RU2285969C1

RU2285969C1 - Electromagnetic motor

Info

Publication number: RU2285969C1
Application number: RU2005109063/09A
Authority: RU
Inventors: Екатерина Викторовна Явкина (RU); Екатерина Викторовна Явкина
Original assignee: Саратовское акционерное производственно-коммерческое открытое общество "НЕФТЕМАШ"-САПКОН
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-20

Abstract

FIELD: electromechanical devices with working link performing translational movement; dosing pump drives.

SUBSTANCE: proposed electromagnetic motor has cylindrical magnetic circuit with external plunger armature and stator incorporating winding, core, external wall, and flange that joins them together; winding is placed around cylindrical part of core so that its sectional area formed by plane crossing symmetry axis of motor is trapezium-shaped, trapezium bases being parallel to motor axis. At least one of trapezium internal angles equals α, where 45°<α<85°, and surface of armature drawn-in part facing the winding is tilted through angle β to motor symmetry axis, where 45°<β<85°. Outer side surface of core and inner side surface of external wall may be tilted to motor symmetry axis and drawn-in part of armature may be made in the form of ring with truncated-cone side surfaces.

EFFECT: enhanced economic efficiency of motor.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, в частности к электромагнитным двигателям (ЭМД), и может быть использовано в электромеханических устройствах с поступательным перемещением рабочего звена. Такие двигатели могут быть использованы, например, для привода дозировочных насосов.The invention relates to electrical engineering, in particular to electrical machines, in particular to electromagnetic motors (EMD), and can be used in electromechanical devices with translational movement of the working link. Such motors can be used, for example, to drive metering pumps.

Известны электромагнитные устройства со втяжным якорем (Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. М, Энергия, 1974, с.106, рис.1-18; с.122, рис.1-34, с.126, рис.1-38), в которых подбором профиля и размеров ферромагнитного шунта в области рабочего зазора достигаются оптимальные тяговые усилия и имеет место перераспределение энергии.Known electromagnetic devices with a retractable armature (M. Lyubchik. Optimal design of power electromagnetic mechanisms. M, Energy, 1974, p.106, fig. 1-18; p. 122, fig. 1-34, p. 126, fig. 1-38), in which the selection of the profile and dimensions of the ferromagnetic shunt in the region of the working gap achieves optimal traction forces and energy redistribution takes place.

Недостатком известных устройств является слишком большая величина рабочего зазора и, как следствие, низкая величина тягового усилия, а также недостаточно эффективное использование площади поверхности ферромагнитного шунта.A disadvantage of the known devices is too large a working gap and, as a result, a low magnitude of traction, as well as insufficient use of the surface area of the ferromagnetic shunt.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является электромагнитный двигатель (Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. М: Энергия, 1974, с.111, рис.1-23), содержащий цилиндрический магнитопровод, состоящий из корпуса, сердечника, соединяющего их фланца, обмотки, расположенной вокруг сердечника и плоского внешнего прямоходного якоря с ферромагнитным шунтом в виде кольца, имеющего внешнюю и внутреннюю цилиндрические поверхности, причем кольцо жестко скреплено с якорем. Между фланцем и сердечником имеется нерабочий зазор.The closest in technical essence to the claimed invention is an electromagnetic motor (M. Lyubchik. Optimal design of power electromagnetic mechanisms. M: Energy, 1974, p.111, Fig. 1-23), containing a cylindrical magnetic circuit consisting of a housing, a core, a flange connecting them, a winding located around the core and a flat external linear armature with a ferromagnetic shunt in the form of a ring having external and internal cylindrical surfaces, the ring being rigidly fixed to the anchor. There is an inoperative gap between the flange and the core.

Недостаток известного двигателя в том, что для формирования тяговой характеристики используется нерабочий зазор, что приводит к снижению экономичности двигателя.A disadvantage of the known engine is that an inoperative gap is used to form the traction characteristic, which leads to a decrease in engine efficiency.

Изобретение направлено на решение технической задачи создания электромагнитного двигателя заданных размеров и с существенно увеличенным тяговым усилием на протяжении всего рабочего хода якоря без использования нерабочих зазоров, что позволит повысить экономичность двигателя.The invention is aimed at solving the technical problem of creating an electromagnetic motor of a given size and with significantly increased traction throughout the entire working stroke of the armature without the use of inoperative clearances, which will improve the efficiency of the engine.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении экономичности двигателя за счет применения статора и якоря особой формы.The technical result that can be obtained using the claimed invention is to increase the efficiency of the engine through the use of a stator and a special shape of the armature.

Сущность изобретения состоит в том, что в электромагнитном двигателе, содержащем цилиндрический магнитопровод, состоящий из внешнего втяжного якоря и статора, в состав которого входят сердечник, обмотка, внешняя стенка и фланец, их соединяющий, обмотка уложена вокруг цилиндрической части сердечника таким образом, что в сечении ее плоскостью, проходящей через ось симметрии двигателя, она представляет собой трапецию, основания которой параллельны оси двигателя, а хотя бы один из внутренних углов трапеции равен α, где 45°≤α≤85°, при этом поверхность втягиваемой части якоря, обращенная к обмотке, выполнена под углом β к оси симметрии двигателя, где 45°≤β≤85°.The essence of the invention lies in the fact that in an electromagnetic motor containing a cylindrical magnetic circuit, consisting of an external retractor armature and a stator, which includes a core, a winding, an outer wall and a flange connecting them, the winding is laid around the cylindrical part of the core so that its cross section by a plane passing through the axis of symmetry of the engine, it is a trapezoid whose bases are parallel to the axis of the engine, and at least one of the internal angles of the trapezoid is equal to α, where 45 ° ≤α≤85 °, while rhnost retractable armature part facing the winding is formed at an angle β to the axis of symmetry of the engine, where 45 ° ≤β≤85 °.

Выполнение обмотки такой формы позволяет увеличить открытую ее площадь без увеличения диаметра магнитопровода и способствует наилучшему распределению магнитного потока в системе.The implementation of this form of winding allows you to increase its open area without increasing the diameter of the magnetic circuit and contributes to the best distribution of magnetic flux in the system.

Выполнение втягиваемой части якоря такой формы приводит к общему росту тягового усилия, в первой половине рабочего хода якоря обусловленному тем, что в начале движения якорь уже частично втянут в полость магнитопровода, тем самым уменьшая один из рабочих зазоров и, как следствие, увеличивая тяговое усилие даже при малом магнитном потоке, а во второй половине рабочего хода якоря - за счет увеличения площади поверхности якоря, обращенной к обмотке.The execution of the retractable part of the anchor of this form leads to a general increase in the pulling force, in the first half of the working stroke of the anchor due to the fact that at the beginning of the movement the anchor is partially drawn into the cavity of the magnetic circuit, thereby reducing one of the working clearances and, as a result, increasing the pulling force even with a small magnetic flux, and in the second half of the working stroke of the armature - by increasing the surface area of the armature facing the winding.

Угол α выбран в таких пределах в связи с тем, что использование в конструкции двигателя углов вне указанных пределов не дает ожидаемого увеличения тягового усилия.The angle α is chosen in such limits due to the fact that the use of angles outside the specified limits in the engine design does not give the expected increase in traction.

Угол β выбран в таких пределах в связи с тем, что использование в конструкции двигателя углов вне указанных пределов не дает ожидаемого увеличения тягового усилия.The angle β is chosen in such limits due to the fact that the use of angles outside the specified limits in the engine design does not give the expected increase in traction.

Углы α и β могут быть выполнены как одинаковыми, так и отличными друг от друга. Равенство этих углов обеспечивает дополнительную стабильность тяговой характеристики.The angles α and β can be made both the same and different from each other. The equality of these angles provides additional stability traction characteristics.

Сущность изобретения также состоит в том, что в верхней части статора над обмоткой внешняя боковая поверхность сердечника и внутренняя боковая поверхность внешней стенки могут быть выполнены с наклоном к оси симметрии двигателя, а втягиваемая часть якоря выполнена в виде кольца так, что боковые поверхности кольца выполнены усеченно-коническими.The invention also consists in the fact that in the upper part of the stator above the winding, the outer side surface of the core and the inner side surface of the outer wall can be inclined to the axis of symmetry of the motor, and the retractable part of the armature is made in the form of a ring so that the side surfaces of the ring are truncated conical.

Выполнение боковых поверхностей усеченно-конической формы позволяет за счет изменения углов наклона регулировать плавность тяговой характеристики и добиться оптимальной тяговой характеристики для конкретных условий.The implementation of the lateral surfaces of the truncated-conical shape allows you to adjust the smoothness of the traction characteristics and to achieve optimal traction characteristics for specific conditions by changing the angles of inclination.

На фигуре приведен разрез ЭМД, содержащего признаки, описанные как в самостоятельном, так и в зависимом пункте формулы изобретения.The figure shows a section of an EMD containing the features described both in the independent and in the dependent claim.

ЭМД содержит цилиндрический магнитопровод, состоящий из внешнего втяжного якоря и статора. Якорь состоит из жестко скрепленных между собой дисковой 1 и втягиваемой 2 частей и снабжен возвратной пружиной, не показанной на приведенном чертеже. Втягиваемая часть 2 якоря выполнена в виде кольца, а боковые поверхности кольца могут быть выполнены усеченно-коническими, а поверхность, обращенная к обмотке, выполнена под углом β к оси симметрии двигателя, где 45°≤β≤85°.EMD contains a cylindrical magnetic circuit, consisting of an external retractor armature and a stator. The anchor consists of a disk 1 and retractable 2 parts rigidly fastened together and is equipped with a return spring, not shown in the drawing. The retractable part 2 of the anchor is made in the form of a ring, and the side surfaces of the ring can be truncated-conical, and the surface facing the winding is made at an angle β to the axis of symmetry of the motor, where 45 ° ≤β≤85 °.

В состав статора входят сердечник 3, внешняя стенка 4, фланец 5, их соединяющий, и обмотка 6, уложенная вокруг сердечника. Обмотка 6 уложена вокруг цилиндрической части сердечника особым образом. Сечение ее плоскостью, проходящей через ось симметрии двигателя, представляет собой трапецию, основания которой параллельны оси двигателя, а хотя бы один из внутренних углов трапеции равен α, где 45°≤α≤85°.The stator includes a core 3, an outer wall 4, a flange 5 connecting them, and a winding 6 laid around the core. The winding 6 is laid around the cylindrical part of the core in a special way. Its cross section by a plane passing through the axis of symmetry of the engine is a trapezoid whose bases are parallel to the axis of the engine, and at least one of the internal angles of the trapezoid is α, where 45 ° ≤α≤85 °.

На чертеже приведен разрез двигателя, сечение обмотки которого выполнено в виде прямоугольной трапеции, что является технологически более выгодным по сравнению с сечением в виде обыкновенной или равнобочной трапеции.The drawing shows a section of the motor, the cross section of the winding of which is made in the form of a rectangular trapezoid, which is technologically more advantageous in comparison with the section in the form of an ordinary or equal-sided trapezoid.

Вместе с тем, в верхней части статора над обмоткой 6 внешняя боковая поверхность сердечника 3 и внутренняя боковая поверхность внешней стенки 4 выполнены с наклоном к оси симметрии двигателя. Угол наклона этих поверхностей в предлагаемом изобретении одинаков, однако могут применяться и отличные друг от друга углы наклона.However, in the upper part of the stator above the winding 6, the outer side surface of the core 3 and the inner side surface of the outer wall 4 are made with an inclination to the axis of symmetry of the motor. The angle of inclination of these surfaces in the present invention is the same, however, different angles of inclination can be used.

Расчетным путем доказано, что одинаковые величины углов наклона способствуют наиболее эффективному использованию рабочих зазоров, росту тягового усилия и наилучшему распределению магнитного потока в системе.It was proved by calculation that the same values of the angle of inclination contribute to the most efficient use of working clearances, an increase in traction and the best distribution of magnetic flux in the system.

ЭМД работает следующим образом: при подаче импульса напряжения в обмотку 6 якорь втягивается в полость магнитопровода, совершая рабочий ход. При этом усилие, создаваемое якорем, передается на нагрузку. По окончании импульса якорь возвращается в исходное положение под действием возвратной пружины. В начале движения якоря магнитный поток системы мал, поэтому вследствие того, что поверхность втягиваемой части якоря 2, обращенная к обмотке 6, выполнена под углом β к оси симметрии двигателя, в начале движения втягиваемая часть якоря 2 оказывается частично втянутой в промежуток между сердечником 3 и внешней стенкой 4 магнитопровода, тем самым уменьшая один из рабочих зазоров и обеспечивая высокое тяговое усилие даже при малом магнитном потоке. При дальнейшем движении якоря магнитный поток системы возрастает, а тяговое усилие не только не ослабевает, но и продолжает возрастать до определенного момента. Тяговая характеристика в таком случае имеет достаточно резкий синусоидальный характер, а выполнение в верхней части статора над обмоткой боковых поверхностей сердечника 3 и внешней стенки 4 усеченно-коническими, и, кроме того, выполнение в виде кольца с усеченно-коническими боковыми поверхностями втягиваемой части якоря 2 позволяет сгладить тяговую характеристику. Плавность такого сглаживания регулируется величиной углов наклона этих боковых поверхностей к оси симметрии двигателя.EMD works as follows: when a voltage pulse is applied to winding 6, the armature is drawn into the cavity of the magnetic circuit, making a working stroke. In this case, the force created by the anchor is transmitted to the load. At the end of the pulse, the armature returns to its original position under the action of a return spring. At the beginning of the movement of the armature, the magnetic flux of the system is small, therefore, due to the fact that the surface of the retractable part of the armature 2 facing the winding 6 is made at an angle β to the axis of symmetry of the motor, at the beginning of the movement, the retractable part of the armature 2 is partially drawn into the gap between the core 3 and the outer wall 4 of the magnetic circuit, thereby reducing one of the working clearances and providing high traction even with low magnetic flux. With further movement of the armature, the magnetic flux of the system increases, and the traction force not only does not weaken, but also continues to increase until a certain point. The traction characteristic in this case has a rather sharp sinusoidal character, and the execution in the upper part of the stator above the winding of the side surfaces of the core 3 and the outer wall 4 is truncated-conical, and, in addition, the execution in the form of a ring with truncated-conical lateral surfaces of the retractable part of the armature 2 allows to smooth the traction characteristic. The smoothness of such smoothing is controlled by the angle of inclination of these side surfaces to the axis of symmetry of the engine.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить экономичность двигателя и по сравнению с известными электромагнитными механизмами существенно увеличить тяговое усилие.The present invention allows to increase the efficiency of the engine and, compared with the known electromagnetic mechanisms, significantly increase traction.

Claims

1. An electromagnetic motor containing a cylindrical magnetic circuit, consisting of an external retractor armature and a stator, which includes a core, an outer wall and a winding laid around the core, characterized in that the winding is laid in such a way that its cross-section passes through the axis symmetry of the engine, it is a trapezoid whose bases are parallel to the axis of the engine, and at least one of the internal angles of the trapezoid is α, where 45 ° ≤α≤85 ° and, in addition, the surface of the retractable part of the armature facing botmotka, made at an angle β to the axis of symmetry of the engine, where 45 ° ≤β≤85 °.

2. The engine according to claim 1, characterized in that in the upper part of the stator above the winding, the outer side surface of the core and the inner side surface of the outer wall are inclined to the axis of symmetry of the motor, and the retractable part of the armature is made in the form of a ring so that the side surfaces of the ring made truncated-conical.