Поляризованный электромагнит

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к электромеханическим коммутационным аппаратам, и может быть использована при конструировании автоматических выключателей, контакторов, поляризованных реле, дистанционных переключателей и других устройств автоматики.
Известна конструкция поляризованного электромагнита (полезная модель RU 160641, H01F 7/122. Поляризованный электромагнит / Зайцев Ю.М., Свинцов Г.П.; заявлено 08.09.2015; опубликовано 27.03.201620), содержащая 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 электромагнит (патент на изобретение RU 2704021, МПК H01F 7/122. Поляризованный электромагнит / Зайцев Н.Ю.; заявлено 10.03.2019; опубликовано 23.10.2019), 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 подвижный магнитный шунт, расположенный над постоянным магнитом соосно с ним и жестко связанный с тягой, установленной с возможностью возвратно-поступательного движения в неподвижном держателе с кривошипным валом, ось поворота которого перпендикулярна направлению движения шунта с тягой, а эксцентриковая шейка кривошипного вала размещена в цилиндрическом отверстии тяги, причем величина эксцентриситета шейки кривошипного вала равна расстоянию перемещения магнитного шунта из начального верхнего положения в нижнее положение.
Недостатком указанного технического решения является необходимость приложения значительного усилия на возврат шунта в исходное положение, при потере сигнала управления после возврата якоря электромагнита в начальное положение. Это объясняется тем, что усилие прижатия шунта к магниту при перераспределении магнитного потока постоянного магнита между магнитным потоком в рабочем воздушном зазоре поляризованного электромагнита и магнитным потоком в зазоре между шунтом и сердечником значительно по величине, что в конечном итоге приводит к значительной величине усилия оперирования положением шунта.
Задачей полезной модели является создание конструкции поляризованного электромагнита, в которой усилие ручного оперирования положением шунта было бы снижено, что положительно сказалось бы на  повышении удобства работы оператора и быстродействия при ручном возврате шунта в исходное положение при потере сигнала управления.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является  снижение усилия ручного оперирования положением шунта и увеличение быстродействия ручного возврата, а также повышение удобства обслуживания поляризованного электромагнита при ручном возврате в случае потери сигнала управления.
Этот технический результат достигается тем, что в поляризованном электромагните, содержащем 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, магнитный шунт, расположенный над постоянным магнитом и установленный с возможностью возвратно-поступательного движения, а также устройство ручного оперирования шунтом при потере управляющего сигнала. В соответствии с заявляемой полезной моделью шунт выполнен подпружиненным к сердечникам путем размещения пружин в глухих симметрично размещенных по окружности отверстиях, выполненных соосно друг другу в телах сердечника и шунта, параллельно оси шунта.
При этом в отверстиях шунта и сердечника может быть установлен соосно с пружиной направляющий шток.
Отличительной особенностью данного технического решения является то, что в поляризованном электромагните с магнитным шунтом, установленным над постоянным магнитом с возможностью возвратно-поступательного движения из начального положения в конечное положение, шунт выполнен подпружиненным к сердечникам, для чего между шунтом и сердечником установлены пружины, вставленные в глухие отверстия, выполненные в телах сердечника и шунта, соосно друг другу, причем в отверстиях шунта и сердечников может быть дополнительно установлен соосно с пружиной направляющий шток.
Из уровня техники неизвестно устройство поляризованного магнита, обладающего совокупностью признаков заявляемого технического решения. Поэтому можно сделать вывод, что техническое решение обладает новизной.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен заявленный поляризованный электромагнит.
На фиг. 2 изображено устройство ручного возврата при начальном (верхнем) положении шунта и дополнительно в отверстиях в шунте и сердечников установлен соосно с пружиной направляющий шток 15 из немагнитного материала.
Заявляемый поляризованный электромагнит в корпусе 2 (фиг. 1) содержит магнитопровод, выполненный из двух сердечников 4 и 5, между которыми установлен постоянный магнит 6, включающую 7 и отключающую 8 обмотки, расположенные на сердечниках 4 и 5, якорь 9, размещенный напротив полюсов сердечников, возвратную пружину 3 и ферромагнитный шунт 10, установленный над магнитом 6, с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно постоянного магнита 6. При потере управляющего сигнала шунт перемещают с помощью устройства 1 ручного оперирования, закрепленного на корпусе 2. Устройство 1 ручного оперирования может быть выполнено в виде тяги 11, размещенной в устройстве 1 с возможностью скольжения, и жестко соединенной с шунтом 10 винтом 13. В цилиндрическом отверстии тяги 11 установлена шейка кривошипного вала 12 с эксцентриситетом относительно оси отверстия. Вал установлен с возможностью поворота относительно оси отверстия, перпендикулярной направлению движения шунта 10 с тягой 11. Шунт 10 при потере управляющего сигнала перемещается относительно постоянного магнита 6 с помощью тяги 11. Шунт выполнен подпружиненным, для чего между шунтом и сердечником установлены пружины 14, вставленные без предварительного сжатия в глухие отверстия, выполненные в телах сердечника и шунта соосно, в которые, кроме того, могут быть, например, запрессованы направляющие штоки, входящие в отверстия в сердечнике. При движении шунта из начального положения в конечное пружины сжимаются и создают усилие противоположное усилию притяжения шунта 10 к сердечникам 4 и 5, таким образом, пружины 14 компенсируют усилие притяжения шунта к сердечникам 4 и 5 при опускании шунта 10 для возврата якоря 9 электромагнита в начальное положение.
В исходном состоянии имеют место начальные рабочие зазоры между якорем 9 и сердечниками 4 и 5 электромагнита и максимальный зазор между шунтом 10 и сердечниками 4 и 5. При недостаточном для срабатывания электромагнита электромагнитном усилии, создаваемым потоком постоянного магнита 6 между якорем 9 и сердечниками 4 и 5, шунт 10 удерживается в начальном положении устройством ручного оперирования 1.
При подаче управляющего напряжения (в течение времени срабатывания электромагнита) на включающую обмотку 7 в магнитной системе возбуждается магнитный поток, направленный согласно с магнитным потоком постоянного магнита. При достижении значения этого потока, равного потоку срабатывания, электромагнит срабатывает, якорь 9 переходит в конечное верхнее положение. Управляющее напряжение снимается с обмотки включения. Якорь 9 удерживается в конечном, прижатом к полюсам сердечников 4 и 5 положении усилием, развиваемым магнитным потоком постоянного магнита 6.
Для отключения электромагнита подается напряжение на выключающую обмотку 8, в магнитной системе возбуждается магнитный поток, направленный встречно магнитному потоку постоянного магнита 6. При достижении в рабочем зазоре алгебраической суммы потоков постоянного магнита и потока от выключающей обмотки, равной потоку возврата, якорь 9 возвращается в исходное положение под воздействием механических сил электрического аппарата.
Режим работы при исчезновении напряжения оперативного питания, который характеризуется конечным верхним положением якоря 9 и начальным положением шунта 10 и при котором имеют место максимальные зазоры между ним и сердечниками 4, 5, заключается в следующем. Магнитная система замкнута под действием электромагнитного усилия в рабочем зазоре, создаваемого магнитным потоком постоянного магнита 6.
Для приведения якоря 9 в нижнее положение устройством ручного оперирования 1 шунт 10 переводится в нижнее положение до его соприкосновения с сердечниками 4 и 5, при этом установленные в соответствии с заявляемой полезной моделью пружины 14 сжимаются и их усилия действуют против электромагнитного усилия прижимающего шунт сердечника. При выполнении устройства ручного оперирования, как это представлено на рисунке, шунт переводят в нижнее положение поворотом кривошипного вала, вручную. Одновременно происходит перераспределение магнитного потока в магнитной цепи, образованной постоянным магнитом 6, сердечниками 4, 5 и шунтом 10 и магнитного потока в рабочих зазорах электромагнита. В результате магнитный поток в рабочих зазорах уменьшается до величины потока возврата якоря в исходное нижнее положение, а магнитный поток, проходящий через зазоры между шунтом 10 и сердечниками 4 и 5 и самим шунтом, увеличивается и значительно увеличивается усилие прижатия шунта 10 к сердечникам 4 и 5. Однако это усилие частично компенсируется усилием сжатых пружин 14, что приводит к снижению усилия оперирования при возвращении шунта тем же устройством возврата в верхнее положение.
Для обеспечения функционирования электромагнита в нормальном режиме необходимо шунт 10 с помощью устройства ручного возврата вернуть в исходное состояние. Возврат шунта происходит под действием усилия оперирования, уменьшенным в результате действия установленных в соответствии с полезной моделью пружин, так как происходит компенсация усилия отрыва шунта от сердечников и в конечном итоге снижает усилие оперирования.
Использование заявляемого технического решения обеспечивает возможность возврата якоря уменьшенным усилием оперирования в начальное положение при потере сигнала управления и отключение электрической нагрузки при технологической или другой необходимости.