Магнитная система привода с регулируемым тяговым усилием

Магнитная система привода с регулируемым тяговым усилием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к силовым устройствам, в частности к приводам с постоянными магнитами, и может быть использовано в любых механизмах с силовой магнитной связью перемещающихся звеньев.

Известен "Интегрирующий акселерометр" (США, патент №5614700, Н 01 Н 35/14, опубл. 1997-03-25), состоящий из магнитопроводов с обмотками и измерительной массы в виде постоянного магнита, полюса которого ориентированы в стороны магнитопроводов. Магнитопроводы в направлении полюсов постоянного магнита в осевом сечении катушек имеют остроугольный профиль. Необходимое значение тягового усилия при перемещении постоянного магнита обеспечивается подбором угла профиля и его смещением относительно оси магнита. Ввиду ярко выраженного остроугольного профиля магнитопроводов подобная магнитная система позволяет получить тяговое усилие только с одним максимальным значением и только одного знака.

Наиболее близкой к заявляемой магнитной системе привода является "Магнитная система привода" (А.С. №920974, Н 02 К 33/02, H 01 F 7/13, опубл. в БИ №14, 15.04.82), содержащая магнитомягкий магнитопровод с постоянным магнитом, образующие, по крайней мере, один немагнитный зазор, в котором установлен якорь с возможностью перемещения в плоскости, ортогональной силовым линиям магнитного поля постоянного магнита. Тяговое усилие при перемещении якоря может регулироваться изменением ширины зоны перекрытия магнита и якоря. Недостатком прототипа является то, что усилие (момент) на якоре при его одностороннем (например, под действием сил инерции) движении из положения устойчивого равновесия всегда имеет одно и то же направление (или знак на силовой характеристике).

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании магнитной системы привода с регулируемым знакопеременным тяговым усилием, по крайней мере, в двух устойчивых положениях равновесия якоря.

Технические результаты, достигаемые при осуществлении изобретения, состоят в расширении возможностей регулирования тягового усилия на якоре как по величине, так и по знаку и организации перемещения якоря из одного крайнего устойчивого положения в другое с минимальной зоной его неустойчивого равновесия.

Это достигается тем, что в магнитную систему привода с регулируемым тяговым усилием, содержащую магнитопровод с постоянным магнитом, образующие, по крайней мере, один немагнитный зазор, в котором установлен якорь с возможностью перемещения в плоскости, ортогональной силовым линиям магнитного поля постоянного магнита, согласно изобретению дополнительно введен, по крайней мере, один постоянный магнит, установленный вдоль пути перемещения якоря с возможностью взаимодействия с одной из его рабочих кромок, когда другая рабочая кромка находится в магнитном поле предыдущего магнита, при этом постоянные магниты отличаются, по крайней мере, одним из размеров сечения, ортогонального силовым линиям их магнитных полей.

Введение в систему, по крайней мере, одного дополнительного постоянного магнита, установленного вдоль пути перемещения якоря, и размещение его на расстоянии от другого магнита не более расстояния между рабочими кромками якоря, то есть с возможностью взаимодействия с одной из его (якоря) рабочих кромок, когда другая рабочая кромка находится в магнитном поле предыдущего магнита, сводят к минимуму неопределенность положения якоря, когда он мог бы находиться в безразличном равновесии. Кроме того, постоянные магниты отличаются, по крайней мере, одним из размеров сечения, ортогонального силовым линиям их магнитных полей. Все это приводит к созданию магнитных сил, действующих на якорь, различных как по знаку, так и по величине, что, при прочих равных условиях (по сравнению с прототипом), позволяет организовать силовую характеристику привода, по крайней мере, с двумя устойчивыми положениями, усилия в которых регулируются и имеют разные знаки, и свести к минимуму зону безразличного положения якоря. Количество дополнительных магнитов определяется видом силовой характеристики, которая может иметь несколько экстремумов.

На чертеже изображена магнитная система привода в момент перехода якоря (при его повороте) из одного устойчивого положения в другое, когда якорь находится под одновременным воздействием отличающихся по знаку и величине сил двух магнитов.

Магнитная система привода содержит магнитопровод 1 с постоянным магнитом 2, в зазоре между которыми размещен магнитомягкий якорь 3 с возможностью перемещения (вращения) в плоскости, ортогональной силовым линиям магнитного поля постоянного магнита 2. Вдоль пути перемещения якоря 3 установлен дополнительный магнит 4 таким образом (на таком расстоянии от магнита 2), что он имеет возможность взаимодействия с кромкой 5 якоря в то время, когда другая рабочая кромка 6 находится в поле магнита 2. При этом силовые линии магнита 4 ортогональны плоскости перемещения якоря. В описанном варианте магнит 4 установлен с магнитопроводом, аналогичным магнитопроводу 1. Возможно исполнение без магнитопровода и с намагниченностью магнита 4 в произвольном направлении, но при этом существенно ухудшаются все характеристики тягового усилия. Размеры магнитов 2 и 4 в сечении, ортогональном силовым линиям их магнитных полей, выполнены различными.

Работа в магнитной системе совершается при перемещении якоря 3 в зазоре между магнитопроводом 1 и магнитом 2 под действием внешнего приложенного к якорю усилия или момента в направлении стрелки ϕ, при этом рабочая кромка 6 якоря 3, взаимодействуя с магнитом 2, противодействует движению. При отсутствии внешнего усилия (момента) магнит 2, стремясь к минимуму потенциальной энергии, взаимодействуя с кромкой 6, возвращает якорь 3 в устойчивое первоначальное положение. При дальнейшем перемещении якоря под воздействием внешнего усилия (момента) в направлении стрелки ϕ кромка 5, взаимодействуя с магнитом 4, создает дополнительное усилие, суммирующееся с внешним действующим. Кромка 6 выходит из зоны действия магнита 2, и якорь 3 под действием суммарной силы магнита 4 и внешней, действующей скачком, переходит в конечное устойчивое положение. Возврат якоря 3 в первоначальное устойчивое состояние происходит при смене знака внешней действующей силы (момента).

Для исключения ситуации неопределенности положения якоря 3, когда он мог бы находиться в неустойчивом или безразличном равновесии при отсутствии внешних действующих сил (моментов), магниты должны быть разнесены таким образом, чтобы они имели возможность одновременного взаимодействия с якорем и иметь отличающиеся размеры (а значит и силы) в сечении, ортогональном их силовым линиям.

При наличии упоров, ограничивающих угол поворота якоря, и выполнении вышеописанных условий привод может объединять в себе функции порогового, возвращающего и подхватывающего устройств. Объединение этих функций в одном устройстве улучшает функциональные и удельные характеристики прибора в целом. Например, в описанном выше аналоге подобные функции выполняют три различных устройства.

Магнитная система привода с регулируемым тяговым усилием, содержащая магнитопровод с постоянным магнитом, образующие по крайней мере один немагнитный зазор, в котором установлен якорь с возможностью перемещения в плоскости, ортогональной силовым линиям магнитного поля постоянного магнита, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введен по крайней мере один постоянный магнит, установленный вдоль пути перемещения якоря с возможностью взаимодействия с одной из его рабочих кромок, когда другая рабочая кромка находится в магнитном поле предыдущего магнита, при этом постоянные магниты отличаются по крайней мере одним из размеров сечения, ортогонального силовым линиям их магнитных полей.