Виброэлектронный компрессор

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(73) Патентообладатель Левтеев Владимир Гурьевич(57) 1. Виброэлектронный компрессор, содержащий корпус, снабженный впускным и выпускным клапанами, крышку корпуса, установленную герметично между ними эластичную мембрану цилиндрической формы, и магнитную систему, включающую расположенные соосно мембране в крышке корпуса рабочую катушку, сердечник и постоянный магнит цилиндрической формы, жестко закрепленный на мембране,отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок формирования импульсов тока питания, соединенный с рабочей катушкой, подпятник, установленный между мембраной и постоянным магнитом,выполненным полым, упругий распорный элемент, расположенный соосно мембране в полости магнита, а сердечник, выполненный броневым, снабжен регулировочным винтом, установленным в его полости соосно мембране, при этом магнит и подпятник расположены в немагнитном зазоре сердечника. Фиг. 1 2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что блок формирования импульсов тока питания содержит схему генерации, ограничительный элемент, вход которого соединен с выходом схемы генерации, согласующий элемент, вход которого соединен с выходом ограничительного элемента, первый интегратор, вход которого соединен с выходом согласующего элемента и 1692 1 первым выходом блока формирования импульсов тока питания, второй интегратор, третий интегратор и четвертый интегратор, вход которого соединен с первым входом управления схемы генерации, первый регулируемый делитель, второй регулируемый делитель, вход которого соединен со вторым входом управления схемы генерации, при этом выходы первого, второго, третьего и четвертого интеграторов и низкопотенциальный вход схемы генерации соединены со вторым выходом блока формирования импульсов тока питания,высокопотенциальный вход схемы генерации соединен с входами первого регулируемого делителя и второго интегратора, и входом питания согласующего элемента, а третий вход управления схемы генерации соединен с выходами первого и второго регулируемых делителей и входом третьего интегратора.(56) 1. А.с.СССР 1663715, МКИ Н 02 К 33/12,41/02,1991. 2. Микропроцессоры АЭН-3, АЭН-4. Руководство по эксплуатации.-1989.-с.4. 3. Заявка ФРГ 1267094, МКИ 04 В 43/04, 1968 (прототип). Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и электромашиностроения и может быть использовано при создании виброприводов компрессоров или насосов для прокачки газовых смесей через измерительные ячейки газоанализаторов. Известно устройство - виброэлектродвигатель-компрессор, содержащее магнитную систему с рабочей катушкой, постоянным магнитом, ярмом и полюсами, направляющую немагнитную гильзу с перемещающимися в ней двумя ферромагнитными цилиндрами, впускной и выпускной клапаны, уплотнительные кольца и упругие распорные элементы 1. Работает устройство следующим образом. При питании рабочей катушки током переменной полярности происходит изменение магнитного потока и соответственно с этим появление возвратно-поступательного перемещения ферромагнитных цилиндров в гильзе с частотой питающего тока. В рабочей камере при этом создается последовательное разрежение и сжатие, которое приводит в действие входной и выходной клапаны, тем самым создавая движение газа через устройство. Устройство имеет следующие недостатки сложность изготовления и юстировки отдельных его частей вызывает уменьшение надежности его работы большая длина пути для магнитного потока от катушки к постоянному магниту и наличие при этом ряда немагнитных зазоров, а также значительный вес движущейся части магнитной системы вызывает увеличение вибрации устройства наличие уплотнительных колец на ферромагнитных цилиндрах приводит к появлению потерь на трение, что при работе устройства ухудшает его энергетические параметры и снижает КПД. Известно также устройство - микрокомпрессор, содержащее магнитную систему с рабочей катушкой, постоянным магнитом и сердечником, а также мембрану, впускной и выпускной клапаны, размещенные в корпусе 2. Работает устройство следующим образом. Переменный ток напряжением 220 В и частотой 50 Гц подается на электромагнитную катушку, размещенную на П-образном сердечнике. Переменный магнитный поток катушки воздействует на постоянный магнит, расположенный между полюсами катушки с сердечником и жестко закрепленный на рычаге, соединенном с мембраной. При взаимодействии переменного магнитного потока с постоянным магнитом возникает вибрация мембраны, герметично охватывающей корпус с размещенными внутри его впускным и выпускным клапанами. Переменное сжатие и разряжение замкнутого объема воздуха под мембраной вызывает последовательное открывание (закрывание) впускного (выпускного) клапанов, создавая тм самым движение воздуха через устройство. Недостатками устройства являются низкий КПД в силу наличия потерь при взаимодействии переменного магнитного потока катушки с сердечником с постоянным магнитом при наличии больших немагнитных зазоров значительная потребляемая мощность катушки для создания переменного магнитного потока значительная вибрация, вызванная большой мсй магнита, амплитудой его вибрации и длиной рычага от магнита до места крепления к мембране. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для откачки жидких и газовых сред, содержащее корпус с впускным и выкускным клапанами, крышку корпуса,эластичную мембрану, установленную герметично между корпусом и его крышкой, и магнитную систему,состоящую из рабочей катушки, сердечника и постоянного магнита, расположенных соосно мембране. Работает устройство следующим образом. Переменный ток напряжением 110/220 В и частотой 50 Гц подается на рабочую катушку с сердечником. Возникающий переменный магнитный поток катушки воздействует на постоянный магнит, жестко закрепленный на мембране. зимдйствие постоянного поля магнита с переменным магнитным полем рабочей катушки вызывает колебательные движения мембраны, приводящие к переменному открыванию (закрыванию) впускного (выпускного) клапанов, расположенных под мембраной. Тем самым производится движение жидкой или газообразной среды через устройство. 1692 1 Недостатками устройства являются низкий КПД в силу наличия значительного немагнитного зазора между рабочей катушкой и постоянным магнитом высокий уровень вибрации, вызванный массой магнита и значительной амплитудой его низкочастотной вибрации, связанной с низкой частотой тока, питающего рабочую катушку. Задачей изобретения является повышение КПД устройства и снижение вибрации его корпуса. Виброэлектронный компрессор, содержащий корпус, снабженный впускным и выпускным клапанами,крышку корпуса, установленную герметично между ними эластичную мембрану цилиндрической формы и магнитную систему, включающую в себя расположенные соосно мембране в крышке корпуса рабочую катушку, сердечник и постоянный магнит цилиндрической формы, жестко закрепленный на мембране, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок формирования импульсов тока питания, соединенный с рабочей катушкой, подпятник, установленный между мембраной и постоянным магнитом, выполненным полым, упругий распорный элемент, расположенный соосно мембране в полости магнита, а сердечник, выполненный броневым, снабжен регулировочным винтом, установленным в его полости соосно мембране, при этом магнит и подпятник расположены в немагнитном зазоре сердечника. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов подпятника, регулировочного винта, упругого распорного элемента, блока формирования импульсов тока питания, а также изменены как магнитные связи между конструктивными элементами, так и сами элементы. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию изобретения новизна. На фиг.1 приведен чертеж предлагаемого устройства. На фиг.2 приведена блок-схема блока формирования импульсов тока питания. Компрессор состоит из впускного и выпускного клапанов 1,2, мембраны 3, подпятника 4, магнита 5, упругого распорного элемента 6, крышки 7, сердечника 8, регулировочного винта 9, катушки 10, корпуса 11 и блока формирования импульсов тока питания 12. Блок формирования импульсов тока питания состоит из первого, второго, третьего и четвертого интеграторов 13, 14, 15, 16, первого и второго регулируемого делителя 17, 18, схемы 19 генерации, ограничительного элемента 20 и согласующего элемента 21. В качестве интеграторов 3-16 могут использоваться конденсаторы необходимой емкости. В качестве регулируемых делителей 17,18 применяются подстроечные переменные резисторы. В качестве схемы 19 генерации может использоваться операционный усилитель или специальная микросхема. В качестве согласующего элемента 21 может использоваться транзистор. Работает блок формирования импульсов тока питания следующим образом. При включении питания начинается генерация импульсов напряжения, частота и длительность которых устанавливается изменением параметров первого и второго регулируемых делителей 17,18 и третьего интегратора 15. Интегратор 16 служит для устранения возбуждения по высокой частоте. Через ограничительный токозадающий элемент 20 выходное импульсное напряжение поступает на вход согласующего элемента 21. Интегратор 13,подключенный параллельно выходу согласующего элемента 21, определяет форму импульсов тока через рабочую катушку. Интегратор 14 препятствует проникновению напряжения генерат в цепи питания. Применение как варианта данной схемы блока формирования импульсов тока питания позволяет оптимальным образом согласовать механические параметры магнитной системы с электрическими параметрами тока возбуждения и, тем самым, повысить ПД устройства. Клапаны 1,2 могут представлять собой специальным образом сформированные литые эластичные резиновые диски. В качестве мембраны 3 может использоваться литой эластичный, специально сформированный резиновый диск, износостойкий и с минимальным остаточным длинением. Он может включать в себя армирующие материалы для придания большей износостойкости. В качестве магнита 5 используются кольцевые цилиндрические магниты, имеющие высокое значение магнитной индукции (достигает 0,18-0,2 Тл). Катушка 10 намотана на оправке для создания заданной конфигурации ее обмотки. Сердечник 8 изготовлен из материала с малым магнитными потерями. Подпятник 4 изготовлен из материала с малыми магнитными потерями. Крышка 7, имеющая отверстия для связи внутреннего объема с атмосферой, и корпус 11 могут быть изготовлены механическим способом или литьем под давлением. Компрессор выполнен следующим образом. В корпус 11 помещены два упругих эластичных резиновых клапана 1, 2, один из которых расположен соответственно под кольцевым рядом симметрично расположенных отверстий, а другой расположен над кольцевым рядом симметрично расположенных отверстий с кольцевыми защитными барьерами (выпускной клапан). В крышке 7 устанавливается первая часть магнитной системы,включающая сердечник 8 и размещенную 1692 1 внутри него катушку 10. Вторая часть магнитной системы устанавливается на мембране и в нее входит магнит 5 с подпятником 4. В нее входит также запрессованный в магнит упругий распорный элемент 6 в виде витой пружины. Мембрана 3 в сборе с подпятником 4, магнитом 5 и пружиной устанавливается между корпусом 11 и крышкой 7, герметично стягиваемых винтами. Затем в крышку 7 ввинчивается сердечник 8 с катушкой 10 и установленным регулировочным винтом 9. Последующая регулировка сводится к последовательным операциям по размещению частей магнитной системы оптимальным образом друг относительно друга и подбору параметров питающего тока путем изменения его частоты, формы, длительности и скважности импульсов. Оптимальным является режим электромеханического зонанса электромагнитной системы компрессора. Работает компрессор следующим образом. При подаче на катушку 10 переменного импульсного тока с выхода блока формирования импульсов тока питания 12 в магнитной системе возникает переменный магнитный поток, который взаимодействует с постоянным магнитным потоком магнита 4. Магнитный поток катушки 10 имеет переменную направленность, в результате чего в магнитной системе катушка - постоянный магнит магнитные потоки изменяются с частотой питающего тока. Так как магнит 4 жестко закреплен на упругой мембране 3, то переменный магнитный поток катушки вызывает колебательные движения мембраны 3. Параметры переменного тока (длительность, время нарастания, скважность и частота импульсов) выбираются, исходя из установления наибольшей амплитуды механических колебаний мембраны 3. Регулировочным винтом 9 устанавливается начальное сжатие упругого распорного элемента 6, от которого зависит амплитуда колебаний мембраны. Переменное сжатие и разрежение газовоздушной смеси в верхней части мембраны в корпусе 11 приводит к последовательной работе выпускного и впускного клапанов, что приводит к прокачке смеси через компрессор. Благодаря достаточно высокой частоте колебаний мембраны (около 160 Гц), даже небольшая амплитуда движения мембраны приводит к скорости прокачки смеси до 0,2 л/мин,что вполне достаточно для работы в газоанализаторе. Высокая индукция магнита, его малые габариты и вес в совокупности с эластичностью мембраны позволяют максимально повысить частоту тока питания катушки и, тем самым, снизить вибрацию компрессора. Применение магнитной системы с минимальным немагнитным зазором и получение минимальных потерь магнитного потока при размещении магнита в области максимальной индукции катушки, имеющей максимально возможную добротность и минимальные потери, оптимизация параметров импульсов тока питания позволяют создать компрессор с максимальным КПД при токе потребления 1520 мА и напряжении 46 В, что превышает аналогичные показатели в известных компрессорах. Фиг. 2 оставитель Н.Б. Суханова Редактор Т.А. Лущаковская Корректоры А.М. Бычко, С.А. Тикач Заказ 2468 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.