1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28615
(51) H02K 44/16 (2006.01)
H02K 33/10 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0773.1
(22) 07.06.2013
(45) 16.06.2014, бюл. №6
(72) Кругликов Алексей Прохорович
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Казахский
национальный технический университет им.
К.И. Сатпаева" Министерства образования и науки
Республики Казахстан
(56) Малова А.Т. Электромагнитные молоты.
Новосибирск: Наука, 1979, с.269
(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ
МЕХАНИЗМОВ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
(57) Электромагнитная система для механизмов
ударного действия. Основной областью применения
этой системы являются механизмы и машины
ударного действия с возвратно-поступательным
движением.
Техническая задача, решаемая с помощью
предлагаемого изобретения - уменьшение потерь
энергии, упрощение эксплуатации, уменьшение
стоимости и габаритов.
Эта задача решена путем введения в систему
дополнительных элементов: диодов, конденсаторов,
тиристоров, силовых управляемых ключей и
соответствующего их включения.
Технический результат - относительно высокий
КПД, простота эксплуатации, малые габариты и
стоимость.
(19)KZ(13)A4(11)28615

2. 28615
2
Изобретение относится к области
электротехники, в частности к механизмам ударного
действия. Техническая задача - повышение
коэффициента полезного действия, эффективности
работы машины ударного действия, упрощение
электрической схемы и эксплуатации механизма,
уменьшении стоимости и габаритов механизма
ударного действия.
Известная электромагнитная система -
«Электромагнитный молот (Патент Р.Ф. №2295025,
опубликовано 10.03.2007, кл. Е21В 37/00), содержит
7 электромагнитных катушек и 4 ферромагнитных
бойка, перемещающихся поочередно в верхнее
положение по немагнитной трубе. В верхней части
этой трубы ферромагнитные бойки удерживаются и
затем, отключив верхние электромагнитные
катушки, бойки падают вниз, нанося удар по
наковальне.
Недостатком указанного устройства является
низкая частота ударов и, соответственно, низкая
ударная мощность.
Известная электромагнитная система -
«Электромагнитный молот (Патент №1435708 ,
опубликовано 07.11.1988, кл. E02D 7/16 Е21С 3/16),
содержащий цилиндрический корпус -
магнитопровод с полюсами и соосно
установленными с одноименными
электромагнитными катушками прямого и
обратного хода, направляющую трубу,
ферромагнитный датчик верхнего и нижнего
положения ферромагнитного бойка, систему
электропитания и управления.
Недостатком этого электромагнитного молота
является низкая энергия ударов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению
является известная система управления
электромагнитами в машинах ударного действия
[Книга «Электромагнитные молоты» под редакцией
к.т.н А.Т. Малова, д-ра техн.наук Н.П. Ряшенцева.
Издательство «Наука» Сибирское отделение,
Новосибирск, 1979). Система содержит две обмотки
обратного и прямого хода, размещенные на
сердечнике, датчики положения, источники питания
и управления.
Недостатками этой системы являются: большая
сложность электрической схемы, относительно
большие потери энергии при инвертировании
электромагнитной энергии (запасаемой в обмотках
при каждом ударе) от обмоток в питающую сеть,
искажение напряжения в питающей сети
(передаваемая в сеть энергия имеет импульсный
характер), большие габариты и стоимость, сложная
наладка и эксплуатация механизма ударного
действия.
Задача предлагаемого изобретения - уменьшение
потерь энергии, повышение энергии удара,
упрощение схемы и эксплуатации механизма
ударного действия, уменьшение его стоимости.
Поставленная цель достигается тем, что в
электромагнитную систему для механизмов
ударного действия, содержащую источники питания
и управления, дополнительно введены, датчики
верхнего и нижнего крайнего положения
дополнительно введены управляемые силовые
ключи, тиристоры, диоды и конденсаторы.
Электромагнитная система для механизмов
ударного действия (фиг.1) состоит из
ферромагнитного стержня с элементом ударного
действия 1, с размещенными на нем обмоткой
прямого хода 2 и обратного хода 3, параллельно
обмотке прямого хода включена цепь, состоящая из
диода 4, конденсатора 5, диода 6, точка соединения
конденсатора и катода диода в этой цепи
подключена к аноду тиристора 7, а точка
соединения вывода конденсатора и анода другого
диода подключена к катоду диода 8, параллельно
обмотке обратного хода включена цепь, состоящая
из диода 9, конденсатора 10, диода 11, точка
соединения катода диода и конденсатора в этой
цепи подключена к аноду тиристора 12, а точка
соединения другого вывода конденсатора и анода
другого диода в этой цепи подключена к катоду
диода 13, отрицательный полюс источника питания
14 подключен к управляемому силовому ключу 15,
цепь управления которого подключена к датчику
крайнего положения прямого хода 16, и силовому
управляемому ключу 17, цепь управления которого
подключена к датчику крайнего положения
обратного хода 18, к входной цепи системы
управления 19 подключены кнопки управления 20 и
21..
Электромагнитная система для механизмов
ударного действия работает следующим образом.
Исходное состояние схемы: замкнут ключ 17 и один
вывод обмотки прямого хода 2 подключен к
отрицательному полюсу источника питания, второй
вывод обмотки прямого хода 2 постоянно
подключен к положительному полюсу источника
питания 14. Электромагнитная сила перемещает
стальной стержень с разрушающим элементом в
конечное положение и происходит разрушающий
удар. В момент достижения ферромагнитного
сердечника крайнего положения датчик положения
18 выдает сигналы на размыкание ключа 17. С
момента размыкания ключа 17 электромагнитная
энергия, запасенная в обмотке 2, передается через
диоды 4 и 6 конденсатору 5, который заряжается с
полярностью, указанной на схеме. С небольшой
выдержкой времени от датчиков положения 18
подаются сигналы на открывание тиристора 7 и
включения силового ключа 15.Через ключ 15
обмотка 3 подключается к источнику питания 14 и
через диод 8 - к отрицательному выводу
конденсатора 5. Положительный вывод
конденсатора 5 подключен через тиристор 7 к
положительному полюсу источника питания 14.
Таким образом, к обмотке 3, после замыкания ключа
15 подается энергия от двух источников - питания
14 и конденсатора 5.
После перемещения стержня 1 в обратном
направлении до предельного положения датчик
положения 16 выдает сигнал на размыкание ключа
15 и с выдержкой времени подает сигналы на
открывание тиристора 11 и силового ключа 17.
Далее процесс повторяется. Таким образом,
формирование энергии удара и энергии на

3. 28615
3
возвращение стержня в исходное состояние
осуществляется от двух источников: выпрямителя
13 и конденсаторов 5 и 10. Электромагнитные
устройства ударного действия не могут работать, не
запасая большого количества электромагнитной
энергии. Эта энергия в каждом цикле должна
исчезать. В прототипе эта энергия возвращается
обратно в сеть с большой долей ее потерь в
трансформаторе и преобразователях. Возвращаемая
в сеть энергия имеет импульсный характер, что
приводит к ухудшению качества напряжения в сети.
Даже такое возвращение достигается в прототипе
громоздкой и сложной системой, состоящей из двух
преобразователей, выполненных по трехфазной
мостовой схеме. Потребление энергии
электромагнитной системой имеет импульсный
характер. Большой импульсный ток создает в
преобразователе существенные потери энергии и
снижение выходного напряжения преобразователя.
В предлагаемой системе потери энергии в
конденсаторе незначительны. Для передачи
одинаковой энергии электромагнитной системе в
предлагаемой системе и прототипе потребление
энергии от источника питания 14 в первом случае
будет значительно меньше, а, следовательно, будут
меньше потери энергии и выше КПД.
Недостатки прототипа по сравнению с
предлагаемой системой:
- более сложная схема;
- более высокая стоимость;
- большие габариты;
- большие потери энергии (ниже КПД):
- существенно ниже cosφ (в предлагаемой
системе cosφ близок к единице);
- существенно сложнее наладка;
- искажение энергии в питающей сети.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Электромагнитная система для механизмов
ударного действия, содержащая ферромагнитный
сердечник с обмотками прямого и обратного хода,
датчики положения прямого и обратного хода,
систему управления и источник электропитания,
отличающаяся тем, что в систему дополнительно
введены диоды, конденсаторы, тиристоры и
силовые управляемые ключи, параллельно
обмоткам прямого и обратного хода включены цепи
из последовательно соединенных диодов и
конденсаторов, точки соединения одних выводов
конденсаторов и катодов диодов подключены через
тиристоры к положительному полюсу источника
питания, точки соединения других выводов
конденсаторов и анодов других диодов подключены
через диоды к отрицательному полюсу источника
питания, выходы датчика положения прямого хода
подключены к управляющим цепям управляемых
силовых ключей и управляющему электроду одного
тиристора, выходы датчика положения обратного
хода подключены к управляющим цепям
управляемых силовых ключей и управляющему
электроду другого тиристора.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч