силовую катушку, магнитопровод, образованный корпусом и крышкой в виде чашек броневого типа, по крайней мере одна из которых имеет в центральной части не менее одного выступа в форме сектора полого цилиндра, поворотный якорь, имеющий не менее одного сектора и расположенный во внутреннем пространстве между корпусом и крышкой и жестко закрепленный на валу, ось вращения которого параллельна оси симметрии корпуса, возвратную пружину и датчик угла, жестко соединенный с валом электромагнита, отличающийся тем, что сектор якоря имеет переменную площадь в радиальных сечениях.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выступы в центральной части корпуса и крышки имеют переменную площадь в радиальных сечениях.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено стопором углового положения якоря.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что стопор углового положения якоря выполнен в виде электромагнита, содержащего соленоидную катушку, закрепленную на корпусе, стопорный диск в виде чашки броневого типа и пружину.

Description

ЭЛЕКТРОМАГНИТ С ПОВОРОТНЫМ ШСОРЕМ

Настоящая полезная модель ОТНОСРГГСЯ к области электротехники, а именно к исполнительным механизмам систем автоматики.

Известен электромагнит 1, содержащий катушку, магнитопровод и поворотный якорь. Для возврата якоря в исходное положение в конструкцию включена пружина. Недостатком этого устройства является невозможность получения заданной зависимости момента якоря от угла поворота якоря.

Известен электромагнит 2, который состоит из двух соосно расположенных катущек, между которыми имеется воздушный зазор, двух втулок, выполненных из магнитного материала, поворотного якоря, закрепленного на дополнительной оси и пружины, соединенной с якорем. Недостатком этого устройства является невозможность получения заданной зависимости момента якоря от угла, поворота якоря.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является поворотный электромагнит 3. Он содержит две соосно расположенные катушки, магнитопровод, образованный корпусом и двумя втулками, каждая из которых имеет в центральной части два выступа в форме сегмента полого цилиндра, возвратную пружину и поворотный якорь, расположенный во внутреннем пространстве между втулками и жестко закрепленный на валу, который имеет возможность свободно вращаться.

Недостатком этого устройства является неравномерность тяговой характеристики, а также невозможность получения заданной зависимости момента якоря от угла поворота якоря. Кроме того, для удержания якоря в

.20 О г 10 « 13

Н OIF 7/14

статическом положении при ненулевом угле поворотга в катушке должен протекать постоянный ток. В таком статичном состоянии основная часть энергии источника питания расходуется на преодоление сил упругости натянутой пружины.

Техническим результатом полезной модели является получение заданной зависимости момента якоря от угла поворота якоря и уменьшение потребляемой электромагнитом мощности.

Указанный технический результат достигаетгся тем, что электромагнит с поворотным якорем, содержащий силовую катушку, магнитопровод, образованный корпусом и крышкой в виде чашек броневого типа, по крайней мере одна из которых имеет в центральной части не менее одного выступа в форме сектора полого цилиндра, поворотный якорь, имеющий не менее одного сектора и расположенный во вн)гфеннем пространстве между корпусом и крышкой и жестко закрепленный на валу, ось вращения которого параллельна оси симметрии корпуса, возвратную пружину и датчик угла, соединённый с валом электромагнита, содержит якорь, сектор которого имеет переменную площадь в радиальных сечениях. Выступы в центральной части корпуса и крышки имеют переменную площадь в радиальных сечениях. Электромагнит с поворотным якорем снабжён стопором углового положения якоря. Стопор углового положения якоря выполнен в виде электромагнита, содержащего соленоидную катушку, закрепленную на корпусе, стопорный диск в виде чашки броневого типа и прзокину. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый электромагнит с поворотным якорем отличается формой поворотного якоря, а также наличием нового блока - стопора углового положения якоря. Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что тормозное устройство широко известно. Однако при его введении в указанной связи с остальными элементами электромагнита делает управление электромагнитом более экономичным, а также даёт дополнительные степени свободы при управлении. Фиг.1 изображает конструкцию электромагнита с поворотным якорем, который имеет два сектора; Фиг.2 изображает конструкцию электромагнита с поворотным якорем, который имеет один сектор; Фиг. За, b изображают варианты исполнения поворотного якоря с переменной плошадью радиальных сечений; Фиг.Зс изображает радиальное сечение поворотного якоря; Фиг.3d, е изображают выступы в центральной части корпуса и поворотные якоря с переменной плошадью радиальных сечений; Фиг.4а изображает графики зависимости площади Sp.c. радиального сечения в плоскости А от угла ф поворота якоря; Фиг.4Ь изображает графики зависимости плошади Sn. перекрытия якорей и выступов в центральной части корпуса от угла ф поворота якоря; Фиг. 4с изображает графики зависимости момента якоря от угла ф поворота якоря;

Фиг. 5 изображает вариант выполнения секторов якоря с переменной площадью радиальных сечений, а также два радиальных сечения якоря;

Фиг. 6 изображает вариант выполнения выступов в центральной части корпуса и крышки с переменной площадью радиальных сечений;

Фиг. 7 изображает блок-схему электронной системы управления, в составе которой работает электромагнит;

Фиг. 8 а, Ь, с изображают диаграммы изменения угла поворота якоря во времени, тока силовой катущки и тока 5 авляющей катушки.

Электромагнит с поворотным якорем, изображенный на фиг.1, содержит магнитопровод, состоящий из корпуса 1 и крышки 2, внутри которого помещена силовая катушка 3. Во внутреннем пространстве магнитопровода между выступами в форме секторов полого цилиндра 4 помещен якорь 5, жестко посаженный на вал 6, который закреплен посредством подшипников 7. На вал 6 одета возвратная пружина 8, закрепленная одним концом на якоре 5, а другим - в корпусе 1. На корпусе 1 закреплена катушка 9 электромагнитного стопора 10 углового положения якоря. На вал 6 со стороны корпуса 1 посажен стопорный диск 11 в виде чашки броневого типа, который имеет возможность перемешаться вдоль вала 6. Нрокручивание стопорного диска 11 вокруг вала 6 исключается за счет штифта 12. Между стопорным диском 11 и корпусом 1 размещена возвратная пружина 13. Вал 6 жестко соединен с датчиком угла поворота 14.

На фиг. 3с показано радиальное сечение А-А поворотного якоря, изображенного на фиг.ЗЬ. Нлощадь радиального сечения обозначена Sp.c. Ч На фиг.Зё, е показана область перекрытия секторов якоря и выступов в центральной части корпуса. Эта область на фиг.3d, е заштрихована, а её площадь обозначена Sn. Якорь при этом повернут относительно плоскости Б на угол ф. Момент якоря электромагнита пропорционален скорости изменения общего магнитного потока при изменении угла ф поворота якоря. Общий магнитный поток определяется площадью Sn. В свою очередь, площадь перекрьггия Sn. зависит от площади Sp.c. Таким образом, используя якорь с заданной зависимостью площади радиального сечения Sp.c. в плоскости Б, показанной на фиг.3d, е от угла ф, можно получить требуемую зависимость момента якоря от угла ф поворота якоря. На фиг.4а приведены графики зависимости площади Sp.c. радиального сечения секторов якоря в плоскости Б, показанной на фиг.3d, е, от угла ф. График 15 изображает данную зависимость для якоря, показанного на фиг.3d, а график 16 - для якоря, показанного на фиг.Зе. Зависимость площади Sp.c. от угла ф в обоих случаях является линейной. На фиг.4Ь показаны графики зависимости площади Sn. от угла ф. График 17 изображает данную зависимость для якоря, показанного на фиг.3d, а график 18 для якоря, показанного на фиг.Зе. Графики 17 и 18 являются нелинейными и отличаются значением производной при одинаковом значении угла ф. Данные зависимости определяют функцию изменения общего магнитного потока от угла Ф и её производную, а значит и зависимость момента якоря от угла ф поворота якоря. На фиг.4с представлены графики зависимости момента якоря от угла ф поворота якоря. График 19 изображает данную зависимость для якоря.

показанного на фиг.Зё, а график 20 - для якоря, показанного на фиг.Зе. Графики 19 и 20 отличаются скоростью уменьшения момента якоря при увеличении угла ф. При использовании якоря, у которого график зависимости площади Sp.c. от угла ф имеет больший угол наклона момент якоря, при увеличении угла ф уменьшается с меньшей скоростью. Таким образом, задавая конфигурацию секторов якоря можно получить заданную зависимость момента якоря от угла ф поворота якоря.

Заданн}то зависимость площади Sp.c. от угла ф поворота якоря можно получить, если выполнить сектора якоря в соответствии с фиг.За или фиг.ЗЬ. Сектора якоря в данном случае ограничены цилиндрической поверхностью, у которой направляющая представляет собой заданную кривую. При таком исполнении сектора якоря имеют переменную площадь радиальных сечений. Изменяя вид направляющей цилиндрической поверхности, можно получить необходимую зависимость площади Sp.c. от угла ф поворота якоря.

Заданную зависимость площади Sp.c. от угла ф поворота якоря можно получить, если выполнить сектора якоря в соответствии с фиг. 5. В данном варианте исполнения в секторах якоря вырезаны щели с переменной шириной. Изменяя конфигурацию щелей и их количество, можно заданнзто зависимость площади Sp.c. от угла ф.

Заданную зависимость площади Sp.c. от угла ф поворота якоря можно получить, если выполнить выступы в центральной части корпуса и крышки так, как показано на фиг.6. Выстзшы ограничены цилиндрической поверхностью, у которой направляющая представляет собой заданную кривую. При таком исполнении выступы имеют переменную площадь радиальных сечений. Изменяя

вид направляющей цилиндрической поверхности, можно получить необходимую зависимость площади Sp.c. от угла ф поворота якоря.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии пружина 8 удерживает якорь 5 в положении, при котором сектора якоря перекрываются с выступами 4 на угол фь как показано на сечении А-А на фиг. 1. При подключении питания к силовой катушке 3 якорь 5 поворачивается на угол, определяемый током силовой катушки 3, а при отключении питания пружина 8 возвращает якорь 5 в исходное положение. Якорь имеет возможность поворачиваться в пределах угла фз. При максимальном угле поворота ф2 между выступами остаётся не перекрытое секторами якоря пространство в пределах угла фз. В исходном состоянии стопорный диск 11 удерживается пружиной 13 на расстоянии 6 от магнитопровода, как показано на фиг.1. Во время подключения питания к катушке 9 стопорный диск 11 притягивается к корпусу 1 с усилием, определяемым током катушки 9 и силой упругости пружины 13. При этом между стопорным диском 11 и корпусом 1 возникает сила трения, пропорциональная силе притяжения. После отключения питания 9 пружина 13 возвращает стопорный диск 11 в исходное состояние. Сигнал на выходе датчика угла поворота 14 находится в функциональной зависимости от угла поворота якоря 5.

В динамическом режиме поворота якоря будет определяться абсолютными величинами и соотношениями токов катушек 3 и 9 и тяговой характеристикой пружин 8 и 13. Якорь 5 всегда будет стремиться к положению, при котором сумма моментов, создаваемых пружиной 8, соленоидной силой якоря 5 и силой трения между стопорным диском 11 и корпусом 1 равна нулю.

Для динамического управления электромагнитом силовая катушка 3 и катушка 9 стопорного электромагнита подключаются через электронные ключи 21 VI 22 к блоку питания 23, как показано на фиг. 7. Вход электронного блока управления 24 соединен с выходом датчика угла поворота 14. Выходы электронного блока управления 24 соединены с управляющими входами электронных ключей 21 и 22. Управляющие сигналы на выходах электронного блока управления 24 формируются в соответствии с алгоритмом управления.

Управление электромагнитом заключается в следующем. Если необходимо изменить угол поворота якоря 5, то предварительно катушка 9 электромагнитного стопора 10 отключается от блока питания 17с помощью электронного ключа 22 по сигналу на выходе электронного блока управления 24, благодаря чему вал 6 имеет возможность свободно вращаться. Заданный угол достигается соответствующим изменением тока силовой катушки 3. В момент достижения заданного угла поворота через катушку 9 электромагнитного стопора 10 пропускается ток, при которюм момент трения стопорного диска 11 больше, чем момент возвратной пружины 13, после чего с временной задержкой т силовая катушка 3 отключается от блока питания 17с помощью электронного ключа 21 по сигналу на выходе электронного блока управления 24. Задержка т необходима для того, чтобы исключить ситуацию, когда стопорный диск 11 еще не застопорил положение якоря 5, а ток силовой катушки 3 уже равен нулю, и тем самым предотвратить возврат якоря 5 в исходное положение под действием пружины 8. Возможно уменьшение угла поворота якоря 5 без подключения силовой катушки 3 к блоку питания. В этом случае необходимо утиеньшить ток катушки 9 или отключить её от блока питания 17с помощью электронного ключа 22 по сигналу

на выходе электронного блока управления 24 на время, за которое вал электромагнита под действием силы упругости пружины 8 займет положение, соответствующее заданному углу поворота. Когда вал 6 достигнет заданного угла, через катушку 9 электромагнитного стопора 10 пропускается ток, при котором момент трения стопорного диска 11 больше, чем момент возвратной пружины 8.

Фиг.8а изображает пример временной диаграммы изменения угла поворота якоря.

Фиг.8Ь изображает временную диаграмму изменения тока катушки 3.

Фиг.Вс юображает временную диаграмму изменения тока катушки 9.

На приведенных диаграммах показан случай, когда через катушку 3 необходимо пропускать ток как при положительных приращениях утла поворота якоря (изменении угла поворота якоря в сторону увеличения), так и при отрицательных приращениях угла поворота якоря (изменении угла поворота якоря в сторону уменьшения). В остальные моменты статическое положение якоря 5 обеспечивается током катушки 9.

Так как мощность катушки 9 тормозного устройства меньше мощности катушки 3 электромагнита, то для управления заявляемым устройством затрачивается меньшая энергия по сравнению с прототипом.

Источники информации:

1.Ступель Ф.А. Электромеханические реле. Основы теории, проектирования и расчета, стр. 171, Харьков, Углетехиздат, 1955.

2.Заявка Японии №53-39989 от 17.12.73, МКИ Н 01 F 7/14.

3.Терентьев Б.Н., Драгая А.С. Поворотные электромагниты и их расчет. «Техника средств связи, серия «Техника проводной связи, стр. 27, 1979, вып. 10 (прототип).

Главный Конструктор НИИИС

В.А. Рязанцев

L

Авторы:

С.И. Петренко

И.С. Кобрин

В.С. Вакулин

/ В. А. Тютин В. А. Морозов

/

Claims (4)

1. Электромагнит с поворотным якорем, содержащий силовую катушку, магнитопровод, образованный корпусом и крышкой в виде чашек броневого типа, по крайней мере одна из которых имеет в центральной части не менее одного выступа в форме сектора полого цилиндра, поворотный якорь, имеющий не менее одного сектора и расположенный во внутреннем пространстве между корпусом и крышкой и жестко закрепленный на валу, ось вращения которого параллельна оси симметрии корпуса, возвратную пружину и датчик угла, жестко соединенный с валом электромагнита, отличающийся тем, что сектор якоря имеет переменную площадь в радиальных сечениях.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выступы в центральной части корпуса и крышки имеют переменную площадь в радиальных сечениях.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено стопором углового положения якоря.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что стопор углового положения якоря выполнен в виде электромагнита, содержащего соленоидную катушку, закрепленную на корпусе, стопорный диск в виде чашки броневого типа и пружину.