RU2260221C2 - Short-run dc electromagnet - Google Patents

Abstract

FIELD: electromechanics; short-run dc plunger electromagnets.

SUBSTANCE: proposed dc electromagnet has plunger, insulated-wire coil, casing, and fixed core. Novelty is that butt-end surfaces of both plunger and fixed core are made in the form of convex truncated conical surfaces, where ratio of truncated-cone upper diameter d_up to plunger diameter d is 0.7 ≤ d_up/d < 1.

EFFECT: enhanced speed at same size and mass.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электромеханике, в частности к конструкции короткоходового электромагнита постоянного тока с втяжным якорем, который может быть использован в качестве исполнительного элемента в автоматизированных системах, где требуется повышенное быстродействие, например в качестве топливной электромагнитной форсунки в электронной системе управления двигателем внутреннего сгорания автомобилей.The invention relates to electromechanics, in particular to the design of a short-stroke DC electromagnet with a retractable armature, which can be used as an actuating element in automated systems where high speed is required, for example, as a fuel electromagnetic nozzle in an electronic control system for an automobile internal combustion engine.

Известны электромагниты постоянного тока [а], в которых для уменьшения времени срабатывания величину хода якоря снижают до минимально возможной величины. При этом соотношение величины рабочего воздушного зазора электромагнита к диаметру якоря составляет δ/d≤0,05.Known DC electromagnets [a], in which to reduce the response time, the value of the armature stroke is reduced to the minimum possible value. The ratio of the working air gap of the electromagnet to the diameter of the armature is δ / d≤0.05.

Такая конструкция позволяет обеспечить минимальное время движения якоря при срабатывании электромагнита, что особенно важно для его надежной работы в качестве исполнительного элемента автоматизированных систем, однако недостатком является большое общее время срабатывания.This design allows you to ensure the minimum time of movement of the armature during the operation of the electromagnet, which is especially important for its reliable operation as an actuating element of automated systems, however, the disadvantage is the large total response time.

В качестве прототипа предлагаемого устройства используется известная из [б] конструкция электромагнита, торцевые поверхности якоря и неподвижного сердечника которого выполняются плоскими. Это позволяет получить минимальную магнитную проводимость рабочего воздушного зазора, что увеличивает тяговое усилие электромагнита при малых (δ/d≤0,05) рабочих зазорах.As a prototype of the proposed device, the design of the electromagnet known from [b] is used, the end surfaces of the armature and the fixed core of which are made flat. This allows you to obtain the minimum magnetic conductivity of the working air gap, which increases the traction force of the electromagnet at small (δ / d≤0.05) working gaps.

Недостатком известной конструкции электромагнита является недостаточное тяговое усилие и, как следствие, невысокое быстродействие при малых ходах якоря из-за значительной магнитной проводимости рабочего воздушного зазора, величина которой обусловлена площадью плоского торца якоря и неподвижного сердечника. Снижение магнитной проводимости рабочего зазора, определяемой площадью рабочего зазора, за счет уменьшения диаметра якоря невозможно, т.к. в этом случае возрастает магнитное сопротивление якоря, что приводит к уменьшению общего магнитного потока в электромагните, его тягового усилия и увеличению времени срабатывания.A disadvantage of the known design of the electromagnet is insufficient traction and, as a result, low speed at low travel of the armature due to the significant magnetic conductivity of the working air gap, the value of which is due to the area of the flat end face of the armature and the fixed core. The decrease in the magnetic conductivity of the working gap, determined by the area of the working gap, by reducing the diameter of the armature is impossible, because in this case, the magnetic resistance of the armature increases, which leads to a decrease in the total magnetic flux in the electromagnet, its traction and increase in response time.

Задачей изобретения является создание короткоходового электромагнита повышенного быстродействия при сохранении его габаритов и массы.The objective of the invention is the creation of a short-stroke electromagnet of high speed while maintaining its dimensions and mass.

Поставленная задача решается тем, что в короткоходовом электромагните с соотношением величины рабочего воздушного зазора электромагнита к диаметру якоря δ/d≤0,05 уменьшена магнитная проводимость рабочего воздушного зазора. Уменьшение магнитной проводимости получено выполнением торцевых поверхностей якоря и неподвижного сердечника в виде выпуклых усеченных конических поверхностей с соотношением верхнего диаметра d_в усеченного конуса к диаметру d якоря 0,7≤d_в/d<1.The problem is solved in that in a short-stroke electromagnet with a ratio of the magnitude of the working air gap of the electromagnet to the diameter of the armature δ / d≤0.05, the magnetic conductivity of the working air gap is reduced. Reducing permeance obtained by performing the end surfaces of the armature and the fixed core in the form of a convex truncated conical surfaces with the upper diameter ratio d _{in the} truncated cone to the diameter d of the armature 0,7≤d _in / d <1.

На чертеже схематически изображен общий вид электромагнита в разрезе.The drawing schematically shows a General view of an electromagnet in section.

Электромагнит постоянного тока содержит втягивающийся якорь 1, обмотку из изолированного провода 2, корпус 3 и неподвижный сердечник 4. Торцевые поверхности как якоря 1, так и неподвижного сердечника 4 выполнены в виде выпуклых усеченных конических поверхностей с соотношением верхнего диаметра d_в, усеченного конуса к диаметру d якоря 0,7≤d_в/d<1.The DC electromagnet contains a retractable armature 1, a winding from an insulated wire 2, a housing 3 and a fixed core 4. The end surfaces of both the armature 1 and the fixed core 4 are made in the form of convex truncated conical surfaces with a ratio of upper diameter d _in , truncated cone to diameter d anchors 0.7≤d _in / d <1.

При включении электромагнита по обмотке 2 протекает ток, создающий магнитный поток, который, проходя через рабочий воздушный зазор, создает тяговое усилие. Усилие электромагнита зависит от проводимости рабочего воздушного зазора. При прочих равных условиях на малых рабочих зазорах (δ/d≤0,05), наибольшим усилием и повышенным быстродействием при включении обладает электромагнит с минимальной магнитной проводимостью рабочего зазора.When the electromagnet is turned on, a current flows through the winding 2, creating a magnetic flux, which, passing through the working air gap, creates traction. The force of the electromagnet depends on the conductivity of the working air gap. All other things being equal, at small working gaps (δ / d≤0.05), the electromagnet with the minimum magnetic conductivity of the working gap has the greatest effort and increased speed when turned on.

Магнитная проводимость рабочего воздушного зазора уменьшена путем выполнения торцевых поверхностей якоря 1 и неподвижного сердечника 4 в виде выпуклых усеченных конических поверхностей с соотношением верхнего диаметра d_в усеченного конуса к диаметру d якоря 0,7≤d_в/d<1. Благодаря этому возрастает усилие на малых рабочих зазорах, что приводит к сокращению времени срабатывания короткоходового электромагнита. Ограничение соотношения d_в/d обусловлено тем, что, как установлено расчетными исследованиями, уменьшение соотношения с 1 до 0,7 приводит к повышению быстродействия электромагнита, а уменьшение его ниже 0,7 существенно снижает рабочий магнитный поток, уменьшает тяговое усилие, что препятствует увеличению его быстродействия.The magnetic conductivity of the working air gap is reduced by performing the end surfaces of the armature 1 and the fixed core 4 in the form of convex truncated conical surfaces with a ratio of the upper diameter d _{in the} truncated cone to the diameter d of the armature 0.7 ≤ d _in / d <1. Due to this, the force increases at small working gaps, which leads to a reduction in the response time of the short-stroke electromagnet. The limitation of the ratio d _in / d is due to the fact that, as established by computational studies, a decrease in the ratio from 1 to 0.7 leads to an increase in the speed of the electromagnet, and a decrease below 0.7 significantly reduces the working magnetic flux, reduces traction, which prevents an increase its performance.

Источники информацииSources of information

а) Система управления двигателем Motronic, Издатель: Роберт Бош Gmbll, 1994, Почтовый ящик 30 02 20 D-70442 Штутгарт, с.21-22.a) Motronic Engine Management System, Publisher: Robert Bosch Gmbll, 1994, Mailbox 30 02 20 D-70442 Stuttgart, pp.21-22.

б) Любчик М.А. Силовые электромагниты аппаратов и устройств автоматики постоянного тока, М., «Энергия», 1968, с.124.b) Lyubchik M.A. Power electromagnets of apparatuses and devices for DC automation, M., "Energy", 1968, p.124.

Claims (1)

Короткоходовый электромагнит постоянного тока с соотношением рабочего воздушного зазора к диаметру якоря δ/d≤0,05, содержащий втягивающийся якорь, обмотку, корпус и неподвижный сердечник, отличающийся тем, что магнитная проводимость рабочего воздушного зазора уменьшена выполнением торцевых поверхностей якоря и неподвижного сердечника в виде выпуклых усеченных конических поверхностей с соотношением верхнего диаметра d_в усеченного конуса к диаметру d якоря 0,7≤d_в/d<1.Short-stroke DC electromagnet with a ratio of the working air gap to the diameter of the armature δ / d≤0.05, containing a retractable armature, winding, body and fixed core, characterized in that the magnetic conductivity of the working air gap is reduced by making the end surfaces of the armature and the fixed core in the form convex truncated conical surfaces with a ratio of the upper diameter d _{in the} truncated cone to the diameter d of the armature 0.7 ≤ d _in / d <1.