Магнитная подвеска

 

Изобретение относится к устройствам для бесконтактного центрирования или удерживания массы во взвешенном состоянии. Подвеска содержит корпус с закрепленным на нем первым электромагнитом. В полости его сердечника коаксиально расположен второй электромагнит. Датчик положения неподвижно закреплен на сердечнике второго электромагнита, выполнен в виде магниточувствительного элемента и соединен с системой регулирования тока в обмотках электромагнитов. Встречное включение обмоток электромагнитов позволяет исключить в зоне измерения влияние на датчик электромагнитного поля, создаваемого первым электромагнитом. Для исключения перегрева предусмотрено охлаждающее устройство, например радиатор. Система регулирования тока в обмотках электромагнитов выполнена с накопителем энергии в виде конденсатора или аккумулятора. Подвешиваемое тело должно быть снабжено постоянным магнитом. Подвеска характеризуется повышенной точностью и расширенным диапазоном управления. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение в устройствах, в которых требуется бесконтактно центрировать или удерживать массу во взвешенном состоянии.

Известна магнитная подвеска, основанная на использовании электромагнита, ток которого регулируется с помощью датчика положения в зависимости от изменения зазора между ним и подвешиваемым телом таким образом, что удалению тела от электромагнита соответствует увеличение тока в обмотках электромагнита. При этом для обеспечения устойчивости подвеса используется демпфирующий контур, в частности, выполненный в виде катушек и конденсатора, расположенных на подвешиваемом теле, которое в свою очередь снабжено постоянным магнитом (1).

Недостатком данной магнитной подвески является то, что она имеет ограниченную область применения, поскольку подвеска объекта осуществляется только в диапазоне, ограниченном верхним и нижним основанием корпуса. В силу того, что подвеска имеет измерительную базу, регистрируемую датчиком положения относительно основания корпуса, и силовую базу, создаваемую электромагнитом, закрепленным на верхнем основании корпуса, и обеспечивающую удержание подвешиваемого тела, снижается устойчивость подвеса и, следовательно, работоспособность конструкции. Компенсация погрешностей, вызванных наличием двух баз (измерительной и силовой), может быть компенсирована увеличением мощности электромагнитов и габаритов подвеса в целом.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой конструкции является магнитная подвеска, содержащая корпус, закрепленный на нем электромагнит с сердечником из магнитного материала, на котором установлен датчик положения, электрически соединенный с системой регулирования тока в обмотке электромагнита. Особенностью данной магнитной подвески является то, что датчик положения смонтирован на сердечнике, который имеет возможность осевого перемещения. Это создает возмущающее воздействие на подвешиваемое тело. Для снижения возмущающих воздействий магнитная подвеска снабжена регулируемой демпфирующей системой, включающей гидроцилиндр с дросселем и датчик скорости перемещения сердечника магнитоэлектрического типа (2).

Недостатком прототипа является сложность, а соответственно низкая надежность и невысокая точность системы демпфирования, что обусловлено зависимостью регулируемых параметров от внешних условий (изменение вязкости жидкости в гидросистеме, разброс параметров пружины), наличием резонансно-упругой системы "сердечник - пружина", механического трения. Все это приводит к ограничению диапазона регулируемого зазора между электромагнитом и подвешиваемым телом и точности управления подвеской.

Изобретение направлено на повышение точности и расширение диапазона управления магнитной подвеской.

Это достигается тем, что магнитная подвеска содержит корпус, с закрепленным на нем первым электромагнитом с сердечником из магнитного материала, в полости которого коаксиально расположен второй электромагнит также с сердечником из магнитного материала, при этом обмотки первого и второго электромагнитов включены встречно. Датчик положения неподвижно закреплен на сердечнике второго электромагнита, выполнен в виде магниточувствительного элемента и соединен с системой регулирования тока в обмотках первого и второго электромагнита. Стационарное закрепление датчика положения повышает точность, чувствительность, устойчивость системы, снижает погрешность регистрации изменения магнитного поля в зазоре между электромагнитом и подвешиваемым телом. Использование в датчике положения миниатюрного, высокочувствительного, безинерционного магниточувствительного элемента, сигнал которого пропорционален напряженности магнитного поля в зазоре между электромагнитом и подвешиваемым телом, позволяет повысить точность регулирования зазора. В качестве магниточувствительных элементов предлагается использовать датчик Холла, или магнитодиод, или магниторезистор, которые отвечают указанным требованиям. Принимая во внимание, что магниточувствительные элементы датчика характеризуются высокой чувствительностью, предусмотрено встречное включение обмоток первого и второго электромагнитов. Это позволяет практически исключить в зоне измерения влияние на магниточувствительные элементы датчика электромагнитного поля, создаваемого первым (силовым) электромагнитом. Поскольку при использовании больших мощностей возможен перегрев силового электромагнита, предусмотрена возможность установки охлаждающего устройства на сердечнике первого электромагнита. В качестве охлаждающего устройства может использоваться или радиатор, или вентилятор, или полупроводниковая интегральная термопара. Важной особенностью предлагаемой конструкции является то, что она не требует обязательного наличия подставки, на которой традиционно располагается подвешиваемое тело, при выключенном питании силового электромагнита. Конструктивно это обеспечивается тем, что система регулирования тока в обмотках электромагнитов снабжена накопителем энергии, выполненным в виде конденсатора или аккумулятора, а корпус подвески выполнен из немагнитного материала. При этом подвешиваемое тело должно быть снабжено постоянным магнитом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид предлагаемой магнитной подвески.

Магнитная подвеска содержит корпус 1, выполненный из немагнитного материала, закрепленный на нем первый электромагнит 2 с сердечником 3. На сердечнике 3 коаксиально расположен второй электромагнит 4 с сердечником 5 из магнитного материала, на котором установлен магниточувствительный датчик положения 6, электрически соединенный с системой 7 регулирования токов в обмотках электромагнитов 2 и 4, которая в свою очередь снабжена накопителем энергии 8. Охлаждающее устройство 9 закреплено на сердечнике 3.

Магнитная подвеска работает следующим образом.

В момент подачи питания происходит зарядка накопителя энергии 8, выполненного в виде конденсатора или аккумулятора, и являющегося элементом системы 7 регулирования тока в обмотках электромагнитов. Магнитное поле, создаваемое силовым электромагнитом 2, взаимодействует с постоянным магнитом 11, который расположен на подвешиваемом теле 10. Регулируя ток в обмотках силового электромагнита 2, можно добиться, что подвешиваемое тело 10 устанавливается в магнитном поле с определенным зазором.

Магниточувствительный элемент датчика положения 6, неподвижно закреплен на сердечнике 5 второго электромагнита 4 и вырабатывает электрический сигнал, зависящий от напряженности магнитного поля в заданном зазоре. Встречное включение обмоток первого (силового) электромагнита 2 и второго электромагнита 4 позволяет исключить влияние электромагнитного поля, создаваемого электромагнитом 2 на величину вырабатываемого сигнала, что повышает точность измерений и соответственно точность поддержания зазора и устойчивость подвеса в целом.

Суммарный сигнал датчика положения, преобразованный и усиленный в системе регулирования тока 7, подается на обмотки электромагнитов 2 и 4, что и обеспечивает устойчивое положение тела, точность поддержания зазора и расширение диапазона управления.

При отключении питания в сети накопитель 8 разряжает накопленную энергию на силовой электромагнит 2. Благодаря этому постоянный магнит 11, расположенный на подвешиваемом теле 10, притягивается к корпусу 1, который выполнен из немагнитного материала, и удерживается силой магнитного притяжения между магнитом 11 и сердечником 3 силового электромагнита 2 неограниченно долго. Таким образом, подвеска не требует дополнительной подставки, как это имеет место в аналоге и прототипе, а это, в свою очередь, способствует расширению ее функциональных возможностей.

При последующих включениях подвески накопитель энергии 8 в первоначальный промежуток времени создает короткосрочный импульс тока на обмотке силового электромагнита 2, формируется электромагнитное поле, направленное навстречу полю постоянного магнита 11, что способствует отрыву подвешиваемого тела 10 от корпуса 1. В результате подвешиваемое тело 10 устанавливается с определенным зазором в магнитном поле, после чего система стабилизируется в заданном положении и начинает работать в указанной последовательности.

Возможным недостатком работы данной магнитной подвески может стать перегрев силового электромагнита 2 при прохождении больших токов, что связано с подвеской тел большой массы. Для исключения этого явления предусмотрено подвеску снабдить охлаждающим устройством 9, которое в зависимости от требуемой степени охлаждения может быть выполнено в виде радиатора, или вентилятора, или полупроводниковой интегральной термопары и закреплено на сердечнике 3 силового электромагнита 2.

Как было показано, предлагаемая магнитная подвеска обеспечивает высокую точность поддержания зазора, обладает высокой устойчивостью и позволяет, изменяя ток в обмотках электромагнита, легко перенастраивать параметры системы в широком диапазоне с учетом массы подвешиваемого тела, а также управлять положением тела по заданной программе.

Источники информации 1. Патент США N 4585282, кл. 308 - 10, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР N 616454, кл. F 16 С 32/04, 1974 - прототип.

Формула изобретения

1. Магнитная подвеска, содержащая корпус, закрепленный на нем электромагнит с сердечником из магнитного материала и датчик положения, электрически соединенный с системой регулирования тока в обмотке электромагнита, отличающаяся тем, что в нее введен второй электромагнит с сердечником из магнитного материала, коаксиально расположенный в полости сердечника первого электромагнита, при этом обмотки второго и первого электромагнитов включены встречно, а датчик положения соединен с системой регулирования тока в обмотке второго электромагнита, закреплен на его сердечнике и выполнен в виде магниточувствительного элемента.

2. Магнитная подвеска по п.1, отличающаяся тем, что в качестве магниточувствительного элемента датчика положения используется датчик Холла.

3. Магнитная подвеска по п.1, отличающаяся тем, что в качестве магниточувствительного элемента датчика положения используется магнитодиод.

4. Магнитная подвеска по п.1, отличающаяся тем, что в качестве магниточувствительного элемента датчика положения используется магниторезистор.

5. Магнитная подвеска по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена охлаждающим устройством, закрепленным на сердечнике первого электромагнита.

6. Магнитная подвеска по п.1, отличающаяся тем, что система регулирования тока в обмотках электромагнитов снабжена накопителем энергии, выполненным в виде конденсатора или аккумулятора.

7. Магнитная подвеска по п.1, отличающаяся тем, что ее корпус выполнен из немагнитного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1