БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ С ЗАДАННОЙ СКОРОСТЬЮ В КОНЦЕ ХОДА

Быстродействующий поляризованный электромагнит с заданной скоростью в конце хода используется для промышленных и бытовых технических объектов, содержащих исполнительные органы, которые обеспечивают заданные динамические характеристики.
Известен электромагнитный привод управляющего элемента, преимущественно дозирующего клапана топливного насоса высокого давления двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, электромагнит, включающий магнитопровод, в расточке которого размещена обмотка, подключенная к источнику управляющего напряжения, якорь в виде пластины из магнитомягкого материала, расположенный соосно магнитопроводу и свободно перемещающийся в осевом направлении, причем обмотка выполнена распределенной и размещена в прямых параллельных пазах магнитопровода таким образом, что элемент магнитопровода, разделяющий два соседних паза, является сердечником части обмотки, причем количество пазов не меньше трех, якорь выполнен в виде пластины, преимущественно круглой формы, связанной с направляющей движения якоря (патент РФ №2137236, бюллетень №27/2000, дата публикации бюллетеня 27.09.2000).
Недостатком данного технического решения является малая величина хода якоря, обусловленная особенностью конструкции электромагнита, что ограничивает диапазон применимости электромагнитного привода. Кроме того, сложная конструкция обмотки приводит к повышению затрат на производство электромагнита.
Известен быстродействующий поляризованный электромагнит броневого типа с независимыми потоками поляризации (прототип), содержащий магнитомягкий магнитопровод, обмотки управления, постоянный магнит, кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь, жестко скрепленный с рабочим штоком из немагнитного материала, свободно проходящим через цилиндрические отверстия в стопах. Конструкция электромагнита составлена из двух эквивалентных частей, симметрично расположенных относительно середины хода кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря, который в любом из
крайних положений поджат ускоряющей или возвратной пружиной, при этом в каждой из частей магнитопровод состоит из внешней цилиндрической части из магнитомягкого материала и немагнитного фланца, стопа, между которыми расположены обмотка управления и постоянный магнит, выполненный кольцеобразно, с радиальным направлением намагничивания материала (патент РФ №2140034).
Недостатком данного технического решения является необходимость регулирования скорости якоря в конце хода для обеспечения безударного срабатывания электромагнита, что значительно увеличивает энергопотребление электромагнита.
Задачей является повышение технологичности конструкции, быстродействия, обеспечение заданной величины хода и заданного значения скорости перемещения подвижного элемента в конце хода за счет конструктивных элементов электромагнита.
Поставленная задача решается с помощью быстродействующего поляризованного электромагнита с заданной скоростью в конце хода, состоит из двух эквивалентных частей, симметрично расположенных относительно середины хода кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря, который в любом из крайних положений поджат ускоряющей или возвратной пружиной, каждая из эквивалентных частей содержит цилиндрический магнитопровод из магнитомягкого материала, обмотки управления, постоянные магниты и кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь, жестко скрепленный с рабочим штоком из немагнитного материала, свободно проходящим через цилиндрические отверстия в стопах, причем эквивалентные части электромагнита соединены немагнитными шпильками и немагнитной цилиндрической вставкой, магнитопровод выполнен цельным из магнитомягкого материала, имеющим чашеобразную форму, а постоянные магниты с аксиальным направлением намагничивания расположены между торцами чашеобразного магнитопровода и стопа, обмотка управления каждой части охватывает стоп из магнитомягкого материала и постоянный магнит, на опорной поверхности чашеобразного магнитопровода выполнен когтеобразный ферромагнитный кольцевой выступ, выполняющий функции ферромагнитного шунта.
На чертеже 1 представлен быстродействующий поляризованный электромагнит с заданной скоростью в конце хода. Электромагнит содержит кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь 1, верхнюю 2 и нижнюю 3
обмотки управления, кольцеобразные постоянные магниты 4 и 5 с аксиальным направлением намагничивания материала, верхний 6 и нижний 7 стопы из магнитомягкого материала, верхней 8 и нижней 9 внешние чашеобразные магнитопроводы из магнитомягкого материала, немагнитную цилиндрическую вставку 10, направляющие шпильки из немагнитного материала 11, верхнюю 12 и нижнюю 13 пружины, верхний 14 и нижний 15 упоры, шток из немагнитного материала 16.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии верхняя 2 и нижняя 3 обмотки управления обесточены, кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь 1 находится в верхнем крайнем положении. Удержание кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря 1 в таком состоянии обеспечивается электромагнитной силой, создаваемой поляризующим потоком верхнего постоянного магнита 4, и превышающей силу поджатия верхней пружины 12. В верхнюю обмотку управления 2 подается импульс тока с такими параметрами, чтобы возникающий при этом размагничивающий поток уменьшил удерживающую электромагнитную силу ниже значения силы поджатия верхней пружины 12 и кольцеобразный подпружиненный магнитомягкий якорь 1, под действием последней, совершил перемещение к нижнему стопу 7. Во время движения ускоряющее действие верхней пружины 12, после прохождения кольцеобразным подпружиненным магнитомягким якорем 1 середины хода, изменяется на замедляющее действие нижней пружины 13 и преодолевается за счет накопленной кинетической энергии и электромагнитного взаимодействия между кольцеобразным подпружиненным магнитомягким якорем 1 и нижним стопом 7. При приближении кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря 1 к нижнему стопу 7 начинает действовать ферромагнитный шунт чашеобразного магнитопровода 9, что обеспечивает переход кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря 1 в крайнее нижнее положение и создает требуемую скорость подвижной части в конце хода. В нижнем крайнем положении кольцеобразный подпружиненный якорь 1 из магнитомягкого материала оказывается притянутым к стопу 7 под действием электромагнитной силы, создаваемой поляризующим потоком нижнего постоянного магнитов 5, сжав при этом нижнюю пружину 13. Для возврата кольцеобразного подпружиненного магнитомягкого якоря 1 в исходное положение в нижнюю обмотку управления 3 подается размагничивающий импульс тока с параметрами, необходимыми для обеспечения отрыва кольцеобразного подпружиненного
ш
магнитомягкого якоря 1, и процесс повторяется аналогично описанному выше, но разгонять подвижную часть теперь будет нижняя пружина 13, а тормозить - верхняя пружина 12 и ферромагнитный шунт чашеобразного магнитопровода 8. Для изменения скорости якоря в конце хода необходимо изменять высоту ферромагнитного шунта I.
Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения состоит в том, что за счет предложенных конфигураций магнитной и механической систем обеспечивается заданное время перемещения подвижной части при значительных величинах хода кольцеобразного подпружиненного якоря из магнитомягкого материала, повышение быстродействия обеспечивается значительным электромагнитным усилием, складываемым из усилия, созданного в рабочем воздушном зазоре между внешней частью магнитопровода и кольцеобразным подпружиненным магнитомягким якорем, и усилия, созданного в рабочем воздушном зазоре между стопом и кольцеобразным подпружиненным магнитомягким якорем, а заданное значение скорости подвижного элемента в конце хода достигается за счет конструктивных элементов электромагнита - ферромагнитного шунта.