РУЧНОЙ МАГНИТНЫЙ ЗАХВАТ

Полезная модель относится к ручному инструменту и может быть использована для захвата и транспортировки деталей и небольших, до 30 кг, грузов из ферромагнитного материала на производственных площадках и в складских помещениях, а также в качестве вспомогательного инструмента при сварочных работах и лазерной резке металла.
Известно устройство для захвата металлических деталей, состоящее из двух боковых магнитопроводов с вставленными между ними керамическими магнитами и поворотного блока, представляющего собой керамический магнит с прилегающими к его полюсам магнитопроводами, контактирующими с поверхностью расточки (Авторское свидетельство СССР №243383 на изобретения «МАГНИТНОЕ ПЕРЕКЛЮЧАЕМОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ», МПК В 23d, опубл. 15.09.1969). Для закрепления детали необходимо вращать блок, что ведет к потере времени при переключении, включение устройства для закрепления металлической детали требует приложения усилий, наличие трущихся деталей устройства при каждом закреплении ферромагнитного груза ведет к быстрому износу устройства. Кроме того, установленная в этом устройстве система керамических магнитов не может обеспечить магнитного потока, необходимого для надежного закрепления обрабатываемой ферромагнитной детали. Усилие притяжения такого устройства мало. Для увеличения усилий притяжения необходимо увеличивать объем магнитов, что ведет к увеличению габаритов, веса устройства и к увеличению силы приложения для переключения устройства.
Известен ручной электромагнитный захват HAND LIFTER 60-СЕ производства компании Magswitch Technology Inc., США (http://www.rywal.ru/catalog/elektrosvarka/komplektuyushchie-dlya-elektrosvarki/magnitnyy-podemnik-60ce-elektronnyy), содержащий цилиндрический или прямоугольный корпус из нержавеющей стали, в котором установлены два дисковых редкоземельных магнита из сплава неодим-железо-бор (NdFeB), причем верхний диск снабжен ручкой и может вращаться относительно нижнего. Если северный и южный полюсы располагаются друг над другом, магнитная энергия «запирается» между ними - магнит «выключен». При повороте ручки на 180° полюсы совпадают и магнит «включается». Поворот магнитов осуществляется с помощью электропривода. Недостатком известного устройства также является наличие трущихся деталей, что снижает срок службы устройства. Необходимость механического вращения магнитов требует определенного времени и обуславливает применение электропривода для их вращения, что увеличивает стоимость изделия.
Известен наиболее близкий к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков ручной магнитный захват, содержащий: магнитную головку, рукоятку, источник электроэнергии; блок управления; электропереключатель. Магнитная головка содержит размещенные в полом магнитопроводном корпусе постоянный магнит, сердечник и катушку индуктивности, выполненную с возможностью образования магнитного поля, противоположного магнитному полю постоянного магнита. Постоянный магнит выполнен с возможностью образования магнитного контура, проходящего через корпус магнитной головки и захватываемый объект. Электропереключатель установлен на рукоятке. Устройство вводится в отверстие захватываемой детали, при этом рабочей поверхностью является боковая поверхность цилиндрического корпуса. Нажатием на электропереключатель подается команда в блок управления, который включает источник электроэнергии. Последний вырабатывает импульс постоянного тока, который, проходя по катушке, создает магнитный поток, в том числе, противоположный магнитному потоку постоянного магнита. Корпус выполнен из двух магнитопроводов и содержит вставки из немагнитного материала, установленные между магнитопроводами. Внутри корпуса установлены полюсник; неперемагничиваемые постоянные магниты, катушка и сердечник, в качестве которого использован перемагничиваемый постоянный магнит (Авторское свидетельство СССР №1743831 на изобретение «МАГНИТНЫЙ ДЕРЖАТЕЛЬ», МПК В25В 11/02, B23Q 3/15, опубл. 30.06.1992). Недостатком известного ручного магнитного захвата является конструктивная сложность устройства. Известное устройство характеризуется недостаточно высокими эксплуатационными свойствами.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание ручного магнитного захвата, характеризующегося улучшенными техническими характеристиками.
Технический результат, достигаемый в результате решения поставленной задачи, заключается в упрощении конструкции устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что ручной магнитный захват содержит магнитную головку; рукоятку; источник электроэнергии; блок управления; электропереключатель. Магнитная головка содержит размещенные в полом магнитопроводном корпусе постоянный магнит, сердечник и катушку индуктивности, выполненную с возможностью образования магнитного поля, противоположного магнитному полю постоянного магнита. Корпус магнитной головки выполнен в форме цилиндрического стакана, дно которого расположено со стороны размещения рукоятки. Катушка индуктивности установлена в зазоре между внутренней боковой стенкой корпуса и сердечником магнитной головки, причем величина зазора соответствует условию отсутствия замыкания между собой линий магнитного потока постоянного магнита при отсутствии на захвате захватываемого объекта, а края открытой части корпуса магнитной головки расположены в одной плоскости с одной из крайних сторон сердечника. Постоянный магнит выполнен в виде дискового магнита и установлен между сердечником и дном корпуса магнитной головки коаксиально катушке индуктивности с возможностью образования замкнутого магнитного контура, проходящего от одного полюса постоянного магнита через корпус магнитной головки, захватываемый объект и сердечник магнитной головки к другому полюсу постоянного магнита.
В отдельных случаях выполнения в качестве постоянного магнита может быть использован неодимовый магнит; наружные боковые стенки корпуса магнитной головки могут содержать фаску в части, контактирующей с захватываемым объектом; контактирующая с захватываемым объектом торцевая поверхность сердечника магнитной головки может содержать коаксиальный кольцевой паз со скошенным краем, обеспечивающим утончение края сердечника; внутренние боковые стенки корпуса могут содержать фаску в верхней своей части; сердечник магнитной головки может быть выполнен с конусным расширением в верхней своей части до размера диаметра дискового неодимового магнита, превышающего диаметр сердечника; рукоятка может состоять из двух одинаковых половинок, скрепленных с помощью болтовых соединений, иметь петлеобразную форму и содержать: гнездо для магнитной головки и полость для источника электроэнергии; магнитная головка может быть прикреплена к рукоятке с помощью разъемного болтового соединения; блок управления, в качестве которого может быть использована электронная плата управления, может быть размещен на корпусе магнитной головки; в качестве источника электроэнергии может быть использована LiPo аккумуляторная батарея, размещенная в полости внутри рукоятки; ручной магнитный захват дополнительно может содержать размещенный на рукоятке разъем для подключения зарядного устройства для аккумуляторной батареи и средства индикации состояния устройства; катушка индуктивности может быть зафиксирована в корпусе магнитной головки с помощью немагнитопроводного связующего вещества, например, двухкомпонентного эпоксидного состава.
Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели с прототипом показал, что во всех случаях выполнения оно отличается от известного, наиболее близкого технического решения:
- выполнением корпуса магнитной головки в форме цилиндрического стакана, дно которого расположено со стороны размещения рукоятки;
- выполнением катушки индуктивности, установленной в зазоре между внутренней боковой стенкой корпуса и сердечником магнитной головки;
- выполнением величины зазора между внутренней боковой стенкой корпуса и сердечником магнитной головки, соответствующей условию отсутствия замыкания между собой линий магнитного потока постоянного магнита при отсутствии на захвате захватываемого объекта;
- выполнением краев открытой части корпуса магнитной головки, расположенными в одной плоскости с одной из крайних сторон сердечника;
- выполнением постоянного магнита в виде дискового магнита;
- выполнением дискового магнита, установленным между сердечником и дном корпуса магнитной головки коаксиально катушке индуктивности с возможностью образования замкнутого магнитного контура, проходящего от одного полюса постоянного магнита через корпус магнитной головки, захватываемый объект и сердечник магнитной головки к другому полюсу постоянного магнита.
В отдельных случаях выполнения заявляемая полезная модель отличается от наиболее близкого технического решения:
- использованием неодимового магнита в качестве постоянного магнита;
- наличием фаски на наружных боковых стенках корпуса магнитной головки в части, контактирующей с захватываемым объектом;
- наличием на торцевой поверхности сердечника магнитной головки, контактирующей с захватываемым объектом коаксиального кольцевого паза со скошенным краем, обеспечивающим утончение края сердечника;
- наличием фаски на внутренних боковых стенках корпуса в верхней их части;
- выполнением сердечника магнитной головки с конусным расширением в верхней своей части до размера диаметра дискового неодимового магнита, превышающего диаметр сердечника;
- петлеобразной формой рукоятки;
- выполнением рукоятки, содержащей монтажное гнездо для магнитной головки;
- выполнением магнитной головки прикрепленной к рукоятке с помощью разъемного болтового соединения;
- выполнением рукоятки, содержащей полость для источника электроэнергии;
- выполнением рукоятки, состоящей из двух одинаковых половинок, скрепленных с помощью болтовых соединений;
- выполнением блока управления размещенным на корпусе магнитной головки;
- использованием электронной платы в качестве блока управления;
- использованием аккумуляторной батареи в качестве источника электроэнергии;
- размещением аккумуляторной батареи в полости внутри рукоятки;
- наличием разъема для подключения зарядного устройства для аккумуляторной батареи;
- выполнением разъема для подключения зарядного устройства размещенным на рукоятке;
- наличием средств индикации состояния устройства;
- выполнением катушки индуктивности, зафиксированной в корпусе магнитной головки с помощью немагнитопроводного связующего вещества, в частности двухкомпонентного эпоксидного состава.
Выполнение катушки индуктивности, установленной в зазоре между внутренней боковой стенкой корпуса и сердечником магнитной головки; выполнение постоянного магнита в виде дискового магнита, установленного коаксиально катушке индуктивности с возможностью образования замкнутого магнитного контура, проходящего от одного полюса постоянного магнита через корпус магнитной головки, захватываемый объект и сердечник магнитной головки к другому полюсу постоянного магнита, упрощает конструкцию устройства, сокращая производственный процесс сборки и ремонта за счет сокращения количества деталей. Кроме того, указанная конструкция предполагает возможность использования модульного принципа построения, что также упрощает процесс сборки и ремонта.
Выполнение корпуса магнитной головки в форме цилиндрического стакана, дно которого расположено со стороны размещения рукоятки; дискового магнита установленным между сердечником и дном корпуса магнитной головки, наличие зазора между внутренней боковой стенкой корпуса и сердечником магнитной головки, соответствующей условию отсутствия замыкания между собой линий магнитного потока постоянного магнита при отсутствии на захвате захватываемого объекта; выполнение краев открытой части корпуса магнитной головки расположенными в одной плоскости с одной из крайних сторон сердечника, не позволяет магнитному потоку от постоянного магнита замкнуться без внешнего магнитопровода - захватываемого груза.
Использование в качестве постоянного магнита дискового неодимового магнита, известного своей мощностью притяжения и высокой стойкостью к размагничиванию, значительно усиливает магнитные свойства устройства. Наличие фаски на наружной боковой стенке корпуса, в нижней его части, контактирующей с захватываемым объектом, приводит к увеличению удерживающей силы устройства в месте соединения с захватываемым объектом. Наличие: коаксиального кольцевого паза со скошенным краем, обеспечивающим утончение нижнего края сердечника магнитной головки на нижней торцевой поверхности сердечника, контактирующей с захватываемым объектом; фаски на внутренних боковых стенках корпуса, в верхней его части; конусного расширения сердечника в верхней его части до размера дискового неодимового магнита, превышающего диаметр сердечника, дополнительно увеличивают магнитные свойства устройства. Петлеобразная форма рукоятки, размещение на ней электропереключателя и разъема для подключения зарядного устройства, наличие в рукоятке гнезда для магнитной головки, выполнение магнитной головки прикрепленной к рукоятке с помощью разъемного болтового соединения, размещение источника электроэнергии в полости внутри рукоятки, а блока управления - на верхней поверхности корпуса, выполнение рукоятки состоящей из двух одинаковых половинок, скрепленных с помощью болтовых соединений, обеспечивает компактную компоновку устройства и повышает удобство использования. Использование в качестве источника электроэнергии аккумуляторной батареи, в частности LiPo, а также наличие разъема для подключения зарядного устройства для аккумуляторной батареи повышает бесперебойный и общий сроки работы устройства. Фиксирование катушки индуктивности в корпусе магнитной головки с помощью немагнитопроводного связующего вещества, например, двухкомпонентного эпоксидного состава, упрощает производственный процесс изготовления устройства. Использование в качестве блока управления электронной платы управления, наличие средств индикации состояния устройства улучшает технические характеристики и повышает надежность работы и срок службы устройства.
Полезная модель иллюстрируется схемными чертежами, представленными на фиг. 1-5.
На фиг. 1 представлен схемный чертеж ручного магнитного захвата, общий вид.
На фиг. 2 представлен схемный чертеж ручного магнитного захвата, разрез по А-А на фиг. 1.
На фиг. 3 представлена выноска узла I на фиг. 2.
На фиг. 4 представлен схемный чертеж магнитного потока в магнитной головке в момент удержания груза.
На фиг. 5 представлен схемный чертеж магнитного потока в магнитной головке в момент отсоединения груза.
Ручной магнитный захват содержит: магнитную головку 1; рукоятку 2; источник электроэнергии 3; блок управления 4; электропереключатель 5.
Магнитная головка 1 содержит размещенные в полом магнитопроводном корпусе 9 постоянный магнит 10, сердечник 11 и катушку индуктивности 12. В качестве постоянного магнита 10 использован дисковой магнит, установленный коаксиально катушке индуктивности 12, между сердечником 11 и корпусом 9 магнитной головки 1. Магнитная головка 1 выполнена с возможностью образования магнитного контура, проходящего от одного полюса постоянного магнита 10 через корпус 9, захватываемый объект 21, сердечник 11 к другому полюсу постоянного магнита 10. Катушка индуктивности 12 выполнена с возможностью образования магнитного поля, противоположного магнитному полю постоянного магнита 10. Катушка индуктивности установлена между постоянным магнитом 10 и захватываемым объектом 21.
Корпус 9 магнитной головки 1 выполнен в форме цилиндрического стакана, дно которого расположено со стороны размещения рукоятки 2, дисковой магнит 10 установлен между сердечником 11 и дном корпуса 9 магнитной головки 1, коаксиально катушке индуктивности 12. Края открытой части корпуса 9 магнитной головки 1 расположены в одной плоскости с одной из крайних сторон сердечника 11, а катушка индуктивности 12 установлена в зазор L между внутренней боковой стенкой корпуса 9 и сердечником 11, причем величина зазора L соответствует условию отсутствия замыкания между собой линий магнитного потока постоянного магнита при отсутствии на захвате захватываемого объекта.
В отдельных случаях выполнения наружные боковые стенки корпуса 9 магнитной головки 1 содержат фаску 13 в нижней своей части, контактирующей с захватываемым объектом. Нижняя торцевая поверхность сердечника 11 содержит коаксиальный кольцевой паз 14 со скошенным краем 15, обеспечивающим утончение нижнего края сердечника 11. Внутренние боковые стенки корпуса 9 содержат фаску 16 в верхней своей части. Сердечник 11 выполнен с конусным расширением 17, предпочтительно под углом 45°, в верхней своей части до размера диаметра дискового неодимового магнита 10, превышающего диаметр сердечника 11. Рукоятка 2 имеет петлеобразную форму и содержит гнездо 18 для магнитной головки 1. Магнитная головка 1 прикреплена к рукоятке с помощью разъемного болтового соединения 8. Рукоятка 2 содержит полость 19 для источника электроэнергии 4 и состоит из двух одинаковых половинок, скрепленных с помощью болтовых соединений 7. Блок управления 4, в качестве которого может быть использована электронная плата управления, размещен на верхней поверхности корпуса 9 магнитной головки 1. В качестве источника электроэнергии 3 может быть использована аккумуляторная батарея, в частности LiPo аккумуляторная батарея, которая размещается в полости 19 внутри рукоятки 2. Ручной магнитный захват дополнительно содержит разъем 6 для подключения зарядного устройства к аккумуляторной батареи. Разъем 6 для подключения зарядного устройства и электропереключатель 5 размещены симметрично в верхней части рукоятки 2 возле полости для источника электроэнергии 19. Предпочтительно, чтобы корпус 9 магнитной головки 1 имел цилиндрическую форму. Ручной магнитный захват дополнительно может содержать средства индикации состояния устройства 20. Катушка индуктивности 12 зафиксирована в корпусе 9 магнитной головки 1 с помощью немагнитопроводного связующего вещества (не показан), в качестве которого может быть использован двухкомпонентный эпоксидный состав. Рукоятка 2 изготовлена из прочного пластика.
Полезная модель работает следующим образом.
При соприкосновении нижней торцевой поверхности ручного магнитного захвата (корпуса 9 магнитной головки 1 и сердечника 11) с захватываемым металлическим ферромагнитным объектом 21 происходит захват и удержание последнего. Катушка индуктивности 12 и магнитный контур постоянного магнита 10 образуют электромагнит, при этом электромагнит и постоянный магнит используют один и тот же магнитопровод. Захват осуществляется магнитным контуром постоянного магнита 10, магнитный поток которого проходит через корпус 9 магнитной головки 1, сердечник 11 и замыкается на захватываемом объекте 21. Чертеж магнитного потока в момент удержания груза показан на фиг. 4. В некоторых случаях выполнения полезной модели обеспечивается увеличение силы удержания постоянного неодимого магнита примерно в 3-4 раза. Геометрические размеры корпуса 9 рассчитываются в соответствии с размерами и физическими свойствами постоянного неодимого магнита 10. Зазор L между внутренней стенкой корпуса 9 и сердечником 11 составляет величину, достаточную для того, чтобы линии магнитного потока от постоянного магнита 10 не замыкались между собой в свободном, нерабочем состоянии, т.е. без ферромагнитного груза. Величина зазора L и габаритные размеры деталей магнитной головки 1 рассчитывают из условия установки катушки индуктивности 12 с параметрами, необходимыми для управления магнитным потоком магнитной головки 1. Толщина стенки корпуса 9 магнитной головки 1 и величина сердечника 11 рассчитываются из условия минимальных потерь силовых линий магнитного потока от постоянного магнита 10 в момент удержания груза. Фаски 13, 14 в рабочей зоне устройства уплотняют магнитный поток в месте его соединения с захватываемым объектом 21, что приводит к увеличению удерживающей силы от постоянного магнита 10. На фиг. 4 показаны силовые линии магнитного потока от постоянного магнита 10, проходящие через корпус 9 магнитной головки 1, сердечник 11 и захватываемый объект 21. Отсоединение магнитного захвата от ферромагнитного груза 21 осуществляется смещением магнитного потока, создаваемого постоянным магнитом 10 к центру магнитной головки 1. При нажатии на кнопку электропереключателя 5, на катушку индуктивности 12 от аккумулятора 3, через плату управления 4 подается напряжение, и электрический ток, протекающий через катушку индуктивности 12, создает магнитное поле, противоположенное магнитному полю, создаваемому постоянным неодимовым магнитом 10, вследствие чего общий магнитный поток сжимается к центру магнитной головки 1. На фиг. 5 показаны силовые линии общего магнитного потока от постоянного магнита 10 и катушки индуктивности 12 в момент подачи на нее напряжения. Зеленый цвет индикатора 20 указывает, что устройство включено и готово к работе. Красный цвет индикатора 20 предупреждает о необходимости зарядки аккумулятора. Если цветовые сигналы индикатора 20 не горят - устройство отключено от питания аккумулятора 3. Устройство устанавливается приблизительно в центр перемещаемого груза 21, происходит захват последнего. После перемещения груза и установки его на место ручной магнитный захват освобождается от груза 21 кратковременным нажатием на кнопку электропереключателя 5. Отключение магнитного контура осуществляется подачей напряжения от аккумулятора 3, через электронную плату управления 4 на катушку индуктивности 12. Подача напряжения от аккумулятора 3 на катушку индуктивности 12 производится нажатием кнопки электропереключателя 5, расположенного на краю рукоятки 2, в верхней части устройства. С другой стороны рукоятки 2 расположен разъем 6 для подключения зарядного устройства. При подаче электрического тока на катушку индуктивности 12 в ней создается магнитный поток, который направлен в противоположенном направлении относительно магнитного потока, создаваемого постоянным магнитом 10. Эти два магнитных потока складываются, общий магнитный поток уменьшается и смещается к центру магнитной головки 1, освобождая ручной магнитный захват от прикрепленного к нему ферромагнитного груза 21. Заявляемое устройство позволяет удерживать грузы до 30 кг, величина груза на отрыв более 90 кг. Величина магнитного потока от катушки индуктивности 12 позволяет освобождаться магнитному захвату от грузов даже в несколько десятков граммов. Электронный блок управления 4 крепится к верхней части магнитной головки 1 и предназначен для подключения и отключения напряжения от аккумулятора 3 к катушке индуктивности 12. Независимо от величины напряжения аккумулятора 3 блок управления 4 подает на катушку индуктивности 12 напряжение необходимой величины для правильной работы устройства. Также электронный блок управления 4 производит контроль за уровнем напряжения аккумулятора 3 и, при необходимости, отключает его, что позволяет аккумулятору 3 работать более длительное время и предотвращает его порчу. При пониженном напряжении аккумулятора 3 зажигается красный индикатор 20 блока управления 4, сообщающий о необходимости зарядки аккумулятора 3. Заявляемая полезная модель проста в изготовлении и эксплуатации, имеет модульную конструкцию, что упрощает сборку и ремонт.