Клапанный приводной электромагнит постоянного напряжения



Клапанный приводной электромагнит постоянного напряжения
Клапанный приводной электромагнит постоянного напряжения
Клапанный приводной электромагнит постоянного напряжения
Клапанный приводной электромагнит постоянного напряжения

 


Владельцы патента RU 2567744:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" (RU)

Изобретение относится к электромагнитным приводам постоянного напряжения. Техническим результатом изобретения является уменьшение потребляемой мощности. Клапанный приводной электромагнит содержит Г-образную скобу, на которой установлен ферромагнитный цилиндрический сердечник с обмоткой и круглым полюсным наконечником. Поворотный якорь связан с механизмом, приводимым в движение. Оси симметрии полюсного наконечника и сердечника совпадают и удалены от внутренней, параллельной оси стенки Г-образной скобы на расстояние с. Якорь выполнен с возможностью перемещения при срабатывании электромагнита на расстояние, равное величине рабочего воздушного зазора от рабочей торцевой поверхности полюсного наконечника вдоль его оси симметрии. Диаметр сердечника выбран в зависимости от заданного проектного усилия противодействия механизма, приводимого в движение, а высота обмотки - в зависимости от заданной проектной кратности максимального напряжения источника питания относительно напряжения срабатывания электромагнита. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к электромагнитным приводам постоянного напряжения устройств автоматики, управления, коммутационных аппаратов, например реле и контакторов.

Известен клапанный приводной электромагнит постоянного напряжения, работающий в длительном режиме [1] (фиг. 1), содержащий ферромагнитные цилиндрический сердечник 1 диаметром dc, Г-образную скобу 2 шириной bск=3dc и толщиной a ск=0,25dc, поворотный якорь 4 шириной bяк, равной bск, и толщиной a як, равной (0,8÷1)a , и сочлененный с механизмом 5, приводимым в движение, а также катушку 6 с намотанной изолированным медным проводом включающей обмоткой 7 толщиной Ao=0,625dc и высотой Ho=(1÷6,4)dc. Катушка 6 насажена на сердечник 1, который закреплен на Г-образной скобе 2 одним из известных способов. Причем стенка 8 каркаса катушки выполнена толщиной Δк=0,1dc; якорь 4 до срабатывания клапанного приводного электромагнита находится на расстоянии рабочего воздушного зазора δ от рабочей торцевой поверхности 1.1 сердечника 1.

Клапанные приводные электромагниты эффективны [2] при относительно малых рабочих воздушных зазорах δ. Применительно к приводным электромагнитам реле, контакторам, он находится в диапазоне 2 мм ≤ δ ≤ 12 мм.

Известно также, что при указанном диапазоне δ магнитодвижущую силу срабатывания можно уменьшить за счет применения полюсного наконечника диаметром dп, а значит и потребляемую мощность. Следовательно, рассматриваемый электромагнит потребляет в длительном и повторно кратковременном режимах повышенную мощность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому клапанному приводному электромагниту постоянного напряжения, работающему в повторно-кратковременном режиме, является клапанный приводной электромагнит постоянного напряжения (фиг. 2), содержащий [2] ферромагнитный цилиндрический сердечник 1 диаметром dc, Г-образную скобу шириной bск=3dc и толщиной a ск=0,25dc [2, с. 353], круглый полюсный наконечник 3 диаметром d п = 2 d c [2, с. 353] и толщиной a п=0,2dc, поворотный якорь 4 шириной bяк=bск и толщиной a як=(0,8÷1)a ск [2 с. 353], сочлененный с механизмом 5, приводимым в движение, а также катушку 6 с намотанной изолированным медным проводом включающей обмоткой 7. Катушка 6 насажена на сердечник 1, который закреплен на Г-образной скобе 2. При этом полюсный наконечник выполняют диаметром в соответствии с выражением

где Pмх - противодействующее срабатыванию электромагнита усилие, развиваемое механизмом 5;

µо=4π10-7 Г/м - магнитная постоянная вакуума;

Bδ - усредненная величина магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре, выбираемая по графической зависимости [2] от значения конструктивного фактора .

Причем толщина и высота намотки включающей обмотки 7 соответственно выполнены величиной Ao=0,306dc и Ho=(4÷7)dc; [2, с. 351] оси симметрии сердечника 1 и полюсного наконечника 3 совпадают; якорь 4 при срабатывании клапанного приводного электромагнита находится на расстоянии рабочего воздушного зазора δ от рабочей торцевой поверхности 3.1 полюсного наконечника 3 вдоль его оси симметрии.

Недостатками электромагнита по фиг. 2 является то, что при изготовлении его рабочих элементов в соответствии с вышеприведенными выражениями условно полезная работа устройства равна 0,6 кгс·м и лишь при длительном режиме его работы [2, с. 353]. При необходимости получения другого значения условно-полезной работы устройства значения размеров рабочих элементов не определены. Это не позволяет выбрать данные размеров при иных условиях функционирования электромагнита.

Это приводит к тому, что магнитодвижущая сила срабатывания не всегда оптимальна, а значит [2] не всегда оптимальна и потребляемая мощность. Та же неопределенность возникает при выборе высоты обмотки Ho из широкого диапазона (4÷7)dc.

Таким образом, недостатки такого клапанного приводного электромагнита связаны:

1) с отсутствием гарантий, что выбранные соразмерности обеспечивают минимальное потребление мощности обмоткой 7 электромагнита в повторно-кратковременном режиме его работы, из-за широкого диапазона изменения соотношения Ho/dc, которая не увязана с такими исходными данными проектирования, как кратность Kmax максимального напряжения источника питания относительно напряжения срабатывания электромагнита и коэффициента np перегрузки по мощности;

2) остается открытым вопрос выбора других соотношений конструктивных параметров, определяющих соразмерности магнитной системы электромагнита таких как δ/dc, c/dc.

Техническим результатом изобретения является обеспечение минимально достаточной потребляемой мощности клапанным приводным электромагнитом постоянного напряжения, работающим в повторно-кратковременном режиме при соответствующих заданных проектных условиях его функционирования, а именно кратности максимального напряжения источника питания относительно напряжения срабатывания электромагнита Kmax в пределах 1,35≤Kmax≤1,75, коэффициенте перегрузки по мощности np в пределах 1≤np≤4, преодолеваемом электромагнитом усилии Pмх в пределах от 5 Н до 25 Н; при рабочем воздушном зазоре δ в пределах 2 мм ≤ δ ≤ 12 мм.

Указанные выше диапазоны исходных данных проектирования характерны для клапанных приводных электромагнитов реле, контакторов, а также других средств автоматики и управления.

Этот технический результат достигается тем, что в клапанном приводном электромагните постоянного напряжения, содержащем ферромагнитные цилиндрический сердечник, Г-образную скобу, на которой установлен сердечник, круглый полюсный наконечник, поворотный якорь, связанный с механизмом, приводимым в движение, а также каркасную катушку с намотанной изолированным медным проводом включающей обмоткой, насаженную на сердечник, причем ось симметрии полюсного наконечника и ось сердечника совпадают и удалены от внутренней, параллельной оси стенки Г-образной скобы на расстояние с, а якорь выполнен с возможностью перемещения при срабатывании электромагнита на расстояние, равное величине рабочего воздушного зазора от рабочей торцевой поверхности полюсного наконечника вдоль его оси симметрии, диаметр сердечника выполнен в соответствии с выражением:

,

где δ - величина рабочего воздушного зазора электромагнита, причем δ выбран в пределах 2 мм ≤ δ ≤ 12 мм в соответствии с проектным заданием; z1=0,319δ-2,236; а z2=0,1595Pмх-2,392; где Pмх - заданное проектное усилие противодействия механизма, приводимого в движение, выбранное в пределах 5 Н ≤ Pмх ≤ 25 Н в соответствии с проектом;

обмотка электромагнита выполнена высотой, соответствующей выражению:

Hо=dс(1,127+0,016zз-0,014z4)6,

где z3=8Kmax-12,4, где Kmax - заданная проектная кратность максимального напряжения источника питания относительно напряжения срабатывания электромагнита, которое в соответствии с проектом задают в пределах 1,35≤Kmax≤1,75, а z4=1,064np-2,66, где np - заданный в пределах 1≤np≤4 в соответствии с проектом коэффициент перегрузки по мощности,

и толщиной в соответствии с выражением:

Ao=0,656dc,

при этом полюсный наконечник выполнен диаметром в соответствии с выражением:

dп=1,84dc,

а ось симметрии полюсного наконечника и ось сердечника совпадают и расположены на расстоянии с от параллельной осям внутренней стенки Г-образной скобы, в соответствии с выражением:

c=1,85dc.

Заявляемый клапанный приводной электромагнит изготавливается с учетом предварительно заданных проектных параметров, а именно кратности максимального напряжения источника питания относительно напряжения срабатывания электромагнита Kmax в пределах 1,35≤Kmax≤1,75, коэффициенте перегрузки по мощности np в пределах 1≤np≤4, преодолеваемом электромагнитом усилии Pмх в пределах от 5 Н до 25 Н; при рабочем воздушном зазоре δ в пределах 2 мм ≤ δ ≤ 12 мм.

С учетом заданных проектных параметров клапанный приводной электромагнит постоянного напряжения содержит (фиг. 2) ферромагнитные

цилиндрический сердечник 1, выполненный диаметром dc в соответствии с выражением:

,

где δ - проектная величина немагнитного рабочего зазора электромагнита, z1=0,319δ-2,236; а z2=0,1595Pмх-2,392; где Pмх - заданное проектное усилие противодействия механизма, приводимого в движение, выбранное, как указано выше, в пределах 5 Н ≤ Pмх ≤ 25 Н,

Г-образную скобу 2 шириной bск и толщиной a ск с установленным на ней сердечником;

круглый полюсный наконечник 3, выполненный диаметром dп в соответствии с выражением:

dп=1,84dc,

поворотный якорь 4, связанный с механизмом 5, приводимым в движение, который оказывает противодействие срабатыванию усилием Pмх, а также каркасную катушку 6 с обмоткой 7, намотанной изолированным медным проводом. Катушка 6 насажена на сердечник 1.

Толщина Ao и высота Ho намотки обмотки 7 соответствуют выражениям:

Aо=0,656dc

Hо=dс(1,127+0,016z3-0,014z4)6,

где z3=8Kmax-12,4, где Kmax - заданная проектная кратность максимального напряжения источника питания относительно напряжения срабатывания электромагнита, а z4=1,064np-2,66, где np - коэффициент перегрузки по мощности.

Якорь 4 при срабатывании клапанного приводного электромагнита находится на заданном проектом расстоянии, равном величине рабочего воздушного зазора 8 от рабочей торцевой поверхности 3.1 круглого полюсного наконечника 3 до обращенной к нему поверхности якоря вдоль оси симметрии полюсного наконечника. Причем оси симметрии полюсного наконечника и сердечника совпадают и удалены от внутренней стенки Г-образной скобы, параллельной осям, на расстояние c=1,85dc.

Необходимость выполнения клапанного электромагнита с элементами, изготовленными в соответствии с представленными выражениями, подтверждается экспериментальными данными, отражающими его электромагнитные характеристики. В таблице 1 приведены результаты получаемой потребляемой мощности обмоткой электромагнита для различных вариантов проектных данных.

Из таблицы 1 очевидно, что использование заявляемого технического решения обеспечивает минимизацию потребляемой обмоткой клапанного приводного электромагнита постоянного напряжения мощности в повторно-кратковременном режиме его работы.

Источники информации

1. Любчик М.А. Силовые электромагниты аппаратов и устройств автоматики постоянного тока (Расчет и элементы проектирования) / М.А. Любчик. - М.: Энергия, 1968. - 158 с.

2. Гордон А.В. Электромагниты постоянного тока / А.В. Гордон, А.Г. Сливинская. - М. - Л.: Госэнергоиздат, 1960. - 447 с.

Клапанный приводной электромагнит постоянного напряжения, содержащий ферромагнитные Г-образную скобу с установленным на ней цилиндрическим сердечником, круглый полюсный наконечник, поворотный якорь, связанный с механизмом, приводимым в движение, а также каркасную катушку с намотанной изолированным медным проводом включающей обмоткой, насаженной на сердечник, причем ось симметрии полюсного наконечника и ось сердечника совпадают и удалены от внутренней стенки Г-образной скобы, параллельной оси, на расстояние с, а якорь выполнен с возможностью перемещения при срабатывании электромагнита на расстояние, равное величине рабочего воздушного зазора от рабочей торцевой поверхности полюсного наконечника вдоль его оси симметрии, отличающийся тем, что диаметр сердечника выполнен в соответствии с выражением
,
где δ - величина рабочего воздушного зазора электромагнита, причем δ выбран в пределах 2 мм≤δ≤12 мм в соответствии с проектом, z1=0,319δ-2,236, а z2=0,1595Pмх-2,392, где Pмх - проектное заданное усилие противодействия механизма, приводимого в движение, выбранное в пределах 5 Ньютон≤Pмх≤25 Ньютон в соответствии с проектом; обмотка электромагнита выполнена высотой, соответствующей выражению
Hо=dс(1,127+0,016 zз-0,014 z4)6,
где zз=8Kmax-12,4, где Kmax - заданная проектная кратность максимального напряжения источника питания относительно напряжения срабатывания электромагнита, которое в соответствии с проектом задают в пределах 1,35≤Kmax≤1,75, a z4=1,064np-2,66, где np - заданный в пределах 1≤np≤4 в соответствии с проектом коэффициент перегрузки по мощности,
и толщиной в соответствии с выражением
Ao=0,656 dc,
при этом полюсный наконечник выполнен диаметром в соответствии с выражением
dп=1,84 dc,
а расстояние с от внутренней стенки Г-образной скобы, параллельной осям полюсного наконечника и сердечника, до осей выбрано в соответствии с выражением
с=1,85 dc.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электромагнитным клапанам и может быть использовано для управления давлением топлива в управляющей полости топливной форсунки системы впрыскивания топлива с общей топливной магистралью высокого давления.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах ударного действия с линейным электромагнитным двигателем, например в приводах электромагнитных прессов и в других импульсных устройствах с поступательным движением рабочего органа.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводным устройствам. .

Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитным приводам, которые могут быть в составе коммутационных аппаратов и в других электромагнитных системах, в которых требуется получить большой ход движения якоря.

Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитным приводам, которые могут быть в составе коммутационных аппаратов и в других электромагнитных системах, в которых требуется получить большой ход движения якоря.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для приводов электрических выключателей, в частности вакуумных выключателей высокого напряжения.

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения, в частности к конструкции электропривода колодочных тормозов. .

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения, в частности к конструкциям электропривода колодочных тормозов подъемно-транспортных машин и механизмов.

Изобретение относится к магнитному приводу для реле, контакторов и других устройств, применяемых в электротехнике. .
Наверх