Быстродействующий двухпозиционный электромагнит с поворотным якорем

Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение быстродействия электромагнита, обеспечение заданной величины угла поворота якоря, снижение энергопотребления электромагнита и упрощение системы управления им. Электромагнит содержит шихтованный магнитопровод с немагнитными фланцами и с явно выраженными полюсами, на которых расположена обмотка управления, шихтованный четырехполюсный якорь с явно выраженными полюсами, установленный с возможностью поворота в межполюсном пространстве шихтованного магнитопровода на жестко связанной с ним торсионной пружине, которая закреплена на одном немагнитном фланце и свободно вращается в другом и связана с заслонкой. 1 ил.

 

Изобретение относится к быстродействующим электромагнитным устройствам для промышленных и бытовых технических объектов, содержащих исполнительные органы, которые обеспечивают заданные динамические характеристики.

Известна конструкция привода воздушного клапана поршневых двигателей, включающая:

1) симметричный подвижный элемент, уменьшающий силы инерции и нагрузки на подшипники;

2) легковращающийся и малообслуживаемый подшипник для обеспечения высокой угловой скорости;

3) две закручивающиеся в противоположные стороны пружины;

4) датчик угла поворота на внешней стороне привода (SAE International, SAE World Congress, Detroit, Michigan, March 3-6. 2003 Holder Findeisen, Jochen Linhart и Stephan Wild. Development of on Actuator for Fast Moving Flap for Impulse Charging).

Известен электромагнитный привод заслонки воздушного тактового клапана поршневого двигателя, содержащий два шихтованных магнитопровода, каждый из которых имеет собственную обмотку управления, и общий якорь, жестко закрепленный на торсионной пружине, связанной с заслонкой (47 Wissenschaftliches Colloquium. Technice Universitat Ilmenau 23-26.09.2002. Elsäber A., Schilling W., Schmidt I., Kallenbach E., Beyer F. Schnelle maqnetische Aktoren für die Impulssaufladung von Hubkolbenmotoren).

Недостатком данного технического решения является наличие двух электромагнитов, которые работают поочередно, что требует двух каналов управления их работой, а следовательно, усложняется система управления ими. Кроме того в зоне оси вращения якоря в магнитной системе электромагнита существует нерабочий (паразитный) зазор, что приводит к увеличению намагничивающий силы обмотки управления и росту энергопотребления электромагнита. Вихревые токи, возникающие в сплошном (нешихтованном) якоре при переключении, снижают быстродействие привода. Усложнена также юстировка электромагнитов, необходимая для задания равного угла поворота якоря относительно нейтрального положения торсионной пружины.

Задачей изобретения является повышение быстродействия электромагнита, обеспечение заданной величины угла поворота якоря, снижение энергопотребления электромагнита и упрощение системы управления им.

Поставленная задача решается с помощью быстродействующего двухпозиционного электромагнита с поворотным якорем, содержащего шихтованный магнитопровод, обмотку управления и шихтованный четырехполюсный якорь с явно выраженными полюсами, который жестко связан с торсионной пружиной, закрепленной на одном немагнитном фланце и свободно проходящей через другой фланец, а переключение якоря из одного положения в другое осуществляется с помощью одной обмотки управления.

На чертеже представлен быстродействующий двухпозиционный электромагнит с поворотным якорем.

Электромагнит содержит шихтованный магнитопровод 1 с явно выраженными полюсами, на которых расположена обмотка управления 2, шихтованный явнополюсный якорь 3, совершающий поворот в межполюсном пространстве магнитопровода 1 на жестко связанной с ним торсионной пружине 4, которая закреплена на одном немагнитном фланце 5 и свободно вращается в другом 6.

В исходном положении якорь 3 удерживается магнитным потоком, созданным обмоткой управления 2, притянутым к правым сторонам полюсов магнитопровода 1, как показано на чертеже. При кратковременном снятии управляющего сигнала и снижения электромагнитного момента ниже момента, создаваемого торсионной пружиной 4, якорь 3 под действием последней поворачивается. После прохождения якорем 3 нейтрального положения для торсионной пружины 4 вновь подается управляющий сигнал и под действием сил инерции и электромагнитного момента якорь 3 оказывается притянутым к левым сторонам полюсов магнитопровода 1. При повторении цикла изменения управляющего сигнала в обмотке якорь 3 возвратится в исходное положение. Таким образом, будет обеспечен поворот якоря 3 на угол ±ϕ относительно нейтрали, совпадающей с биссектрисой угла для межполюсного пространства магнитопровода 1.

Параметры управляющего сигнала задаются электронным коммутатором, управляемым от датчика положения якоря.

Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения состоит в том, что быстродействие такого электромагнита определяется в основном собственной частотой механической системы: якорь и торсионная пружина. Максимальная возможная жесткость пружины зависит от электромагнитного момента, создаваемого в магнитной системе. Увеличению электромагнитного момента в предложенной конструкции магнитной системы электромагнита способствует наличие нескольких одновременно работающих полюсов якоря и отсутствие нерабочих (паразитных) зазоров на пути магнитного потока управления Ф_у. Наличие в магнитной системе электромагнита нерабочих воздушных зазоров ведет к увеличению энергопотребления и массогабаритных показателей электромагнита и снижению его быстродействия. Кроме того в данной конструкции переключение якоря электромагнита из одного положения в другое осуществляется с помощью одной обмотки управления, что упрощает систему управления приводом.

К положительным качествам предлагаемой конструкции электромагнита следует также отнести снижение материалоемкости привода, упрощение технологии изготовления и настройки устройства.

Быстродействующий двухпозиционный электромагнит с поворотным якорем, содержащий шихтованный магнитопровод, обмотку управления и якорь, закрепленный жестко на торсионной пружине и связанный с заслонкой, отличающийся тем, что шихтованный магнитопровод выполнен с немагнитными фланцами и с явно выраженными полюсами, на которых расположена обмотка управления, якорь выполнен шихтованным четырехполюсным с явно выраженными полюсами и установлен с возможностью поворота в межполюсном пространстве шихтованного магнитопровода, торсионная пружина закреплена на одном немагнитном фланце магнитопровода и свободно проходит через другой немагнитный фланец.