Электромагнит постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике. Электромагнит содержит магнитопроводящий корпус с фланцами, в котором установлена катушка. Внутри катушки размещены якоря, полюса которых имеют взаимосопрягаемую усеченно-коническую форму. Якоря отделены от фланцев и катушки и снабжены тягами с шаровыми соединениями на концах для связи с внешней нагрузкой. Технический результат заключается в снижении трения при движении якорей, что позволяет повысить КПД электромагнита, улучшить его динамические характеристики и в повышение тягового усилия. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромагнитам постоянного тока, и может быть использовано в симметричных приводах исполнительных механизмов, например тормозных устройств подъемных машин.

Известен электромагнит постоянного тока, содержащий магнитопроводящий корпус с фланцами, в котором установлена катушка с размещенными внутри нее двумя якорями, приводящими в действие два подпружиненных тормозных рычага с колодками (Александров М.П. Тормозные устройства в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1965, с. 73).

В известной конструкции полюса якорей имеют плоскую форму, что не позволяет согласовать тяговую характеристику электромагнита с механической характеристикой противодействующих сил и снижает его КПД, приводя к сильным ударам якорей при включении.

Кроме того, в данной конструкции не обеспечивается соосность якорей и равномерность немагнитного (паразитного) зазора между якорями и фланцами корпуса, что значительно снижает величину тягового усилия в осевом направлении, КПД электромагнита и может привести к перекосам и заклиниванию якорей.

Кроме того, тяги, связывающие прямолинейно движущиеся якоря с тормозными рычагами, совершающими вращательное движение, жестко закреплены в якорях, что вызывает повышенное трение, перекосы и заклинивание последних.

Указанные недостатки, особенно возможность заклинивания якорей, существенно ограничивают область применения данной конструкции, в первую очередь, в подъемных машинах, где предъявляются повышенные требования к надежности тормозных устройств.

Изобретение позволяет решить задачу согласования тяговых и противодействующих характеристик, повышения КПД, уменьшения ударов при включении, а также устранить перекосы и заклинивания якорей.

Поставленная задача решается тем, что в электромагните постоянного тока, содержащем магнитопроводящий корпус с фланцами, в котором установлена катушка с размещенными внутри нее двумя якорями, согласно изобретению полюса якорей имеют взаимосопрягаемую усеченно-коническую форму, а сами якоря отделены от фланцев и катушки и снабжены тягами с шаровыми соединениями на концах для связи с внешней нагрузкой.

Кроме того, электромагнит дополнительно снабжен двумя ограничителями, установленными на якорях, обеспечивающими соприкосновение якорей друг с другом при их встречном движении в заданной точке.

Якоря электромагнита могут быть отделены от фланцев и катушки с помощью по меньшей мере одной гильзы из немагнитного материала.

Целесообразно, чтобы якоря были установлены соосно друг относительно друга посредством центрирующего узла, представляющего собой, например, вал из немагнитного материала, жестко закрепленный одним концом в осевом отверстии одного из якорей с возможностью продольного перемещения другим своим концом в осевом отверстии другого якоря на подшипниках скольжения.

Кроме того, якоря могут быть отделены от фланцев посредством втулок, выполненных из антифрикционного материала с магнитной проводимостью, меньшей, чем у материала магнитопровода, но большей, чем у воздуха.

Таким образом, выполнение полюсов якорей в виде взаимосопрягаемых усеченных конусов позволяет изменять крутизну тяговой характеристики электромагнита за счет выбора требуемого угла при вершине конуса и согласовывать ее с механической характеристикой противодействующих сил. Это дает возможность повысить величину тягового усилия в начале хода якорей по сравнению с плоскими полюсами и уменьшить его на конечном участке перемещения якорей, избежав сильного удара при их соприкосновении. При этом движение якорей начинается при меньшей величине тока катушки, и полезная работа по преодолению нагрузки совершается с меньшими затратами энергии (с более высоким КПД).

Отделение цилиндрических поверхностей якорей от фланцев и катушки с помощью гильзы из немагнитного материала позволяет обеспечить одинаковые и равномерные паразитные зазоры, в которых магнитное поле равномерно, а результирующий вектор электромагнитной силы в радиальном направлении близок к нулю. Такое решение дает возможность избежать повышенного трения при движении якорей, а также исключает их перекосы и заклинивания.

Поскольку якоря имеют возможность только прямолинейного перемещения, а рычаги нагрузки движутся по криволинейной траектории, тяги, связывающие якоря с рычагами, имеют шаровые соединения на обоих концах. В отдельных случаях могут быть применены гибкие связи. Такие соединения позволяют скомпенсировать радиальные усилия, возникающие в якорях при жесткой их связи с нагрузкой, а также устранить неточность их изначальной взаимной установки, что приводит к ликвидации перекосов и заклинивания якорей.

Поскольку возможна резкая асимметрия плеч нагрузки, например, в результате поломки одной из пружин нагрузки, что может привести к втягиванию ненагруженного якоря до соприкосновения с еще неподвижным нагруженным якорем при малом токе, каждый якорь снабжен ограничителем хода, обеспечивающим его остановку в середине рабочего воздушного зазора, т.е. в заданной точке, с тем, чтобы оба плеча нагрузки перемещались на одинаковые расстояния.

С целью снижения трения при движении якорей они установлены соосно друг относительно друга при помощи вала из немагнитного материала, жестко закрепленного одним концом в осевом отверстии одного из якорей с возможностью продольного перемещения другим своим концом в осевом отверстии другого якоря на подшипниках скольжения. Это позволяет повысить КПД электромагнита и улучшить его динамические характеристики.

Выполнение втулок, отделяющих якоря от фланцев из антифрикционного материала, например металлокерамики железо-графит с пропиткой в масле, дает возможность уменьшить трение и повысить КПД и динамические характеристики электромагнита.

Кроме того, пониженная магнитная проводимость втулок по сравнению с другими деталями магнитопровода позволяет обеспечить равномерность магнитного поля при переходе из фланца в якорь, снизить эквивалентный паразитный зазор и потери в нем, что способствует повышению тягового усилия и КПД.

На фиг. 1 изображен разрез электромагнита постоянного тока с гильзой из немагнитного материала, отделяющей якоря от фланцев и катушки; на фиг. 2 - вариант электромагнита с центрирующим узлом.

Электромагнит постоянного тока, выполненный согласно изобретению, содержит магнитопроводящий корпус 1 с магнитопроводящими фланцами 2 и 3. В корпусе установлена катушка 4, в которой размещены якоря 5 и 6, образующие между собой рабочий воздушный зазор 7 и изолированные от катушки 4 и фланцев 2, 3 с помощью немагнитной прокладки 8. На якорях 5 и 6 установлены ограничители хода 9 и 10, тяги 11 и 12 с шаровыми соединениями 13 и 14.

Электромагнит приводит в действие тормозные рычаги 15 и 16, установленные на осях 17, 18, преодолевая усилия тормозных пружин 19, 20. Полюса якорей 5 и 6 имеют взаимосопрягаемую усеченно-коническую форму.

Немагнитный вал 21 центрирующего узла жестко закреплен в осевом отверстии якоря 6 и может перемещаться в осевом направлении в подшипниках 22 скольжения, установленных в якоре 5.

Во фланцах 2, 4 установлены втулки 23 и 24 из антифрикционного материала с пониженными магнитными свойствами.

При подаче напряжения на катушку 4 (фиг. 1) в электромагните возникает магнитный поток, проходящий по пути: корпус 1, фланец 2, немагнитная прокладка 8, якорь 5, рабочий зазор 7, якорь 6, немагнитная прокладка 8, фланец 3, корпус 1. Этот магнитный поток создает тяговое усилие между якорями 5 и 6, под действием которого они движутся навстречу друг другу до соприкосновения, преодолевая усилие пружин 19, 20 и поворачивая рычаги 15, 16 относительно их осей 17, 18 через тяги 11, 12 с шаровыми соединениями 13, 14 на концах. Одновременно с соприкосновением якорей 5 и 6 ограничители 9, 10 касаются фланцев 2 и 3.

При обесточивании катушки 4 рычаги 15, 16 под действием пружин 19, 20 повернутся вокруг осей 17, 18, перемещая якоря 5, 6 через тяги 11, 12 в исходное положение.

При подаче напряжения на катушки 4 (фиг. 2) магнитный поток проходит по пути: корпус 1, фланец 2, втулка 23, якорь 5, воздушный зазор 7, якорь 6, втулка 24, фланец 3, корпус 1. В остальном процесс работы электромагнита, изображенного на фиг. 2, аналогичен описанному выше.

При уменьшении угла при вершинах конусов полюсов якорей 5, 6 снижается крутизна тяговой характеристики электромагнита: в начале хода якорей тяговое усилие возрастает, а в конце хода снижается. Это позволяет согласовать тяговую характеристику с характеристикой противодействующих сил, т.е. приблизить крутизну тяговой характеристики к крутизне противодействующей.

Формула изобретения

1. Электромагнит постоянного тока, содержащий магнитопроводящий корпус с фланцами, в котором установлена катушка с размещенными внутри нее двумя якорями, отличающийся тем, что полюса якорей имеют взаимосопрягаемую усеченно-коническую форму, а сами якоря отделены от фланцев и катушки и снабжены тягами с шаровыми соединениями на концах для связи с внешней нагрузкой.

2. Электромагнит по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен двумя ограничителями, установленными на якорях и обеспечивающими соприкосновение якорей друг с другом при их встречном движении в заданной точке.

3. Электромагнит по п.1 или 2, отличающийся тем, что якоря отделены от фланцев и катушки с помощью по меньшей мере одной гильзы из немагнитного материала.

4. Электромагнит по п.1 или 2, отличающийся тем, что якоря установлены соосно друг относительно друга посредством центрирующего узла.

5. Электромагнит по п.4, отличающийся тем, что центрирующий узел представляет собой вал из немагнитного материала, жестко закрепленный одним концом в осевом отверстии одного из якорей с возможностью продольного перемещения другим своим концом в осевом отверстии другого якоря на подшипниках скольжения.

6. Электромагнит по п.5, отличающийся тем, что якоря отделены от фланцев посредством втулок, выполненных из антифрикционного материала с магнитной проводимостью меньшей, чем у магнитопровода, но большей, чем у воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.10.2006        БИ: 28/2006