ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ

 ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ 


RU (11) 2167462 (13) C1

(51) 7 H01F7/14 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 99123382/09 
(22) Дата подачи заявки: 1999.11.03 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1999.11.03 
(43) Дата публикации заявки: 2001.05.20 
(45) Опубликовано: 2001.05.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: ГОРДОН А.В., СЛИВИНСКАЯ А.Г. Поляризованные электромагниты. - М. - Л.: Энергия, 1964, с.25-25, рис.1-22, с.22, 23, с.108. RU 646 U1, 16.07.1995. SU 612289 A, 13.06.1978. SU 444253 A, 01.04.1975. GB 2088137 A, 03.06.1982. US 1051525 A, 29.05.1965. 
(71) Заявитель(и): Государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно- исследовательский институт "Сигнал" 
(72) Автор(ы): Маныкин А.И.; Думский В.Л. 
(73) Патентообладатель(и): Государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно- исследовательский институт "Сигнал" 

(54) ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ 

Изобретение относится к автоматике, гидравлике и может применяться в качестве преобразователя электрического управляющего сигнала в механический момент, зависящий от угла поворота выходного вала. Позиционный электромагнит содержит поворотный якорь с валом из немагнитного материала, статор, включающий два двухполюсных магнитопровода, неподвижную обмотку управления. Между магнитопроводами установлены два одинаковых постоянных магнита возбуждения длиной 0,5 lм каждый из закритического материала сплава неодим-железо-бор. Полюса якоря и полюса магнитопроводов образуют между собой постоянный радиальный воздушный зазор, при этом каждый полюс якоря взаимодействует с двумя полюсами обоих магнитопроводов. Суммарная длина постоянных магнитов возбуждения lм установлена в соответствии с соотношением, lм>3Sм/G, где Sм - площадь поперечного сечения постоянного магнита, G - суммарная геометрическая проводимость воздушных зазоров. Технический результат заключается в увеличении механического момента электромагнита. 2 з.п.ф-лы, 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области автоматики, гидравлики и может применяться в качестве преобразователя электрического управляющего сигнала в механический момент, зависящий от угла поворота выходного вала.

Известны электромагниты, содержащие двухполюсный поворотный якорь из магнитомягкого материала, обмотку управления, источник магнитодвижущей силы, в качестве которого используется обмотка возбуждения или постоянные магниты [1] , статор, включающий два механически соединенных и магнитоизолированных двухполюсных магнитопровода.

Недостатками электромагнитов с обмотками возбуждения в качестве источника магнитодвижущей силы является зависимость от источника электрической энергии и ее качества, а также постоянная необходимость потребления электроэнергии при отсутствии управляющего сигнала.

Близкими к предлагаемому являются электромагниты, содержащие двухполюсный поворотный якорь из магнитомягкого материала, статор, включающий два механически соединенных и магнитоизолированных двухполюсных магнитопровода, при этом каждый полюс якоря установлен с возможностью взаимодействия с двумя полюсами обоих магнитопроводов при постоянном радиальном воздушном зазоре между ними, постоянный магнит возбуждения и обмотку управления, при этом магнитные цепи возбуждения и управления взаимно перпендикулярны относительно якоря.

Недостатком электромагнита с постоянным магнитом возбуждения является большой момент инерции якоря, т.к. постоянный магнит установлен на якоре, или сложность и низкая надежность конструкции вследствие наличия торсиона для создания восстанавливающего момента, устанавливающего якорь в нейтральное положение при отсутствии тока управления.

Наиболее близким к предлагаемому является электромагнит, содержащий двухполюсный поворотный якорь из магнитомягкого материала, обмотку управления охватывающую якорь, статор, включающий два механически соединенных и магнитоизолированных двухполюсных магнитопровода и постоянный магнит возбуждения из закритического материала, например из сплава неодим-железо-бор, между ними, при этом каждый полюс якоря установлен с возможностью взаимодействия с двумя полюсами обоих магнитопроводов при постоянном радиальном воздушном зазоре между ними [2].

Недостатком является практически отсутствие у электромагнита восстанавливающего механического момента, что ограничивает область применения.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение области применения за счет создания у электромагнита восстанавливающего механического момента путем насыщения магнитной цепи возбуждения электромагнита.

Это достигается тем, что в электромагните, содержащем двухполюсный поворотный якорь из магнитомягкого материала, обмотку управления, охватывающую якорь, статор, включающий два механически соединенных и магнитоизолированных двухполюсных магнитопровода и постоянный магнит возбуждения из закритического материала, например из сплава неодим-железо-бор, между ними, при этом каждый полюс якоря установлен с возможностью взаимодействия с двумя полюсами обоих магнитопроводов при постоянном радиальном воздушном зазоре между ними, длина постоянного магнита lм определяется соотношением



где Sм - площадь поперечного сечения постоянного магнита;

G - суммарная геометрическая проводимость воздушных зазоров,

а также тем, что вал якоря выполнен из немагнитного материала.

Для случая, когда имеются только рабочие радиальные воздушные зазоры, геометрическая проводимость G определяется выражением



где R - радиус якоря;

0 - максимальный угол поворота якоря от нейтрального положения;

l - длина якоря;

- радиальный воздушный зазор между полюсами якоря и магнитопровода статора.

Такое выполнение предлагаемого изобретения позволяет создать в электромагните дополнительную по сравнению с прототипом зависимость между развиваемым механическим моментом и угловым положением якоря, создать так называемый восстанавливающий механический момент, магнитную пружину и, следовательно, расширить область применения электромагнита.

При этом выполнение длины постоянного магнита lм в соответствии с соотношением



обеспечивает получение технического результата - создание в электромагните дополнительной, по сравнению с прототипом, зависимости между развиваемым механическим моментом и угловым положением якоря (так называемого восстанавливающего механического момента магнитной пружины) во всех случаях, выполнение же вала якоря из немагнитного материала может быть использовано в частных случаях, когда требуется более высокая чувствительность электромагнита.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена примерная конструкция электромагнита, на фиг. 2 - конструктивная схема магнитной цепи электромагнита.

Конструктивно позиционный электромагнит содержит двухполюсный поворотный якорь 1 из электротехнической стали с валом 2 из немагнитного сплава 36НХТЮ на шарикоподшипниках 3 и 4. Якорь охвачен неподвижной обмоткой управления 5, состоящей из двух катушек, закрепленных в статоре, включающем два механически соединенных и магнитоизолированных латунью 6 двухполюсных магнитопровода 7 и 8. Между магнитопроводами 7 и 8 с помощью сердечника 9 из электротехнической стадии установлены два одинаковых постоянных магнита возбуждения 10, 11 длиной 0,5 lм каждый из закритического материала - сплава неодим-железо-бор. Полюса якоря 1 и полюса магнитопроводов 7 и 8 выполнены в виде концентрических цилиндрических поверхностей и образуют между собой постоянный радиальный воздушный зазор, при этом каждый полюс якоря в рабочей зоне углов поворота взаимодействует с двумя полюсами обоих магнитопроводов.

Суммарная длина обоих постоянных магнитов 10, 11 выполнена с обеспечением соотношения



Постоянные магниты возбуждения 10, 11 создают магнитный поток возбуждения Фв, который проходит через воздушные зазоры последовательно между полюсами магнитопроводов 7, 8 и якоря 1 поперек якоря в одном направлении, определяемом расположением полюсов постоянных магнитов возбуждения 10, 11 (N и S).

Магнитодвижущая сила постоянных магнитов возбуждения 10, 11 прямо пропорциональна суммарной длине магнитов lм и выбранная в соответствии с вышеприведенным соотношением создает в воздушных зазорах между полюсами якоря 1 и магнитопроводов 7, 8 магнитную энергию, величина которой зависит от углового положения якоря относительно нейтрального положения. Эта магнитная энергия создает на якоре 1 механический момент, зависящий от углового положения якоря относительно нейтрального положения (восстанавливающий момент, магнитную пружину) в соответствии с выражением

MЭМ1= K1,

где MЭМ1 - механический момент электромагнита;

K1 - постоянный коэффициент пропорциональности, зависящий от конструктивных размеров отдельных элементов электромагнита и параметров постоянных магнитов;

- угол отклонения якоря от нейтрального положения.

Этот восстанавливающий момент существует в электромагните постоянно, независимо от наличия питания в электрической сети, и как пружина держит якорь 1 в устойчивом нейтральном положении: при отклонении якоря на положительный угол (+) возникает отрицательный восстанавливающий момент в сторону, противоположную углу отклонения, при отклонении на отрицательный угол (-) - возникает положительный восстанавливающий момент, опять же противоположный углу отклонения. При = 0 момента на валу не существует.

При подаче на обмотку управления 5 постоянного тока полярности, определяемой управляющим сигналом, в электромагните создается управляющий мaгнитный поток Фу, который проходит через воздушные зазоры последовательно между полюсами якоря 1 и магнитопроводов 7 и 8 вдоль якоря 1 в направлении, определяемом направлением потока в обмотке управления 5, например в направлении, указанном на чертеже.

Магнитный поток управления Фу в воздушных зазорах между полюсами якоря и магнитопроводов статора суммируется с магнитным потоком возбуждения Фв: в одних зазорах происходит увеличение магнитного потока, в других уменьшение. На якорь действует механический момент, величина которого пропорциональна току в обмотке управления 5, а направление зависит от направления этого тока (для направления магнитных потоков, показанных на чертеже, направление - по часовой стрелке) в соответствии с выражением

MЭМ2 = K2I,

где MЭМ2 - механический момент электромагнита;

K2 - коэффициент пропорциональности, зависящий от конструктивных параметров, в том числе и параметров постоянных магнитов;

I - ток в обмотке управления.

Якорь 1 начинает поворачиваться, но начинает возрастать и восстанавливающий момент, препятствующий повороту. При достижении равенства восстанавливающего момента моменту от тока управления, якорь останавливается - возникает новое устойчивое положение якоря 1, новая его позиция.

Таким образом на якоре электромагнита создается суммарный механический момент

MЭМ = MЭМ1 + MЭМ2

или

M = -K1 + K2I

зависящий от углового положения якоря.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

1. Райзен В.З. "Электромагнитные малогабаритные реле", Энергоатомиздат, 1986.

2. "Моментный электромагнит", свидетельство на ПМ N 646, ПМПО N 7, 1995. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Позиционный электромагнит, содержащий двухполюсный поворотный якорь из магнитомягкого материала, обмотку управления, охватывающую якорь, статор, включающий два механически соединенных и магнитоизолированных двухполюсных магнитопровода и постоянный магнит возбуждения из закритического материала между ними, при этом каждый полюс якоря установлен с возможностью взаимодействия с двумя полюсами обоих магнитопроводов при постоянном радиальном воздушном зазоре между ними, отличающийся тем, что длина постоянного магнита определяется соотношением

lм > 3 Sм/G,

где lм - длина постоянного магнита;

Sм - площадь поперечного сечения постоянного магнита;

G - суммарная геометрическая проводимость воздушных зазоров.

2. Позиционный электромагнит по п.1, отличающийся тем, что вал якоря выполнен из немагнитного материала.

3. Позиционный электромагнит по п.1, отличающийся тем, что в качестве закритического материала применен сплав неодим-железо-бор.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru