ЭЛЕКТРОМАГНИТ
ELECTROMAGNET

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к втяжным электромагнитам поступательного движения. Оно может быть использовано в электромеханизмах, в пневматических и гидравлических системах, где требуются малые перемещения и большие усилия, а также стабильность усилия по перемещению якоря.
Известен электромагнит, имеющий обмотку возбуждения и магнитную систему с рабочим воздушным зазором, включающую в себя постоянный магнит и выполненные из магнитно-мягкого материала корпус, сердечник, якорь, опорный и проходной фланцы (патент №2306626, H01F 7/122, опубл. 2007.09.20) - [1].
Его недостатком является сравнительно малое усилие.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электромагнит, имеющий магнитопровод, обмотку возбуждения, ферромагнитный якорь и сердечник (патент №2260221, H01F 7/13, H01F 7/16, опубл. 2005.09.10) - [2].
Его недостатком является сравнительно малое усилие и нестабильность по перемещению якоря.
Технической результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в увеличении усилия электромагнита при сохранении габаритов и потребляемой мощности, а также стабильность усилия по перемещению якоря.
Технический результат достигается тем, что в электромагните, имеющем магнитопровод, обмотку возбуждения, ферромагнитный якорь и корпус, выполнены круговые канавки на внутренней цилиндрической поверхности магнитопровода и на наружной поверхности якоря, и между ними введены коаксиальные полые цилиндры, поочередно механически связанные с корпусом и с якорем, причем каждый полый цилиндр имеет ферромагнитные кольца и немагнитные кольца, имеющие одинаковые осевые размеры соответственно с выступами и пазами на магнитопроводе и на якоре.
Сущность заявленного изобретения поясняется на чертеже - конструктивной схеме электромагнита.
Предлагаемый электромагнит имеет магнитопровод 1 с двумя коническими наконечниками 2, имеющими кольцевые выступы 3, полые цилиндры 4, 5, якорь 6 с тягой 7, немагнитную втулку 8, обмотку 9, корпус 10 и возвратную пружину 11. Полые цилиндры 4 представляют собой набор колец из ферромагнитного и немагнитного материалов, они механически связаны с якорем 6 и движутся вместе с ним.
Полые цилиндры 5 представляют собой набор колец из ферромагнитного и немагнитного материалов, они механически связаны с магнитопроводом 1 и неподвижны. Якорь 6 имеет кольцевые выступы. Толщина полых цилиндров 4, 5 в два раза больше, чем высота выступов на магнитопроводе и на якоре.
Ферромагнитные кольца показаны косой штриховкой, а немагнитные заштрихованы как диэлектрик. Осевая ширина всех ферромагнитных колец и выступов одинаковая.
Электромагнит работает следующим образом. При обесточенной обмотке возвратная пружина 11 перемещает якорь 6 вправо до упора. При этом имеется небольшое перекрытие выступов и ферромагнитных колец (на чертеже якорь показан в среднем положении). При подаче напряжения на обмотку по ней течет электрический ток, возникает магнитный поток и появляется электромагнитная сила, действующая влево на якорь и на связанный с ним полый цилиндр 4. Эта сила действует через тягу 7 на исполнительный механизм.
Эффективность предлагаемой конструкции по сравнению с классическим втяжным электромагнитом можно показать следующим образом. Сила, действующая на выступ якоря или кольцо полого цилиндра якоря определяется формулами:
; ; .
1
m
0
0
Здесь F - сила; U - магнитное напряжение на зазоре; Λ - магнитная проводимость; x - перемещение якоря; µ - магнитная постоянная; d - средний по зазору диаметр; b - длина перекрытия при выключенной обмотке; δ - длина воздушного зазора; Н - напряженность магнитного поля в зазоре; В - магнитная индукция в зазоре.
Дифференцируя проводимость Λ, получаем:
;
Здесь m - число выступов или ферромагнитных колец электромагнита (здесь m=6); Iw - ампервитки (МДС) обмотки.
Из последней формулы следует, что с увеличением числа выступов электромагнита m общая сила F возрастает пропорционально при сохранении МДС обмотки.
Отметим, что в первом приближении сила F прямо пропорциональна квадрату тока обмотки и не зависит от перемещения х. Данный электромагнит рекомендуется к применению в механизмах с небольшим перемещением якоря и с большими усилиями исполнительного механизма.