Результат интеллектуальной деятельности: ГРУЗОПОДЪЕМНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к грузоподъемным электромагнитам, и может быть использовано при производстве и в порядке модернизации при ремонте грузоподъемных электромагнитов.

Известен грузоподъемный электромагнит, содержащий магнитопровод с внутренним и наружным полюсами, защитную шайбу, заливочную массу и выполненную из изолированного медного провода катушку управления с фаской на верхнем торце со стороны внутреннего полюса. Фаска уменьшает число витков катушки возле внутреннего полюса, что обеспечивает более равномерное распределение магнитного поля по площади электромагнита и повышает его грузоподъемность для сыпучих грузов (см. патент РФ №2159209, В66С 1/06, 20.11.2000 г.).

Катушка управления и магнитопровод данного электромагнита имеют сложную специальную форму и потому нетехнологичны, а предложение не может быть реализовано в существующих электромагнитах с типичной конструкцией магнитопровода в порядке модернизации при их ремонте.

Известен также грузоподъемный электромагнит, содержащий магнитопровод с внутренним и наружным полюсами, заливочную массу и катушку управления, выполненную из изолированного медного провода и имеющую форму кольца с прямоугольной выемкой по наружному диаметру (см. патент РФ №2111160, В66С 1/06, 20.05.98).

Данный электромагнит характеризуется концентрацией магнитного потока по внутреннему полюсу в результате того, что здесь расположено наибольшее число витков катушки, а магнитный поток по наружному полюсу значительно слабее. Такой электромагнит имеет более высокую грузоподъемность "для шара", т.е. для массивных предметов, не имеющих развитых плоских поверхностей и соприкасающихся с электромагнитом в одной точке или по небольшой поверхности. В то же время электромагнит имеет низкую грузоподъемность для скрапа, так как поднимаемый скрап стремится к внутреннему полюсу, где площадь магнитного взаимодействия небольшая. Кроме того, в связи с тем, что наибольшее число витков катушки расположено у внутреннего полюса, очень сильно ухудшаются условия теплоотвода, из-за чего происходит неравномерный нагрев катушки, требующий продолжительных пауз между включениями электромагнита для выравнивания температуры катушки. Катушка управления данного электромагнита имеет сложную форму и нетехнологична. Для размещения такой катушки магнитопровод тоже должен иметь специальную конструкцию, что затрудняет его изготовление и не позволяет реализовать предложение в порядке модернизации электромагнита с обычной конструкцией магнитопровода при его ремонте.

Наиболее близким аналогом является грузоподъемный электромагнит М62, который имеет магнитопровод с внутренним и наружным полюсами, заливочную массу и катушку управления, выполненную из изолированного медного провода и имеющую прямоугольную форму сечения. (Ю.Э.Южный. Грузоподъемные электромагниты и их ремонт. М., Энергия, 1974. с.40-41). Прямоугольная форма сечения катушки управления обеспечивает равномерное распределение витков и удовлетворительную грузоподъемность электромагнита для плиты (30 тонн), для шара и сыпучих грузов.

Недостатком данного электромагнита является неравномерный нагрев катушки: температура ниже у витков, расположенных вблизи от полюсов, через которые происходит отвод тепла, и выше у витков, расположенных в центре катушки. Вследствие этого примерно через 7 часов работы температура в центре катушки достигает предельно допустимого для изоляции значения и электромагнит должен быть отключен для охлаждения.

Технической задачей изобретения является улучшение теплового режима электромагнита.

Это достигается тем, что в грузоподъемном электромагните, содержащем магнитопровод с внутренним и наружным полюсами, катушку управления, выполненную из изолированного провода и имеющую форму кольца, а также заливочную массу, согласно изобретению катушка выполнена из трех частей, причем первая и третья части выполнены из медного провода, содержат по 10-30% от общего числа витков и размещены соответственно вдоль внутреннего и наружного полюса, а вторая часть размещена между первой и третьей частями и выполнена из алюминиевого провода большего сечения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан общий вид электромагнита.

Грузоподъемный электромагнит состоит из магнитопровода, образованного основанием 1, внутренним полюсом 2 и наружным полюсом 3, а также катушки, состоящей из трех частей 4, 5 и 6, размещенной в полости 7 магнитопровода. При этом внутренняя часть 4 катушки расположена вдоль внутреннего полюса 2, наружная часть 6 - вдоль наружного полюса 3, а средняя часть 5 занимает все пространство в средней части полости, расположенное между частями 4 и 6. Части 4 и 6 выполнены из медного провода, а часть 5 - из алюминиевого провода большего сечения. Полость 7 закрыта защитной шайбой 8, а все пространство полости вокруг катушки заполнено изоляционной массой - эпоксидным компаундом.

Выполнение из меди внутренней части 4 катушки, где средняя длина и вес витка невелики, позволяет разместить в небольшом объеме и при небольшой массе довольно много витков и создать значительную магнитодвижущую силу. Охлаждение этой части катушки производится преимущественно передачей тепла на магнитопровод через внутренний полюс. Наружная часть 6 катушки имеет большую длину витков и большее активное сопротивление, поэтому в ней выделяется больше тепла. В то же время эта часть катушки охлаждается лучше благодаря отводу тепла через наружный полюс, имеющий хорошее воздушное охлаждение. Средняя часть 5 катушки выполнена из алюминиевого провода большого сечения, что компенсирует меньшую электропроводность алюминия. Так как активное сопротивление этой части катушки при замене меди на алюминий не возросло, то и выделение в ней тепловой энергии осталось на прежнем уровне. Однако за счет увеличения объема этой части катушки и площади ее поверхностей удельное выделение тепла, приходящееся на единицу объема и на единицу поверхности охлаждения, уменьшилось, что привело к снижению температуры в этой части катушки, находящейся в наихудших условиях по отводу тепла.

В таблице приведены примеры 1-5 осуществления изобретения с использованием магнитопровода наружным диаметром 1650 мм при различных соотношениях числа витков частей катушки.

Как установлено экспериментально, у электромагнита с относительно небольшим числом витков в частях 4 и 6 (пример 1) концентрация выделяемого тепла в хорошо охлаждаемых зонах вблизи полюсов магнитопровода невелика и катушка нагревается неравномерно. Средняя часть 5 нагревается существенно сильнее, и значение установившейся в ней при непрерывной работе температуры превышает допустимую для изоляции величину, поэтому такой электромагнит подлежит периодическому отключению для охлаждения. Вследствие этого не рационально применять катушки с относительным числом витков в частях, выполненных из меди, менее чем 10% от общего числа витков.

Увеличение относительного числа витков в частях 4 и 6 (примеры 2 и 3) приводит к некоторому выравниванию температуры в различных зонах катушки и к снижению температуры ее средней части 5. В приведенных примерах наилучший результат по распределению установившихся значений температур был достигнут при числе витков в частях 4 и 6, составляющем по 17,8% от общего числа витков катушки. Дальнейшее увеличение (примеры 4 и 5) относительного числа витков в наружной и внутренней частях катушки приводит не только к росту выделения тепла в них, но и к увеличению объема этих частей и их распространению в центральную часть полости, где охлаждение затруднено, поэтому технический результат изобретения уменьшается. Вследствие этого нецелесообразно применять катушку с относительным числом витков в частях 4 и 6, составляющим более чем по 30% от общего числа витков.

Грузоподъемные электромагниты, выполненные в соответствии с примерами 2, 3 и 4, способны работать непрерывно неограниченное время, поскольку установившееся значение температуры в них не превышает допустимой для изоляции величины.