ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ (ВАРИАНТЫ)

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ (ВАРИАНТЫ)


RU (11) 2089995 (13) C1

(51) 6 H02K33/02, H01F7/16 

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

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

(21) Заявка: 95108453/07 
(22) Дата подачи заявки: 1995.06.05 
(45) Опубликовано: 1997.09.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Патент Франции N 2687502, кл. H 01 F 7/16, 1994. Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. - М.: Энергия, 1974, с. 111, рис. 1 - 23. 
(71) Заявитель(и): Акционерное общество открытого типа "Тесар-СО" 
(72) Автор(ы): Федонин В.Н.; Витмаер Г.А.; Подопригора С.П.; Гаранин Э.М. 
(73) Патентообладатель(и): Акционерное общество открытого типа "Тесар-СО" 

(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ (ВАРИАНТЫ) 

Использование: в электромеханических устройствах и поступательным перемещением рабочего звена, например, для привода дозировочных насосов. Сущность изобретения: электромагнитный двигатель содержит цилиндрический магнитопровод, состояний из корпуса 1, сердечника 2, соединяющего их фланца 3, обмотку 4, расположенную вокруг сердечника 2 и плоский внешний прямоходовой якорь с ферромагнитным шунтом, выполненным в виде кольца 6. Боковые поверхности кольца 6 выполнены усеченно-коническими. Угол наклона наружной боковой поверхности 8 кольца 6 к корпусу 1 магнитопровода превышает угол наклона внутренней боковой поверхности 7 кольца 6 к сердечнику 2. 3 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, в частности, к электромагнитным двигателям, и может быть использовано в электромеханических устройствах с поступательным перемещением рабочего звена. Такие двигатели могут быть использованы, например, для привода дозировочных насосов.

Известны электромагнитные устройства со втяжным электромагнитом броневого типа /Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. -М: Энергия, 1974, с. 106, рис. 1 18, в; с. 114, рис. 1 26; с. 122, рис. 1 34; с. 125, рис. 1 37/, в которых на значительном участке хода якоря формируется почти горизонтальная тяговая характеристика при поборе профиля и размеров ферромагнитного шунта в области рабочего зазора, а также при подборе величины рабочего зазора и параметров нерабочего зазора, его величины и высоты воротничка.

Недостатком известных устройств является наличие нерабочего зазора между воротничком и подвижным якорем, снижающего ситу тяжести электромагнита и его экономичность. Использование только одной конической поверхности на якоре устройства /см. там же, с. 122, рис. 1 34/ снижает возможности формирования тяговой характеристики.

Известен также электромагнит /Патент Франции N 2687505, кл. H 01 F 7/16, ИСМ N 7, 1994/, который содержит неподвижный магнитопровод, подвижный якорь, совершающий поступательное перемещение и катушку возбуждения. Магнитопровод содержит выступающий полюс в виде усеченного конуса, вокруг которого расположена обмотка возбуждения. Подвижный якорь имеет шунт, вводимый в кольцевое отверстие неподвижного магнитопровода и покрывающий полюс, при этом между шунтом и усеченным конусом образуется рабочий воздушный зазор, который создает тяговое усилие.

Недостаток этого электромагнитного устройства в том, что оно содержит только один рабочий зазор конического типа, создающий силу тяги, и в том, что зазор между внешней поверхностью подвижного якоря и стенками отверстия в неподвижной магнитной цепи выполняют роль нерабочего воздушного зазора, силой тяги которого можно пренебречь, т.к. объем воздушного пространства этого зазора незначителен по величине и практически не меняется при движении якоря.

Наиболее близким по техническим решениям, выбранным в качестве прототипа, является электромагнитный двигатель /Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. -М. Энергия, 1974, с. 111, рис. 1 23/, содержащий цилиндрический магнитопровод, состоящий из корпуса, сердечника, соединяющего их фланца, обмотку, расположенную вокруг сердечника, и плоский внешний прямоходовый якорь с ферромагнитным шунтом в виде кольца, имеющего внешнюю и внутреннюю цилиндрические поверхности, причем кольцо жестко скреплено с якорем. Между фланцем и сердечником имеется нерабочий зазор.

Недостаток известного двигателя в том, что для формирования тяговой характеристики используется нерабочий зазор, что приводит к снижению экономичности двигателя.

Изобретение направлено на решение технической задачи создания электромагнитного двигателя с горизонтальной тяговой характеристикой, формируемой без использования нерабочих зазоров, что повысит экономичность двигателя.

Решение указанной технической задачи достигается тем, что в электромагнитном двигателе с горизонтальной тяговой характеристикой, содержащим цилиндрический магнитопровод, состоящий из корпуса, сердечника, соединяющего их фланца, обмотку, расположенную вокруг сердечника и плоский прямоходовой якорь с ферромагнитным шунтом, выполненным в виде кольца, согласно изобретению, боковые поверхности кольца выполнены усеченно-коническим, причем угол наклона наружной боковой поверхности кольца к корпусу магнитопровода превышает угол наклона внутренней боковой поверхности кольца к сердечнику.

Целесообразно, чтобы в электромагнитном двигателе, согласно изобретению, отношение узлов наклона боковых поверхностей кольца было выбрано в пределах 2,5 3,5.

Сущность изобретения состоит в том, что в электромагнитном двигателе с горизонтальной тяговой характеристикой, содержащем цилиндрический магнитопровод, состоящий из корпуса, сердечника, соединяющего их фланца, обмотку, расположенную вокруг сердечника и плоский внешний прямоходовой якорь с ферромагнитным шунтом, выполненным в виде кольца с цилиндрическими боковыми поверхностями, в сердечнике со стороны якоря по его геометрической оси выполнена цилиндрическая проточка.

Допустимо, чтобы в электромагнитном двигателе, согласно изобретению, глубина проточки была бы равна или меньше величины максимального хода якоря, а диаметр проточки по меньшей мере равен удвоенной глубине проточки.

Сущность изобретения состоит также в том, что в электромагнитном двигателе с горизонтальной тяговой характеристикой, содержащем цилиндрический магнитопровод, состоящий из корпуса, сердечника, соединяющего их фланца, обмотку, расположенную вокруг сердечника, и внешний прямоходовой якорь с ферромагнитным шунтом, выполненным в виде кольца с цилиндрическими боковыми поверхностями, в наибольшей по его толщине части якоря выполнен кольцевой паз с поперечным сечением в форме перевернутой трапеции.

Целесообразно также, чтобы а электромагнитном двигателе, согласно изобретению, отношение величин внешнего и внутреннего рабочих зазоров между кольцевой частью якоря и корпусом магнитопровода было бы равно отношению внешнего и внутреннего радиусов обмотки.

Выполнение боковых поверхностей кольца усеченно-коническими позволяет за счет изменения углов наклона боковых поверхностей кольца осуществить согласование тяговой характеристики и характеристики противодействующих движению якоря сил.

Выполнение боковых поверхностей кольца в виде цилиндра и наличие в сердечнике магнитопровода со стороны якоря по его геометрической оси цилиндрической проточки приводит к тому, что электромагнитный двигатель имеет горизонтальную тяговую характеристику. При этом если в электромагнитном двигателе с нерабочим зазором, используемым для формирования тяговой характеристики, нерабочий зазор требует дополнительной намагничивающей силы при любом режиме работы, то в предлагаемом варианте электромагнитного двигателя участок стали сердечника между проточкой и внутренним рабочим зазором выполняет роль нерабочего зазора только при насыщении стали магнитопровода. Это приводит к повышению экономичности двигателя.

Кольцевой паз с поперечным сечение в форме повернутой трапеции в наибольшей по толщине части якоря выполняет ту же роль, что и цилиндрическая проточка в сердечнике со стороны якоря по его геометрической оси.

Совокупность существенных признаков изобретения позволяет достичь следующие технические результаты:

1) повышение экономичности двигателя за счет того, что формирование тяговой характеристики осуществляется без использования нерабочих зазоров;

2) возможность изменения форм тяговой характеристики в широких пределах (т. е. изменения угла наклона характеристики к горизонтали от отрицательного к положительному);

3) работа якоря без ударов в конце рабочего хода.

На фиг. 1 изображен электромагнитный двигатель, разрез; на фиг. 2 - схема, поясняющая расположение рабочих зазоров между боковыми поверхностями якоря, сердечником и корпусом магнитопровода, а также углов наклона боковых поверхностей кольца; на фиг. 3 вариант электромагнитного двигателя с сердечником, имеющим цилиндрическую поверхность, разрез; на фиг. 4 другой вариант электромагнитного двигателя, в котором наибольшей по толщине части якоря выполнен кольцевой паз с поперечным сечением в форме перевернутой трапеции, разрез.

Электромагнитный двигатель с горизонтальной тяговой характеристикой содержит цилиндрический магнитопровод, состоящий из корпуса 1, сердечника 2, соединяющего их фланцы 3, обмотку 4, расположенную вокруг сердечника 2 и плоский внешний прямоходовой якорь с дисковой частью 5 и ферромагнитным шунтом, выполненным в виде кольца 6. Боковые поверхности 7 и 8 кольца 6 выполнены усеченно-коническими (фиг. 1). Угол наклона наружной боковой поверхности 3 кольца 6 к корпусу 1 магнитопровода превышает угол наклона внутренней боковой поверхности 7 кольца 6 к сердечнику 2.

Экспериментально установлено, что оптимальные значения тягового усилия могут быть получены, если отношение углов наклона боковых поверхностей 7 и 8 кольца 6 выбраны в пределах 2,5 3,5.

Экспериментальный двигатель содержит направляющий стержень 9, с помощью которого усилие, создаваемое якорем, передается на нагрузку. Направляющий стержень 9 установлен в подшипниках 10. Со стороны якоря на направляющем стержне установлена возвратная пружина 11, а на другое магнитопровода - немагнитная прокладка 12.

Тяговое усилие создается с помощью рабочих зазоров (фиг. 2): 1) внутреннего между внутренней боковой поверхностью 7 кольца 6 и сердечником 2 магнитопровода; 2) внешнего между наружной боковой поверхностью 8 кольца 6 и корпусом 1 магнитопровода; 3) зазора между дисковой частью 5 якоря и сердечником 2 и корпусом 1 магнитопровода. Величины зазоров равны 1, 2, 3 соответственно. В исходном положении якоря зазор 3 максимален. Углы наклона внутренней и наружной боковых поверхностей 7 и 08 кольца 06 равны 1 и 2.

Согласно тяговой характеристики, т. е. зависимости силы тяги электромагнита от величины хода якоря, и характеристики противодействующих движению якоря сил осуществляется изменением углов 1 и 2 боковых поверхностей 7 и 8 кольца 6, а также изменением величины рабочих зазоров 1 и 2 Величина зазора 1 выбирается минимальной. При этом может быть получена горизонтальная тяговая характеристика или характеристика имеющая небольшой положительный или отрицательный угол наклона к горизонтали. При увеличении углов 1, 2 угол наклона тяговой характеристики меняется от отрицательного к положительному.

В варианте электромагнитного двигателя (фиг. 3) в сердечнике 2 магнитопровода со стороны якоря по его геометрической оси выполнена цилиндрическая проточка 13, а кольцо 6 имеет цилиндрические боковые поверхности 7 и 8.

Согласование тяговой характеристики, т.е. зависимости силы от величины хода якоря, и характеристики противодействующих движению якоря сил проводится изменением глубины проточки 13 в сердечнике 2 и ее диаметра, а также изменением рабочих зазоров 1, 2 (фиг. 2). При этом может быть получена горизонтальная характеристика, либо характеристика, имеющая небольшой положительный или отрицательный угол наклона к горизонтали.

Экспериментально было установлено, что глубина цилиндрической проточки 13 должна быть выбрана так, чтобы она была меньше величины максимального ходя якоря, а диаметр проточки 13 по меньшей мере равен удвоенной ее глубине.

В другом варианте экспериментального двигателя (фиг. 4) в кольце 6 якоря выполнен кольцевой паз 13, имеющий поперечное сечение в форме перевернутой трапеции.

Согласование тяговой характеристики с характеристикой противодействующих движению якоря сил проводится изменением глубина паза 13 и углов наклона его боковых поверхностей.

Расчетным и экспериментальным путем было установлено, что, если отношение величин внешнего и внутреннего рабочих зазоров 2 и 1 (фиг. 2) равно отношению внешнего и внутреннего радиусов обмотки 4, то силы тяги, создаваемые рабочими зазорами 2 и 1 примерно одинаковы, а суммарная сила достигает максимального значения.

Электромагнитный двигатель работает следующим образом.

При подаче импульса напряжения в обмотку 4 (фиг. 1, 3 4) якоря втягивается в полость магнитопровода, совершая рабочий ход. При этом усилие, создаваемое якорем, с помощью направляющего стержня 9 передается на нагрузку. После окончания импульса якорь возвращается в исходное положение под действием возвратной пружины 11. Подбором толщины п немагнитной прокладки 12 (фиг. 1, 3 и 4) может быть получена тяговая характеристика с минимальным значением тягового усилителя в конце хода. При этом достигается работа якоря без ударов в конце рабочего хода.

В варианте электромагнитного двигателя (фиг. 3) в начале хода якоря при больших значениях магнитных сопротивлений рабочих зазоров магнитный поток системы мал и участок сердечника 2 между цилиндрической проточкой 13 и внутренним рабочим зазором ненасыщенным и не имеет магнитного сопротивления. При дальнейшем движении якоря магнитный поток системы увеличивается и участок стали сердечника 2 между проточкой 13 и внутренним рабочим зазором со стороны внутренней боковой поверхности 7 кольца 6 насыщается. Этот участок стали начинает выполнять роль нерабочего зазора, перераспределяя намагничивающую силу между другими участками магнитопровода и выравнивая тяговую характеристику двигателя.

В другом варианте электромагнитного двигателя (фиг. 4) в начале хода якоря при больших значениях магнитных сопротивлений рабочих зазоров сталь якоря ненасыщена. При дальнейшем движении якоря магнитный поток системы увеличивается и участки стали якоря между внутренними поверхностями кольцевого паза 13 и боковыми поверхностями 7 и 8 кольца 6 насыщаются. Эти участки стали начинают выполнять роль нерабочего зазора, перераспределяя намагничивающую силу между другими участками магнитопровода и выравнивая тяговую характеристику двигателя.

Вариант электромагнитного двигателя (фиг. 4) предпочтителен при необходимости иметь большой максимальный ход якоря, так как выполнение кольцевого паха в якоре с формой поперечного сечения в виде перевернутой трапеции, уменьшает вес якоря.

Возможно комбинирование вариантов выполнения электромагнитного двигателя. Например, выполнение ферромагнитного шунта в виде кольца с боковыми усеченно-коническими поверхностями и цилиндрической проточкой в сердечнике, или с кольцевым пазом, выполненным в якоре. При этом возможности формирования тяговой характеристики расширяются и могут быть получены тяговые характеристики при больших значениях ходов якоря.

Предлагаемое изобретение повышает экономичность электромагнитного двигателя. В сравнении с известными электромагнитными механизмами с горизонтальной тяговой характеристикой /Ротерс. Электромагнитные механизмы. -М. -Л. Госэнергоиздат, 1949, с. 240, рис. 9, 7; с. 241, рис. 9.8/ предлагаемый электромагнитный двигатель имеет примерно в 2,5 раза меньшее использование материала на единицу работы при таких же условиях нагрева обмотки. Изобретение позволяет упростить конструкцию двигателя, повысить технологичность изготовления, обеспечивает удобство размещения обмотки и компактность двигателя. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Электромагнитный двигатель с горизонтальной тяговой характеристикой, содержащий цилиндрический магнитопровод, состоящий из корпуса, сердечника, соединяющего их фланца, обмотку, расположенную вокруг сердечника, и плоский внешний прямоходный якорь с ферромагнитным шунтом, выполненным в виде кольца, отличающийся тем, что боковые поверхности кольца выполнены усеченно-коническими, причем угол наклона наружной боковой поверхности кольца к корпусу магнитопровода превышает угол наклона внутренней боковой поверхности кольца к сердечнику.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что отношение углов наклона боковых поверхностей кольца выбирается в пределах 2,5 3,5.

3. Электромагнитный двигатель с горизонтальной тяговой характеристикой, содержащий цилиндрический магнитопровод, состоящий из корпуса, сердечника соединяющего их фланца, обмотку, расположенную вокруг сердечника, и плоский внешний прямоходный якорь с ферромагнитным шунтом, выполненным в виде кольца с цилиндрическими боковыми поверхностями, отличающийся тем, что сердечник имеет цилиндрическую проточку, выполненную со стороны якоря по его геометрической оси, глубиной не более максимального хода якоря и диаметром, по крайней мере равным удвоенной ее глубине.

4. Электромагнитный двигатель с горизонтальной тяговой характеристикой, содержащий цилиндрический магнитопровод, состоящий из корпуса, сердечника, соединяющего их фланца, обмотку, расположенную вокруг сердечника, и плоский внешний прямоходный якорь с ферромагнитным шунтом, выполненным в виде кольца с цилиндрическими боковыми поверхностями, отличающийся тем, что в наибольшей по толщине части якоря выполнен кольцевой паз с поперечным сечением в форме перевернутой трапеции.

5. Двигатель по пп. 1, 3 и 4, отличающийся тем, что отношение величин внешнего и внутреннего рабочих зазоров между кольцевой частью якоря и магнитопроводом равно отношению внешнего и внутреннего радиусов обмотки.




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