Магнитное пороговое устройство

Авторы патента:

H01H35/14 - приводимые в действие изменением ускорения, например за счет толчка или вибрации; инерционные переключатели

Владельцы патента RU 2522891:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)

Изобретение относится к приборостроению, к исполнительным магнитным механизмам. Магнитное пороговое устройство содержит постоянный магнит, магнитопроводы, примыкающие к его полюсам и образующие рабочий зазор для размещения в нем якоря, упор исходного положения якоря и стержень из магнитомягкого материала, установленный в одном из магнитопроводов с возможностью перемещения параллельно направлению намагниченности постоянного магнита. Каждый магнитопровод выполнен с выступом, обращенным в рабочий зазор, а стержень выполнен с концевой частью переменного сечения и установлен с возможностью перемещения внутрь отверстия, выполненного в другом магнитопроводе. Технический результат состоит в повышении точности срабатывания устройства, снижении трудоемкости регулирования магнитного усилия и улучшении массогабаритных характеристик устройства. 2 ил.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к исполнительным магнитным механизмам.

Известны способ управления магнитным потоком, создаваемым постоянным магнитом, и устройство для его осуществления (патент РФ №2092922, H01F 7/04, опубл. 10.10.97, Бюл. №28). Указанное устройство содержит постоянный магнит, разноименные полюса которого замкнуты между собой накоротко посредством магнитного шунта, выполненного из изотропного по магнитно-электрическим параметрам материала, задатчик величины управляющего воздействия и элемент управления магнитным сопротивлением шунта. Магнитопровод выполнен с рабочим немагнитным зазором, в котором расположены ферромагнитная деталь и измеритель величины магнитного потока в зазоре.

Недостатком известного устройства является то, что для управления величиной магнитного потока в рабочем немагнитном зазоре, а соответственно, и величиной силы притяжения, действующей на ферромагнитную деталь, функционально являющейся якорем магнитной системы, требуется источник питания и электрическая схема для управления усилием, действующим на якорь.

Наиболее близким к заявляемому устройству является магнитное пороговое устройство инерционного переключателя (патент РФ №2130665, H01H 35/14, опубл. 20.05.99, Бюл. №14), содержащее постоянный магнит, полюсные наконечники в виде пластин, инерционное тело из магнитомягкого материала, выполняющее роль якоря, упор в виде упругого контактирующего элемента для инерционного тела и регулировочный винт для управления величиной магнитного потока в зазоре между полюсными наконечниками и, следовательно, усилия притяжения инерционного тела к упору.

Недостатками данного магнитного порогового устройства являются:

- повышенная трудоемкость обеспечения точной настройки порога срабатывания устройства (усилия отрыва инерционного тела от упора), т.к. незначительное перемещение регулировочного винта, имеющего плоскую торцевую поверхность, приводит к значительному (резкому) изменению магнитного поля и, соответственно, порога срабатывания устройства;

- влияние внешних воздействий (вибрация, удар, изменение температуры и т.п.) на точность срабатывания устройства, т.к. инерционное тело в исходном состоянии опирается на упругий контактный элемент, который изменяет свои размеры и/или физические свойства и, соответственно, положение инерционного тела в магнитном поле;

- невозможность обеспечения другой, кроме ниспадающей, зависимости магнитного усилия, действующего на инерционное тело, от его перемещения, т.к. магнитороводы выполнены с уменьшением их ширины по ходу движения инерционного тела, что не позволяет увеличить точность срабатывания устройства.

Технические результаты, достигаемые при использовании заявляемого изобретения, заключаются в:

- повышении точности срабатывания устройства путем обеспечения: заданной зависимости магнитного усилия, действующего на якорь, от перемещения последнего; точности регулирования магнитного усилия и, соответственно, порога срабатывания устройства;

- снижении трудоемкости регулирования магнитного усилия;

- улучшении массогабаритных характеристик магнитного порогового устройства.

Это достигается тем, что в магнитном пороговом устройстве, содержащем постоянный магнит, магнитопроводы, примыкающие к его полюсам и образующие рабочий зазор для размещения в нем якоря, упор исходного положения якоря и стержень из магнитомягкого материала, установленный с возможностью перемещения параллельно направлению намагниченности постоянного магнита, новым является то, что каждый магнитопровод снабжен выступом, обращенным в рабочий зазор, а стержень выполнен с концевой частью переменного сечения и установлен с возможностью перемещения внутрь отверстия, выполненного в другом магнитопроводе.

Повышение точности срабатывания порогового устройства достигается за счет создания заданной зависимости магнитного усилия, действующего на якорь, от его перемещения, имеющей возрастающий и ниспадающий участки. Данная зависимость обеспечивается наличием выступов на магнитопроводе, обращенных в рабочий зазор, их формой и размерами, а также положением якоря относительно выступов, которое устанавливается с помощью упора. Так как выступы концентрируют магнитный поток на определенном участке перемещения якоря (рабочем зазоре), определяемом формой и размерами выступов, то величина начального магнитного усилия F0 (см. фиг.2) возрастающего участка обеспечивается смещением исходного положения якоря относительно выступов на некоторую величину по направлению его перемещения. При дальнейшем перемещении якоря происходит увеличение магнитного усилия вплоть до максимального значения (порога срабатывания), что соответствует возрастающему участку указанной зависимости. Последующему перемещению якоря соответствует ниспадающий участок.

Необходимость обеспечения данной зависимости обусловлена тем, что работа порогового устройства связана с перемещением якоря относительно выступов, которое на начальном этапе всегда зависит от большого количества случайных факторов (трение покоя, силы молекулярного взаимодействия в месте соприкосновения якоря и упора, вибрация, удар, изменение размеров деталей под действием температуры и т.д.), что необходимо учитывать при создании миниатюрных устройств. Отрицательное влияние данных факторов на точность срабатывания в заявляемом устройстве практически исключено за счет того, что якорь приходит в движение при меньшем усилии, чем усилие, соответствующее порогу срабатывания.

Кроме того, создание заданной зависимости магнитного усилия от перемещения якоря позволяет устранить влияние жесткости упора на точность срабатывания устройства.

Повышение точности срабатывания также обеспечивается и повышением точности регулирования порога срабатывания Fmax (см. фиг.2) на заданную величину за счет того, что стержень выполнен с концевой частью переменного сечения (например, конической формы). При такой форме концевой части даже значительное перемещение стержня приводит к незначительному изменению магнитного потока в рабочем зазоре и, соответственно, незначительному изменению порога срабатывания. Возможность перемещения стержня внутрь отверстия позволяет расширить диапазон регулирования порога срабатывания.

Снижение трудоемкости регулирования порога срабатывания достигается теми же средствами, что и повышение точности его регулирования. В результате настройка порога срабатывания на заданную величину реализуется практически безошибочно с первого раза.

Уменьшение массогабаритных характеристик порогового устройства достигается за счет того, что на магнитопроводах выполнены выступы, которые обращены в рабочий зазор. Являясь концентраторами магнитного поля, выступы повышают его напряженность до максимально возможной величины и позволяют выполнить все элементы порогового устройства минимальных размеров.

Таким образом, выполнение магнитного порогового устройства в соответствии с отличительными признаками позволяет повысить точность срабатывания устройства, снизить трудоемкость регулирования магнитного усилия (порога срабатывания) и улучшить массогабаритные характеристики устройства.

На фиг.1 представлено схематичное изображение заявляемого устройства.

На фиг.2 показана заданная зависимость магнитного усилия F, действующего на якорь, от его перемещения х.

Магнитное пороговое устройство (фиг.1) содержит постоянный магнит 1, примыкающие к его полюсам магнитопроводы 2, образующие рабочий зазор, и стержень 3 из магнитомягкого материала с концевой частью переменного сечения, установленный в одном из магнитопроводов 2 с возможностью перемещения параллельно направлению намагниченности постоянного магнита внутрь отверстия 4, выполненного в другом магнитопроводе 2. Каждый магнитопровод 2 снабжен выступом А, обращенным в рабочий зазор, в котором расположен якорь 5 из магнитомягкого материала. В исходном положении якорь опирается на упор 6.

В исходном состоянии якорь 5 находится между выступами А магнитопроводов 2, прижат к упору 6 и удерживается магнитным усилием F0 (см. фиг.2), создаваемым постоянным магнитом 1 в рабочем зазоре. При превышении внешней силой, действующей на якорь 5, значения суммы противодействующих сил (усилие F0, силы трения покоя, силы молекулярного взаимодействия и т.д.), якорь 5 отходит от упора 6. Дальнейшее повышение внешней силы приводит к перемещению якоря 5. Срабатывание порогового устройства происходит тогда, когда значение внешней силы превысит максимальное значение магнитного усилия Fmax (см. фиг.2) - порог срабатывания.

Для проверки эффективности предложенного решения были проведены расчетно-аналитические работы и проработаны конструктивно-компоновочные схемы предлагаемого устройства. На основании работ можно сделать заключение о возможности повышения точности регулирования магнитного усилия (порога срабатывания) не менее чем на 50%, снижения трудоемкости регулирования магнитного усилия не менее чем в 3 раза и уменьшения массогабаритных характеристик магнитного порогового устройства не менее чем на 10%.

Магнитное пороговое устройство, содержащее постоянный магнит, магнитопроводы, примыкающие к его полюсам и образующие рабочий зазор для размещения в нем якоря, упор исходного положения якоря и стержень из магнитомягкого материала, установленный с возможностью перемещения параллельно направлению намагниченности постоянного магнита, отличающееся тем, что каждый магнитопровод снабжен выступом, обращенным в рабочий зазор, а стержень выполнен с концевой частью переменного сечения и установлен с возможностью перемещения внутрь отверстия, выполненного в другом магнитопроводе.

Похожие патенты:

Инерционный включатель // 2521000

Изобретение предназначено для регистрации действующих линейных ускорений в системах автоматики летательных аппаратов и систем безопасности автомобилей. Инерционный включатель содержит корпус, осевую направляющую, расположенное на ней инерционное тело с радиальными выступами, привод контактов, коаксиально расположенные друг в друге и относительно инерционного тела подвижные поворотные втулки с наклонными пазами на боковых стенках для взаимодействия с радиальными выступами инерционного тела при его поступательном перемещении.

Инерционный включатель // 2520596

Изобретение предназначено для измерения действующих линейных ускорений в системах автоматики летательных объектов. Инерционный включатель, содержит установленные на оси основное инерционное тело, удерживаемое магнитной системой, и подвижный поворотный привод с пазом в боковой стенке и размещенным на нем перемыкателем для переключения контактов контактной системы, корпус с выполненным наклонным пазом с угловой протяженностью, превышающей угловую протяженность паза в подвижном поворотном приводе на угол, достаточный для переключения контактов, два выступа, диаметрально расположенные на дополнительном инерционном теле в виде втулки, взаимодействующие с пазом корпуса и пазом подвижного поворотного привода, втулка установлена на основное инерционное тело и поджата в осевом направлении пружиной с возможностью взаимного осевого перемещения, при этом осевой ход основного инерционного тела относительно втулки не меньше его возможного осевого хода до упора, усилие, создаваемое пружиной, превышает усилие, создаваемое основным инерционным телом при действии уставочного значения ускорения, на которое настроен инерционный включатель, а диаметральные выступы закреплены на втулке, при этом выступающие внутренние концы выступов заходят в кольцевую проточку, выполненную на основном инерционном теле.

Исполнительное коммутирующее устройство // 2496177

Изобретение относится к исполнительным коммутирующим устройствам датчиков требуемого физического параметра систем автоматики взрывоопасных технических объектов, которые могут подвергаться аварийным воздействиям.

Инерционный пороговый датчик // 2443979

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к инерционным датчикам порогового действия, и предназначено для контроля за достижением ускорений движущихся объектов пороговых уровней, в том числе при столкновении с другими объектами, например, при транспортных авариях.

Исполнительное коммутирующее устройство // 2435244

Изобретение относится к исполнительным коммутирующим устройствам пороговых датчиков физических параметров для систем автоматики взрывоопасных технических объектов, которые могут подвергаться аварийным воздействиям.

Исполнительное коммутирующее устройство // 2421842

Исполнительное коммутирующее устройство // 2367050

Инерционный переключатель // 2362233

Изобретение относится к инерционным переключателям для систем автоматики различных технических объектов, подвергающихся воздействиям линейных ускорений. .

Инерционный включатель // 2362232

Изобретение относится к инерционным включателям для систем автоматики различных технических объектов, подвергающихся воздействиям линейных ускорений. .

Датчик ускорения // 2280876

Изобретение относится к датчикам измерения ускорения движущегося объекта и может быть использовано в системах торможения различных транспортных средств. .

Инерционный датчик // 2522895

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к инерционным датчикам порогового действия, и предназначено для контроля за достижением ускорениями, действующими на объект при столкновении с другими объектами, например, при транспортных авариях, пороговых уровней. Инерционный датчик содержит размещенное в корпусе с упором инерционное тело, поджатое к одной стороне упора и имеющее со стороны опорной поверхности хвостовую часть. Датчик имеет неподвижный контакт в виде кольца, размещенного на другой стороне упора и соединенного с одним токовыводом, и подвижный контакт, который закреплен на хвостовой части инерционного тела и соединен гибким токопроводом с другим токовыводом. Технический результат - повышение надежности замыкания электрических контактов датчика и отсутствие самопроизвольного срабатывания датчика при поломке рабочей пружины. 1 ил.

Включатель инерционный // 2541510

Изобретение относится к инерционным датчикам порогового действия и предназначено для контроля над достижением ускорений движущихся объектов пороговых уровней, в том числе при столкновении с другими объектами. Включатель инерционный содержит герметичный корпус, направляющую втулку для свободного перемещения инерционного тела и панель с контактными парами. Выключатель снабжен также устройством блокировки, состоящим из запирающей втулки и шариков, расположенных в выборках на торце запирающей втулки, и поворотным поляризованным электромагнитным приводом, соединенным с устройством блокировки. Инерционное тело выполнено в виде шара и прижато цилиндрической пружиной к стенке направляющей втулки, причем на шаре закреплена через изолятор подвижная часть главного контакта. Технический результат - расширение области применения за счет повышения стойкости к внешним механическим воздействиям и обеспечения замыкания главного контакта при воздействии перегрузки, направленной вдоль и под углом к оси выключателя. 3 ил.

Инерционный включатель // 2542336

Инерционный включатель содержит корпус, инерционное тело на направляющей оси, контакты, а также неподвижную направляющую и подвижный поворотный привод контактов, расположенные коаксиально с инерционным телом и имеющие на боковых стенках пазы. Выключатель снабжен внешней втулкой, коаксиально расположенной между неподвижной направляющей и подвижным поворотным приводом с возможностью поворота относительно них и с наклонным пазом на боковой стенке. Выключатель снабжен подпружиненной и охватывающей инерционное тело втулкой, радиальные выступы которой взаимодействуют с пазами поворотного привода, внешней втулки и неподвижной направляющей. Один выступ с внутренней стороны взаимодействует с инерционным телом при его перемещении на направляющей оси. Пазы во внешней втулке и в неподвижной направляющей выполнены с наклоном в противоположные стороны. Паз в подвижном поворотном приводе выполнен со стенками, параллельными направляющей оси. По крайней мере со стороны одного торца неподвижной направляющей установлены постоянные магниты с магнитопроводами. Неподвижная направляющая выполнена из немагнитного металла, а внешняя втулка - из немагнитного металла с высокой электрической проводимостью. Технический результат - повышение надежности работы выключателя при высокоинтенсивных ударных и вибрационных ускорениях и сохранение исходного состояния контактов при аварийных падениях в составе объекта использования. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Инерционный включатель // 2562057

Инерционный включатель содержит корпус, инерционное тело, размещенное на центральной оси, неподвижную направляющую, имеющую на боковых стенках наклонные пазы, контакты, перемыкатель и поворотный привод контактов. Включатель снабжен втулкой с радиальными выступами, закрепленной на инерционном теле, и внешней втулкой с наклонными пазами, коаксиально расположенной между неподвижной направляющей и втулкой, поджатой пружиной. С торцов на неподвижной направляющей размещены по окружности по две группы постоянных магнитов чередующейся полярности, между полюсами которых расположены цилиндрические кольца из материала с высокой электрической проводимостью, закрепленные на торцах внешней втулки. Пазы на боковых стенках неподвижной направляющей и внешней втулки наклонены во взаимно противоположные стороны и взаимодействуют с радиальными выступами втулки. Привод снабжен радиальным выступом, закрепленным на центральной оси и входящим в паз инерционного тела с возможностью его осевого перемещения. На торце центральной оси размещен диск с пазом на внешнем диаметре для захода поворотного рычага зубчатого сектора, взаимодействующего через зубчатую передачу с поджатым пружиной перемыкателем контактов. Технический результат - расширение области применения путем обеспечения работоспособности инерционного включателя при действии высокоинтенсивных ударных и вибрационных ускорений при полете и сохранения исходного состояния контактов при аварийных падениях в составе объекта использования. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Датчик предельных ускорений // 2580902

Изобретение относится к области приборостроения, а именно - к инерционным датчикам порогового действия, осуществляющим регистрацию и запоминание в автономном режиме (без источника электропитания) информации о достижении ускорением заданных предельных уровней. Датчик предельных ускорений содержит корпус с установленным в нем инерционным телом, предварительно поджатым к упору упругим элементом, установленным с возможностью перехода из одного устойчивого положения в другое путем прощелкивания. Упругий элемент выполнен в виде гибкой тарельчатой пружины с краевыми гофрами, имеющей на участке рабочего хода отрицательную жесткость, при этом в центральном отверстии тарельчатой пружины установлено инерционное тело сферической формы. Технический результат: повышение точности срабатывания датчика при действии ускорений, действующих вдоль и под углом к оси датчика, в том числе ударных импульсов произвольной формы, и повышение устойчивости в условиях вибронагружений. 2 ил.

Исполнительное коммутирующее устройство // 2617708

Изобретение относится к области приборостроения, в частности для использования в системах автоматики взрывоопасных технических объектов, которые могут подвергаться аварийным воздействиям. Исполнительное коммутирующее устройство содержит корпус, в котором расположены пороговый датчик разности давления с каналом приема давления и с соосно установленными упругими мембранами, оснащенными контактирующими элементами, основную и дополнительную контактные системы, электромагнитный привод с поворотным якорем. Пороговый датчик разности давления помещен в отдельный (изолированный) корпус, состоящий из стакана и втулки с образованием герметичной полости между ними, в которой помещены упругие мембраны, установленные на кронштейнах, закрепленных в стакане и втулке соответственно. В стакане в непосредственной близости к каналу приема давления установлен электромагнит. Стакан оснащен извне консольно закрепленной упругой пластиной из ферромагнитного материала с возможностью перемещения незакрепленной стороны до перекрытия канала приема давления от взаимодействия с электромагнитом при подаче напряжения на его обмотки. Изобретение обеспечивает срабатывание исполнительного коммутирующего устройства при изменении давления на уставочное значение относительно давления в определенный требуемый момент времени. 9 ил.