RU62735U1

RU62735U1 - FAST POLARIZED ELECTROMAGNET WITH PRESET SPEED AT THE END OF STROKE

Info

Publication number: RU62735U1
Application number: RU2006139517/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Валентинович Павленко; Валерий Петрович Гринченков; Денис Владимирович Батищев
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2007-04-27

Abstract

Полезная модель относится к электромеханике, а точнее к быстродействующим электромагнитным устройствам для промышленных и бытовых технических объектов, содержащих исполнительные органы, которые обеспечивают заданные динамические характеристики. Электромагнит содержит кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь 1, находящийся между верхней и нижней частями, включающими верхнюю 2 и нижнюю 3 обмотки управления, охватывающими верхний 6 и нижний 7 стопы из магнитомягкого материала и кольцеобразные постоянные магниты 4 и 5 с аксиальным направлением намагничивания материала и находящиеся внутри верхней 8 и нижней 9 соответственно внешних чашеобразных магнитопроводов из магнитомягкого материала. Опорные поверхности чашеобразных магнитопроводов 8 и 9 имеет когтеобразный ферромагнитный кольцевой выступ, выполняющий функции ферромагнитного шунта. Верхняя 12 и нижняя 13 пружины расположены на штоке 16, выполненном из немагнитного материала и жестко скрепленном с кольцеобразным подпружиненным магнитомягким якорем 1. Шток 16 выполнен с возможностью свободного перемещения через цилиндрические отверстия в верхнем 6 и нижнем 7 стопах, 4 и 5 постоянных магнитах. Верхний упор 14 жестко скреплен со штоком 16, нижний 15 - свободный. Верхняя и нижняя части электромагнита позиционируются относительно друг друга за счет немагнитных шпилек 11, которые вставляются в глухие отверстия стопов 6 и 7. Герметизация воздушного зазора осуществляется немагнитной цилиндрической вставкой 10. Устройство обеспечивает заданную величину хода и заданное значение скорости перемещения подвижного элемента в конце хода за счет конструктивных элементов электромагнита.The utility model relates to electromechanics, and more specifically to high-speed electromagnetic devices for industrial and domestic technical objects containing actuators that provide specified dynamic characteristics. The electromagnet contains a ring-shaped spring-loaded magnetically soft anchor 1 located between the upper and lower parts, including the upper 2 and lower 3 control windings, covering the upper 6 and lower 7 feet of soft magnetic material and ring-shaped permanent magnets 4 and 5 with an axial direction of magnetization of the material and located inside the upper 8 and lower 9, respectively, of the outer cup-shaped magnetic cores of soft magnetic material. The supporting surfaces of the cup-shaped magnetic cores 8 and 9 have a claw-shaped ferromagnetic annular protrusion, which performs the functions of a ferromagnetic shunt. The upper 12 and lower 13 springs are located on the rod 16, made of non-magnetic material and rigidly fastened to an annular spring-loaded magnetically soft anchor 1. The rod 16 is made with the possibility of free movement through cylindrical holes in the upper 6 and lower 7 stops, 4 and 5 permanent magnets. The upper emphasis 14 is rigidly bonded to the rod 16, the lower 15 is free. The upper and lower parts of the electromagnet are positioned relative to each other due to non-magnetic pins 11, which are inserted into the blind blind holes 6 and 7. The air gap is sealed by a non-magnetic cylindrical insert 10. The device provides a predetermined stroke value and a predetermined value of the moving element speed at the end of the stroke account of the structural elements of the electromagnet.

Description

Быстродействующий поляризованный электромагнит с заданной скоростью в конце хода используется для промышленных и бытовых технических объектов, содержащих исполнительные органы, которые обеспечивают заданные динамические характеристики.A high-speed polarized electromagnet with a given speed at the end of the stroke is used for industrial and domestic technical objects containing actuators that provide specified dynamic characteristics.

Известен электромагнитный привод управляющего элемента, преимущественно дозирующего клапана топливного насоса высокого давления двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, электромагнит, включающий магнитопровод, в расточке которого размещена обмотка, подключенная к источнику управляющего напряжения, якорь в виде пластины из магнитомягкого материала, расположенный соосно магнитопроводу и свободно перемещающийся в осевом направлении, причем обмотка выполнена распределенной и размещена в прямых параллельных пазах магнитопровода таким образом, что элемент магнитопровода, разделяющий два соседних паза, является сердечником части обмотки, причем количество пазов не меньше трех, якорь выполнен в виде пластины, преимущественно круглой формы, связанной с направляющей движения якоря (патент РФ №2137236, бюллетень №27/2000, дата публикации бюллетеня 27.09.2000).A known electromagnetic drive of a control element, mainly a metering valve of a high pressure fuel pump of an internal combustion engine, comprising a housing, an electromagnet including a magnetic circuit, in the bore of which is placed a winding connected to a control voltage source, an armature in the form of a plate of magnetically soft material, located coaxially with the magnetic circuit and freely moving in the axial direction, and the winding is made distributed and placed in straight parallel grooves of the magneto the gadfly in such a way that the magnetic core element separating two adjacent grooves is the core of the winding part, and the number of grooves is not less than three, the anchor is made in the form of a plate, mainly round in shape, associated with the guide movement of the armature (RF patent No. 2137236, bulletin No. 27 / 2000, publication date of the bulletin 09/27/2000).

Недостатком данного технического решения является малая величина хода якоря, обусловленная особенностью конструкции электромагнита, что ограничивает диапазон применимости электромагнитного привода. Кроме того, сложная конструкция обмотки приводит к повышению затрат на производство электромагнита.The disadvantage of this technical solution is the small size of the armature stroke, due to the design feature of the electromagnet, which limits the applicability range of the electromagnetic drive. In addition, the complex design of the winding leads to increased costs for the production of an electromagnet.

Известен быстродействующий поляризованный электромагнит броневого типа с независимыми потоками поляризации (прототип), содержащий магнитомягкий магнитопровод, обмотки управления, постоянный магнит, кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь, жестко скрепленный с рабочим штоком из немагнитного материала, свободно проходящим через цилиндрические отверстия в стопах. Конструкция электромагнита составлена из двух эквивалентных частей, симметрично расположенных относительно середины хода кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря, который в любом из Known high-speed polarized armored type electromagnet with independent polarization fluxes (prototype), containing a soft magnetic core, control windings, a permanent magnet, an annular spring-loaded soft magnetic armature, rigidly fastened to a working rod of non-magnetic material, freely passing through cylindrical holes in the feet. The design of the electromagnet is composed of two equivalent parts, symmetrically located relative to the middle of the stroke of the annular spring-loaded magnetically soft anchor, which in any of

крайних положений поджат ускоряющей или возвратной пружиной, при этом в каждой из частей магнитопровод состоит из внешней цилиндрической части из магнитомягкого материала и немагнитного фланца, стопа, между которыми расположены обмотка управления и постоянный магнит, выполненный кольцеобразно, с радиальным направлением намагничивания материала (патент РФ №2140034).extreme positions are pressed by an accelerating or return spring, while in each of the parts the magnetic circuit consists of an external cylindrical part of soft magnetic material and a non-magnetic flange, a stop, between which are located a control winding and a permanent magnet made in an annular shape with a radial direction of magnetization of the material (RF patent No. 2140034).

Недостатком данного технического решения является необходимость регулирования скорости якоря в конце хода для обеспечения безударного срабатывания электромагнита, что значительно увеличивает энергопотребление электромагнита.The disadvantage of this technical solution is the need to control the speed of the armature at the end of the stroke to ensure shockless operation of the electromagnet, which significantly increases the energy consumption of the electromagnet.

Задачей является повышение технологичности конструкции, быстродействия, обеспечение заданной величины хода и заданного значения скорости перемещения подвижного элемента в конце хода за счет конструктивных элементов электромагнита.The objective is to increase the manufacturability of the design, speed, providing a given stroke and a given value of the speed of movement of the movable element at the end of the stroke due to the structural elements of the electromagnet.

Поставленная задача решается с помощью быстродействующего поляризованного электромагнита с заданной скоростью в конце хода, состоит из двух эквивалентных частей, симметрично расположенных относительно середины хода кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря, который в любом из крайних положений поджат ускоряющей или возвратной пружиной, каждая из эквивалентных частей содержит цилиндрический магнитопровод из магнитомягкого материала, обмотки управления, постоянные магниты и кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь, жестко скрепленный с рабочим штоком из немагнитного материала, свободно проходящим через цилиндрические отверстия в стопах, причем эквивалентные части электромагнита соединены немагнитными шпильками и немагнитной цилиндрической вставкой, магнитопровод выполнен цельным из магнитомягкого материала, имеющим чашеобразную форму, а постоянные магниты с аксиальным направлением намагничивания расположены между торцами чашеобразного магнитопровода и стопа, обмотка управления каждой части охватывает стоп из магнитомягкого материала и постоянный магнит, на опорной поверхности чашеобразного магнитопровода выполнен когтеобразный ферромагнитный кольцевой выступ, выполняющий функции ферромагнитного шунта.The problem is solved using a high-speed polarized electromagnet with a given speed at the end of the stroke, consists of two equivalent parts symmetrically located relative to the middle of the stroke of a ring-shaped spring-loaded magnetically soft armature, which in any of the extreme positions is drawn by an accelerating or return spring, each of the equivalent parts contains a cylindrical magnetic circuit soft magnetic material, control windings, permanent magnets and annular spring-loaded soft magnetic an anchor rigidly fastened to a working rod of non-magnetic material that freely passes through cylindrical holes in the feet, with equivalent parts of the electromagnet connected by non-magnetic pins and a non-magnetic cylindrical insert, the magnetic core is made of solid magnetic material with a cup shape, and permanent magnets with an axial direction of magnetization are located between the ends of the cup-shaped magnetic circuit and the stop, the control winding of each part covers the stop of soft magnetic material la and a permanent magnet, on the supporting surface of the cup-shaped magnetic circuit, a claw-shaped ferromagnetic annular protrusion is performed, which performs the functions of a ferromagnetic shunt.

На чертеже 1 представлен быстродействующий поляризованный электромагнит с заданной скоростью в конце хода. Электромагнит содержит кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь 1, верхнюю 2 и нижнюю 3 The drawing 1 shows a high-speed polarized electromagnet with a given speed at the end of the stroke. The electromagnet contains a ring-shaped spring-loaded magnetically soft anchor 1, upper 2 and lower 3

обмотки управления, кольцеобразные постоянные магниты 4 и 5 с аксиальным направлением намагничивания материала, верхний 6 и нижний 7 стопы из магнитомягкого материала, верхней 8 и нижней 9 внешние чашеобразные магнитопроводы из магнитомягкого материала, немагнитную цилиндрическую вставку 10, направляющие шпильки из немагнитного материала 11, верхнюю 12 и нижнюю 13 пружины, верхний 14 и нижний 15 упоры, шток из немагнитного материала 16.control windings, ring-shaped permanent magnets 4 and 5 with an axial direction of magnetization of the material, upper 6 and lower 7 feet of soft magnetic material, upper 8 and lower 9 outer bowl-shaped magnetic cores of soft magnetic material, non-magnetic cylindrical insert 10, guide rods of non-magnetic material 11, upper 12 and lower 13 springs, upper 14 and lower 15 stops, rod of non-magnetic material 16.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии верхняя 2 и нижняя 3 обмотки управления обесточены, кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь 1 находится в верхнем крайнем положении. Удержание кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря 1 в таком состоянии обеспечивается электромагнитной силой, создаваемой поляризующим потоком верхнего постоянного магнита 4, и превышающей силу поджатия верхней пружины 12. В верхнюю обмотку управления 2 подается импульс тока с такими параметрами, чтобы возникающий при этом размагничивающий поток уменьшил удерживающую электромагнитную силу ниже значения силы поджатия верхней пружины 12 и кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь 1, под действием последней, совершил перемещение к нижнему стопу 7. Во время движения ускоряющее действие верхней пружины 12, после прохождения кольцеобразным подпружиненным магнитомягким якорем 1 середины хода, изменяется на замедляющее действие нижней пружины 13 и преодолевается за счет накопленной кинетической энергии и электромагнитного взаимодействия между кольцеобразным подпружиненным магнитомягким якорем 1 и нижним стопом 7. При приближении кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря 1 к нижнему стопу 7 начинает действовать ферромагнитный шунт чашеобразного магнитопровода 9, что обеспечивает переход кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря 1 в крайнее нижнее положение и создает требуемую скорость подвижной части в конце хода. В нижнем крайнем положении кольцеобразный подпружиненный якорь 1 из магнитомягкого материала оказывается притянутым к стопу 7 под действием электромагнитной силы, создаваемой поляризующим потоком нижнего постоянного магнитов 5, сжав при этом нижнюю пружину 13. Для возврата кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря 1 в исходное положение в нижнюю обмотку управления 3 подается размагничивающий импульс тока с параметрами, необходимыми для обеспечения отрыва кольцеобразного подпружиненного The device operates as follows. In the initial state, the upper 2 and lower 3 control windings are de-energized, the ring-shaped spring-loaded magnetically soft armature 1 is in the upper extreme position. The retention of the annular spring-loaded magnetically soft anchor 1 in this state is ensured by the electromagnetic force generated by the polarizing flux of the upper permanent magnet 4 and exceeding the compressive force of the upper spring 12. A current pulse is supplied to the upper control winding 2 with such parameters that the resulting demagnetizing flux reduces the holding electromagnetic force below the value of the preload force of the upper spring 12 and the annular spring-loaded magnetically soft anchor 1, under the action of the latter, make moving to the lower foot 7. During the movement, the accelerating action of the upper spring 12, after passing through the ring-shaped spring-loaded magnetically soft anchor 1 of the middle of the stroke, changes to the slowing-down effect of the lower spring 13 and is overcome due to the accumulated kinetic energy and electromagnetic interaction between the ring-shaped spring-loaded magnetically soft anchor 1 and the lower stop 7. When the ring-shaped spring-loaded magnetically soft anchor 1 approaches the lower stop 7, a ferromagnetic bowl-shaped shunt starts to act magnetic core 9, which ensures the transition of the annular spring-loaded magnetically soft anchor 1 to its lowest position and creates the required speed of the moving part at the end of the stroke. In the lower extreme position, the annular spring-loaded armature 1 of soft magnetic material is attracted to the foot 7 by the electromagnetic force generated by the polarizing flux of the lower permanent magnets 5, compressing the lower spring 13. To return the annular spring-loaded soft magnetic armature 1 to its original position in the lower control winding 3 a demagnetizing current pulse is supplied with the parameters necessary to ensure separation of the annular spring-loaded

магнитомягкого якоря 1, и процесс повторяется аналогично описанному выше, но разгонять подвижную часть теперь будет нижняя пружина 13, а тормозить - верхняя пружина 12 и ферромагнитный шунт чашеобразного магнитопровода 8. Для изменения скорости якоря в конце хода необходимо изменять высоту ферромагнитного шунта I_ш.soft magnetic anchor 1, and the process repeats itself as described above, but the lower spring 13 will now accelerate the moving part, and the upper spring 12 and the ferromagnetic shunt of the cup-shaped magnetic circuit 8 will slow down. To change the speed of the armature at the end of the course, it is necessary to change the height of the ferromagnetic shunt I _w .

Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения состоит в том, что за счет предложенных конфигураций магнитной и механической систем обеспечивается заданное время перемещения подвижной части при значительных величинах хода кольцеобразного подпружиненного якоря из магнитомягкого материала, повышение быстродействия обеспечивается значительным электромагнитным усилием, складываемым из усилия, созданного в рабочем воздушном зазоре между внешней частью магнитопровода и кольцеобразным подпружиненным магнитомягким якорем, и усилия, созданного в рабочем воздушном зазоре между стопом и кольцеобразным подпружиненным магнитомягким якорем, а заданное значение скорости подвижного элемента в конце хода достигается за счет конструктивных элементов электромагнита - ферромагнитного шунта.A positive effect from the use of the proposed technical solution is that due to the proposed configurations of the magnetic and mechanical systems, a predetermined time of movement of the moving part is ensured with significant values of the stroke of the annular spring-loaded armature from magnetically soft material, the increase in speed is provided by a significant electromagnetic force, which is composed of the force created in working air gap between the outer part of the magnetic circuit and the annular spring-loaded magnet soft anchor, and the effort created in the working air gap between the foot and the annular spring-loaded magnetically soft anchor, and the set value of the speed of the movable element at the end of the stroke is achieved due to the structural elements of the electromagnet - a ferromagnetic shunt.

Claims

A high-speed polarized electromagnet with a given speed at the end of the stroke consists of two equivalent parts symmetrically located relative to the middle of the stroke of a ring-shaped spring-loaded magnetically soft armature, which in any of the extreme positions is pressed by an accelerating or return spring, each of the equivalent parts contains a cylindrical magnetic circuit of magnetically soft material, a winding controls, permanent magnets and a ring-shaped spring-loaded magnetically soft anchor rigidly attached to the working rod of non-magnetic material freely passing through cylindrical openings in the feet, characterized in that the equivalent parts of the electromagnet are connected by non-magnetic studs and a non-magnetic cylindrical insert, the magnetic circuit is made of solid magnetic material with a cup-shaped shape, and permanent magnets with an axial direction of magnetization are located between the ends of the cup-shaped magnetic circuit and stop, the control winding of each part covers a stop made of soft magnetic material and a permanent magnet, on The claw-shaped ferromagnetic annular protrusion, which performs the functions of a ferromagnetic shunt, is made on the surface of the cup-shaped magnetic circuit.