ОДНОКАТУШЕЧНЫЙ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД С ПРЯМОХОДОВЫМ ЯКОРЕМ
SINGLE-REEL FAST-ACTING POLARISED ELECTROMAGNETIC DRIVE WITH STRAIGHT-ROLLING ANCHOR

Однокатушечный быстродействующий поляризованный электромагнитный привод с прямоходовым якорем предназначен для управления клапаном газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания. Изобретение относится к области электротехники.
Известен поляризованный однокатушечный электромагнитный привод с поворотным якорем (FR 2849100 А1), содержащий магнитопровод, катушку, два постоянных магнита и якорь, вращающийся между двумя крайними положениями под действием двух пружин.
Недостатками данной конструкции являются следующие: поток управления проходит через один из постоянных магнитов, создающих рабочий поток; в приводе требуется дополнительное преобразование вращательного перемещения якоря в поступательное движение исполнительных клапанов; для получения усилия на клапане 800-1000 Н требуется увеличение размера привода в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа. Однако этот размер ограничивается допустимым размером между двумя смежными клапанами одного цилиндра. Этот размер для современных ДВС не превышает 30÷33 мм.
Известен поляризованный электромагнитный привод (FR 2849262 А1), содержащий магнитопровод с явно выраженными полюсами, выполненный из двух половин с воздушным зазором между ними, обмотку управления, расположенную на одной из половин магнитопровода, прямоходовой якорь, пружинный механизм, состоящий из двух пружин, обеспечивающих резонансно-маятниковое перемещение якоря между полюсами магнитопровода и постоянный магнит, удерживающий якорь притянутым к полюсам магнитопровода в крайних положениях.
Недостатками данной конструкции являются следующие: удар от якоря передается на постоянный магнит; симметрия магнитной системы не позволяет однозначно установить, к какому полюсу притянется якорь; наклонные рабочие поверхности якоря и полюсов магнитной системы приводят к уменьшению осевого (рабочего) усилия электромагнита при одинаковой МДС постоянного магнита; поток обмотки управления стремится перемагнитить постоянный магнит.
Задача настоящего изобретения заключается в устранении возможности перемагничивания постоянных магнитов и воздействия на них ударных реакций якоря, в гарантировании заданного направления движения якоря из его исходного положения.
Поставленная задача решается с помощью однокатушечного быстродействующего поляризованного электромагнитного привода с прямоходовым якорем, содержащего магнитопровод с явно выраженными полюсами, выполненный из двух половин с воздушным зазором между ними, обмотку управления, прямоходовой якорь, пружинный механизм, состоящий из двух пружин, обеспечивающих резонансно-маятниковое перемещение якоря между полюсами магнитопровода и постоянный магнит, удерживающий якорь притянутым к полюсам магнитопровода в крайних положениях, причем магнитопровод выполнен шихтованным с полюсами Е-образной формы, на верхних полюсах шихтованного магнитопровода расположены магнитные шунты, на средних полюсах шихтованного магнитопровода установлены постоянные магниты и короткозамкнутые кольца из проводящего материала, прямоходовой якорь расположен в направляющих, а обмотка управления установлена на обеих половинах шихтованного магнитопровода.
Технический результат заключается в том, что магнитный поток обмотки управления пространственно разделен с потоком поляризующих постоянных магнитов и не приводит к перемагничиванию последних при переключении электромагнита, при этом ударные воздействия якоря не передаются на постоянные магниты, а управление электромагнитом осуществляется с помощью единственной сосредоточенной обмотки.
На чертеже представлен однокатушечный быстродействующий поляризованный электромагнитный привод с прямоходовым якорем.
n
Однокатушечный быстродействующий поляризованный электромагнитный привод с прямоходовым якорем содержит шихтованный магнитопровод 1, выполненный из двух половин с воздушным зазором 2 между ними, на них установлена обмотка управления 3. Между верхними и нижними полюсами шихтованного магнитопровода 1, имеющего Е-образную форму, в направляющих 4 линейно перемещается Н-образный прямоходовой якорь 5, создавая с верхним и нижним полюсами шихтованного магнитопровода 1 рабочие воздушные зазоры. На средних полюсах шихтованного магнитопровода 1 установлены постоянные магниты 6, создающие поляризующий рабочий магнитный поток Ф в этих зазорах, и короткозамкнутые кольца 7, выполненные из проводящего материала. При переключении прямоходового якоря 5 из одного притянутого состояния в другое ударные реакции прямоходового якоря 5 не передаются на постоянные магниты 6. На верхних полюсах шихтованного магнитопровода 1 расположены магнитные шунты 8, которые увеличивают электромагнитное усилие притяжения к верхнему полюсу шихтованного магнитопровода 1 по отношению к нижнему, если прямоходовой якорь 5  находится в среднем положении относительно полюсов. Такая асимметрия в магнитной системе гарантирует притяжение прямоходового якоря 5 к верхнему полюсу шихтованного магнитопровода 1 при подаче сигнала управления на обмотку управления 3. Резонансно-маятниковый принцип движения прямоходового якоря 5 обеспечивается двумя спиральными пружинами 9 и 10, действующими встречно.
Однокатушечный быстродействующий поляризованный электромагнитный привод с прямоходовым якорем работает следующим образом.
n
В исходном положении прямоходовой якорь 5 притянут, например, к верхним полюсам шихтованного магнитопровода 1, сжимая верхнюю пружину 9, и удерживается в этом положении под действием усилия, созданного постоянными магнитами 6. Магнитный поток Ф постоянных магнитов 6 замыкается по пути, показанному сплошной линией на чертеже.
При подаче на обмотку управления 3 напряжения определенной полярности она создает в рабочих зазорах магнитный поток, направленный встречно потоку постоянных магнитов 6, что уменьшает усилие, действующее на прямоходовой якорь 5. Последний отрывается от верхних полюсов и под действием верхней пружины 9 движется к нижним полюсам шихтованного магнитопровода 1, сжимая нижнюю пружину 10.
у
При смене полярности напряжения на обмотке управления 3 магнитные потоки поляризующих постоянных магнитов 6 и обмотки управления 3 складываются, обеспечивая надежный подхват и удержание прямоходового якоря 5 при приближении его к нижним полюсам шихтованного магнитопровода 1. Таким образом, изменяя сигнал управления, можно управлять движением прямоходового якоря 5, обеспечивая, например, заданную скорость его при подходе к полюсам шихтованного магнитопровода 1. Как видно из чертежа, магнитный поток Ф обмотки управления 3 замыкается, минуя область, занимаемую постоянным магнитом 6, и не вызывает его перемагничивание.
Переход прямоходового якоря 5 от нижних полюсов шихтованного магнитопровода 1 к верхним происходит аналогично. Для установки прямоходового якоря 5 из среднего положения в исходное используется или форсировка тока в обмотке управления 3, или резонансная раскачка прямоходового якоря 5.
Улучшению динамических характеристик управления способствует шихтование стали магнитопровода 1 (уменьшается влияние вихревых токов в нем), а также установка на центральном стержне шихтованного магнитопровода 1 короткозамкнутого кольца 7, в котором при изменении потока управления наводятся вихревые токи, препятствующие проникновению потока управления в центральный стержень.
При ограниченных размерах привода в плоскости чертежа необходимость увеличения общего усилия электромагнита приводит лишь к увеличению габарита в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа, без изменения конструкции привода.