RU2115184C1

RU2115184C1 - Direct current electromagnet

Info

Publication number: RU2115184C1
Application number: RU97113437/09A
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Карманов; Владимир Викторович Фокин
Original assignee: Сергей Викторович Карманов; Владимир Викторович Фокин
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1997-07-30
Publication date: 1998-07-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: given electromagnet includes magnetoconductive body with flange where coil is installed. Anchors which poles have mutually coupled truncated-conical form are located inside coil. Anchors are separated from flanges and coil and are fitted with tie- rods with ball joints on ends for connection to external load. EFFECT: diminished friction with movement of anchors which enhances efficiency of electromagnet, improves its dynamic characteristics and increases pulling effort. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромагнитам постоянного тока, и может быть использовано в симметричных приводах исполнительных механизмов, например тормозных устройств подъемных машин. The invention relates to electrical engineering, in particular to direct current electromagnets, and can be used in symmetrical actuator actuators, for example, braking devices of lifting machines.

Известен электромагнит постоянного тока, содержащий магнитопроводящий корпус с фланцами, в котором установлена катушка с размещенными внутри нее двумя якорями, приводящими в действие два подпружиненных тормозных рычага с колодками (Александров М.П. Тормозные устройства в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1965, с. 73). A known direct current electromagnet containing a magnetically conductive housing with flanges, in which a coil is installed with two anchors placed inside it, actuating two spring-loaded brake levers with pads (MP Alexandrov, Braking devices in mechanical engineering. - M.: Mechanical Engineering, 1965, p. 73).

В известной конструкции полюса якорей имеют плоскую форму, что не позволяет согласовать тяговую характеристику электромагнита с механической характеристикой противодействующих сил и снижает его КПД, приводя к сильным ударам якорей при включении. In the known construction, the poles of the anchors are flat in shape, which does not allow to coordinate the traction characteristic of the electromagnet with the mechanical characteristic of the opposing forces and reduces its efficiency, leading to strong impacts of the anchors when turned on.

Кроме того, в данной конструкции не обеспечивается соосность якорей и равномерность немагнитного (паразитного) зазора между якорями и фланцами корпуса, что значительно снижает величину тягового усилия в осевом направлении, КПД электромагнита и может привести к перекосам и заклиниванию якорей. In addition, in this design, the alignment of the anchors and the uniformity of the non-magnetic (parasitic) gap between the anchors and the flanges of the housing are not ensured, which significantly reduces the pulling force in the axial direction, the efficiency of the electromagnet and can lead to distortions and jamming of the anchors.

Кроме того, тяги, связывающие прямолинейно движущиеся якоря с тормозными рычагами, совершающими вращательное движение, жестко закреплены в якорях, что вызывает повышенное трение, перекосы и заклинивание последних. In addition, the rods connecting the linearly moving anchors with the brake levers making a rotational movement are rigidly fixed in the anchors, which causes increased friction, distortions and jamming of the latter.

Указанные недостатки, особенно возможность заклинивания якорей, существенно ограничивают область применения данной конструкции, в первую очередь, в подъемных машинах, где предъявляются повышенные требования к надежности тормозных устройств. These shortcomings, especially the possibility of jamming anchors, significantly limit the scope of this design, primarily in hoisting machines, where high demands are placed on the reliability of brake devices.

Изобретение позволяет решить задачу согласования тяговых и противодействующих характеристик, повышения КПД, уменьшения ударов при включении, а также устранить перекосы и заклинивания якорей. The invention allows to solve the problem of matching traction and opposing characteristics, increasing efficiency, reducing impacts when turning on, and also eliminating distortions and jamming of anchors.

Поставленная задача решается тем, что в электромагните постоянного тока, содержащем магнитопроводящий корпус с фланцами, в котором установлена катушка с размещенными внутри нее двумя якорями, согласно изобретению полюса якорей имеют взаимосопрягаемую усеченно-коническую форму, а сами якоря отделены от фланцев и катушки и снабжены тягами с шаровыми соединениями на концах для связи с внешней нагрузкой. The problem is solved in that in a direct current electromagnet containing a magnetically conductive housing with flanges, in which a coil with two anchors placed inside it is installed, according to the invention, the armature poles have an interconnected truncated-conical shape, and the anchors themselves are separated from the flanges and coils and equipped with rods with ball joints at the ends for connection with an external load.

Кроме того, электромагнит дополнительно снабжен двумя ограничителями, установленными на якорях, обеспечивающими соприкосновение якорей друг с другом при их встречном движении в заданной точке. In addition, the electromagnet is additionally equipped with two limiters mounted on the anchors, ensuring the contact of the anchors with each other during their oncoming movement at a given point.

Якоря электромагнита могут быть отделены от фланцев и катушки с помощью по меньшей мере одной гильзы из немагнитного материала. The anchors of the electromagnet can be separated from the flanges and coils with at least one sleeve of non-magnetic material.

Целесообразно, чтобы якоря были установлены соосно друг относительно друга посредством центрирующего узла, представляющего собой, например, вал из немагнитного материала, жестко закрепленный одним концом в осевом отверстии одного из якорей с возможностью продольного перемещения другим своим концом в осевом отверстии другого якоря на подшипниках скольжения. It is advisable that the anchors are mounted coaxially relative to each other by means of a centering assembly, which is, for example, a shaft of non-magnetic material, rigidly fixed at one end in the axial hole of one of the anchors with the possibility of longitudinal movement by its other end in the axial hole of the other armature on sliding bearings.

Кроме того, якоря могут быть отделены от фланцев посредством втулок, выполненных из антифрикционного материала с магнитной проводимостью, меньшей, чем у материала магнитопровода, но большей, чем у воздуха. In addition, the anchors can be separated from the flanges by bushings made of antifriction material with magnetic conductivity less than that of the magnetic core material, but greater than that of air.

Таким образом, выполнение полюсов якорей в виде взаимосопрягаемых усеченных конусов позволяет изменять крутизну тяговой характеристики электромагнита за счет выбора требуемого угла при вершине конуса и согласовывать ее с механической характеристикой противодействующих сил. Это дает возможность повысить величину тягового усилия в начале хода якорей по сравнению с плоскими полюсами и уменьшить его на конечном участке перемещения якорей, избежав сильного удара при их соприкосновении. При этом движение якорей начинается при меньшей величине тока катушки, и полезная работа по преодолению нагрузки совершается с меньшими затратами энергии (с более высоким КПД). Thus, the implementation of the poles of the anchors in the form of interconnected truncated cones allows you to change the slope of the traction characteristics of the electromagnet by choosing the desired angle at the apex of the cone and coordinate it with the mechanical characteristic of the opposing forces. This makes it possible to increase the pulling force at the beginning of the course of the anchors in comparison with the flat poles and to reduce it in the final section of the movement of the anchors, avoiding a strong impact when they touch. In this case, the movement of the anchors begins at a lower value of the coil current, and useful work to overcome the load is performed with less energy (with higher efficiency).

Отделение цилиндрических поверхностей якорей от фланцев и катушки с помощью гильзы из немагнитного материала позволяет обеспечить одинаковые и равномерные паразитные зазоры, в которых магнитное поле равномерно, а результирующий вектор электромагнитной силы в радиальном направлении близок к нулю. Такое решение дает возможность избежать повышенного трения при движении якорей, а также исключает их перекосы и заклинивания. The separation of the cylindrical surfaces of the anchors from the flanges and the coil with the help of a sleeve of non-magnetic material makes it possible to ensure uniform and uniform spurious gaps in which the magnetic field is uniform and the resulting electromagnetic force vector in the radial direction is close to zero. This solution makes it possible to avoid increased friction during the movement of the anchors, and also eliminates their distortions and jamming.

Поскольку якоря имеют возможность только прямолинейного перемещения, а рычаги нагрузки движутся по криволинейной траектории, тяги, связывающие якоря с рычагами, имеют шаровые соединения на обоих концах. В отдельных случаях могут быть применены гибкие связи. Такие соединения позволяют скомпенсировать радиальные усилия, возникающие в якорях при жесткой их связи с нагрузкой, а также устранить неточность их изначальной взаимной установки, что приводит к ликвидации перекосов и заклинивания якорей. Since the anchors can only move in a straight line, and the load levers move along a curved path, the rods connecting the anchors with the levers have ball joints at both ends. In some cases, flexible connections can be applied. Such joints make it possible to compensate for the radial forces arising in the anchors when they are rigidly connected with the load, and also to eliminate the inaccuracy of their initial mutual installation, which leads to the elimination of distortions and jamming of the anchors.

Поскольку возможна резкая асимметрия плеч нагрузки, например, в результате поломки одной из пружин нагрузки, что может привести к втягиванию ненагруженного якоря до соприкосновения с еще неподвижным нагруженным якорем при малом токе, каждый якорь снабжен ограничителем хода, обеспечивающим его остановку в середине рабочего воздушного зазора, т.е. в заданной точке, с тем, чтобы оба плеча нагрузки перемещались на одинаковые расстояния. Since a sharp asymmetry of the load shoulders is possible, for example, as a result of breaking one of the load springs, which can lead to the retraction of the unloaded armature until it contacts the still motionless armature at low current, each armature is equipped with a travel limiter that stops it in the middle of the working air gap, those. at a given point so that both load arms move at equal distances.

С целью снижения трения при движении якорей они установлены соосно друг относительно друга при помощи вала из немагнитного материала, жестко закрепленного одним концом в осевом отверстии одного из якорей с возможностью продольного перемещения другим своим концом в осевом отверстии другого якоря на подшипниках скольжения. Это позволяет повысить КПД электромагнита и улучшить его динамические характеристики. In order to reduce friction during the movement of the anchors, they are mounted coaxially relative to each other using a shaft of non-magnetic material rigidly fixed at one end in the axial hole of one of the anchors with the possibility of longitudinal movement of its other end in the axial hole of the other armature on sliding bearings. This allows you to increase the efficiency of the electromagnet and improve its dynamic characteristics.

Выполнение втулок, отделяющих якоря от фланцев из антифрикционного материала, например металлокерамики железо-графит с пропиткой в масле, дает возможность уменьшить трение и повысить КПД и динамические характеристики электромагнита. The implementation of the bushings that separate the anchors from the flanges of antifriction material, such as cermet iron-graphite impregnated in oil, makes it possible to reduce friction and increase the efficiency and dynamic characteristics of the electromagnet.

Кроме того, пониженная магнитная проводимость втулок по сравнению с другими деталями магнитопровода позволяет обеспечить равномерность магнитного поля при переходе из фланца в якорь, снизить эквивалентный паразитный зазор и потери в нем, что способствует повышению тягового усилия и КПД. In addition, the reduced magnetic conductivity of the bushings in comparison with other parts of the magnetic circuit allows to ensure uniformity of the magnetic field during the transition from the flange to the armature, to reduce the equivalent spurious clearance and losses in it, which contributes to increased traction and efficiency.

На фиг. 1 изображен разрез электромагнита постоянного тока с гильзой из немагнитного материала, отделяющей якоря от фланцев и катушки; на фиг. 2 - вариант электромагнита с центрирующим узлом. In FIG. 1 shows a sectional view of a direct current electromagnet with a sleeve of non-magnetic material separating anchors from flanges and coils; in FIG. 2 is an embodiment of an electromagnet with a centering assembly.

Электромагнит постоянного тока, выполненный согласно изобретению, содержит магнитопроводящий корпус 1 с магнитопроводящими фланцами 2 и 3. В корпусе установлена катушка 4, в которой размещены якоря 5 и 6, образующие между собой рабочий воздушный зазор 7 и изолированные от катушки 4 и фланцев 2, 3 с помощью немагнитной прокладки 8. На якорях 5 и 6 установлены ограничители хода 9 и 10, тяги 11 и 12 с шаровыми соединениями 13 и 14. The direct current electromagnet made according to the invention comprises a magnetically conductive housing 1 with magnetically conducting flanges 2 and 3. A coil 4 is installed in the housing, in which the anchors 5 and 6 are placed, forming a working air gap 7 and isolated from the coil 4 and flanges 2, 3 using a non-magnetic strip 8. On the anchors 5 and 6, travel stops 9 and 10, rods 11 and 12 with ball joints 13 and 14 are installed.

Электромагнит приводит в действие тормозные рычаги 15 и 16, установленные на осях 17, 18, преодолевая усилия тормозных пружин 19, 20. Полюса якорей 5 и 6 имеют взаимосопрягаемую усеченно-коническую форму. The electromagnet actuates the brake levers 15 and 16 mounted on the axes 17, 18, overcoming the efforts of the brake springs 19, 20. The poles of the anchors 5 and 6 have an interconnected truncated-conical shape.

Немагнитный вал 21 центрирующего узла жестко закреплен в осевом отверстии якоря 6 и может перемещаться в осевом направлении в подшипниках 22 скольжения, установленных в якоре 5. The non-magnetic shaft 21 of the centering unit is rigidly fixed in the axial hole of the armature 6 and can move axially in the bearings 22 of the slide mounted in the armature 5.

Во фланцах 2, 4 установлены втулки 23 и 24 из антифрикционного материала с пониженными магнитными свойствами. In flanges 2, 4, bushings 23 and 24 of antifriction material with reduced magnetic properties are installed.

При подаче напряжения на катушку 4 (фиг. 1) в электромагните возникает магнитный поток, проходящий по пути: корпус 1, фланец 2, немагнитная прокладка 8, якорь 5, рабочий зазор 7, якорь 6, немагнитная прокладка 8, фланец 3, корпус 1. Этот магнитный поток создает тяговое усилие между якорями 5 и 6, под действием которого они движутся навстречу друг другу до соприкосновения, преодолевая усилие пружин 19, 20 и поворачивая рычаги 15, 16 относительно их осей 17, 18 через тяги 11, 12 с шаровыми соединениями 13, 14 на концах. Одновременно с соприкосновением якорей 5 и 6 ограничители 9, 10 касаются фланцев 2 и 3. When voltage is applied to the coil 4 (Fig. 1) in an electromagnet, a magnetic flux occurs along the path: body 1, flange 2, non-magnetic gasket 8, anchor 5, working clearance 7, anchor 6, non-magnetic gasket 8, flange 3, body 1 This magnetic flux creates a traction force between the anchors 5 and 6, under the action of which they move towards each other until they come into contact, overcoming the force of the springs 19, 20 and turning the levers 15, 16 relative to their axes 17, 18 through the rods 11, 12 with ball joints 13, 14 at the ends. Simultaneously with the contact of the anchors 5 and 6, the stops 9, 10 touch the flanges 2 and 3.

При обесточивании катушки 4 рычаги 15, 16 под действием пружин 19, 20 повернутся вокруг осей 17, 18, перемещая якоря 5, 6 через тяги 11, 12 в исходное положение. When deenergizing the coil 4, the levers 15, 16 under the action of the springs 19, 20 will rotate around the axes 17, 18, moving the anchors 5, 6 through the rods 11, 12 to their original position.

При подаче напряжения на катушки 4 (фиг. 2) магнитный поток проходит по пути: корпус 1, фланец 2, втулка 23, якорь 5, воздушный зазор 7, якорь 6, втулка 24, фланец 3, корпус 1. В остальном процесс работы электромагнита, изображенного на фиг. 2, аналогичен описанному выше. When voltage is applied to the coils 4 (Fig. 2), the magnetic flux passes along the path: case 1, flange 2, sleeve 23, anchor 5, air gap 7, anchor 6, sleeve 24, flange 3, case 1. Otherwise, the operation of the electromagnet shown in FIG. 2 is similar to that described above.

При уменьшении угла при вершинах конусов полюсов якорей 5, 6 снижается крутизна тяговой характеристики электромагнита: в начале хода якорей тяговое усилие возрастает, а в конце хода снижается. Это позволяет согласовать тяговую характеристику с характеристикой противодействующих сил, т.е. приблизить крутизну тяговой характеристики к крутизне противодействующей. When the angle decreases at the tops of the cones of the poles of the anchors 5, 6, the steepness of the traction characteristic of the electromagnet decreases: at the beginning of the course of the anchors, the traction increases, and at the end of the course it decreases. This allows you to match the traction characteristic with the characteristic of the opposing forces, i.e. to bring the steepness of the traction characteristic to the steepness of the opposing one.

Claims

1. A direct current electromagnet containing a magnetically conductive housing with flanges, in which a coil with two anchors placed inside it is installed, characterized in that the poles of the anchors have an interconnected truncated-conical shape, and the anchors themselves are separated from the flanges and the coil and equipped with rods with ball joints at the ends for connection with external load.

2. The electromagnet according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with two limiters mounted on the anchors and ensuring the contact of the anchors with each other during their oncoming movement at a given point.

3. The electromagnet according to claim 1 or 2, characterized in that the anchors are separated from the flanges and coils with at least one sleeve of non-magnetic material.

4. The electromagnet according to claim 1 or 2, characterized in that the anchors are mounted coaxially with respect to each other by means of a centering assembly.

5. The electromagnet according to claim 4, characterized in that the centering unit is a shaft of non-magnetic material rigidly fixed at one end in the axial hole of one of the anchors with the possibility of longitudinal movement by its other end in the axial hole of the other armature on sliding bearings.

6. The electromagnet according to claim 5, characterized in that the anchors are separated from the flanges by bushings made of antifriction material with a magnetic conductivity less than that of the magnetic circuit, but greater than that of air.