Способ формирования тягового усилия в поляризованной электромагнитной системе

(51)5 Е 16 К 31/02 ПАТЕНТНОЕ к . ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС (ГОСПАТЕНТ СССР АНИЕ О БРЕТЕНИ К ПАТЕНТУ,Ми- ение венное объеди еус кола ОГ ТР(56) Авторское свидетельство СССР 591648, кл, Р 16 К 31/02, 1976.Е П.Миловзоров. Электромагнитн тройства. автоматики, М,; Высшая ш 1974, с.357, рис,15,2,(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТЯГО УСИЛИЯ В ПОЛЯРИЗОВАННОЙ ЭЛЕ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЕ е.,И.по 1836597(57) Использование: в электротехнике и предназначено для создания постоянного тягового усилия на рабочем участке хода якоря, в частности для создания постоянного усилия нажима пишущего элемента при работе на носителях информации с неровностями и перекосами их поверхности. Сущность изобретения заключается в том, что в поляризованной электромагнитной системе, содержащей магнитопровод с катушками 3, постоянный магнит 4 и подвижный якорь 5, один конец 8 которого, как и соответствующий ему конец 7 агнитопровода 2, выполнен с углом скоса.Ъкорь 5 жестко закреплен на подвижном элементе 9 (на котором возможно закрепление пишущего стержня), соединенном с пластинчатыми упЮ1836597 15 постоянного магнита и обоих катушек указаны на фиг.4 через йм, Въ, Вбм, Ем и Еобм.,20 ругими элементами 10, Постоянство суммарного тягового усилия Е формируют по углу скоса, определяемого путем нахождения величины среднеарифметического значения суммы величин предварительных углов скоса, соответствующих заданному тяговому усилию, одинаковому в нескольких точках рабочего диапазона перемещения якоря, через параметры электромагнитной системы, постоянного магнита и воздействующего на якорь усилия, противодействуИзобретение относится к электротехнике и может быпгь использовано в устройствах, требующих постоянства тягового усилия, в частности, в приводах пишущих устройств графопостроителей для достижения постоянного усилия нажатия пишущего элемента на носитель информации при неровностях и перекосах поверхности носителя информации.Целью изобретения является достижение постоянства суммарного тягового усилия на рабочем участке хода якоря в поляризованной электромагнитной системе.На фиг,1 изображен общий вид поляризованной электромагнитной системы; на фиг,2 - прохождение магнитйых потоков в системе и силы, действующие на подвижную часть; на фиг,З - расположение якоря в системе; на фиг,4 - схема замещения магнитной цепи поляризованной электромагнитной системы; на фиг,5 - графическое определение суммарного тягового усилия системы в зависимости от величины смещения углового скоса якоря от соответствующего конца магнитопровода; на фиг.б - зависимость суммарного тягового усилия системы от величины смещения якоря в рабочем диапазоне перемещения,Поляризованная магнитная система поясняется конструкцией на фиг,1, содержащей корпус. 1, на котором закреплены неподвижно магнитопровод 2 с катушками 3, между которыми установлен постоянный . магнит 4. Подвижный якорь 5 размещен между концами 6 и 7 магнитопровода 2, Один конец якоря 5 выполнен с угловым скосом 8, как и соответствующий ему конец 7 магнитопровода 2, Якорь жестко прикреплен к подвижному элементу 9 (на котором может закрепляться рабочий орган, в част 25 30 35 40 ющего электромагнитному тяговому усилию и усилие, созданному магнитным потоком постоянного магнита, действующим в направлении рабочего перемещения якоря. Таким образом усилие нажима пишущего элемента на носитель информации остается постоянным и не зависит от неровности поверхности листа или его перекоса, Вычерчиоаемая линия приобретает одинаковую ширину и четкость по всей поверхности носителя информации, 6 ил. ности пишущий стержень), который через упругие элементы 10 (пластинчатая пружина) крепится к корпусу 1, Воздушные зазоры между якорем и магнитопроводом и величины смещения концов якоря от концов магнитопровода указаны на фиг,З через де, дн, д 1, Щ соответственно. Усилия, действующие на якорь, указаны на фиг,2 через Епр, Ет, Е, Еэл.м., а магнитные потоки, создаваемые током, протекающим о катушках, и постоянньил магнитом, указаны на фиг,2 через Фобм., Фо, Ф 1, Ф 2,.МаГНИтНЫЕ СОПРОтИВЛЕ- ния постоянного магнита, верхнего и нижнего воздушных зазоров, а также м,д.с. соответственно, Реализация способа происходить следующим образом,Магнитная система должна быть ненасыщена, Учитывая, что между якорем 5 и постоянным магнитом 4 воздушный зазор д(на фиг.З) достаточно мал, то пренебрегаем его магнитным сопротивлением, Учитывая, что массы подвижного элемента 9 (с пишущим стержнем), а также закрепленного на нем якоря 5 - малы, то пренебрегаем силой Ет =гп 9 (см,фиг,2), где ц - ускорение свободного падения. Верхний воздушный зазор д, процессе перемещения якоря 5 всегда равен величине смещения д 1 верхнего конца якоря относительно верхней части 6 магнитопровода 2, а нижний воздушный зазор д, образуется при смещении нижнего конца 8 якоря 5 относительно нижней части 7 магнитопровода 2. Учитывая, что конец якоря 8, как и соответстоующий ему конец 7 магнитопровода 2, выполнены со скосом на угол у к горизонтали, то величина воздушного зазора дн определяется произведением величины смещения д 2 нижнего конца 8"я д 2 соз 2 у Фо =Ф 1+Ф,(3) ляЬм+д 41 = Ф 1 - Фобм. = Фо х х д 1 + д соз ие, воэдей+ д 2соз у 5 эданное маг- постоянного лие, со шек 3,и Й =% + Фобм, = Фо х ивления упружин), уси есткости,определяют какнижнем дн и вер- .ах:45 Ю/о оз у маг(2 Гэл.м,=Гн - Гв,3;итной нем дв исоответст ц гн гового усих охождения схемой эа д при обестотавляющие т ) Гви Гн, со схемой ив (см.фиг,2) и ной на фиг,4 1 ЕНИЯ ВЕ зорах льно, и Гобм,=О, так ка 2,1 соякоря относительно нижней части 7 магнитопровода 2 на соз у, т,е. Расстояние д между верхним концом 6 магнитопровода 2 и верхней поверхностью постоянного магнита 4 должно быть больше или равно сумме величин смещений д 1 + д 2, т,е. од 1 + д 2, а расстояние 1 меж ду концом 7 магнитопровода 2 и нижней поверхностью постоянного магнита 4 не должно превышать расстояния б, т,е. 1д. Размер боковой поверхности якоря, обращенной к постоянному магниту 4, определя ется по формуле: где пм - размер магнита 4 по вертикали, 20Плоские пружины 10, с которыми соединен подвижный элемент 9 с якорем 5, подбирают так, чтобы полностью компенсировать усилие притяжения якоря к постоянному магниту 4, что предотвратит 25 прилипание якоря 5 к торцевой поверхно сти постоянного магнита 4.Общий вид выражения для сил, под действием которых осуществляется перемещение якоря, определяется по формуле: Г =Гэл,м. Гпр(1 где Г - суммарное тяговое уствующее на якорь;Гэл.м. - тяговое усинитными потоками катумагнита 4;Гпр.=К д 1 - усилие сопрругих элементов 10 (плоскихлию Гэл.м,где К - коэффициент жТяговое усилие Гэл.м.разность тяговых усилий вхнем дв воздушных зазор где Гв, Гн - тяговые усилия в вер нижнем дн воздушных зазорахс2 вен но. Определим со лия в выражении ( В соответстви магнитных потоко мещения приведе ценных катушках,1=О, а следова Гобм.=Я, где - ток, протекающий в последовательносоединенных катушках 3 фиг,1; ЧЧ - суммарное число витков обоих катушек 3 фиг.1 исоотношении находим поток постоянного магнита: где Ф 1 =Фопотоквэад 2 соз уд 1 + д 2 соз узоре д, от постоянного магнита;% =Фод 1поток в.эад 1 + д 2со зузоре дн от постоянного магнита.Результирующее значение потоков в воздушных зазорах дв и д н, создаваемых постоянным магнитом 4 и катушками 3 при движении якоря 5 в направлении рабочего перемещения иэ верхнего крайнего положения в нижнее: Ф ф оХЕ1 обм.Кв (д 1+д 2 соз уитный поток, созданный катушкаК - коэффициент рассеяния мепи для потока катушек 3;,ио - магнитная постоянная;Яз - площадь поперечного сеего воздушного зазора д,.Тяговые усилия в воздушныи дн(7) эл, м =Еп - Ра г со х 3 ( озг у -15 д 1+д 2соз у) оз -1 (8)озгу) г,0 Об реднеи также с а 52 кг(д 1 +Подставив (8) всуммарного тяговогощего на якорь:, ЧЧ) 2+ 1 г д 1+ Рпост(13) приводим получ нение (10) к виду ное биквадратное ура В с 4- а соз у+ решая которое о углы у в рабочем якоря: с= ределяем проме иапаэоне пере чные ения 5) 1,и =агсс а Уг и - агссоэ- 2 аовый номер на где 1, 2 - поряд значения угла у;и - номер ра диапазоне . пере ого аб четнои точк ещения якор Иэ форм. (2), (4), (5), (6) и (7) определяемтяговое усилие Еэа.ц,.(д 1 +дгсоз у) 2 РФ, созгуЧЧ д 1 + К (- К д 1 (9) Для Перемещения якоря 5 из рабочего 40 положения в исходное верхнее крайнее положение необходимо изменить направление протекания тока в катушках 3, в результате чего усилие Еэл.м. изменит знак на противоположный, т,е. теперь направле-ние его действия совпадет с направлением действия усилия плоских пружин 10, и под действием этих двух усилий якорь переместится в верхнее нерабочее положение.Преобразовав полученное уравнение (9) с неизвестной величиной соз у, находим выражение для определения промежуточных величин угла у скоса якоря 5 для каждой расчетной точки в рабочем диапазоне .перемещения якоря 5 по параметрам магнитной системы (4 Ъ, д 1, д 2, , ЧЧ, Ят;К;) известной характеристике плоских пружин (Рпр,"к д 1) и заданному постоянному тяговому усилию Епост которое принимаем равным Р в каждой расчетной точке,( - сЯ сЯ Кг, - 2 ио 3 духХ.К( Кд 1 + Рпост. ) )СОЗ у ++(гЯ д% Кг+2 ФЧЧ К х Х 74 о Яр (д 1+д 2) - 4,ио Я Кгх дд 2( Кд 1 + Рпост, ) + ио х х /4 оЯр(ЧЧ ) + д 12 хх Кг. (К д 1+Рпост. =0 (1 значая коэффициенты, стоящиевестной величиной соз у, созободный член, как оЗр (д 1 + дг ) - 4 ио пост ) + йоЗ у(ЧЧ ) =,ио Я (иоЯ ()и = агссов где уо - велич скоса якоряа,Ь,с - ко уравнения Евах ЕпО 4Епост ина предварительного фициенты биквадратно д ПЕ сов у+ В соз 2 0(К д 1+Епост ) х Я.-,Из всех найДенных Углов У 1,о и 72,о отбираются углы, величина которых меньше 90 о.Искомый угол скоса одного иэ концов 8 якоря 5 и соответствующей ему части 7 магнитопровода 2 определяем как среднеарифметическое значение найденных углов СКОСа У 1,о ИЛИ У 2,о, ЕСЛИ УГЛЫ 71,п И У 2.о определены во всех расчетных точках в рабочем диапазоне 1 перемещения якоря 5,глгде гп - количество расчетных точек на рабочем диапазоне 1 перемещения якоря 5.Как видно из решения, в качестве искомого угла у скоса якоря 5 можно выбрать любой из найденных углов у 1 или у 2. ОдНаКО ЕСЛИ ХОТЬ ОДИН ИЗ УГЛОВ У 1,о ИЛИ У 2,о хоть в одной точке рабочего диапазона 1 перемещения якоря определить невозможно, то тогда будет существовать только один угол скоса якоря 5 у 1 или У 2. Пусть, например, невозможно определить угол у 2,1, т,е, нет решения выражения (16), то считаем, что СРЕДНЕаРИфМЕтИЧЕСКОЕ ЗНаЧЕНИЕ Уср 2 Н Е определено, и будет найден только один искомый угол у 1 скоса якоря 5.Углы у 1 и у 2 будут иметь оптимальное значение, так как суммарное тяговое усилие в процессе перемещения якоря 5 в рабочем , диапазонебудет принимать величины, наиболее близкие к заданной величине постоянного тягового усилия Еоост. Погрешности отклонения суммарного тягового усилия от заданного постоянного определяются по формулам: и пост, 100 о (20)Епост где Егп 1 о, Егорах - соответственно, минимальная и максимальная величины суммарного тягового усилия в рабочем диапазоне 1 перемещения якоря,При отклонении угла скоса у якоря 5 (принятого равным у 1 или у 2) от оптимального значения, одна из погрешностей Ь 1 или Ь 2 будет уменьшаться, а вторая возрастать, что приведет к большему отклонению суммарного тягового усилия от заданного постоянного тягового усилия. Величины Егпах и ЕП 1,о можно определить, графически построив зависимостиусилий Еал.м. и Епр. от перемещения якоря 5,из которых находят суммарное тяговое уси 5 лие Е: как Еал.м. - Епр, и, построив зависимость Еот перемещения якоря д 2,определяют искомые величины Егпах и Евп Впределах рабочего диапазона Е перемещения якоря 5 (см,фиг,5, фиг,б),10 Для более точного определения угла ускоса якоря 5 и соответствующей ему части7 магнитопровода 2 необходимо учитыватьмагнитное сопротивление воздушного зазора дз и силу Е воздействующую на по 15 движный элемент 9 с якорем 5.Таким образом предложенный способформирования тягового усилия поляризованной электромагнитной системы позволяет достичь постоянства суммарного20 тягового усилия с оптимальной погрешностью отклонения его от заданной величины,Формула изобретенияСпособ формирования тягового усилияв поляризованной электромагнитной систе 25 ме с втяжным якорем с коническим стопом,в которой втяжной якорь находится под суммарным воздействием потока постоянногомагнита и возвратной пружины, причем величину угла скоса конического стопа втяжЗО ного якоря определяют в зависимости от. заданного тягового усилия, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что при постоянном тяговом усилии, втяжной якорь последовательно перемещают из исходного положен тя в рабочееЗ 5. и определя 1 от предварительную величинуугла скоса в каждой из заранее заданныхточек перемещения, при этом величин,предварительного угла скоса определяютпо формуле:40 Ь=гй дК 2,+2 ф.Ю х КРоЯр (д 1+А) - 4 С+д 1 2 К (К д 4+ Рпост,)3 в д д 2 - величины смещения концов якоря Относительно концов мэгнитопровода;Кс- коэффициент рассеяния магнитной цепи для потока катушек;-ток, протекающий в последовательно соединенных катушках;Я - суммарное число витков обоих катушек;ее Ят- - площадь поперечного сечения верхнего воздушного зазора, образованного прямыми торцевыми поверхностями якоря и магнитопровода;5 ро - магнитная постоянная;Фо - магнитный поток постоянного магнита;К - коэффициент жесткости упругогоэлемента;10 Рпост - постоянное заданное тяговоеусилиеи находят величину действительного угла скоса втяжного якоря по среднеарифметическому значению суммы величин предва рительных углов скоса,1836597 Е волн Гау,Рм 2 хомор орректор А, Обручар ен едакто при ГКНТ СССР зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 аказ 3016 ВНИИПИ Государств 1оставитель ехред М.Мо Тираж Подписноеного комитета по изобретениям и открыти35, Москва, Ж, Раушская наб 4/5