ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ
ELECTROMAGNETIC POLARISED SWITCH

Изобретение предназначено для систем автоматики взрывоопасных объектов, подвергаемых ударным и вибрационным внешним воздействиям.
В настоящее время известны самые различные конструкции электромагнитных поляризованных переключателей, однако всем им присущи определенные недостатки, которые не отвечают в полной мере поставленной изобретением задаче.
Известны электромагнитные поляризованные переключатели, каждый из которых содержит обмотки, магнитопроводы, постоянные магниты, поворотный якорь, контакты [а.с. СССР №452874 от 17.07.1972, опубликовано 05.12.1974, бюллетень №45; а.с. СССР №1024994 от 29.12.1981, опубликовано 23.06.1983, бюллетень №23; а.с. СССР №1760576 от 07.05.1990, опубликовано 07.09.1992, бюллетень №33].
Поворотный якорь известных электромагнитных поляризованных переключателей, расположенный внутри магнитной системы, обеспечивает небольшой угол поворота, что накладывает ограничения на используемые контакты, которые также должны иметь небольшие контактные зазоры. Данное обстоятельство не позволяет использовать подобные электромагнитные переключатели, например, для взрывоопасных объектов, подвергаемых ударным воздействиям, для объектов, в которых требуется коммутация электрических цепей со значительными токами.
Известно электромагнитное реле - электромагнитный поляризованный переключатель, содержащее поворотный якорь с постоянным магнитом, установленный между двух магнитопроводов с обмотками управления, связанный с якорем перемыкатель с подвижными контактами и неподвижные контакты [а.с. СССР №1269217 A1 от 02.01.1985, опубликовано 07.11.1986, бюллетень №41].
Конструкция его контактной системы не достаточно надежна для систем автоматики взрывоопасных объектов, подвергаемых ударным и вибрационным внешним воздействиям. Постоянный магнит расположен на якоре на малом плече от оси поворота якоря и не обеспечивает значительный момент поворота, что ограничивает количество контактов в известном электромагнитном реле. Якорь имеет небольшой угол поворота, что накладывает ограничения на используемые контакты по величине контактных зазоров или перемещению подвижных контактов. Несимметричный поворотный якорь также не обеспечивает сохранение своего положения при высокоинтенсивных ударных и вибрационных воздействиях.
Этот электромагнитный поляризованный переключатель рассматривается в качестве прототипа.
Задача, на решение которой направлено изобретение, - создание электромагнитного поляризованного переключателя, обеспечивающего увеличенные углы и моменты поворота якоря и сохраняющего свое состояние при высокоинтенсивных ударных и вибрационных воздействиях.
Техническим результатом, получаемым при использовании изобретения, является увеличение стойкости электромагнитного поляризованного переключателя к ударным и вибрационным воздействиям и увеличение количества контактов, при сохранении габаритно-массовых характеристик.
Указанный технический результат достигается тем, что в электромагнитном поляризованном переключателе, содержащем поворотный якорь с постоянным магнитом, установленный между двух магнитопроводов с обмотками управления, связанный с якорем перемыкатель с подвижными контактами и неподвижные контакты, согласно изобретению якорь закреплен на центральной оси переключателя между параллельно расположенными магнитопроводами и выполнен симметричным с диаметральным размещением в его пазах постоянных магнитов, выполненных из магнитотвердого материала с высокой коэрцитивной силой и намагниченных в направлении по касательной к окружности поворота якоря, а перемыкатель размещен на центральной оси.
Кроме того, для повышения надежности при сохранении габаритно-массовых характеристик путем исключения длительного нахождения обмоток под напряжением и отсутствии дополнительного формирователя импульсов переключатель снабжен упругими контактами управления (самоотключения) обмоток и закрепленным на перемыкателе толкателем с изолирующей втулкой.
Выполнение электромагнитного поляризованного переключателя, содержащего центральную ось с закрепленными на ней перемыкателем с подвижными контактами и поворотным якорем, расположенным между параллельно расположенными магнитопроводами с обмотками управления, выполненным симметричным с диаметральным размещением в его пазах постоянных магнитов, выполненных из магнитотвердого материала с высокой коэрцитивной силой и намагниченных в направлении по касательной к окружности поворота якоря, позволяет:
- исключить размагничивание постоянных магнитов в процессе эксплуатации даже при их размещении в незамкнутой магнитной цепи;
- увеличить создаваемый момент поворота якоря и угол поворота;
- обеспечить момент поворота якоря на всем угле его поворота;
- максимально полно использовать магнитную энергию магнитов;
- исключить изменение состояния электромагнитного поляризованного переключателя от высокоинтенсивных ударных и вибрационных воздействий.
Увеличение угла и создаваемого момента поворота якоря позволяет использовать контактную систему с большим количеством контактов и обеспечить увеличенные контактные зазоры при сохранении габаритно-массовых характеристик, симметричная конструкция якоря снижает вероятность самопроизвольного изменения состояния контактов при высокоинтенсивных вибрационных и ударных воздействиях.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 приведен продольный разрез электромагнитного поляризованного переключателя.
На фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1, конструкция магнитной системы.
На фиг.3 - поперечный разрез Б-Б на фиг.1, конструкция контактной системы.
На фиг.4 - зависимости моментов поворота, действующих на якорь при переключении из исходного состояния в сработанное.
На фиг.5 - зависимости моментов поворота, действующих на якорь при переключении из сработанного состояния в исходное.
Электромагнитный поляризованный переключатель содержит магнитную систему, состоящую из двух параллельно расположенных магнитопроводов 1, на которых выполнено по две обмотки - рабочая 2 и отбойная 3. К магнитопроводам 1 прикреплены платы 4. В отверстия плат 4 установлена центральная ось 5, на которой между двух магнитопроводов закреплен симметричный якорь 6 с возможностью поворота. На якоре 6 выполнены диаметрально пазы 7, в которых размещены постоянные магниты 8 (фиг.1, 2).
На центральной оси 5 также закреплен перемыкатель 9 с подвижными контактами 10, выполненными в виде токопроводящих ножей, которыми он переключает неподвижные контакты 11, закрепленные на токовыводах 12 втулками 13. Токовыводы 12 установлены в панели 14 на изоляторах 15. В панели 14 установлены на изоляторах 16 также токовыводы 17, 18. На токовыводах 17 закреплены упругие контакты 19, являющиеся контактами управления (самоотключения) обмоток 2, 3. Каждый упругий контакт 19 размыкается толкателем 20, закрепленным на перемыкателе 9. На толкателе 20 расположена изолирующая втулка 21. Конструкция контактов управления (самоотключения) обеспечивает подачу напряжения на обмотки 2 и 3, например, на 90% угла поворота якоря 6. Только на завершающей стадии поворота якоря 6 (10% или десятой части от величины его угла поворота) напряжение на обмотки не подается. Наличие контактов управления (самоотключения) обмоток исключает их перегрев из-за длительного нахождения под напряжением и не требует обеспечения подачи напряжения на обмотки в течение строго определенного времени (фиг.1, 2).
Кожух 22 изолирует внутренний объем электромагнитного поляризованного переключателя. Магнитопроводы 1 выполнены из магнитомягкой стали; платы 4, кожух 22, якорь 6, ось 5 - из немагнитного металла. Постоянные магниты 8 выполнены из магнитотвердого материала с высокой коэрцитивной силой и намагничены в направлении по касательной к окружности поворота якоря. Рабочие 2 и отбойные 3 обмотки на магнитопроводах 1 соединены попарно последовательно, при этом конец обмоток на первом магнитопроводе соединен с концом обмоток на втором (фиг.2).
Электромагнитный поляризованный переключатель работает следующим образом.
При отсутствии напряжения на обмотках 2 и 3 якорь 6 притянут магнитами 8 к полюсам магнитопроводов 1, обеспечивая исходное или сработанное состояние электромагнитного поляризованного переключателя.
о
п
0
3
3
4
При подаче напряжения на последовательно соединенные рабочие обмотки 2 в последних реализуются магнитные потоки, вызывающие отталкивание постоянных магнитов 8, закрепленных на якоре 6, от одного полюса магнитопроводов 1 - момент М и притягивание их к другому полюсу магнитопроводов - момент М (от исходного углового положения ϕ до углового положения ϕ (фиг.4)), то есть обеспечивается поворот якоря 6 с осью 5. Далее уже при снятии напряжения с рабочих обмоток 2 за счет размыкания упругих контактов (контактов самоотключения) 19 толкателем 20 на конечном участке поворота (от углового положения ϕ до конечного углового положения ϕ) якорь 6 притягивается к полюсам магнитопроводов уже за счет создаваемого усилия притяжения магнитов 8 к полюсам, перемыкатель 9 подвижными контактами 10 переключает неподвижные контакты 11 и электромагнитный поляризованный переключатель остается в этом переключенном состоянии.
о
п
4
1
1
0
При подаче напряжения на последовательно соединенные отбойные обмотки 3 в последних реализуются магнитные потоки, создающие моменты поворота М и М (фиг.5), аналогично вызывающие поворот якоря 6 с осью 5 уже в противоположном направлении из крайнего углового положения ϕ в угловое положение ϕ. Далее уже при снятии напряжения с отбойных обмоток 3 за счет размыкания упругих контактов (контактов самоотключения) 19 толкателем 20 на конечном участке поворота (от углового положения ϕ до конечного углового положения ϕ (фиг.5)) якорь 6 притягивается к другим полюсам магнитопроводов 1 уже за счет создаваемого усилия притяжения магнитов 8 к этим полюсам, перемыкатель 9 подвижными контактами 10 переключает неподвижные контакты 11 и электромагнитный поляризованный переключатель остается в этом состоянии.
с
о
п
2
Действующий на якорь суммарный момент поворота (М=М+М) за счет обеспечения суммарного силового воздействия на якорь в начале, на всем протяжении и в конце его поворота достаточен, даже при увеличенном угле поворота якоря, для надежной работы электромагнитного поляризованного переключателя (фиг.4, 5). В среднем угловом положении ϕ (фиг.4, 5) суммарный момент поворота, действующий на якорь, также имеет достаточную величину, исключающую «зависание» якоря в этом положении.
Выполнение магнитов из магнитотвердого материала с высокой коэрцитивной силой исключает размагничивание постоянных магнитов в процессе эксплуатации даже при их размещении в незамкнутой магнитной цепи.
Расположение постоянных магнитов в пазах симметричного якоря позволяет увеличить создаваемый момент поворота якоря и угол поворота, а также обеспечить достаточный момент поворота якоря на всем угле его поворота и облегчает требуемую балансировку якоря для обеспечения сохранения состояния электромагнитного поляризованного переключателя при значительных ударных и вибрационных воздействиях.
Намагничивание магнитов в направлении по касательной к окружности его поворота позволяет максимально полно использовать магнитную энергию магнитов.
Расположение якоря между параллельно расположенными магнитопроводами позволяет уменьшить габариты электромагнитного поляризованного переключателя.
Таким образом, применение заявленного электромагнитного поляризованного переключателя позволит обеспечить увеличенный угол и обеспечиваемый момент поворота якоря, при которых контакты могут быть разнесены относительно друг друга на достаточные расстояния, а также увеличено их количество. Симметричная конструкция якоря повышает стойкость электромагнитного поляризованного переключателя к высокоинтенсивным ударным и вибрационным воздействиям и значительно расширяет возможные области его применения.
В заявляемом электромагнитном поляризованном переключателе могут быть использованы «врубные» контакты с двухсторонним контактированием, обеспечивающие коммутацию и пропускание как малых, так и больших токов, что также расширит области его применения.
Кроме того, наличие дополнительных упругих контактов, являющихся контактами управления (самоотключения) обмоток, и закрепленного на перемыкателе толкателя с изолирующей втулкой, позволяет сохранить габаритно-массовые характеристики, что также расширит области его применения.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в системах автоматики взрывоопасных объектов, подвергаемых ударным и вибрационным внешним воздействиям;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить увеличение стойкости к ударным и вибрационным воздействиям при сохранении габаритно-массовых характеристик и расширить области его применения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».