ЭЛЕКТРОМАГНИТ

Полезная модель относится к технике преобразования электрической энергии в механическую и может быть использована в электроаппаратостроении при создании приводов дискретного управления — затворов, задвижек, клапанов и т.п., работающих в составе объектов, имеющих локальную бортовую систему электропитания, насыщенных электронными устройствами управления и имеющих длительный период эксплуатации с продолжительными периодами хранения, в том числе при низких температурах, в неотапливаемых помещениях, под навесом или брезентом, при которых предусматривается периодическое (например, полугодовое или годовое) техническое обслуживание. К подобным объектам могут быть отнесены современные, оснащенные электронными устройствами, суда с сезонной эксплуатацией, а также гусеничная и колесная техника.
В настоящее время известно большое количество исполнительных устройств с электромагнитами.
Известен электромагнит по авторскому свидетельству СССР на изобретение №1614040 (заявка 4625224 с приоритетом от 30.11.1988 г.), МПК Н01F 7/16, опубл. 15.12.1990 г.
Электромагнит содержит сердечник, на котором размещена катушка управления, и подвижный якорь. В сердечнике выполнено сквозное отверстие, в котором осуществляется перемещение якоря. При подаче напряжения на катушку управления электромагнитная сила, создаваемая магнитным потоком катушки, втягивает якорь в отверстие сердечника. Недостатком описанного устройства является возникновение импульса напряжения на выводах катушки при снятии управляющего напряжения, что может вывести  катушку из строя при ее недостаточной вследствие сложных условий эксплуатации электрической прочности, а также привести к повреждениям различных электронных устройств объекта вследствие возникновения в бортсети объекта импульсов обратной полярности, амплитуда которых может значительно — в 2-3 раза — превышать номинальное напряжение бортсети. Кроме того, продукты коррозии и износа якоря и сердечника, а также загустевшая в результате длительного хранения или воздействия низких температур смазка, находящаяся в зазоре между внутренней поверхностью сердечника и якорем, увеличивают трение в процессе эксплуатации устройства и могут привести к заклиниванию якоря в сердечнике, что приведет к отказу в работе устройства при попытке его использования после длительного хранения, либо при включении изделия в условиях низких температур. Указанная  совокупность недостатков не позволяет использовать рассматриваемое устройство в составе объектов, насыщенных электронными устройствами управления, используемых и подвергающихся длительному хранению в сложных условиях, в том числе при воздействии низких температур.
Аналогичным недостатком обладает и электромагнит для работы в изделии в условиях повышенного давления окружающей среды по патенту РФ на изобретение №2381583 (заявка 2008127603 с приоритетом от 07.07.2008 г.), МПК Н01F 7/06, опубл. 10.02.2010 г.
Устройство содержит корпус с установленными в нем подпружиненным якорем, катушкой, кожухом и выводными проводами катушки. Якорь электромагнита жестко соединен со штоком, проходящим через сквозное центральное отверстие корпуса между штоком и корпусом. Головка штока подперта пружиной, обжатой гайкой, при этом головка штока, пружина и гайка размещены в открытой торцевой полости корпуса. В рассматриваемом устройстве не приняты меры к подавлению импульсных напряжений, возникающих при перекоммутации катушки электромагнита, при этом существует возможность заклинивания якоря и штока из-за загустения смазки и засорения зазора между корпусом и штоком вследствие длительного хранения и воздействия низких температур. В устройстве не предусмотрены меры для принудительного движения якоря со штоком в процессе технического обслуживания изделия и при его запуске после хранения.
Наиболее близким к заявляемому устройству является электромагнит по патенту РФ на полезную модель №102 (заявка 93035886 с приоритетом от 12.07.1993 г.), МПК Н01F 7/16, опубл. 25.10.1994 г. (прототип).
Эектромагнит содержит корпус-магнитопровод, проходной фланец, катушку, втяжной якорь, шток, перемещающийся в расположенных с зазором опорах, при этом шток жестко соединен с якорем. Для надежной работы устройства зазор между опорами заполняется консистентной смазкой. В рассматриваемом устройстве при перекоммутации катушки электромагнита возникают импульсные напряжения, при этом существует возможность заклинивания якоря и штока в опорах из-за загустения смазки вследствие длительного хранения и воздействия низких температур, а также засорения зазора между штоком и опорами частицами выработанного материала. В устройстве не предусмотрено принудительное движение якоря со штоком в процессе технического обслуживания изделия и при его запуске после хранения.
Указанные недостатки являются причиной ненадежности работы устройства.
Задачей полезной модели является обеспечение надежного функционирования электромагнита в процессе его эксплуатации и после длительного хранения в составе объектов, насыщенных электронными устройствами управления, используемых и подвергающихся длительному хранению в сложных условиях, в том числе при воздействии низких температур.
Поставленная задача решается за счет того, что электромагнит содержит корпус, расположенную в нем катушку, втяжной якорь, шток, втулку и возвратный механизм, при этом втулка установлена в корпусе по оси катушки, а втяжной якорь расположен внутри катушки с возможностью его перемещения вдоль ее оси и связан с установленным во втулке штоком и возвратным механизмом, имеет две группы диодов, крышку, толкатель, кольцевой упор, цилиндрическую гайку с фланцем, маховик и механизм стопорения, при этом диоды в группах соединены параллельно, первая группа диодов включена параллельно катушке, вторая группа диодов включена последовательно с катушкой и встречно по отношению к первой группе диодов, крышка установлена на противоположном втулке торце корпуса (магнитопровода), толкатель установлен в крышке с возможностью его продольного перемещения и имеет резьбу на его выступающей за крышку части, кольцевой упор установлен на крышке таким образом, что фланец цилиндрической гайки расположен между крышкой и кольцевым упором, причем внутренняя поверхность цилиндрической гайки с фланцем и резьбовая поверхность толкателя образуют винтовую пару, а цилиндрическая гайка с фланцем жестко соединена с маховиком, на котором установлен механизм стопорения.
Возвратный механизм втяжного якоря может быть выполнен в виде цилиндрической пружины, установленной на штоке между втулкой и втяжным якорем.
Механизм стопорения может включать рычаг, ось и подпружиненный упор, при этом рычаг установлен на оси, связанной с маховиком и сопряжен с упором, установленным с возможностью перемещения в отверстии цилиндрической гайки с фланцем, а в крышке имеется глухое отверстие по диаметру упора.
Предлагаемая конструкция исключает возникновение в бортсети электромагнитных помех при коммутации катушки электромагнита и позволяет производить принудительное (механическое) перемещение якоря со штоком, что значительно повышает надежность эксплуатации устройства. Принудительное перемещение якоря со штоком может производиться периодически в процессе эксплуатации или при его первом включении после длительного перерыва.
Конструкция устройства показана на чертеже.
Электромагнит содержит корпус 1, расположенную в нем катушку 2, втяжной якорь 3, шток 4,  втулку 5 и возвратный механизм 6, при этом втулка 5 установлена в корпусе 1 по оси катушки 2, а втяжной якорь 3 расположен внутри катушки 2 с возможностью его перемещения вдоль ее оси и связан с установленным во втулке 5 штоком 4 и возвратным механизмом 6. При этом дополнительно имеются две группы диодов 7 и 8, крышка 9, толкатель 10, кольцевой упор 11, цилиндрическая гайка с фланцем 12, маховик 13 и механизм стопорения 14, причем диоды в группах 7 и 8 соединены параллельно таким образом, что их одноименные выводы объединены. Первая группа диодов 7 включена параллельно катушке 2, вторая группа диодов 8 включена последовательно с катушкой 2 и встречно по отношению к первой группе диодов 7. Крышка 9 установлена на противоположном втулке 5 торце корпуса 1, толкатель 10 установлен в крышке 9 с возможностью его продольного перемещения и имеет резьбу на его выступающей за крышку 9 части, кольцевой упор 11 установлен на крышке 9 таким образом, что фланец цилиндрической гайки 12 расположен между крышкой 9 и кольцевым упором 11, причем внутренняя поверхность цилиндрической гайки с фланцем 12 и резьбовая поверхность толкателя 10 образуют винтовую пару, а цилиндрическая гайка с фланцем 12 жестко соединена с маховиком 13, на котором установлен механизм стопорения 14. В электромагните возвратный механизм 6 выполнен в виде цилиндрической пружины 17, которая установлена на шток 4. В свою очередь шток 4 размещен между втулкой 5 и втяжным якорем 3. Механизм стопорения 14 маховика 13 может иметь произвольную конструкцию. В устройстве механизм стопорения 14 состоит из рычага 15, оси 16 и подпружиненного цилиндрической пружиной 17 упора 18. Рычаг 15 установлен на оси 16, связанной с маховиком 13, и сопряжен с упором 18, который имеет возможность перемещения в отверстии цилиндрической гайки с фланцем 12, а в крышке 9 выполнено глухое отверстие 19 по диаметру упора 18.
Электромагнит работает следующим образом.
При подаче напряжения на обмотку катушки 2 создается магнитный поток, под действием которого якорь 3 втягивается в  катушку 2 и сообщает штоку 4 поступательное движение. Выступающий из втулки 5 конец штока 4 при перемещении приводит в действие исполнительный механизм, сопряженный со штоком 4. Исполнительный механизм на фигуре  не показан и может быть любым — клапан, диафрагма, электрические контакты и т.п. При прекращении подачи тока в катушку 2 под действием возвратного механизма 6 в виде цилиндрической пружины 17, работающей на сжатие, происходит возврат втяжного якоря 3 и связанного с ним штока 4 в исходное положение, что приводит к возврату в исходное положение связанного со штоком 4 исполнительного механизма. При этом на выводах катушки 2 возникает напряжение самоиндукции. Если на первом выводе 20 катушки 2 возникает положительный потенциал по отношению ко второму выводу 21, то диоды сборки 7 открываются и импульс тока проходит через них, в результате чего импульсная помеха не попадает в бортсеть. Если на первом выводе 20 катушки 2 возникает отрицательный потенциал по отношению ко второму выводу 21, диоды сборки 8 препятствуют его проникновению в бортсеть.
При регламентном обслуживании электромагнита или перед его первым включением после длительного хранения производят ручную «прокрутку» устройства. Для этого отжимают выступающий за маховик 13 конец рычага 15 в направлении по стрелке А. При этом рычаг 15 поворачивается на оси 16 и своим верхним по фигуре концом отжимает  упор 18, конец которого выходит из глухого отверстия 19. После этого вращают маховик 13, при этом  также вращается связанная с ним цилиндрическая гайка с фланцем 12. Резьбовая часть цилиндрической гайки с фланцем 12 воздействует на винтовую  часть толкателя 10, обеспечивая его осевое перемещение. При этом осевое перемещение цилиндрической гайки с фланцем 12 невозможно, т.к. ее фланец находится между крышкой 9 и  кольцевым упором 11. Толкатель 10 воздействует на подпружиненный якорь 3, который перемещается вместе со штоком 4. Вращением маховика 13 в направлениях по часовой стрелке и против часовой стрелки производят раскачку якоря 3 и штока 4 в осевом направлении. Значительное снижение усилия на маховике 13 при его повороте свидетельствует о том, что якорь 3 и шток 4 могут свободно, без заедания, перемещаться в осевом направлении и устройство готово к работе. При этом  обеспечивается надежное срабатывание электромагнита при последующей подаче напряжения на катушку 2. После этого маховик 13 поворачивают в положение, обеспечивающее упор толкателя 10 в цилиндрическую гайку с фланцем 12 и попадание упора 18 в глухое отверстие 19, при этом конец упора 18 под действием цилиндрической пружины 17 входит в отверстие 19 и маховик 13 стопорится.
При реализации электромагнита могут быть использованы следующие технические решения. Корпус 1, втяжной якорь 3, втулка 5, крышка 9, толкатель 10, кольцевой упор 11 и маховик 13 выполняются из конструкционной стали с использованием токарных операций.  Катушка 2 наматывается на каркасе  медным проводом марки ПЭЛ, ПЭВД и др. с последующей  пропиткой лаками ФЛ-98, МЛ-92, ГФ-95. Шток 4 и цилиндрическая гайка  с фланцем 12 для снижения их трения с сопрягаемыми деталями выполняются из бронзы  также с использованием токарных операций. Возвратный механизм 6 может быть выполнен в виде цилиндрической пружины, установленной на штоке между втулкой 5 и втяжным якорем 3. Для диодных групп 7 и 8 выбираются кремниевые диоды. Конкретная марка диодов определяется, исходя из напряжения и тока в цепи электромагнита. При реализации устройства хорошие результаты были получены при использовании кремниевых диодов Д237И. В приведенном конкретном варианте реализации заявляемого электромагнита механизм стопорения 14 маховика 13 включает рычаг 15, ось 16 и подпружиненный цилиндрической пружиной 17 упор 18, при этом рычаг 15 установлен на оси 16, связанной с маховиком 13 и сопряжен с упором 18, установленным с возможностью перемещения в  отверстии цилиндрической гайки с фланцем 12, а в крышке 9 имеется  глухое отверстие 19 по диаметру упора 18.
Опытная эксплуатация электромагнита в составе военной техники, в том числе при ее длительном хранении в неотапливаемых помещениях и под навесом, подтвердила надежность работы устройства в процессе его эксплуатации и при подготовке изделий к эксплуатации после снятия техники с длительного хранения.
Таким образом, предлагаемая конструкция электромагнита исключает возникновение в бортсети электромагнитных помех при коммутации катушки электромагнита и позволяет производить принудительное (механическое) перемещение якоря со штоком, что значительно повышает надежность эксплуатации устройства. Принудительное перемещение якоря со штоком может производиться периодически в процессе эксплуатации или при его первом включении после длительного перерыва.