RU2463U1

RU2463U1 - PROPORTIONAL ELECTROMAGNET

Info

Publication number: RU2463U1
Application number: RU94045629/20U
Authority: RU
Inventors: А.И. Маныкин
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал"
Priority date: 1994-12-30
Filing date: 1994-12-30
Publication date: 1996-07-16

Abstract

1. Пропорциональный электромагнит, содержащий внешний магнитопровод, катушку возбуждения, магнитопровод внутри катушки, включающий в себя ферромагнитную направляющую втулку, неподвижный полюс с ферромагнитным кольцевым шунтом, механически соединенные и магнитоизолированные с указанной втулкой, и цилиндрический якорь, установленный с возможностью осевого перемещения, на торце которого, обращенном к неподвижному полюсу, имеется кольцевая канавка с поперечным сечением, уменьшающимся по мере удаления от торца якоря, ограниченная периферийной конической и внутренней цилиндрической поверхностями, отличающийся тем, что поверхности указанной канавки выполнены концентрическими, на неподвижном полюсе выполнен выступ, ограниченный круглыми концентрическими поверхностями, с возможностью внедрения его в полость кольцевой канавки якоря, а на цилиндрической ферромагнитной поверхности якоря нанесен немагнитный антифрикционный слой хрома, толщина которого выбрана из условия эксцентриситета немагнитного зазора между ферромагнитной поверхностью якоря и направляющей втулкой, не превышающего ε ≅ 0,6.2. Электромагнит по п.1, отличающийся тем, что на торце якоря выполнен выступ, ограниченный цилиндрической поверхностью указанной канавки.3. Электромагнит по пп.1 и 2, отличающийся тем, что круглые поверхности выступа неподвижного полюса выполнены цилиндрическими.1. A proportional electromagnet containing an external magnetic circuit, an excitation coil, a magnetic circuit inside the coil, which includes a ferromagnetic guide sleeve, a fixed pole with a ferromagnetic ring shunt, mechanically connected and magnetically insulated with the specified sleeve, and a cylindrical armature mounted with axial movement at the end which, facing the fixed pole, has an annular groove with a cross section that decreases with distance from the end of the armature, bounded by the periphery conical and inner cylindrical surfaces, characterized in that the surfaces of the grooves are made concentric, on the fixed pole there is a protrusion defined by round concentric surfaces, with the possibility of penetration into the cavity of the annular groove of the armature, and a non-magnetic antifriction layer of chromium is deposited on the cylindrical ferromagnetic surface of the armature, the thickness of which is selected from the condition of the eccentricity of the nonmagnetic gap between the ferromagnetic surface of the armature and the guide sleeve d, not exceeding ε ≅ 0.6.2. The electromagnet according to claim 1, characterized in that at the end of the armature there is a protrusion defined by the cylindrical surface of said groove. The electromagnet according to claims 1 and 2, characterized in that the round surfaces of the protrusion of the fixed pole are cylindrical.

Description

Полезная модель относится к области автоматши, гццравляки и MOjRBT применяться в качестве преобразователя электрического управлящего сигнала в механическую силу в элементах гидроаппаратуры с пропорциональным управлением (распре делите .ли, клапаны, дросселиидр),: используемых в системах дистанционного управления гидрофщированными машинами и оборудованием (металяоре 1{ущие станки, прессы, термопластавтоматы, дорожно-ст роите льны е и другие машины, в том числе с ЧПУ).The utility model relates to the field of automatic machines, gas controllers and MOjRBTs used as a converter of an electric control signal to mechanical force in elements of hydraulic equipment with proportional control (distribute valves, valves, throttles): used in remote control systems for hydrofitted machines and equipment (metal 1 (loss of machine tools, presses, injection molding machines, road-building machines and other machines, including CNC).

К пропорциональным элвктршагнитам с лиешшм перемещением якоря предъявляются высокие требования по шнейности тяговой характеристики (зависимости развиваемого усилия от величины тока катушки возбуждения) инвариантности (не завис им хти) тяговой характеристи1си от положения якоря в рабочем диапазоне перемещений, по простоте конструкции и технологичности.High proportional requirements are imposed on proportional electromagnets with unrestricted movement of the armature as regards the traction characteristic sincerity (dependence of the developed force on the magnitude of the excitation coil current) invariance (independent of their characteristics) of the traction characteristic1s from the position of the armature in the operating range of displacements, by its simplicity of design and manufacturability.

Известны электромагниты, содержащие лГЗнейно перемещающийся якорь, покрытый слоем антифрикционного материала, внешшш магнитопровод, катущку возбувдения, магнитопровод внутри катущ1ш, состоящий из ферромагнитной направлякщей втужи и неподвадного полюса, механически соединенных и магнитоизолированных друг от друга Tl .Electromagnets are known, which contain a non-linearly moving armature covered with a layer of antifriction material, an external magnetic circuit, an excitation coil, a magnetic circuit inside the coil, consisting of a ferromagnetic guide sleeve and a non-square pole, Tl mechanically connected and magnetically insulated from each other.

..

Наиболее близким к предлагаемому является пропорциональшй электралагнит, содещащий внешний магнитопровод, катушку возбуадения, магнитолровод внутри катушки, включающий в себя феррдаагнитнуто направляю 11у1о втулку, неподвижный полюс с ферромагнитным кольцевым шунтш, механически соединенные и магнитоизолированные с направляющей втулкой, и цилиндрический якорь с возможностью осевого перемещения, на торце которого имеется кольцевая канавка с поперечным сечением, yгv1eньшaющимcя по мере удаления от торца якоря, ограниченная периферийной конической и внутренней цил11ндрической поверхностями 2 ,Closest to the proposed one is a proportional electrolagnet containing an external magnetic circuit, an excitation coil, a magnetic circuit inside the coil, which includes a ferromagnetically directed 11u1o sleeve, a fixed pole with a ferromagnetic ring shunt, mechanically connected and magnetically insulated with a guide sleeve, and a cylindrical armature at the end of which there is an annular groove with a cross-section that becomes smaller as the distance from the end of the anchor is limited to peripheral onicheskoy and inner surfaces tsil11ndricheskoy 2

Недостатками являются невысокая линейность тяговой характеристики в рабочем диапазоне перемещений якоря в связи с нажчием только насыщающихся кольцевых ферромагнитных неподвижного шунта и шунтов на якоре - практически отсутствием при насыщенных шунтах Л1 1нейной зависимости развиваемого усилия от величины тока катушки возбу}хдения (намагничивающей силы, н.с) 3 , а такзке низкая технологичность конструкции из-за сложности изготовления неподвижного насыщающегхя кольцевого ферромагнитного шунта в одной детали с ферромагнитной направляющей втулкой, магнитоизолированных между собой.The disadvantages are the low linearity of the traction characteristic in the working range of movement of the armature due to the pressing of only saturable annular ferromagnetic fixed shunts and shunts at the anchor - in case of saturated shunts L1, there is practically no linear dependence of the developed force on the magnitude of the excitation coil’s current (magnetizing force, ns ) 3, and also low technological design due to the complexity of manufacturing a stationary saturating annular ferromagnetic shunt in one part with a ferromagnetic direction sleeve magnetically insulated between each other.

Ноле зная модель направлена на увеличение точности работы э.лвктромагнита за счет улучшения линейности тяговой характеристики и инвариантности ее к положению якоря в рабочем диапазоне перемещений, за счет снижения потерь на трение, а также на упрощение конструкции за счет отказа от использования неподвижного насыщающегося ферромагнитного шунта.The creepless model is aimed at increasing the accuracy of operation of the electromagnet by improving the linearity of the traction characteristic and its invariance to the position of the armature in the working range of displacements, by reducing friction losses, and also by simplifying the design by refusing to use a stationary saturable ferromagnetic shunt.

шслочатсщий в себя ферршагнитную направляющую втулку, неподвшшй пшгас с кольцевым ферршагнитным шунтш, механически соединенные и магнитоизолированные с указанной втужой, и цил11ндрический якорь, установленный с возможностью осевого переелещения, на торце которого, обращенном к неподвижному полюсу, имеется кольцевая канавка с поперечным сечением, уменьшающимся по мере удаления от торца якоря, ог1)аниченная периферийной конической и внутренней цилиндрической поверхностями, выполненными концентрическими, на непсдвижнгал полюсе выполнен выступ, ограниченный круглыми концентрическими поверхностями, с возгложностью внедрения его в полость кольцевой канавг- и якоря, а на цилиндрической ферромагнитной поверхности якоря нанесен немагнитный антифрикционный слой хрома, толщина которого выбрана из условия эксцентриситета немагнитного зазора между феррсж1агнитной поверхностью якоря и направляющей втулкой, не превыщающего 0,6, а также тем, что на торце якоря выполнен выступ, ограниченный цилиндрической поверхностью указанной канавки, а круглые поверхности выступа неподвижного полюса выполнены цилиндрическими.which includes a ferromagnetic guide bush, unsupported screwdriver with an annular ferrous magnetic shunt, mechanically connected and magnetically insulated with the specified sleeve, and a cylindrical anchor mounted with the possibility of axial displacement, at the end of which, facing the fixed pole, there is a ring with as far as the anchor is removed from the end face, og1) annealed by the peripheral conical and inner cylindrical surfaces made concentric to the non-moving pole a protrusion limited by round concentric surfaces, with the possibility of introducing it into the cavity of the annular groove and anchor, and on the cylindrical ferromagnetic surface of the armature a non-magnetic antifriction layer of chromium is deposited, the thickness of which is selected from the condition of the eccentricity of the non-magnetic gap between the ferromagnetic surface of the armature and the guide sleeve, not exceeding 0.6, as well as the fact that at the end of the armature there is a protrusion defined by the cylindrical surface of the groove, and the round surfaces of the protrusion are stationary oh pole made cylindrical.

При этом выполнение поверхностей канавки якоря концентрическими и создание на неподви}кном полюсе выступа, ограниченного круглыми концентрическими поверхностями с возможностью внедрения в полость указанной канавки, а также нанесение на цилиндрическую ферромагнитную поверхность якоря немагнитного антифрикционного слоя хрша, толщина которого выбрана из условия эксцентриситета немагнитного зазора между ферромагнитной поверхностью якоря и направляющей втулкой, не превыщающего 0,6, достаточно во всех случаях, т.к. этим повышается точность работы электршагнита за счет улучшения линейности тяговой характеристики на участке рабочего хрда якоря и упрощается конструкция за счет отказа отIn this case, the surfaces of the anchor groove are concentric and the protrusion is created on the fixed pole bounded by round concentric surfaces with the possibility of introducing the specified groove into the cavity, as well as the application of a non-magnetic anti-friction layer of hrs on the cylindrical ferromagnetic surface, the thickness of which is selected from the condition of the eccentricity of the non-magnetic gap between the ferromagnetic surface of the armature and the guide sleeve, not exceeding 0.6, is sufficient in all cases, because this increases the accuracy of the electromagnet operation by improving the linearity of the traction characteristic in the area of the working armature of the armature and simplifies the design due to the rejection of

необходимости применения насыщающегося неподвияшого ферроглагнитного кольцевого шунта.the need for the use of a saturable, impenetrable ferroglagnit ring shunt.

Выполнение на торце якоря выступа, ограниченного цилиндрической поверхностью канавки, расширяет диапазон рабочего хода якоря электромагнита и может использоваться в частных случаях.Performing at the end of the armature of the protrusion, limited by the cylindrical surface of the groove, extends the range of the stroke of the armature of the electromagnet and can be used in special cases.

Выполнение круглых поверхностей выступа неподвижного по.шса цилиндрическими повышает точность работы электромагнита за счет усиления инвариантности, тяговой характеристики к положению якоря в зоне рабочего хода и может примешться в частных случаях.The execution of the round surfaces of the protrusion of the stationary belt with cylindrical increases the accuracy of the electromagnet by increasing the invariance, traction characteristics to the position of the armature in the area of the working stroke and may mix in special cases.

Такое выполнение полезной модели обеспечивает повышение точности работы пропорционального электршагнита и упрощение его конструкции.This embodiment of the utility model improves the accuracy of proportional electromagnet and simplifies its design.

Сущность полезной модели поясняется на чертене фкг.1, где изображена примерная конструкция элвктршагнита, и на фиг.2, где приведены экспериментальные тяговые характеристики пропорционального электршагнита, изготовленного в соответствии с предлагаемой полезной молелью для двух значений тока в катушке возбуждения, причем 1-1 12 .The essence of the utility model is illustrated in the diagram of Fig. 1, which shows an exemplary design of electromagnet, and in Fig. 2, which shows the experimental traction characteristics of a proportional electromagnet manufactured in accordance with the proposed useful molar for two current values in the excitation coil, with 1-1 12 .

Конструктивно пропорциональный электро шгнит состоит из внешнего магнит оп ров од а I, катушки возбуждения 2, внутреннего магнитопровода, расположенного внутри катушки возбуждения, которой включает в себя ферршагнитную направлякгаую втулк;у 3, состоящую из двух магнитопроводящих частей и Ь. и третьей части а из немагнитного материала - латуни, механически соединяющей и магнитоизолирующей части а. и Ь неподвижный полюс 4, на который насажена втулка 3 своей частью Ь,Structurally, the proportional electric motor consists of an external magnet of the I pole, excitation coil 2, an internal magnetic circuit located inside the excitation coil, which includes a ferromagnetic magnetic bushing; for 3, consisting of two magnetically conducting parts and b. and the third part a of non-magnetic material - brass, mechanically connecting and magnetically insulating part a. and b the fixed pole 4, on which the sleeve 3 is mounted with its part b,

внутреннюю полость электромагнита относительно катушки возбуадения. Якорь 7, на цижвдрической ферромагнитной поверхности которогоthe internal cavity of the electromagnet relative to the excitation coil. Anchor 7, on the cijvdric ferromagnetic surface of which

нанесен немагнитный антифрикционный слой хрша, имеет возможность свободно перемещаться в осевом направлении внутри ферромагнитной направляющей втулки 3. Толщина слоя хрома выбирается из условия обеспечения эксцентриситета немагнитного зазора, включающего слой хрома и воздушный зазор, между ферромагнитной поверхностью якоря 7 и ферршагнитной направляющей втужой 3, не превышающего величины 0,6.a non-magnetic anti-friction layer of hrs has been applied, it is able to move axially freely inside the ferromagnetic guide sleeve 3. The thickness of the chromium layer is selected from the condition of ensuring the eccentricity of the non-magnetic gap, including the chromium layer and the air gap, between the ferromagnetic surface of the armature 7 and the ferromagnetic magnetic guide 3, not exceeding values of 0.6.

Втзглки 8 и 9 служат для ограничения хода якоря.Vzglki 8 and 9 are used to limit the course of the anchor.

На торце якоря 7, обращенном к неподвижно1 -1у полюсу, шлеется кольцевая кананка с поперечным сечением, уменьшающимся по мере удаления от торца якоря, ограниченная концентрическими периферийной конической и внутренней цилиндрической поверхностями. На этом же торце якоря выполнен выступ, ограниченный внутренней цилиндрической поверхностью: указанной канавки.At the end of the armature 7, facing the stationary 1-1 pole, an annular canal with a cross section is slitted, decreasing with distance from the end of the armature, limited by concentric peripheral conical and inner cylindrical surfaces. At the same end of the anchor there is a protrusion limited by the inner cylindrical surface: the specified groove.

На неподвижном полюсе 4 выполнен выступ, ограничешшй концентрическими цилиддрическщш поверхностями.At the fixed pole 4 there is a protrusion limited by concentric cylindrical surfaces.

Внутренняя и наружная цилицдрические поверхности выступа неподвижного полюса 4 вместе с внутренней цилиццрической и наружной конической поверхностяк и кольцевой канавки якоря 7, соответственно, образуют два рабочих воздушных зазора электромагнита (цилиндрический и конический).The inner and outer cylindrical surfaces of the protrusion of the fixed pole 4, together with the inner cylindrical and outer conical surface and the annular groove of the armature 7, respectively, form two working air gaps of the electromagnet (cylindrical and conical).

Внутренняя поверхность выступающей за пределы неподвижного полюса 4 части i направляющей втулки 3 и наружная ферршагнитная поверхность якоря образуют немагнитный зазор кольцевого неподвижного ферромагнитного ненасыщенного шунта, параллельный рабочимThe inner surface of the guide sleeve 3, which extends beyond the stationary pole 4 of the part i, and the outer ferromagnetic surface of the armature form a non-magnetic gap of the annular stationary ferromagnetic unsaturated shunt parallel to the working

воздушным зазорам.air gaps.

При протекании тока в катушке 2 якорь 7 притягивается к неподвияшому полюсу 4, развивая при этом усилие, пропорциональное ве.личине тока в катушке, обеспечивая линейность тяговой характеристики, которое практически не зависит от положения якоря в рабочем диапазоне перемещений якоря при неизменной ве яичине тока, обеспечивая инвариантность тяговой характеристики относительно положения якоря.When current flows in coil 2, the armature 7 is attracted to the impenetrable pole 4, while developing a force proportional to the magnitude of the current in the coil, providing a linear traction characteristic that is practically independent of the position of the armature in the operating range of armature movements with a constant current magnitude, ensuring the invariance of the traction characteristic relative to the position of the anchor.

это достигается благодаря выступам на неподвижна 1 полюсе и якоре, ограниченных ци.тшндрическими поверхносттш и немагнитному антифрикционному слою хрома определенной толщины на цилиндрической ферромагнитной поверхности якоря.this is achieved thanks to the protrusions at the fixed 1 pole and the anchor, limited by the cylindrical surfaces and a non-magnetic antifriction layer of chromium of a certain thickness on the cylindrical ferromagnetic surface of the armature.

В начале рабочего хода якоря 7 выступ якоря внедряется в отверстие, образованное внутренней поверхностью выступа неподвшного полюса 4 и усилие, в основном, обусловлено в за содействием выступов якоря и рюподвижного полюса через цилиндрический рабочий воздушный зазор, созданный внутренней поверхностью канавки якоря и внутренней поверхностью выступа неподвижного полюса, алеющий постоянную производную провод-имости. При этом влияние конического рабочего воздушного зазора, созданного конической внешней поверхностью канавки якоря, и наружной цилиндрической поверхностью выступа неподвижного полюса, а также влияние кольцевого ферра 1агнитного шунта неподвиж1 ого полюса на усилие электромагнита незначительно.At the beginning of the working stroke of the armature 7, the armature protrusion is introduced into the hole formed by the inner surface of the protrusion of the fixed pole 4 and the force is mainly due to the assistance of the protrusions of the armature and the movable pole through the cylindrical working air gap created by the inner surface of the anchor groove and the inner surface of the stationary protrusion poles, reddening a constant derivative of wire-property. In this case, the effect of the conical working air gap created by the conical outer surface of the anchor groove and the outer cylindrical surface of the protrusion of the fixed pole, as well as the effect of the ring ferr 1 magnetic shunt of the fixed pole on the electromagnet force, is insignificant.

По мере прибликсения якоря 7 к неподвижншу полюсу 4 происходит насыщение ферромагнитного материала выступа якоря, уменьшается составляющая тягового усилия электромагнита, созданная в щ-злиндриJ.As the armature 7 approaches the fixed pole 4, the ferromagnetic material of the armature protrusion saturates, and the component of the pulling force of the electromagnet created in the u-cylinderJ decreases.

ческал рабочем воздушнш зазоре, но тяговое усилие электромагнита практически не изменяется, т.к. начинает внедряться выступ неподвижного полюса в полхть канавки якоря и начинает расти составляющая тягового ус и ЛИЯ, Созданная в коническш рабочем воздушнш зазоре, шюющем увеличршающуюся по мере перемещения якоря производную проводимости.cheskal working air gap, but the pulling force of the electromagnet is practically unchanged, because the protrusion of the fixed pole begins to be introduced into half the armature grooves and the component of the traction mustache and LIA begins to grow. It is created in a conical working air gap, which sews the derivative of conductivity that increases as the armature moves.

При дальнейшем перешщении ЯБ;ОРЯ составляпцая тягового усилия созданная коническим рабочигл воздушным зазором, увеличиваться в рабочем диапазоне не будет, т.к. вступает в действие кольцевой ферршагнитный шунт неподвшшого полюса, уменьшающий влияние основного рабочего воздушного зазора за счет перераспределения магнитного потока и уменьшения индукции в рабочей зазоре.With the further change of the YaB; ORYa, the component of the traction force created by the conical working needle by the air gap will not increase in the working range, because an annular ferrous magnetic shunt of the unsupported pole comes into effect, reducing the influence of the main working air gap due to the redistribution of the magnetic flux and reducing the induction in the working gap.

Таким образоь, тяговое усилие электромагнита в пределах рабочего хода существенно не изменяется, обеспечивая инвариантность (не завис mi ость) его от полжения якоря.Thus, the pulling force of the electromagnet within the working stroke does not change significantly, ensuring its invariance (independence) from the position of the armature.

Немагнитный слой храла на цилиндрической поверхности якоря толщиной, обеспечивающей величину эксцентриситета между ферршагнитной поверхностью якоря и ферромагнитной направляющей втулкой, не превышающую 0,6, согласно 4 J снижает влияние силы притяжения якоря к поверхности направляющей втулки на тяговое усилие электромагнита до допустимых величин и дополнительно способствует улучшению линейности тяговой характеристики электралагнита.According to 4 J, the non-magnetic layer of the temple on the cylindrical surface of the anchor with a thickness providing an eccentricity between the ferromagnetic surface of the armature and the ferromagnetic guide sleeve does not exceed 0.6, according to 4 J reduces the pulling force of the armature to the surface of the guide sleeve to the electromagnet to acceptable values and further improves linear traction characteristics of electralagnet.

jj

JUffEP yPA:JUffEP yPA:

1.A.G. 1.221172, БИ, 1968, A. 21, класс 21, 2/01, К-ПЖ ГО1о/.1.A.G. 1.221172, BI, 1968, A. 21, class 21, 2/01, K-ПЖ ГО1о /.

2.A.G. A I2073I8, БИ, 1987, 1. 9, IDIF 7/08.2.A.G. A I2073I8, BI, 1987.1.9, IDIF 7/08.

3.Любчик ALA. Оптимальное проектирование силовых электршагнитьих механизмов, М., Энергия, 1974, стр,122-123.3.Alba lover. Optimal design of power electromagnetism mechanisms, M., Energy, 1974, pp. 122-123.

4. oehj droutli und Pneumatlfe, Mainz , l9bl, №5, стр.405-406. ,4. oehj droutli und Pneumatlfe, Mainz, l9bl, No. 5, pp. 405-406. ,

..

Claims

1. A proportional electromagnet containing an external magnetic circuit, an excitation coil, a magnetic circuit inside the coil, which includes a ferromagnetic guide sleeve, a fixed pole with a ferromagnetic ring shunt, mechanically connected and magnetically insulated with the specified sleeve, and a cylindrical armature mounted with axial movement at the end which, facing the fixed pole, has an annular groove with a cross section that decreases with distance from the end of the armature, bounded by the periphery conical and inner cylindrical surfaces, characterized in that the surfaces of the grooves are made concentric, on the fixed pole there is a protrusion defined by round concentric surfaces, with the possibility of penetration into the cavity of the annular groove of the armature, and a non-magnetic antifriction layer of chromium is deposited on the cylindrical ferromagnetic surface of the armature, the thickness of which is selected from the condition of the eccentricity of the nonmagnetic gap between the ferromagnetic surface of the armature and the guide sleeve d, not exceeding ε ≅ 0.6.
2. The electromagnet according to claim 1, characterized in that at the end of the armature there is a protrusion defined by the cylindrical surface of said groove.

3. The electromagnet according to claims 1 and 2, characterized in that the round surfaces of the protrusion of the fixed pole are cylindrical.