CZ20022846A3 - Elektromagnet s kotvou a magnetický ventil - Google Patents

Description

Elektromagnet s kotvou a magnetický ventil

Oblast techniky

Vynález se týká elektromagnetu s kotvou magnetu, zejména k použití v magnetickém ventilu, obsahující cívku magnetu, jádro magnetu pronikající cívkou magnetu, s alespoň jednou plochou pólu, kotvou magnetu posuvně uloženou kolmo k alespoň jedné ploše pólu jádra magnetu, s deskou kotvy přivrácenou k ploše pólu, a s kluzně posuvně a otočně pohyblivě uloženým čepem kotvy vyčnívajícím z desky kotvy, a nastavovací prostředky vytvořené na elektromagnetu a/nebo kotvě magnetu, které způsobují nastavení desky kotvy na předem určenou polohu natočení. Vynález se dále týká magnetického ventilu s tímto elektromagnetem.

Dosavadní stav techniky

Známé elektromagnety s kotvou se používají například u elektromagnetických ventilů regulačních ventilů tlaku pro vstřikovací zařízení spalovacích motorů. Takové magnetické ventily mají elektrické připojovací elementy, které procházejí ze strany kotvy magnetu odvrácené od elektromagnetu vybráním kotevní desky a kontaktují se s cívkou magnetu. K zabránění kontaktu připojovacích elementů s vnitřní stranou vybrání kotevní desky při ovládání elektromagnetu a tření ovlivňujícímu pohyb kotevní desky, mají známé elektromagnety mechanické nastavovací prostředky ve formě fixovacího kolíku a vrubu v kotevní desce, který spolupůsobící s fixovacím kolíkem, a tyto nastavovací prostředky způsobují • · · · · · • · nastavení kotevní desky na předem určenou polohu natočení a zamezují tak tření mezi kotevní deskou a elektrickými připojovacími elementy cívky magnetu. Je však nepříznivé, že mechanické nastavovací prostředky mohou ovlivňovat pohyb kotvy magnetu.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatku odstraňuje elektromagnet s kotvou magnetu, zejména k použití v magnetickém ventilu, obsahující cívku magnetu, jádro magnetu pronikající cívkou magnetu, s alespoň jednou plochou pólu, kotvou magnetu posuvně uloženou kolmo k alespoň jedné ploše pólu jádra magnetu, s deskou kotvy přivrácenou k ploše pólu, a s kluzně posuvně a otočně pohyblivě uloženým čepem kotvy vyčnívajícím z desky kotvy, a nastavovací prostředky vytvořené na elektromagnetu a/nebo kotvě magnetu, které způsobují nastavení desky kotvy na předem určenou polohu natočení, podle vynálezu, jehož podstatou je, že nastavovací prostředky obsahují alespoň jedno první vybrání vytvořené v desce kotvy a radiálně přesazené vůči čepu kotvy, a alespoň jedno druhé vybrání přiřazené prvnímu vybrání a uspořádané v alespoň jedné ploše pólu jádra magnetu, kteréžto druhé vybrání při napájení cívky magnetu proudem magneticky spolupůsobí s prvním vybráním takovým způsobem, že se deska kotvy nastavuje na předem určenou polohu natočení.

Alespoň jedním vybráním v kotevní desce a druhým vybráním v ploše pólu jádra magnetu přiřazeným k tomuto vybrání se dosahuje, že se kotevní deska při zásobování cívky elektrickým proudem vyrovnává magnetickými silami na předem určenou polohu natočení, ve které pak například připojovací elementy prostupují vybráním kotevní desky, aniž by se jí dotýkaly. Tím se může s výhodou upustit od vytvoření výrobně nákladných mechanických nastavovacích prostředků. Magnetický rozptylový tok v oblasti mezi • · · · · ······ ·· · · · ·· · · · • · · · · · ··· ······· · · · · · · · · 9 · · · * · • · · · · · ··· · · ·« úseky vnitřních stěn alespoň jednoho prvního vybrání a alespoň jednoho druhého vybrání způsobuje s výhodou nastavení kotevní desky a kotvy magnetu bez tření. Z nehomogenity magnetického pole v případě minimálního pootočení kotevní desky kolem čepu kotvy, vyplývají vratné síly působící na kotevní desku, které vrací kotvu magnetu zpět do její předem určené polohy natočení.

Zde představený vynález lze výhodně použít například u regulačních ventilů tlaku k tomu, aby se zamezilo ztrátám třením kotvy magnetu a ovlivňování průběhu zavírání magnetického ventilu. Mimo to se ale může vynález používat také u magnetických ventilů pro vstřikovací ventily spalovacích motorů, u kterých je potřebné nastavení kotvy magnetu, aby se tak například při pootočení kotvy nezužoval průřez kanálů odtoku paliva, procházejících vybráními kotvy magnetu. Vynález ale není v žádném případě omezen na použití u magnetických ventilů a může se použít u všech elektromagnetů s kotvou, u kterých je potřebné nastavení kluzně a otočně uložené kotvy na výhodnou polohu natočení.

Výhodné příklady provedení a další vytvoření vynálezu se umožňují znaky obsaženými ve vedlejších nárocích.

Přehled obrázků na výkresech

Příklad provedení vynálezu je znázorněn na výkresech a je vysvětlen v následujícím popisu. Na výkresech znázorňuje obr. 1 regulační ventil tlaku s elektromagnetem a kotvou magnetu, známý ze stavu techniky, obr. 2 a 3 kotva magnetu podle vynálezu, obr. 4 a 5 jádro magnetu elektromagnetů podle vynálezu, které tvoří současně část tělesa regulačního ventilu tlaku, • · • · · • · · · · • · • · · · obr. 6 jádro a kotva magnetu podle obr. 3 a 5 v sestaveném stavu a obr. 7 řez A-A označený na obr. 6, při malém vychýlení kotvy magnetu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn regulační ventil tlaku známý ze stavu techniky, který se používá například ve vstřikovacích zařízeních paliva spalovacích motorů k nastavování tlaku ve vysokotlakém zásobníku paliva v závislosti na stavu zatížení spalovacího motoru. Regulační ventil tlaku má přírubovou část 12 k připojení na vysokotlaké čerpadlo paliva nebo na vysokotlaký zásobník paliva. Díl 1 3 ventilu vložený do přírubové části 1 2 regulačního ventilu tlaku má přívodní kanál 8_ paliva spojený s vysokotlakou stranou, který svým koncem ústí do sedla 7 dílu 1 3 ventilu. Boční otvory 9. dílu 13 ventilu jsou spojeny blíže neznázorněným způsobem se zpětným vedením paliva. Elektromagnet řídí otevírání a zavírání regulačního ventilu tlaku. Jak je vidět na obr. 1, má elektromagnet v půdorysu přibližně válcové jádro 2_ magnetu, které tvoří současně část tělesa regulačního ventilu tlaku. V prstencovém vybrání 11 i ádra magnetu je uspořádána magnetická cívka 1_. Elektromagnet má dále kotvu 3_ magnetu s deskou 31 kotvy a čepem 32 kotvy, který zasahuje kluzně posuvně a otočně pohyblivě do válcového průchozího vybrání jádra 2 magnetu. Konec čepu 32 kotvy odvrácený od desky 3 1 kotvy spolupůsobí s členem 6 ventilu vytvořeným jako kulička. Na čep 31 ventilu s členem 6_ ventilu působí pružina £, která se svým jedním koncem opírá o část 14 tělesa regulačního ventilu tlaku a svým druhým koncem o desku 3 1 kotvy. Síla pružiny 4, která působí na čep kotvy ve směru sedla 7 ventilu, působí proti síle vysokého tlaku v přívodním kanálu 8. paliva tím způsobem, že regulační ventil je při nezapnutém elektromagnetu při malém tlaku systému otevřen a palivo odtéká otvory 9.. Při • · · · · · ·· • · napájení elektromagnetu proudem se deska kotvy elektromagnetu přitahuje a čep 32 kotvy tlačí člen 6. ventilu do sedla 7 ventilu, takže se přívodní kanál 8. paliva uzavírá, až je dosaženo silové rovnováhy mezi silou vysokého tlaku na jedné straně a silou magnetu a pružiny na druhé straně.

Jak je vidět na obr. 1, má regulační ventil tlaku elektrické připojovací elementy 5_, které spojují elektrický připojovací díl 1 0 regulačního ventilu tlaku s magnetickou cívkou L· Protože je deska 31 kotvy uspořádána mezi připojovacím dílem 10 a magnetickou cívkou 1_, musí elektrické připojovací elementy 5. procházet, na obr. 1 neznázorněným, vybráním v desce 31 kotvy. Při otáčení desky 3 1 kotvy okolo osy čepu 32 kotvy třou připojovací elementy opatřené plastovým obalem nepříznivým způsobem o vnitřní stěnu vybrání desky kotvy. Z tohoto důvodu se u elektromagnetů známých ze stavu techniky používají mechanické nastavovací prostředky, které nastavuji desku kotvy do předem určené polohy natočení, ale nepřipouštějí přesunutí desky kotvy kolmo k ploše 22 pólů elektromagnetu. Tak je například známé nastavení desky kotvy na určitou polohu natočení kolíkem, vyčnívajícím z plochy 22 jádra magnetu, který zasahuje s malou vůlí do vrubu desky 31 kotvy. Připojovací elementy procházejí deskou kotvy v její předem určené poloze natočení tak, že s ní nepřicházejí do kontaktu.

Na obr. 2 až 7 je znázorněn příklad provedení vynálezu. Vynález ale není omezen jen na použití u regulačních ventilů tlaku nebo magnetických ventilů, nýbrž se může používat u všech elektromagnetů s kotvou magnetu, u kterých je žádoucí nastavení kotvy magnetu na předem určenou polohu natočení. Kotva 3. magnetu znázorněná na obr. 2 a 3 obsahuje v podstatě kruhovou desku 3 1 kotvy a čep 32 kotvy vyčnívající kolmo z desky kotvy, který má kruhový průřez. Vybrání 35 v desce kotvy slouží k průchodu ·· ·· · ······ • · » · · · · · · · ······ · · ·· · · • 9 · · 9 9«· • ·· · ·· · · · · · · · elektrických spojovacích elementů cívky magnetu. Na obr. 2 a 3 je dále vidět, že deska kotvy má dvě průchozí vybrání 33 přibližně ve tvaru písmene U, jejichž otevřené strany jsou uspořádány na obvodu desky kotvy a vůči čepu 32 kotvy jsou umístěny diametrálně proti sobě.

Na obr. 4 a 5 je znázorněn hrnečkovitý díl tělesa regulačního ventilu tlaku. Na obr. 4 je znázorněn příčný řez I-I označený na obr.

5. Díl tělesa má válcovou střední část tvořící jádro 2 magnetu a boční upevňovací jazyky 1 5 k upevnění regulačního ventilu tlaku například na vysokotlaké čerpadlo paliva. Jádro magnetu sestává s výhodou z měkkého železa nebo jiného materiálu s větší permeabilitou. Přírubová část 12 dílu tělesa slouží, jak je znázorněno na obr. 1, k uložení dílu ventilu a k připojení na výtlak vysokotlakého čerpadla paliva. Válcová střední část má středový válcový průchozí otvor 26 a k němu souosé prstencové vybrání 11, které slouží k uložení, na obr. 4 neznázorněné, cívky magnetu. Na obr. 5 je schematicky naznačen elektrický přípoj 28 cívky 1_ magnetu. Vybrání 11 je v radiálním směru ohraničeno směrem dovnitř první stěnou 23 tvaru válcového pláště a směrem vně druhou stěnou 24 tvaru válcového pláště. Konce první stěny 23, odvrácené od přírubové části 12, a druhé stěny 24, tvoří dvě souosé, v jedné rovině uspořádané kruhové prstencové plochy 21 a 22. Obvodový límec 22 vyčnívající nad plochu 22 slouží k uložení druhého dílu 14 tělesa, jak je znázorněno na obr. 1.

Při cívce magnetu vložené do vybrání 11 tvoří vnitřní stěna 23 úsek jádra 2. magnetu procházející cívkou, který je přes spodní desku 25 spojen s vnějším stěnovým úsekem 24 jádra magnetu obklopujícím cívku. Obě plochy 21, 22 přitom tvoří dvě plochy pólů jádra 2 magnetu, takže deskou 31 kotvy, položenou na obě plochy pólů 21, 22, by byl uzavřen magnetický okruh. Jak je nejlépe vidět na obr. 5, jsou ve vnější ploše 22 pólu jádra magnetu uspořádána druhá vybrání • · ·» · ·· ···· ·· 4 9 9 99 4 » * • 999999 · · · · ·

4 9 9 9 9 9 9

9 9 99 999 99 99

27, která jsou přiřazena prvním vybráním 33 v desce 3 1 kotvy a vůči průchozímu otvoru 26 se nacházejí diametrálně proti sobě.

Na obr. 6 je znázorněno jádro magnetu bez cívky magnetu, ale s vloženou kotvou magnetu. Kotva magnetu je prostřednictvím čepu 32 kotvy vložena kluzně posuvně a především otočně do válcového průchozího otvoru 26. Ve výhodné otočné poloze desky 31 kotvy se přípoj 28 cívky magnetu nachází podle obr. 5 v průmětu vybrání 3 5 desky 31 kotvy v kluzném směru kotvy 3_ magnetu. Elektrické připojovací elementy mohou v této otočné poloze procházet deskou 3 1 kotvy přímočaře rovnoběžně s čepem 32 kotvy, aniž by docházelo k jejich tření o vnitřní okraje vybrání 35. K nastavení polohy natočení při provozu elektromagnetu slouží první vybrání 33 a druhá vybrání 27.

Jak lze dobře vidět na obr. 6 a 7 ve spojení s obr. 3 a 5, odpovídá odstup a dvojice v obvodovém směru navzájem protilehlých úseků 33a, 3 3b vnitřní stěny prvního vybrání 33 výhodným způsobem odstupu b dvojice vzájemně ve stejných směrech proti sobě ležících úseků 27a, 27b druhého vybrání 27. Na obr. 6 je dále vidět, že druhé vybrání 27 je uspořádáno s výhodou alespoň částečně uvnitř průmětu prvního vybrání 33 ve směru klouzání kotvy 3. magnetu. Jinými slovy, každé z obou prvních vybrání 33 se částečně překrývá se vždy přiřazeným druhým vybráním 27, které je uspořádáno v rovnoběžné rovině. Na rozdíl vůči zde znázorněnému příkladu provedení to však může být také tak, že odstupy a a b nejsou voleny přesně stejné. Místo obou prvních vybrání a obou druhých vybrání může být dále také vytvořeno jen jedno první vybrání a jedno druhé vybrání. V desce kotvy a ploše pólů jádra magnetu může být také více než dvě vybrání. Podstatné je, že alespoň jedno první vybrání, které je radiálně přesazeno směrem k ose čepu kotvy, je přiřazeno k druhému vybrání v ploše pólů jádra magnetu.

• · φφ · ······ • · · · φ · · ·· · • φφφφ φ φ φ φ · φ φ · φ φ φφφ φφφφ φφφ · φφ φφφ φφ · φ

Obr. 7 znázorňuje detail příčného řezu A-A na obr. 6, ve kterém je deska 31 kotvy úmyslně otočena z předem určené polohy natočení kolem osy čepu 3 1 kotvy, takže se plocha 36 pólu desky 3 1 kotvy přivrácená k jádru kotvy a první vybrání 33, jakož i plocha 22 pólu jádra 2. magnetu a druhé vybrání 27 částečně překrývají. Jak je vidět na obr. 6, vyplývá pak, při napájení cívky 1_ magnetu elektrickým proudem a v této poloze natočení, z nehomogenního rozptylového magnetického pole (čárkované čáry na obr. 6) v oblasti mezi úseky 33a, 33b vnitřní stěny prvního vybrání 33 a úseky 27a, 27b druhého vybrání 27 magnetostatická síla F, vracející desku 3. kotvy do předem určené polohy natočení. Toto platí také při malé odchylce velikostí odstupů a a b. Vratná síla nastavuje desku 3 1 kotvy opět do předem určené polohy natočení, ve které jsou první vybrání 33 a druhá vybrání 27 vzájemně protilehlá. Teprve v této poloze natočení je vratná síla rovna nule. Protože tedy vratná magnetostatická síla F vzniká při minimálních natáčecích pohybech desky kotvy samočinně, nastavuje se deska kotvy rozptylovým magnetickým polem stále do předem určené polohy natočení. Pod nastavením desky kotvy se v této souvislosti rozumí, že deska kotvy je při zapnutém elektromagnetu až na nejmenší, sotva prokazatelná točivá kmitání, kvazi-fixována ve své poloze. V každém případě jsou pohyby natočení desky kotvy tak malé, že se při zapnutém elektromagnetu vnitřní okraje vybrání 35 nedotýkají připojovacích elementů 5_ cívky 1_ magnetu, nebo se jich dotýkají jen minimálně, a kluzný pohyb kotvy magnetu při zavírání a otevírání regulačního ventilu tlaku není neovlivňován. Při vypnutém elektromagnetu zabraňují elektrické připojovací elementy cívky magnetu, které procházejí vybráním 35., velkému vychýlení desky kotvy, takže se deska kotvy při obnoveném ovládání elektromagnetu ihned opět nastaví do předem dané polohy natočení.

·· 9*9 9

9 90 • 9 · 9 9 9 • · 9 9 9 9 9 9 9

9·9·9999 9 9 99 9 9

9 999 9 9 · 9 • 99 · 99 999 99 #9

V dosud znázorňovaném příkladu provedení má deska kotvy a plocha pólů jádra magnetu vždy dvě vybrání. V jiném příkladu provedení se může počet prvních vybrání v desce kotvy a druhých vybrání v ploše pólů jádra kotvy zvětšit do té míry, že se nezávisle na výchozí pozici desky kotvy při zapnutí elektromagnetu nastaví magnetickým nastavením výhodná poloha natočení, ve které se první vybrání a jim přiřazená druhá vybrání nacházejí ve vzájemně protilehlé poloze. Počet a šířka a prvních vybrání 33 desky 31 kotvy mohou být rovny zejména počtu a obvodové délce segmentů plochy pólů desky 31 kotvy, vzájemně oddělujících první vybrání. Pak má jádro magnetu odpovídající počet druhých vybrání 27 se stejnou obvodovou délkou (b - a). Takové provedení desky kotvy a jádra magnetu je vhodné zejména pro takové magnetické ventily, u kterých deskou kotvy neprocházejí připojovací elementy.

Počet vzájemně proti sobě se nacházejících vybrání je úměrný nastavovací síle F desky kotvy. Tento počet tedy může být v jednotlivých případech určen podle velikosti vratné síly F.

Ačkoli zde byl vynález znázorněn na příkladu regulačního ventilu tlaku, může se používat také u jiných magnetických ventilů. Možné je například použití u magnetických ventilů vstřikovacích ventilů pro vstřikovací zařízení k tomu, aby se zamezilo zmenšování otvorů pro odtékající palivo v desce kotvy při otáčení desky kotvy. Zde popsaný princip působení elektromagnetu s deskou kotvy ale není omezen na použití u magnetických ventilů, nýbrž se může používat s výhodou u všech elektromagnetů, u kterých se doporučuje nastavovat kluzně posuvně a otočně pohyblivě uloženou desku kotvy do výhodné polohy natočení.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Elektromagnet s kotvou magnetu, zejména k použití v magnetickém ventilu, obsahující cívku (1) magnetu, jádro (2) magnetu pronikající cívkou (1) magnetu, s alespoň jednou plochou (22) pólu, kotvou (3) magnetu posuvně uloženou kolmo k alespoň jedné ploše (22) pólu jádra (2) magnetu, s deskou (31) kotvy přivrácenou k ploše (22) pólu, a s kluzně posuvně a otočně pohyblivě uloženým čepem (32) kotvy vyčnívajícím z desky (31) kotvy, a nastavovací prostředky vytvořené na elektromagnetu a/nebo kotvě magnetu, které způsobují nastavení desky (31) kotvy na předem určenou polohu natočení, vyznačující se tím, že nastavovací prostředky obsahují alespoň jedno první vybrání (33) vytvořené v desce (31) kotvy a radiálně přesazené vůči čepu (32) kotvy, a alespoň jedno druhé vybrání (27) přiřazené prvnímu vybrání a uspořádané v alespoň jedné ploše (22) pólu jádra (2) magnetu, kteréžto druhé vybrání (27) při napájení cívky (1) magnetu proudem magneticky spolupůsobí s prvním vybráním (33) takovým způsobem, že se deska (31) kotvy nastavuje na předem určenou polohu natočení.
2. 2. Elektromagnet s kotvou magnetu podle nároku 1, vyznačující se tím, že odstup (a) dvojice úseků (33a, 33b) vnitřní stěny prvního vybrání (33) nacházejících se v obvodovém směru vzájemně proti sobě, odpovídá přibližně odstupu (b) dvojice úseků (27a, 27b) vnitřní stěny druhého vybrání (27) nacházejících se vzájemně ve stejném směru proti sobě.
3. 3. Elektromagnet s kotvou magnetu podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že druhé vybrání (27) je uspořádáno alespoň

   44 4 44 4 • 4 44 * 4 4 4 4
4. 4 4 4 4 4

   4 444444 4 • 4 4 4

   444 · 44 částečně uvnitř průmětu prvního vybrání (33) v kluzném směru kotvy (3) magnetu.

   4. Elektromagnet s kotvou magnetu podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nastavovací prostředky obsahují dvě první vybrání (33), nacházející se vzhledem k ose (37) čepu (32) kotvy diametrálně proti sobě, a dvě těmto prvním vybráním (33) přiřazená druhá vybrání (27), nacházející se rovněž diametrálně proti sobě.
5. 5. Elektromagnet s kotvou magnetu podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že elektrické připojovací elementy (5) cívky (1) magnetu procházejí v předem určené poloze natočení desky (31) kotvy od strany desky (31) kotvy odvrácené od cívky (1) magnetu vybráním (35) kotvy, aniž by se dotýkaly desky kotvy.
6. 6. Elektromagnet s kotovu magnetu podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že počet a obvodová délka (a) prvních vybrání (33) desky (31) kotvy se rovnají počtu a obvodové délce segmentů (36) plochy pólů desky (31) kotvy vzájemně oddělujících první vybrání, a že jádro (2) magnetu má odpovídající počet druhých vybrání (27) se stejnou obvodovou délkou.
7. 7. Elektromagnet s kotvou magnetu podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že počet a obvodová délka prvních vybrání (33) a druhých vybrání (27) jsou přizpůsobeny velikosti potřebné vratné síly (F).
8. 8. Magnetický ventil, zejména magnetický ventil pro vstřikovací zařízení paliva, s elektromagnetem a kotvou magnetu podle jednoho z nároků 1 až 7.