ДВУХПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ

Полезная модель относится к двухпозиционным электромагнитам, касается бистабильных электромагнитных приводов и может быть использовано для приводов коммутационных аппаратов, в частности, в вакуумных выключателях высокого напряжения с магнитной защелкой.
Известен электромагнитный привод для вакуумного выключателя, состоящий из неподвижной части магнитопровода, подвижной части, двух катушек и постоянных магнитов (Выключатели вакуумные серий ВРО и ВР1. Руководство по эксплуатации НКАИ.674152.006 РЭ, г.Ровно, 2003 г.). Подвижная часть магнитопровода - якорь представляет собой параллелепипед, изготовленный из магнитомягкого материала. Катушки расположены в пространстве параллельно друг другу и имеют прямоугольные отверстия. Якорь находится внутри отверстия катушки. Неподвижная часть магнитопровода представляет пакет ферромагнитных пластин прямоугольной формы. Пластины имеют отверстия прямоугольной формы и два прямоугольных выступа, которые направлены внутрь отверстия и расположены один напротив другого посредине отверстия. Внутри отверстия пакета пластин расположены катушки и якорь, который свободно перемещается в отверстии катушек. На поверхности выступов расположены постоянные магниты. Толщина магнита выбрана таким образом, что он почти полностью заполняет промежуток между торцом выступа
неподвижной части магнитопровода и боковой поверхностью якоря. В состав подвижной части входит также немагнитный шток, который жестко скреплен с якорем. Шток передает движение якоря подвижным контактам вакуумных дугогасительных камер выключателя. Данный привод является двухпозиционным, потому что имеет два устойчивых положения, которые обеспечиваются магнитной защелкой.
Недостатком такой конструкции является относительно небольшая сила удержания подвижной части привода, которая создается в одном зазоре между торцом якоря и неподвижной частью магнитопровода и ограничивается магнитной индукцией насыщения материала магнитопровода.
Известен двухпозиционный электромагнит состоящий из неподвижной части магнитопровода, содержащей коаксиально расположенный сердечник, две катушки, постоянные магниты, и подвижной части, включающей немагнитный шток и, по меньшей мере, один якорь (патент РФ №2276421, H01F/08, опубл. 10.05.2006 г.). Сердечник выполнен цилиндрическим. Устройство содержит также кольцеобразный корпус, плоскости торцов которого параллельны друг другу и перпендикулярны оси неподвижной части, внутренний диаметр кольцеобразного корпуса превосходит внешний диаметр кольцеобразного выступа на сердечнике. Немагнитные детали расположены в зазоре между кольцеобразным выступом сердечника и корпусом, причем эти детали по азимуту лишь частично заполняют зазор, катушки расположены между сердечником и корпусом с обеих сторон кольцеобразного выступа на сердечнике, постоянные магниты расположены вне занятой немагнитными деталями части зазора между кольцеобразным выступом сердечника и корпусом. Немагнитный шток расположен в отверстии сердечника. Осевой размер части штока диаметром, который равняется диаметру отверстия в сердечнике, превышает осевой размер неподвижной части магнитопровода на величину хода подвижной части, и двух коаксиальных со штоком дискообразных якорей, закрепленных на
торцах части штока диаметром, который равняется диаметру отверстия в сердечнике.
Недостатком такой конструкции является то, что сила притяжения якоря к неподвижным частям сильно зависит от магнитных зазоров между магнитом и сердечником, а также между магнитом и корпусом, при этом незначительные магнитные зазоры приводят к существенному уменьшению силы притяжения якоря к неподвижным частям магнитопровода.
Задачей полезной модели является создание двухпозиционного электромагнита, обеспечивающего стабильно высокую силу притяжения якоря к неподвижным частям магнитопровода.
Это достигается тем, что в двухпозиционном электромагните, состоящем из неподвижной части магнитопровода, содержащей коаксиально расположенный сердечник, две катушки, постоянные магниты, и подвижной части, включающей немагнитный шток и, по меньшей мере, один якорь, неподвижная часть магнитопровода выполнена из двух симметричных частей, в которых расположены по одной катушке, сердечник выполнен в виде многогранника, с отверстием, соосным с осью штока, сегменты размещены вдоль граней сердечника, и постоянные магниты расположены между гранями сердечника и сегментами, а подвижная часть магнитопровода содержит цилиндрический якорь, имеющий кольцеобразный выступ в средней части, причем немагнитный шток жестко соединен с якорем и установлен с возможностью свободного перемещения вдоль своей оси.
На фиг.1 представлен двухпозиционный электромагнит, на фиг.2 - его вид сверху.
Двухпозиционный электромагнит выполнен из двух симметричных неподвижных частей магнитопровода 1 и 2, в которых расположены по одной катушки 3 и 4, сердечник 5 и 6, сегменты 7 и 8, и подвижной части магнитопровода, содержащей цилиндрический якорь 9, с кольцеобразным выступом в средней части, и немагнитный шток 10 (фиг.1). Сердечник 5 и 6 выполнен в виде многогранника с отверстием, соосным с осью штока 10
(фиг.2). Постоянные магниты 11 и 12 расположены между гранями сердечника 5 и 6 и сегментами 7 и 8 (фиг.2). Сегменты 7 и 8 размещены вдоль граней сердечника 5 и 6. Сегменты 7 и 8, сердечник 5 и 6 выполнены из магнитомягкого материала. Подвижная часть магнитопровода расположена между двумя неподвижными симметричными частями магнитопровода 1 и 2. Немагнитный шток 10 жестко соединен с якорем 9 и установлен с возможностью свободного перемещения вдоль своей оси.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении «отключено» якорь 9 прижат к неподвижной части магнитопровода 2, которая содержит сердечник 6, сегменты 8, постоянные магниты 12, и катушку 4. При обесточенных катушках 3 и 4, благодаря магнитному потоку, который создается постоянными магнитами 12, якорь 9 надежно удерживается в этом положении. Сила удержания, создаваемая этим магнитным потоком, больше силы притяжения, создаваемой магнитным потоком через якорь 9 и противоположную неподвижную часть магнитопровода 1 потому, что между якорем 9 и неподвижной частью магнитопровода 1 имеется немагнитный зазор. Если пропустить ток соответствующей величины и направления через катушку 3, расположенную со стороны немагнитного зазора, а через катушку 4 одновременно пропустить ток такой же величины, но противоположного направления, то магнитный поток, созданный током катушки 4 будет снижать магнитный поток, созданный постоянными магнитами 12, а магнитный поток, созданный током в катушке 3 будет увеличивать магнитный поток, созданный постоянными магнитами 11, и якорь 9 начнет перемещаться. При этом немагнитный зазор между якорем 9 и магнитопроводом 1 начнет уменьшаться, а немагнитный зазор между якорем 9 и магнитопроводом 2 будет увеличиваться. Дойдя до неподвижной части магнитопровода 1, якорь 9 остановится и останется в этом положении после отключения тока в катушках 3 и 4, благодаря магнитному потоку, созданному постоянными магнитами 11. Операция «включено» завершена.
При пропускании тока той же величины и противоположного направления через катушки 3 и 4 подвижная часть двухпозиционного электромагнита вернется в исходное положение.
Стабильно высокая сила притяжения якоря к неподвижным частям магнитопровода достигается за счет того, что сила, прижимающая якорь к неподвижной части магнитопровода создается в двух зазорах - между кольцеобразным выступом якоря и магнитопроводом и между якорем и сердечником. Уменьшение магнитных зазоров между постоянными магнитами и сегментами с одной стороны, и между постоянными магнитами и сердечником с другой стороны, позволяет уменьшить магнитные потери, что соответственно приводит к увеличению силы притяжения якоря к неподвижным частям магнитопровода.