RU202470U1

RU202470U1 - Polarized electromagnet

Info

Publication number: RU202470U1
Application number: RU2020134107U
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Зайцев; Николай Юрьевич Зайцев
Priority date: 2020-10-17
Filing date: 2020-10-17
Publication date: 2021-02-19

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электромеханическим коммутационным аппаратам, и может быть использована при конструировании автоматических выключателей и других устройств автоматикиТехническим результатом заявляемой полезной модели является снижение усилия ручного оперирования положением шунта и увеличение быстродействия ручного возврата, а также повышение удобства обслуживания поляризованного электромагнита при ручном возврате в случае потери сигнала управления.Этот технический результат достигается тем, что в поляризованном электромагните, содержащем магнитопровод, выполненный из двух параллельно размещенных сердечников с катушками, якорь, механически связанный с возвратной пружиной, по крайней мере, один постоянный магнит, размещенный между сердечниками магнитопровода и имеющий направление оси намагничивания от одного сердечника к другому, магнитный шунт, расположенный над постоянным магнитом и установленный с возможностью возвратно-поступательного движения, а также устройство ручного оперирования шунтом при потере управляющего сигнала. В соответствии с заявляемой полезной моделью шунт выполнен подпружиненным к сердечникам путем размещения пружин в глухих симметрично размещенных по окружности отверстиях, выполненных соосно друг другу в телах сердечника и шунта, параллельно оси шунта.The utility model relates to electrical engineering, namely to electromechanical switching devices, and can be used in the design of circuit breakers and other automation devices The technical result of the claimed utility model is to reduce the effort of manual operation of the shunt position and increase the speed of manual reset, as well as improve the convenience of servicing a polarized electromagnet when manual return in case of loss of control signal This technical result is achieved by the fact that in a polarized electromagnet containing a magnetic circuit made of two parallel cores with coils, an armature mechanically connected to the return spring, at least one permanent magnet placed between the cores magnetic circuit and having the direction of the magnetization axis from one core to another, a magnetic shunt located above the permanent magnet and installed with the possibility of reciprocating motion, and also a device for manual operation of the shunt in case of loss of the control signal. In accordance with the claimed utility model, the shunt is made spring-loaded to the cores by placing the springs in blind holes symmetrically placed around the circumference, made coaxially to each other in the core and shunt bodies, parallel to the shunt axis.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к электромеханическим коммутационным аппаратам, и может быть использована при конструировании автоматических выключателей, контакторов, поляризованных реле, дистанционных переключателей и других устройств автоматики.The utility model relates to electrical engineering, in particular to electromechanical switching devices, and can be used in the design of automatic switches, contactors, polarized relays, remote switches and other automation devices.

Известна конструкция поляризованного электромагнита (полезная модель RU 160641, H01F 7/122. Поляризованный электромагнит / Зайцев Ю.М., Свинцов Г.П.; заявлено 08.09.2015; опубликовано 27.03.201620), содержащая магнитопровод, выполненный из двух параллельно размещенных сердечников с катушками, якорь, механически связанный с возвратной пружиной, по крайней мере, один постоянный магнит, размещенный между сердечниками магнитопровода и имеющий направление оси намагничивания от одного сердечника к другому, а также ферромагнитный шунт, установленный с возможностью его ручного перемещения относительно постоянного магнита. При этом возврат якоря в исходное положение происходит только в случае перекрытия шунтом воздушных зазоров между постоянным магнитом и сердечниками. При перекрытии зазоров развивается значительное усилие прижатия шунта к сердечникам.The known design of a polarized electromagnet (utility model RU 160641, H01F 7/122. Polarized electromagnet / Zaitsev Yu.M., Svintsov G.P .; declared 09/08/2015; published 03/27/2016), containing a magnetic circuit made of two parallel cores with coils, an armature mechanically connected to the return spring, at least one permanent magnet placed between the cores of the magnetic circuit and having the direction of the magnetization axis from one core to another, as well as a ferromagnetic shunt installed with the possibility of manual movement relative to the permanent magnet. In this case, the return of the armature to its original position occurs only if the shunt overlaps the air gaps between the permanent magnet and the cores. When the gaps are bridged, a significant force of pressing the shunt to the cores develops.

Недостатком указанного технического решения является значительные время и усилие, затрачиваемые на преодоление относительно большого расстояния для приведения магнитного шунта вручную в положение, в котором происходит перекрытие шунтом воздушных зазоров между постоянным магнитом и сердечниками, соответствующее возврату якоря в начальное положение при потере сигнала управления, что может привести к несвоевременному возврату якоря и выходу из строя всей конструкции, что свидетельствует о ее ненадежности. Кроме того, для обеспечения в дальнейшем нормального функционирования поляризованного электромагнита в контакторе, в реле или других устройствах автоматики необходимо вернуть шунт в исходное состояние, что также связано со значительными усилиями, которые преодолеть вручную может оказаться невозможно. В случае невозвращения шунта в исходное состояние, электромагнит теряет способность управляться обмотками и функционировать в заданном режиме.The disadvantage of this technical solution is the significant time and effort spent on overcoming a relatively large distance to bring the magnetic shunt manually to the position in which the shunt overlaps the air gaps between the permanent magnet and the cores, corresponding to the return of the armature to the initial position when the control signal is lost, which can lead to untimely return of the anchor and failure of the entire structure, which indicates its unreliability. In addition, in order to ensure further normal functioning of the polarized electromagnet in the contactor, in the relay or other automation devices, it is necessary to return the shunt to its original state, which is also associated with significant efforts that may not be possible to overcome manually. If the shunt does not return to its original state, the electromagnet loses its ability to be controlled by the windings and function in a given mode.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является поляризованный электромагнит (патент на изобретение RU 2704021, МПК H01F 7/122. Поляризованный электромагнит / Зайцев Н.Ю.; заявлено 10.03.2019; опубликовано 23.10.2019), содержащий магнитопровод, выполненный из двух параллельно размещенных сердечников с катушками, якорь, механически связанный с возвратной пружиной, по крайней мере, один постоянный магнит, размещенный между сердечниками магнитопровода и имеющий направление оси намагничивания от одного сердечника к другому, а также подвижный магнитный шунт, расположенный над постоянным магнитом соосно с ним и жестко связанный с тягой, установленной с возможностью возвратно-поступательного движения в неподвижном держателе с кривошипным валом, ось поворота которого перпендикулярна направлению движения шунта с тягой, а эксцентриковая шейка кривошипного вала размещена в цилиндрическом отверстии тяги, причем величина эксцентриситета шейки кривошипного вала равна расстоянию перемещения магнитного шунта из начального верхнего положения в нижнее положение.The closest to the claimed technical solution is a polarized electromagnet (patent for invention RU 2704021, IPC H01F 7/122. Polarized electromagnet / Zaitsev N.Yu .; declared 03/10/2019; published 10/23/2019), containing a magnetic circuit made of two parallel placed cores with coils, an armature mechanically connected to the return spring, at least one permanent magnet placed between the cores of the magnetic circuit and having the direction of the magnetization axis from one core to another, as well as a movable magnetic shunt located above the permanent magnet coaxially with it and rigidly connected with a rod, installed with the possibility of reciprocating movement in a stationary holder with a crank shaft, the pivot axis of which is perpendicular to the direction of movement of the shunt with the rod, and the eccentric neck of the crank shaft is located in the cylindrical hole of the rod, and the value of the eccentricity of the neck of the crank shaft is equal to the displacement distance of the magnetic shunt from the initial upper position to the lower position.

Недостатком указанного технического решения является необходимость приложения значительного усилия на возврат шунта в исходное положение, при потере сигнала управления после возврата якоря электромагнита в начальное положение. Это объясняется тем, что усилие прижатия шунта к магниту при перераспределении магнитного потока постоянного магнита между магнитным потоком в рабочем воздушном зазоре поляризованного электромагнита и магнитным потоком в зазоре между шунтом и сердечником значительно по величине, что в конечном итоге приводит к значительной величине усилия оперирования положением шунта.The disadvantage of this technical solution is the need to apply a significant effort to return the shunt to its original position, with the loss of the control signal after the return of the electromagnet armature to the initial position. This is due to the fact that the force of pressing the shunt to the magnet during redistribution of the magnetic flux of the permanent magnet between the magnetic flux in the working air gap of the polarized electromagnet and the magnetic flux in the gap between the shunt and the core is significant in magnitude, which ultimately leads to a significant value of the force of operating the position of the shunt ...

Задачей полезной модели является создание конструкции поляризованного электромагнита, в которой усилие ручного оперирования положением шунта было бы снижено, что положительно сказалось бы на повышении удобства работы оператора и быстродействия при ручном возврате шунта в исходное положение при потере сигнала управления.The task of the utility model is to create a design of a polarized electromagnet, in which the effort of manually operating the position of the shunt would be reduced, which would have a positive effect on increasing the convenience of the operator and the speed of response when manually returning the shunt to its original position when the control signal is lost.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение усилия ручного оперирования положением шунта и увеличение быстродействия ручного возврата, а также повышение удобства обслуживания поляризованного электромагнита при ручном возврате в случае потери сигнала управления.The technical result of the claimed utility model is to reduce the effort of manually operating the position of the shunt and to increase the speed of manual return, as well as to increase the convenience of servicing the polarized electromagnet with manual return in case of loss of the control signal.

Этот технический результат достигается тем, что в поляризованном электромагните, содержащем магнитопровод, выполненный из двух параллельно размещенных сердечников с катушками, якорь, механически связанный с возвратной пружиной, по крайней мере, один постоянный магнит, размещенный между сердечниками магнитопровода и имеющий направление оси намагничивания от одного сердечника к другому, магнитный шунт, расположенный над постоянным магнитом и установленный с возможностью возвратно-поступательного движения, а также устройство ручного оперирования шунтом при потере управляющего сигнала. В соответствии с заявляемой полезной моделью шунт выполнен подпружиненным к сердечникам путем размещения пружин в глухих симметрично размещенных по окружности отверстиях, выполненных соосно друг другу в телах сердечника и шунта, параллельно оси шунта.This technical result is achieved by the fact that in a polarized electromagnet containing a magnetic circuit made of two parallel cores with coils, an armature mechanically connected to the return spring, at least one permanent magnet located between the cores of the magnetic circuit and having the direction of the magnetization axis from one core to the other, a magnetic shunt located above the permanent magnet and installed with the possibility of reciprocating movement, as well as a device for manual operation of the shunt when the control signal is lost. In accordance with the claimed utility model, the shunt is made spring-loaded to the cores by placing the springs in blind holes arranged symmetrically around the circumference, made coaxially to each other in the core and the shunt bodies, parallel to the shunt axis.

При этом в отверстиях шунта и сердечника может быть установлен соосно с пружиной направляющий шток. In this case, a guide rod can be installed coaxially with the spring in the holes of the shunt and core.

Отличительной особенностью данного технического решения является то, что в поляризованном электромагните с магнитным шунтом, установленным над постоянным магнитом с возможностью возвратно-поступательного движения из начального положения в конечное положение, шунт выполнен подпружиненным к сердечникам, для чего между шунтом и сердечником установлены пружины, вставленные в глухие отверстия, выполненные в телах сердечника и шунта, соосно друг другу, причем в отверстиях шунта и сердечников может быть дополнительно установлен соосно с пружиной направляющий шток.A distinctive feature of this technical solution is that in a polarized electromagnet with a magnetic shunt installed above a permanent magnet with the possibility of reciprocating movement from the initial position to the final position, the shunt is made spring-loaded to the cores, for which there are springs inserted between the shunt and the core. blind holes made in the bodies of the core and the shunt are coaxial to each other, and in the holes of the shunt and cores a guide rod can be additionally installed coaxially with the spring.

Из уровня техники неизвестно устройство поляризованного магнита, обладающего совокупностью признаков заявляемого технического решения. Поэтому можно сделать вывод, что техническое решение обладает новизной.From the prior art, the device of a polarized magnet is unknown, which has a set of features of the proposed technical solution. Therefore, we can conclude that the technical solution is novel.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображен заявленный поляризованный электромагнит.FIG. 1 shows the claimed polarized electromagnet.

На фиг. 2 изображено устройство ручного возврата при начальном (верхнем) положении шунта и дополнительно в отверстиях в шунте и сердечников установлен соосно с пружиной направляющий шток 15 из немагнитного материала.FIG. 2 shows a manual reset device at the initial (upper) position of the shunt and, additionally, in the holes in the shunt and in the cores, a guide rod 15 made of non-magnetic material is installed coaxially with the spring.

Заявляемый поляризованный электромагнит в корпусе 2 (фиг. 1) содержит магнитопровод, выполненный из двух сердечников 4 и 5, между которыми установлен постоянный магнит 6, включающую 7 и отключающую 8 обмотки, расположенные на сердечниках 4 и 5, якорь 9, размещенный напротив полюсов сердечников, возвратную пружину 3 и ферромагнитный шунт 10, установленный над магнитом 6, с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно постоянного магнита 6. При потере управляющего сигнала шунт перемещают с помощью устройства 1 ручного оперирования, закрепленного на корпусе 2. Устройство 1 ручного оперирования может быть выполнено в виде тяги 11, размещенной в устройстве 1 с возможностью скольжения, и жестко соединенной с шунтом 10 винтом 13. В цилиндрическом отверстии тяги 11 установлена шейка кривошипного вала 12 с эксцентриситетом относительно оси отверстия. Вал установлен с возможностью поворота относительно оси отверстия, перпендикулярной направлению движения шунта 10 с тягой 11. Шунт 10 при потере управляющего сигнала перемещается относительно постоянного магнита 6 с помощью тяги 11. Шунт выполнен подпружиненным, для чего между шунтом и сердечником установлены пружины 14, вставленные без предварительного сжатия в глухие отверстия, выполненные в телах сердечника и шунта соосно, в которые, кроме того, могут быть, например, запрессованы направляющие штоки, входящие в отверстия в сердечнике. При движении шунта из начального положения в конечное пружины сжимаются и создают усилие противоположное усилию притяжения шунта 10 к сердечникам 4 и 5, таким образом, пружины 14 компенсируют усилие притяжения шунта к сердечникам 4 и 5 при опускании шунта 10 для возврата якоря 9 электромагнита в начальное положение.The claimed polarized electromagnet in the case 2 (Fig. 1) contains a magnetic circuit made of two cores 4 and 5, between which a permanent magnet 6 is installed, which includes 7 and 8 disconnecting windings located on the cores 4 and 5, an armature 9 located opposite the poles of the cores , a return spring 3 and a ferromagnetic shunt 10, mounted above the magnet 6, with the possibility of reciprocating movement relative to the permanent magnet 6. When the control signal is lost, the shunt is moved using the manual operating device 1 fixed on the housing 2. The manual operating device 1 can be performed in the form of a rod 11, placed in the device 1 with the ability to slide, and rigidly connected to the shunt 10 by a screw 13. In the cylindrical hole of the rod 11 there is a journal of the crank shaft 12 with eccentricity relative to the axis of the hole. The shaft is installed with the ability to rotate about the axis of the hole perpendicular to the direction of movement of the shunt 10 with a thrust 11. The shunt 10, when the control signal is lost, moves relative to the permanent magnet 6 using the thrust 11. The shunt is made spring-loaded, for which springs 14 are installed between the shunt and the core, inserted without preliminary compression into blind holes made in the bodies of the core and the shunt coaxially, into which, in addition, guide rods can be pressed into the holes in the core. When the shunt moves from the initial position to the final position, the springs are compressed and create a force opposite to the force of attraction of the shunt 10 to the cores 4 and 5, thus, the springs 14 compensate the force of attraction of the shunt to the cores 4 and 5 when the shunt 10 is lowered to return the armature 9 of the electromagnet to the initial position ...

В исходном состоянии имеют место начальные рабочие зазоры между якорем 9 и сердечниками 4 и 5 электромагнита и максимальный зазор между шунтом 10 и сердечниками 4 и 5. При недостаточном для срабатывания электромагнита электромагнитном усилии, создаваемым потоком постоянного магнита 6 между якорем 9 и сердечниками 4 и 5, шунт 10 удерживается в начальном положении устройством ручного оперирования 1.In the initial state, there are initial working gaps between the armature 9 and the cores 4 and 5 of the electromagnet and the maximum gap between the shunt 10 and the cores 4 and 5. If the electromagnetic force created by the flow of a permanent magnet 6 between the armature 9 and the cores 4 and 5 is insufficient for the electromagnet to operate , the shunt 10 is held in the initial position by the manual operating device 1.

При подаче управляющего напряжения (в течение времени срабатывания электромагнита) на включающую обмотку 7 в магнитной системе возбуждается магнитный поток, направленный согласно с магнитным потоком постоянного магнита. При достижении значения этого потока, равного потоку срабатывания, электромагнит срабатывает, якорь 9 переходит в конечное верхнее положение. Управляющее напряжение снимается с обмотки включения. Якорь 9 удерживается в конечном, прижатом к полюсам сердечников 4 и 5 положении усилием, развиваемым магнитным потоком постоянного магнита 6.When the control voltage is applied (during the operation time of the electromagnet) to the switching winding 7, a magnetic flux is excited in the magnetic system, directed in accordance with the magnetic flux of the permanent magnet. Upon reaching the value of this flux, equal to the actuation flux, the electromagnet is triggered, the armature 9 goes to the final upper position. The control voltage is removed from the turn-on winding. The armature 9 is held in the final position pressed against the poles of the cores 4 and 5 by the force developed by the magnetic flux of a permanent magnet 6.

Для отключения электромагнита подается напряжение на выключающую обмотку 8, в магнитной системе возбуждается магнитный поток, направленный встречно магнитному потоку постоянного магнита 6. При достижении в рабочем зазоре алгебраической суммы потоков постоянного магнита и потока от выключающей обмотки, равной потоку возврата, якорь 9 возвращается в исходное положение под воздействием механических сил электрического аппарата.To turn off the electromagnet, voltage is applied to the shutdown winding 8, a magnetic flux is excited in the magnetic system directed opposite to the magnetic flux of the permanent magnet 6. When the algebraic sum of the fluxes of the permanent magnet and the flux from the shutdown winding is reached in the working gap, equal to the return flow, the armature 9 returns to the original position under the influence of the mechanical forces of the electrical apparatus.

Режим работы при исчезновении напряжения оперативного питания, который характеризуется конечным верхним положением якоря 9 и начальным положением шунта 10 и при котором имеют место максимальные зазоры между ним и сердечниками 4, 5, заключается в следующем. Магнитная система замкнута под действием электромагнитного усилия в рабочем зазоре, создаваемого магнитным потоком постоянного магнита 6. The mode of operation with the disappearance of the operating supply voltage, which is characterized by the final upper position of the armature 9 and the initial position of the shunt 10 and in which there are maximum gaps between it and the cores 4, 5, is as follows. The magnetic system is closed under the action of an electromagnetic force in the working gap created by the magnetic flux of a permanent magnet 6.

Для приведения якоря 9 в нижнее положение устройством ручного оперирования 1 шунт 10 переводится в нижнее положение до его соприкосновения с сердечниками 4 и 5, при этом установленные в соответствии с заявляемой полезной моделью пружины 14 сжимаются и их усилия действуют против электромагнитного усилия прижимающего шунт сердечника. При выполнении устройства ручного оперирования, как это представлено на рисунке, шунт переводят в нижнее положение поворотом кривошипного вала, вручную. Одновременно происходит перераспределение магнитного потока в магнитной цепи, образованной постоянным магнитом 6, сердечниками 4, 5 и шунтом 10 и магнитного потока в рабочих зазорах электромагнита. В результате магнитный поток в рабочих зазорах уменьшается до величины потока возврата якоря в исходное нижнее положение, а магнитный поток, проходящий через зазоры между шунтом 10 и сердечниками 4 и 5 и самим шунтом, увеличивается и значительно увеличивается усилие прижатия шунта 10 к сердечникам 4 и 5. Однако это усилие частично компенсируется усилием сжатых пружин 14, что приводит к снижению усилия оперирования при возвращении шунта тем же устройством возврата в верхнее положение. To bring the armature 9 to the lower position by the manual operating device 1, the shunt 10 is moved to the lower position until it touches the cores 4 and 5, while the springs 14 installed in accordance with the claimed useful model are compressed and their forces act against the electromagnetic force of the core pressing the shunt. When performing a manual operating device, as shown in the figure, the shunt is brought to the lower position by turning the crank shaft manually. At the same time, there is a redistribution of the magnetic flux in the magnetic circuit formed by the permanent magnet 6, cores 4, 5 and shunt 10 and the magnetic flux in the working gaps of the electromagnet. As a result, the magnetic flux in the working gaps decreases to the value of the armature return flux to the initial lower position, and the magnetic flux passing through the gaps between the shunt 10 and cores 4 and 5 and the shunt itself increases and the force of pressing the shunt 10 to cores 4 and 5 increases significantly However, this force is partially compensated by the force of the compressed springs 14, which leads to a decrease in the operating force when the shunt is returned to the upper position by the same return device.

Для обеспечения функционирования электромагнита в нормальном режиме необходимо шунт 10 с помощью устройства ручного возврата вернуть в исходное состояние. Возврат шунта происходит под действием усилия оперирования, уменьшенным в результате действия установленных в соответствии с полезной моделью пружин, так как происходит компенсация усилия отрыва шунта от сердечников и в конечном итоге снижает усилие оперирования. To ensure the functioning of the electromagnet in normal mode, it is necessary to return the shunt 10 to its original state using a manual reset device. The return of the shunt occurs under the action of the operating force, reduced as a result of the action of the springs installed in accordance with the useful model, since the force of the separation of the shunt from the cores is compensated and ultimately reduces the operating force.

Использование заявляемого технического решения обеспечивает возможность возврата якоря уменьшенным усилием оперирования в начальное положение при потере сигнала управления и отключение электрической нагрузки при технологической или другой необходимости.The use of the proposed technical solution provides the possibility of returning the armature with a reduced operating force to the initial position in case of loss of the control signal and disconnection of the electrical load in case of technological or other necessity.

Claims

1. A polarized electromagnet containing a magnetic circuit made of two parallel cores with coils, an armature mechanically connected to the return spring, at least one permanent magnet placed between the cores of the magnetic circuit and having the direction of the magnetization axis from one core to another, a magnetic shunt , located above the permanent magnet and installed with the possibility of reciprocating movement, as well as a device for manual operation of the shunt in case of loss of the control signal, characterized in that the shunt is made spring-loaded to the cores by placing springs in blind holes symmetrically placed around the circumference, made coaxial to each other in bodies of the core and shunt, parallel to the axis of the shunt.

2. A polarized electromagnet according to claim 1, characterized in that a guide rod can be installed coaxially with the spring in the holes of the shunt and the core.