Способ формирования тягового усилия в поляризованной электромагнитной системе

 

Использование: в электротехнике и предназначено для создания постоянного тягового усилия на рабочем участке хода якоря, в частности для создания постоянного усилия нажима пишущего элемента при работе на носителях информации с неровностями и перекосами их поверхности. Сущность изобретения заключается в том, что в поляризованной электромагнитной системе , содержащей магнитопровод с катушками 3, постоянный магнит 4 и подвижный якорь 5, один конец 8 которого, как и соответствующий ему конец 7 агнитопровода 2, выполнен с углом скоса.ТЧкорь 5 жестко закреплен на подвижном элементе 9 (на котором возможно закрепление пишущего стержня), соединенном с пластинчатыми упю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

АЗ (51)5 F 16 К 31/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

5 10 (21) 4880812/07 (22) 05,11,90 (46) 23.08.93. Бюл. М 31 (71) Научно-производственное обьединение

"Ротор"

2) В.М.Мухомор, С.О.Макаров и И.В,Мисевря (73) Научно-производственное объединение

"Ротор" (56) Авторское свидетельство СССР

591648, кл, F 16 К 31/02, 1976.

Е П.Миловзоров. Электромагнитные устройства. автоматики. М,; Высшая школа, 1974, с.357, рис,15,2, (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТЯГОВОГО

УСИЛИЯ B ПОЛЯРИЗОВАННОЙ ЭЛЕКТРОЗфАГНИТНОЙ СИСТЕМЕ

„„5U„„ 1836597 (57) Использование: в электротехнике и предназначено для создания постоянного тягового усилия на рабочем участке хода якоря, в частности для создания постоянного усилия нажима пишущего элемента при работе на носителях информации с неровностями и перекосами их поверхности. Сущность изобретения заключается в том, что в поляризованной электромагнитной системе, содержащей магнитопровод с катушками 3, постоянный магнит 4 и подвижный якорь 5, один конец 8 которого, как и соответствующий ему конец 7 агнитопровода

2, выполнен с углом скоса.Ъкорь 5 жестко закреплен на подвижном элементе 9 (на котором возможно закрепление пишущего стержня), соединенном с пластинчатыми уп1836597

15 постоянного магнита и обоих катушек указаны на фиг.4 через RM Rlj», Вь», FM и Р,в»»., 20 ругими элементами 10, Постоянство суммарного тягового усилия F< формируют по углу скоса, определяемого путем нахождения величины среднеарифметического значения суммы величин предварительных углов скоса, соответствующих заданному тяговому усилию, одинаковому в нескольких точках рабочего диапазона перемещения якоря, через параметры электромагнитной системы, постоянного магнита и воздействующего на якорь усилия, противодействуИзобретение относится к электротехнике и может быпгь использовано в устройствах, требующих постоянства тягового усилия, в частности, в приводах пишущих устройств графопостроителей для достижения постоянного усилия нажатия пишущего элемента на носитель информации при неровностях и перекосах поверхности носителя информации.

Целью изобретения является достижение постоянства суммарного тягового усилия на рабочем участке хода якоря в поляризованной электромагнитной системе.

На фиг,1 изображен общий вид поляризованной электромагнитной системы; на фиг,2 — прохождение магнитйых потоков в системе и силы, действующие на подвижную часть; на фиг.3 — расположение якоря в системе; на фиг.4 — схема замещения магнитной цепи поляризованной электромагнитной системы; на фиг.5 — графическое определение суммарного тягового усилия системы в зависимости от величины смещения углового скоса якоря от соответствующего конца магнитопровода; на фиг.б— зависимость суммарного тягового усилия системы от величины смещения якоря в рабочем диапазоне перемещения.

Поляризованная магнитная система поясняется конструкцией на фиг,1, содержащей корпус. 1, на котором закреплены неподвижно магнитопровод 2 с катушками

3, между которыми установлен постоянный, магнит 4. Подвижный якорь 5 размещен между концами 6 и 7 магнитопровода 2, Один конец якоря 5 выполнен с угловым скосом 8, как и соответствующий ему конец

7 магнитопровода 2. Якорь жестко прикреплен к подвижному элементу 9 (на котором может закрепляться рабочий орган, в част25

40 ющего электромагнитному тяговому усилию и усилие, созданному магнитным потоком постоянного магнита, действующим в направлении рабочего перемещения якоря.

Таким образом усилие нажима пишущего элемента на носитель информации остается постоянным и не зависит от неровности поверхности листа или его перекоса. Вычерчиваемая линия приобретает одинаковую ширину и четкость по всей поверхности носителя информации, 6 ил. ности пишущий стержень), который через упругие элементы 10 (пластинчатая пружина) крепится к корпусу 1, Воздушные зазоры между якорем и магнитопроводом и величины смещения концов якоря от концов магнитопровода указаны на фиг.3 через д, ä»», д, 0z, соответственно. Усилия, действующие на якорь, указаны на фиг,2 через Fnp, Ет, F,,Рэ»».»»., а магнитные потоки, создаваемые током, протекающим в катушках, и постоянньил магнитом, указаны на фиг,2 через

Фм»»,, Ф, Ф <, Ф 2,.Магнитные сопротивления постоянного магнита, верхнего и нижнего воздушных зазоров, а также м,д.с. соответственно, Реализация способа происходить следующим образом.

Магнитная система должна быть ненаcbILlj8HB, Учитывая, что между якорем 5 и постоянным магнитом 4 воздушный зазор д (на фиг.3) достаточно мал, то пренебрегаем его магнитным сопротивлением. Учитывая, что массы подвижного элемента 9 (с пишущим стержнем), а также закрепленного на нем якоря 5 — малы, Tî пренебрегаем силой FT =m - g (см.фиг,2), где g — ускорение свободного падения. Верхний воздушный зазор д, процессе перемещения якоря 5 всегда равен величине смещения 6> верхнего конца якоря относительно верхней части

6 магнитопровода 2, а нижний воздушный зазор д, образуется при смещении нижнего конца 8 якоря 5 относительно нижней части

7 магнитопровода 2. Учитывая, что конец якоря 8, как и соответствующий ему конец 7 магнитопровода 2, выполнены со скосом на угол у кк ггооррииззооннттааллии, то величина воздушного зазора д>» определяется произведением величины смещения дг нижнего конца 8

1836597 дн =д2 cosy э д1 д2 cos2 у

Фо =Ф1+СЪ2, (3) hg hM+ d ч 1 = Ф1 фобм. = Фо Х д1+А cos y

=F»n.M. Рпр, (4) .

К; (д1+д2 cos y) Й = % + обм. = ч о х д1 х д1 + д соэ у . po . Sr (5), К (д1+д - сов у) маг(2) F»n.м,=Рн-F», 2 ф 1

2 po Я (6) якоря относительно нижней части 7 магнитопровода 2 Hà cos y т,е.

Расстояние d между верхним концом 6 магнитопровода 2 и верхней поверхностью постоянного магнита 4 должно быть больше или равно сумме величин смещений д1 + д2, т,е. d д1 + дг, а расстояние (меж- 10 ду концом 7 магнитопровода 2 и нижней поверхностью постоянного магнита 4 не должно превышать расстояния d, т,е. I d.

Размер боковой поверхности якоря, обращенной к постоянному магниту 4, определяется по формуле: где hM — размер магнита 4 по вертикали.

Плоские пружины 10, с которыми соединен подвижный элемент 9 с якорем 5, подбирают так, чтобы полностью компенсировать усилие притяжения якоря к постоянному магниту 4, что предотвратит прилипание якоря 5 к торцевой поверхно сти постоянного магнита 4.

Общий вид выражения для сил, под действием которых осуществляется перемещение якоря, определяется по формуле: где F — суммарное тяговое усилие, воздействующее на якорь; 35

F»n.M. тяговое усилие, созданное магнитными потоками катушек 3.и постоянного магнита 4;

Гор.=К . д1 — Усилие сопРотивлениЯ Упругих элементов 10 (плоских пружин), уси- 40 лию F»n.M., где К вЂ” коэффициент жесткости.

Тяговое усилие F»,M, определяют как разность тяговых усилий в нижнем дн и BGp- . хнем д» воздушных зазорах: где F», Рн — тяговые усилия в верхнем д» и нижнем д, воздушных зазорах. соответст- 50 вен но.

Определим составляющие тягового усилия в выражении (2) F» и Ен.

В соответствии со схемой прохождения магнитных потоков (см.фиг,2) и схемой замещения приведенной на фиг.4 при обесточенных катушках, т,е, 1=0, а следовательно, и For». О, так как г обм.=! W, где! — ток, протекающий в последовательно соединенных катушках 3 фиг,1; W — суммарное число витков обоих катушек 3 фиг .1 и соотношении находим поток постоянного магнита: где % = 6Ъ поток в эад2 . cos д1 +д2 cos y зоре д, от постоянного магнита; (h =a)o д1 поток в эад1 +д сов у зоре дн от постоянного магнита.

Результирующее значение потоков в воздушных зазорах д» и д н, создаваемых постоянным магнитом 4 и катушками 3 при движении якоря 5 в направлении рабочего перемещения иэ верхнего крайнего положения в нижнее:

Гдв Форм

1 о SÕ

К (д1 +д cos y) нитный поток, созданный катушками 3;

К вЂ” коэффициент рассеяния магнитной цепи для потока катушек 3;

po — магнитная постоянная;

S» — площадь поперечного сечения верхнего воздушного зазора д».

Тяговые усилия в воздушных зазорах д»и дн

1836597

2 в

2,ио Я (7) F8n.м FH и

2,ио $з.

К (д1+д2 сов y) 30

К; (д1+д2 cos2y)2 у-1

-к д1 (9) (1 5) ) 1,п = arccos — 2 а

55 у2,п — атссоз —  — à — 4,(16) — 2 а

Иэ форм. (2), (4), (5), (6) и (7) определяем тяговое усилие Fsnì..

ccg ceo oss2 (8 — 4 co s2 (д) +д2 cos2y) 2po -"ч

Ф, соз2y I W д>+д2 +

W - S cos — 1 (8)

2 К (д +д2 cos y) Подставив (8) в (1) получим выражение суммарного тягового усилия, воздействующего на якорь:

44 сов . д1 — д2 соз у г (д1+д2 cos2y) 2 2,и, . Sg

+ ФО соз2 I w дс+д2

2 К2 (д1+д2 соз у) Для перемещения якоря 5 из рабочего положения в исходное верхнее крайнее положение необходимо изменить направление протекания тока в катушках 3, в результате чего усилие F>n.м. изменит знак на противоположный, т,е. теперь направление его действия совпадет с направлением действия усилия плоских пружин 10, и под действием этих двух усилий якорь переместится в верхнее нерабочее положение.

Преобразовав полученное уравнение (9) с неизвестной величиной соз у, находим выражение для определения промежуточных величин угла у скоса якоря 5 для каждой расчетной точки в рабочем диапазоне L перемещения якоря 5 по параметрам магнитной системы (4Ъ, ä1, ä2, I, W, Я ;К;) известной характеристике плоских пружин (Fnp, К д1) и заданному постоянному тяговому усилию Епост., которое принимаем равным F в каждой расчетной точке. (— <Я сЯ K» — 2 и, Sz Qx

Х K„(K д1 + пост. ) ) COS4 у +

+(ГЯ д1 К,+г Co I.W К, XPo S (д1+д2) — 4,ио S К2 Х

2 хд1 д2 (К д1+ Рпост.) +Pox х S> (I W) ) cos y —,ио S x

15 х(ио S (I W) +сЯ 2 х х К2 (К д1+ Епост. )) =0 (10) Обозначая коэффициенты, стоящие перед неизвестной величиной сов у, cos у, а также свободный член, как а=64 д к „+г,и,х х р 4 К,, (K д1 + пост. ). (11) Ь = ГЯ 4 К6+ 2 Фо I W x

Х Kg po Sð (д1 + д2 ) — 4,ио Х хS K д1 д2 (K д1+

>Епост ) +Po Sp (I W ) (12) C =go S f Po Зт (I W ) +

+д1 2 K+ (K д1+ Рпост. )) (13) приводим полученное биквадратное уравнение (10) к виду:

45 . 4 . г — а cos y+8 cos у — с =0 (14) решая которое определяем промежуточные углы у в рабочем диапазоне L перемещения

5р якоря: где 1, 2 — порядковый номер найденного значения угла у;

n — номер расчетной точки в рабочем диапазоне L перемещения якоря.

1836597 (17) Г 1 = Гср1, (18) ,г2 — г ср2

) и = arccos — 2з

55

Из всех найДенных Углов У1,п и У2 „ отбираются углы, величина которых меньше

90 .

Искомый угол скоса одного иэ концов 8 якоря 5 и соответствующей ему части 7 магнитопровода 2 определяем как среднеарифметическое значение найденных углов

СКОСа У1,п ИЛИ У2,п, ЕСЛИ УГЛЫ У1, И У2п определены во всех расчетных точках в рабочем диапазоне L перемещения якоря 5..где m — количество расчетных точек на рабочем диапазоне 1 перемещения якоря 5.

Как видно из решения, в качестве искомого угла у скоса якоря 5 можно выбрать любой из найденных углов у1 или у2. ОдН8КО ЕСЛИ ХОТЬ аДИН Иэ УГЛОВ У 1,п ИЛИ Г 2.п хоть в одной точке рабочего диапазона L перемещения якоря определить невозможно, то тогда будет существовать только один угол скоса якоря 5 у1 или g2. Пусть, например, невозможно определить угол )2,1, т,е. нет решения выражения (16), то считаем, что

СРЕДНЕаРИфМЕтИЧЕСКОЕ ЗНаЧЕНИЕ Уср2 НЕ определено, и будет найден только один искомый угол у1 скоса якоря 5.

Углы 1 и 2 будут иметь оптимальное значение, так как суммарное тяговое усилие в процессе перемещения якоря 5 в рабочем, диапазоне Lбудет принимать величины,,наиболее близкие к заданной величине постоянного тягового усилия Рпост. Погрешности отклонения суммарного тягового усилия от заданного постоянного определяются по формулам: д max пост . 1pp у (19

Рпост д пт!п 1 пост .1 pp <, (20 ) пост где Fmln Fmax соответственно, минимальная и максимальная величины суммарного тягового усилия в рабочем диапазоне L перемещения якоря.

При отклонении угла скоса у якоря 5 (принятого равным у1 или у2) от оптимального значения, одна из погрешностей Л1 или Ь2будет уменьшаться, а вторая возрастать, что приведет к большему отклонению суммарного тягового усилия от заданного постоянного тягового усилия.

Величины Fmax u Fmin можно определить, графически построив зависимости усилий Fan . и Fnp. ат перемещения якоря 5, из которых находят суммарное тяговое усилие F как Fan.л .— Fnp и, построив зависимость F от перемещения якоря д2, определяют искомые величины Fmax u Fmin в пределах рабочего диапазона L перемещения якоря 5 (см,фиг.5, фиг.6), 10 Для более точного определения угла у скоса якоря 5 и соответствующей ему части

7 магнитопровода 2 необходимо учитывать магнитное сопротивление воздушного зазора дэ и силу F>, воздействующую на подвижный элемент 9 с якорем 5.

Таким образом предложенный способ формирования тягового усилия поляризованной электромагнитной системы позволяет достичь постоянства суммарного

20 тягового усилия с оптимальной погрешностью отклонения ега от заданной величины.

Формула изобретения

Способ формирования тягового усилия в поляризованной электромагнитной системе с втяжным якорем с коническим стопам, в которой втяжной якорь находится под суммарным воздействием потока постоянного магнита и возвратной пружины, причем величину угла скоса конического стопа втяжЗ0 ного якоря определяют в зависимости or . заданного тягового усилия, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что при постоянном тяговом усилии, втяжной якорь последовательно перемещают из исходного положен Тя в рабочее

З5. и апределя1от предварительную величину угла скоса в каждой из заранее заданных точек перемещения, при этом величин. предварительного угла скоса определяют па формуле:

40 где gn — величина предварительного угла

45 скоса якоря; а, Ь, с — коэффициенты биквадратнога уравнения — а cos у+ В . cos2у — с =0 а =

XS," (Я Kq (K д1+ пост )

b =<Я д) K2+2 Ф,. l Wx х К,- Ро Sz. (д1+А) — 4 .Ро х

1836597

12 ïð

x Sg К,- д4 д2 (К д4+

Форпост ) +/ о - (I W ) с =ро $ (р Sg (! W,).2.+ .

+д1 ° 2 К, (К д4 + Рпост )). д д — величины смещения концов якоря относительно концов магнитопровода;

К - коэффициент рассеяния магнитной цепи для потока катушек;

I -ток, протекающий в последовательно соединенных катушках;

W суммарное число витков обоих катушек;

$ - — площадь поперечного сечения верхнего воздушного зазора, образованного прямыми торцевыми поверхностями якоря и магнитопровода;

5,ио — магнитная постоянная;

Фь — магнитный поток постоянного магнита;

К вЂ” коэффициент жесткости упругого элемента;

10 Рлсст — постоянное заданное тяговое усилие и находят величину действительного угла скоса втяжного якоря по среднеарифметическому значению суммы величин предва15 рительных углов скоса.

1836597

Составитель B.Móõoìoð

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А. Обручар

Редактор

Заказ 3016 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101