Электромагнитный исполнительный механизм с увеличенными начальным усилием и усилием блокировки
Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом является увеличение начального усилие якоря и усилия блокировки. Электромагнитный исполнительный механизм содержит корпус, соленоид, якорь и зажимную плоскость. Якорь выполнен с возможностью перемещения на валу, расположенном во внутренней полости корпуса между первым положением, находящимся вблизи зажимной поверхности, и вторым положением, удаленным от зажимной поверхности. Когда якорь находится в первом положении, то якорь вместе с корпусом образуют между собой первый зазор, который имеет множество разных значений ширины, которые простираются между якорем и корпусом в направлениях, перпендикулярных к продольной оси вала. Когда якорь находится во втором положении, якорь и зажимная поверхность ограничивают между собой продольно расположенный второй зазор, при этом второй зазор имеет ширину в направлении продольной оси вала, причем любое из множества значений ширины первого зазора меньше, чем ширина второго зазора. 12 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электромагнитным исполнительным механизмам, в частности, к электромагнитным исполнительным механизмам, развивающим большое начальное усилие.
Уровень техники
Электромагнитный механизм - это устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическое перемещение. Он состоит в основном из двух частей - соленоида и якоря. В общем случае соленоид выполнен из проволоки, которая намотана с приданием ей цилиндрической формы. Якорь, как правило, установлен с возможностью осевого перемещения или скольжения относительно соленоида цилиндрической формы. Электрический сигнал, прикладываемый к соленоиду, генерирует электромагнитное поле, которое обуславливает приложение силы к якорю, тем самым заставляя якорь перемещаться.
Электромагнитный исполнительный механизм можно использовать для приведения в действие некоторого механического устройства, например, клапана, рубильника, устройства автоматического повторного включения (АПВ), распределительного устройства, и т.п. Для эксплуатации механического устройства каждому механическому устройству необходимо усилие некоторой величины. Кроме того, многие из механических устройств имеют пространство ограниченного объема для расположения исполнительного механизма, и поэтому исполнительные механизмы часто конструируют имеющими низкий профиль, чтобы их можно было установить в пространстве ограниченного объема. Такие исполнительные механизмы зачастую не могут обеспечить достаточное усилие для приведения механического устройства в действие.
Поэтому существует потребность в низкопрофильном исполнительном механизме, который выполнен с возможностью генерирования усилия, достаточного для приведения в действие некоторого механического устройства.
Раскрытие изобретения
Изобретение посвящено электромагнитному исполнительному механизму, имеющему увеличенное начальное усилие и увеличенное усилие блокировки.
Эти и другие признаки изобретения будут подробнее изложены ниже.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложен электромагнитный исполнительный механизм, который включает в себя корпус, соленоид и якорь. Корпус имеет торцевую стенку и ограничивает полость. Торцевая стенка имеет некомпланарные первую и вторую поверхности. Соленоид расположен в полости корпуса. Якорь расположен, по существу, соосно с соленоидом. Якорь выполнен с возможностью перемещения между первым положением, находящимся вблизи торцевой стенки корпуса, и вторым положением, удаленным от торцевой стенки корпуса. Якорь имеет противоположные первый и второй торцы. Первый торец расположен у торцевой стенки корпуса и имеет некомпланарные первую и вторую поверхности. Вторая поверхность якоря расположена ближе ко второму торцу, чем первая поверхность якоря. Когда якорь находится в первом положении, первая поверхность торцевой стенки корпуса расположена ближе ко второму торцу якоря, чем первая поверхность первого торца якоря.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен электромагнитный исполнительный механизм, который включает в себя корпус, ограничивающий полость, вал, соленоид, зажимную поверхность, якорь и надставочный элемент. Вал проходит через корпус и имеет продольную ось. Соленоид расположен в полости корпуса и имеет центральную ось, которая, по существу, соосна с продольной осью вала. Якорь прикреплен к валу и выходит в радиальном направлении наружу из вала к внешней периферийной поверхности. Якорь расположен таким образом, что зажимная поверхность находится между соленоидом и якорем. Якорь выполнен с возможностью перемещения между первым положением, находящимся вблизи зажимной поверхности, и вторым положением, удаленным от зажимной поверхности. Когда якорь находится во втором положении, этот якорь и зажимная поверхность ограничивают между собой первый зазор. Первый зазор имеет ширину в направлении продольной оси вала. Надставочный элемент проходит в направлении продольной оси вала, ограничивая первый зазор в радиальном направлении наружу от продольной оси вала. Такая надставка приводит к образованию второго зазора с корпусом или якорем. Этот второй зазор имеет множество разных значений ширины, которые простираются в радиальных направлениях наружу от продольной оси вала. Эти значения ширины меньше, чем ширина первого зазора.
Краткое описание чертежей
Дальнейшее описание изобретения приводится в нижеследующем разделе со ссылками на нижеуказанные чертежи, которые представлены в качестве неограничительных иллюстративных вариантов осуществления изобретения и на которых одинаковые позиции обозначают сходные элементы на нескольких изображениях чертежей, при этом:
на фиг.1 показан разрез электромагнитного исполнительного механизма в разомкнутом положении в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
на фиг.2 показан разрез исполнительного механизма согласно фиг.1 в замкнутом положении;
на фиг.3 показан разрез части другого электромагнитного исполнительного механизма в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;
на фиг.4 показан разрез части другого электромагнитного исполнительного механизма в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;
на фиг.5 показана часть еще одного электромагнитного исполнительного механизма в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения; и
на фиг.6 показан разрез другого электромагнитного исполнительного механизма в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
На фиг.7 показан разрез другого электромагнитного исполнительного механизма в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, при этом якорь исполнительного механизма находится во втором положении;
на фиг.8 показан разрез электромагнитного исполнительного механизма согласно фиг.7, при этом якорь исполнительного механизма находится в первом положении;
на фиг.9 показан разрез другого электромагнитного исполнительного механизма в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;
на фиг.10 показан разрез другого электромагнитного исполнительного механизма в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;
на фиг.11 показан разрез другого электромагнитного исполнительного механизма в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения; и
на фиг.12 показан крупный план части электромагнитного исполнительного механизма согласно фиг.11,
Осуществление изобретения
Как описано выше, многие низкопрофильные электромагнитные механизмы не могут обеспечить усилие, достаточное для приведения в действие некоторого конкретного механического устройства. Однако увеличение начального усилия исполнительного механизма может обеспечить силу, достаточную для приведения в действие упомянутого механического устройства. То есть, если электромагнитному исполнительному механизму можно придать конфигурацию, обеспечивающую повышенное начальное усилие, то результирующее увеличенное ускорение и инерция могут оказаться достаточными для приведения в действие механического устройства. Как таковое, изобретение посвящено электромагнитному исполнительному механизму, имеющему увеличенное начальное усилие.
На фиг.1 показан разрез электромагнитного исполнительного механизма в разомкнутом положении в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Как показано на фиг.1, исполнительный механизм 30 содержит соленоид 5, вал 8, якорь 7 и корпус 20.
Соленоид 5 содержит проводник, намотанный с приданием ему цилиндрической формы, и проволочные выводы (не показаны) для подключения электропитания к проводнику. Подключение электропитания к соленоиду 5 создает магнитное поле, которое обуславливает приложение силы к некоторым материалам. Чем больше количество витков проводника, намотанных в соленоиде 5, тем больше прикладываемая сила, когда соленоид возбужден. Направление силы зависит от полярности электропитания, подаваемого на проволочные выводы. Например, приложение положительного напряжения к выводам может привести к направленной вверх силе на якоре 7, а приложение отрицательного напряжения может привести к направленной вниз силе на якоре 7. Величина силы также зависит от хода якоря 7. То есть, когда якорь 7 отведен от соленоида 5, электромагнитная сила якоря 7 меньше, чем когда якорь 7 расположен вблизи соленоида 5.
Как показано на чертеже, соленоид 5 находится между пластиной 11 основания и зажимной пластиной 3 и внутри полости, ограниченной корпусом 20. Пластина 11 основания является, по существу, плоской; вместе с тем пластина 11 основания может иметь любую форму, которая обеспечивает закрепление соленоида 5 внутри корпуса 20. Пластина 11 основания содержит резьбовые отверстия для заключения в них крепежных деталей 10 для крепления зажимной пластины 3 и корпуса 20 к пластине 11 основания; вместе с тем предусматривается возможность и других способов крепления. Пластина 11 основания имеет канал для заключения в нем вала 8; такого канала может и не быть, если вал 8 не выходит за пластину 11 основания.
Пластина 11 основания выходит за корпус 20 для установки электромагнитного исполнительного механизма 30 на другое устройство, например такое, как клапан, рубильник, устройство автоматического повторного включения (АПВ), распределительное устройство, и т.п. Пластина 11 основания имеет отверстия для крепежных деталей 12 и крепежных деталей 13. Хотя крепежные детали 12 и крепежные детали 13 иллюстрируются в виде винтов с потайной головкой и винтов с головкой под торцовый ключ, соответственно, предусматривается возможность и других крепежных деталей и способов установки.
Сердечник 1 содержит магнитно-проницаемый материал и имеет, по существу, кольцевую форму. Сердечник 1 имеет кольцевую выемку для заключения в ней соленоида 5 и осевой канал для заключения в нем втулки 4; вместе с тем сердечник 1 может иметь любую форму, которая обеспечивает создание магнитного контура для соленоида 5. Сердечник 1 имеет сквозные отверстия для заключения в них крепежных деталей 10; вместе с тем сердечник 1 может и не иметь сквозных отверстий, если крепежные детали 10 находятся снаружи сердечника 1. Сердечник 1 расположен на пластине 11 основания, при этом его осевой канал выровнен с каналом пластины 11 основания, а его сквозные отверстия выровнены с резьбовыми отверстиями пластины 11 основания.
Постоянный магнит 2 имеет, по существу, кольцевую форму и имеет осевой канал для втулки 4; вместе с тем постоянный магнит 2 может иметь любую подходящую форму. Постоянный магнит 2 выровнен таким образом, что его магнитные полюса обеспечивают магнитную силу, отклоняющую якорь 7 к соленоиду 5. Эта сила оказывается наибольшей, когда постоянный магнит 2 находится вблизи якоря 7, и наименьшей, когда постоянный магнит 2 отведен от якоря 7. Постоянный магнит 2 расположен на сердечнике 1, в типичном случае - вблизи якоря 7, чтобы обеспечить увеличенную магнитную силу на якоре 7. При одном способе воплощения постоянный магнит 2 используется для обеспечения хода исполнительного механизма 30, но может и отсутствовать при других способах, что подробнее описывается ниже.
Корпус 20 имеет, по существу, кольцевую форму и ограничивает полость, которая содержит сердечник 1, соленоид 5, постоянный магнит 2, зажимную пластину 3 и втулку 4. Корпус 20 имеет сквозные отверстия, соответствующие сквозным отверстиям сердечника 1, для заключения в них крепежных деталей 10. Корпус 20 расположен на сердечнике 1, при этом его сквозные отверстия выровнены с резьбовыми отверстиями сердечника 1. Корпус 20 содержит, по существу, кольцевой надставочный элемент 21, проходящий в осевом направлении к якорю 7 и выходящий за соленоид 5 и зажимную пластину 3. Корпус 20 и надставочный элемент 21 могут иметь любую подходящую форму, которая может способствовать ограничению зазора совместно с якорем 7, что подробнее описывается ниже. Надставочный элемент 21 может быть выполнен как единое целое с корпусом 20 или может быть отдельной деталью, прикрепляемой к корпусу 20. Такое крепление можно осуществить, например, посредством сварного шва, клея, крепежной детали и т.п. Надставочный элемент 21 состоит из магнитно-проницаемого материала и ограничивает кольцевую внутреннюю поверхность 26. Надставочный элемент 21 обеспечивает увеличенную начальную магнитную силу на якоре 7, что подробнее описывается ниже.
Зажимная пластина 3 имеет, по существу, кольцевую форму и имеет сквозные отверстия, соответствующие сквозным отверстиям корпуса 20, и осевой канал, соответствующий каналу постоянного магнита 2. Зажимная пластина 3 может иметь любую подходящую форму, и применительно к ней можно использовать любой подходящий способ крепления с целью закрепления постоянного магнита 2, соленоида 5 и сердечника 1 внутри корпуса 20. Крепежные детали 10, показанные в виде винтов с головкой под торцовый ключ, расположены таким образом, что они проходят через сквозные отверстия зажимной пластины 3, сквозные отверстия корпуса 20, сквозные отверстия сердечника 1 и ввинчены в резьбовые отверстия пластины 11 основания.
Втулка 4 имеет, по существу, цилиндрическую форму и расположена в канале сердечника 1, канале постоянного магнита 2 и канале зажимной пластины 3. Втулка 4 крепит вал 8 таким образом, что этот вал 8 имеет возможность осевого перемещения.
Вал 8 имеет, по существу, цилиндрическую форму и расположен во втулке 4. Вал 8 содержит поясок 23 вала на одном торце вала и резьбу 24 на другом торце вала 8. Поясок 23 вала находится вблизи сердечника 1 и он больше, чем канал сердечника 1, вследствие чего ограничивает осевое перемещение вала 8 в одном направлении. Резьба 24 уделена от сердечника 1 и сопряжена с крепежной деталью 14, ограничивая осевое перемещение вала 8 в другом направлении. Крепежная деталь 14 показана в виде шестигранной гайки, навинченной на резьбу 24; вместе с тем предусматривается возможность и других способов крепления.
Между зажимной пластиной 3 и якорем 7 поверх вала 8 расположена пружина 9. Пружина 9 сжата и поэтому отклоняет якорь 7 в направлении от соленоида 5. Размеры пружины 9 зависят от способа сообщения хода исполнительному механизму 30, что подробнее описывается ниже.
Якорь 7 содержит магнитно-проницаемый материал и имеет внешнюю поверхность 25. Внешняя поверхность 25 может иметь, по существу, кольцевую форму или любую другую форму, подходящую для ограничения зазора вместе с внутренней поверхностью надставочного элемента 21. Якорь 7 имеет канал, в котором заключен вал 8, и расположен, по существу, соосно с соленоидом 5. Якорь 7 крепится к валу 8 посредством крепежной детали 14; вместе с тем якорь 7 можно крепить к валу 8 и другими способами, например, посредством сварки и т.п. Якорь 7 имеет цилиндрическую выемку, в которой заключена пружина 8; вместе с тем предусматривается и возможность якоря 7 без выемки.
Чтобы пояснить один способ эксплуатации электромагнитного исполнительного механизма 30, фиг.1 иллюстрирует электромагнитный исполнительный механизм 30 в разомкнутом положении (т.е. якорь 7 отведен от соленоида 5), когда на соленоид 5 не подается электропитание. Как можно заметить, якорь 7 и тело корпуса 20 ограничивают зазор, имеющий ширину D1. Кроме того, внешняя поверхность 25 якоря 7 находится на расстоянии D2 от внутренней поверхности 26 надставочного элемента 21 корпуса, тем самым ограничивая воздушный зазор 27, имеющий ширину D2. Ширина D2 меньше, чем ширина D1, и это способствует увеличению начальной силы, как подробнее описано ниже.
Пружина 9 отклоняет якорь 7 в направлении от соленоида 5, а постоянный магнит 2 отклоняет якорь 7 к соленоиду 5. Поскольку якорь 7 отведен от постоянного магнита 2, магнитная сила, действующая со стороны постоянного магнита 2 на якорь 7, относительно мала по сравнению с механической силой, прикладываемой пружиной 9. А если так, то якорь 7 остается в разомкнутом положении до тех пор, пока не будет приложена другая сила.
Когда на соленоид 5 подают ток, на якорь 7 начинает действовать магнитная сила, оттягивая якорь 7 к соленоиду 5. Чтобы подробнее описать эту магнитную силу, отметим, что вокруг поперечного сечения соленоида 5 существует магнитный контур. То есть этот магнитный контур проходит от сердечника 1 через корпус 20, надставочный элемент 21 корпуса, через воздушный зазор 27, через якорь 7, через воздушный зазор, имеющий ширину D1, через зажимную пластину 3 и постоянный магнит 2, возвращаясь в сердечник 1. Этот магнитный контур обеспечивает путь для магнитного потока, создающего магнитную силу на якоре 7. Магнитная сила со стороны возбужденного соленоида 5 больше, чем сила, прикладываемая пружиной 9, и поэтому якорь 7 перемещается в замкнутое положение, которое проиллюстрировано на фиг.2.
Поскольку надставочный элемент 21 выходит за зажимную пластину 3 и ограничивает малый кольцевой воздушный зазор 27, а не большой воздушный зазор (например, воздушный зазор, имеющий ширину D1), якорь 7 перемещается к соленоиду 5 с помощью большей начальной силы. А если так, то электромагнитный исполнительный механизм 30 может приводить в действие более габаритные механические устройства, чем в случае, если бы исполнительный механизм 30 не имел надставочного элемента 21. Поэтому соленоид тех же габаритов и с тем же якорем может приводить в действие более габаритное механическое устройство, чем было бы возможно в противном случае. Следовательно, надставочный элемент 21 может увеличить силу, прикладываемую электромагнитным исполнительным механизмом, без значительного увеличения пространства, занимаемого исполнительным механизмом 30.
Сразу же после того, как достигнуто замкнутое положение, якорь 7 остается в этом замкнутом положении до тех пор, пока другая сила не подействует на якорь 7. Якорь 7 остается в замкнутом положении потому, что постоянный магнит 2 теперь находится вблизи якоря 7, и поэтому существует сила, которая больше, чем противодействующая сила, прикладываемая пружиной 9. В таком случае, даже если прекращается подача электропитания на соленоид 5, якорь 7 остается в замкнутом положении.
Чтобы возвратить якорь 7 в разомкнутое положение, можно подать ток противоположного направления на соленоид 5. Такой ток создает магнитное поле, которое обуславливает приложение к якорю 7 направленной вверх магнитной силы, которая больше, чем направленная вниз магнитная сила, прикладываемая постоянным магнитом 2, что и приводит к возврату якоря 7 в разомкнутое положение. Якорь 7 остается в разомкнутом положении потому, что постоянный магнит 2 теперь отведен от якоря 7 и поэтому прикладывает меньшую силу, чем противодействующая сила, прикладываемая пружиной 9. В таком случае, даже если прекращается подача электропитания на соленоид 5, якорь 7 остается в разомкнутом положении.
Разные длины D3 надставочного элемента 21 оказывают влияние на характеристику «сила - длина хода» исполнительного механизма 30. Чтобы проиллюстрировать влияние разных длин надставочного элемента 21, рассчитали магнитную силу, прикладываемую к якорю 7 соленоидом 5, для некоторой совокупности длин D1 хода и совокупности длин D3 надставочного элемента 21, пользуясь пакетом программного обеспечения анализа методом конечных элементов. Результаты сведены в нижеследующую таблицу 1, где силы указаны в ньютонах.
| Таблица 1 | ||||
| D3=0 мм | D3=12 мм | D3=15 мм | D3=36 мм | |
| D1=16 мм (разомкнутое положение) | 305 | 563 | 693 | 558 |
| D1=14 мм | 394 | 777 | 868 | 688 |
| D1=7 мм | 1136 | 1740 | 1693 | 1603 |
| D1=0 мм (замкнутое положение) |
9925 | 10,01 | 9994 | 9965 |
Как можно заметить, для электромагнитного исполнительного механизма 30, который не имеет надставочного элемента 21 (т.е. имеет длину D3=0 мм), начальное усилие равно 305 Н. Однако при надставочном элементе 21, имеющем длину D3=12 мм, начальное усилие увеличивается до 563 Н. Такое увеличение начального усилия может обеспечить ускорение и инерцию для приведения в действие более габаритных механических устройств без использования более габаритного соленоида. Еще одна особенность надставочного элемента 21 заключается в том, что якорь 7 может иметь, по существу, постоянное ускорение, и это приводит к удовлетворительным временам замыкания, что важно в некоторых приложениях исполнительных механизмов.
Кроме того, можно обеспечить регулирование кривой «усилие - перемещение» в зависимости от хода исполнительного механизма, изменяя форму воздушного зазора 27, например, путем изменения длины и формы надставочного элемента. Например, ширина зазора 27 может увеличиваться с увеличением расстояния от зажимной пластины 3 так, как это показано на фиг.3. Как здесь показано, надставочный элемент 21' проходит от корпуса 20'. Надставочный элемент 21' имеет внутреннее кольцевое пространство 26', которое образует кольцевой воздушный зазор 27'. Воздушный зазор 27' становится шире по мере увеличения расстояния от зажимной пластины 3. При таком воздушном зазоре начальное усилие меньше, чем в случае, показанном на фиг.1, но увеличивается быстрее с увеличением хода якоря 7.
На фиг.4 показан другой электромагнитный исполнительный механизм 30''. Как показано на чертеже, надставочный элемент 21'' проходит от корпуса 20''. Надставочный элемент 21'' имеет внутреннее кольцевое пространство 26'', которое образует кольцевой воздушный зазор 27''. Воздушный зазор 27'' становится более узким по мере увеличения расстояния от зажимной пластины 3. Хотя проиллюстрированы увеличивающийся и уменьшающийся воздушные зазоры, предусматривается также возможность и воздушных зазоров другой формы, например таких, как зазоры криволинейной формы, пилообразной формы, квадратной формы и т.п.
На фиг.3 и 4 внешняя поверхность 25 якоря 7 показана непараллельной внутренней кольцевой поверхности (26', 26'') надставочного элемента (21', 21''), что обеспечивает возможность воздушного зазора (27', 27'') с разными ширинами. Кроме того, в плоскости, проходящей в радиальном направлении наружу от продольной оси вала 8, внешняя поверхность 25 якоря 7 параллельна продольной оси вала 8, а внутренняя кольцевая поверхность (26', 26'') надставочного элемента (21', 21'') не параллельна продольной оси вала 8.
Помимо этого предусматривается возможность и других способов сообщения хода исполнительному механизму 30. Например, для работы исполнительного механизма 30 может и не понадобиться постоянный магнит 2. Если постоянный магнит 2 не включен в состав исполнительного механизма 30, электропитание на соленоид 5 подается непрерывно, чтобы поддерживать исполнительный механизм 30 в замкнутом положении. В другом альтернативном варианте осуществления пружина 9 находится под натяжением и отклоняет якорь 7 к соленоиду 5.
На фиг.5 показана часть еще одного электромагнитного исполнительного механизма 50, который аналогичен электромагнитному исполнительному механизму 30. Как показано на фиг.5, электромагнитный исполнительный механизм 50 содержит корпус 70 и зажимную пластину 53. Зажимная пластина 53 аналогична зажимной пластине 1, показанной на фиг.1. Корпус 70 аналогичен корпусу 20, показанному на фиг.1; однако в этом варианте осуществления корпус 70 не имеет надставочного элемента. Вместо него в этом варианте осуществления якорь 57 содержит надставочный элемент 58. Надставочный элемент 58 может быть выполнен как единое целое с якорем 57 или может быть отдельной деталью, прикрепляемой к якорю 57. Такое крепление можно осуществить, например, посредством сварного шва, клея, крепежной детали и т.п. Между внутренней поверхностью 58а надставочного элемента 58 и внешней периферийной поверхностью 70а корпуса 70 образован зазор 59. Во внешней периферийной поверхности 70а корпуса 70 выполнена выемка 80, которая способствует ограничению зазора 59. Таким образом, выемка 80 увеличивает ширину зазора 59, делая ее больше ширины остальной части зазора 59. Линии магнитной индукции, создаваемые соленоидом, сконцентрированы в области зазора 59, тем самым увеличивая начальную силу на якоре 57.
Следует понять, что помимо выемки 80 возможно формирование и других выемок во внешней периферийной поверхности 70а корпуса 70. В дополнение к выемкам (таким, как выемка 80) или вместо них можно снабдить внешнюю периферийную поверхность 70а корпуса 70 одним или несколькими выступами. Выемка (такая, как выемка 80) или выступ создают неровность во внешней периферийной поверхности 70а, которая концентрирует магнитный поток, направляя его в некоторое конкретное место. В дополнение к неровности (такой, как выемка 80) во внешней периферийной поверхности 70а корпуса или вместо такой неровности можно сформировать одну или несколько неровностей во внутренней поверхности 58а надставочного элемента 58. Например, во внутренней поверхности 58а надставочного элемента 58 можно сформировать одну или несколько выемок и/или один или несколько выступов.
Следует также понять, что в других описываемых здесь вариантах осуществления исполнительного механизма можно формировать неровности (такие, как выступы или выемки) в якорях и/или надставках.
На фиг.6 показан другой иллюстративный вариант осуществления изобретения. Как показано на фиг.6, электромагнитный исполнительный механизм 60 содержит корпус 61, якорь 65 и соленоид 82.
Соленоид 82 аналогичен соленоиду 5, показанному на фиг.1. Как показано на чертеже, соленоид 82 расположен внутри полости 83, ограниченной корпусом 61.
Электромагнитный исполнительный механизм 60 также содержит постоянный магнит 71. Постоянный магнит 71 имеет, по существу, кольцевую форму и имеет осевой канал для якоря 65; вместе с тем постоянный магнит 71 может иметь любую подходящую форму. Постоянный магнит 71 выровнен таким образом, что его магнитные полюса обеспечивают магнитную силу, отклоняющую якорь 65. При одном способе воплощения постоянный магнит 71 используется для обеспечения хода исполнительного механизма 60, но может и отсутствовать при других способах.
Якорь 65 содержит магнитно-проницаемый материал и выступающий или надставочный элемент 66. Надставочный элемент 66 проходит к торцевой крышке 63 корпуса 61, тем самым ограничивая зазор между надставочным элементом 66 и корпусом 61. Этот зазор меньше, чем он был бы в противном случае, и увеличивает начальное усилие электромагнитного исполнительного механизма 60, как описано выше. Надставочный элемент 66 является цилиндрическим и может быть выполнен как единое целое с якорем 65, или может быть отдельной деталью, прикрепляемой к якорю 65. Якорь 65 имеет, по существу, цилиндрическую форму и расположен радиально изнутри от соленоида 82; вместе с тем якорь 65 может иметь любую форму, обеспечивающую взаимодействие с соленоидом 82 для осуществления осевого перемещения. Якорь 65 расположен между торцевыми крышками 63 и 64 корпуса 61. Торцевые крышки 63 и 64 ограничивают осевое перемещение якоря 65.
Якорь 65 включает в себя противоположные первый и второй торцы 65а, 65b.
Первый торец 65а включает в себя кольцевую поверхность 67, расположенную вокруг надставочного элемента 66. Надставочный элемент 66 проходит в направлении от кольцевой поверхности 67 и включает в себя торцевую поверхность 66а. Таким образом, кольцевая поверхность 67 и торцевая поверхность 66а представляют собой две некомпланарные поверхности первого торца 65а якоря 65, при этом кольцевая поверхность 67 расположена ближе ко второму торцу б5b якоря 65, чем торцевая поверхность 66а. Как показано на фиг.6, кольцевая поверхность 67 и торцевая поверхность 66а параллельны друг другу.
Корпус 61 имеет, по существу, кольцевую форму и ограничивает полость 83, которая содержит соленоид 82, постоянный магнит 71 и якорь 65. Корпус 61 также содержит торцевые крышки 63 и 64, между которыми, по существу, и заключен якорь 65. Торцевая крышка 63 имеет кольцевую поверхность 63а, которая расположена вокруг выемки 62, предназначенной для заключения в ней надставочного элемента 66 якоря 65. Выемка 62 является цилиндрической и частично ограничена заглубленной внутренней поверхностью 84, которая расположена дальше от якоря 65, чем кольцевая поверхность 63а. Таким образом, кольцевая поверхность 63а и внутренняя поверхность 84 являются некомпланарными. Вместе с тем, кольцевая поверхность 63а и внутренняя поверхность 84 параллельны друг другу. Корпус 61 и выемка 62 могут быть любой подходящей формы, которая может обеспечить взаимодействие с надставочным элементом 66 якоря 65. В других вариантах осуществления корпус 61 может содержать надставочный элемент, а якорь 65 может содержать выемку для заключения в ней надставочного элемента.
Якорь 65 выполнен с возможностью перемещения между первым положением, находящимся вблизи торцевой крышки 63 корпуса 61, и вторым положением, удаленным от торцевой крышки 63 корпуса. Когда якорь 65 находится в первом положении, надставочный элемент 66 якоря 65 расположен в выемке 62 торцевой крышки 63. При таком расположении надставочного элемента 66 кольцевая поверхность 63 а торцевой крышки 63 располагается ближе ко второму торцу 65b якоря 65, чем торцевая поверхность бба надставочного элемента 66. Когда якорь 65 находится во втором положении (как показано на фиг.6), надставочный элемент 66 отведен от торцевой крышки 63.
Неровная конфигурация первого торца 65а якоря 65 и торцевой крышки 63 приводит к концентрации магнитного потока, проводя этот поток в выемку 62 и тем самым, увеличивая начальную силу исполнительного механизма 60.
Обращаясь теперь к фиг.7 и 8, отмечаем, что здесь показан исполнительный механизм 86, имеющий, по существу, такую же конструкцию и работающий так же, как исполнительный механизм 60 за исключением различий, указываемых ниже. Благодаря аналогичности конструкции, компоненты исполнительного механизма 86, которые являются, по существу, такими же, как в исполнительном механизме 60, будут обозначены такими же позициями. Вместо наличия лишь одного надставочного элемента 66, проходящего от якоря 65, и лишь одной выемки 62 в торцевой крышке 63, как в исполнительном механизме 60, исполнительный механизм 86 имеет пару надставочных элементов 66, проходящих от якоря 65, и пару выемок 62 в торцевой крышке 63. Кроме того, к якорю 65 прикреплен стержень 88, выступающий из второго торца 65b якоря, и к якорю 65 прикреплен стержень 90, выступающий из первого торца 65а якоря. Оба надставочных элемента 66 ограничивают между собой впадину 92, через которую проходит стержень 90. Соответственно, выемки 62 в торцевой крышке 63 образуют выступ 94, через который проходит стержень 90. Выступ 94 имеет торцевую поверхность 94а, а впадина 92 частично ограничена внутренней поверхностью 96. Поскольку в торцевой крышке 63 имеются две выемки, поверхность 63а не является кольцевой, а вместо этого имеет неправильную форму. Поверхность 63а включает в себя торцевую поверхность 94а.
Когда якорь 65 находится в первом положении (как показано на фиг.8), надставочные элементы 66 якоря 65 расположены в выемках 62 торцевой крышки 63. Кроме того, выступ 94 торцевой крышки 63 расположен во впадине 92. При таком расположении надставочных элементов 66 поверхность 63а торцевой крышки 63 располагается ближе ко второму торцу б5b якоря 65, чем торцевые поверхности 66а надставочных элементов 66. Когда якорь 65 находится во втором положении (как показано на фиг.7), надставочные элементы 66 отведены от торцевой крышки 63.
Выемки 62 и надставочные элементы 66 имеют такие конфигурации, что когда якорь 65 находится в первом положении, а надставочные элементы 66 расположены в выемках 62 и выступ 94 расположен во впадине 92, между внутренними поверхностями 84 и торцевыми поверхностями 66а имеются зазоры, и между внутренней поверхностью 96 во впадине 92 и торцевой поверхностью 94а выступа 94 тоже имеется зазор. Каждый из этих зазоров предпочтительно составляет 0,13 мм (0,005 дюйма). Обнаружено, что загрязнения (такие, как частицы металла), которые могут попасть в полость 83 или образоваться в ней во время работы исполнительного механизма 86, скапливаются в выемке 92. Считается, что скопление загрязнений в выемке 92 повышает силу блокировки между якорем 65 и торцевой крышкой 63. Более того, неровная конфигурация первого торца 65а якоря 65 и торцевой крышки 63 приводит к концентрации магнитного потока, проводя этот поток в выемки 62 и тем самым, увеличивая начальное усилие исполнительного механизма 86.
Обращаясь теперь к фиг.9, отмечаем, что здесь показан исполнительный механизм 97, имеющий, по существу, такую же конструкцию и работающий так же, как исполнительный механизм 60, за исключением различий, указываемых ниже. Благодаря аналогичности конструкции, компоненты исполнительного механизма 97, которые являются, по существу, такими же, как в исполнительном механизме 60, будут обозначены такими же позициями. К якорю 65 прикреплен стержень 98, выступающий из второго торца 65b якоря, и к якорю 65 прикреплен стержень 100. Стержень 100 проходит через выемку 62 и надставочный элемент 66.
Обращаясь теперь к фиг.10, отмечаем, что здесь показан исполнительный механизм 104, имеющий, по существу, такую же конструкцию и работающий так же, как исполнительный механизм 60, за исключением различий, указываемых ниже. Благодаря аналогичности конструкции, компоненты исполнительного механизма 104, которые являются, по существу, такими же, как в исполнительном механизме 60, будут обозначены такими же позициями. Исполнительный механизм 104 не имеет цилиндрического надставочного элемента 66 и цилиндрической выемки 62, как исполнительный механизм 60. Вместо этого якорь 65 исполнительного механизма 104 имеет выступ 110 в форме усеченного конуса, а торцевая крышка 63 имеет соответствующую выемку 112 в форме усеченного конуса. Выступ 110 имеет внешнюю поверхность 110а в форме усеченного конуса, а выемка 112 ограничена внутренней поверхностью 114 в форме усеченного конуса. К якорю 65 прикреплен стержень 106, выступающий из второго торца 65b якоря, и к якорю 65 прикреплен стержень 108, выступающий из первого торца 65а якоря. Стержень 108 проходит через выемку 112 и выступ 110.
Когда якорь 65 находится в первом положении, выступ 110 якоря 65 расположен в выемке 112 торцевой крышки 63, при этом между внешней поверхностью 110а выступа 110 и внутренней поверхностью 114 выемки 112 образуется зазор. Когда якорь 65 находится во втором положении (как показано на фиг.10), выступ 110 отведен от торцевой крышки 63.
Обращаясь теперь к фиг.11 и 12, отмечаем, что здесь показан исполнительный механизм 118, имеющий, по существу, такую же конструкцию и работающий так же, как исполнительный механизм 30, за исключением различий, указываемых ниже. Благодаря аналогичности конструкции, компоненты исполнительного механизма 118, которые являются, по существу, такими же, как в исполнительном механизме 30, будут обозначены такими же позициями. Исполнительный механизм 118 не имеет цилиндрического надставочного элемента 21, как в исполнительном механизме 30. Вместо этого, исполнительный механизм 118 имеет кольцевой надставочный элемент 120 с внутренней поверхностью 122 и внешней поверхностью 123. Кроме того, якорь 7 не имеет внешней поверхности 25, как в исполнительном механизме 30. Вместо этого якорь 7 имеет внешнюю периферийную поверхность 124.
Внутренняя поверхность 122 надставочного элемента 120 несколько наклонена наружу по мере ее прохождения вниз от верхнего обода надставочного элемента 120 к зажимной пластине 3. В результате в плоскости, проходящей в радиальном направлении наружу от продольной оси вала 8, внутренняя поверхность 122 надставочного элемента 120 не параллельна внешней поверхности надставочного элемента 120 и продольной оси вала 8. Внешняя периферийная 124 якоря 7 также несколько наклонена наружу по мере ее прохождения вниз к зажимной пластине 3. В результате в плоскости, проходящей в радиальном направлении наружу от продольной оси вала 8, внешняя периферийная поверхность 124 якоря 7 не параллельна продольной оси вала 8. Вместе с тем внешняя периферийная поверхность 124 якоря 7 параллельна внутренней поверхности 122 надставочного элемента 120. Внешняя периферийная поверхность 124 якоря 7 взаимодействует с внутренней поверхностью 122 надставочного элемента 120, ограничивая зазор 126 между ними.
Во внешней периферийной поверхности 124 якоря 7 ближе к нижнему углу якоря 7 выполнена выточка или выемка 128. Выемка 128 проходит в радиальном направлении внутрь к продольной оси вала 8, способствуя ограничению зазора 126. Таким образом, выемка 128 увеличивает ширину зазора 126 до величины, большей, чем ширина остальной части зазора 126. Наклон наружу внутренней поверхности 126 надставочного элемента 120 способствует направлению магнитного потока в выемку 128, тем самым увеличивая начальное усилие исполнительного механизма 118.
Следует понять, что вышеизложенное описание представлено просто с целью пояснения и ни в коей мере не должно быть истолковано как ограничивающее изобретение. Поскольку изобретение описано выше применительно к вариантам осуществления, понятно, что употребленные при этом слова являются словами описания и иллюстрации, а не словами ограничения. Кроме того, хотя изобретение описано выше применительно к конкретной конструкции, конкретным материалам и/или конкретным вариантам осуществления, это изобретение не следует считать сводящимся к вышеописанным частностям. Наоборот, изобретение распространяется на все функционально эквивалентные конструкции, способы и приложения, находящиеся в рамках объема притязаний прилагаемой формулы изобретения. Специалисты в данной области техники поймут, что, ознакомившись с положениями этого описания, в рамках объема притязаний и существа изобретения можно провести многочисленные модификации его аспектов и внести в них изменения.
1. Электромагнитный исполнительный механизм, содержащий
корпус, ограничивающий полость,
вал, проходящий через корпус и имеющий продольную ось,
соленоид, расположенный в полости корпуса и имеющий центральную ось, которая, по существу, соосна с продольной осью вала,
зажимную поверхность,
якорь, прикрепленный к валу и выходящий наружу из вала к внешней периферийной поверхности якоря, при этом упомянутый якорь выполнен с возможностью перемещения между первым положением, находящимся вблизи зажимной поверхности, и вторым положением, удаленным от зажимной поверхности, причем, когда якорь находится в первом положении, этот якорь и корпус ограничивают между собой первый зазор, упомянутый первый зазор имеет множество разных значений ширины, которые простираются между якорем и корпусом в направлениях, перпендикулярных продольной оси вала, и, когда якорь находится во втором положении, якорь и зажимная поверхность ограничивают между собой продольно расположенный второй зазор, при этом второй зазор имеет ширину в направлении продольной оси вала, причем любое из множества значений ширины первого зазора меньше, чем ширина второго зазора.
2. Механизм по п.1, в котором первый зазор образован между внешней периферийной поверхностью якоря и внутренней поверхностью корпуса.
3. Механизм по п.1, в котором внешняя периферийная поверхность якоря не параллельна внутренней поверхности корпуса.
4. Механизм по п.3, в котором в плоскости, проходящей в радиальном направлении наружу от продольной оси вала, внешняя периферийная поверхность якоря параллельна продольной оси вала, а внутренняя поверхность корпуса не параллельна продольной оси вала.
5. Механизм по п.3, в котором наибольшая ширина первого зазора находится вблизи зажимной поверхности, а наименьшая ширина первого зазора удалена от зажимной поверхности.
6. Механизм по п.3, в котором наибольшая ширина первого зазора удалена от зажимной поверхности, а наименьшая ширина первого зазора находится вблизи зажимной поверхности.
7. Механизм по п.3, в котором внешняя периферийная поверхность якоря имеет выполненную в ней выемку, причем упомянутая выемка способствует ограничению первого зазора.
8. Механизм по п.7, в котором внешняя периферийная поверхность якоря параллельна внутренней поверхности корпуса.
9. Механизм по п.8, в котором в плоскости, проходящей в радиальном направлении наружу от продольной оси вала, внешняя периферийная поверхность якоря и внутренняя поверхность корпуса не параллельны продольной оси вала.
10. Механизм по п.1, в котором якорь имеет надставку, проходящую в направлении продольной оси вала, при этом первый зазор образован между внутренней поверхностью надставки и внешней периферийной поверхностью корпуса.
11. Механизм по п.10, в котором во внешней периферийной поверхности корпуса выполнена выемка, предназначенная для ограничения первого зазора, при этом наибольшая ширина первого зазора проходит через выемку.
12. Механизм по п.1, в котором зажимная поверхность содержит зажимную пластину и при этом электромагнитный исполнительный механизм дополнительно содержит постоянный магнит, расположенный радиально изнутри от соленоида.
13. Механизм по п.1, в котором в корпусе расположена пружина, выполненная с возможностью отклонения якоря во второе положение.
