ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ
POLARIZED ELECTROMAGNET

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, содержащий магнитопровод, выполненный из двух параллельно размещенных сердечников с катушками, расположенными на сердечниках, якорь, механически связанный с возвратной пружиной, кроме того, электромагнит содержит постоянный магнит, размещенный между сердечниками магнитопровода и имеющий направление оси намагничивания от одного сердечника к другому [1]. Недостатком указанного технического решения является невозможность возврата якоря в исходное положение при потере сигнала управления.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является поляризованный электромагнит [2], 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.
Задачей изобретения является создание быстродействующего и надежного в работе поляризованного электромагнита, предназначенного для контакторов, поляризованных реле, дистанционных переключателей и других устройств автоматики.
Техническим результатом заявляемого изобретения является исключение ручного манипулирования элементами поляризованного электромагнита в аварийной ситуации, повышение быстродействия и надежности возврата поляризованного электромагнита в режим нормального функционирования, путем сокращения времени и усилия введения шунта в положение, при котором происходит перераспределение магнитного потока постоянного магнита между магнитным потоком в рабочих зазорах и потоком в цепи, образованной ферромагнитным шунтом и сердечниками в зазорах между шунтом и сердечниками и, в следствие этого, одномоментного уменьшения магнитного потока в рабочих зазорах до величины потока, соответствующего возврату якоря в исходное положение, а также последующего выведения шунта из этого положения в исходное верхнее положение, при котором происходит одномоментное с поднятием его вверх уменьшение магнитного потока, проходящего через зазоры между шунтом и сердечниками и сам шунт, до величины при которой возможно функционирование управляющих обмоток. Техническим результатом заявляемого изобретения является также расширение арсенала средств управления устройствами автоматики
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, а также подвижный магнитный шунт, в СООТВЕТСТВИИ С ИЗОБРЕТЕНИЕМ, шунт расположен над постоянным магнитом соосно с ним и жестко связан 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.
Отличительной особенностью данного технического решения является то, что в поляризованном электромагните магнитный шунт установлен над постоянным магнитом с возможностью возвратно-поступательного движения вместе с тягой, установленной в держателе с кривошипным валом, ось поворота которого перпендикулярна направлению движения шунта, а эксцентриковая шейка кривошипного вала размещена в цилиндрическом отверстии тяги, причем величина эксцентриситета шейки равна расстоянию перемещения магнитного шунта из начального положения в конечное положение. Средством поворота кривошипного вала может быть ручка, с помощью которой может осуществляться вращение, а может быть и другой механизм.
Из уровня техники неизвестно устройство поляризованного магнита, 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 заявленный поляризованный электромагнит.
На фиг. 2 и фиг. 3 изображен держатель, устанавливаемый на электромагните, с размещенными в нем элементами для возврата якоря в начальное положение при отключенном питании обмоток электромагнита в начальном (верхнем) состоянии шунта.
На фиг. 3 положение ручки поворота кривошипного вала соответствует верхнему положению шунта и соответственно верхнему положению тяги, которое обусловлено соответствующим положением шейки кривошипного вала.
На фиг. 4 и фиг. 5 положение ручки соответствует нижнему положению шунта, необходимому для отрыва якоря от сердечников.
На фиг. 6 изображен кривошипный вал 12 с эксцентриситетом шейки вала Э, который равен величине перемещения шунта из начального положения в конечное, до соприкосновения его с постоянным магнитом и перекрытия шунтом зазоров между постоянным магнитом и сердечником. Вал в случае необходимости может быть подсоединен к механизму вращения.
Заявляемый поляризованный электромагнит в корпусе 2 (фиг. 1) содержит магнитопровод, выполненный из двух сердечников 4 и 5, между которыми установлен, по крайней мере, один постоянный магнит 6, включающую 7 и отключающую 8 обмотки, расположенные на сердечниках 4, 5, якорь 9, размещенный напротив полюсов сердечников, возвратную пружину 3 и ферромагнитный шунт 10, установленный над магнитом 6, с возможностью его возвратно-поступательного перемещения относительно постоянного магнита 6 с помощью тяги 11, размещенной в держателе 1 с возможностью скольжения, соединенной винтом 13 с ферромагнитным шунтом 10. В цилиндрическом отверстии тяги 11 установлена шейка кривошипного вала 12 с эксцентриситетом шейки вала Э относительно оси отверстия. Вал 12 установлен с возможностью поворота относительно оси отверстия, перпендикулярной направлению движения шунта с тягой, с помощью ручки оперирования 15 (фиг. 2), установленной на валу с помощью штифта 14. Более наглядно устройство перемещения шунта в вертикальном направлении изображено на фиг. 3 в разрезе.
В исходном состоянии имеют место начальные рабочие зазоры между якорем 9 и сердечниками 4, 5 электромагнита (фиг. 1) и максимальный зазор между шунтом 10 и сердечниками 4, 5, равный величине эксцентриситета шейки кривошипа. Электромагнитное усилие, создаваемое потоком постоянного магнита 6 между якорем 9 и сердечниками 4, 5 недостаточно для срабатывания электромагнита. Шунт 10 удерживается в начальном положении, соответствующем верхнему положению шейки вала 12 в отверстии тяги и, соответственно, верхнему положению самой тяги 11, а также начальному положению ручки оперирования, как изображено на фиг.2. При этом головка тяги 11 упирается в вал 12 (фиг. 3).
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, положении усилием, развиваемым магнитным потоком постоянного магнита.
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 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. Вначале магнитная система замкнута под действием электромагнитного усилия в рабочем зазоре, создаваемого магнитным потоком постоянного магнита 6. Для приведения якоря в нижнее положение поворачивают ручку оперирования 15 на 180° влево в соответствии с фиг. 4, поворачивая кривошипный вал 12. Шейка вала также поворачивается эксцентриситетом вниз, а тяга 11 с шунтом 10 опускается вниз на величину Э эксцентриситета, достаточную для одномоментного введения шунта в соприкосновение с сердечниками 4, 5 (фиг. 5). При этом 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 и сердечниками и самим шунтом, увеличивается и значительно увеличивается усилие прижатия шунта к сердечникам.
Для обеспечения функционирования электромагнита в нормальном режиме необходимо шунт с помощью ручки оперирования 15 вернуть в исходное состояние. Возврат шунта осложняется тем, что в результате предыдущих действий, направленных на увеличение рабочих зазоров и перераспределение магнитных потоков постоянного магнита 6 через рабочие зазоры в сторону увеличения магнитного потока шунта 10, значительно увеличивается электромагнитное усилие отрыва шунта 10 от сердечников 4, 5, что может сделать затруднительным его возврат в начальное положение и дальнейшее функционирование поляризованного электромагнита в нормальном режиме. Например, при апробации заявляемого поляризованного электромагнита в качестве привода контактора с магнитной памятью на базе контактора КВ2 (Контакторы вакуумные серии КВ2. Руководство по эксплуатации БКЖИ.644534.004 РЭ) было выявлено, что величина усилия отрыва ферромагнитного шунта от сердечника составляет 35-40 кг, при этом среднестатистическому человеку невозможно вручную совершить такую операцию отрыва без дополнительной механической передачи. Однако, с помощью заявляемого устройства это осуществляется с помощью поворота ручки и соответственно вала, причем в случае необходимости преодоления значительного усилия прижатия шунта к сердечникам и магниту, вращение может осуществляться с помощью любого механизма.
Расстояние вертикального передвижения шунта, равное эксцентриситету Э, меньше расстояния, на которое шунт передвигается в соответствии с прототипом в горизонтальном направлении, в одиннадцать раз. Причем, устройство по прототипу не предусматривает конструктивные элементы, удерживающими шунт над постоянным магнитом, параллельно с плоскостью боковой поверхности шунта и сердечников магнитопровода.
Изобретение обеспечивает возможность возврата якоря с уменьшенным усилием оперирования в начальное положение при потере сигнала управления и отключение электрической нагрузки при технологической или другой необходимости.
Источники информации:
1. Сливинская А.Г. Электромагниты и постоянные магниты. – М.: Энергия, 1972.
2. Полезная модель RU 160641, H01F 7/122. Поляризованный электромагнит / Зайцев Ю.М., Свинцов Г.П.; заявлено 08.09.2015; опубликовано 27.03.2016.