Электромагнит грузоподъемного устройства
Магнитные удерживающие механизмы нашли широкое применение во многих промышленных
технологических установках для захвата грузоподъемными устройствами, фиксации на обрабатывающих станках, транспортировки изделий из ферромагнитных материалов. Для этих целей используются электромагниты постоянного или переменного тока, а также различные конструкции с постоянными магнитами с шунтированием магнитного потока или управлением импульсными токовыми катушками.
Электромагниты грузоподъемных устройств состоят из корпуса /, выполняющего функции магнитопровода и изготовленного из стали с высокой магнитной проницаемостью и высокой механической прочностью, катушки электромагнита 2, которая крепится герметично в корпусе при помощи немагнитной шайбы 3. Конструктивно электромагниты выпускают круглыми, вытянутыми, прямоугольными, многополюсными в зависимости от целевого назначения.
Удерживающее устройство с магнитным шунтированием
Для улучшения магнитного контакта с неровными поверхностями и увеличения силы притяжения полюса электромагнита снабжаются "плавающими" ферромагнитными башмаками. Исходными для расчета являются сила притяжения (грузоподъемность устройства), воздушный эквивалентный зазор между полюсами электромагнита и притягиваемой деталью, магнитные свойства детали. Так как в рабочем состоянии электромагнита потоки рассеяния невелики, то расчеты с достаточной точностью производятся с использованием эквивалентных схем магнитной цепи.
Удерживающее устройство на постоянных магнитах с использованием магнитного шунтирования для расцепления с грузом показано на рис. Оно состоит из неподвижного магнита 1, подвижного магнита 2 с магнитомягкими полюсами сегментной формы 3, магнитомягких полюсов 4 с сегментными проточками и рычага 5, которым производится поворот магнита 2. На рисунке изображено рабочее положение магнита 2. При повороте на 180° магнит 2 шунтирует поток магнита I и груз к полюсам не притягивается.
Удерживающее устройство на постоянных магнитах, управляемое с помощью перемагничивания
На рис. изображено удерживающее устройство на постоянных магнитах, у которого для управления притягиванием и отпусканием используется перемагничивание магнита импульсом тока в катушке. Устройство имеет два кольцевых постоянных магнита 4,9, которые крепятся между двумя полюсными наконечниками 3, 10 из магнитомягкой стали с помощью немагнитных винтов 5. На каждый постоянный магнит надеты на каркасе катушки перемагничивания 2, 6. Защита катушек от повреждений осуществляется немагнитными листами 1, 7, 8. Для захвата устройство опускается на груз, затем через катушки 2 пропускается импульс тока так, чтобы намагнитить до насыщения постоянные магниты 4 и 9. Магнитные потоки магнитов замкнутся через груз, и он притянется. Для отпускания груза магнитный поток гасится путем перемагничивания одного из магнитов импульсом тока обратного направления.
Радиальная электромагнитная опора
Магнитные опоры и подшипники. На рис. изображена радиальная электромагнитная опора, где в качестве активных элементов выступают четыре электромагнита с Ш-образиыми сердечниками 1 и катушками 2, расположенными симметрично по окружности в немагнитной оправке 4. Жестко закрепленная оправка с электромагнитами помещена в стакан 3 из магнитомягкого материала, который с помощью немагнитного диска 5 скреплен с подвижной частью опоры. Принцип действия заключается в следующем. При появлении сигнала с датчика положения подается ток в катушку электромагнитов и возникает сила магнитного притяжения к стакану со стороны, противоположной направлению перемещения. Стакан со скрепленным с ним удерживаемым устройством возвращается в центральное положение.
Существенным преимуществом электромагнитных опор представляется возможность регулировать жесткость (производную силы по перемещению) изменением силы тока, а также возможность независимого построения радиальных и осевых опор.
Осевая электромагнитная опора
Последнее вызывает большие трудности при использовании постоянных магнитов в магнитостатических опорах.
Осевая электромагнитная опора состоит из двух кольцевых магнитопроводов I, в пазах которых помещены катушки 2. На валу устройства жестко закреплен диск 3 из магнитомягкого материала, расположенный в центре зазора между симметричными секциями электромагнита. При смещении вала вдоль оси в катушку, от которой удаляется диск 3, подается ток. Возникающий магнитный поток замыкается по магнитопроводу и диску, и появляется сила, действующая в противоположную сторону от смещения. Вал возвращается в исходное положение. Питание обмоток электромагнита осуществляется от источника, управляемого сигналами датчиков положения.
Радиальные магиитостатические подшипники. Существует большое многообразие предложений по построению магнитных опор и подшипников на постоянных магнитах. На рис. 36.8 приведена конструкция радиального магнитостатического подшипника, состоящая из намагниченных по радиусу кольцевых магнитов 1, 2, 3 из высококоэрцитивиого материала, армированных тонкими кольцевыми концентраторами 4—9 магнитного потока из магнитомягкого материала. Центральная секция закреплена на валу 10 удерживаемого устройства, а боковые секции крепятся к корпусу и неподвижны. Магнитные потоки, созданные постоянными магнитами, замыкаются в малых зазорах между боковыми поверхностями концентраторов. В симметричном положении результирующая сила на центральную секцию равна нулю. При радиальном смещении в зазорах возникают радиальные составляющие индукции, которые вызывают не скомпенсированную радиальную силу притяжения, возвращающую подшипник в симметричное исходное положение. Такая конструкция обладает высокой жесткостью к радиальным смещениям, однако неустойчива к осевым смещениям, так как малые осевые смещения приводят к образованию осевых сил, действующих в направлении смещения.
Радиальный магнитостатический подшипник
Синхронные магнитные и электрические механизмы предназначены для передачи механической энергии бесконтактным способом посредством сил магнитного взаимодействия, возникающих при прохождении магнитного потока через ферромагнитные элементы механизма. Практически все механические схемы механизмов могут быть выполнены бесконтактно с использованием сил магнитного притяжения. На рис. изображена радиальная магнитная муфта, у которой магнитный поток создается кольцевым постоянным магнитом 1, армированным зубчатыми дисками из магнитомягкого материала. Магнит закреплен на валу 5. На валу 6 крепится магнитомягкий стакан 4 с зубчатой насечкой на внутренней поверхности с шагом, соответствующим шагу зубцов на дисках. Между зубчатыми поверхностями существует воздушный зазор, достаточный для установки герметизирующих кожухов, экранов и т. п. Передача механической энергии вращения осуществляется за счет сил притяжения между зубцами диска и стакана, возникающих при их угловом смещении одного относительно другого. В магнитной муфте вместо магнита может быть использована катушка с током. Источник магнитного поля (постоянный магнит, катушка) в различных конструкциях располагают как на ведущем, так и на ведомом валу, а также в неподвижном состоянии вне муфты.
Примеры исполнения редукториых магнитных механизмов цилиндрического и червячного типов приведены на рис. От соответствующих механических устройств они отличаются воздушным зазором между ведущим и ведомыми узлами и наличием постоянного магнитного поля.
Радиальная магнитная муфта 1 — кольцевой постоянный магнит; 2 — зубчатые диски из магнитомягкого материала; 4 — внешний зубчатый стакан из магнитомягкого материала; 5 — ведущий вал; 6 — ведомый вал
Редукторный зубчатый магнитный механизм 1 — цилиндрический постоянный магнит; 2, 3 — ведущие зубчатые диски; 4 — ведомый зубчатый диск
Редукторный червячный магнитный механизм
1 — постоянный магнит; 2 — зубчатые диски из магнитомягкого материала; 3 — червяк из магнитомягкого материала
Электромагнитная фокусирующая система с протяженной рабочей зоной I — катушка электромагнита; 2 — торцевые полюса; 3 — магнитопровод; 4 — рабочая зона
Фокусирующие магнитные системы.
Система с постоянными магнитами ступенчатого вида для фокусировки электронных пучков показана на рис. Она состоит из протяженного рабочего зазора 1, в который помещается прибор, окруженный ступеннитомягкого материала. Ступенчатый внутренний профиль магнитов и их высота рассчитываются таким образом, чтобы обеспечить заданные уровень и однородность поля. С помощью электромагнита подобная задача решается использованием соленоида, армированного магнитопроводом и внутренними полюсами на торцах. При создании однородных полей часто используют скобообразные наконечники из магнитомягкого материала, как показано на рис. Это позволяет достичь необходимого эффекта без профилирования магнитов, что оказывается более технологичным.
Недостаток однонаправленных систем с постоянными магнитами в малом абсолютном уровне напряженности поля, который ограничивается большой длиной зазора. Принимая во внимание, что фокусирующий эффект сохраняется при изменении направления вектора напряженности поля на противоположное, значение напряженности поля удается повысить за счет использования реверсных и периодических систем.
На рис. изображена магнитная периодическая фокусирующая система. Она состоит из ряда чередующихся полярностью кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью. Между магнитами вставляются магнитомягкие кольцевые полюса. Регулируя соотношение размеров полюсов, добиваются необходимого закона распределения поля на оси.
Фокусирующая система ступенчатого типа 1 — рабочая зона; 2 — постоянные магниты; 3 — магнитопроводы
Фокусирующая система с постоянными магнитами со скобообразными наконечниками 1 — наконечники; 2 — постоянные магниты; 3 — магнитопровод
Электромагнит с подвижными полюсами 1 — катушки электромагнита; 2 — магнитопровод; 3 — подвижные полюса
