Клапанный приводной электромагнит постоянного напряжения



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

 


Владельцы патента RU 2626408:

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

Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитным приводам постоянного напряжения. Техническим результатом является обеспечение минимально достаточной установочной площади клапанного приводного электромагнита постоянного напряжения. Клапанный приводной электромагнит постоянного содержит 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. Ось симметрии полюсного наконечника и ось 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, отличающимся тем, что диаметр сердечника выполнен в соответствии с выражением

где δ - величина рабочего воздушного зазора электромагнита, выбранная в пределах 2 мм ≤ δ ≤ 12 мм, z1=0,3198-2,236; z2=0,1595Рмх-2,392; где Рмх - заданное усилие противодействия механизма, приводимого в движение, в пределах 5 Н ≤ Pмх ≤ 25 Н; z3=8Кmах-12,4, где Кmах - заданная кратность максимального напряжения источника питания относительно напряжения срабатывания электромагнита, которое задано в пределах 1,35≤Кmах≤1,75, z4=1,064nр-2,66, где nр - заданный в пределах 1≤nр≤4 коэффициент перегрузки по мощности, z5=8Kз-4, где Кз - заданный в пределах 0,3 ≤ Кз ≤ 0,7 коэффициент заполнения обмоточного окна. 2 ил.

 

Изобретение относится к электромагнитным приводам постоянного напряжения устройств автоматики, управления, коммутационных аппаратов, например реле и контакторов, предназначенных для установки в комплектные устройства, и поэтому должны иметь минимальную величину установочной площади [1].

Известен клапанный приводной электромагнит постоянного напряжения, работающий в длительном режиме [2] (фиг. 1), содержащий ферромагнитные цилиндрический сердечник 1 диаметром dc, Г-образную скобу 2 шириной bск=3dc и толщиной aск=0,25dc, поворотный якорь 4 шириной bяк, равной bск и толщиной аяк, равной (0,8÷1)aсk, сочлененный с механизмом 5, приводимым в движение. Кроме того, электромагнит содержит катушку 6 с намотанной изолированным медным проводом включающей обмоткой 7 толщиной А0=0,625dc и высотой Н0=(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 [3] при относительно малых рабочих воздушных зазорах δ. Применительно к приводным электромагнитам реле, контакторов, 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, что позволяет при определенных параметрах наконечника уменьшить установочные размеры, потребляемую мощность. Следовательно, рассматриваемый электромагнит, работающий в длительном и повторно кратковременном режимах, может быть выполнен с меньшей установочной площадью.

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 [3] ферромагнитные цилиндрический сердечник 1 диаметром dc, Г-образную скобу шириной bск=3dc и толщиной аск=0,25dc, [2, с. 353] круглый полюсный наконечник 3 диаметром dп=2dc [2, с. 353] и толщиной аn=0,2dc, поворотный якорь 4 шириной bяк=bск и толщиной аяк=(0,8÷1)aск, [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 Рмх - противодействующее срабатыванию электромагнита усилие, развиваемое механизмом 5;

μ0=4π10-7 Г/м - магнитная постоянная вакуума;

Вδ - 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 A0=0,306dc и Н0=(4÷7)dс; [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 S от рабочей торцевой поверхности 3.1 полюсного наконечника 3 вдоль его оси симметрии.

Недостатками электромагнита по фиг. 2 является то, что указанные выше размеры и величины, рекомендуемые для изготовления его рабочих элементов, применимы при заданной условно полезной работе устройства (равна 0,6 кгсм) 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, [3] не всегда минимальна и установочная площадь электромагнита, которая равна

Sу=bск(c+aск+0,5dc+2Δк+A0).

Та же неопределенность возникает при выборе высоты обмотки Нo из широкого диапазона (4÷7)dc.

Таким образом, недостатки такого клапанного приводного электромагнита связаны:

1) с отсутствием гарантий, что выбранные соразмерности обеспечивают минимальную установочную площадь электромагнита в повторно-кратковременном режиме его работы, из-за широкого диапазона изменения соотношения Ho/dc, которая не увязана с такими исходными данными проектирования, как величина рабочего воздушного зазора δ, механическое усилие Рмх, кратность Кmax максимального напряжения источника питания относительно напряжения срабатывания электромагнита, коэффициента nр перегрузки по мощности, коэффициента Кз заполнения обмоточного окна;

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

Техническим результатом изобретения является обеспечение минимально достаточной установочной площади клапанного приводного электромагнита постоянного напряжения, работающего в повторно-кратковременном режиме при соответствующих заданных проектных условиях его функционирования, а именно кратности максимального напряжения источника питания относительно напряжения срабатывания электромагнита Кmах в пределах 1,35≤Кmах≤1,75, коэффициенте перегрузки по мощности nр в пределах 1≤nр≤4, преодолеваемом электромагнитом усилии Рмх в пределах от 5 Н до 25 Н; при рабочем воздушном зазоре δ в пределах 2 мм ≤ δ ≤ 12 мм, коэффициента заполнения обмоточного окна Кз в пределах 0,3≤Кз≤0,7.

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 диаметром dc, Г-образную скобу шириной bск, на которой установлен сердечник, круглый полюсный наконечник диаметром dп, и толщиной an=0,2dc поворотный якорь шириной bяк=bск=3,14dс, связанный с механизмом, приводимым в движение, а также каркасную катушку с намотанным изолированным медным проводом, включающую обмотку, 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, при величине рабочего воздушного зазора электромагнита в пределах 2 мм ≤ δ ≤ 12 мм, согласно изобретению диаметр сердечника выполнен в соответствии с выражением

где z1=0,3195-2,236; a z2=0,1595Рмх-2,392; где Рмх - заданное проектное усилие противодействия механизма, приводимого в движение, выбранное в пределах 5 Н ≤ Pмх ≤ 25 Н в соответствии с проектом; z3=8Кmах-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≤Кmах≤1,75, a z4=1,064nр-2,66, где nр - заданный в пределах 1≤nр≤4 в соответствии с проектом коэффициент перегрузки по мощности; z5=8Кз-4, где Кз - заданный в пределах 0,3≤Кз≤0,7 в соответствии с проектом коэффициент заполнения обмоточного окна,

обмотка электромагнита выполнена высотой, соответствующей выражению

и толщиной в соответствии с выражением

при этом полюсный наконечник выполнен диаметром в соответствии с выражением

dп=dc(1,747+0,025z1-0,030z2-0,024z4),

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

с=dc(1,715+0,027z1-0,022z2).

Здесь zi представляет собой безразмерные кодированные значения исходных данных проектирования: z1 - рабочего воздушного зазора; z2 - противодействующего усилия Рмх, создаваемого приводимым в движение электромагнитом механизма; z3 - отношение максимального напряжения, приложенного к обмотке к напряжению срабатывания электромагнита; z4 - коэффициент перегрузки по мощности; z5 - коэффициент заполнения обмоточного окна. Численные значения коэффициентов в кодированных значениях факторов определяются по указанным граничным значениям исходных данных проекта.

Заявляемый клапанный приводной электромагнит изготавливают с учетом предварительно заданных проектных параметров, а именно кратности максимального напряжения источника питания относительно напряжения срабатывания электромагнита Кmах в пределах 1,35≤Кmах≤1,75, коэффициенте перегрузки по мощности nр в пределах 1≤nр≤4, преодолеваемом электромагнитом усилии Рмх в пределах от 5 Н до 25 Н; при рабочем воздушном зазоре δ в пределах 2 мм ≤ δ ≤ 12 мм, коэффициенте заполнения обмоточного окна Кз в пределах 0,3≤Кз≤0,7.

С учетом заданных проектных параметров клапанный приводной электромагнит постоянного напряжения содержит (фиг. 2) ферромагнитный цилиндрический сердечник 1, выполненный диаметром dc в соответствии с выражением:

где δ - проектная величина немагнитного рабочего зазора электромагнита, z1=0,3198-2,236; a z2=0,1595Рмх-2,392; где Рмх - 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 аск, с установленным на ней сердечником;

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

dп=dс(1,747+0,025z1-0,030z2-0,024z4),

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

Толщина А0 и высота Н0 намотки обмотки 7 соответствуют выражениям

где z1=0,3198-2,236; а z2=0,1595Рмх-2,392; где Рмх - заданное проектное усилие противодействия механизма, приводимого в движение выбранное, как указано выше, в пределах 5 Н ≤ Рмх ≤ 25 Н; z3=8Кmах-12,4, где Кmах - заданная проектная кратность максимального напряжения источника питания относительно напряжения срабатывания электромагнита, a z4=1,064nр-2,66, где nр - коэффициент перегрузки по мощности, z5=8Rз-4, где Кз - заданный в пределах 0,3≤Кз≤0,7 в соответствии с проектом коэффициент заполнения обмоточного окна.

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=dc(1,715+0,027z1-0,022z2).

Необходимость выполнения клапанного электромагнита с элементами, изготовленными в соответствии с представленными выражениями, подтверждается данными, полученными на основе экспериментальных исследований электромагнитных характеристик.

Использование заявляемого технического решения обеспечивает минимизацию установочной площади клапанного приводного электромагнита постоянного напряжения в повторно-кратковременном режиме его работы, что подтверждается данными табл. 1.

Источники информации

1. Кадыков В.К., Руссова Н.В., Свинцов Г.П. К расчету оптимальных приводных электромагнитов контакторов для низковольтных комплектных устройств / Кадыков В.К., Руссова Н.В., Свинцов Г.П. // Электротехника, 2010: Сборник докладов VII симпозиума. - Московская обл., 2003. - Т. 2. - С. 237-240.

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

3. 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:

dc=δ/(0,562+0,079z1-0,034z2-0,020+0,008-0,008z3+0,011z4-0,006z2z4+0,012z5)2,

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; a z2=0,1595Рмх-2,392; где Ρмх - проектное заданное усилие противодействия механизма, приводимого в движение выбранное в пределах 5 Н ≤Рмх≤25 Н в соответствии с проектом; 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, a z4=1,064np-2,66, где np - заданный в пределах 1≤np≤4 в соответствии с проектом коэффициент перегрузки по мощности, z5=8Кз-4, где Кз - заданный в пределах 0,3≤Кз≤0,7 коэффициент заполнения обмоточного окна в соответствии с проектом, обмотка электромагнита выполнена высотой, соответствующей выражению

Ho=dc(3,35-0,09z1-0,094z2-0,036+0,065z1z2+0,114z3+0,038z2z3-0,194z4-0,053z1z4+0,038z2z4-0,135z5+0,040z3z4z5+0,034z1z3z5),

и толщиной в соответствии с выражением

Ao=dc(0,596-0,013z2+0,008+0,012z3-0,016z4-0,008z5),

при этом полюсный наконечник выполнен диаметром в соответствии с выражением

dп=dc(1,747+0,025z1-0,030z2-0,024z4),

а расстояние с от внутренней стенки Г-образной скобы, параллельной осям полюсного наконечника и сердечника, до осей выбрано в соответствии с выражением

с=dc(1,715+0,027z1-0,022z2).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитным приводам постоянного напряжения. Технический результат состоит в обеспечении минимальной суммарной массы обмоточной меди и электротехнической стали при работе в повторно-кратковременном режиме, за счет выполнения оптимальных геометрических размеров сердечника, полюсного наконечника и обмотки, увязанных с конкретными значениями параметров, такими как кратность максимального напряжения источника питания относительно напряжения срабатывания электромагнита Kmax, коэффициент перегрузки по мощности nр, противодействующее усилие Рмх, рабочий воздушный зазор δ, коэффициент заполнения обмоточного окна k3.

Изобретение относится к электромагнитным приводам постоянного напряжения. Техническим результатом изобретения является уменьшение потребляемой мощности.

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. .
Наверх