ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД КОММУТАЦИОННОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электрическим аппаратам, и может быть в приводах автоматических выключателях, контакторов, поляризованных реле, дистанционных переключателей и других устройств автоматики.
Известны электромагнитные приводы, в качестве которых применяют поляризованные электромагниты, в автоматических выключателях, контакторах, поляризованных реле, дистанционных переключателях и других устройств автоматики [Сливинская А.Г. Электромагниты и постоянные магниты. - М.: Энергия, 1972].
Наиболее близким к заявленному техническому решению является электродинамический привод [патент RU №2140034, МПК F16K 31/08, F01L 31/08], по сути, представляющий собой поляризованный электромагнит или электромагнитный привод коммутационного аппарата, содержащий магнитомягкий магнитопровод, внутри которого размещен магнитомягкий якорь, пружина, постоянный магнит, обмотка управления, внутри которой размещен магнитомягкий сердечник. Кроме того, привод может содержать электропроводящее демпфирующее кольцо. Постоянный магнит установлен на торце сердечника, обращенном в сторону якоря. Кроме того, привод может содержать демпфирующее кольцо, являющееся магнитно-индукционным демпфером, которое установлено на внутренней поверхности магнитопровода соосно с ним и якорем, вдоль его пути перемещения. Демпфер устанавливают для повышения ресурса работы привода и улучшения его функционирования за счет устранения ударов якоря по упорам и отскоков от них в крайних положениях
Недостатком прототипа является ограниченный ресурс работы привода, поскольку расположение постоянного магнита на торце сердечника со стороны якоря приводит к быстрому выходу из строя привода, так как материалы, из которых изготавливают магниты недостаточно пластичны и при ударах якоря по постоянному магниту во время срабатывания устройства появляются сколы магнита и магнитная пыль, которая попадая в зазоры электромагнита препятствует его нормальному функционированию. Кроме того, ударные нагрузки могут привести к преждевременному ухудшению магнитных свойств материала постоянного магнита. При использовании в устройстве магнитно-индукционного демпфера, выполненного в виде кольца из электропроводного материала, например меди, охватывающего рабочий воздушный зазор между неподвижным постоянным магнитом, закрепленным на неподвижном сердечнике и подвижным якорем, в процессе срабатывания электромагнита происходит изменение магнитного потока в зазоре и по закону электромагнитной индукции в электропроводящем кольце (демпфере) возникает индукционный ток (опыт М. Фарадея 1831 год), такого направления, при котором его магнитное поле стремится компенсировать изменение внешнего магнитного поля, пронизывающего кольцо (правило Ленца 1833 год). То есть, магнитное поле индукционного тока направлено встречно внешнему магнитному полю в зазоре и препятствует его изменению, существенно снижая тем самым быстродействие электромагнита. Все вышеперечисленное снижает эффективность функционирования и надежность устройства при использовании его в выключателях, контакторах и других устройствах автоматики.
Задачей полезной модели является повышение быстродействия, надежности (ресурса) функционирования электропривода, быстродействия, что имеет особое значение при использовании его в расцепителях автоматических выключателей, контакторов, поляризованных реле, дистанционных переключателей и других устройств автоматики.
Техническим результатом заявляемой полезной модели (изобретения) является повышение быстродействия, надежности функционирования устройства и устранения вышеперечисленных недостатков.
Этот технический результат достигается тем, что в электромагнитном приводе коммутационного аппарата, содержащем магнитомягкий магнитопровод, внутри которого размещен подпружиненный магнитомягкий якорь с возможностью возвратно-поступательного перемещения, обмотку управления, внутри которой расположен магнитомягкий сердечник, постоянный магнит, установленный на торце сердечника, в соответствии с полезной моделью, постоянный магнит жестко установлен на торце указанного сердечника, обращенном в сторону, противоположную от якоря между сердечником и магнитопроводом.
При этом постоянный магнит может быть выполнен из высококоэрцитивного материала.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг. 1).
На фиг. 1 изображен заявляемый электромагнитный привод коммутационного аппарата.
Заявляемый электромагнитный привод коммутационного аппарата содержит магнитопровод 1, выполненный из магнитомягкого материала, якорь 2, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения, механически связанный с возвратной пружиной 7, обмотку управления 4, внутри которой расположен сердечник 5 и постоянный магнит 3, намагниченный вдоль оси устройства, жестко прикрепленный к торцевой поверхности сердечника, обращенной в противоположную сторону от якоря 2.
Сердечник может быть изготовлен, например, из материала по ГОСТ 11036-75. «Сталь сортовая электротехническая нелегированная».
При изготовлении постоянного магнита его размеры выбирают из условия достаточности для срабатывания привода при взаимодействии магнитного потока постоянного магнита и магнитного потока при пропускании электрического тока в обмотке. Постоянный магнит может быть изготовлен из высококоэрцитивного магнитотвердого материала, в результате чего могут быть уменьшены габариты магнита и устройства.
Постоянный магнит может быть изготовлен из материала по ГОСТ Р 52-956-2008 «Материалы магнитотвердые спеченные на основе сплава неодим-железо-бор»
В исходном состоянии обмотка управления обесточена, между якорем и сердечником имеется начальный рабочий зазор. Якорь удерживается в начальном состоянии за счет возвратной пружины 7. Поток постоянного магнита делится на поток, проходящий через рабочий зазор и магнитный поток рассеяния, замыкающийся по путям, минующим рабочий зазор. При этом магнитный поток через рабочий зазор недостаточен для создания электромагнитного усилия срабатывания.
При подаче в течение короткого времени напряжения соответствующей полярности на обмотку управления в магнитной системе возбуждается магнитный рабочий поток направленный согласно с потоком постоянного магнита и электромагнит срабатывает, преодолевая усилия возвратной пружины.
Возврат якоря в исходное состояние происходит подачей на обмотку управления напряжения противоположной полярности.
При срабатывании электромагнита происходят соударения движущегося якоря с неподвижным сердечником, но в соответствии с заявляемым техническим решением, благодаря взаимному расположению постоянного магнита, установленного на торце указанного сердечника, обращенного в сторону противоположную от якоря, происходит уменьшение усилия ударного импульса, приходящегося на постоянный магнит, за счет гашения в теле сердечника силы удара якоря по причине наличия упругой деформации сердечника, т.к. модуль упругости магнитомягкой электротехнической стали, например: сталь марки 20880 и 20895 [ГОСТ 11036-75. Сталь сортовая электротехническая нелегированная. Технические условия] примерно в 75-100 раз меньше модуля упругости магнитотвердого материала [Постоянные магниты. Справочник. Под ред. д.т.н., проф. Ю.М. Пятина. - М.: Энергия, 1980], например: неодим-железо-бор НмБ200/80, НмБ250/120, НмБ150/130, НмБ150/190, НмБ150/240, НмБ150/270 [5], или самарий-кобальт КС36А, КС37, КС37А в соответствии с ГОСТ 21559-76. Материалы магнитотвердые спеченные.