Магнитная система привода с регулируемым тяговым усилием

Изобретение относится к области силовых устройств, в частности к приводам с постоянными магнитами, и может быть использовано в любых механизмах с силовой магнитной связью перемещающихся звеньев. Магнитная система привода с регулируемым тяговым усилием содержит магнитопровод с постоянным магнитом, образующие по крайней мере один немагнитный зазор. В зазоре установлен якорь с возможностью перемещения в плоскости, ортогональной силовым линиям магнитного поля постоянного магнита. Вдоль пути перемещения якоря установлен по крайней мере еще один постоянный магнит с возможностью взаимодействия с одной из рабочих кромок якоря, когда другая рабочая кромка находится в магнитном поле предыдущего магнита. Постоянные магниты отличаются по крайней мере одним из размеров сечения, ортогонального силовым линиям их магнитных полей. Установка по крайней мере одного дополнительного магнита вдоль пути перемещения якоря должна быть на таком расстоянии, чтобы оба магнита имели возможность одновременного взаимодействия с якорем. Технический результат заключается в значительном расширении диапазона регулирования магнитного тягового усилия на якоре. 1 ил.

 

Изобретение относится к силовым устройствам, в частности к приводам с постоянными магнитами, и может быть использовано в любых механизмах с силовой магнитной связью перемещающихся звеньев.

Известен "Интегрирующий акселерометр" (США, патент №5614700, Н 01 Н 35/14, опубл. 1997-03-25), состоящий из магнитопроводов с обмотками и измерительной массы в виде постоянного магнита, полюса которого ориентированы в стороны магнитопроводов. Магнитопроводы в направлении полюсов постоянного магнита в осевом сечении катушек имеют остроугольный профиль. Необходимое значение тягового усилия при перемещении постоянного магнита обеспечивается подбором угла профиля и его смещением относительно оси магнита. Ввиду ярко выраженного остроугольного профиля магнитопроводов подобная магнитная система позволяет получить тяговое усилие только с одним максимальным значением и только одного знака.

Наиболее близкой к заявляемой магнитной системе привода является "Магнитная система привода" (А.С. №920974, Н 02 К 33/02, H 01 F 7/13, опубл. в БИ №14, 15.04.82), содержащая магнитомягкий магнитопровод с постоянным магнитом, образующие, по крайней мере, один немагнитный зазор, в котором установлен якорь с возможностью перемещения в плоскости, ортогональной силовым линиям магнитного поля постоянного магнита. Тяговое усилие при перемещении якоря может регулироваться изменением ширины зоны перекрытия магнита и якоря. Недостатком прототипа является то, что усилие (момент) на якоре при его одностороннем (например, под действием сил инерции) движении из положения устойчивого равновесия всегда имеет одно и то же направление (или знак на силовой характеристике).

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании магнитной системы привода с регулируемым знакопеременным тяговым усилием, по крайней мере, в двух устойчивых положениях равновесия якоря.

Технические результаты, достигаемые при осуществлении изобретения, состоят в расширении возможностей регулирования тягового усилия на якоре как по величине, так и по знаку и организации перемещения якоря из одного крайнего устойчивого положения в другое с минимальной зоной его неустойчивого равновесия.

Это достигается тем, что в магнитную систему привода с регулируемым тяговым усилием, содержащую магнитопровод с постоянным магнитом, образующие, по крайней мере, один немагнитный зазор, в котором установлен якорь с возможностью перемещения в плоскости, ортогональной силовым линиям магнитного поля постоянного магнита, согласно изобретению дополнительно введен, по крайней мере, один постоянный магнит, установленный вдоль пути перемещения якоря с возможностью взаимодействия с одной из его рабочих кромок, когда другая рабочая кромка находится в магнитном поле предыдущего магнита, при этом постоянные магниты отличаются, по крайней мере, одним из размеров сечения, ортогонального силовым линиям их магнитных полей.

Введение в систему, по крайней мере, одного дополнительного постоянного магнита, установленного вдоль пути перемещения якоря, и размещение его на расстоянии от другого магнита не более расстояния между рабочими кромками якоря, то есть с возможностью взаимодействия с одной из его (якоря) рабочих кромок, когда другая рабочая кромка находится в магнитном поле предыдущего магнита, сводят к минимуму неопределенность положения якоря, когда он мог бы находиться в безразличном равновесии. Кроме того, постоянные магниты отличаются, по крайней мере, одним из размеров сечения, ортогонального силовым линиям их магнитных полей. Все это приводит к созданию магнитных сил, действующих на якорь, различных как по знаку, так и по величине, что, при прочих равных условиях (по сравнению с прототипом), позволяет организовать силовую характеристику привода, по крайней мере, с двумя устойчивыми положениями, усилия в которых регулируются и имеют разные знаки, и свести к минимуму зону безразличного положения якоря. Количество дополнительных магнитов определяется видом силовой характеристики, которая может иметь несколько экстремумов.

На чертеже изображена магнитная система привода в момент перехода якоря (при его повороте) из одного устойчивого положения в другое, когда якорь находится под одновременным воздействием отличающихся по знаку и величине сил двух магнитов.

Магнитная система привода содержит магнитопровод 1 с постоянным магнитом 2, в зазоре между которыми размещен магнитомягкий якорь 3 с возможностью перемещения (вращения) в плоскости, ортогональной силовым линиям магнитного поля постоянного магнита 2. Вдоль пути перемещения якоря 3 установлен дополнительный магнит 4 таким образом (на таком расстоянии от магнита 2), что он имеет возможность взаимодействия с кромкой 5 якоря в то время, когда другая рабочая кромка 6 находится в поле магнита 2. При этом силовые линии магнита 4 ортогональны плоскости перемещения якоря. В описанном варианте магнит 4 установлен с магнитопроводом, аналогичным магнитопроводу 1. Возможно исполнение без магнитопровода и с намагниченностью магнита 4 в произвольном направлении, но при этом существенно ухудшаются все характеристики тягового усилия. Размеры магнитов 2 и 4 в сечении, ортогональном силовым линиям их магнитных полей, выполнены различными.

Работа в магнитной системе совершается при перемещении якоря 3 в зазоре между магнитопроводом 1 и магнитом 2 под действием внешнего приложенного к якорю усилия или момента в направлении стрелки ϕ, при этом рабочая кромка 6 якоря 3, взаимодействуя с магнитом 2, противодействует движению. При отсутствии внешнего усилия (момента) магнит 2, стремясь к минимуму потенциальной энергии, взаимодействуя с кромкой 6, возвращает якорь 3 в устойчивое первоначальное положение. При дальнейшем перемещении якоря под воздействием внешнего усилия (момента) в направлении стрелки ϕ кромка 5, взаимодействуя с магнитом 4, создает дополнительное усилие, суммирующееся с внешним действующим. Кромка 6 выходит из зоны действия магнита 2, и якорь 3 под действием суммарной силы магнита 4 и внешней, действующей скачком, переходит в конечное устойчивое положение. Возврат якоря 3 в первоначальное устойчивое состояние происходит при смене знака внешней действующей силы (момента).

Для исключения ситуации неопределенности положения якоря 3, когда он мог бы находиться в неустойчивом или безразличном равновесии при отсутствии внешних действующих сил (моментов), магниты должны быть разнесены таким образом, чтобы они имели возможность одновременного взаимодействия с якорем и иметь отличающиеся размеры (а значит и силы) в сечении, ортогональном их силовым линиям.

При наличии упоров, ограничивающих угол поворота якоря, и выполнении вышеописанных условий привод может объединять в себе функции порогового, возвращающего и подхватывающего устройств. Объединение этих функций в одном устройстве улучшает функциональные и удельные характеристики прибора в целом. Например, в описанном выше аналоге подобные функции выполняют три различных устройства.

Магнитная система привода с регулируемым тяговым усилием, содержащая магнитопровод с постоянным магнитом, образующие по крайней мере один немагнитный зазор, в котором установлен якорь с возможностью перемещения в плоскости, ортогональной силовым линиям магнитного поля постоянного магнита, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введен по крайней мере один постоянный магнит, установленный вдоль пути перемещения якоря с возможностью взаимодействия с одной из его рабочих кромок, когда другая рабочая кромка находится в магнитном поле предыдущего магнита, при этом постоянные магниты отличаются по крайней мере одним из размеров сечения, ортогонального силовым линиям их магнитных полей.