Поляризованный электромагнитный привод коммутационного аппарата
POLARIZED ELECTROMAGNETIC DRIVE OF SWITCHGEAR

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим аппаратам, и может быть использовано при конструировании контакторов, поляризованных реле, дистанционных переключателей и других устройств автоматики.
Известен поляризованный электромагнит, который может быть использован в качестве привода в различных устройствах (Полезная модель RU 160641, H01F 7/122), 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 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.
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.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является поляризованный электромагнитный привод коммутационного аппарата (патент на изобретение RU №2704021, H01F 7/122)] с устройством возврата якоря после срабатывания, содержащий магнитопровод, выполненный из двух сердечников, между которыми установлен, по крайней мере, один постоянный магнит, включающую  и отключающую  обмотки, расположенные на сердечниках, якорь, размещенный напротив полюсов сердечников, возвратную пружину и ферромагнитный шунт, установленный над магнитом, с возможностью его возвратно-поступательного перемещения относительно постоянного магнита с помощью тяги, размещенной в держателе с возможностью скольжения, жестко соединенной с ферромагнитным шунтом. В цилиндрическом отверстии тяги эксцентрично относительно оси отверстия установлена шейка кривошипного вала. Вал установлен с возможностью поворота относительно оси отверстия, перпендикулярной направлению движения шунта с тягой, с помощью ручки оперирования, жестко установленной на валу.
Недостатком указанного технического решения являются недостаточная компактность устройства, значительные усилия для приведения ферромагнитного шунта вместе с тягой в верхнее положение, а также необходимость ручного возврата шунта после срабатывания устройства.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи уменьшения габаритов устройства и повышения надежности его работы и уменьшение усилий для приведения в движение шунта за счет конструктивных изменений в части размещения элементов для перемещения шунта, а также исключения ручного воздействия для возврата шунта в исходное положение.
Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение конструкции устройства и уменьшение его габаритов с сохранением функционального назначения, за счет сокращения количества элементов, снижение трудоемкости возврата шунта в исходное положение и повышение надежности.
Этот технический результат достигается тем, что в поляризованном электромагнитном приводе, содержащем магнитопровод, выполненный из двух параллельно размещенных в корпусе сердечников, между которыми установлен, по крайней мере, один постоянный магнит, включающую и отключающую обмотки, расположенные на сердечниках, подпружиненный якорь, размещенный напротив полюсов сердечников, и ферромагнитный шунт, установленный над постоянным магнитом, соосно с ним, с возможностью возвратно-поступательного движения относительно постоянного магнита с помощью коленчатого вала с кривошипной шейкой, установленного с возможностью поворота в неподвижном держателе, в СООТВЕТСТВИИ С ИЗОБРЕТЕНИЕМ, кривошипная шейка коленчатого вала эксцентрично установлена в сквозном отверстии, выполненном вдоль продольной оси шунта, перпендикулярной направлению его возвратно-поступательного движения, причем, на одном из концов коленчатого вала, неподвижно закреплен конец пружины кручения, другой конец которой закреплен на неподвижном держателе.
Функциональное назначение шунта в устройстве заключается в обеспечении нормального функционирования поляризованного электромагнитного привода под действием включающей и отключающей обмоток при верхнем положении шунта, при котором образуется воздушный зазор между шунтом и магнитопроводом, и обеспечении возврата якоря путем перевода шунта в нижнее положение, при котором нет зазора между шунтом и магнитопроводом, например, при включенном электромагните и замкнутых главных контактов контактора при условии потери оперативного питания и необходимости отключения нагрузки в аварийном режиме или технологической необходимости.
Отличительной особенностью данного технического решения является то, что в поляризованном электромагнитном приводе, содержащем расположенный над постоянным магнитом соосно с ним шунт, в сквозном отверстии которого, выполненном вдоль продольной оси шунта, перпендикулярной направлению его возвратно-поступательного движения эксцентрично установлена кривошипная шейка коленчатого вала, а вал, в свою очередь, установлен с возможностью поворота в неподвижном держателе, причем, на одном из концов коленчатого вала, неподвижно закреплен конец пружины кручения, другой конец которой закреплен в неподвижном держателе. Пружина кручения обеспечивает возврат рукоятки устройства ручного возврата в исходное состояние после снятия с нее воздействия руки оператора.
Из уровня техники неизвестно устройство поляризованного электромагнитного привода коммутационного аппарата, обладающего совокупностью признаков заявляемого технического решения. Поэтому можно сделать вывод, что техническое решение обладает новизной.
Из уровня техники также неизвестна совокупность заявленных отличительных признаков, использование которых в каких-либо технических решениях имело бы такое же влияние на технический результат, как и указанный в описании заявленного технического решения. Поэтому можно сделать вывод, что техническое решение соответствует критерию изобретательский уровень.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен общий вид спереди поляризованного электромагнитного привода в составе контактора.
На фиг. 2 изображен общий вид сбоку контактора с устройством ручного возврата шунта.
На фиг. 3 изображен вид спереди устройства ручного возврата при аварийном режиме работы в разрезе (фрагмент контактора).
На фиг. 4 изображен вид сбоку устройства ручного возврата при аварийном режиме работы в разрезе (фрагмент контактора).
На фиг. 5 изображена ручка оперирования устройством ручного возврата в положении нормального режима работы (фрагмент контактора).
На фиг. 6 изображен вид спереди устройства ручного возврата в нормальном режиме работы в разрезе (фрагмент контактора).
На фиг. 7 изображен вид сбоку устройства ручного возврата в нормальном режиме работы в разрезе (фрагмент контактора).
На фиг. 8 изображен внешний вид фрагмента 3D модели возвратной пружины кручения устройства ручного возврата (рукоятка оперирования устройством ручного возврата условно снята).
Заявляемый поляризованный электромагнитный привод коммутационного аппарата в корпусе 16 (фиг. 1) содержит магнитопровод, выполненный из двух сердечников 1, каждый из которых установлен на своем ярме 5. Между сердечниками размещен, по крайней мере, один постоянный магнит 4. Включающая 17 и отключающая 18 обмотки, расположены на сердечниках, якорь 2, размещен напротив полюсов сердечников и закреплен на траверсе 15 с возвратными пружинами 3, установленный над магнитом 4 ферромагнитный шунт 6 (фиг. 2 и фиг. 3, фиг. 4, фиг. 6, фиг. 7), с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно постоянного магнита 4 с помощью кривошипной шейки 8.1, установленной в держателе 7 коленчатого вала 8 (фиг.2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 6, фиг. 7), зафиксированного с помощью стопорного кольца 10 и шайбы 9, препятствующих перемещению вала 8 в горизонтальном направлении. Шейка 8.1 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 6, фиг.7) вала 8  эксцентрично установлена в отверстии шунта 6(фиг. 3 и фиг. 6), причем на конце вала 8 установлена пружина кручения 11, один конец которой закреплен на держателе 7, а другой закреплен фигурной шайбой 12 на лыске вала.
Кривошипная шейка 8.1 эксцентрично размещается в цилиндрическом отверстии шунта, при этом ее длина выбрана из условия обеспечения перемещения шунта относительно постоянного магнита 4. (фиг. 2). При повороте вала вокруг своей оси кривошипная шейка, установленная в отверстии шунта с эксцентриситетом, поворачиваясь вместе со всем валом, приводит в возвратно-поступательное движение шунт в прямоугольном окне держателя 7. Вал поворачивается с помощью ручки оперирования 13 (фиг. 1 и фиг.5), установленной и закрепленной винтом 14 на валу в месте расположения на нем лысок. Более наглядно устройство перемещения шунта в вертикальном направлении изображено на фиг. 3 в разрезе, вид сбоку в разрезе изображен на фиг. 4. На фиг. 6 и фиг. 7 изображено верхнее положение шунта (вид спереди и вид сбоку соответственно).
В исходном состоянии шунт под действием кривошипной шейки 8.1, переведенный ручкой оперирования в верхнее положение, находится в крайнем верхнем положении. При этом между шунтом 6 и магнитопроводом с постоянным магнитом 4 имеет место максимальный воздушный зазор, препятствующий отводу через шунт 6 значительной части магнитного потока постоянного магнита 4. В то же время якорь 2 электромагнита находится в начальном положении, т. е. имеет место максимальный рабочий зазор между ним и полюсами сердечника 1, через который проходит часть магнитного потока постоянного магнита 4, не достаточного для срабатывания электромагнита. При кратковременной подаче напряжения на включающую обмотку 17 электромагнита в магнитной системе возбуждается магнитный поток от этой обмотки, направленный согласно с магнитным потоком постоянного магнита 4. Электромагнит срабатывает и замыкает главные контакты коммутационного аппарата, при этом за счет уменьшения рабочего зазора, а, следовательно, его магнитного сопротивления, резко возрастает магнитный поток постоянного магнита через рабочий зазор. Этот магнитный поток является достаточным для удержания якоря 2 в замкнутом положении при снятом напряжении с включающей обмотки 17.
Возврат якоря 2 электромагнита в исходное состояние и размыкание главных контактов осуществляется посредством отключающей обмотки 18, на которую кратковременно подается напряжение питания (управления). Обмотка 18 возбуждает в системе магнитный поток, направленный против магнитного потока постоянного магнита 4. Алгебраическая сумма магнитных потоков от постоянного магнита 4 и отключающей обмотки 18 становится меньше потока отпадания. Якорь 2 отпадает и возвращается в исходное состояние.
При внезапной потере питания возврат якоря 2 в исходное состояние в заявляемом электромагните может осуществляться вручную, путем перевода шейки вала 8 в нижнее конечное положение посредством ручки оперирования 13. При этом шунт 6 перемещается в конечное нижнее положение под действием собственного веса и электромагнитной силы, образованной частью потока постоянного магнита 4 через шунт 6. Переход шунта 6 в конечное нижнее положение приводит к перераспределению магнитных потоков постоянного магнита 4 через рабочий зазор и конечный зазор между шунтом 6 и магнитопроводом в сторону уменьшения магнитного потока в рабочем зазоре. Это в конечном итоге приводит к уменьшению электромагнитной силы, удерживающей якорь 2 в замкнутом состоянии до ее значения меньше силы удержания. Якорь 2 возвращается в исходное положение. Шунт 6 также возвращается в исходное положение после снятия с ручки оперирования 13 руки оператора под действием пружины 11, установленной на валу 8. Предварительный взвод пружины осуществляется в результате поворота вала переводом ручки оперирования 13 из положения, соответствующего верхнему положению шунта, в положение, соответствующее нижнему положению шунта, за счет связи конца пружины с валом 8 посредством фигурной шайбы 12, установленной на лысках вала 8. Неподвижный конец пружины закреплен в отверстии держателя 7.