СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ ИМПУЛЬСНОГО НЕВЗРЫВНОГО СЕЙСМОИСТОЧНИКА

Полезная модель относится к сейсмической разведке полезных ископаемых с невзрывными источниками и может быть использована для создания сейсмических сигналов с поверхности грунта.
1
2
2
Известен силовой электромагнит импульсного невзрывного сейсмоисточника (см. патент РФ № 2242027 по кл. МПК G01V1/155, опуб. 10.12.2004), состоящий из якоря и индуктора с обмоткой возбуждения. Индуктор электромагнита закреплён на пригрузе. Обмотка возбуждения размещена в пазах магнитопровода индуктора, к обмотке присоединена схема ее электропитания. Якорь электромагнита отделен от индуктора зазором δ, а от стоек - зазором δ, в который помещен упругий элемент, имеющий высоту Н, с возможностью его сжатия при движении якоря в направлении уменьшения зазора δ.
Недостатком предлагаемого силового электромагнита является ограничение на развиваемое электромагнитное усилие, обусловленное насыщением материала магнитопровода повышенными потоками рассеяния и недостаточно эффективным распределением магнитного поля в рабочем зазоре электромагнита.
Известен также силовой электромагнит невзрывного источника возбуждения сейсмических волн (см. патент РФ № 2242771 по кл. МПК G01V1/02, опуб. 20.12.2004), содержащий магнитопровод индуктора с обмоткой возбуждения постоянного тока и магнитопровод якоря, разделенные зазором. Магнитопровод индуктора установлен с возможностью перемещения в вертикальном направлении между не менее чем двумя парами демпферных распорных элементов. Импульсы давления, которые передаются якорем непосредственно через жестко соединенный с ним корпус излучающего устройства на исследуемую среду, создают за счет преобразования электрической энергии в виде мощных импульсов тока, которые подают на обмотку индуктора электромагнита, в механическую энергию, реализуемую в виде импульсов силы, при этом перемещение под действием электромагнитных сил якоря с корпусом обеспечивают тем, что создают сопротивление перемещению индуктора в сторону якоря.
Недостатком предлагаемого силового электромагнита является ограничение на развиваемое электромагнитное усилие, обусловленное насыщением материала магнитопровода повышенными потоками рассеяния, недостаточно эффективное распределение магнитного поля в рабочем зазоре электромагнита, увеличенные вес и габариты.
Наиболее близким к заявляемому является силовой электромагнит импульсного невзрывного сейсмоисточника (см. патент РФ № 2172497 по кл. МПК G01V1/04, опуб. 20.08.2001), содержащий магнитопровод якоря, отделенный зазором от магнитопровода индуктора, который выполнен с тремя зубцами на обращенной к зазору поверхности. Сечения зубцов расширяются от вершин к основаниям для обеспечения возможности увеличения индукции магнитного поля в рабочих частях зазора над вершинами зубцов. Для увеличения развиваемой электромагнитом силы применена двухсекционная конструктивная схема магнитопровода электромагнита с двухкатушечной обмоткой возбуждения.
Недостатком такого силового электромагнита недостаточное использование энергии возбуждаемого магнитного поля, обусловленное потоками рассеяния в пазах индуктора и  пространстве воздушного зазора над ними.
Технической проблемой заявляемой полезной модели является создание силового электромагнита, позволяющего максимально использовать энергию возбуждаемого магнитного поля для эффективной работы невзрывного сейсмоисточника.
Техническим результатом является увеличение тягового усилия при улучшении охлаждения обмотки возбуждения.
Разделение обмотки возбуждения на две части и размещение ее в пазах индуктора и якоря позволяет уменьшить потоки рассеяния, улучшить распределение магнитного поля в воздушном зазоре электромагнита, что увеличивает рабочий магнитный поток и тяговое усилие электромагнита. Дополнительно расположение частей обмотки на двух магнитопроводах улучшает отведение тепла от проводников обмотки к сердечникам магнитопроводов, что снижает нагрев обмотки и увеличивает ресурс работы электромагнита.
Технический результат достигается тем, что в силовом электромагните импульсного невзрывного сейсмоисточника, содержащем магнитопровод якоря и отделенный от него зазором магнитопровод индуктора с пазами, обмотку возбуждения с катушками, одна из которых расположена в пазах индуктора, согласно полезной модели, в магнитопроводе якоря выполнены пазы, расположенные относительно зазора напротив пазов индуктора, при этом вторая катушка обмотки расположена в пазах магнитопровода якоря, при этом катушки обмоток возбуждения выполнены с возможностью формирования в противоположно расположенных относительно зазора пазах одинаковых по величине суммарных токов.
Силовой электромагнит может быть выполнен многосекционным и содержать в этом случае дополнительные обмотки возбуждения, каждая из которых состоит из двух катушек, в магнитопроводах якоря и индуктора выполнены дополнительные пазы, количество которых кратно числу катушек, дополнительные пазы расположены напротив пазов индуктора относительно зазора, при этом одни из катушек каждой обмотки расположены в дополнительных пазах магнитопровода индуктора, а другие - в дополнительных пазах магнитопровода якоря, причем катушки выполнены с возможностью формирования в противоположно расположенных относительно зазора пазах одинаковых по величине  суммарных токов.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где изображены:
- на фиг. 1 – поперечный разрез электромагнита с обмоткой возбуждения из двух катушек;
- на фиг. 2 – поперечный разрез двухсекционного варианта электромагнита;
- на фиг. 3 – распределение силовых линий магнитного поля в воздушном зазоре электромагнита в районе расположения паза магнитопровода без разделения обмотки возбуждения на две катушки;
- на фиг. 4 – распределение силовых линий магнитного поля в воздушном зазоре электромагнита в районе расположения пазов магнитопровода при разделении обмотки возбуждения на две катушки.
На чертежах позициями обозначено:
1 – магнитопровод якоря электромагнита,
2 – магнитопровод индуктора электромагнита,
3 – зазор,
4, 6 – 1-я катушка обмоток,
5, 7 – 2-я катушка обмоток,
8 – магнитный поток,
9 и 10 – потоки рассеяния.
Силовой электромагнит содержит магнитопровод якоря 1 и магнитопровод индуктора 2, разделенные между собой зазором 3. На обращенных к зазору 3 поверхностях индуктора и якоря  выполнены пазы, расположенные напротив друг друга. В пазах расположены катушки 4 и 5 обмотки возбуждения, выполненные таким образом, что токи в противоположно расположенных относительно зазора 3 пазах являются однонаправленными. В случае двухсекционного варианта выполнения электромагнита (см. фиг.2) в пазах расположены катушки 6 и 7.
Предлагаемый силовой электромагнит работает следующим образом.
При пропускании по обмоткам возбуждения импульсного тока необходимой величины и длительности создается магнитный поток, замыкающийся через зазор 3 и магнитопроводы якоря 1 и индуктора 2 (Фиг 3,4). Электромагнитное усилие создается за счет магнитного потока 8, проходящего через зазор 3 и замыкающегося через оба магнитопровода 1 и 2. Потоки рассеяния 9 и 10 не проходят через зазор 3, замыкаясь только через один из магнитопроводов, и поэтому не создают электромагнитную силу.
Двухсторонне расположение катушек обмотки на противолежащих поверхностях якоря и индуктора уменьшает потоки рассеяния, что приводит к увеличению магнитной индукции в зазоре, увеличивая тяговое усилие по сравнению с односторонним расположением катушек обмотки возбуждения.
Катушки обмотки возбуждения в противоположно расположенных относительно зазора пазах магнитопроводов могут иметь одинаковое или различное количество проводников.
Если в катушках будет одинаковое количество проводников, по ним будут протекать одинаковые токи (т.е. суммарные токи в пазах одинаковы). В этом случае обе катушки можно соединить либо последовательно, либо запитать от разных источников, поддерживающих эти токи равными.
Если в противоположно расположенных пазах будет находиться разное количество проводников обмоток, то в них необходимо поддерживать такие токи, чтобы суммарные токи в противоположно расположенных пазах были одинаковые.
Кроме того, распределение катушек обмотки между индуктором и якорем вызывает улучшение охлаждения. Эффект обусловлен тем, что при расположении обмотки возбуждения только на одном магнитопроводе тепло от обмотки передается этому магнитопроводу, который рассеивает его в окружающей среде. Передача же тепла ко второму магнитопроводу (якорю) затруднена в силу наличия воздушного (рабочего) зазора. При размещении обмотки на двух магнитопроводах, во-первых, на каждый из них приходится меньшее тепловыделение (т.к. расположена только часть обмотки), а во-вторых в теплоотводе начинает эффективно участвовать второй магнитопровод (якорь).
3
Электромагнит с конфигурацией заявляемой магнитной системы и обмотки возбуждения по фиг. 2 был разработан для экспериментального сейсмоисточника, развивающего усилие 750⋅10Н и длительностью импульсов силы 8 мс.