RU2025891C1

RU2025891C1 - Vibration drive

Info

Publication number: RU2025891C1
Authority: RU
Inventors: Борис Гаврилович Шумихин
Original assignee: Борис Гаврилович Шумихин
Priority date: 1992-01-09
Filing date: 1992-01-09
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: vibration drive is designed for use as generator of reciprocating motion. It can be used as activator of domestic appliances considerably diminishing mass-and-size characteristics of actuating part with minimal consumption of power (about 60 W). Vibration motor presents electromagnet with membrane to which mobile mass is coupled. Winding of immobile magnetic core is connected to power supply unit through controlled valve and uncontrolled valve shunting winding. Current pickup connected through differential link and comparator to circuit of switching off of controlled valve is placed in parallel to winding. According to one version magnetic core is plate with ring recession where winding is positioned. Central part of magnetic core located inside winding fulfils functions of one pole of electromagnet and peripheral part of it - functions of other. Central part can be manufactured in the form of tube penetrating plate and having slot for lead-out of winding. Membrane touches connected frame through ring. Membrane and frame are clamped with attachment element passing through center of ring. EFFECT: simplified design, enhanced reliability. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, конкретно вибропроводам с электромеханическим вибродвигателем (вибратором). Устройство на его основе может найти применение в акустике, гидроакустике, промышленности, бытовой технике, медицине, приборостроении и т.д. The invention relates to electrical engineering, specifically vibroconductors with an electromechanical vibrator (vibrator). A device based on it can find application in acoustics, hydroacoustics, industry, household appliances, medicine, instrumentation, etc.

Известны бесконтактные виброприводы, в которых в качестве возбудителя колебаний используется встроенный электромагнит. Его обмотки запитываются либо от источника фиксированной частоты, например от промышленной сети, либо от источника переменной частоты [1]. В первом случае с целью повышения КПД вибропривода необходима настройка механической системы вибратора в резонанс, во втором необходимо принимать меры по совпадению частоты выходного напряжения источника с собственной частотой механической системы. При этом не исключается применение дополнительных элементов в виде датчиков перемещения (положения), датчиков звукового давления и т.д. Non-contact vibro drives are known in which a built-in electromagnet is used as an exciter of vibrations. Its windings are powered either from a fixed frequency source, for example from an industrial network, or from a variable frequency source [1]. In the first case, in order to increase the efficiency of the vibrodrive, it is necessary to adjust the mechanical system of the vibrator to resonance, in the second it is necessary to take measures to match the frequency of the output voltage of the source with the natural frequency of the mechanical system. At the same time, the use of additional elements in the form of displacement (position) sensors, sound pressure sensors, etc.

Прототипом изобретения является генератор возвратно-поступательного движения [2]. Признаками, совпадающими с изобретением, являются неподвижный магнитопровод с однофазной обмоткой, безобмоточный якорь, импульсный регулятор тока возбуждения с управляемыми ключами. Общим функциональным признаком является наличие обратной связи по положению якоря, которая в прототипе реализуется с помощью датчика перемещения. The prototype of the invention is a reciprocating motion generator [2]. Signs that coincide with the invention are a fixed magnetic circuit with a single-phase winding, a non-winding armature, a pulse regulator of the excitation current with controlled keys. A common functional feature is the presence of feedback on the position of the anchor, which in the prototype is implemented using a displacement sensor.

Наличие датчика перемещения существенно усложняет вибропривод и увеличивает количество электрических связей между исполнительным элементом и устройством управления, что немаловажно при их удалении друг от друга. The presence of a displacement sensor significantly complicates the vibrodrive and increases the number of electrical connections between the actuator and the control device, which is important when they are removed from each other.

Задачей, которую решает изобретение, является упрощение вибропривода за счет использования информации о перемещении якоря, содержащейся в токе электромагнита и ЭДС самоиндукции. Особенности конструктивного исполнения элекромеханической части также направлены на достижение технической цели, а именно упрощение вибропривода с возможностью расширения областей применения. The task that the invention solves is to simplify the vibratory drive by using information about the movement of the armature contained in the current of the electromagnet and the EMF of self-induction. Features of the design of the electromechanical part are also aimed at achieving a technical goal, namely, simplifying the vibratory drive with the possibility of expanding the fields of application.

Указанные технические результаты достигаются тем, в вибропривод введены датчик тока, дифференцирующее звено, два компаратора, а неподвижный магнитопровод выполнен в виде цилиндра с фланцем на открытом конце и дном с отверстием для размещения в нем пустотелого цилиндра с пазом для выводов обмотки, охватывающей пустотелый цилиндр. The indicated technical results are achieved by the fact that a current sensor, a differentiating element, two comparators are introduced into the vibrodrive, and the fixed magnetic circuit is made in the form of a cylinder with a flange at the open end and a bottom with an opening for placing a hollow cylinder with a groove for winding leads covering the hollow cylinder.

На фиг.1 изображена блок-схема вибропривода; на фиг.2 изображен вибродвигатель. Figure 1 shows a block diagram of a vibrodrive; figure 2 shows a vibroengine.

Вибропривод состоит из вибродвигателя 1, управляемого вентиля 2, неуправляемого вентиля 3, датчика 4 тока, дифференцирующего звена 5, компараторов 6, нелинейного элемента 7 и блока 8 питания. The vibrodrive consists of a vibration motor 1, a controlled valve 2, an uncontrolled valve 3, a current sensor 4, a differentiating element 5, comparators 6, a nonlinear element 7, and a power supply unit 8.

Согласно блок-схеме фиг.1 включение управляемого вентиля 2 производится от второго компаратора 6 с использованием ЭДС самоиндукции, а выключение - по сигналу датчика 4 тока, прошедшему через дифференцирующее звено 5 и первый компаратор 6. В качестве физической основы формирования сигнала для отключения использован характерный для электромагнитов с подвижным якорем переходный процесс в питающем токе, обусловленный увеличением индуктивности обмотки из-за изменения проводимости магнитной цепи на отрезке траектории движения якоря от начала трогания до соприкосновения с неподвижной частью магнитопровода. Определение момента прохождения якоря данного отрезка траектории достигается использованием дифференцирующего звена и компаратора. Это исключает соприкосновение якоря и магнитопровода, которое сопровождается рассеянием значительной части кинематической энергии движущегося якоря и, следовательно, снижением КПД вибродвигателя, а также возможным его разрушением. According to the block diagram of figure 1, the controlled valve 2 is turned on from the second comparator 6 using the self-induction EMF, and the shutdown is performed according to the signal of the current sensor 4 passing through the differentiating element 5 and the first comparator 6. As a physical basis for generating the signal, the characteristic for electromagnets with a moving armature, a transient process in the supply current due to an increase in the inductance of the winding due to a change in the conductivity of the magnetic circuit in the segment of the path of movement of the armature from the beginning starting to contact the fixed part of the magnetic circuit. The determination of the moment of passage of the anchor of a given segment of the trajectory is achieved using a differentiating link and a comparator. This eliminates the contact of the armature and the magnetic circuit, which is accompanied by the dissipation of a significant part of the kinematic energy of the moving armature and, consequently, a decrease in the efficiency of the vibration motor, as well as its possible destruction.

Нелинейный элемент 7, например стабилитрон, ограничивающий выходное напряжение датчика тока вибродвигателя, позволяет регулировать величину перемещения якоря в широких пределах, в особенности при жесткостных характеристиках упругого элемента, близких к линейным. Non-linear element 7, for example a zener diode, limiting the output voltage of the current sensor of the vibration motor, allows you to adjust the amount of movement of the armature over a wide range, especially when the stiffness of the elastic element is close to linear.

Достижение ЭДС самоиндукции нулевого значения и, следовательно, прекращение тока через неуправляемый вентиль свидетельствуют о возвращении якоря в исходное положение и наступлении момента, после которого управляемый вентиль может быть включен. The achievement of the self-induction EMF of zero value and, therefore, the cessation of current through the uncontrolled valve indicate the return of the armature to its original position and the onset of the moment after which the controlled valve can be turned on.

При конкретной реализации устройства не исключается по аналогии с цепью протекания тока через управляемый вентиль использование датчика тока и сигналов с его выхода для включения управляемого вентиля. In a specific implementation of the device, by analogy with the circuit of the current flowing through the controlled valve, the use of a current sensor and signals from its output to turn on the controlled valve.

Вибродвигатель содержит неподвижный магнитопровод 9, выполненный в виде цилиндра с фланцем на открытом конце и дном, пронизанным пустотелым цилиндрм 12. Фланец используется для крепления упругого элемента в виде плоской ферромагнитной мембраны 10 и выполняет функцию полюса электромагнита 11, составляющего основу вибродвигателя. The vibroengine contains a stationary magnetic circuit 9, made in the form of a cylinder with a flange at the open end and a bottom pierced by the hollow cylinder 12. The flange is used to fasten the elastic element in the form of a flat ferromagnetic membrane 10 and serves as the pole of the electromagnet 11, which forms the basis of the vibromotor.

Один конец пустотелого цилиндра (трубы) 2 выполняет функцию полюса электромагнита, другой - функцию ручки. Выводы 13 обмотки в этом случае входят в трубу через паз 14 на торце, обращенном к мембране, и проходят сквозь ручку. Такая конструкция предполагает использование вибродвигателя в жидких средах. При этом герметизация мембраны осуществляется одновременно с защемлением ее наружного контура, например, с помощью сварного шва. One end of the hollow cylinder (pipe) 2 performs the function of the pole of the electromagnet, the other - the function of the handle. The conclusions 13 of the winding in this case enter the pipe through the groove 14 at the end facing the membrane and pass through the handle. This design involves the use of a vibrator in liquid media. In this case, the sealing of the membrane is carried out simultaneously with the pinching of its outer contour, for example, using a weld.

Использование пустотелого цилиндра в конструкции вибродвигателя позволяет в случае необходимости производить регулировку жесткости мембраны без нарушения герметичности рабочей (погружаемой в жидкую среду) части. Для этого регулировочный элемент располагается на мембране, а инструмент вводится через внутреннюю полость ручки. The use of a hollow cylinder in the design of the vibration motor allows, if necessary, to adjust the rigidity of the membrane without violating the tightness of the working (immersed in a liquid medium) part. For this, the adjustment element is located on the membrane, and the tool is inserted through the internal cavity of the handle.

С целью придания мембране необходимой жесткостной характеристики ее выполняют с прогибом. При этом прогиб, направленный от центрального полюса электромагнита, обеспечивает упругому элементу характеристику "хлопающей" мембраны, что увеличивает амплитуду сигнала на выходе дифференцирующего звена и, тем самым, упрощает построение компаратора. In order to give the membrane the necessary stiffness, it is performed with a deflection. In this case, the deflection directed from the central pole of the electromagnet provides the elastic element with the characteristic of a "popping" membrane, which increases the signal amplitude at the output of the differentiating link and, thereby, simplifies the construction of the comparator.

Введение кольца 16 в узел крепления мембраны к "жесткому" центру, например к отражателю 16, позволяет плавно регулировать прогиб с помощью винта 17 и гайки 18 для придания необходимых параметров упругого элемента вибродвигателя. The introduction of the ring 16 into the attachment unit of the membrane to the "rigid" center, for example to the reflector 16, allows you to smoothly adjust the deflection using the screw 17 and nut 18 to give the necessary parameters of the elastic element of the vibrator.

Экспериментальная проверка вибропривода проводилась при использовании в качестве активатора стиральной машины. При этом частота вибродвигателя составляла 100...200 Гц при потребляемой мощности около 60 Вт. Время стирки 2 кг белья около 12 мин. An experimental check of the vibrodrive was carried out using a washing machine as an activator. The frequency of the vibration motor was 100 ... 200 Hz with a power consumption of about 60 watts. The washing time of 2 kg of linen is about 12 minutes.

Claims

1. A vibrodrive containing a vibrator with an anchor made using an elastic ferromagnetic membrane with an attached mass, the memebrane is rigidly connected by the peripheral part to a fixed magnetic circuit, on which a winding is placed, one terminal of which is connected to one terminal of the power supply, the other terminal of which is connected to the first terminal a controlled valve with disconnecting and switching inputs, an uncontrolled valve shunting the winding, characterized in that a current sensor, a differentiating element, two comparators are introduced into it and the fixed magnetic circuit is made in the form of a cylinder with a flange at the open end and a bottom with an opening for placing a hollow cylinder in it with a groove for the winding terminals covering the hollow cylinder, the membrane is connected to the attached mass through the ring and by means of a fastening element passing through the center of the ring, the other terminal of the winding through the current sensor is connected to the second terminal of the controlled valve, the output of the current sensor is connected to the input of the differentiating link, the output of which through the first comparator is connected to the trip Valid regulation valve comprising input thereof via a second comparator connected to the other terminal of the winding.

2. The vibrator according to claim 1, characterized in that a non-linear element is inserted into it, which is connected between the output of the current sensor and the input of the differentiating element.