МАГНИТНОЕ ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО
MAGNETIC THRESHOLD DEVICE

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к исполнительным магнитным механизмам.
Известны способ управления магнитным потоком, создаваемым постоянным магнитом, и устройство для его осуществления (патент РФ №2092922, H01F 7/04, опубл. 10.10.97, Бюл. №28). Указанное устройство содержит постоянный магнит, разноименные полюса которого замкнуты между собой накоротко посредством магнитного шунта, выполненного из изотропного по магнитно-электрическим параметрам материала, задатчик величины управляющего воздействия и элемент управления магнитным сопротивлением шунта. Магнитопровод выполнен с рабочим немагнитным зазором, в котором расположены ферромагнитная деталь и измеритель величины магнитного потока в зазоре.
Недостатком известного устройства является то, что для управления величиной магнитного потока в рабочем немагнитном зазоре, а соответственно, и величиной силы притяжения, действующей на ферромагнитную деталь, функционально являющейся якорем магнитной системы, требуется источник питания и электрическая схема для управления усилием, действующим на якорь.
Наиболее близким к заявляемому устройству является магнитное пороговое устройство инерционного переключателя (патент РФ №2130665, H01H 35/14, опубл. 20.05.99, Бюл. №14), содержащее постоянный магнит, полюсные наконечники в виде пластин, инерционное тело из магнитомягкого материала, выполняющее роль якоря, упор в виде упругого контактирующего элемента для инерционного тела и регулировочный винт для управления величиной магнитного потока в зазоре между полюсными наконечниками и, следовательно, усилия притяжения инерционного тела к упору.
Недостатками данного магнитного порогового устройства являются:
- повышенная трудоемкость обеспечения точной настройки порога срабатывания устройства (усилия отрыва инерционного тела от упора), т.к. незначительное перемещение регулировочного винта, имеющего плоскую торцевую поверхность, приводит к значительному (резкому) изменению магнитного поля и, соответственно, порога срабатывания устройства;
- влияние внешних воздействий (вибрация, удар, изменение температуры и т.п.) на точность срабатывания устройства, т.к. инерционное тело в исходном состоянии опирается на упругий контактный элемент, который изменяет свои размеры и/или физические свойства и, соответственно, положение инерционного тела в магнитном поле;
- невозможность обеспечения другой, кроме ниспадающей, зависимости магнитного усилия, действующего на инерционное тело, от его перемещения, т.к. магнитороводы выполнены с уменьшением их ширины по ходу движения инерционного тела, что не позволяет увеличить точность срабатывания устройства.
Технические результаты, достигаемые при использовании заявляемого изобретения, заключаются в:
- повышении точности срабатывания устройства путем обеспечения: заданной зависимости магнитного усилия, действующего на якорь, от перемещения последнего; точности регулирования магнитного усилия и, соответственно, порога срабатывания устройства;
- снижении трудоемкости регулирования магнитного усилия;
- улучшении массогабаритных характеристик магнитного порогового устройства.
Это достигается тем, что в магнитном пороговом устройстве, содержащем постоянный магнит, магнитопроводы, примыкающие к его полюсам и образующие рабочий зазор для размещения в нем якоря, упор исходного положения якоря и стержень из магнитомягкого материала, установленный с возможностью перемещения параллельно направлению намагниченности постоянного магнита, новым является то, что каждый магнитопровод снабжен выступом, обращенным в рабочий зазор, а стержень выполнен с концевой частью переменного сечения и установлен с возможностью перемещения внутрь отверстия, выполненного в другом магнитопроводе.
Повышение точности срабатывания порогового устройства достигается за счет создания заданной зависимости магнитного усилия, действующего на якорь, от его перемещения, имеющей возрастающий и ниспадающий участки. Данная зависимость обеспечивается наличием выступов на магнитопроводе, обращенных в рабочий зазор, их формой и размерами, а также положением якоря относительно выступов, которое устанавливается с помощью упора. Так как выступы концентрируют магнитный поток на определенном участке перемещения якоря (рабочем зазоре), определяемом формой и размерами выступов, то величина начального магнитного усилия F0 (см. фиг.2) возрастающего участка обеспечивается смещением исходного положения якоря относительно выступов на некоторую величину по направлению его перемещения. При дальнейшем перемещении якоря происходит увеличение магнитного усилия вплоть до максимального значения (порога срабатывания), что соответствует возрастающему участку указанной зависимости. Последующему перемещению якоря соответствует ниспадающий участок.
Необходимость обеспечения данной зависимости обусловлена тем, что работа порогового устройства связана с перемещением якоря относительно выступов, которое на начальном этапе всегда зависит от большого количества случайных факторов (трение покоя, силы молекулярного взаимодействия в месте соприкосновения якоря и упора, вибрация, удар, изменение размеров деталей под действием температуры и т.д.), что необходимо учитывать при создании миниатюрных устройств. Отрицательное влияние данных факторов на точность срабатывания в заявляемом устройстве практически исключено за счет того, что якорь приходит в движение при меньшем усилии, чем усилие, соответствующее порогу срабатывания.
Кроме того, создание заданной зависимости магнитного усилия от перемещения якоря позволяет устранить влияние жесткости упора на точность срабатывания устройства.
Повышение точности срабатывания также обеспечивается и повышением точности регулирования порога срабатывания Fmax (см. фиг.2) на заданную величину за счет того, что стержень выполнен с концевой частью переменного сечения (например, конической формы). При такой форме концевой части даже значительное перемещение стержня приводит к незначительному изменению магнитного потока в рабочем зазоре и, соответственно, незначительному изменению порога срабатывания. Возможность перемещения стержня внутрь отверстия позволяет расширить диапазон регулирования порога срабатывания.
Снижение трудоемкости регулирования порога срабатывания достигается теми же средствами, что и повышение точности его регулирования. В результате настройка порога срабатывания на заданную величину реализуется практически безошибочно с первого раза.
Уменьшение массогабаритных характеристик порогового устройства достигается за счет того, что на магнитопроводах выполнены выступы, которые обращены в рабочий зазор. Являясь концентраторами магнитного поля, выступы повышают его напряженность до максимально возможной величины и позволяют выполнить все элементы порогового устройства минимальных размеров.
Таким образом, выполнение магнитного порогового устройства в соответствии с отличительными признаками позволяет повысить точность срабатывания устройства, снизить трудоемкость регулирования магнитного усилия (порога срабатывания) и улучшить массогабаритные характеристики устройства.
На фиг.1 представлено схематичное изображение заявляемого устройства.
На фиг.2 показана заданная зависимость магнитного усилия F, действующего на якорь, от его перемещения х.
Магнитное пороговое устройство (фиг.1) содержит постоянный магнит 1, примыкающие к его полюсам магнитопроводы 2, образующие рабочий зазор, и стержень 3 из магнитомягкого материала с концевой частью переменного сечения, установленный в одном из магнитопроводов 2 с возможностью перемещения параллельно направлению намагниченности постоянного магнита внутрь отверстия 4, выполненного в другом магнитопроводе 2. Каждый магнитопровод 2 снабжен выступом А, обращенным в рабочий зазор, в котором расположен якорь 5 из магнитомягкого материала. В исходном положении якорь опирается на упор 6.
В исходном состоянии якорь 5 находится между выступами А магнитопроводов 2, прижат к упору 6 и удерживается магнитным усилием F0 (см. фиг.2), создаваемым постоянным магнитом 1 в рабочем зазоре. При превышении внешней силой, действующей на якорь 5, значения суммы противодействующих сил (усилие F0, силы трения покоя, силы молекулярного взаимодействия и т.д.), якорь 5 отходит от упора 6. Дальнейшее повышение внешней силы приводит к перемещению якоря 5. Срабатывание порогового устройства происходит тогда, когда значение внешней силы превысит максимальное значение магнитного усилия Fmax (см. фиг.2) - порог срабатывания.
Для проверки эффективности предложенного решения были проведены расчетно-аналитические работы и проработаны конструктивно-компоновочные схемы предлагаемого устройства. На основании работ можно сделать заключение о возможности повышения точности регулирования магнитного усилия (порога срабатывания) не менее чем на 50%, снижения трудоемкости регулирования магнитного усилия не менее чем в 3 раза и уменьшения массогабаритных характеристик магнитного порогового устройства не менее чем на 10%.