ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2068588

МАГНИТОПРОВОД ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТА

МАГНИТОПРОВОД ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТА

Имя изобретателя: Соколов В.П. 
Имя патентообладателя: Московский энергетический институт (технический университет)
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1994.05.10 

Изобретение относится к области электротехники, предназначено для использования в приводных тяговых электромагнитах и позволяет уменьшить потери магнитного потока на рассеяние и на выпучивание без уменьшения рабочего якоря тягового электромагнита. Магнитная система тягового электромагнита содержит намагничивающую обмотку 1 и магнитопровод, состоящий из подвижного якоря 2, неподвижного основания 3 и участков 4 и 5, выполненных в виде набора складывающихся в направлении перемещения якоря 2 ферромагнитных элементов. Благодаря такому выполнению магнитопровода рабочий ход определяется малыми по величине воздушными зазорами, при которых выпучивание магнитного потока уменьшается.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области электротехники и в частности к электроаппаратостроению и может быть использовано в приводных тяговых электромагнитах, особенно при больших рабочих ходах якоря.

Известен магнитопровод тягового электромагнита [1] выполненный в виде Ш-образной магнитной системы и содержащий якорь, сердечник и намагничивающую обмотку. Недостатком известной конструкции магнитопровода является наличие больших магнитных потоков рассеяния из-за частичного охвата магнитопроводом намагничивающей обмотки и наличие значительных магнитных потоков выпучивания в больших рабочих воздушных зазорах магнитной системы. Магнитные потоки рассеяния и выпучивания в значительной степени снижают тяговое усилие электромагнита, особенно при больших рабочих ходах.

Прототипом может служить магнитопровод броневого тягового электромагнита [2] содержащий ферромагнитный цилиндрический корпус, закрепленный между ферромагнитными верхним фланцем и нижним основанием, и подвижный якорь, в исходном положении установленный по отношению к стопу нижнего основания с рабочим воздушным зазором, соответствующим рабочему ходу якоря. Между подвижным якорем и верхнем фланцем имеется паразитный воздушный зазор.

В этом известном магнитопроводе, как и в предыдущей конструкции магнитопровода, из-за потоков выпучивания в большом рабочем воздушном зазоре и из-за потерь магнитного потока в паразитном воздушном зазоре значительно снижается эффективность преобразования энергии магнитного поля в электромагнитное усилие притяжения якоря к стопу. При больших зазорах тяговое усилие имеет малое значение.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в уменьшении потерь магнитного потока на рассеяние и на выпучивание без уменьшения рабочего хода якоря тягового электромагнита. Указанная техническая задача решается тем, что в магнитопроводе тягового электромагнита, содержащем подвижный якорь, неподвижное основание и участки магнитопровода, расположенные между якорем и основанием с образованием воздушного зазора, соответствующего рабочему ходу якоря, участки магнитопровода, расположенные между якорем и основанием, выполнены в виде набора складывающихся в направлении перемещения якоря ферромагнитных элементов, крайние из которых прикреплены соответственно к неподвижному основанию и подвижному якорю, а сумма расстояний между ферромагнитными элементами в исходном положении соответствует рабочему ходу якоря. В предлагаемом устройстве магнитопровода набор складывающихся в ходе перемещения якоря ферромагнитных элементов выполнен в виде нескольких равномерно размещенных по окружности листовых мембранных пластин, сужающихся по направлению к центру окружности. Кроме того, набор складывающихся в ходе перемещения якоря ферромагнитных элементов выполнен в виде спирали из плоской ленты, навитой на ребро, причем, набор складывающихся в ходе перемещения якоря ферромагнитных элементов выполнен в виде спирали из профилированной ленты. Благодаря такому решению рабочий воздушный зазор, соответствующий рабочему ходу якоря, разбивается на множество малых воздушных зазоров, в пределах каждого из которых магнитное поле будет плоско-параллельным, однородным, равномерным с пренебрежимо малыми магнитными потоками выпучивания. Отсутствие паразитных воздушных зазоров исключает потери магнитного потока в предлагаемом магнитопроводе.

Это позволяет значительно уменьшить эквивалентный воздушный зазор при сохранении рабочего хода якоря и, следовательно, повысить тяговое усилие электромагнита и повысить его быстродействие. Сущность изобретения поясняется чертежами тягового электромагнита, конструктивные модификации которого представлены на фиг.1.4.

изображен магнитопровод тягового электромагнита, выполненный из листовых мембранных пластин (гофров), равномерно расположенных по окружности и сужающихся к центру окружности. изображен магнитопровод тягового электромагнита, выполненный в виде спирали из плоской ленты, навитой на ребро.

На фиг.1 изображен магнитопровод тягового электромагнита, выполненный из листовых мембранных пластин (гофров), равномерно расположенных по окружности и сужающихся к центру окружности.

На фиг.2 изображен магнитопровод тягового электромагнита, выполненный в виде спирали из плоской ленты, навитой на ребро.

изображен магнитопровод тягового электромагнита, выполненный в виде спирали из ленты, профилированной в продольном направлении. изображен магнитопровод тягового электромагнита, выполненный в виде спирали из ленты, профилированной в поперечном направлении.

На фиг.3 изображен магнитопровод тягового электромагнита, выполненный в виде спирали из ленты, профилированной в продольном направлении.

На фиг.4 изображен магнитопровод тягового электромагнита, выполненный в виде спирали из ленты, профилированной в поперечном направлении.

Магнитная система тягового электромагнита содержит намагничивающую обмотку 1 и магнитопровод, состоящий из подвижного якоря 2, неподвижного основания 3 и участков 4 и 5, выполненных в виде набора складывающихся в направлении перемещения якоря 2 ферромагнитных элементов. Между ферромагнитными элементами образованы воздушные зазоpы di, которые в совокупности определяют рабочий ход dS подвижного якоря 2 тягового электромагнита.

Площади поперечных сечений ферромагнитных элементов участков магнитопровода 4 и 5 обеспечивают насыщение ферромагнитных элементов при значении тока намагничивающей обмотки, составляющем до 10% значения тока трогания.

Тяговый электромагнит работает следующим образом. При подключении намагничивающей обмотки 1 к источнику питания постоянного тока по обмотке начинает протекать ток I1, нарастающий во времени по величине. Под действием тока I1, магнитодвижущая сила F обмотки 1 возбуждает магнитный поток f1, который замыкаясь по магнитопроводу, проходит по подвижному якорю 2, неподвижному основанию 3, ферромагнитным участком 4 и 5 между якорем 2 и основанием 3.

Магнитный поток f1, протекая по ферромагнитным участкам 4 и 5, создает падение магнитного потенциала UMi между соседними ферромагнитными элементами (точки а и b магнитного участка 5, с и d магнитного участка 4).

Толщина ферромагнитных элементов участков 4 и 5 выбирается такой, чтобы ферромагнитные элементы участков 4 и 5 насыщались от магнитного потока f1 при значении тока I1 в намагничивающей обмотке 1, равном до 10% от значения тока трогания Iтр (I1 @ Iтр).

Дальнейшее нарастание тока I1Mв намагничивающей обмотке 1 возбуждает магнитный поток f2, который будет замыкаться по подвижному якорю 2, неподвижному основанию 3 и по воздушным зазорам di перпендикулярно плоскостям ферромагнитных элементов, участков магнитопровода 4 и 5, расположенных между якорем 2 и основанием 3. Так как величина каждого отдельного воздушного зазора di между ферромагнитными элементами участков магнитопровода 4 и 5 значительно мала по сравнению с геометрическими размерами площади поверхности (плоскости), то магнитное поле в отдельном воздушном зазоре di будет по своим параметрам соответствовать плоско-параллельному однородному, равномерному магнитному полю с пренебрежимо малыми магнитными потоками выпучивания.

Под действием магнитного потока f2 создается электромагнитное усилие Pэi притяжения друг к другу ферромагнитных элементов участков магнитопровода 4 и 5, расположенных между якорем 2 и основанием 3



где mo 1,256 Ч 10-6 г/м магнитная постоянная;

площадь поверхности (плоскости) ферромагнитных пластин;

Uмi разность магнитных потенциалов между ферромагнитными пластинами;

di величина воздушного зазора между ферромагнитными пластинами;

c и A характерные коэффициенты полюсов магнитной системы. Для плоско-параллельного однородного, равномерного магнитного поля усилие притяжения Pэi между полюсами значительно больше, чем для неравномерного магнитного поля.

Притяжение друг к другу каждого ферромагнитного элемента участков магнитопровода 4 и 5 обеспечит рабочий ход dS= diЧn тягового электромагнита, т. е. перемещение подвижного якоря 2 к неподвижному основанию 3 (где n число ферромагнитных элементов участков магнитопровода 4 и 5, расположенных между якорем 2 и основанием 3).

При отключении намагничивающей обмотки 1 от источника питания магнитные потоки f1 и f2 снижаются до минимальных значений, при которых под действием упругих сил электромагнита, ферромагнитные элементы участков магнитопровода 4 и 5, расположенных между якорем 2 и основанием 3, разомкнутая с образованием воздушных зазоров di и подвижный якорь 2 вернется в исходное состояние.

Выполнение ферромагнитных элементов участков магнитопровода 4 и 5 в виде спирали из плоской ленты, навитой на ребро (фиг. 2) с параллельным расположением плоскостей ферромагнитных элементов обеспечивает получение абсолютно плоско-параллельного однородного, равномерного магнитного поля в воздушных зазорах di между плоскостями ферромагнитных элементов. Тем самым возрастает электромагнитное тяговое усилие Рэi между ферромагнитными элементами участков магнитопровода 4 и 5 под действием магнитного потока f2, проходящего в воздушных зазорах di. Выполнение ферромагнитных элементов участков магнитопровода 4 и 5 в виде спирали из ленты, профилированной в продольном направлении (фиг. 3), или в поперечном направлении (фиг. 4) по отношению к длине ленты, или в любом другом направлении увеличивает магнитную проводимость магнитному потоку f2, что способствует возрастанию электромагнитного тягового усилия Рэi между ферромагнитными элементами участков магнитопровода 4 и 5. Предлагаемая конструкция магнитопровода тягового электромагнита исключает наличие паразитных воздушных зазоров, которые в известных конструкциях не участвуют в создании электромагнитного усилия притяжения якоря к стопу основания, но на которые тратится часть магнитодвижущей силы F намагничивающей обмотки. Тем самым в предлагаемой конструкции электромагнита уменьшается эквивалентный воздушный зазор магнитной системы и повышается эффективность воздействия магнитодвижущей силы намагничивающей обмотки при создании электромагнитного тягового усилия Рэ притяжения подвижного якоря 2 к неподвижному основанию 3.

Совмещенное одновременное замыкание всех ферромагнитных элементов участков магнитопровода 4 и 5 с перемещением в пределах малых значений воздушных зазоров di обеспечивает высокое быстродействие притяжения подвижного якоря 2 к неподвижному основанию 3.

При увеличении числа n воздушных зазоров di с малой величиной этих зазоров возможно изготовление предлагаемой конструкции тягового электромагнита с большим рабочим ходом тягового электромагнита с увеличенным электромагнитным тяговым усилием Pэ, высокого быстродействия.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Магнитопровод тягового электромагнита, содержащий подвижный якорь, неподвижное основание и участки магнитопровода, расположенные между якорем и основанием с образованием воздушного зазора, соответствующего рабочему ходу якоря, отличающийся тем, что участки магнитопровода, расположенные между якорем и основанием, выполнены в виде набора складывающихся в направлении перемещения якоря ферромагнитных элементов, крайние из которых прикреплены соответственно к неподвижному основанию и подвижному якорю, а сумма расстояний между ферромагнитными элементами в исходном положении соответствует рабочему ходу якоря.

2. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что набор складывающихся в ходе перемещения якоря ферромагнитных элементов выполнен в виде нескольких равномерно размещенных по окружности листовых мембранных пластин, сужающихся по направлению к центру окружности.

3. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что набор складывающихся в ходе перемещения якоря ферромагнитных элементов выполнен в виде спирали из плоской ленты, навитой на ребро.

4. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что набор складывающихся в ходе перемещения якоря ферромагнитных элементов выполнен в виде спирали из профилированной ленты.

Версия для печати


вверх