ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электромагнитным двигателям с возвратно-поступательным перемещением исполнительного органа.
Известен электромагнитный двигатель [Патент РФ №22727, МПК H02K 33/02, H01F 7/16. Электромагнитный двигатель (варианты) / Федонин В.Н., патентообладатели Федонин В.Н., Федонин В.Н., Цыбин В.П.; заявл. 08.01.2002, опубл. 20.04.2002], содержащий основание, магнитопровод, состоящий из корпуса и расположенной внутри него обмотки, якорь с дисковой частью и кольцом, жестко связанный с якорем направляющий стержень, установленный с возможностью осевого перемещения в продольном канале корпуса и опоры направляющего стержня, размещенные внутри продольного канала корпуса и в основании двигателя.
Недостатком этого конструктивного решения является относительно невысокая амплитуда тягового усилия, а также наличие соударений якоря в конце рабочего хода о корпус электромагнитного двигателя, что снижает надежность конструкции в целом.
Частично эти недостатки устранены в конструкции электромагнитного двигателя [Патент РФ №2236744, МПК H02K 33/02, H01F 7/18. Электромагнитный двигатель (варианты) / Зубко Г.Г., патентообладатель ООО «Эко-Фильтр»; заявл. 23.04.2003, опубл. 20.09.2004], содержащего цилиндрический магнитопровод, состоящий из корпуса, сердечника и соединяющего их фланца, а также обмотку, расположенную вокруг сердечника, и закрепленный на валу плоский внешний прямоходный ферромагнитный якорь с шунтом, выполненным в виде кольца, а на якоре с внешней стороны относительно шунта выполнено дополнительное кольцо, при этом в корпусе со стороны якоря выполнена проточка, соответствующая форме дополнительного кольца, таким образом между корпусом и внутренней стороной этого кольца образуется рабочий воздушный зазор, через который замыкаются линии магнитной индукции, создающие дополнительное тяговое усилие.
Это техническое решение позволяет повысить тяговое усилие двигателя, однако возникающие в конце рабочего хода якоря соударения шунта с магнитопроводом снижают надежность конструкции в целом.
Наиболее близким к заявляемому устройству (прототип) является электромагнитный двигатель [Патент РФ №47133, МПК H01F 7/16, H01F 7/13. Электромагнитный двигатель / Шимчук Ф.С., патентообладатель Саратовское акционерное производственно-коммерческое открытое общество "НЕФТЕМАШ"-САПКОН; заявл. 22.03.2005, опубл. 10.08.2005], содержащий цилиндрический магнитопровод, состоящий из внешнего втяжного якоря, статора, в состав которого входят сердечник, внешняя стенка и уложенная вокруг цилиндрической части сердечника обмотка. В верхней части статора над обмоткой хотя бы одна из его боковых внутренних поверхностей, образованных внешней боковой поверхностью сердечника и внутренней боковой поверхностью внешней стенки, содержит выступы, что способствует уменьшению рабочего зазора и, как следствие, увеличению тягового усилия в начале рабочего хода якоря.
К недостаткам прототипа следует отнести относительно невысокое значение амплитудного тягового усилия, обусловленное неравномерностью насыщения магнитопроводящих участков внешнего втяжного якоря и взаимодействующих с ним участков сердечника и внешней стенки статора в начале рабочего хода электромагнитного двигателя, а так же возможность соударения внешнего втяжного якоря с сердечником и внешней стенкой статора в конце рабочего хода, что снижает надежность конструкции в целом.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение амплитудных значений тяговых усилий электромагнитного двигателя и надежности конструкции.
Указанная задача достигается тем, что в электромагнитном двигателе, содержащем цилиндрический магнитопровод, состоящий из внешнего втяжного якоря, статора, в состав которого входят сердечник и внешняя стенка, с выступами на их поверхностях, обмотка, уложенная вокруг цилиндрической части сердечника, выступы выполнены по наружной и внутренней боковой поверхности якоря с шагом равным шагу, сопряженных по диаметру выступов, образованных по наружной боковой поверхности сердечника и внешней боковой поверхности внешней стенки статора, причем число выступов по внутренней поверхности якоря и ответных выступов по наружной поверхности сердечника по меньшей мере на один больше числа выступов по внешней поверхности якоря и ответных выступов по внутренней поверхности внешней стенки статора.
На чертеже показана конструкция предлагаемого электромагнитного двигателя.
Предлагаемый электромагнитный двигатель содержит внешний втяжной якорь 1, взаимодействующий со статором, состоящим из сердечника 2, внешней стенки 3 и расположенной вокруг цилиндрической части сердечника обмотки 4.
По длине внутреннего радиуса якоря выполнено n кольцевых выступов, а по его внешнему радиусу m выступов с шагом, равным шагу сопряженных по диаметру ответных кольцевых выступов, образованных на взаимодействующих с якорем частях сердечника и внешней стенки статора.
Кольцевые выступы 5, 6, 7 и 8 расположены перпендикулярно передаваемой силе и образуют зубцовую зону магнитной системы.
Количество кольцевых выступов n и m, образованных соответствующими рабочими поверхностями, определяется из условия равенства сечений магнитопровода при замыкании магнитного потока, причем n>m.
Количество кольцевых выступов n по внутренней поверхности внешнего втяжного якоря и ответных кольцевых выступов по наружной поверхности сердечника определяется из соотношения:
,
с
где: S - площадь сечения сердечника;
a
- ширина кольцевого выступа;
1
R - радиус внутренней боковой поверхности внешнего втяжного якоря.
Количество кольцевых выступов m по внешней поверхности внешнего втяжного якоря и ответных выступов по внутренней поверхности внешней стенки статора также находится из условия равенства сечений:
2
где R - радиус внешней боковой поверхности внешнего втяжного якоря.
Электромагнитный двигатель работает следующим образом.
В исходном состоянии внешний втяжной якорь 1 выдвинут из статора на величину максимального рабочего хода, определяемую начальным положением кольцевых выступов 7 и 8, выполненных по длине наружного и внутреннего радиуса внешнего втяжного якоря, относительно кольцевых выступов 5 и 6, образованных на взаимодействующих с якорем частях внешней стенки и сердечника статора.
1
2
При подаче импульса напряжения на обмотку 4, по ней протекает электрический ток, индуцирующий магнитное поле, магнитные силовые линии которого замыкаются через сердечник 2, кольцевые выступы 6, выполненные по длине наружного диаметра сердечника 2, через воздушный зазор Δ, кольцевые выступы 8, образованные по внутреннему радиусу внешнего втяжного якоря 1, внешний втяжной якорь 1, кольцевые выступы 7, образованные по наружному радиусу внешнего втяжного якоря 1, через воздушный зазор Δ, кольцевые выступы 5, выполненные по внутреннему радиусу внешней стенки 3. Под действием возникающей магнитодвижущей силы внешний втяжной якорь втягивается в полость статора и совершает рабочий ход. По завершению протекания тока по обмотке внешний втяжной якорь возвращается в исходное положение, например, под действием усилия возвратной пружины (на чертеже не показана).
Выполнение внешнего втяжного якоря с разным числом кольцевых выступов по внешнему и внутреннему радиусу с шагом, равным шагу сопряженных по диаметру ответных кольцевых выступов, образованных по внешнему диаметру сердечника и внутреннему диаметру внешней стенки статора, обеспечивает равномерность насыщения магнитопроводящих участков внешнего втяжного якоря и взаимодействующих с ним участков сердечника и внешней стенки статора, тем самым обеспечивая увеличение амплитудного значения тягового усилия.
Также такое конструктивное решение предотвращает соударения внешнего втяжного якоря с элементами сердечника и внешней стенки статора, что повышает надежность конструкции.
Предлагаемый электромагнитный двигатель позволяет повысить амплитудные значения тяговых усилий электромагнитного двигателя и надежность конструкции.