СОЛЕНОИД С ПРИВОДОМ
SOLENOID WITH DRIVE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к соленоидному приводу и, в частности, к приводу типа откидной заслонки.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В патенте Японии №2001-212297А раскрыт прототипный соленоидный привод типа откидной заслонки. Привод включает обмотку катушки возбуждения вокруг каркаса катушки, сердечник, проходящий через каркас катушки, и якорь, идущий в осевом направлении катушки. Сердечник выступает в осевом направлении снаружи катушки или каркаса катушки с образованием первого полюсного конца, а также второго полюсного конца соответственно с противоположного конца катушки. Якорь проходит в осевом направлении по длине катушки и шарнирно опирается на сердечник посредством шарнирной пружины, при этом один конец якоря располагается в непосредственной близости от первого полюсного конца, а другой конец якоря располагается в непосредственной близости от второго полюсного конца. При подаче напряжения на катушку развивается сила магнитного притяжения, которая притягивает один конец якоря ко второму полюсному концу, заставляя якорь поворачиваться, преодолевая растягивающую силу шарнирной пружины. В этом прототипном соленоидном приводе для магнитного соединения якоря с сердечником, а также для удержания шарнирной пружины со стороны сердечника к первому полюсному концу сердечника крепится хомут. Хотя в соленоидном приводе для обеспечения относительно длинного хода до одного конца якоря используется вся длина катушки, в дополнение к сердечнику, катушке и каркасу катушки требуется хомут, а также шарнирная пружина в качестве отдельных деталей, что в конечном счете увеличивает стоимость, а также повышает неудобство сборки соленоидного привода.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении, в котором предлагается усовершенствованный соленоидный привод с минимальным числом деталей, вышеупомянутый недостаток устранен. Соленоидный привод по настоящему изобретению включает каркас катушки с катушкой возбуждения, сердечник, проходящий через каркас катушки, и якорь с плечом привода, идущим снаружи и в осевом направлении по длине катушки. Катушка подключается к внешнему источнику напряжения, от которого она запитывается. Противоположные концы сердечника в осевом направлении выходят наружу катушки с образованием первого полюсного конца и второго полюсного конца соответственно с противоположных концов катушки. Для шарнирной поддержки якоря относительно сердечника предусмотрена шарнирная опора, что позволяет поворачивать якорь между рабочим и нерабочим положениями. В состав якоря входит анкерное плечо, которое выполнено под углом к плечу привода. Шарнирная опора выполнена заодно с каркасом катушки и располагается с одного конца сердечника по его оси так, что анкерное плечо находится в непосредственной близости от первого полюсного конца, в то время как участок плеча привода находится в непосредственной близости от второго полюсного конца. Кроме того, шарнирная опора выполнена таким образом, что анкерное плечо непосредственно контактирует с первым полюсным концом и опирается на него. Так как шарнирная опора выполнена заодно с каркасом катушки, для сборки якоря не требуются дополнительные детали для составления соленоидного блока, состоящего из каркаса катушки, катушки и сердечника. Таким образом, соленоидный привод может быть собран из минимального числа деталей, что обеспечивает экономию и повышение выхода продукции.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения торец первого полюсного конца выполнен плоским с поворотным краем и противоположным краем, при этом поворотный край располагается дальше от плеча привода, чем противоположный край. В этой связи шарнирная опора обеспечивает краевой контакт анкерного плеча с поворотным краем поверхности плоского торца с образованием между ними зазора, который расширяется от поворотного края к противоположному краю, когда якорь находится в нерабочем положении, при этом анкерное плечо поворачивается выше поворотного края и перемещает якорь в рабочее положение при подаче напряжения на катушку возбуждения. Таким образом, сила магнитного притяжения, развиваемая между первым полюсным концом и анкерным плечом, может эффективно использоваться для поворота анкерного плеча со стороны первого полюсного конца, обеспечивая плавный и эффективный поворот якоря. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения плечо привода располагается под углом к анкерному плечу, который составляет менее 90°.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения в шарнирной опоре имеется прорезь, в которую вставляется анкерное плечо, пара боковых ограничителей, разнесенных по ширине анкерного плеча для удержания между ними анкерного плеча, и концевой ограничитель, который входит в зацепление с концом анкерного плеча для удержания анкерного плеча в прорези. При такой конфигурации анкерное плечо или якорь может поворачиваться только на строго определенный угол, будучи связанным с каркасом катушки, что обеспечивает надежное перемещение якоря при простой конструкции сборки.
Кроме того, соленоидный привод может снабжаться элементом возврата, который располагается между плечом привода и консолью каркаса катушки, и обеспечивает плавный возврат упомянутого якоря в нерабочее положение при обесточивании катушки возбуждения. Элемент возврата располагается напротив первого полюсного конца на оси катушки возбуждения или сердечника.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения при подаче напряжения на катушку возбуждения плечо привода притягивается ко второму полюсному концу. В этом случае само плечо привода является элементом возврата, что способствует уменьшению количества деталей.
Эти и другие преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из следующего детального описания предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, снабженного прилагаемыми чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - перспективный вид соленоидного привода в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - вид спереди на вышеупомянутый соленоидный привод.
Фиг.3 - перспективное изображение с пространственным разделением деталей вышеупомянутого соленоидного привода.
Фиг.4 и 5 - сечения, иллюстрирующие вышеупомянутый соленоидный привод соответственно в рабочем и нерабочем положениях.
Фиг.6 - изображение в масштабе, иллюстрирующее часть вышеупомянутого соленоидного привода.
Фиг.7 - частичное изображение, выполненное для сравнения.
Фиг.8 - вид спереди, на котором показана модификация вышеупомянутого соленоидного привода.
Фиг.9 - вид спереди на соленоидный привод в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1-3 изображен соленоидный привод в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Соленоидный привод включает соленоидный блок или блок электромагнита и якорь 50, который управляется блоком и приводит в действие объект или его часть, соединенную с якорем. Соленоидный блок состоит из катушки возбуждения 10, намотанной вокруг каркаса катушки 30, и сердечника 20, проходящего через каркас катушки 30. Катушка возбуждения 10 намотана на удлиненный плоский элемент и подключается к внешнему источнику напряжения, который при включении подает на нее ток. Каркас катушки 30 формуется из диэлектрического пластмассового материала с получением единой детали, включающей стакан 33, образованный вокруг катушки возбуждения 10, пару разнесенных по оси фланцев 31 и 32 с противоположных концов стакана 33, выступ 34, идущий от одного фланца 31, и консоль 40, идущую от другого фланца 32. Сердечник 20 выполнен из магнитного материала и выступает за пределы катушки возбуждения 10 в осевом направлении с образованием первого полюсного конца 21 снаружи фланца 31 и второго полюсного конца 22 снаружи фланца 32. Якорь 50 выполнен из магнитного материала и состоит из плеча привода 52, идущего вдоль каркаса катушки 30, и анкерного плеча 51, полученного при сгибе одного конца плеча привода под углом, составляющим менее 90°. Плечо привода 52 соединяется или контактирует с объектом, который приводится соленоидным приводом.
Выступ 34 выполнен заодно с соседним фланцем 31 и составляет шарнирную опору, которая поддерживает якорь 50 над каркасом катушки 30 и позволяет якорю 50 поворачиваться между нерабочим положением (фиг.4) и рабочим положением (фиг.5) при обесточивании катушки возбуждения 10 и при подачи на нее напряжения. Выступ 34 в осевом направлении выступает наружу в верхней части конца фланца 31 и с концом фланца 31 его соединяет узкая перемычка 35, а между выступом 34 и верхним концом фланца 31 выполнена прорезь 36. Прорезь 36 открыта с одного конца по ширине для обеспечения входа анкерного плеча 51 сбоку при монтаже якоря 50 на соленоидном блоке. С одного торца фланца 31 по его ширине выполнен выступ 37, который расположен в стороне от перемычки 35 и работает с ним в паре; вместе они являются боковыми ограничителями для удержания между ними анкерного плеча 51. Узкая перемычка 35 обеспечивает упругую деформацию выступа 34 по ширине прорези 36 при вставке анкерного плеча 51 в прорезь 36, чтобы пройти выступ 37, после чего выступ 34 возвращает на место анкерное плечо 51 между боковыми ограничителями, то есть между выступом 37 и перемычкой 35. Боковая стенка 38 выполнена с одного конца выступа 34 с угловым ограничителем 39, который находится ниже выступа 34 для обеспечения зацепления с крюком 59 на нижнем конце анкерного плеча 51, что лучше всего видно на фиг.2. При зацеплении крюка 59 и ограничителя 39 якорь 50 нависает над каркасом катушки 30 и не выскальзывает из каркаса катушки вверх через прорезь 36. Прорезь 36, выступ 37 и ограничитель 39 выполнены таким образом, что якорь 50 удерживается над каркасом катушки 30, притом, что анкерное плечо 51 входит в прямой контакт с первым полюсным концом 21, как показано на фиг.6, при отсутствии магнитной силы, развиваемой катушкой возбуждения 10, при повороте между нерабочим положением (фиг.4) и рабочим положением (фиг.5). В нерабочем положении (фиг.4) между верхним концом фланца 31 и плечом привода 52 имеется небольшой просвет, который обеспечивает поворот якоря 50 в рабочее положение (фиг.5).
Якорь 50 перемещается под действием винтовой пружины 60 в нерабочее положение (фиг.4), а при подаче напряжения на катушку возбуждения 10 он поворачивается в рабочее положение (фиг.5). При подаче напряжения на катушку возбуждения 10 возникающая магнитная сила притягивает плечо привода 52 ко второму полюсному концу 22, при этом происходит поворот якоря 50. Второй полюсный конец 22 загнут вверх под прямым углом, чтобы эффективно притягивать плечо привода 52. Между свободным концом плеча привода 52 и консолью 40 фланца 32, выходящей в осевом направлении наружу из каркаса катушки 30, вставляется винтовая пружина 60, предусмотренная в качестве одного из возможных примеров элемента возврата; при этом пружина устанавливается на штифт 41 на консоли 40.
Как показано в фиг.6, первый полюсный конец 21 сердечника 20 имеет плоский торец с поворотным краем 23 и противоположным краем 24 соответственно на его нижнем и верхнем концах. Когда якорь 50 находится в нерабочем положении (фиг.6), анкерное плечо 51 сохраняет краевой контакт с поворотным краем 23, и между анкерным плечом 51 и первым полюсным концом 21 образуется зазор G, который со стороны противоположного края 24 шире, чем со стороны поворотного края 23. Поэтому сила магнитного притяжения, развиваемая между первым полюсным концом 21 и анкерным плечом 51, поворачивает якорь 50 в рабочее положение, помимо силы магнитного притяжения, действующей между плечом привода 52 и вторым полюсным концом 22. Такое расположение достигается шарнирной опорой якоря, как описано выше в сочетании с конфигурацией якоря, при которой анкерное плечо 51 изогнуто под углом (α), составляющим менее 90° относительно плеча привода 52, что оказывается предпочтительнее по сравнению с конфигурацией, изображенной на фиг.7, при которой анкерное плечо 51 согнуто под углом (α), составляющим более 90° относительно плеча привода 52, и входит в состояние краевого контакта с верхним краем 24 первого полюсного конца для поворота с опорой о верхний край. В этой ситуации действие силы магнитного притяжения между анкерным плечом 51 и первым полюсным концом 21 противодействует силе магнитного притяжения, развиваемой между плечом привода 52 и вторым полюсным концом, препятствуя таким образом повороту якоря.
В этой связи следует отметить, что движение якоря 50 в рабочее положение (фиг.5) ограничено зацеплением крюка 59 за концевой ограничитель 39 так, что анкерное плечо 51 в рабочем положении не входит в поверхностный контакт с первым полюсным концом 21 (фиг.5) и продолжает сохранять краевой контакт с первым полюсным концом 21, даже когда плечо привода 52 располагается параллельно оси сердечника 20, потому что анкерное плечо 51 отходит от плеча привода 52 под углом менее 90°.
На фиг.8 показана модификация вышеупомянутого примера осуществления настоящего изобретения, отличающаяся тем, что плечо привода 52 изогнуто в виде ступени 54 в непосредственной близости от второго полюсного конца 22, который отходит по прямой от каркаса катушки 30 вместо того, чтобы быть загнутым вверх. Нумерация позиций соответствует нумерации позиций в первом примере осуществления настоящего изобретения. Преимуществом модификации является небольшая высота конструкции. Кроме того в этой модификации винтовая пружина 60 на консоли 40 каркаса катушки 30 удерживается наилучшим образом, позволяя тем самым при сборке устанавливать винтовую пружину без необходимости использовать дополнительные отдельные детали.
На фиг.9 показан другой пример осуществления настоящего изобретения, который идентичен вышеупомянутому примеру осуществления настоящего изобретения, за исключением того, что плечо привода 52 упруго деформируется и смещает якорь 50, чтобы сохранить его в нерабочем положении, при обесточивании катушки возбуждения. Нумерация позиций соответствует нумерации позиций в первом примере осуществления настоящего изобретения. В нерабочем положении анкерное плечо 51 может удерживаться в состоянии краевого контакта с первым полюсным концом 21 или даже не контактировать с ним. При подаче напряжения на катушку возбуждения 10 плечо привода 52 притягивается ко второму полюсному концу 22, будучи упругодеформированным, с поворотом якоря 50. То есть после поворота якоря 50 до точки, в которой крюк 59 входит в зацепление с ограничителем 39, при этом плечо привода 52 притягивается ко второму полюсному концу 22, будучи упругодеформированным, и перемещает якорь в рабочее положение. После исчезновения силы притяжения, действующей на плечо привода 52 при обесточивании катушки, сила упругости плеча привода 52 возвращает привод 50 назад в нерабочее положение. Таким образом, в соленоидном приводе по настоящему изобретению можно обходиться без элемента возврата, а также без опорного элемента, что приводит к уменьшению длины конструкции.
Итак, как отмечено в примерах осуществления настоящего изобретения и в его модификациях, анкерное плечо 51 удерживается в состоянии краевого контакта с первым полюсным концом 21 в его рабочем положении, шарнирная опора применяется для обеспечения некоторого допуска между анкерным плечом 51 и первым полюсным концом 21 так, чтобы анкерное плечо 51 могло отстоять от первого полюсного конца только в нерабочем положении, но так, чтобы анкерное плечо 51 в состоянии краевого контакта в момент подачи напряжения на катушку возбуждения 10 гарантированно обеспечивало последующий поворот якоря 50.