Линейный электромагнит короткого действия?

[Carwizard]

А есть ли, среди многоуважаемого собрания, специалисты в области прикладной магнитной физики?
Случилось так, что понадобился малогабаритный, короткоходный, импульсный, но очень мощный сервопривод, с моментом на валу-толкателе, от 35-40кг в импульсе, при длине перемещения штока, всего 2-3 мм. Нам нужен быстродействующий клапан для гидравлики и пневматики, который открывается на строго дозированную величину времени. Клапана есть, а вот удобного привода для них, пока не нашли.
Обычные электромагниты (селеноиды), с подвижным сердечником из мягкой стали типа Сталь-3, оказались слабоватыми. Вот и возник вопрос, о поиске чего-либо посильнее, но в тех же габаритах.
Как можно построить подобный электромагнит?
Мне так подумалось, что искать нужно в направлении использования постоянных магнитов, например неодимовых (тип N48, N50). Поскольку, система работает очень кратковременно (время импульса 20-40 милисекунд), то есть только одиночными импульсами, с интервалом между ними в 30 - 180 секунд. А раз так, то греться система не будет, точнее не успеет, значит можно применить неодим из обычной низкотемпературной серии до 80 град.
Собственно задача:
1) Ограничен внешний габарит устройства. Внешний диаметр не более 29,7мм, длина «цилиндра» от 40 до 60 мм. Надо «вписать» в эти размеры, импульсную силищу в 40+кг.
2) На ось-толкатель (рабочий шток) селеноида, будет постоянно давить нагрузка в 20-25кг. Это значит, что можно строить устройство, только с задней опорой якоря (подвижного сердечника), так как спереди, будет постоянная нагрузка на шток. Эту нагрузку, и надо преодолевать штоку селеноида.
3) Время срабатывания. Основная задача состоит именно в очень быстром и кратковременном продавливании штока с постоянной нагрузкой в 20-25кг. Значит, селеноид должен иметь усилие превышающее давление нагрузки, причём раза в 2 или 3 большее.
4) Электропитание обмотки. У нас есть микроконтроллерное управление алгоритмом работы нашей системы, туда включён импульсный преобразователь, который заряжает исполнительный конденсатор. Конденсатор 5000 – 10000 мкф, на 63 вольта. Максимальное напряжение 70 вольт. Желательно снижать напряжение и ёмкость конденсатора. Микроконтроллер управляет временем открытия силового полевика, через который и происходит «слив» тока с конденсатора на обмотку селеноида. Временем открытия полевого транзистора (силового ключа на 150 А), мы можем управлять временем срабатывания селеноида, следственно и временем открытия клапана, который будет толкать селеноид.
5) Было бы лучше, если получилась система с двумя обмотками. В таком случае, нам можно управлять фронтальным импульсом открытия клапана, временем открытого состояния и тыловым импульсом закрытия клапана. Это если представить работу клапана на графике. Все величины в миллисекундах.
6) Магнит какого типоразмера и формы, нужно применить в таком селеноиде? Цилиндрической формы, торроидальной, дисковой, пока это не ясно. Из какого ферромагнетика нужно применить полюса в катушке? Ферритовые кольца, или диски? Из чего сделать корпус такого электромагнитного двигателя? Дюраль или мягкая сталь?
7) Можно ли набрать магнитный сердечник, из 3-х, 4-х цилиндриков, или это должен быть цельный магнит?
8) Ну и прочие, сопутствующие вопросы.
Буду рад любым комментариям! Спасибо.

[Sidar]

Действительно, соленоидные электромагниты (преимущественно однофазные переменного тока) обеспечивают максимальное усилие только до 25 кГ. На большие силы тяги используются электромагниты трёхфазного тока (с максимальным начальным тяговым усилием от 35 до 140 кГ и более. Штамповку мелких деталей для электро- и радиопромышленности, часового и галантерейного производста проводят на прессах с электромагнитами на усилие 0,5 –2 Т. Однако, вам требуется уложиться в минимальные габариты.
Использование постоянных магнитов в данном случае -- перспективное направление. Известно, например, что электродвигатели с магнитами на подвижной части обеспечивают больший вращающий момент или тяговое (толкающее) усилие [Столов Л. Н., Афанасьев А. Ю. Моментные двигатели постоянного тока. – Энергоатомиздат, 1989 – 224 с.].
Тем не менее, об электромагнитах (соленоидах) с втяжным якорем (плунжером) в виде постоянного магнита не приходилось слышать (недостатки: размагничивание при ударах якоря в рабочем режиме и при больших ипульсах тока управления).
---------------------------------------
>>Собственно задача:
1) Ограничен внешний габарит устройства. Внешний диаметр не более 29,7мм, длина «цилиндра» от 40 до 60 мм. Надо «вписать» в эти размеры, импульсную силищу в 40+кг.
2) … 3) … 4) … 5) … 6) … 7) … 8) Ну и прочие, сопутствующие вопросы.
Буду рад любым комментариям! Спасибо.
----------------------------------------
По моему мнению, предпочтительны два варианта решения поставленной задачи, удовлетворяющие всем вышеперечисленным пунктам:
1. Использовать соленоидный линейный электропривод постоянного (или импульсного) тока в латеральном исполнении (lateral liniar driver) c поперечным движением якоря в виде постоянного магнита продолговатой формы.
На подобный способ и устройство пару лет назад мне приходилось в соавторстве подавать заявку на изобретение. Приоритет способа был нарушен обнаружением прототипа в виде действующего устройства с аналогичным приводом (электробритвы японской фирмы «Самсунг»), что, с другой стороны, подтверждает эффективность и работоспособность самого метода, на основе которого можно разработать и запантентовать ещё ряд устройств.
Тяговое усилие можно увелисить за счёт применения, например, четырёх катушек, расположенных радиально по окружности.

2. Применить электродинамический привод на принципе «трансформатора Э. Томсона» с использованием первичного кольцевого разрядного тока конденсаторной батареи и вихревого вторичного тока. Подобные электромагнитные устройства используются для штамповки и скалывания льда с крыльев авиалайнеров и крыш зданий.

[alex60]

занимаемся подобной проблемой по-видимому сможем помочь мой телефон [phone]

[RSaulius]

готовые форсунки моторов для жидкого топлива или газа для Вашего применения не подходят? Они достаточно быстродейственны , особенно сегнетоэлектрические.

[alex60]

мы делаем импульсные вибраторы, в качестве поршня используем магниты из самария-кобальта, усилие до 70 кг. если тема еще интересна свяжитесь со мной . александр.