Електромагнітний вібратор

Електромагнітний вібратор, який містить магнітопровід, що включає корпус, торцевий фланець із нерухомим осердям і прохідний фланець; розташовані усередині корпусу рухливий елемент і 38755 Відомо про електромагнітний вібратор (див.: А.с. № 1614856 СРСР, МПК В06В1/04, 1987), який містить магнітопровід з обмоткою збудження, рухливий якір, встановлений на пружних елементах і розташований із зазором щодо полюсів магнітопроводу, і магнітну рідину у робочому зазорі між якорем і полюсами магнітопроводу. Наявність магнітної рідини у робочому зазорі дозволяє знизити втрати на розсіювання магнітного потоку у робочому зазорі, оскільки відносна магнітна проникність магнітної рідини сягає декількох одиниць. Крім того, перетікання магнітної рідини крізь отвори, виконані у якорі, дозволяє зменшити коливання величини магнітного опору робочого зазору. Проте властивістю даного пристрою також е підвищені втрати електромагнітної енергії на вихрові струми і перемагнічування. Як прототип обрано електромагнітний вібратор (див.: А.с. 1616716 СРСР, МПК В06В1/04, 1988), який містить рухливий якір, виконаний у вигляді феромагнітного стержня, осердя з обмотками збудження і полюсами, які охоплюють якір із бічної та торцевої поверхонь. Для збудження зусиль змінного знаку його обладнано постійним магнітом, закріпленим на торці якоря, і замкнутим провідним витком, розташованим на одному із полюсів, які примикають до бічної поверхні якоря. Проте прототип має підвищені втрати електромагнітної енергії на вихрові струми і перемагнічування, а також містить додаткові елементи конструкції, які забезпечують збудження зусиль змінного знаку. У основу винаходу поставлено задачу удосконалення електромагнітного вібратору, зміна конструкції якого забезпечує зниження втрат електромагнітної енергії та збільшення за рахунок цього к.к.д. пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що в електромагнітному вібраторі, який містить магнітопровід, що включає корпус, торцевий фланець із нерухомим осердям і прохідний фланець; розташовані усередині корпусу р ухливий елемент і обмотку збудження із каркасом, і магнітну рідину, розташовану між рухливим елементом і полюсами магнітопроводу, відповідно до винаходу р ухливий елемент виконано із немагнітного матеріалу у вигляді поршня зі штоком, причому з боку штокової порожнини по периметру поршня виконано кільцевий бурт, поршень встановлено з утворенням кільцевого зазору між боковою поверхнею поршня і внутрішньою поверхнею каркасу обмотки збудження, на прохідному фланці виконано додаткове осердя, а магнітна рідина розміщена між рухливим елементом і нерухомим осердям. Порівняльний аналіз рішення за винаходом із прототипом показує, що запропонований пристрій відрізняється від відомого тим, що: рухливий елемент виконано із немагнітного матеріалу у вигляді поршня зі штоком; із боку штокової порожнини по периметру поршня виконано кільцевий бурт; поршень встановлено з утворенням кільцевого зазору між боковою поверхнею поршня і внутрішньою поверхнею каркасу обмотки збудження; на прохідному фланці виконано додаткове осердя; магнітна рідина розміщена між рухомим елементом і нерухомим осердям. Виконання рухливого елемента із немагнітного матеріалу у вигляді поршня зі штоком дозволяє використовува ти для створення змінного механічного зусилля ефект левітації немагнітного тіла в магнітній рідині, яка знаходиться у неоднорідному магнітному полі. Надлишковий тиск, який створюється під дією неоднорідного магнітного поля і діє на занурене в магнітну рідину немагнітне тіло, може сягати величини порядку 1 кГ/см 2 для існуючих у даний час магнітних рідин (намагніченість насичення до 100 кА/м) і електромагнітів (магнітна індукція до 1 Т). Тому штовхаюче з усилля, яке діє на занурений у магнітну рідину немагнітний рухливий елемент, може сягати для запропонованого пристрою декількох десятків кілограмів. Виконання кільцевого бурту по периметру поршня з боку штокової порожнини необхідно для запобігання уносу магнітної рідини з робочого зазору у штокову порожнину, тому що необоротний унос магнітної рідини призводить до зменшення штовхаючого зусилля. Встановлення поршня з утворенням кільцевого зазору між боковою поверхнею поршня і внутрішньою поверхнею каркасу обмотки збудження дозволяє здійснювати самоцентрівку поршня і розміщати надлишок магнітної рідини, яка витискається поршнем при його прямуванні униз. Виконання на прохідному фланці додаткового осердя дозволяє зменшити повітряну частину робочого зазору і тим самим збільшити магнітну індукцію у робочому зазорі та штовхаюче зусилля. Розміщення магнітної рідини між рухливим елементом і нерухомим осердям дозволяє використовувати магнітну рідину в якості якоря, що у свою чергу дозволяє: знизити втрати електромагнітної енергії на вихрові струми, величина котрих обернено пропорційна питомому електричному опорові. Питомий електричний опір магнітних рідин на основі мінеральних олій складає 1012…1014 Ом.м, у той час, як у електротехнічних сталей, які застосовуються для виготовлення якоря, він складає 10-7…10-6 Ом.м; знизити втрати електромагнітної енергії на розсіювання у робочому зазорі, оскільки магнітна рідина має відносну магнітну проникність порядку декількох одиниць; знизити втрати електромагнітної енергії на перемагнічування, оскільки магнітна рідина є безгістерезисним магнітом'яким матеріалом; стабілізувати магнітний опір робочого зазору, оскільки топографія магнітного поля протягом одного періоду коливань струму змінюється незначно. На фіг. 1 схематично зображено електромагнітний вібратор у ста тичному стані, подовжній розтин; на фіг. 2 - електромагнітний вібратор при максимальному відхиленні рухливого елементу від нерухомого осердя. Електромагнітний вібратор містить магнітопровід, який включає корпус 1, торцевий фланець 2 із нерухомим осердям 3 і прохідний фланець 4; розташовані усередині корпусу 1 немагнітний рухливий елемент у вигляді поршня 5 зі штоком 6 і обмотку збудження 7 із каркасом 8. З боку штокової порожнини по периметру поршня 5 виконано кільцевий бурт 9. Поршень 5 встановлено з утворенням кільцевого зазору δ між боковою поверхнею поршня 5 і внутрішньою поверхнею каркасу 8. На прохідному фланці 4 виконано додаткове осер 2 38755 дя 10. Між нерухомим осердям 3 і рухливим елементом 5 розміщено магнітну рідину 11 і обмежувач 12 ходу поршня 5, який виконано з еластичного матеріалу. Між рухли вим елементом 5 і додатковим осердям 10 також встановлено обмежувач 13 ходу поршня 5, який також виконано з еластичного матеріалу. При відсутності струму в обмотці 7 рухливий елемент 5 перебуває на обмежувачі 12. Магнітна рідина 11 заповнює вільний об'єм між нерухомим осердям 3 і поршнем 5, а також кільцевий зазор δ. Електромагнітний вібратор працює таким чином. При подачі змінного струму, який живить обмотку збудження 7, магнітний потік, який замикається по корпусу 1, торцевому 2 і прохідному 4 фланцям, нерухомому 3 і додатковому 10 осердям, періодично змінюється за величиною і напрямком, у результаті чого сила електромагнітного притягання, яка діє на магнітну рідину 11, пульсує від нуля до максимального значення з подвоєною частотою стосовно частоти живлячого стр уму. Нульовому початковому значенню сили струму відповідає початковий статичний стан поршня 5, який перебуває на обмежувачі 12, і магнітної рідини 11, яка заповнює вільний об'єм між нерухомим осердям 3 і поршнем 5, а також зазор δ. При зростанні сили струму в обмотці збудження 7 магнітна рідина 11, яка знаходиться в зазорі 8 між поршнем 5 і внутрішньою поверхнею каркасу 8, притягається до нерухомого осердя 3 і концентрується в області з найбільшим градієнтом магнітної індукції. Надлишковий тиск, який виникає у магнітній рідині 11 під дією неоднорідного магнітного поля, створює штовхаюче зусилля, яке діє на рухомий поршень 5 зі штоком 6. Рухли вий поршень 5 починає рухати ся. Виштовхуюча сила сягає максимального значення при максимальному значенні сили струму в обмотці 7. Поршень 5 продовжує рух по інерції до повної зупинки, при цьому його відхилення від початкового положення сягає максимального значення (див. фіг. 2). Наступне зменшення сили струму в обмотці 7 призводить до зменшення виштовхуючої сили і руху поршня 5 в зворотному напрямку під дією сили тяжіння. При досягненні нульового значення сили струму поршень 5 сягає свого початкового положення і продовжує рух по інерції, деформуючи обмежувач 12, до повної своєї зупинки. Наступне підвищення сили струму в обмотці 7 і пружна реакція з боку обмежувача 12 призводять до появи виштовхуючої сили, після чого цикл повторюється. Таким чином, магнітна рідина 11 виконує функцію якоря, створюючи періодичне механічне зусилля і забезпечуючи вібрацію немагнітного поршня 5. Додаткове осердя 10, яке виконано на прохідному фланці 4, забезпечує концентрацію магнітного потоку в робочому зазорі між осердями 3 і 10. що призводить до збільшення штовхаючого зусилля. Бурт 9, який виконано по периметру поршня 5 із боку штокової порожнини, запобігає уносу магнітної рідини 11 із робочого зазору в штокову порожнину і забезпечує самоцентрівку поршня 5. Обмежувач 13, який встановлено між поршнем 5 і додатковим осердям 10, необхідний для запобігання механічного контакту між буртом 9 і додатковим осердям 10 при перехідних режимах роботи. Використання винаходу забезпечує зниження втрат електромагнітної енергії і збільшення за рахунок цього к.к.д. вібратора на 2-5% порівняно із прототипом та іншими відомими пристроями. Фіг. 1 3 38755 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4