RU2774059C1

RU2774059C1 - Vibrator with electromagnetic drive

Info

Publication number: RU2774059C1
Application number: RU2021119909A
Authority: RU
Inventors: Людмила Андреевна Нейман; Владимир Юрьевич Нейман
Filing date: 2021-07-07
Publication date: 2022-06-14

Abstract

FIELD: vibration technology.

SUBSTANCE: invention relates to vibration technology and can be used to perform various technological processes using vibrations. The elastic system of the vibrator with an electromagnetic drive is made in the form of three alternating annular permanent magnets with axial magnetization, located on one axis and facing each other with poles of the same name, repelled by polarity, the middle one of them is rigidly connected to the plate of the armature part of the vibrator with the possibility of vibration in the cavity formed between two other annular permanent magnets, one of which it is attached rigidly to the stator part of the vibrator, and the second is attached rigidly to the thrust plate of the vibrator, in this case, the armature of the electromagnet and the plate of the armature part of the vibrator are mounted on the same axis with a guide sleeve connected by a sliding fit with the stator part of the vibrator and a thrust plate made with central through holes having a diameter equal to the diameter of the guide sleeve installed with the possibility of axial movement.

EFFECT: reduction of noise and energy losses in the mechanical oscillatory system of the vibrator with an electromagnetic drive.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для выполнения различных технологических процессов с использованием вибраций.The invention relates to vibration technology and can be used to perform various technological processes using vibrations.

Известен электромагнитный вибровозбудитель [а.с.1597233 СССР, МКл. В06 В 1/04. Электромагнитный вибровозбудитель // С.Р. Джагаев, Р.Г. Джагаев. - №4418547/24-10; заявл. 12.02.88; опубл. 07.10.90, бюл. №37. - 2 с.], состоящий из размещенного в корпусе электромагнита и якоря, жестко связанного с ярмом, соединенным с корпусом двумя витыми цилиндрическими пружинами, поддерживаемыми плоскими рессорами, закрепленными относительно корпуса через опорный элемент, размещенный по центру ярма со стороны, противоположной электромагниту, причем один край каждой рессоры закреплен относительно корпуса, а другой касается каждого элемента.Known electromagnetic vibration exciter [AS 1597233 USSR, MCL. B06 B 1/04. Electromagnetic vibration exciter // S.R. Dzhagaev, R.G. Dzhagaev. - No. 4418547/24-10; dec. 02/12/88; publ. 07.10.90, bul. No. 37. - 2 pp.], consisting of an electromagnet placed in the body and an armature rigidly connected to the yoke, connected to the body by two coiled coil springs supported by flat springs, fixed relative to the body through a support element located in the center of the yoke from the side opposite to the electromagnet, and one end of each spring is fixed relative to the housing, and the other end touches each element.

К недостаткам известного технического решения электромагнитного вибровозбудителя следует отнести сложность конструкции и ее значительные габариты, а также высокий уровень шума, возникающий от соударения крайних витков и значительное рассеяние энергии, которое обусловлено микросдвигами торцевых частей пружин относительно опорных плоскостей.The disadvantages of the known technical solution of the electromagnetic vibration exciter include the complexity of the design and its significant dimensions, as well as the high noise level arising from the collision of the extreme turns and significant energy dissipation, which is due to microshifts of the end parts of the springs relative to the supporting planes.

Известен электромагнитный вибровозбудитель [а.с.622722 СССР, МКл. B65G 27/18. Электромагнитный вибровозбудитель // А.А. Борьщевский, И.И. Быховский, А.У. Кочиев, С.И. Лукомский, - №1170206/29-33; заявл. 05.06.72; опубл. 19.07.78, бюл. №33. - 3 с.], содержащий якорь с электромагнитом и корпус статора с ярмом, соединенные системой упругих элементов, состоящих из пружин растяжения-сжатия, каждая из которых выполнена в виде цилиндрической втулки, прорезанной в средней части сквозным винтовым пазом, причем, паз выполнен так, что прорезь не доходит до торцов втулки, образуя по краям нерабочие витки фланцы, к которым прикреплены якорь электромагнита и корпус статора.Known electromagnetic vibration exciter [AS 622722 USSR, MCL. B65G 27/18. Electromagnetic vibration exciter // A.A. Borshchevsky, I.I. Bykhovsky, A.U. Kochiev, S.I. Lukomsky, - No. 1170206 / 29-33; dec. 06/05/72; publ. 07/19/78, bul. No. 33. - 3 p.], containing an armature with an electromagnet and a stator housing with a yoke, connected by a system of elastic elements consisting of tension-compression springs, each of which is made in the form of a cylindrical sleeve cut in the middle part with a through screw groove, moreover, the groove is made as follows that the slot does not reach the ends of the bushing, forming non-working turns of flanges along the edges, to which the electromagnet armature and the stator housing are attached.

К недостаткам известного технического решения электромагнитного возбудителя также следует отнести сложность конструкции и ее значительные габаритные размеры.The disadvantages of the known technical solution of the electromagnetic exciter should also include the complexity of the design and its significant overall dimensions.

Значительные габариты известных технических решений возбудителей вызваны сложностью конструкции механической колебательной системы, состоящей из разнесенных на расстояние, не менее ширины конструкции исполнительного электромагнита двух одинаковых колебательных систем, объединенных в одну общую систему.Significant dimensions of the known technical solutions of exciters are caused by the complexity of the design of a mechanical oscillatory system, consisting of two identical oscillatory systems separated by a distance not less than the width of the executive electromagnet structure, combined into one common system.

Кроме того, с ростом частоты колебаний пропорционально возрастают потери энергии, вызванные вязким трением упругих связей, возникающим в материале конструкции пружин в процессе их сжатия и растяжения.In addition, with an increase in the oscillation frequency, the energy losses proportionally increase, caused by the viscous friction of the elastic bonds that arise in the material of the spring structure during their compression and extension.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является вибратор с электромагнитным приводом [Патент РФ 2356647, МКл B06B 1/04. Вибратор резонансного действия с электромагнитным приводом // А.И. Костюк. - 2006103968/28; заявл. 10.02.2006; опубл. 27.05.2009, бюлл. №15. - 7 с.], содержащий соленоидный электромагнит, прикрепленный жестко к статорной части вибратора, якорь электромагнита, прикрепленный жестко к плите якорной части вибратора, плита якорной части вибратора расположена между статорной частью вибратора и упорной плитой и соединена с ними упругой системой с возможностью совершения колебаний вдоль оси вибратора, внутри упругой системы размещен электромагнит, причем якорь электромагнита выполнен в виде удлиненного стержня и предварительно введен в электромагнит на величину

, которая определяется экспериментально.The closest in technical essence to the present invention is a vibrator with an electromagnetic drive [RF Patent 2356647, MCL B06B 1/04. Vibrator of resonant action with electromagnetic drive // A.I. Kostyuk. - 2006103968/28; dec. 02/10/2006; publ. May 27, 2009, bull. No. 15. - 7 C.], containing a solenoid electromagnet attached rigidly to the stator part of the vibrator, an electromagnet anchor attached rigidly to the plate of the anchor part of the vibrator, the plate of the anchor part of the vibrator is located between the stator part of the vibrator and the thrust plate and is connected to them by an elastic system with the possibility of oscillation along the axis of the vibrator, an electromagnet is placed inside the elastic system, and the armature of the electromagnet is made in the form of an elongated rod and is previously inserted into the electromagnet by a value

, which is determined experimentally.

Данное техническое решение принимается в качестве прототипа.This technical solution is taken as a prototype.

В прототипе решена задача упрощения конструкции и уменьшения габаритов, однако, существенными недостатками прототипа являются значительный уровень шума, возникающий в механической упругой системе содержащей винтовые витые пружины от соударения их крайних витков и значительные потери энергии, возникающие при микросдвигах торцевых частей винтовых витых пружин относительно опорных плоскостей, а также потери энергии в процессе их сжатия и растяжения, вызванные внутренним трением упругих связей, величина которых пропорциональна частоте и амплитуде механических колебаний.The prototype solves the problem of simplifying the design and reducing the dimensions, however, the significant disadvantages of the prototype are a significant level of noise that occurs in a mechanical elastic system containing helical coil springs from the collision of their extreme coils and significant energy losses that occur during microshifts of the end parts of helical coil springs relative to the supporting planes , as well as energy losses in the process of their compression and stretching, caused by internal friction of elastic bonds, the magnitude of which is proportional to the frequency and amplitude of mechanical vibrations.

Задачей изобретения является снижение уровня шумов и потерь энергии в механической колебательной системе вибратора с электромагнитным приводом.The objective of the invention is to reduce the level of noise and energy losses in the mechanical oscillatory system of a vibrator with an electromagnetic drive.

Поставленная задача решается тем, что вибратор с электромагнитым приводом, содержащий соленоидный электромагнит, прикрепленный жестко к статорной части вибратора, якорь электромагнита, прикрепленный жестко к плите якорной части вибратора, плита якорной части вибратора расположена между статорной частью вибратора и упорной плитой и соединена с ними упругой системой с возможностью совершения колебаний вдоль оси вибратора, внутри упругой системы размещен электромагнит, причем якорь электромагнита выполнен в виде удлиненного стержня и предварительно введен в электромагнит на величину

, которая определяется экспериментально, при этом упругая система выполнена в виде трех чередующихся кольцевых постоянных магнитов с аксиальной намагниченностью, расположенных на одной оси и обращенных один к другому одноименными полюсами, оттакливаемые полярностью, средний из них жестко связан с плитой якорной части вибратора с возможностью совершения колебаний в образованной полости между двумя другими кольцевыми постоянными магнитами, один из которых прикреплен жестко к статорной части вибратора, а второй прикреплен жестко к упорной плите вибратора, при этом якорь электромагнита и плита якорной части вибратора установлены на одной оси с направляющей втулкой, связанной по скользящей посадке со статорной частью вибратора и упорной плитой, выполненными с центральными сквозными отверстиями, имеющими диаметр, равный диаметру направляющей втулки, установленной с возможностью осевого перемещения.The problem is solved by the fact that the vibrator with an electromagnetic drive, containing a solenoid electromagnet attached rigidly to the stator part of the vibrator, the armature of the electromagnet attached rigidly to the plate of the anchor part of the vibrator, the plate of the anchor part of the vibrator is located between the stator part of the vibrator and the thrust plate and is connected to them by an elastic system with the ability to oscillate along the axis of the vibrator, an electromagnet is placed inside the elastic system, and the armature of the electromagnet is made in the form of an elongated rod and is previously inserted into the electromagnet by a value

, which is determined experimentally, while the elastic system is made in the form of three alternating annular permanent magnets with axial magnetization, located on the same axis and facing one another with the same poles, repelled by polarity, the middle of them is rigidly connected to the plate of the anchor part of the vibrator with the possibility of performing oscillations in the formed cavity between two other annular permanent magnets, one of which is rigidly attached to the stator part of the vibrator, and the second is rigidly attached to the vibrator thrust plate, while the electromagnet armature and the plate of the vibrator anchor part are mounted on the same axis with the guide sleeve connected by a sliding fit with the stator part of the vibrator and the thrust plate, made with central through holes having a diameter equal to the diameter of the guide sleeve, installed with the possibility of axial movement.

Применение предложенной совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат: понизить уровень шумов и потерь энергии в механической колебательной системе вибратора с электромагнитным приводом. Понижение уровня шумов при одновременном снижении потерь энергии в колебательной системе позволяет создать вибратор с упругой системой, использующей эффект отталкивания полюсов постоянных магнитов одинаковой полярности силами двустороннего магнитного взаимодействия.The use of the proposed set of essential features makes it possible to obtain a new technical result: to reduce the level of noise and energy losses in the mechanical oscillatory system of a vibrator with an electromagnetic drive. Reducing the noise level while reducing energy losses in the oscillatory system allows you to create a vibrator with an elastic system that uses the effect of repulsion of the poles of permanent magnets of the same polarity by the forces of bilateral magnetic interaction.

Благодаря этому устраняются существенные недостатки прототипа за счет использования в упругой системе вибратора постоянных магнитов, оттакливаемых одноименной полярностью.This eliminates the significant disadvantages of the prototype due to the use of permanent magnets in the elastic system of the vibrator, repelled by the same polarity.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан продольный разрез вибратора с электромагнитным приводом.The essence of the invention is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section of the vibrator with an electromagnetic drive.

Вибратор с электромагнитным приводом содержит соленоидный электромагнит 1, статорную часть 2 вибратора, якорь 3, выполненный в виде удлиненного стержня, плиту 4 якорной части вибратора, упорную плиту 5, кольцевые постоянные магниты 6, 7 и 8, направляющую втулку 9 и корпус 10. Электромагнит 1 прикреплен жестко к статорной части 2 вибратора. Якорь 3 электромагнита 1 прикреплен жестко к плите 4 якорной части вибратора и неподвижно сцеплен с направляющей втулкой 9, установленной с ними на одной оси.The vibrator with an electromagnetic drive contains a solenoid electromagnet 1, a stator part 2 of the vibrator, an armature 3 made in the form of an elongated rod, a plate 4 of the anchor part of the vibrator, a thrust plate 5, annular permanent magnets 6, 7 and 8, a guide sleeve 9 and a housing 10. The electromagnet 1 is fixed rigidly to the stator part 2 of the vibrator. The armature 3 of the electromagnet 1 is rigidly attached to the plate 4 of the anchor part of the vibrator and is fixedly coupled to the guide sleeve 9 mounted with them on the same axis.

Упругая система вибратора состоит из трех чередующихся кольцевых постоянных магнитов 6, 7 и 8 с аксиальной намагниченностью, обращенных один к другому одноименными полюсами, отталкиваемые одинаковой полярностью и размещенных на одной оси с направляющей втулкой 9.The elastic system of the vibrator consists of three alternating annular permanent magnets 6, 7 and 8 with axial magnetization, facing one another with the same poles, repelled by the same polarity and placed on the same axis with the guide sleeve 9.

Кольцевой постоянный магнит 6, находящийся в средней части жестко сцеплен с плитой 4 якорной части вибратора с возможностью совершения колебаний вдоль оси в образованной полости между двумя другими кольцевыми магнитами 7 и 8. Кольцевой постоянный магнит 7 прикреплен жестко к основанию статорной части 2 вибратора, а кольцевой постоянный магнит 8 прикреплен жестко к упорной плите 5 вибратора. Направляющая втулка 9 связана по скользящей посадке со статорной частью 2 вибратора и упорной плитой 5, которые выполнены с центральными сквозными отверстиями, имеющими диаметр, равный диаметру направляющей втулки 9.The annular permanent magnet 6, located in the middle part, is rigidly coupled to the plate 4 of the anchor part of the vibrator with the possibility of oscillating along the axis in the formed cavity between the other two annular magnets 7 and 8. The annular permanent magnet 7 is rigidly attached to the base of the stator part 2 of the vibrator, and the annular the permanent magnet 8 is rigidly attached to the thrust plate 5 of the vibrator. The guide sleeve 9 is connected in a sliding fit with the stator part 2 of the vibrator and the thrust plate 5, which are made with central through holes having a diameter equal to the diameter of the guide sleeve 9.

Положение упорной плиты 5 неподвижно зафиксировано относительно положения статорной части 2 вибратора с помощью корпуса 10.The position of the thrust plate 5 is fixed relative to the position of the stator part 2 of the vibrator using the housing 10.

Вибратор с электромагнитным приводом работает следующим образом. При обесточенном электромагните 1 кольцевой постоянный магнит 6, отталкиваемый полярностью кольцевых постоянных магнитов 7 и 8, занимает положение устойчивого магнитного равновесия, показанного на чертеже. Благодаря существующим жестким связям, плита 4 якорной части вибратора и якорь 3 также занимают положение устойчивого равновесия в упругой системе, обеспечивая при этом гарантированное введение якоря 3 в электромагнит 1 на величину

, которая определяется экспериментально.Vibrator with electromagnetic drive works as follows. When the electromagnet 1 is de-energized, the annular permanent magnet 6, repelled by the polarity of the annular

permanent magnets

7 and 8, occupies the position of stable magnetic equilibrium shown in the drawing. Due to the existing rigid connections, the plate 4 of the anchor part of the vibrator and the armature 3 also occupy a position of stable equilibrium in the elastic system, while ensuring the guaranteed introduction of the armature 3 into the electromagnet 1 by the value

, which is determined experimentally.

При подключении электромагнита 1 к источнику пульсирующего или переменного электрического тока возникает пульсирующее магнитное поле. Магнитное поле взаимодействует с ферромагнитным якорем 3 электромагнита 1. Вследствие этого магнитного взаимодействия между якорем 3 и электромагнитом 1 возникает пульсирующая электромагнитная сила. Электромагнитная сила одновременно действует на сцепленные с якорем 3 плиту 4 якорной части вибратора, кольцевой постоянный магнит 6 и статорную часть 2 вибратора.When electromagnet 1 is connected to a source of pulsating or alternating electric current, a pulsating magnetic field arises. The magnetic field interacts with the ferromagnetic armature 3 of the electromagnet 1. As a result of this magnetic interaction between the armature 3 and the electromagnet 1, a pulsating electromagnetic force arises. The electromagnetic force simultaneously acts on the plate 4 of the anchor part of the vibrator, the annular permanent magnet 6 and the stator part 2 of the vibrator coupled with the armature 3.

Под действием электромагнитной силы происходит сближение статорной части 2 и якорной части вибратора, включающей плиту 4, кольцевой постоянный магнит 6 и якорь 3.Under the influence of electromagnetic force, the stator part 2 and the anchor part of the vibrator, including the plate 4, the annular permanent magnet 6 and the armature 3, come closer.

При этом сближении происходит нарушение магнитного равновесия в упругой системе кольцевых постоянных магнитов 6, 7 и 8. В этой связи на кольцевой постоянный магнит 6 будет действовать магнитная сила отталкиванияк полярностью и противоположная по направлению движущей электромагнитной силе, стремящаяся вернуть его в положение устойчивого магнитного равновесия.With this approach, magnetic equilibrium is disturbed in the elastic system of ring permanent magnets 6, 7 and 8. In this regard, the ring permanent magnet 6 will be affected by a repulsive magnetic force with polarity and opposite in direction to the driving electromagnetic force, tending to return it to a position of stable magnetic equilibrium.

В моменты времени, когда пульсирующие ток и электромагнитная сила будут стремиться к нулю, кольцевой постоянный магнит 6, отталкиваемый полярностью, а вместе с ним якорная часть вибратора под действием магнитных сил будут возвращать упругую систему в положение устойчивого равновесия, соответствующее обесточенному электромагниту 1.At times when the pulsating current and electromagnetic force will tend to zero, the ring permanent magnet 6, repelled by the polarity, and with it the armature part of the vibrator under the action of magnetic forces will return the elastic system to a position of stable equilibrium, corresponding to a de-energized electromagnet 1.

Частота колебаний вибратора определяется частотой источника электрического тока.The vibration frequency of the vibrator is determined by the frequency of the electric current source.

Силы отталкивания, возникающие в упругой системе определяются площадью поверхности обращенных друг к другу полюсов кольцевых постоянных магнитов, а также магнитными свойствами применяемых при их изготовлении материалов.The repulsive forces arising in an elastic system are determined by the surface area of the poles of ring permanent magnets facing each other, as well as by the magnetic properties of the materials used in their manufacture.

Вибратор с электромагнитным приводом выполнен с возможностью жесткого присоединения к рабочему органу вибрационной машины и вибрационного воздействия с помощью направляющего вала, выполненного на концах с двумя резьбовыми соединениями, либо с помощью непосредственного присоединения к основанию статорной части вибратора.The vibrator with an electromagnetic drive is made with the possibility of rigid attachment to the working body of the vibrating machine and vibration exposure using a guide shaft made at the ends with two threaded connections, or by direct attachment to the base of the stator part of the vibrator.

Таким образом, предложенное решение позволяет понизить уровень шумов и потерь энергии в колебательной системе вибратора с электромагнитным приводом.Thus, the proposed solution makes it possible to reduce the level of noise and energy losses in the oscillatory system of a vibrator with an electromagnetic drive.

Claims

A vibrator with an electromagnetic drive, containing a solenoid electromagnet attached rigidly to the stator part of the vibrator, an electromagnet armature attached rigidly to the plate of the anchor part of the vibrator, the plate of the anchor part of the vibrator is located between the stator part of the vibrator and the thrust plate and connected to them by an elastic system with the possibility of oscillating along axis of the vibrator, an electromagnet is placed inside the elastic system, and the armature of the electromagnet is made in the form of an elongated rod and is previously inserted into the electromagnet by a value

, which is determined experimentally, characterized in that the elastic system is made in the form of three alternating annular permanent magnets with axial magnetization, located on the same axis and facing one another with the same poles, repelled by polarity, the middle of them is rigidly connected to the plate of the anchor part of the vibrator with the possibility oscillations in the formed cavity between two other annular permanent magnets, one of which is rigidly attached to the stator part of the vibrator, and the second is rigidly attached to the vibrator thrust plate, while the electromagnet armature and the plate of the anchor part of the vibrator are installed on the same axis with the guide sleeve connected along sliding fit with the stator part of the vibrator and the thrust plate, made with central through holes having a diameter equal to the diameter of the guide sleeve, installed with the possibility of axial movement.