RU2797934C1

RU2797934C1 - Magnetoelectric load gripper

Info

Publication number: RU2797934C1
Application number: RU2022126620A
Authority: RU
Inventors: Олег Константинович Епифанов; Юрий Валерьевич Гречушкин
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Filing date: 2022-10-12
Publication date: 2023-06-13

Abstract

FIELD: handling operations.

SUBSTANCE: invention relates to load-gripping devices with permanent magnets and can be used for capturing, long-term holding and transportation with subsequent release of ferromagnetic and non-magnetically conductive loads in robotic devices for various purposes. The magnetoelectric load gripper, mainly cylindrical in configuration, contains a yoke, a non-remagnetizable permanent magnet, a control winding coil, an outer pole and is equipped with a transverse pole and a core on which the transverse pole and the coil are fixed. A core and a unidirectionally magnetized magnet are coaxially attached to the yoke, to which the outer pole is also attached coaxially, forming with them in a radial section an W-shaped magnetic circuit, in which, in turn, the core, the yoke and the transverse pole can be made in the form of a monolithic T-shaped magnetic circuit core with magnetic properties of the outer pole. The gripper can be equipped with a ferromagnetic plate mounted on a non-magnetically conductive or ferromagnetic load with low magnetic properties. Between the outer surface of the transverse pole and the inner surface of the outer pole, such a non-magnetic gap is formed that its magnetic resistance to the magnetic flux from the magnet is much greater than the magnetic resistance to the same magnetic flux during the capture of a load passing through the outer pole, the core and the ferromagnetic load or plate, and much less than the magnetic resistance to the same magnetic flux closing through the outer pole and the core in case of no load. When a current pulse is applied to the coil, the attractive gripping force is significantly reduced down to zero due to the removal of the magnetic flux of the magnet from the load or plate by closing it through the transverse pole to the magnet.

EFFECT: increased energy efficiency by increasing the attractive gripping force and reducing energy consumption, simplifying the design, increasing reliability and service life, and expanding the possibilities of use.

5 cl, 7 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относиться к магнитным грузозахватным устройствам с постоянными магнитами и может быть использовано для захвата, длительного удержания и транспортирования с последующим отпусканием ферромагнитных и немагнитопроводящих грузов в робототехнических устройствах различного назначения, в частности в автоматических управляемых устройствах с автономным источником питания.The present invention relates to magnetic load-gripping devices with permanent magnets and can be used for capturing, long-term holding and transportation with subsequent release of ferromagnetic and non-magnetically conductive loads in robotic devices for various purposes, in particular in automatic controlled devices with an autonomous power source.

Известен грузоподъемный захват на постоянных магнитах [патент RU 116137], предназначенный для захвата, удержания, транспортирования и освобождения (отпускания) ферромагнитных грузов, содержащий корпус, с размещенными в нем постоянными магнитами, и поворотный элемент включения и выключения магнитов. Захват и освобождение груза, а также регулировка усилия притяжения захвата осуществляется за счет изменения угла поворота поворотного элемента при помощи механизма привода. Механизм привода, размещенный в верхней части захвата и соединенный кинематической связью с поворотным элементом, выполнен в виде электропривода с мотор-редуктором, шаговым электродвигателем или серводвигателем.Known lifting grip on permanent magnets [patent RU 116137], designed to capture, hold, transport and release (release) ferromagnetic loads, containing a housing with permanent magnets placed in it, and a rotary element for turning on and off the magnets. The capture and release of the load, as well as the adjustment of the force of attraction of the grip, is carried out by changing the angle of rotation of the rotary element using the drive mechanism. The drive mechanism, located in the upper part of the grip and connected by a kinematic connection with the rotary element, is made in the form of an electric drive with a gear motor, a stepper motor or a servomotor.

Недостатком этого грузоподъемного захвата является высокое энергопотребление, невысокий ресурс, низкие надежность и КПД ввиду наличия большого числа составных частей, подвижных элементов и механических связей между ними, электропривода с мотор-редуктором, шаговым электродвигателем или серводвигателем для захвата и освобождения ферромагнитного груза. К недостаткам также следует отнести невозможность захвата и транспортирования груза, не являющегося ферромагнитным и (или) магнитопроводящим.The disadvantage of this lifting grip is high energy consumption, low resource, low reliability and efficiency due to the presence of a large number of components, moving parts and mechanical connections between them, an electric drive with a gear motor, a stepping motor or a servo motor for capturing and releasing a ferromagnetic load. The disadvantages also include the impossibility of capturing and transporting cargo that is not ferromagnetic and (or) magnetically conductive.

Известен грузоподъемный электромагнит [патент RU 2309887], предназначенный для захвата, удержания, транспортирования и освобождения (отпускания) ферромагнитных грузов, содержащий магнитопровод с внутренним и наружным полюсами, катушку (обмотку) управления, выполненную из изолированного провода и имеющую форму кольца, и заливочную массу. Катушка выполнена из трех частей. Первая и третья части катушки управления выполнены из медного провода, содержат по 10-30% от общего числа витков и размещены соответственно вдоль внутреннего и наружного полюса магнитопровода, а вторая часть катушки управления размещена между первой и третьей частями и выполнена из алюминиевого провода большого сечения. Охлаждение первой и третьей части катушки управления производиться передачей тепла на внутренний и наружный полюса магнитопровода. К снижению температуры второй части катушки, находящаяся в наихудших условиях по отводу тепла, приводит уменьшение удельного тепловыделения за счет увеличения ее объема и площади поверхностей. Этим достигается улучшение теплового режима грузоподъемного электромагнита и длительность его непрерывной работы без превышения допустимой для изоляции проводов катушки управления температуры.Known lifting electromagnet [patent RU 2309887], designed to capture, hold, transport and release (release) ferromagnetic loads, containing a magnetic circuit with internal and external poles, a control coil (winding) made of insulated wire and having the shape of a ring, and a casting mass . The coil is made of three parts. The first and third parts of the control coil are made of copper wire, contain 10-30% of the total number of turns and are placed respectively along the inner and outer poles of the magnetic circuit, and the second part of the control coil is located between the first and third parts and is made of aluminum wire of large cross section. Cooling of the first and third parts of the control coil is carried out by heat transfer to the inner and outer poles of the magnetic circuit. To reduce the temperature of the second part of the coil, which is in the worst conditions for heat removal, leads to a decrease in specific heat release due to an increase in its volume and surface area. This achieves an improvement in the thermal regime of the lifting electromagnet and the duration of its continuous operation without exceeding the temperature allowed for the insulation of the wires of the control coil.

Недостатком указанного электромагнита, так и других грузоподъемных электромагнитов такого принципиального решения, является высокое энергопотребление, поскольку захват и удержание (транспортирование) груза осуществляется только при питании катушки управления электрическим током. Это является особенно важным при длительном удержании груза. Также их недостатком является существенное снижение ресурса проводов катушки управления ввиду их нагрева от теплового действия проходящего электрического тока при длительном удержании груза, приводящее к снижению как ресурса (безотказности) электроизоляции проводников в катушке, так и показателей надежности работы электромагнита в целом. К недостаткам следует также отнести невозможность захвата и транспортирования груза, не являющегося ферромагнитным и (или) магнитопроводящим.The disadvantage of this electromagnet, as well as other lifting electromagnets of such a fundamental solution, is high energy consumption, since the capture and retention (transportation) of the load is carried out only when the control coil is powered by electric current. This is especially important when holding a load for a long time. Also, their disadvantage is a significant reduction in the resource of the wires of the control coil due to their heating from the thermal action of the passing electric current with prolonged retention of the load, leading to a decrease in both the resource (reliability) of the electrical insulation of the conductors in the coil, and the reliability indicators of the electromagnet as a whole. The disadvantages should also include the impossibility of capturing and transporting cargo that is not ferromagnetic and (or) magnetically conductive.

Известны, как наиболее близкие аналоги, однотипные магнитоэлектрические захваты - грузоподъемные магнитные устройства с постоянными магнитами для захвата, длительного удержания, транспортирования и освобождения (отпускания) ферромагнитных грузов [авторские свидетельства SU 1068366; SU 1096186, SU 1585271; SU 1636317; патент US 3978441], каждый из которых выполнен П-образным с вертикальными боковыми полюсами (магнитомягкими полюсными пластинами - наружными полюсами), примыкающими при захвате и удержании к ферромагнитному грузу, содержит горизонтально расположенные неперемагничиваемые высококоэрцитивные постоянные магниты и перемагничиваемые низкокоэрцитивные постоянные магниты, размещенные между боковыми полюсами, причем перемагничиваемые постоянные магниты размещены под или над неперемагничиваемыми постоянными магнитами по направлению к ферромагнитному грузу, и обмотки управления, намотанные по одной вокруг каждого перемагничиваемого постоянного магнита по оси его намагничивания N-S (или S-N).Known as the closest analogues, the same type of magnetoelectric grippers - lifting magnetic devices with permanent magnets for capturing, long-term retention, transportation and release (release) of ferromagnetic loads [author's certificate SU 1068366; SU 1096186, SU 1585271; SU 1636317; patent US 3978441], each of which is U-shaped with vertical side poles (soft magnetic pole plates - outer poles), adjacent to the ferromagnetic load during capture and retention, contains horizontally located non-reversible high-coercive permanent magnets and remagnetizable low-coercive permanent magnets placed between the side poles, and the remagnetizable permanent magnets are placed under or above the non-remagnetizable permanent magnets towards the ferromagnetic load, and the control windings are wound one by one around each remagnetizable permanent magnet along its magnetization axis N-S (or S-N).

Захват ферромагнитного груза каждым из указанных близких аналогов осуществляется путем примыкания (приведением в контакт) боковых полюсов магнитоэлектрического захвата к ферромагнитному грузу, подачей на обмотку управления импульса электрического постоянного тока такого направления и величины, что перемагничиваемый постоянный магнит оказывается намагниченным встречно неперемагничиваемому постоянному магниту и их магнитные потоки суммируясь замыкаются через ферромагнитный груз и боковые полюса (магнитомягкие полюсные пластины), создавая притягивающую силу (силу притяжения, удержания) между последними и ферромагнитным грузом, происходит захват, удержание ферромагнитного груза и его последующий перенос (транспортирование) до требуемого места благодаря постоянным магнитам, при этом удержание груза осуществляется в обесточенном состоянии обмотки управления.The capture of a ferromagnetic load by each of the indicated close analogs is carried out by adjoining (bringing into contact) the side poles of the magnetoelectric grip to the ferromagnetic load, applying to the control winding an electric direct current pulse of such a direction and magnitude that the remagnetized permanent magnet turns out to be magnetized oppositely to the non-reversible permanent magnet and their magnetic the flows summing up are closed through the ferromagnetic load and the side poles (soft magnetic pole plates), creating an attractive force (force of attraction, holding) between the latter and the ferromagnetic load, the ferromagnetic load is captured, retained and its subsequent transfer (transportation) to the required place due to permanent magnets, in this case, the load is held in the de-energized state of the control winding.

Отпускание груза каждым из указанных близких аналогов осуществляется путем подачи на обмотку управления импульса электрического постоянного тока такого обратного направления и величины, который изменяет направление намагничивания перемагничиваемого постоянного магнита на противоположное, т.е. неперемагничиваемый и перемагничиваемые постоянные магниты оказываются намагниченными согласно по отношению друг к другу и их магнитные потоки замыкаются через них, и соответственно суммарный магнитный поток, проходящий через ферромагнитный груз, а следовательно и притягивающая сила (сила притяжения, удержания) падают до величины, меньшей величины веса ферромагнитного груза и последний магнитоэлектрическим захватом отпускается (груз отцепляется от боковых полюсов магнитоэлектрического захвата под собственным весом). Перемагничиваемый постоянный магнит в этом случае шунтирует магнитный поток неперемагничиваемого постоянного магнита.The release of the load by each of the indicated close analogs is carried out by applying to the control winding a pulse of electric direct current of such a reverse direction and magnitude, which changes the direction of magnetization of the remagnetized permanent magnet to the opposite, i.e. non-remagnetizable and remagnetizable permanent magnets turn out to be magnetized according to each other and their magnetic fluxes close through them, and accordingly the total magnetic flux passing through the ferromagnetic load, and hence the attractive force (force of attraction, retention) fall to a value less than the value of the weight ferromagnetic load and the latter is released by the magnetoelectric gripper (the load is unhooked from the side poles of the magnetoelectric gripper under its own weight). The remagnetizable permanent magnet in this case shunts the magnetic flux of the non-remagnetizable permanent magnet.

К недостаткам указанных близких аналогов следует отнести высокое энергопотребление при захвате и отпускании ферромагнитного груза, поскольку для перемагничивания (изменения направления намагничивания) перемагничиваемого постоянного магнита требуется импульс постоянного электрического тока высокой энергии, достаточной для создания магнитодвижущей силы (далее - МДС), равной МДС неперемагничиваемых магнитов и превосходящей МДС перемагничиваемого магнита не менее, чем в два раза, и как следствие импульсный термоудар от теплового действия электрического тока в обмотке управления, снижающий как ресурс (безотказность) электроизоляции проводников в обмотке, так и показателей надежности работы захвата в целом. К недостаткам аналогов также следует отнести, в силу их принципиальных решений, относительно большое число узлов и деталей, присущее многоэлементным конструкциям, принципиальную невозможность выполнения их цилиндрических конструкций, которые как известно обладают большей энергоэффективностью, и невозможность захвата и транспортирования груза, не являющегося ферромагнитным и (или) магнитопроводящим.The disadvantages of these close analogues include high energy consumption when capturing and releasing a ferromagnetic load, since in order to remagnetize (change the direction of magnetization) a remagnetizable permanent magnet requires a pulse of direct electric current of high energy sufficient to create a magnetomotive force (hereinafter referred to as MMF) equal to the MMF of non-remagnetizable magnets and exceeding the MMF of the remagnetizable magnet by at least two times, and as a result, a pulsed thermal shock from the thermal action of the electric current in the control winding, which reduces both the resource (reliability) of the electrical insulation of the conductors in the winding, and the reliability indicators of the grip as a whole. The disadvantages of analogs should also be attributed, due to their fundamental solutions, a relatively large number of components and parts inherent in multi-element structures, the fundamental impossibility of making their cylindrical structures, which, as you know, are more energy efficient, and the impossibility of capturing and transporting cargo that is not ferromagnetic and ( or) magnetically conductive.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, принятым в качестве прототипа, является грузоподъемное магнитное устройство - магнитоэлектрический захват [авторское свидетельство SU 735547], предназначенный для захвата, длительного удержания, транспортирования и освобождения ферромагнитного груза, принципиальное решение которого заключается в том, что устройство - прототип выполнено в виде горизонтально расположенного прямоугольного плоского магнитопроводящего ярма, двух прямоугольных или цилиндрических неперемагничиваемых высококоэрцитивных постоянных магнитов, которые закреплены на противоположных сторонах горизонтальной плоскости указанного ярма друг против друга так, что их оси намагничивания параллельны, а направления намагничивания N-S противоположны и перпендикулярны горизонтальной плоскости указанного ярма, и к которым в свою очередь по их оси намагничивания в направлении к ферромагнитному грузу примыкают по одному прямоугольному или цилиндрическому наружному боковому магнитопроводящему полюсному наконечнику (наружный полюс), образуя вместе с ними и указанным ярмом П-образный магнитопровод, а между этими полюсными наконечниками под неперемагничиваемыми постоянными магнитами по направлению к ферромагнитному грузу закреплен прямоугольный или цилиндрический перемагничиваемый низкокоэрцитивный постоянный магнит, ось намагничивания которого перпендикулярна осям намагничивания неперемагничиваемых высококоэрцитивных постоянных магнитов; при этом вокруг перемагничиваемого постоянного магнита намотана перпендикулярно оси его намагничивания обмотка управления в виде катушки, а вокруг каждого из неперемагничиваемых постоянных магнитов, также перпендикулярно осям их намагничивания, намотаны в виде катушек по одной обмотке регулирования.The closest analogue of the proposed invention, adopted as a prototype, is a lifting magnetic device - a magnetoelectric gripper [author's certificate SU 735547], designed to capture, long-term retention, transportation and release of a ferromagnetic load, the fundamental solution of which is that the device - the prototype is made in the form of a horizontally located rectangular flat magnetically conductive yoke, two rectangular or cylindrical non-remagnetizable high-coercivity permanent magnets, which are fixed on opposite sides of the horizontal plane of the specified yoke against each other so that their magnetization axes are parallel, and the magnetization directions N-S are opposite and perpendicular to the horizontal plane of the specified yoke, and to which, in turn, along their axis of magnetization in the direction to the ferromagnetic load, one rectangular or cylindrical outer side magnetically conductive pole piece (outer pole) is adjacent, forming together with them and the specified yoke a U-shaped magnetic circuit, and between these pole pieces under non-remagnetizable a rectangular or cylindrical remagnetizable low-coercivity permanent magnet is fixed by permanent magnets towards the ferromagnetic load, the magnetization axis of which is perpendicular to the magnetization axes of non-remagnetizable high-coercivity permanent magnets; at the same time, a control winding in the form of a coil is wound around the remagnetizable permanent magnet perpendicular to the axis of its magnetization, and around each of the non-remagnetizable permanent magnets, also perpendicular to their magnetization axes, one control winding is wound in the form of coils.

Захват груза осуществляется подачей на обмотку управления импульса электрического постоянного тока такого направления и величины, что перемагничиваемый постоянный магнит оказывается намагниченным встречно неперемагничиваемым постоянным магнитам. Синхронно с импульсом электрического постоянного тока, подаваемым в обмотку управления, в обмотки регулирования подается импульс электрического постоянного тока, который ослабляет неперемагничиваемые постоянные магниты, тем самым способствует указанному перемагничиванию перемагничиваемого постоянного магнита, снижая препятствование перемагничиванию со стороны неперемагничиваемых постоянных магнитов. В результате после прекращения подачи обоих импульсов электрического постоянного тока неперемагничиваемый и перемагничиваемые постоянные магниты оказываются намагничены встречно по отношению друг к другу и их суммарный магнитный поток проходит через ферромагнитный груз, создавая рабочую силу тяжения - притягивающую силу (силу притяжения, удержания). Таким образом захват и удержание ферромагнитного груза осуществляется грузоподъемным магнитным устройством в обесточенном состоянии.The capture of the load is carried out by applying to the control winding a pulse of electric direct current of such a direction and magnitude that the remagnetizable permanent magnet turns out to be magnetized counter-non-remagnetizable permanent magnets. Synchronously with the DC electrical pulse applied to the control winding, a DC electrical pulse is applied to the control windings, which weakens the non-reversible permanent magnets, thereby contributing to said remagnetization of the remagnetizable permanent magnet, reducing the interference of the non-reversible permanent magnets with remagnetization. As a result, after the supply of both pulses of electric direct current is stopped, the non-remagnetizable and remagnetizable permanent magnets are magnetized opposite to each other and their total magnetic flux passes through the ferromagnetic load, creating the working force of tension - an attractive force (force of attraction, retention). Thus, the capture and retention of a ferromagnetic load is carried out by a lifting magnetic device in a de-energized state.

Отпускание груза осуществляется подачей на обмотку управления импульса электрического постоянного тока такого обратного направления, который изменяет направление намагничивания перемагничиваемого постоянного магнита на противоположное. Синхронно с этим импульсом электрического постоянного тока, подаваемым в обмотку управления, в обмотки регулирования подается импульс электрического постоянного тока, домагничивающий неперемагничиваемые постоянные магниты, тем самым способствует указанному перемагничиванию перемагничиваемого постоянного магнита. В результате неперемагничиваемый и перемагничиваемые постоянные магниты оказываются намагниченными согласно по отношению друг к другу и большая часть суммарного магнитного потока от неперемагничиваемого и перемагничиваемого постоянных магнитов замыкается через них, а часть оставшегося суммарного магнитного потока, проходящего через ферромагнитный груз, существенно снижается и соответственно снижается притягивающая сила (сила притяжения, удержания) груза до величины, меньшей величины его веса и последний грузоподъемным магнитным устройством отпускается (груз отцепляется от наружных боковых магнитопроводящих полюсных наконечников под собственным весом). Перемагничиваемый постоянный магнит в этом случае нейтрализует (шунтирует) магнитный поток неперемагничиваемых постоянных магнитов по отношению к ферромагнитному грузу.The release of the load is carried out by applying to the control winding a pulse of electric direct current of such a reverse direction, which changes the direction of magnetization of the remagnetized permanent magnet to the opposite one. Synchronously with this DC electrical pulse applied to the control winding, a DC electrical pulse is applied to the regulation windings to magnetize the non-reversible permanent magnets, thereby contributing to said remagnetization of the remagnetizable permanent magnet. As a result, the non-remagnetizable and remagnetizable permanent magnets turn out to be magnetized according to each other and most of the total magnetic flux from the non-remagnetizable and remagnetizable permanent magnets closes through them, and part of the remaining total magnetic flux passing through the ferromagnetic load is significantly reduced and, accordingly, the attractive force is reduced. (force of attraction, retention) of the load to a value less than its weight and the latter is released by a lifting magnetic device (the load is unhooked from the outer side magnetically conductive pole pieces under its own weight). The remagnetizable permanent magnet in this case neutralizes (shunts) the magnetic flux of non-remagnetizable permanent magnets in relation to the ferromagnetic load.

К недостаткам указанного прототипа следует отнести высокое энергопотребление при захвате и отпускании ферромагнитного груза, поскольку для перемагничивания перемагничиваемого постоянного магнита (изменения направления намагничивания - направления магнитного потока на противоположное) и ослабления неперемагничиваемых постоянных магнитов требуются импульсы электрического постоянного тока высокой энергии, достаточной для создания МДС, близкой по величине к МДС неперемагничиваемых постоянных магнитов и создания МДС, превосходящей МДС перемагничиваемого постоянного магнита не менее, чем в два раза, и как следствие возникает импульсный термоудар от теплового действия электрического постоянного тока в обмотках управления и регулирования, снижающий как ресурс (безотказность) электроизоляции проводников в обмотках, так и показателей надежности работы грузоподъемного магнитного устройства в целом. Важным недостатком прототипа также является сложность конструкции в силу его принципиального решения, предполагающего относительно большое число узлов и деталей, присущее многоэлементным устройствам такого типа, что снижает показатели его надежности. Также его недостатками являются невозможность захвата, удержания, транспортирования и освобождения (отпускания) груза, не являющегося ферромагнитным и (или) магнитопроводящим или обладающего низкими магнитными свойствами, а также невозможность выполнения его в виде цилиндрической конструкции, которая как известно обладает большей энергоэффективностью и удельной грузоподъемностью или обладает меньшими массо-габаритными размерами при той же энергоэффективности и удельной грузоподъемности, из-за разнонаправленности осей (направлений) намагничивания неперемагничиваемых постоянных магнитов, что исключает возможность их замыкания в кольцо (реализации кольцевого - цилиндрического постоянного магнита) в силу принципиального решения прототипа и, соответственно, исключает возможность замыкания в кольцо плоского ярма, наружного полюса и перемагничиваемого постоянного магнита с его катушкой обмотки управления. Принципиальное решение прототипа позволяет организовать конструкцию только в виде двух обращенных друг к другу секторов наружного полюса с их разнонаправленными по направлению намагниченности неперемагничиваемыми постоянными магнитами. Кольцевая же конструкция магнитоэлектрического захвата позволяет максимально эффективно использовать энергию неперемагничиваемого постоянного магнита и магнитомягкого материала (магнитопровода) наружного полюса и ярма.The disadvantages of this prototype include high energy consumption when capturing and releasing a ferromagnetic load, since to remagnetize a remagnetizable permanent magnet (change the direction of magnetization - the direction of the magnetic flux to the opposite) and weaken non-reversible permanent magnets, high-energy DC electric pulses are required, sufficient to create MMF, close in magnitude to the MMF of non-remagnetizable permanent magnets and the creation of an MMF that exceeds the MMF of a remagnetizable permanent magnet by at least two times, and as a result, a pulsed thermal shock occurs from the thermal action of an electric direct current in the control and regulation windings, which reduces both the resource (reliability) of electrical insulation conductors in the windings, and indicators of the reliability of the operation of the lifting magnetic device as a whole. An important disadvantage of the prototype is also the complexity of the design due to its fundamental solution, which involves a relatively large number of components and parts inherent in multi-element devices of this type, which reduces its reliability. Also, its disadvantages are the inability to capture, hold, transport and release (release) a load that is not ferromagnetic and (or) magnetically conductive or has low magnetic properties, as well as the impossibility of making it in the form of a cylindrical structure, which, as you know, has greater energy efficiency and specific load capacity. or has smaller overall dimensions with the same energy efficiency and specific load capacity, due to the multidirectional axes (directions) of magnetization of non-reversible permanent magnets, which excludes the possibility of their closing into a ring (implementation of an annular - cylindrical permanent magnet) due to the fundamental solution of the prototype and, accordingly, it eliminates the possibility of a flat yoke, an outer pole and a remagnetizable permanent magnet with its control winding coil closing into a ring. The fundamental solution of the prototype allows you to organize the structure only in the form of two sectors of the outer pole facing each other with their multidirectional non-reversible permanent magnets in the direction of magnetization. The annular design of the magnetoelectric gripper allows the most efficient use of the energy of a non-reversible permanent magnet and a soft magnetic material (magnetic core) of the outer pole and yoke.

Задачей заявляемого изобретения является создание магнитоэлектрического захвата груза с повышенной энергоэффективностью и пониженным энергопотреблением, упрощенной конструкции и технологии ее изготовления, повышенными надежностью и ресурсом работы, с расширенными возможностями использования, а также устранение вышеперечисленных недостатков известных прототипа и аналогов.The objective of the claimed invention is to create a magnetoelectric cargo grip with increased energy efficiency and reduced energy consumption, a simplified design and technology for its manufacture, increased reliability and service life, with extended use, as well as eliminating the above disadvantages of the known prototype and analogues.

Решаемыми техническими проблемами в заявляемом изобретении являются упрощение конструкции и технологии ее изготовления, повышение энергоэффективности при захвате, удержании, транспортировании и отпускании как ферромагнитных, так и немагнитопроводящих (неферромагнитных) грузов, с низким (пониженным) энергопотреблением и соответственно обеспечением возможности электропитания от малогабаритного автономного источника пониженной электрической мощности и возможностью работы магнитоэлектрического захвата в составе автоматических устройств длительного рабочего цикла с повышенными ресурсом (безотказностью) и надежностью путем иного, чем в известных прототипе и аналогах, принципиального решения конструкции магнитоэлектрического захвата груза.Solved technical problems in the claimed invention are the simplification of the design and technology of its manufacture, increasing energy efficiency when capturing, holding, transporting and releasing both ferromagnetic and non-magnetically conductive (non-ferromagnetic) goods, with low (reduced) energy consumption and, accordingly, providing the possibility of power supply from a small-sized autonomous source reduced electrical power and the possibility of operation of the magnetoelectric gripper as part of automatic devices for a long working cycle with increased resource (reliability) and reliability by means of a fundamental solution to the design of the magnetoelectric gripper of the load other than in the known prototype and analogues.

Технические результаты, достигаемые предлагаемым изобретением, состоят в повышении энергоэффективности за счет повышения притягивающей силы захвата - удельной грузоподъемности захвата и одновременного снижения энергопотребления, в упрощении конструкции и технологии ее изготовления с одновременным уменьшением количества (объема) активного магнитотвердого материала - постоянных магнитов и проводниковых материалов обмотки управления, в повышении надежности и ресурса работы, в расширении возможностей использования за счет расширения номенклатуры захватываемых грузов как ферромагнитных с различными магнитными свойствами, в т.ч. низкими, так и немагнитопроводящих (неферромагнитных).The technical results achieved by the invention are to increase energy efficiency by increasing the attractive grip force - the specific load capacity of the grip and at the same time reducing energy consumption, simplifying the design and manufacturing technology while reducing the amount (volume) of the active magnetically hard material - permanent magnets and conductive winding materials control, in increasing the reliability and service life, in expanding the possibilities of use by expanding the range of captured cargoes as ferromagnetic with different magnetic properties, incl. low and non-magnetically conductive (non-ferromagnetic).

Достижение указанных технических результатов в предлагаемом магнитоэлектрическом захвате груза обеспечивается существенными признаками, отдельными и в совокупности, заявляемого изобретения, обусловленными как принципиальными и конструктивными техническими решениями захвата, так и его функциональными характеристиками.The achievement of these technical results in the proposed magnetoelectric cargo grip is provided by the essential features, individual and in the aggregate, of the claimed invention, due to both the fundamental and constructive technical solutions of the grip, and its functional characteristics.

Для решения поставленной задачи и достижения указанных технических результатов, предлагаемый магнитоэлектрический захват груза по п. 1 формулы изобретения, преимущественно по конфигурации цилиндрический, содержащий плоское ярмо (далее - ярмо), неперемагничиваемый постоянный магнит, катушку обмотки управления и наружный полюс, снабжен сердечником и поперечным полюсом, при этом плоское ярмо выполнено в виде диска, постоянный магнит и поперечный полюс выполнены кольцевыми, сердечник и наружный полюс выполнены соответственно в виде цилиндра и полого цилиндра, а постоянный магнит выполнен высококоэрцитивным и намагничен однонаправлено по оси перпендикулярной к его торцевой плоскости, причем диаметры наружных поверхностей постоянного магнита, наружного полюса и плоского ярма одинаковы (приближенно равны), диаметр сердечника одинаков (приближенно равен) с диаметром внутренней поверхности кольца поперечного полюса и меньше диаметра внутренней поверхности наружного полюса, который больше диаметра наружной поверхности поперечного полюса, при этом к одной плоскости ярма прикреплены соосно с ним сердечник и постоянный магнит, к которому с его противоположной стороны от плоского ярма прикреплен также соосно своей плоской поверхностью наружный полюс, образуя с ними в радиальном сечении Ш-образный магнитопровод, причем противоположные, относительно плоского ярма, торцевые поверхности наружного полюса и сердечника примыкают к поверхности ферромагнитного груза при его захвате, а поперечный полюс своей внутренней поверхностью закреплен на наружной поверхности сердечника на осевом расстоянии от плоского ярма большем или равном толщине постоянного магнита, но в пределах осевой длины наружного полюса, при этом на цилиндрической поверхности сердечника намотана и закреплена катушка обмотки управления, примыкающая к противоположной, относительно плоского ярма, плоскости кольца поперечного полюса, а образованный немагнитный зазор между диаметральными наружной поверхностью поперечного полюса и внутренней поверхностью наружного полюса выполнен таким, что его магнитное сопротивление магнитному потоку от постоянного магнита при его прохождении через него и поперечный полюс намного больше, чем магнитное сопротивление магнитному потоку от постоянного магнита, проходящему через торцевые поверхности наружного полюса и сердечника и через ферромагнитный груз при его захвате, и намного меньше магнитного сопротивления магнитному потоку от постоянного магнита, замыкающемуся через эти же торцевые поверхности наружного полюса и сердечника при отсутствии ферромагнитного груза, причем площади торцевых поверхностей наружного полюса S₁ и сердечника S₂ со стороны ферромагнитного груза одинаковы, площадь торцевой поверхности постоянного магнита S₃, примыкающей к наружному полюсу, больше площади наружной диаметральной поверхности поперечного полюса S₄, обращенной к немагнитному зазору, а отношение площади S₁ или S₂ со стороны ферромагнитного груза к площади S₃ равно отношению остаточной индукции B_r постоянного магнита к максимальной магнитной индукции В_макс ненасыщенного в магнитном отношении материала наружного полюса или сердечника и выполняется условие 0,5<(S₁/S₃)=(S₂/S₃)=(B_r/В_макс)<l, при этом толщина постоянного магнита d_m по направлению его намагничивания превышает величину немагнитного зазора δ по направлению прохождения через него магнитного потока и удовлетворяется соотношение 1<(d_m×S₄)/(δ×S₃)≤10, а наружный полюс, ярмо, сердечник и поперечный полюс выполнены из магнитомягких материалов с одинаковыми или близкими магнитными свойствами.To solve the problem and achieve the indicated technical results, the proposed magnetoelectric load grab according to claim 1 of the claims, mainly cylindrical in configuration, containing a flat yoke (hereinafter referred to as the yoke), a non-reversible permanent magnet, a control winding coil and an outer pole, is equipped with a core and a transverse pole, while the flat yoke is made in the form of a disk, the permanent magnet and the transverse pole are made annular, the core and the outer pole are made respectively in the form of a cylinder and a hollow cylinder, and the permanent magnet is made high-coercive and magnetized unidirectionally along the axis perpendicular to its end plane, and the diameters outer surfaces of the permanent magnet, outer pole and flat yoke are the same (approximately equal), the diameter of the core is the same (approximately equal) with the diameter of the inner surface of the ring of the transverse pole and less than the diameter of the inner surface of the outer pole, which is greater than the diameter of the outer surface of the transverse pole, while to one plane of the yoke, a core and a permanent magnet are attached coaxially with it, to which, on its opposite side from the flat yoke, the outer pole is also attached coaxially with its flat surface, forming with them in a radial section an W-shaped magnetic circuit, and the opposite, relative to the flat yoke, end surfaces of the outer the poles and the core are adjacent to the surface of the ferromagnetic load when it is captured, and the transverse pole with its inner surface is fixed on the outer surface of the core at an axial distance from the flat yoke greater than or equal to the thickness of the permanent magnet, but within the axial length of the outer pole, while on the cylindrical surface of the core the coil of the control winding is wound and fixed, adjacent to the opposite, relatively flat yoke, plane of the transverse pole ring, and the formed non-magnetic gap between the diametrical outer surface of the transverse pole and the inner surface of the outer pole is made such that its magnetic resistance to the magnetic flux from a permanent magnet during its passage through it and the transverse pole is much greater than the magnetic resistance to the magnetic flux from a permanent magnet passing through the end surfaces of the outer pole and the core and through the ferromagnetic load when it is captured, and much less than the magnetic resistance to the magnetic flux from a permanent magnet closing through the same end surfaces the outer pole and the core in the absence of a ferromagnetic load, and the areas of the end surfaces of the outer pole S ₁ and the core S ₂ from the side of the ferromagnetic load are the same, the area of the end surface of the permanent magnet S ₃ adjacent to the outer pole is greater than the area of the outer diametrical surface of the transverse pole S ₄ , facing the non-magnetic gap, and the ratio of the area S ₁ or S ₂ from the side of the ferromagnetic load to the area S ₃ is equal to the ratio of the residual induction B _r of the permanent magnet to the maximum magnetic induction B _max of the magnetically unsaturated material of the outer pole or core and the condition 0.5 <(S ₁ /S ₃ )=(S ₂ /S ₃ )=(B _r /B _max )<l, while the thickness of the permanent magnet d _m in the direction of its magnetization exceeds the value of the non-magnetic gap δ in the direction of passage of the magnetic flux through it and the ratio 1<(d _m ×S ₄ )/(δ×S ₃ )≤10 is satisfied, and the outer pole, yoke, core and transverse pole are made of soft magnetic materials with the same or similar magnetic properties.

Термин «одинаково» интерпретируется как эквивалент термину «приближенно равно» - « ≈ » [ГОСТ Р 54521-2011, стр. 6, п. 7.5].The term "equally" is interpreted as equivalent to the term "approximately equal" - "≈" [GOST R 54521-2011, p. 6, p. 7.5].

Благодаря такому принципиальному техническому и конструктивно-технологическому решению предлагаемого магнитоэлектрического захвата достигается максимально высокая энергоэффективность использования запасенной магнитной энергии высококоэрцитивного постоянного магнита и, соответственно, максимальная удельная грузоподъемность (притягивающая сила) для захвата, удержания и транспортирования ферромагнитного груза за счет максимального использования магнитомягких материалов в предлагаемой конструкции магнитоэлектрического захвата и ферромагнитного груза с отсутствием магнитных насыщений при максимальном значении магнитной проницаемости и минимальными магнитными потерями, в частности от рассеяния магнитного потока постоянного магнита в ней и от неравномерности магнитных свойств составных частей конструкции захвата, что обеспечивается выполнением предлагаемого магнитоэлектрического захвата груза по конфигурации цилиндрическим за счет введения сердечника, выполнения неперемагничиваемого постоянного магнита высокоэрцитивным сплошным кольцевым с однонаправленным намагничиванием по оси, перпендикулярной к его торцевой плоскости (аксиальное - осевое намагничивание), выполнения магнитомягких сердечника и наружного полюса - соответственно в виде цилиндра и полого цилиндра, а поперечного полюса и плоского ярма - соответственно кольцевым и дисковым, организацией в радиальном сечении конструкции захвата Ш-образного магнитопровода и замыканием по нему и ферромагнитному грузу магнитного потока неперемагничиваемого постоянного магнита за счет того, что диаметры наружных поверхностей постоянного магнита, наружного полюса и плоского ярма выполнены одинаковыми, к одной плоскости ярма прикреплены соосно с ним сердечник и постоянный магнит, к которому с его противоположной стороны от плоского ярма прикреплен также соосно своей плоской поверхностью наружный полюс, причем площади торцевых поверхностей наружного полюса S₁ и сердечника S₂ со стороны ферромагнитного груза, примыкающие к нему при захвате, одинаковы, а отношение площади S₁ или S₂ со стороны ферромагнитного груза к площади S₃ торцевой поверхности постоянного магнита, примыкающей к наружному полюсу, равно отношению остаточной индукции постоянного магнита B_r к максимальной магнитной индукции В_макс ненасыщенного в магнитном отношении материала наружного полюса или сердечника и выполняется условие 0,5<(S₁/S₃)=(S₂/S₃)=(B_r/В_макс)<l, при этом наружный полюс, ярмо и сердечник выполнены из магнитомягких материалов с одинаковыми или близкими магнитными свойствами.Thanks to such a fundamental technical and constructive-technological solution of the proposed magnetoelectric gripper, the highest energy efficiency of using the stored magnetic energy of a high-coercive permanent magnet is achieved and, accordingly, the maximum specific load capacity (attractive force) for capturing, holding and transporting a ferromagnetic load due to the maximum use of soft magnetic materials in the proposed design of the magnetoelectric gripper and ferromagnetic load with no magnetic saturation at the maximum value of magnetic permeability and minimal magnetic losses, in particular, from the scattering of the magnetic flux of the permanent magnet in it and from the uneven magnetic properties of the components of the gripper structure, which is ensured by the implementation of the proposed magnetoelectric gripper of the load according to the cylindrical configuration due to the introduction of a core, the implementation of a non-remagnetizable permanent magnet as a high-energy solid ring magnet with unidirectional magnetization along an axis perpendicular to its end plane (axial - axial magnetization), the implementation of a magnetically soft core and an outer pole - respectively in the form of a cylinder and a hollow cylinder, and a transverse pole and a flat yoke - respectively annular and disk, organization in the radial section of the structure of the capture of the W-shaped magnetic circuit and closing the magnetic flux of a non-reversible permanent magnet along it and the ferromagnetic load due to the fact that the diameters of the outer surfaces of the permanent magnet, the outer pole and the flat yoke are made the same, to one plane of the yoke, a core and a permanent magnet are attached coaxially with it, to which, on its opposite side from the flat yoke, an outer pole is also attached coaxially with its flat surface, and the areas of the end surfaces of the outer pole S ₁ and core S ₂ from the side of the ferromagnetic load, adjacent to it at capture are the same, and the ratio of the area S ₁ or S ₂ from the side of the ferromagnetic load to the area S ₃ of the end surface of the permanent magnet adjacent to the outer pole is equal to the ratio of the residual induction of the permanent magnet B _r to the maximum magnetic induction B _max of the magnetically unsaturated material of the outer pole or core and the condition 0.5<(S ₁ /S ₃ )=(S ₂ /S ₃ )=(B _r /V _max )<l is fulfilled, while the outer pole, yoke and core are made of magnetically soft materials with the same or similar magnetic properties.

Вместе с тем, благодаря тому, что предлагаемый магнитоэлектрический захват снабжен кольцевым поперечным полюсом, диаметр сердечника и диаметр внутренней поверхности кольца поперечного полюса одинаковы и меньше диаметра внутренней поверхности наружного полюса, который больше диаметра наружной поверхности поперечного полюса, а поперечный полюс своей внутренней поверхностью закреплен на наружной поверхности сердечника на осевом расстоянии от плоского ярма большем или равным толщине постоянного магнита, но в пределах осевой длины наружного полюса, при этом на цилиндрической поверхности сердечника намотана и закреплена катушка обмотки управления, примыкающая к противоположной, относительно плоского ярма, плоскости кольца поперечного полюса, а образованный немагнитный зазор между диаметральными наружной поверхностью поперечного полюса и внутренней поверхностью наружного полюса выполнен таким, что его магнитное сопротивление магнитному потоку от постоянного магнита при его прохождении через него и поперечный полюс намного больше, чем магнитное сопротивление магнитному потоку от постоянного магнита, проходящему через торцевые поверхности наружного полюса и сердечника и через ферромагнитный груз при его захвате, и намного меньше магнитного сопротивления магнитному потоку от постоянного магнита, замыкающемуся через эти же торцевые поверхности наружного полюса и сердечника при отсутствии ферромагнитного груза, площадь торцевой поверхности постоянного магнита S₃, примыкающей к наружному полюсу, больше площади наружной диаметральной поверхности поперечного полюса S₄, обращенной к немагнитному зазору, а отношение площади S₁ или S₂ со стороны ферромагнитного груза к площади S₃ равно отношению остаточной индукции постоянного магнита B_r к максимальной магнитной индукции В_макс ненасыщенного в магнитном отношении материала наружного полюса или сердечника и выполняется условие 0,5<(S₁/S₃)=(S₂/S₃)=(B_r/В_макс)<l, при этом толщина постоянного магнита d_m по направлению его намагничивания превышает величину немагнитного зазора δ по направлению прохождения через него магнитного потока и удовлетворяется соотношение 1<(d_m×S₄)/(δ×S₃)≤10, а наружный полюс, ярмо, сердечник и поперечный полюс выполнены из магнитомягких материалов с одинаковыми или близкими магнитными свойствами, обеспечивается уменьшение (ослабление) притягивающей силы магнитоэлектрического захвата для отпускания ферромагнитного груза, вплоть до ноля, при подаче кратковременного импульса электрического тока малой мощности в катушку обмотки управления, за счет отведения (перенаправления) магнитного потока постоянного магнита от ферромагнитного груза путем его замыкания с наружного полюса через поперечный полюс на сердечник и далее на ярмо и на постоянный магнит. Такой импульс электрического постоянного тока в катушке обмотки управления, создающий ею встречный магнитный поток магнитному потоку постоянного магнита, замыкающемуся через ферромагнитный груз, достаточен для обеспечения его отведения (перенаправления) в магнитомягком материале элементов конструкции предлагаемого захвата при выполнении установленных, указанных выше, геометрических и магнитных условий и соотношения, и в частности по наружному полюсу и сердечнику, являющихся по существу концентраторами магнитного потока, что определяет намного меньшее энергопотребление, чем энергопотребление катушек управления и перемагничивания в прототипе и близких аналогах при отпускании ферромагнитного груза для перемагничивания и размагничивания постоянных магнитов, при этом для захвата ферромагнитного груза предлагаемым магнитоэлектрическим захватом никакого энергопотребления не требуется, следовательно в совокупности достигается значительно более низкое его энергопотребление при захвате, удержании, транспортировании и отпускании ферромагнитного груза.At the same time, due to the fact that the proposed magnetoelectric gripper is provided with an annular transverse pole, the diameter of the core and the diameter of the inner surface of the transverse pole ring are the same and less than the diameter of the inner surface of the outer pole, which is larger than the diameter of the outer surface of the transverse pole, and the transverse pole with its inner surface is fixed on the outer surface of the core at an axial distance from the flat yoke greater than or equal to the thickness of the permanent magnet, but within the axial length of the outer pole, while on the cylindrical surface of the core the control winding coil is wound and fixed, adjacent to the opposite, relative to the flat yoke, plane of the transverse pole ring, and the formed non-magnetic gap between the diametrical outer surface of the transverse pole and the inner surface of the outer pole is made in such a way that its magnetic resistance to the magnetic flux from the permanent magnet when it passes through it and the transverse pole is much greater than the magnetic resistance to the magnetic flux from the permanent magnet passing through the end surface of the outer pole and core and through the ferromagnetic load when it is captured, and much less magnetic resistance to the magnetic flux from the permanent magnet, closing through the same end surfaces of the outer pole and core in the absence of a ferromagnetic load, the area of the end surface of the permanent magnet S ₃ adjacent to the outer pole, more than the area of the outer diametrical surface of the transverse pole S ₄ , facing the non-magnetic gap, and the ratio of the area S ₁ or S ₂ from the side of the ferromagnetic load to the area S ₃ is equal to the ratio of the residual induction of the permanent magnet B _r to the maximum magnetic induction B _poppy from unsaturated in magnetic ratio of the material of the outer pole or core and the condition 0.5<(S ₁ /S ₃ )=(S ₂ /S ₃ )=(B _r /B _max )<l, while the thickness of the permanent magnet d _m in its direction of magnetization exceeds the value of the non-magnetic gap δ in the direction of passage of the magnetic flux through it and the ratio 1<(d _m ×S ₄ )/(δ×S ₃ )≤10 is satisfied, and the outer pole, yoke, core and transverse pole are made of soft magnetic materials with identical or similar magnetic properties, a decrease (weakening) of the attractive force of the magnetoelectric gripper for releasing a ferromagnetic load is provided, down to zero, when a short-term pulse of low power electric current is applied to the coil of the control winding, due to the diversion (redirection) of the magnetic flux of the permanent magnet from the ferromagnetic load by closing it from the outer pole through the transverse pole to the core and then to the yoke and to the permanent magnet. Such a pulse of electric direct current in the coil of the control winding, which creates a counter magnetic flux to the magnetic flux of a permanent magnet, closing through a ferromagnetic load, is sufficient to ensure its diversion (redirection) in the soft magnetic material of the structural elements of the proposed grip when performing the above-mentioned geometric and magnetic conditions and ratios, and in particular on the outer pole and the core, which are essentially magnetic flux concentrators, which determines much lower power consumption than the power consumption of control and remagnetization coils in the prototype and close analogues when releasing a ferromagnetic load for remagnetization and demagnetization of permanent magnets, while to capture a ferromagnetic load by the proposed magnetoelectric gripper, no energy consumption is required, therefore, in the aggregate, a significantly lower energy consumption is achieved when capturing, holding, transporting and releasing a ferromagnetic load.

Одновременно, благодаря вышеуказанным принципиальным техническим и конструктивно-технологическим решениям предложенного магнитоэлектрического захвата груза, его конструкция существенно упрощена по сравнению с прототипом и близкими аналогами, поскольку он содержит один кольцевой постоянный магнит и одну катушку обмотки управления и не требуются перемагничиваемые постоянные магниты с их катушками обмоток регулирования или управления, а соответственно значительно меньше по количеству и объему требуется активного магнитотвердого материала - постоянных магнитов и провода для одной катушки обмотки управления для захвата, удержания, транспортирования и отпускания одного и того же ферромагнитного груза при тех же функциональных характеристиках предлагаемого магнитоэлектрического захвата. Вместе с тем, поскольку конструкция предлагаемого магнитоэлектрического захвата значительно упрощена, а катушка обмотки управления имеет значительно более низкое энергопотребление и соответственно низкое тепловое действие электрического тока на проводники в обмотке управления, то как ресурс (безотказность) электроизоляции проводников в катушке обмотки управления, так и надежность работы предложенного магнитоэлектрического захвата в целом более высокие.At the same time, thanks to the above fundamental technical and structural-technological solutions of the proposed magnetoelectric load grip, its design is significantly simplified compared to the prototype and close analogues, since it contains one annular permanent magnet and one control winding coil and remagnetizable permanent magnets with their winding coils are not required. regulation or control, and, accordingly, much less active magnetic material is required in terms of quantity and volume - permanent magnets and wires for one coil of the control winding to capture, hold, transport and release the same ferromagnetic load with the same functional characteristics of the proposed magnetoelectric grip. At the same time, since the design of the proposed magnetoelectric gripper is significantly simplified, and the control winding coil has a significantly lower power consumption and, accordingly, a low thermal effect of electric current on the conductors in the control winding, both the life (reliability) of the electrical insulation of the conductors in the control winding coil and the reliability the work of the proposed magnetoelectric capture is generally higher.

Достижение расширения возможностей использования предлагаемого магнитоэлектрического захвата груза за счет расширения номенклатуры захватываемых грузов как ферромагнитных с низкими, в том числе различными, магнитными свойствами, так и немагнитопроводящих (неферромагнитных), с высокой энергоэффективностью и соответственно с максимальной удельной грузоподъемностью при минимальных магнитных потерях, обеспечивается согласно п. 2 формулы изобретения, тем, что магнитоэлектрический захват груза по п. 1 формулы изобретения снабжен ферромагнитной пластиной, закрепляемой на немагнитопроводящем или на ферромагнитном грузе с низкими магнитными свойствами, которая выполнена в виде диска толщиной не менее четверти диаметра сердечника, при этом диаметр ферромагнитной пластины больше диаметра наружной поверхности наружного полюса, а противоположные, относительно плоского ярма, торцевые поверхности наружного полюса и сердечника примыкают к плоскости закрепленной на грузе ферромагнитной пластины при его захвате, причем магнитное сопротивление магнитному потоку от постоянного магнита, проходящему при захвате груза через торцевые поверхности наружного полюса и сердечника и через ферромагнитную пластину намного меньше магнитного сопротивления магнитному потоку от постоянного магнита при его прохождении через немагнитный зазор, между диаметральными наружной поверхностью поперечного полюса и внутренней поверхностью наружного полюса, и поперечный полюс, которое в свою очередь намного меньше магнитного сопротивления магнитному потоку от постоянного магнита, замыкающемуся при отсутствии груза с закрепленной на нем ферромагнитной пластиной через эти же торцевые поверхности наружного полюса и сердечника, при этом ферромагнитная пластина выполнена из магнитомягкого материала с одинаковыми или близкими магнитными свойствами магнитомягких материалов, из которых выполнены наружный полюс, ярмо, поперечный полюс и сердечник.Achieving the expansion of the possibilities of using the proposed magnetoelectric gripping of cargo by expanding the range of gripped cargoes, both ferromagnetic with low, including various, magnetic properties, and non-magnetically conductive (non-ferromagnetic), with high energy efficiency and, accordingly, with maximum specific load capacity with minimal magnetic losses, is provided according to 2 of the claims, in that the magnetoelectric gripper of the load according to claim 1 is equipped with a ferromagnetic plate fixed on a non-magnetically conductive or ferromagnetic load with low magnetic properties, which is made in the form of a disk with a thickness of at least a quarter of the core diameter, while the diameter of the ferromagnetic plate is larger than the diameter of the outer surface of the outer pole, and the opposite, relatively flat yoke, end surfaces of the outer pole and the core are adjacent to the plane of the ferromagnetic plate fixed on the load during its capture, and the magnetic resistance to the magnetic flux from a permanent magnet passing through the end surfaces of the outer pole and core and through a ferromagnetic plate is much less magnetic resistance to magnetic flux from a permanent magnet when it passes through a non-magnetic gap, between the diametrical outer surface of the transverse pole and the inner surface of the outer pole, and the transverse pole, which in turn is much less than the magnetic resistance to magnetic flux from a permanent magnet that closes in the absence of a load with a ferromagnetic plate fixed on it through the same end surfaces of the outer pole and core, while the ferromagnetic plate is made of a soft magnetic material with the same or similar magnetic properties of soft magnetic materials, of which the outer pole, yoke, transverse pole are made and core.

За счет выполнения ферромагнитной пластины в виде диска толщиной не менее четверти диаметра сердечника и диаметром больше диаметра наружной поверхности наружного полюса, из магнитомягкого материала с одинаковыми или близкими магнитными свойствами магнитомягких материалов, из которых выполнены наружный полюс, ярмо, поперечный полюс и сердечник, обеспечивается максимальное использование магнитомягкого материала ферромагнитной пластины с минимальными магнитными потерями при максимальном значении магнитной проницаемости и отсутствии магнитного насыщения, а следовательно обеспечивается максимальная величина притягивающей силы (силы притяжения) груза при его захвате, удержании и транспортировании.Due to the implementation of the ferromagnetic plate in the form of a disk with a thickness of at least a quarter of the core diameter and a diameter greater than the diameter of the outer surface of the outer pole, from a soft magnetic material with the same or similar magnetic properties of the soft magnetic materials from which the outer pole, the yoke, the transverse pole and the core are made, the maximum the use of a soft magnetic material of a ferromagnetic plate with minimal magnetic losses at the maximum value of magnetic permeability and the absence of magnetic saturation, and therefore the maximum value of the attractive force (force of attraction) of the load is ensured during its capture, retention and transportation.

В предлагаемом магнитоэлектрическом захвате груза по любому из п. 1 и п. 2 формулы изобретения, в котором сердечник, ярмо и поперечный полюс могут быть выполнены, согласно п. 3 формулы изобретения, в виде монолитного Т-образного магнитопровода сердечника из магнитомягкого материала с одинаковыми или близкими магнитными свойствами, что и магнитомягкий материал наружного полюса, достигается еще большее повышение его энергоэффективности и удельной грузоподъемности (повышается притягивающая сила захвата и снижается энергопотребление на отпускание груза) благодаря более высокой полезной магнитной загрузке и снижению магнитных и электромагнитных потерь в магнитопроводе сердечника за счет одинаковости магнитных свойств и исключения сопрягаемых поверхностей в конструкции захвата по п. 1 и п. 2 формулы изобретения между сердечником, ярмом и поперечным полюсом, и достигается еще большее упрощение конструкции с одновременным упрощением технологии изготовления при сохранении тех же функциональных характеристиках благодаря выполнению моно детали -монолитного Т-образного магнитопровода.In the proposed magnetoelectric gripper of the load according to any of paragraphs 1 and 2 of the claims, in which the core, yoke and transverse pole can be made, according to paragraph 3 of the claims, in the form of a monolithic T-shaped magnetic core of a core made of magnetically soft material with the same or similar magnetic properties as the magnetically soft material of the outer pole, an even greater increase in its energy efficiency and specific load capacity is achieved (the attractive gripping force increases and the energy consumption for releasing the load decreases) due to a higher useful magnetic load and a decrease in magnetic and electromagnetic losses in the core magnetic circuit due to uniformity of magnetic properties and exclusion of mating surfaces in the design of the grip according to paragraph 1 and paragraph 2 of the claims between the core, the yoke and the transverse pole, and an even greater simplification of the design is achieved while simplifying the manufacturing technology while maintaining the same functional characteristics due to the implementation of a mono part - monolithic T-shaped magnetic circuit.

В предлагаемом магнитоэлектрическом захвате груза по любому из п. 2 или п. 3 формулы изобретения, в котором сердечник, ярмо, поперечный полюс или Т-образный магнитопровод сердечника, наружный полюс и ферромагнитная пластина, согласно п 4 формулы изобретения, могут быть выполнены из одного магнитомягкого материала, достигается еще большие энергоэффективность и удельная грузоподъемность (повышается притягивающая сила захвата и снижается энергопотребление на отпускание груза) благодаря более высокой полезной магнитной загрузке и снижению магнитных и электромагнитных потерь за счет полной одинаковости магнитных свойств.In the proposed magnetoelectric load grip according to any one of paragraph 2 or paragraph 3 of the claims, in which the core, yoke, transverse pole or T-shaped magnetic circuit of the core, the outer pole and the ferromagnetic plate, according to paragraph 4 of the claims, can be made of one soft magnetic material, even greater energy efficiency and specific load capacity is achieved (the attractive gripping force increases and the energy consumption for releasing the load decreases) due to a higher useful magnetic load and a decrease in magnetic and electromagnetic losses due to the complete uniformity of magnetic properties.

В предлагаемом магнитоэлектрическом захвате груза по любому из пп. 1-4 формулы изобретения, в котором неперемагничиваемый кольцевой постоянный магнит, согласно п. 5 формулы изобретения, может быть выполнен в виде кольцевого слоя плоских прямоугольных или секторных по конфигурации отдельных неперемагничиваемых высококоэрцитивных постоянных магнитов, намагниченных однонаправлено и перпендикулярно к их торцевой плоскости, числом не менее двух, обращенных или примыкающих в слое последовательно своими боковыми поверхностями друг к другу, а своими торцами к плоской поверхности наружного полюса, образуя замкнутое кольцо, в котором все отдельные плоские постоянные магниты размещены в слое по направлению намагничивания в одном направлении, при этом каждый отдельный плоский постоянный магнит выполнен в частности из магнитотвердого спеченого материала типа SmCo или NdFeB с остаточной магнитной индукцией не менее 0,8 Тл, достигается расширение возможностей реализации предлагаемогоIn the proposed magnetoelectric capture of cargo according to any one of paragraphs. 1-4 of the claims, in which the non-reversible ring permanent magnet, according to claim 5, can be made in the form of an annular layer of flat rectangular or sector-shaped individual non-reversible high-coercivity permanent magnets, magnetized unidirectionally and perpendicular to their end plane, the number is not less than two, facing or adjoining in the layer sequentially with their lateral surfaces to each other, and with their ends to the flat surface of the outer pole, forming a closed ring in which all individual flat permanent magnets are placed in the layer in the direction of magnetization in one direction, while each individual a flat permanent magnet is made, in particular, of a magnetically hard sintered material of the SmCo or NdFeB type with a residual magnetic induction of at least 0.8 T, an expansion of the possibilities for implementing the proposed

магнитоэлектрического захвата груза в крупногабаритном исполнении без потерь запасенной магнитной энергии высококоэрцитивных постоянных магнитов, когда не представляется возможным конструктивно-технологически выполнить постоянный магнит сплошным кольцевым, как то указано в п. 1 формулы изобретения, и соответственно расширение возможностей использования предлагаемого магнитоэлектрического захвата для захвата, удержания, транспортирования и отпускания как ферромагнитного с различными магнитными свойствами, в том числе низкими, так и немагнитопроводящего (неферромагнитного) груза больших габаритов и массы, при сохранении его высоких энергоэффективности и удельной грузоподъемности, упрощенной конструкции, повышенных надежности и ресурса работы.magnetoelectric gripping of cargo in a large-sized design without loss of stored magnetic energy of high-coercivity permanent magnets, when it is not possible to constructively and technologically make a permanent magnet a solid ring, as indicated in paragraph 1 of the claims, and, accordingly, expanding the possibilities of using the proposed magnetoelectric gripping for gripping, holding , transportation and release of both ferromagnetic with different magnetic properties, including low, and non-magnetically conductive (non-ferromagnetic) cargo of large dimensions and weight, while maintaining its high energy efficiency and specific load capacity, simplified design, increased reliability and service life.

Сущность заявляемого изобретения, принципиальные и конструктивные технические решения предлагаемого магнитоэлектрического захвата груза поясняются и проиллюстрированы фиг.1-7.The essence of the claimed invention, the fundamental and constructive technical solutions of the proposed magnetoelectric capture of cargo are explained and illustrated in Fig.1-7.

На фиг.1 показан общий вид магнитоэлектрического захвата груза в сечении с ферромагнитным грузом по п. 1 формулы изобретения; на фиг.2 показан общий вид магнитоэлектрического захвата груза в сечении, что и на фиг.1, но с ферромагнитной пластиной, закрепляемой на немагнитопроводящем или на ферромагнитном грузе с низкими магнитными свойствами, по п. 2 формулы изобретения; на фиг.3 показан общий вид магнитоэлектрического захвата груза в сечении, что и на фиг.1, с ферромагнитной пластиной, закрепляемой на немагнитопроводящем или на ферромагнитном грузе с низкими магнитными свойствами, что и на фиг.2, но с монолитным Т-образным магнитопроводом сердечника по п. 3 формулы изобретения; на фиг.4 представлена эквивалентная схема замещения магнитных цепей магнитоэлектрического захвата груза для его вариантов, приведенных на фиг.1, 2 и 3; на фиг.5 приведена картина распределения магнитного поля в магнитоэлектрическом захвате груза при захвате, удержании и транспортировании груза; на фиг.6 приведена картина распределения магнитного поля в магнитоэлектрическом захвате груза при отпускании груза в условиях подачи в катушку обмотки управления импульса электрического тока; на фиг.7 приведена картина распределения магнитного поля в магнитоэлектрическом захвате груза при отпущенном грузе и отсутствии в катушке обмотки управления импульса электрического тока.Figure 1 shows a General view of the magnetoelectric capture of the load in cross section with a ferromagnetic load according to claim 1 of the claims; figure 2 shows a General view of the magnetoelectric capture of the load in the section, as in figure 1, but with a ferromagnetic plate fixed on a non-magnetically conductive or ferromagnetic load with low magnetic properties, according to claim 2 of the claims; figure 3 shows a general view of the magnetoelectric capture of the load in the cross section, as in figure 1, with a ferromagnetic plate fixed on a non-magnetically conductive or ferromagnetic load with low magnetic properties, as in figure 2, but with a monolithic T-shaped magnetic circuit core according to claim 3 of the claims; figure 4 shows the equivalent circuit of the magnetic circuits of the magnetoelectric capture of the load for its options shown in figure 1, 2 and 3; figure 5 shows a picture of the distribution of the magnetic field in the magnetoelectric capture of the load during the capture, retention and transportation of the load; figure 6 shows a picture of the distribution of the magnetic field in the magnetoelectric capture of the load when the load is released under the conditions of supplying an electric current pulse to the coil of the control winding; figure 7 shows a picture of the distribution of the magnetic field in the magnetoelectric capture of the load when the load is released and there is no electric current pulse in the coil of the control winding.

На фиг.1-7 приняты следующие обозначения:In Fig.1-7 adopted the following notation:

1 - наружный полюс (магнитопроводящий);1 - outer pole (magnetically conductive);

2 - сердечник (магнитопроводящий);2 - core (magnetically conductive);

3 - плоское ярмо (магнитопроводящее);3 - flat yoke (magnetically conductive);

4 - неперемагничиваемый высококоэрцитивный кольцевой сплошной постоянный магнит с осевым намагничиванием направления S-N или кольцевой слой плоских прямоугольных или секторных по конфигурации отдельных неперемагничиваемых высококоэрцитивных постоянных магнитов, намагниченных однонаправлено и перпендикулярно к своей торцевой плоскости каждый направления S-N (далее - постоянный магнит);4 - non-remagnetizable high-coercive annular solid permanent magnet with axial magnetization of the S-N direction or an annular layer of flat rectangular or sector-shaped individual non-remagnetizable high-coercivity permanent magnets, magnetized unidirectionally and perpendicular to its end plane each of the S-N direction (hereinafter referred to as the permanent magnet);

5 - катушка обмотки управления;5 - control winding coil;

6 - поперечный полюс;6 - transverse pole;

7 - немагнитный зазор между поперечным полюсом 6 и наружным полюсом 1 (далее - немагнитный зазор 7);7 - non-magnetic gap between the transverse pole 6 and the outer pole 1 (hereinafter - non-magnetic gap 7);

8 - груз;8 - cargo;

9 - торцевая поверхность площадью S₁ наружного полюса 1 со стороны груза, примыкающая при захвате и удержании к ферромагнитному грузу 8 (см фиг.1) или к ферромагнитной пластине 13, закрепляемой на грузе 8 (см. фиг.2 и 3);9 - end surface area S ₁ of the outer pole 1 from the side of the load, adjacent to the capture and retention of the ferromagnetic load 8 (see figure 1) or to the ferromagnetic plate 13, fixed on the load 8 (see figure 2 and 3);

10 - торцевая поверхность площадью S₂ сердечника 2 со стороны груза, примыкающая при захвате и удержании к ферромагнитному грузу (см фиг.1) или к ферромагнитной пластине 13 (см. фиг.2 и 3), закрепляемой на грузе 8;10 - end surface area S ₂ of the core 2 from the side of the load, adjoining the grip and hold to the ferromagnetic load (see figure 1) or to the ferromagnetic plate 13 (see figure 2 and 3), fixed on the load 8;

11 - торцевая поверхность постоянного магнита 4 площадью S₃;11 - end surface of permanent magnet 4 with area S ₃ ;

12 - наружная диаметральная поверхность поперечного полюса 6 площадью S₄;12 - outer diametrical surface of the transverse pole 6 area S ₄ ;

13 - ферромагнитная пластина, закрепляемая на грузе (см. фиг.2 и 3);13 - ferromagnetic plate fixed on the load (see Fig.2 and 3);

14 - монолитный Т-образный магнитопровод сердечника, образованный сердечником 2, ярмом 3 и поперечным полюсом 6 (см. фиг.3) по п. 3 формулы изобретения;14 - monolithic T-shaped magnetic circuit of the core, formed by the core 2, the yoke 3 and the transverse pole 6 (see figure 3) according to claim 3 of the claims;

15 - немагнитный зазор между ферромагнитным грузом 8 (см фиг.1) или ферромагнитной пластиной 13 (см. фиг.2 и 3) и торцевыми поверхностями наружного полюса 1 и сердечника 2 или 14 (см. фиг.1, 2 и 3), далее - немагнитный зазор 15;15 - non-magnetic gap between the ferromagnetic load 8 (see figure 1) or ferromagnetic plate 13 (see figure 2 and 3) and the end surfaces of the outer pole 1 and core 2 or 14 (see figure 1, 2 and 3), further - non-magnetic gap 15;

d_m - толщина постоянного магнита 4 по направлению намагничиванияd _m - the thickness of the permanent magnet 4 in the direction of magnetization

S-N;S-N;

δ - величина немагнитного зазора 7;δ - the value of the non-magnetic gap 7;

h - величина немагнитного зазора 15;h is the value of the non-magnetic gap 15;

Φ_m - магнитный поток постоянного магнита 4; пунктирными линиями со стрелками показаны контуры замыкания Ф_m при его прохождении через наружный полюс 1, поперечный полюс 6, ферромагнитный груз 8 или ферромагнитную пластину 13, сердечник 2 или 14, ярмо 3 (см. фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7), определяемые режимом работы магнитоэлектрического захвата груза: захват, удержание, транспортирование, отпускание или отсутствие груза;Φ _m - magnetic flux of the permanent magnet 4; dotted lines with arrows show the contours of the circuit F _m when it passes through the outer pole 1, transverse pole 6, ferromagnetic load 8 or ferromagnetic plate 13, core 2 or 14, yoke 3 (see Fig.1, 2, 3, 4, 5 , 6 and 7), determined by the mode of operation of the magnetoelectric gripper of the load: capture, hold, transportation, release or absence of the load;

Φ_I - магнитный поток, создаваемый импульсом электрического тока в обмотке управления 5; пунктирными линиями со стрелками показаны контуры замыкания Φ_I при его прохождении через наружный полюс 1, поперечный полюс 6, ферромагнитный груз 8 или ферромагнитную пластину 13, сердечник 2 или 14, ярмо 3 (см. фиг.1, 2, 3 и 6), в режиме работы магнитоэлектрического захвата груза: отпускание;Φ _I - magnetic flux generated by an electric current pulse in the control winding 5; dotted lines with arrows show the contours of the circuit Φ _I when it passes through the outer pole 1, transverse pole 6, ferromagnetic load 8 or ferromagnetic plate 13, core 2 or 14, yoke 3 (see Fig.1, 2, 3 and 6), in the operating mode of the magnetoelectric capture of the load: releasing;

Ф_Г - суммарный магнитный поток (см. фиг.4), образуемый Ф_m и Ф_I проходящий через торцевые поверхности наружного полюса 1 и сердечника 2 или 14 и ферромагнитный груз 8 (см. фиг.1, 5 и 6) или ферромагнитную пластину 13 (см. фиг.2, 3, 5 и 6);F _G - total magnetic flux (see figure 4), formed by f _m and f _I passing through the end surfaces of the outer pole 1 and core 2 or 14 and ferromagnetic load 8 (see figure 1, 5 and 6) or a ferromagnetic plate 13 (see figures 2, 3, 5 and 6);

F_m - МДС постоянного магнита 4;F _m - MDS permanent magnet 4;

- магнитное сопротивление постоянного магнита 4,

- magnetic resistance of the permanent magnet 4,

где μ₀ - магнитная постоянная (см. ГОСТ 8.417-2002);where μ ₀ is the magnetic constant (see GOST 8.417-2002);

- магнитное сопротивление немагнитного зазора 7;

- magnetic resistance of non-magnetic gap 7;

- магнитное сопротивление магнитному потоку,

- magnetic resistance to magnetic flux,

проходящему через торцевые поверхности 9 и 10, соответственно, наружного полюса 1 и сердечника 2 и ферромагнитный груз 8 или ферромагнитную пластину 13 (см. фиг.1, 2, 3 и 5), имеющие магнитное сопротивление R_Ф по магнитомягкому (ферромагнитному) материалу такое, чтоpassing through the end surfaces 9 and 10, respectively, the outer pole 1 and the core 2 and the ferromagnetic load 8 or ferromagnetic plate 13 (see Fig.1, 2, 3 and 5), having a magnetic resistance R _f magnetically soft (ferromagnetic) material is , What

F_I=T⋅w - МДС, создаваемая импульсом электрического тока в обмотке управления 5,F _I \u003d T⋅w - MMF created by an electric current pulse in the control winding 5,

где I - импульс электрического тока в катушке обмотки управления 5;where I is the electric current pulse in the coil of the control winding 5;

w - число витков в катушке обмотки управления 5;w is the number of turns in the coil of the control winding 5;

Картины распределения магнитного поля в предлагаемом магнитоэлектрическом захвате груза при захвате, удержании, транспортировке и отпускании груза, приведенные на фиг.5, 6 и 7, получены по результатам верификационного численного компьютерного моделирования магнитного поля в его конструкции методом конечно-элементного анализа в программном комплексе ANSYS Maxwell [ANSYS Maxwell 2014. Training Manual. Руководство пользователя].Pictures of the distribution of the magnetic field in the proposed magnetoelectric capture of cargo during the capture, retention, transportation and release of cargo, shown in Fig.5, 6 and 7, obtained from the results of verification numerical computer simulation of the magnetic field in its design by the method of finite element analysis in the ANSYS software package Maxwell [ANSYS Maxwell 2014. Training Manual. User guide].

Предлагаемый магнитоэлектрический захват груза по п. 1 формулы изобретения, преимущественно по конфигурации цилиндрический, содержит (см. фиг.1) наружный полюс 1 в виде полого цилиндра, сердечник 2 в виде цилиндра и плоское ярмо 3 в виде диска, выполненные из магнитомягкого материала; кольцевой высококоэрцитивный постоянный магнит 4, намагниченный однонаправлено по оси перпендикулярной к его торцевой плоскости S-N; катушку обмотки управления 5; кольцевой поперечный полюс 6, выполненный из магнитомягкого материала и образующий с наружным полюсом 1 немагнитный зазор 7. Диаметры наружных поверхностей постоянного магнита 4, наружного полюса 1 и плоского ярма 3 одинаковы, наружный диаметр сердечника 2 одинаков с диаметром внутренней поверхности кольца поперечного полюса 6 и меньше диаметра внутренней поверхности наружного полюса 1, который больше диаметра наружной поверхности поперечного полюса 6. К одной плоскости ярма, обращенной в сторону ферромагнитного груза 8, прикреплены соосно с ним сердечник 1 и постоянный магнит 4, к плоской торцевой поверхности которого с его противоположной стороны относительно плоского ярма 3 прикреплен также соосно своей плоской поверхностью наружный полюс 1, образуя с ними - 1, 2, 3 и 4, в радиальном сечении Ш-образный магнитопровод, в котором замыкаются Ф_т и Ф_I Противоположные, относительно плоского ярма 3, торцевые поверхности наружного полюса 1 и сердечника 2 примыкают к поверхности ферромагнитного груза 8 при его захвате. Поперечный полюс 6 своей внутренней поверхностью закреплен на наружной поверхности сердечника 2 на осевом расстоянии от плоского ярма 3 большем или равном толщине d_m постоянного магнита 4, но в пределах осевой длины наружного полюса 2. На цилиндрической поверхности сердечника 2 намотана и закреплена катушка обмотки управления 5, примыкающая к противоположной, относительно плоского ярма 3, плоскости кольца поперечного полюса 6.The proposed magnetoelectric gripping load according to claim 1, mainly cylindrical in configuration, contains (see figure 1) the outer pole 1 in the form of a hollow cylinder, the core 2 in the form of a cylinder and a flat yoke 3 in the form of a disc, made of magnetically soft material; ring high-coercivity permanent magnet 4, magnetized unidirectionally along the axis perpendicular to its end plane SN; control winding coil 5; annular transverse pole 6, made of a soft magnetic material and forming a non-magnetic gap 7 with the outer pole 1. The diameters of the outer surfaces of the permanent magnet 4, the outer pole 1 and the flat yoke 3 are the same, the outer diameter of the core 2 is the same as the diameter of the inner surface of the ring of the transverse pole 6 and less diameter of the inner surface of the outer pole 1, which is greater than the diameter of the outer surface of the transverse pole 6. To one plane of the yoke facing the ferromagnetic load 8, a core 1 and a permanent magnet 4 are attached coaxially with it, to the flat end surface of which, on its opposite side, a relatively flat yoke 3 is also attached coaxially with its flat surface to the outer pole 1, forming with them - 1, 2, 3 and 4, in the radial section of the W-shaped magnetic circuit, in which F _t and F _I are closed Opposite, relative to the flat yoke 3, the end surfaces of the outer poles 1 and core 2 are adjacent to the surface of the ferromagnetic load 8 when it is captured. The transverse pole 6 with its inner surface is fixed on the outer surface of the core 2 at an axial distance from the flat yoke 3 greater than or equal to the thickness d _m of the permanent magnet 4, but within the axial length of the outer pole 2. The control winding coil 5 is wound and fixed on the cylindrical surface of the core 2 , adjacent to the opposite, relative to the flat yoke 3, the plane of the ring of the transverse pole 6.

За счет разности диаметров внутренней поверхности наружного полюса 1 и диаметра наружной поверхности поперечного полюса 6 образован немагнитный зазор 7 по величине δ таким, что его магнитное сопротивление R_δ магнитному потоку Ф_m при его прохождении через поперечный полюс 6 намного больше, чем магнитное сопротивление R_h магнитному потоку Ф_m при его прохождении через торцевые поверхности 9 и 10, соответственно, наружного полюса 1 и сердечника 2 и через ферромагнитный груз 8 при его захвате, а при отсутствии ферромагнитного груза 8 R_δ для Ф_m намного меньше R_h для Ф_m.Due to the difference in the diameters of the inner surface of the outer pole 1 and the diameter of the outer surface of the transverse pole 6, a non-magnetic gap 7 is formed in size δ such that its magnetic resistance R _δ to the magnetic flux Ф _m when it passes through the transverse pole 6 is much greater than the magnetic resistance R _h to the magnetic flux Ф _m during its passage through the end surfaces 9 and 10, respectively, of the outer pole 1 and core 2 and through the ferromagnetic load 8 when it is captured, and in the absence of a ferromagnetic load 8 R _δ for Ф _m is much less than R _h for Ф _m .

Площади торцевых поверхностей наружного полюса 1 - S₁ и сердечника 2 - S₂ со стороны ферромагнитного груза 8 или ферромагнитной пластины 13 одинаковы, т.е. S₁≈S₂, площадь торцевой поверхности 11 постоянного магнита 4 - S₃, примыкающей к торцевой поверхности наружного полюса 1, больше площади наружной диаметральной поверхности 12 поперечного полюса 6 - S₄, обращенной к немагнитному зазору 7, при этом отношение S₁ или S₂ к S₃ должно быть равно отношению остаточной индукции B_r постоянного магнита 4 к максимальной магнитной индукции ненасыщенного в магнитном отношении магнитомягкого (ферромагнитного) материала В_макс наружного полюса 1 или сердечника 2, т.е. должно быть выполнено следующее условие:The areas of the end surfaces of the outer pole 1 - S ₁ and the core 2 - S ₂ from the side of the ferromagnetic load 8 or ferromagnetic plate 13 are the same, i.e. S ₁ ≈S ₂ , the area of the end surface 11 of the permanent magnet 4 - S ₃ adjacent to the end surface of the outer pole 1 is greater than the area of the outer diametrical surface 12 of the transverse pole 6 - S ₄ facing the non-magnetic gap 7, while the ratio S ₁ or S ₂ to S ₃ should be equal to the ratio of the residual induction B _r of the permanent magnet 4 to the maximum magnetic induction of the magnetically unsaturated magnetically soft (ferromagnetic) material B _max of the outer pole 1 or core 2, i.e. the following condition must be met:

При этом В_макс магнитомягкого (ферромагнитного) материала меньше его магнитной индукции насыщения B_s [Шматко О.А., Усов Ю.В. Электрические и магнитные свойства металлов и сплавов: Справочник // Киев: Наукова Думка, 1987, стр. 10-11,464-473].At the same time, B _max of a soft magnetic (ferromagnetic) material is less than its saturation magnetic induction B _s [Shmatko OA, Usov Yu.V. Electrical and magnetic properties of metals and alloys: a Handbook // Kyiv: Naukova Dumka, 1987, pp. 10-11,464-473].

Толщина постоянного магнита d_m по направлению намагничивания превышает величину δ немагнитного зазора 7 по направлению прохождения через него магнитного потока Ф_m и Ф_I и должно удовлетворяться соотношение:The thickness of the permanent magnet d _m in the direction of magnetization exceeds the value δ of the non-magnetic gap 7 in the direction of passage of the magnetic flux F _m and F _I through it, and the relation must be satisfied:

Наружный полюс 1, ярмо 3, сердечник 2 и поперечный полюс 6 выполняются из магнитомягких (ферромагнитных) материалов с одинаковыми или близкими магнитными свойствами.The outer pole 1, the yoke 3, the core 2 and the transverse pole 6 are made of magnetically soft (ferromagnetic) materials with the same or similar magnetic properties.

Предлагаемый вариант магнитоэлектрического захвата груза по п. 2 формулы изобретения схожий с вариантом по п. 1 формулы изобретения (см. фиг.1) и отличается от него тем, что (см. фиг.2) он снабжен ферромагнитной пластиной 13, закрепляемой на немагнитопроводящем (немагнитном или неферромагнитном) или на ферромагнитном грузе 8 с низкими, в т.ч. различными, магнитными свойствами. Пластина 13 выполнена в виде диска толщиной не менее четверти диаметра сердечника 2, при этом диаметр ферромагнитной пластины 13 больше диаметра наружной поверхности наружного полюса 1, а противоположные, относительно плоского ярма 3, торцевые поверхности наружного полюса 1 и сердечника 2 примыкают к плоскости закрепленной на грузе 8 ферромагнитной пластины 13 при его захвате. Магнитное сопротивление R_h магнитному потоку Ф_m, проходящему при захвате груза 8 через торцевые поверхности 9 и 10, соответственно, наружного полюса 1 и сердечника 2 и через ферромагнитную пластину 13 намного меньше магнитного сопротивления R_δ магнитному потоку Ф_m при его прохождении через немагнитный зазор 7 и поперечный полюс 2, которое в свою очередь намного меньше магнитного сопротивления магнитному потоку Ф_m, замыкающемуся при отсутствии груза 8 с закрепленной на нем ферромагнитной пластиной 13 через эти же торцевые поверхности 9 и 10, соответственно, наружного полюса 1 и сердечника 2. Ферромагнитная пластина выполняется из магнитомягкого материала с одинаковыми или близкими магнитными свойствами магнитомягких (ферромагнитных) материалов, из которых выполнены наружный полюс 1, ярмо 3, поперечный полюс 6 и сердечник 2.The proposed variant of the magnetoelectric capture of the load according to claim 2 of the claims is similar to the option according to claim 1 of the claims (see figure 1) and differs from it in that (see figure 2) it is equipped with a ferromagnetic plate 13 fixed on a non-magnetically conductive (non-magnetic or non-ferromagnetic) or on a ferromagnetic load 8 with low, incl. various magnetic properties. The plate 13 is made in the form of a disk with a thickness of at least a quarter of the diameter of the core 2, while the diameter of the ferromagnetic plate 13 is greater than the diameter of the outer surface of the outer pole 1, and the opposite, relatively flat yoke 3, end surfaces of the outer pole 1 and core 2 are adjacent to the plane fixed on the load 8 of the ferromagnetic plate 13 when it is captured. The magnetic resistance R _h to the magnetic flux Ф _m passing through the end surfaces 9 and 10, respectively, of the outer pole 1 and core 2, and through the ferromagnetic plate 13, is much less than the magnetic resistance R _δ to the magnetic flux Ф _m when it passes through the non-magnetic gap 7 and the transverse pole 2, which in turn is much less than the magnetic resistance to the magnetic flux Ф _m , which closes in the absence of a load 8 with a ferromagnetic plate 13 fixed on it through the same end surfaces 9 and 10, respectively, of the outer pole 1 and core 2. Ferromagnetic the plate is made of a soft magnetic material with the same or similar magnetic properties of soft magnetic (ferromagnetic) materials, from which the outer pole 1, the yoke 3, the transverse pole 6 and the core 2 are made.

Предлагаемый вариант магнитоэлектрического захвата груза по п. 3 формулы изобретения схожий с вариантами по п. 1 и п. 2 формулы изобретения (см. фиг.1 и 2) и отличается от них тем, что (см. фиг.3) сердечник 2, ярмо 3 и поперечный полюс 6 выполнены в виде монолитного Т-образного магнитопровода сердечника из магнитомягкого (ферромагнитного) материала с одинаковыми или близкими магнитными свойствами, что и магнитомягкий (ферромагнитный) материал наружного полюса 1.The proposed variant of the magnetoelectric capture of the load according to claim 3 of the claims is similar to the options according to claim 1 and claim 2 (see Fig.1 and 2) and differs from them in that (see Fig.3) the core 2, The yoke 3 and the transverse pole 6 are made in the form of a monolithic T-shaped core magnetic core made of a magnetically soft (ferromagnetic) material with the same or similar magnetic properties as the magnetically soft (ferromagnetic) material of the outer pole 1.

Предлагаемый вариант магнитоэлектрического захвата груза по п. 4 формулы изобретения схожий с вариантами по п. 2 и п. 3 формулы изобретения (см. фиг.2 и 3) и отличается от них тем, что сердечник 2, ярмо 3, поперечный полюс 6 или Т-образный магнитопровод сердечника 14, наружный полюс 1 и ферромагнитная пластина 13 выполнены из одного магнитомягкого материала.The proposed variant of the magnetoelectric gripping of the cargo according to claim 4 is similar to the options according to claim 2 and claim 3 (see figures 2 and 3) and differs from them in that the core 2, the yoke 3, the transverse pole 6 or The T-shaped magnetic circuit of the core 14, the outer pole 1 and the ferromagnetic plate 13 are made of one soft magnetic material.

Предлагаемый вариант магнитоэлектрического захвата груза по п. 5 формулы изобретения схожий с вариантами по пп. 1-4 формулы изобретения (см. фиг.1, 2 и 3) и отличается от них тем, что неперемагничиваемый кольцевой постоянный магнит 4 выполнен в виде кольцевого слоя плоских прямоугольных или секторных по конфигурации отдельных неперемагничиваемых высококоэрцитивных постоянных магнитов, намагниченных однонаправлено S-N и перпендикулярно к их торцевой плоскости, числом не менее двух, обращенных или примыкающих в слое последовательно своими боковыми поверхностями друг к другу, а своими торцами к плоской поверхности наружного полюса 1, образуя замкнутое в геометрическом и магнитном отношении кольцо, в котором все отдельные плоские постоянные магниты размещены в слое по направлению намагничивания S-N в одном направлении, при этом каждый отдельный плоский постоянный магнит выполнен в частности из магнитотвердого спеченого материала типа SmCo или NdFeB с остаточной магнитной индукцией не менее 0,8 Тл.The proposed variant of the magnetoelectric capture of the cargo according to claim 5 of the claims is similar to the options according to paragraphs. 1-4 of the claims (see Fig.1, 2 and 3) and differs from them in that the non-remagnetizable annular permanent magnet 4 is made in the form of an annular layer of flat rectangular or sector-shaped individual non-reversible high-coercivity permanent magnets magnetized unidirectionally S-N and perpendicular to their end plane, at least two in number, facing or adjacent in the layer sequentially with their side surfaces to each other, and with their ends to the flat surface of the outer pole 1, forming a geometrically and magnetically closed ring in which all individual flat permanent magnets are placed in the layer in the direction of magnetization S-N in one direction, wherein each individual flat permanent magnet is made in particular of a magnetically hard sintered material of the SmCo or NdFeB type with a residual magnetic induction of at least 0.8 T.

Неперемагничиваемый высококоэрцитивный кольцевой постоянный магнит 4 (см. фиг.1, 2 и 3) с намагничиванием однонаправлено по оси S-N, а также плоские прямоугольные или секторные по конфигурации отдельные неперемагничиваемые высококоэрцитивные постоянные магниты, намагниченные каждый однонаправлено S-N и перпендикулярно к своей торцевой плоскости, выполняются из магнитотвердых спеченных материалов типа SmCo на основе сплавов кобальта [ГОСТ 21559-76] или типа NdFeB на основе сплава неодим-железо-бор [ГОСТ Р 52956-2008].Non-remagnetizable high-coercivity ring permanent magnet 4 (see Fig.1, 2 and 3) with magnetization unidirectionally along the S-N axis, as well as flat rectangular or sector-shaped individual non-remagnetizable high-coercivity permanent magnets, each magnetized unidirectionally S-N and perpendicular to its end plane, are performed from magnetically hard sintered materials of the SmCo type based on cobalt alloys [GOST 21559-76] or of the NdFeB type based on neodymium-iron-boron alloy [GOST R 52956-2008].

Наружный полюс 1, сердечник 2, ярмо 3, поперечный полюс 6, Т-образный магнитопровод сердечника 14 и ферромагнитная пластина 13 (см. фиг.1, 2 и 3) выполняются из магнитомягких (ферромагнитных) материалов, как сплошными, так и шихтованными - из электротехнических сталей [ГОСТ 11036-75, ГОСТ 21427.1-83, ГОСТ 21427.2-83, ГОСТ 21427.4-78] или из сплавов магнитномягких типа 50Н, 36КНМ и др. по ГОСТ 10160-75.The outer pole 1, the core 2, the yoke 3, the transverse pole 6, the T-shaped magnetic circuit of the core 14 and the ferromagnetic plate 13 (see Fig.1, 2 and 3) are made of magnetically soft (ferromagnetic) materials, both solid and laminated - from electrical steels [GOST 11036-75, GOST 21427.1-83, GOST 21427.2-83, GOST 21427.4-78] or from soft magnetic alloys such as 50N, 36KNM, etc. according to GOST 10160-75.

Работа предлагаемого магнитоэлектрического захвата груза осуществляется следующим образом.The work of the proposed magnetoelectric capture of the cargo is carried out as follows.

В исходном состоянии обмотка управления 5 обесточена и магнитный поток Ф! отсутствует, ферромагнитный груз 8 (см. фиг.1), или немагнитный груз или ферромагнитный груз с низкими магнитными свойствами 8 с установленной на нем ферромагнитной пластиной 13 (см. фиг.2 и 3), отсутствуют или отпущены (см. фиг.7); практически весь магнитный поток Ф_m постоянного магнита или слоя отдельных постоянных магнитов 4 замыкается внутри магнитного захвата, проходя от постоянного магнита или слоя отдельных постоянных магнитов 4 через наружный полюс 1, немагнитный зазор 7 и далее через поперечный полюс 6, сердечник 2 и ярмо 3, которые образуют в радиальном сечении Ш-образный магнитопровод, как это показано штриховыми линиями со стрелками на фиг.1 и 2 или далее через Т-образный магнитопровод сердечника 14, как это показано штриховыми линиями со стрелками на фиг.3, что подтверждается результатами верификационного численного компьютерного моделирования, приведенного на фиг.7, где показано замыкание в магнитном захвате магнитного потока Ф_m линиями со стрелками, при этом магнитомягкие материалы наружного полюса 1, поперечного полюса 6, сердечника 2, ярма 3 или Т-образного магнитопровода сердечника 14 в магнитном отношении ненасыщенны.In the initial state, the control winding 5 is de-energized and the magnetic flux Ф! missing, ferromagnetic load 8 (see figure 1), or non-magnetic load or ferromagnetic load with low magnetic properties 8 with a ferromagnetic plate 13 installed on it (see figure 2 and 3), missing or released (see figure 7 ); almost the entire magnetic flux Ф _m of a permanent magnet or a layer of individual permanent magnets 4 closes inside the magnetic grip, passing from a permanent magnet or a layer of individual permanent magnets 4 through the outer pole 1, non-magnetic gap 7 and further through the transverse pole 6, the core 2 and the yoke 3, which form a W-shaped magnetic circuit in the radial section, as shown by the dashed lines with arrows in figures 1 and 2, or further through the T-shaped magnetic circuit of the core 14, as shown by the dashed lines with arrows in figure 3, which is confirmed by the results of the verification numerical computer simulation shown in Fig.7, which shows the circuit in the magnetic capture of the magnetic flux F _m lines with arrows, while the soft magnetic materials of the outer pole 1, the transverse pole 6, the core 2, the yoke 3 or the T-shaped magnetic circuit of the core 14 in magnetic relation unsaturated.

Это происходит благодаря тому, что образованный немагнитный зазорThis is due to the fact that the formed non-magnetic gap

7 величиной 5 между диаметральными наружной поверхностью 12 поперечного полюса 6 или Т-образного магнитопровода сердечника 14 и внутренней поверхностью наружного полюса 1 (см. фиг.1, 2, 3 и 7) выполнен таким, что его магнитное сопротивление R_δ магнитному потоку Ф_m от постоянного магнита или от слоя отдельных постоянных магнитов 4 при его прохождении через поперечный полюс 6 или Т-образный магнитопровод сердечника 14, несопоставимо значительно меньше, чем магнитное сопротивление магнитному потоку Ф_m для его прохождения и замыкания через наружный полюс 1, сердечник 2 или Т-образный магнитопровод сердечника 14 и немагнитный зазор между ними, который несопоставимо больше по величине немагнитного зазора 7 величины 5, образованный благодаря тому, что диаметр сердечника 2 или Т-образного магнитопровода сердечника 14 меньше диаметра внутренней поверхности наружного полюса 1 (см. фиг.1, 2, 3 и 7).7 with a value of 5 between the diametrical outer surface 12 of the transverse pole 6 or the T-shaped magnetic circuit of the core 14 and the inner surface of the outer pole 1 (see Fig.1, 2, 3 and 7) is made such that its magnetic resistance R _δ magnetic flux Ф _m from a permanent magnet or from a layer of individual permanent magnets 4 when it passes through the transverse pole 6 or the T-shaped magnetic circuit of the core 14, is incomparably much less than the magnetic resistance to the magnetic flux Ф _m for its passage and circuit through the outer pole 1, core 2 or T -shaped magnetic circuit of the core 14 and a non-magnetic gap between them, which is incomparably larger than the non-magnetic gap 7 of size 5, formed due to the fact that the diameter of the core 2 or the T-shaped magnetic circuit of the core 14 is less than the diameter of the inner surface of the outer pole 1 (see Fig.1 , 2, 3 and 7).

Для захвата груза и его последующего удержания и транспортирования, магнитоэлектрический захват или ферромагнитный груз 8 (см. фиг.1), или немагнитный груз или ферромагнитный груз с низкими магнитными свойствами 8 с установленной на нем ферромагнитной пластиной 13 (см. фиг.2 и 3) подводят друг к другу, магнитный поток Ф_m постоянного магнита или слоя отдельных постоянных магнитов 4 начинает замыкаться по мере уменьшения величины h немагнитного зазора 15 и при h→0, замыкается полностью, проходя, как это показано штриховыми линиями со стрелками на фиг.1, 2 и 3, через наружный полюс 1, его торцевую поверхность 9 (S₁), немагнитный зазор 15 величиной h и далее через ферромагнитный груз 8 или ферромагнитную пластину 13 (см. фиг.2 и 3), из них через немагнитный зазор 15 величиной h в торцевую поверхность 10 (S₂) и далее через сердечник 2 и ярмо 3, или Т-образный магнитопровод сердечника 14, что подтверждается результатами верификационного численного компьютерного моделирования, приведенного на фиг.5, где показано замыкание в магнитном захвате магнитного потока Ф_m линиями со стрелками, при этом магнитомягкие материалы наружного полюса 1, сердечника 2, ярма 3 или Т-образного магнитопровода сердечника 14, ферромагнитного груза 8 или ферромагнитной пластины 13 в магнитном отношении ненасыщенны. При этом обмотка управления 5 обесточена и магнитный поток Ф! отсутствует. В результате создается притягивающая сила (сила притяжения), прямо пропорциональная квадрату величины Ф_m, и происходит захват груза. В этом состоянии магнитным захватом производится удержание и транспортирование груза.To capture the load and its subsequent retention and transportation, magnetoelectric grip or ferromagnetic load 8 (see figure 1), or non-magnetic load or ferromagnetic load with low magnetic properties 8 with a ferromagnetic plate 13 installed on it (see figure 2 and 3 ) are brought to each other, the magnetic flux f _m of a permanent magnet or a layer of individual permanent magnets 4 begins to close as the value of h of the non-magnetic gap 15 decreases and at h→0, it closes completely, passing, as shown by the dashed lines with arrows in Fig.1 , 2 and 3, through the outer pole 1, its end surface 9 (S ₁ ), non-magnetic gap 15 with the value h and further through the ferromagnetic load 8 or ferromagnetic plate 13 (see Fig.2 and 3), of which through the non-magnetic gap 15 the value of h into the end surface 10 (S ₂ ) and further through the core 2 and the yoke 3, or the T-shaped magnetic circuit of the core 14, which is confirmed by the results of the verification numerical computer simulation shown in figure 5, which shows the circuit in the magnetic capture of the magnetic flux Ф _m lines with arrows, while the soft magnetic materials of the outer pole 1, the core 2, the yoke 3 or the T-shaped magnetic circuit of the core 14, the ferromagnetic load 8 or the ferromagnetic plate 13 are magnetically unsaturated. In this case, the control winding 5 is de-energized and the magnetic flux Ф! absent. As a result, an attractive force (force of attraction) is created, which is directly proportional to the square of the value Ф _m , and the cargo is captured. In this state, the magnetic gripper holds and transports the load.

Это происходит благодаря тому, что магнитное сопротивление R_h магнитному потоку Ф_m постоянного магнита или слоя отдельных постоянных магнитов 4 становится несоизмеримо значительно меньше магнитного сопротивления воздушного зазора 7 R_δ и весь магнитный поток постоянного магнита или слоя отдельных постоянных магнитов 4 замыкается через ферромагнитный груз 8 или ферромагнитную пластину 13.This is due to the fact that the magnetic resistance R _h to the magnetic flux Ф _m of a permanent magnet or a layer of individual permanent magnets 4 becomes incommensurably much less than the magnetic resistance of the air gap 7 R _δ and the entire magnetic flux of a permanent magnet or a layer of individual permanent magnets 4 closes through a ferromagnetic load 8 or ferromagnetic plate 13.

Отпускание груза магнитоэлектрическим захватом осуществляется путем подачи в катушку обмотки управления 5 импульса электрического постоянного тока (I), в результате чего образуется магнитный поток Ф_I, который замыкается в магнитоэлектрическом захвате, как это показано штриховыми линиями со стрелками на фиг.1, 2, 3 и 5, двумя путями: первый путь - через сердечник 2 (Т-образного магнитопровода сердечника 14) и его торцевую поверхность 10 (S₂) в ферромагнитный груз 8 или ферромагнитную пластину 13, в наружный полюс 1 через его торцевую поверхность 9 (S₁) и далее через немагнитный зазора 7 в поперечный полюс 6 (Т-образного магнитопровода сердечника 14) через торцевую поверхность 12 (S₄); второй путь - через сердечник 2 (Т-образный магнитопровод сердечника 14) и торцевую поверхность 10 (S₂) в ферромагнитный груз 8 или ферромагнитную пластину 13, в наружный полюс 1 через его торцевую поверхность 9 (Si) и далее через постоянный магнит 4 в ярмо 3 и в сердечник 2 (Т-образного магнитопровода сердечника 14). При этом в катушку обмотки управления 5 подается импульс электрического постоянного тока такого направления (полярности), что магнитный поток Ф_I и магнитный поток Ф_m постоянного магнита или слоя отдельных постоянных магнитов 4 в поперечным полюсе 6 направлены согласно, а в наружном полюсе 1, в ферромагнитном грузе 8 или ферромагнитной пластине 13, в ярме 3 и в сердечнике 2 Т-образного магнитопровода сердечника 14 - встречно. Величины частей магнитного потока Ф_I, замыкающихся по указанным путям, определяются соотношением R_m и R_δ, и в результате суммарный магнитный поток Ф_Г, проходящий через ферромагнитный груз 8 или ферромагнитную пластину 13, а с ним и притягивающая сила (сила притяжения) магнитоэлектрического захвата спадает практически до нуля. Это подтверждается результатами верификационного численного компьютерного моделирования, приведенного на фиг.6, где при отпускании груза магнитный поток Ф_mпостоянного магнита или слоя отдельных постоянных магнитов 4 (показан линиями со стрелками) замыкается в магнитном захвате аналогично случаю отсутствия ферромагнитного груза 8 или немагнитопроводящего груза, или ферромагнитного груза с низкими магнитными свойствами, на которых установлена ферромагнитная пластина 13 (см. фиг.7), и соответственно не создается притягивающей силы (сила притяжения). В качестве иллюстрации, на фиг.6 приведено замыкание магнитного потока Ф_I, когда величина импульса электрического постоянного тока I в катушке обмотки управления 5 превышает требуемое значение соразмерности Ф_m и Ф_I и возникает притягивающая сила (сила притяжения) пропорциональная их разности от Ф_I.The release of the load by the magnetoelectric gripper is carried out by supplying a DC electric pulse (I) to the coil of the control winding 5, as a result of which a magnetic flux F _I is formed, which closes in the magnetoelectric gripper, as shown by the dashed lines with arrows in Fig.1, 2, 3 and 5, in two ways: the first way - through the core 2 (T-shaped magnetic circuit of the core 14) and its end surface 10 (S ₂ ) into the ferromagnetic load 8 or ferromagnetic plate 13, into the outer pole 1 through its end surface 9 (S ₁ ) and further through the non-magnetic gap 7 into the transverse pole 6 (of the T-shaped magnetic circuit of the core 14) through the end surface 12 (S ₄ ); the second path - through the core 2 (T-shaped magnetic circuit of the core 14) and the end surface 10 (S ₂ ) into the ferromagnetic load 8 or the ferromagnetic plate 13, into the outer pole 1 through its end surface 9 (Si) and then through the permanent magnet 4 in yoke 3 and into core 2 (of the T-shaped magnetic circuit of the core 14). At the same time, a DC electric pulse of such a direction (polarity) is supplied to the coil of the control winding 5 that the magnetic flux Ф _I and the magnetic flux Ф _m of the permanent magnet or a layer of individual permanent magnets 4 in the transverse pole 6 are directed according to, and in the outer pole 1, in ferromagnetic load 8 or ferromagnetic plate 13, in the yoke 3 and in the core 2 of the T-shaped magnetic circuit of the core 14 - counter. The values of the parts of the magnetic flux F _I , closing along the indicated paths, are determined by the ratio R _m and R _δ , and as a result, the total magnetic flux F _G passing through the ferromagnetic load 8 or the ferromagnetic plate 13, and with it the attractive force (attraction force) of the magnetoelectric capture drops to almost zero. This is confirmed by the results of the verification numerical computer simulation shown in Fig.6, where when the load is released, the magnetic flux Ф _m of a permanent magnet or a layer of individual permanent magnets 4 (shown by lines with arrows) closes in the magnetic grip similar to the case of the absence of a ferromagnetic load 8 or a non-magnetically conductive load, or a ferromagnetic load with low magnetic properties, on which a ferromagnetic plate 13 is installed (see Fig.7), and accordingly no attractive force (attractive force) is created. As an illustration, figure 6 shows the closure of the magnetic flux f _I when the magnitude of the pulse of electric direct current I in the coil of the control winding 5 exceeds the required value of proportionality f _m and f _I and there is an attractive force (force of attraction) proportional to their difference from f _I .

Длительность импульса электрического постоянного тока I составляет десятые доли секунды и определяется временем, необходимым ферромагнитному грузу 8, или немагнитному грузу или ферромагнитному грузу с низкими магнитными свойствами с установленной на нем ферромагнитной пластиной 13 для отдаления от магнитоэлектрического захвата под действием собственного веса на дистанцию, при которой магнитное сопротивление R_h магнитному потоку Ф_m, проходящему через ферромагнитный груз 8 или ферромагнитную пластину 13 и торцевые поверхности 9 и 10 наружного полюса 1 и сердечника 2 Т-образного магнитопровода сердечника 14, становиться значительно больше магнитного сопротивления R_δ немагнитного зазора 7, и тогда магнитный поток Ф_m постоянного магнита или слоя отдельных постоянных магнитов 4 не проходит через ферромагнитный груз 8 или ферромагнитную пластину 13 и соответственно притягивающая сила (сила притяжения) магнитоэлектрическим захватом не создается даже после снятия импульса электрического тока I.The duration of the electric direct current pulse I is tenths of a second and is determined by the time required for a ferromagnetic load 8, or a non-magnetic load or a ferromagnetic load with low magnetic properties with a ferromagnetic plate 13 installed on it to move away from the magnetoelectric capture under the action of its own weight at a distance at which the magnetic resistance R _h to the magnetic flux Ф _m passing through the ferromagnetic load 8 or the ferromagnetic plate 13 and the end surfaces 9 and 10 of the outer pole 1 and the core 2 of the T-shaped magnetic circuit of the core 14, become significantly greater than the magnetic resistance R _δ of the non-magnetic gap 7, and then the magnetic flux Ф _m of a permanent magnet or a layer of individual permanent magnets 4 does not pass through a ferromagnetic load 8 or a ferromagnetic plate 13 and, accordingly, an attractive force (force of attraction) is not created by the magnetoelectric grip even after the removal of the electric current pulse I.

Величина импульса электрического постоянного тока I в катушке обмотки управления 5 для отдачи груза может быть незначительной, поскольку достаточно незначительного в течении определенного времени ослабления притягивающей силы (силы притяжения) создаваемой магнитным потоком Ф_m постоянного магнита или слоя отдельных постоянных магнитов 4 до значения, меньшей веса груза, условно обратной (противоположной) силой создаваемой катушкой обмотки управления 5 с электрическим постоянным током I прямо пропорциональной квадрату произведения Tw, т.е. квадрату создаваемой ею МДС.The magnitude of the electric direct current pulse I in the coil of the control winding 5 for the return of the load may be insignificant, since it is sufficient for a certain time to weaken the attractive force (force of attraction) created by the magnetic flux Ф _m of the permanent magnet or a layer of individual permanent magnets 4 to a value less than the weight load, conditionally inverse (opposite) force generated by the control winding coil 5 with electric direct current I directly proportional to the square of the product Tw, i.e. the square of the MDS it creates.

Согласно приведенной на фиг.2 эквивалентной схеме замещения магнитной цепи магнитоэлектрического захвата суммарный магнитный поток Ф_Г, проходящий через ферромагнитный груз 8, или немагнитный груз или ферромагнитный груз с низкими магнитными свойствами с установленной на нем ферромагнитной пластиной 13, может быть описан следующим выражением:According to the equivalent circuit of the magnetic circuit of the magnetoelectric capture shown in figure 2, the total magnetic flux F _G passing through the ferromagnetic load 8, or a non-magnetic load or a ferromagnetic load with low magnetic properties with a ferromagnetic plate 13 installed on it, can be described by the following expression:

Условием отсутствия магнитного потока Ф_Г, проходящего через груз 8, захваченный магнитоэлектрическим захватом, и соответственно отсутствия его притягивающей силы (силы удержания груза), является подача в обмотку управления 5 импульса электрического постоянного тока I, создающего МДС величинойThe condition for the absence of a magnetic flux F _G passing through the load 8 captured by the magnetoelectric gripper, and, accordingly, the absence of its attractive force (the force of holding the load), is the supply to the control winding 5 of an electric DC pulse I, which creates the MMF value

При этом должно выполнятся следующее соотношение:In this case, the following relation must be satisfied:

Нарушение неравенства в правой части показанного соотношения, т.е. (d_m×S₄)/(δ×S₃)>10, может привести к снижению магнитного потока Ф_Г, а следовательно и к снижению притягивающей силы (силы притяжения) магнитоэлектрического захвата при удержании ферромагнитного груза с низкими магнитными свойствами, т.е. с низкой магнитной проницаемостью. Невыполнение неравенства в левой части показанного соотношения, т.е

приведет к снижению энергоэффективности, поскольку для обеспечения отсутствия магнитного потока Ф_Г, проходящего через груз 8, захваченный магнитоэлектрическим захватом, и соответственно отсутствия его притягивающей силы (силы удержания груза), потребуется подача в обмотку управления 5 импульса электрического тока, создающего МДС величиной, превосходящей МДС постоянного магнита или слоя отдельных постоянных магнитов 4.Violation of the inequality on the right side of the shown relation, i.e. (d _m ×S ₄ )/(δ×S ₃ )>10, can lead to a decrease in the magnetic flux F _G and, consequently, to a decrease in the attractive force (force of attraction) of the magnetoelectric gripper while holding a ferromagnetic load with low magnetic properties, i.e. e. with low magnetic permeability. Non-fulfillment of the inequality on the left side of the shown relation, i.e.

will lead to a decrease in energy efficiency, since in order to ensure the absence of a magnetic flux F _G passing through the load 8 captured by the magnetoelectric gripper, and, accordingly, the absence of its attractive force (the force of holding the load), it will be necessary to supply an electric current pulse to the control winding 5, which creates an MMF value exceeding MMF of a permanent magnet or a layer of individual permanent magnets 4.

При выполнении в предлагаемом магнитоэлектрическом захвате S₁≈S₂ и S₃>S₄ обеспечивается отсутствие в магнитопроводящих наружном полюсе 1, ярме 3, поперечном полюсе 6 и сердечнике 2 или Т-образном магнитопроводе сердечника 14 локальных магнитных насыщений их магнитомягкого (ферромагнитного) материала, способных приводить к снижению притягивающей силы (силы удержания груза). При выполнении в предлагаемом магнитоэлектрическом захвате условия

наряду с соотношением

обеспечивается получение максимальной плотности магнитного потока Ф_Г, проходящего через ферромагнитный груз или ферромагнитную пластину, закрепленную на немагнитопроводящем или на ферромагнитном грузе с низкими магнитными свойствами, а следовательно и максимальной величины притягивающей силы (силы притяжения) груза при его захвате, удержании и транспортировании.When performed in the proposed magnetoelectric gripper S ₁ ≈S ₂ and S ₃ >S ₄ , there is no local magnetic saturation of their magnetically soft (ferromagnetic) material in the magnetically conductive outer pole 1, yoke 3, transverse pole 6 and core 2 or the T-shaped magnetic circuit of the core 14 , capable of leading to a decrease in the attractive force (force of holding the load). When fulfilling the conditions in the proposed magnetoelectric gripper

along with the ratio

obtaining the maximum density of the magnetic flux F _G passing through a ferromagnetic load or a ferromagnetic plate fixed on a non-magnetically conductive or ferromagnetic load with low magnetic properties, and hence the maximum value of the attractive force (force of attraction) of the load during its capture, retention and transportation.

Для отпускания ферромагнитного груза 8, или немагнитопроводящего груза или ферромагнитного груза с низкими магнитными свойствами с установленной на нем ферромагнитной пластиной 13, предлагаемому магнитоэлектрическому захвату требуется импульс электрического постоянного тока I, создающий МДС до десяти раз меньше, чем МДС постоянного магнита или слоя отдельных постоянных магнитов 4, а захват, удержание и транспортирование груза осуществляется без потребления электрической энергии. Это обеспечивает существенное, более чем на порядок, снижение потребления электрической энергии в виде короткого импульса электрического постоянного тока по сравнению с аналогами и прототипом и дает возможность работы предлагаемого магнитоэлектрического захвата при питании от автономного импульсного источника питания малых габаритов.To release a ferromagnetic load 8, or a non-magnetically conductive load or a ferromagnetic load with low magnetic properties with a ferromagnetic plate 13 installed on it, the proposed magnetoelectric gripper requires an electric DC pulse I, which creates an MMF up to ten times less than the MMF of a permanent magnet or a layer of individual permanent magnets 4, and the capture, retention and transportation of cargo is carried out without the consumption of electrical energy. This provides a significant, more than an order of magnitude, reduction in the consumption of electrical energy in the form of a short pulse of electric direct current compared with analogues and prototype and makes it possible to work the proposed magnetoelectric gripper when powered by an autonomous switching power supply of small dimensions.

Вместе с тем, в предлагаемом магнитоэлектрическом захвате груза, при необходимости, может быть обеспечен плавный захват груза с плавным нарастанием притягивающей силы путем подачи на катушку обмотки управления 5 импульса электрического постоянного тока, соразмерного по величине и длительности весу груза.At the same time, in the proposed magnetoelectric gripping of the load, if necessary, a smooth grip of the load with a smooth increase in the attracting force can be ensured by applying to the coil of the control winding 5 a DC electric pulse commensurate in magnitude and duration with the weight of the load.

В настоящее время разработана конструкторская и технологическая документация основного производства предлагаемого магнитоэлектрического захвата груза.At present, the design and technological documentation of the main production of the proposed magnetoelectric cargo capture has been developed.

Согласно проведенным расчетам конструкции нескольких вариантов предлагаемого магнитоэлектрического захвата груза малогабаритного исполнения и сопоставления их результатов с результатами проведенного верификационного численного компьютерного моделирования магнитного поля в его конструкции методом конечно-элементного анализа в программном комплексе ANSYS Maxwell, определено, что его энергоэффективность по удельной грузоподъемности составляет значение не менее 600 Н притягивающей силы на кг массы магнитоэлектрического захвата и по энергопотреблению (средняя электрическая мощность импульса электрического постоянного тока за время отпускания груза) составляет значение не более 0,003 Вт на 1 Н притягивающей силы (силы притяжения) захвата.According to the calculations of the design of several variants of the proposed magnetoelectric gripper of small-sized cargo and the comparison of their results with the results of the verification numerical computer simulation of the magnetic field in its design using the finite element analysis method in the ANSYS Maxwell software package, it was determined that its energy efficiency in terms of specific load capacity is not less than 600 N of attractive force per kg of mass of the magnetoelectric gripper and in terms of energy consumption (average electric power of an electric DC pulse during the release of the load) is not more than 0.003 W per 1 N of the attractive force (attractive force) of the gripper.

Таким образом, заявленные технические результаты можно считать достигнутыми.Thus, the claimed technical results can be considered achieved.

Термины и определения понятий в заявляемом изобретении приведены в соответствии с ГОСТ 18311-80, ГОСТ Р 58885-2020, ГОСТ 21559-76, ГОСТ Р 52956-2008, ГОСТ 19693-74, ГОСТ Р 52002-2003, ГОСТ 10160-75, ГОСТ 1103-75, ГОСТ IEC 60027-1-2015, ГОСТ 21427.1…4-83, ГОСТ 3836-83, ГОСТ 8.377-80, ГОСТ Р 54521-2011.Terms and definitions of concepts in the claimed invention are given in accordance with GOST 18311-80, GOST R 58885-2020, GOST 21559-76, GOST R 52956-2008, GOST 19693-74, GOST R 52002-2003, GOST 10160-75, GOST 1103-75, GOST IEC 60027-1-2015, GOST 21427.1…4-83, GOST 3836-83, GOST 8.377-80, GOST R 54521-2011.

Claims

1. A magnetoelectric load grab containing a flat yoke, a non-remagnetizable permanent magnet, a control winding coil and an outer pole, characterized in that it is predominantly cylindrical in configuration, equipped with a core and a transverse pole, while the permanent magnet and the transverse pole are made annular, the core and the outer the pole is made respectively in the form of a cylinder and a hollow cylinder, the flat yoke is made in the form of a disk, and the permanent magnet is made high-coercive and magnetized unidirectionally along an axis perpendicular to its end plane, and the diameters of the outer surfaces of the permanent magnet, the outer pole and the flat yoke are the same, the diameter of the core is the same as the diameter of the inner surface of the ring of the transverse pole and less than the diameter of the inner surface of the outer pole, which is greater than the diameter of the outer surface of the transverse pole, while a core and a permanent magnet are attached to one plane of the yoke coaxially with it, to which, on its opposite side from the flat yoke, is also attached coaxially with its flat surface, the outer pole, forming with them in the radial section an E-shaped magnetic circuit, and the opposite, relatively flat yoke, end surfaces of the outer pole and the core adjoin the surface of the ferromagnetic load when it is captured, and the transverse pole with its inner surface is fixed on the outer surface of the core at an axial distance from the flat yoke, greater than or equal to the thickness of the permanent magnet, but within the axial length of the outer pole, while the control winding coil is wound and fixed on the cylindrical surface of the core, adjacent to the opposite, relative to the flat yoke, plane of the transverse pole ring, and the non-magnetic gap formed by the value δ between the diametrical outer surface of the transverse pole and the inner surface of the outer pole is made in such a way that its magnetic resistance to the magnetic flux from the permanent magnet when it passes through it and the transverse pole is much greater than the magnetic resistance to the magnetic flux from the permanent magnet passing through the end surfaces of the outer pole and the core and through the ferromagnetic load when it is captured, and much less magnetic resistance to the magnetic flux from the permanent magnet, closing through the same end surfaces of the outer pole and the core in the absence of a ferromagnetic load, and the areas of the end surfaces of the outer pole S ₁ and the core S ₂ from the side of the ferromagnetic load are the same, the area of the end surface of the permanent magnet S ₃ adjacent to the outer pole is greater than the area of the outer diametrical surface of the transverse pole S ₄ facing the non-magnetic gap, and the ratio of the area S ₁ or S ₂ from the side of the ferromagnetic load to the area S ₃ is equal to the ratio of the residual induction of the permanent magnet B _r to the maximum magnetic induction of the magnetically unsaturated material of the outer pole or core B _max and the condition 0.5<(S ₁ /S ₃ )=(S ₂ /S ₃ )=(B _r /B _max )<l, while the thickness of the permanent magnet d _m in the direction of its magnetization exceeds the value of the non-magnetic gap δ in the direction of passage of the magnetic flux through it and the ratio 1<(d _m ×S ₄ )/(δ×S ₃ ) ≤10, and the outer pole, yoke, core and transverse pole are made of soft magnetic materials with the same or similar magnetic properties.

2. Magnetoelectric load grip according to claim 1, characterized in that it is equipped with a ferromagnetic plate fixed on a non-magnetically conductive or ferromagnetic load with low magnetic properties, which is made in the form of a disk with a thickness of at least a quarter of the core diameter, while the diameter of the ferromagnetic plate is greater than the diameter the outer surface of the outer pole, and the opposite, relatively flat yoke, end surfaces of the outer pole and the core are adjacent to the plane of the ferromagnetic plate fixed on the load during its capture, and the magnetic resistance to the magnetic flux from a permanent magnet passing through the end surfaces of the outer pole and core when the load is captured and through a ferromagnetic plate, it is much less than the magnetic resistance to the magnetic flux from a permanent magnet when it passes through a non-magnetic gap of δ and a transverse pole, which in turn is much less than the magnetic resistance to the magnetic flux from a permanent magnet, which closes in the absence of a load with a ferromagnetic plate fixed on it through the same end surfaces of the outer pole and the core, while the ferromagnetic plate is made of a soft magnetic material with the same or similar magnetic properties of soft magnetic materials, of which the outer pole, the yoke, the transverse pole and the core are made.

3. Magnetoelectric capture cargo according to any one of paragraphs. 1 or 2, characterized in that the core, the yoke and the transverse pole are made in the form of a monolithic T-shaped core magnetic core made of a soft magnetic material with the same or similar magnetic properties as the soft magnetic material of the outer pole.

4. Magnetoelectric capture cargo according to any one of paragraphs. 2 or 3, characterized in that the core, yoke, transverse pole or T-shaped magnetic circuit of the core, the outer pole and the ferromagnetic plate are made of one soft magnetic material.

5. Magnetoelectric capture cargo according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the non-remagnetizable annular permanent magnet is made in the form of an annular layer of flat rectangular or sector-shaped individual non-remagnetizable high-coercivity permanent magnets, magnetized unidirectionally and perpendicular to their end plane, at least two in number, facing or adjacent in the layer in series with their side surfaces to each other, and with their ends to the flat surface of the outer pole, forming a closed ring in which all individual flat permanent magnets are placed in the layer in the direction of magnetization in one direction, while each individual flat permanent magnet is made, in particular, of a magnetically hard sintered material such as SmCo or NdFeB with a residual magnetic induction of at least 0.8 T.