ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД

Полезная модель относится к области электромагнитных приводов с - якорями, удерживаемыми в конечном положении с помощью постоянного магнита, и может быть применена, например, для привода выключателей с подпружиненными контактами.
Известен электромагнитный привод [1], содержащий корпус из магнитного материала, коаксиально расположенный в нем сердечник из магнитного материала, постоянный магнит с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, установленный между корпусом и сердечником, катушки, установленные в корпусе, шток, установленный в сердечнике с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода, и два якоря из магнитного материала, установленных на концах штока с зазором между торцами якорей, превышающим размер сердечника в направлении оси привода на величину рабочего хода последнего.
Недостатком известного устройства является сложность изготовления корпуса и установки в него деталей, а также малая удельная сила удержания якорей в крайних положениях из-за небольшой, в сравнении с диаметром корпуса, площади магнитного контакта якорей и сердечника.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является электромагнитный привод [2]. Он содержит магнитопровод, состоящий из корпуса и коаксиально расположенного в нем сердечника с выступом в сторону корпуса, выполненным с одной стороны сердечника. Между выступом сердечника и корпусом расположен постоянный магнит с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, причем размер магнита в направлении оси привода выполнен меньшим размера выступа в том же направлении. Между корпусом и сердечником с противоположной от его выступа стороны расположена катушка. Корпус и сердечник соединены между собой фланцем со стороны постоянного магнита. В сердечнике установлен шток с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода, подпружиненный в направлении от магнита к катушке, а на штоке со стороны катушки установлен якорь из магнитного материала.
Недостатками устройства-прототипа являются: сложность сборки привода, обусловленная необходимостью задания нужного положения вдоль оси привода и закрепления постоянного магнита между катушкой и фланцем; низкая сила удержания якоря во включенном положении (когда ток в катушке выключен) из-за рассеяния потока постоянного магнита в зазоре между магнитом и катушкой; большие габариты привода по высоте за счет зазоров между магнитом и катушкой, магнитом и фланцем, а также за счет толщины последнего.
Предлагаемая полезная модель направлена на повышение силы удержания якоря во включенном положении, упрощение устройства и снижение его габаритов по высоте.
Указанный технический результат достигается тем, что в электромагнитном приводе, содержащем корпус из магнитного материала с коаксиально расположенными в нем сердечником из магнитного материала и катушкой, установленной между корпусом и сердечником, постоянный магнит с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, установленный между корпусом и сердечником со стороны, противоположной катушке, шток, установленный в сердечнике с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода и подпружиненный вдоль оси в направлении от постоянного магнита к катушке, и якорь из магнитного материала, установленный на штоке со стороны катушки, согласно предлагаемой полезной модели, размер постоянного магнита в направлении оси привода выбран равным расстоянию между катушкой и торцами корпуса и сердечника со стороны магнита.
Кроме того, привод дополнительно снабжен фланцем для крепления корпуса и сердечника со стороны магнита, который может быть выполнен из магнитного материала. Привод может быть дополнительно снабжен немагнитной прокладкой, установленной между фланцем и торцами корпуса и сердечника, а также вторым якорем из магнитного материала, установленным на штоке со стороны постоянного магнита, причем расстояние между поверхностями якорей со стороны торцов корпуса и сердечника превышает высоту последних на величину рабочего хода привода.
Выбор размера постоянного магнита в направлении оси привода равным расстоянию между катушкой и торцами корпуса и сердечника со стороны магнита позволяет сократить, при прочих равных условиях, габариты привода по высоте. Это также упрощает устройство за счет упрощения сборки привода. Кроме того, при приближении магнита к якорю увеличивается сила удержания последнего во включенном состоянии привода. При этом не происходит размагничивания магнита при подаче тока в катушку на отключение привода, поскольку благодаря применению подпружиненного штока отрыв якоря от корпуса и сердечника происходит еще до того, как магнитный поток в цепи «корпус-магнит-сердечник-якорь» станет равным нулю.
Применение в приводе фланца для крепления корпуса и сердечника со стороны магнита позволяет упростить сборку деталей привода, а выполнение фланца из магнитного материала дает возможность снизить ампервитки (число витков катушки, умноженное на ток) выключения привода за счет перераспределения магнитного потока магнита между якорем и фланцем. Введение немагнитной прокладки между фланцем и торцами корпуса и сердечника дает возможность регулировать указанное перераспределение магнитных потоков магнита (соотношение между силой удержания якоря, с одной стороны, и ампервитками выключения, с другой стороны). Применение второго якоря из магнитного материала, установленного на штоке со стороны постоянного магнита на расстоянии от первого якоря, превышающем высоту (размер вдоль оси привода на величину рабочего хода последнего) корпуса и сердечника, позволяет обеспечить фиксацию штока в исходном (отключенном) состоянии при частичном подпружинивании штока (когда подпружинивание имеет место только во включенном состоянии привода и на некоторой части рабочего хода привода в начале отключения, например, за счет пружин поджатия контактов выключателей или контакторов).
Полезная модель поясняется фигурами, где на фиг.1 показан общий вид электромагнитного привода в разрезе, на фиг.2 - привод с фланцем из магнитного материала, на фиг.3 - привод с дополнительным якорем.
Электромагнитный привод содержит корпус 1 (фиг.1-3) из магнитного материала и коаксиально расположенный в нем сердечник 2 из магнитного материала. В зазоре между корпусом и сердечником со стороны одного из их торцов (снизу на фиг.1-3) установлен постоянный магнит 3 с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, а с другой стороны - катушка 4. При этом размер магнита в направлении оси привода выбран равным расстоянию между катушкой и торцами корпуса и сердечника со стороны магнита. Корпус 1 и сердечник 2 (фиг.1, 3) могут быть соединены между собой с помощью шпилек, установленных в радиальном направлении между секциями магнита 3, либо путем заливки деталей высыхающим или твердеющим немагнитным составом (на фигурах не показаны).
В сердечнике 2 с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода установлен шток 5, подпружиненный в направлении от магнита к катушке (направление подпружинивания на фиг.1-3 показано стрелкой). На штоке со стороны катушки установлен якорь 6 из магнитного материала. Привод может быть снабжен фланцем 7 (фиг.2) для крепления корпуса и сердечника. При выполнении фланца из магнитного материала может быть применена немагнитная прокладка 8 между фланцем и корпусом с сердечником. На штоке привода со стороны постоянного магнита может быть дополнительно установлен второй якорь 9 (фиг.3) из магнитного материала, причем расстояние между поверхностями якорей со стороны торцов корпуса и сердечника превышает высоту последних на величину рабочего хода 5 привода.
Устройство работает следующим образом. В исходном (отключенном) состоянии привода подпружиненный шток 5 (фиг.1, 2) с якорем 6 находится в верхнем положении, фиксируемый упором (на фигуре не показан). Сила подпружинивания штока выбрана большей, чем сила притяжения якоря постоянным магнитом 3 при заданном воздушном зазоре (рабочем ходе якоря) δ между торцами якоря 6, корпуса 1 и сердечника 2. Для включения привода в катушку 4 подается ток такого направления, чтобы создаваемое катушкой магнитное поле в зазоре между якорем 6, корпусом 1 и сердечником 2 совпадало с магнитным полем от магнита 3. При заданной величине тока (тока включения) сила притяжения якоря становится больше силы подпружинивания и шток с якорем перемещаются вниз до соприкосновения якоря с корпусом и сердечником. При выключении тока шток 5 с якорем 6 остаются во включенном положении за счет превышения силой притяжения магнита силы подпружинивания штока.
Для приведения привода в исходное (выключенное) состояние в катушку 4 (фиг.1, 2) подается ток обратного, по сравнению с первоначальным, направления. При этом магнитное поле катушки 4 в зоне контакта якоря 6 с корпусом 1 и сердечником 2 направлено встречно по отношению к магнитному полю магнита 3, в результате чего при определенном токе (ампервитках) выключения подпружиненный шток 5 с якорем 6 перемещаются в исходное (верхнее) положение.
При использовании соединительного фланца 7 (фиг.2), выполненного из магнитного материала, имеется возможность регулирования силы удержания якоря 6 во включенном положении и величины ампервитков выключения катушки за счет выбора геометрических параметров фланца (толщины и диаметра), а также за счет введения прокладки 8 и подбора ее толщины.
Применение дополнительного якоря 9 из магнитного материала (фиг.3), установленного на штоке 5, позволяет обеспечить фиксацию штока в исходном (отключенном) состоянии в устройствах (выключателях, контакторах и т.п.), в которых подпружинивание штока, связанного с подвижным контактом, осуществляется лишь на части рабочего хода штока (после замыкания контактов при включении и до размыкания контактов при выключении привода). В этом случае дополнительный якорь 9 выполняет роль возвратной пружины, приводящей шток 5 в исходное (верхнее на фиг.3) состояние и обеспечивающей фиксацию его в этом положении. Сила удержания штока с якорями в исходном положении может регулироваться за счет выбора толщины и диаметра дополнительного якоря, а также за счет введения немагнитной прокладки необходимой толщины между ним и корпусом с сердечником. При подаче в катушку 4 тока включения привода магнитное поле катушки в зоне контакта дополнительного якоря 9 с корпусом 1 и сердечником 2 направлено встречно по отношению к магнитному полю магнита 3, в результате чего сила притяжения первого якоря 6 становится больше силы удержания якоря 9 и шток с якорями начинает перемещаться во включенное положение (вниз на фиг.3).
Источники информации
1. Патент RU 2178215 C1, H01H 33/38, H01F 7/06,10.01.2002.
2. Патент RU 2312420 С2, Н01Н 33/42, 10.12.2007 (прототип).