СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТА И УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМАГНИТА

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТА И УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМАГНИТА 


RU (11) 2144714 (13) C1

(51) 7 H01F41/00, H01F7/06 

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

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

(21) Заявка: 98106310/09 
(22) Дата подачи заявки: 1998.03.25 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1998.03.25 
(45) Опубликовано: 2000.01.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Любчик М.А. Силовые электромагниты аппаратов и устройств автоматики постоянного тока. - М.: Энергия, 1968, с.71 и 72. SU 1125663 A, 20.11.84. EP 0838827 A1, 29.04.98. EP 0212458 A1, 04.03.87. US 4,586,245 A, 06.05.86. 
(71) Заявитель(и): Конструкторское бюро приборостроения 
(72) Автор(ы): Савченко Д.И.; Погорельский С.Л.; Столярова Н.М.; Заславский А.А.; Бутенко А.И. 
(73) Патентообладатель(и): Конструкторское бюро приборостроения 
Адрес для переписки: 300001, Тула, Щегловская засека, Конструкторское бюро приборостроения 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТА И УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМАГНИТА 

Изобретение относится к средствам автоматики, использующим силовые магниты. Техническим результатом является повышение надежности и уменьшение массогабаритных характеристик электромагнита. Это осуществляется способом изготовления электромагнита, при котором в корпус с перфорацией и нанесенным на его наружный диаметр покрытием из теплоаккумулирующего вещества, предпочтительно меди, устанавливают стоп, катушку с выводами, якорь с направляющими, пружину и крепежный элемент - гайки, при этом площадь сечения цилиндрического магнитопровода корпуса определяют из соотношения Sк(1-1,8)Sяк, где Sк - площадь перфорированного сечения корпуса, достаточного для прохождения магнитного потока; Sяк - площадь сечения якоря. Способ реализуется устройством, которое включает корпус с выполненной продольной или полукольцевой перфорацией, равномерно расположенной по диаметру или длине соответственно, теплоаккумулирующим покрытием на его наружном диаметре, катушку с выводами, якорь с выполненным на его диаметре со стороны стопа уклоном, направляющие якоря, стоп с немагнитной прокладкой, необходимой для устранения возможного залипания якоря за счет остаточного намагничивания стали, прокладки, регулирующие ход якоря, крышку, пружину, установленную на направляющей якоря, и крепежный элемент - гайку, которым регулируется перемещение якоря по электромагнитному усилию. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к средствам автоматики, использующим силовые электромагниты. Современные приводы для дистанционного управления различными объектами, тормозные, подъемные, тянущие или толкающие устройства и многие другие виды аппаратов и механизмов, в конструкциях которых имеются силовые электромагниты. Вопросы расчета и проектирования, связанные с разработкой рациональной, экономически обоснованной и надежной их конструкцией, являются актуальными.

Несмотря на относительно несложные исполнения конструкций силовых электромагнитов, метод их изготовления встречает существенные трудности из-за сложности составления и решения нелинейных уравнений, которыми описываются физические процессы, имеющие место в электромагнитных устройствах. Однако даже при расчетах с высокой точностью трудно учесть возможные отклонения в магнитных и тепловых характеристиках материала магнитопровода, обмоточного провода и наполнителей катушки, непостоянство усилий, препятствующих движению якоря, и технологические отклонения при производстве отдельных узлов электромагнита.

Существенны также погрешности в исходных формулах расчета, связанные с недоучетом неравномерного распределения индукции в рабочих зазорах и местах утечки (рассеяния) потока, зависимостью распределения потока в системе от расположения катушки на магнитопроводе, неравномерностью насыщения стали вдоль магнитопровода в местах изменения его сечения, неравномерностью температурного поля по сечению катушки, сложностью процессов теплообмена и теплоотдачи на поверхности катушки, корпуса и др. Возможно этим и определяется то, что общая погрешность расчета электромагнитов даже на ЭЦВМ в настоящее время составляет не менее 10 - 15%.

В приборах автоматики, имеющих плотную компоновку, тепловой режим электромагнитов может приводить к отказу их функционирования из-за снижения тока управления в обмотке, вызванного ее чрезмерным нагревом указанным током.

Традиционный способ улучшения теплового режима путем снижения плотности тока в обмотке электромагнита путем увеличения диаметра намоточного провода требует увеличения габаритов и его массы, что в ряде случае не представляется возможным.

Как известно, отвод тепла от обмотки происходит за счет основных способов теплопередачи: теплопроводности, конвекции и излучения. Представив обмотку катушки идеально твердым телом, температура которого по объему, можно написать уравнение теплового равновесия катушки

Pdt = GкCod(к-o)+Sкк(к-o)dt, (1)

где P - мощность, выделяющаяся в обмотке;

Sк - охлаждающая поверхность катушки;

к - коэффициент теплоотдачи;

Gк - масса обмотки;

Cо - удельная теплоемкость;

к, o - соответственно температура обмотки и окружающей среды.

Коэффициент теплоотдачи к излучением и конвекцией в общем случае может быть выражен следующей зависимостью:



где T1 и Tо - абсолютная температура поверхности катушки и окружающей среды;

K1 - коэффициент лучеиспускания физического тела катушки;

K2 - коэффициент конвекции.

Кроме вышеизложенного, под действием температуры изоляция "стареет", т. е. меняет свои свойства, и как правило, происходит ухудшение характеристик, в том числе снижение электрической прочности, а это снижает надежность электромагнита.

Известен метод изготовления электромагнита, реализованный устройством, в котором в корпусе с нанесенным на его наружную поверхность покрытием, устанавливают катушку, стоп, якорь с возможностью возвратно-поступательного перемещения внутри корпуса, возвратную пружину, которую жестко скрепляют с якорем и корпусом, пробки, наружная поверхность которых имеет винтовой профиль, а пружину сжатия закрепляют на пробках, одну из которых жестко связывают с корпусом, а другую - с якорем, при этом пружину сжатия и контактирующие между собой торцовые части якоря и корпуса выполняют с обеспечением превышения моментов сил упругости и трения над моментами инерционных сил якоря в крайних положениях (см. Прямоходовой электромагнит авт. св. 1125663 СССР H 01 F 7/12, публикация 23.11.84, заявка N 3469889/24-07 от 16.07.82).

Недостатками изготовления прямоходового электромагнита являются его повышенные массогабаритные характеристики из-за расположения пружины сжатия внутри корпуса, наличие конических поверхностей стопы и якоря, что увеличивает габариты электромагнита в диаметре, длине, а также и его массу.

Кроме этого, температура (TО) внутренней стенки цилиндрической части магнитопровода, которая за счет поглощения излучаемой катушкой тепловой энергии быстро повышается и приближается к температуре катушки (T1), что приводит в соответствии с формулой (2) к снижению коэффициента , а уравнение (1) показывает, что вследствие снижения коэффициента теплоотдачи равновесие теплового баланса энергии может быть получено за счет дополнительного повышения температуры к, приводящей к перегреву электромагнита и, как следствие, к его ненадежности.

Известен наиболее близкий по технической сущности метод изготовления электромагнита, в котором в корпус устанавливают катушку, якорь с направляющими, стоп, упругий и крепежный элемент, при этом торец стопа и якоря выполняют плоскими (см., например, М.А. Любчик "Силовые электромагниты аппаратов и устройств автоматики постоянного тока". -М.: Энергия, 1968 г., стр. 71 - 72, рис. 2-7, 2-8).

Недостатком данного устройства электромагнита с предварительной затяжкой пружины, которая обеспечивает надежное и четкое срабатывание, а опережающий рост этой тяговой характеристики обеспечивает высокое быстродействие, однако понижает износоустойчивость якоря вследствие его удара о стоп в конце хода и приводит к наклепу у его торца и как следствие к повышению трения в зазоре и его ненадежности.

Кроме того, тепловой режим втяжного электромагнита имеет вышеуказанные недостатки.

Задачей изобретения является повышение ненадежности и уменьшение массогабаритных характеристик электромагнита.

Задача достигается тем, что применяется способ изготовления электромагнита, при котором в корпусе с нанесенным на него наружным покрытием устанавливают катушку с выводами, якорь с выполненными уклоном и направляющими, после чего устанавливают стоп с немагнитной прокладкой, обеспечивающей устранение возможного залипания якоря за счет остаточного намагничивания стали, затем прокладками регулируют ход якоря и устанавливают крышку, после чего устанавливают пружину на направляющую и крепежным элементом регулируют перемещения коря по электромагнитному усилию, а корпус выполняют с продольной перфорацией, через которую выводят выводы катушки, а покрытие наносят из теплоаккумулирующегося вещества в виде меди, причем площадь сечения цилиндрического магнитопровода корпуса определяют из соотношения:

Sк (1,1 - 1,8)Sяк,

где Sк - площадь перфорированного сечения корпуса, достаточного для прохождения магнитного потока; Sк - площадь сечения якоря.

Устройство, реализующее данный способ изготовления электромагнита, содержит крышку, корпус с наружным покрытием, в котором установлена катушка с выводами, якорь с направляющими, стоп с немагнитной прокладкой, пружину и крепежные элементы. При этом корпус электромагнита выполнен с продольной или полукольцевой перфорацией, равномерно расположенной по диаметру корпуса или длине, и с теплоаккумулирующим покрытием, предпочтительно медным, причем выводы катушки расположены в перфорации корпуса. Пружина установлена на направляющей якоря между крышкой и крепежным элементом, скрепленным с направляющей с возможностью регулирования перемещения якоря по электромагнитному усилию, а якорь со стороны стопа на наружной поверхности имеет уклон.

Предложенный способ изготовления электромагнита и устройство электромагнита позволяют повысить надежность и снизить массогабаритные характеристики за счет улучшенного теплового режима путем перфорации корпуса, открывающей доступ окружающей среды (воздуха) к поверхности катушки и за счет медленного покрытия, улучшающего теплоотдачу корпуса, повышающего надежность охлаждения катушки.

На чертеже изображен общий вид электромагнита.

Электромагнит содержит корпус 1 с перфорацией 2 и теплоаккумулирующим покрытием 3, катушку 4 с выводами 5, якорь 6 выполнен с направляющей 7 с двух сторон, на одной из которых выполнен на конце резьбовой участок 8, а на диаметре якоря 6 выполнен уклон 9 со стороны стопа 10 с отверстием 11, прокладки 12, которыми выставляют ход 13 якоря, прокладки 14, которыми устраняют залипания якоря от остаточного намагничивания стали при отключении тока, крышку 15 с отверстием 16, пружину 17, крепежный элемент - гайку 18.

По данному способу электромагнит из изготовленных деталей объединяют в сборку следующим образом.

В корпус 1 с перфорацией 2 и теплоаккумулирующим покрытием 3 устанавливают катушку 4 с выводами 5, которые выводят через перфорацию 2, затем в полость катушки 4 вводят якорь 6 с направляющей 7, выполненной с двух сторон, а на одной из них на конце торца выполнен резьбовой участок 8, после чего совмещают направляющую 7 с отверстием 11 стопа и прокладками 12 выставляют требуемый ход 13 якоря с прокладкой 14, которая устраняет залипание якоря от остаточного намагничивания стали после отключения тока, после чего устанавливают крышку 15, совмещая отверстие 16 с направляющей 7 якоря 6, устанавливают на направляющую пружину 17 и крепежными элементами поджимают крышку к корпусу, а пружину к крышке гайкой 18.

Работает электромагнит следующим образом.

При подаче постоянного тока через выводы на обмотку катушки электрическая энергия преобразуется в механическую энергию движения якоря, направляющая которого выводит из состояния покоя исполнительный орган, который может быть тянущим или толкающим, а отключение постоянного тока приводит к тому, что якорь за счет пружины возвращается в исходное состояние, т.е. при включении и отключении электрического тока якорь совершает возвратно-поступательное движение.

При этом процесс теплоотдачи происходит за счет распределения объемного магнитного и тепловых полей, а выполнение корпуса перфорированным и с теплоаккумулирующим покрытием и омывание катушки непосредственно воздушным потоком повышает надежность работы электромагнита.

Таким образом, предложенный способ изготовления электромагнита и устройство электромагнита позволяют повысить надежность работы электромагнита и уменьшить массогабаритные характеристики за счет перфорации и уменьшения толщины магнитопровода корпуса. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ изготовления электромагнита, при котором в корпус с нанесенным на него наружным покрытием устанавливают катушку с выводами, якорь с выполненными уклоном и направляющими, после чего устанавливают стоп с немагнитной прокладкой, обеспечивающей устранение возможного залипания якоря за счет остаточного намагничивания стали, затем прокладками регулируют ход якоря и устанавливают крышку, отличающийся тем, что пружину устанавливают на направляющую и крепежным элементом регулируют перемещения якоря по электромагнитному усилию, а корпус выполняют с продольной перфорацией, через которую выводят выводы катушки, а покрытие наносят из теплоаккумулирующегося вещества в виде меди, причем площадь сечения цилиндрического магнитопровода корпуса определяют из соотношения

Sк (1,1 - 1,8) Sяк,

где Sк - площадь перфорированного сечения корпуса, достаточного для прохождения магнитного потока;

Sяк - площадь сечения якоря.

2. Устройство электромагнита, содержащее крышку, корпус с наружным покрытием, в котором установлена катушка с выводами, якорь с направляющими, стоп с немагнитной прокладкой, пружину и крепежные элементы, отличающееся тем, что корпус выполнен с продольной или полукольцевой перфорацией, равномерно расположенной по диаметру корпуса или длине, и с теплоаккумулирующим покрытием, предпочтительно медным, причем выводы катушки расположены в перфорации корпуса, пружина установлена на направляющей якоря между крышкой и крепежным элементом, скрепленным с направляющей с возможностью регулирования перемещения якоря по электромагнитному усилию, а якорь со стороны стопа на наружной поверхности имеет уклон, равный двум.




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