МАГНИТНОЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С ДВУХЭЛЕМЕНТНЫМИ БОКОВЫМИ ПЛАСТИНАМИ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ
MAGNETIC ACTUATION MECHANISM WITH TWO-ELEMENT LATERAL PLATES FOR AUTOMATIC SWITCH

Область техники
Настоящее изобретение относится к магнитному исполнительному устройству для автоматического выключателя, к способу сборки магнитного исполнительного устройства, к использованию магнитного исполнительного устройства и автоматического выключателя.
Для работы автоматического выключателя, в частности, средневольтного вакуумного автоматического выключателя, необходимо создавать большое усилие для прижима первого подвижного электрического контакта к соответствующему второму неподвижному электрическому контакту. Усилие может создаваться магнитным исполнительным устройством. Магнитное исполнительное устройство содержит катушку для создания магнитного поля, магнитный сердечник для формирования этого поля и подвижную пластину, которая притягивается магнитным сердечником. В притянутом состоянии подвижная пластина создает усилие, используемое для замыкания автоматического выключателя.
ЕР 1843375 А1 относится к электромагнитному исполнительному устройству для средневольтного автоматического выключателя, имеющему первую подвижную пластину в виде круглого ярма, приводной шток и нижнюю вторую подвижную пластину меньших размеров в виде нижнего ярма меньших размеров, которая неподвижно закреплена на удалении от первой подвижной пластины и расположена с противоположной стороны сердечника.
В US 2008/0272659 А1 раскрыты электромагнитное исполнительное устройство и автоматический выключатель, в котором использовано электромагнитное исполнительное устройство.
Для установки такого исполнительного устройства на автоматическом выключателе к центральному стержню сердечника исполнительного устройства может крепиться пластина из нержавеющей стали.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения - предложить альтернативный вариант крепления исполнительного устройства.
Данная цель достигается объектом изобретения, описанным в независимых пунктах формулы изобретения. Дополнительные варианты выполнения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Один из аспектов настоящего изобретения относится к магнитному исполнительному устройству для автоматического выключателя. Магнитное исполнительное устройство включает в себя катушку, сердечник для размещения катушки, сердечник, имеющий центральный стержень, располагающийся между постоянными магнитами, и боковые стержни сердечника. Подвижная пластина притягивается сердечником, когда катушка создает магнитное поле. Подвижная пластина приводит в действие автоматический выключатель, когда она притягивается сердечником. Это может означать, что электрические контакты автоматического выключателя размыкаются или замыкаются, когда автоматический выключатель приводится в действие. Предлагается первый соединительный элемент для крепления магнитного исполнительного устройства к элементу конструкции автоматического выключателя, при этом первый соединительный элемент крепится к боковым стержням, а не к центральному стержню сердечника.
Такое магнитное исполнительное устройство с первым соединительным элементом, прикрепленным к боковым стержням, а не к центральному стержню сердечника, может обеспечить снижение стоимости магнитного исполнительного устройства, т.к. первый соединительный элемент может быть выполнен из обычной стали и не требует немагнитного материала, такого как нержавеющая сталь. Дополнительный магнитный поток рассеяния из-за первого соединительного элемента может приводить лишь к незначительному уменьшению удерживающего усилия, так что в большинстве применений такое уменьшение может быть допустимым. Магнитное короткое замыкание постоянных магнитов первым соединительным элементом может быть исключено.
Другими словами, в одном из вариантов выполнения настоящего изобретения предлагается использование двух боковых пластин, т.е. первого соединительного элемента для соединения магнитного исполнительного устройства с элементом конструкции автоматического выключателя, крепящегося к боковым стержням сердечника, и второго соединительного элемента для фиксации центрального стержня, крепящегося к боковым стержням сердечника. Второй соединительный элемент может быть выполнен из немагнитного материала, такого как нержавеющая сталь, чтобы исключить магнитное короткое замыкание постоянных магнитов, которое может произойти между центральным стержнем и боковыми стержнями сердечника и таким образом исключить уменьшение удерживающего усилия. Первый соединительный элемент может быть выполнен из обычной стали, что позволяет снизить его стоимость по сравнению с вариантом выполнения, в котором используют только один соединительный элемент для крепления центрального стержня сердечника к боковым стержням и для крепления магнитного исполнительного устройства к элементу конструкции автоматического выключателя, который должен выполняться из немагнитного материала, такого как нержавеющая сталь, для того чтобы исключить магнитное короткое замыкание постоянных магнитов. Нержавеющая сталь имеет относительно высокую стоимость по сравнению с обычной сталью.
Магнитное исполнительное устройство может дополнительно содержать крепежное приспособление или крепежное устройство для крепления соединительного элемента к боковым стержням, при этом крепежное приспособление может содержать, по меньшей мере, один винт.
В другом варианте выполнения настоящего изобретения первый соединительный элемент имеет U-образную форму и прикреплен к боковым стержням сердечника в районе ножек первого соединительного элемента. Поэтому материал, находящийся между двух ножек первого соединительного элемента U-образной формы, может быть исключен, и расход материала и стоимость могут быть уменьшены.
В другом варианте выполнения настоящего изобретения первый соединительный элемент крепят к элементу конструкции автоматического выключателя в районе основной части, соединяющей ножки U-образных первых соединительных элементов, тем самым обеспечивая достаточную прочность первого соединительного элемента для крепления или поддержки магнитного исполнительного устройства на аварийном выключателе.
В еще одном варианте выполнения основная часть первого соединительного элемента U-образной формы имеет фланцевую часть, отогнутую в сторону от катушки в направлении, перпендикулярном основной части. Фланцевая часть может использоваться для крепления первого соединительного элемента в точках крепления к автоматическому выключателю или к элементу конструкции автоматического выключателя.
В еще одном варианте выполнения первый соединительный элемент выполняют из листового материала. Толщину листового материала выбирают исходя из соображений достаточной прочности первого соединительного элемента и в то же время максимальной экономии материала. Первый соединительный элемент может быть выполнен из обычной стали или любого другого материала, обладающего необходимой прочностью для соединения с его помощью магнитного исполнительного устройства с автоматическим выключателем.
В еще одном варианте выполнения предлагается второй соединительный элемент, крепящийся к боковым стержням сердечника для придания прочности сердечнику. Второй соединительный элемент может крепиться к боковым стержням и к центральному стержню для стабилизации сердечника. Второй соединительный элемент может быть выполнен из немагнитного материала для исключения магнитного короткого замыкания постоянных магнитов, установленных между центральным стержнем и боковыми стержнями сердечника, так что усилие зажима магнитного исполнительного устройства может быть сохранено и не уменьшено. Второй соединительный элемент может быть выполнен из нержавеющей стали.
Очередной аспект настоящего изобретения относится к способу сборки или изготовления магнитного исполнительного устройства для автоматического выключателя.
В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения способ включает в себя стадии установки катушки в окне сердечника магнитного исполнительного устройства, так чтобы секция катушки располагалась в окне, крепление второго соединительного элемента к боковым стержням сердечника и крепление первого соединительного элемента для крепления магнитного исполнительного устройства к элементу конструкции автоматического выключателя к боковым стержням, а не к центральному стрежню сердечника.
Следует иметь в виду, что свойства способа, приведенные выше и в последующем описании, могут быть свойствами магнитного исполнительного устройства, приведенными выше и в последующем описании, и наоборот.
Очередной аспект настоящего изобретения относится к использованию магнитного исполнительного устройства, описанного выше и далее, в средневольтном вакуумном автоматическом выключателе. Средневольтное напряжение может быть напряжением от 1 кВ до 72 кВ.
Следующий аспект настоящего изобретения относится к автоматическому выключателю.
В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения автоматический выключатель содержит, по меньшей мере, одно магнитное исполнительное устройство, описанное выше и далее. Автоматический выключатель включает в себя первый электрический контакт и второй электрический контакт. Магнитное исполнительное устройство может быть механически связано с первым и вторым электрическими контактами, так что подвижная пластина приводит в действие автоматический выключатель, соединяя и разъединяя первый и второй контакты при перемещении.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения очевидны и пояснены со ссылкой на варианты выполнения, описанные ниже.
Краткое описание чертежей
Варианты выполнения настоящего изобретения более подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на Фиг.1 - изображение в перспективе магнитного исполнительного устройства;
на Фиг.2 - изображение в перспективе другого магнитного исполнительного устройства;
на Фиг.3 - изображение в перспективе еще одного магнитного исполнительного устройства;
на Фиг.4 - изображение в перспективе магнитного исполнительного устройства в соответствии с одним из вариантов выполнения;
на Фиг.5 - схематическое изображение автоматического выключателя в соответствии с одним из вариантов выполнения;
на Фиг.6 - блок-схема последовательности операций способа сборки магнитного исполнительного устройства в соответствии с одним из вариантов выполнения.
Ссылочные позиции, используемые на чертежах, и их значения приведены в обобщенном виде в перечне ссылочных позиций. В принципе, одинаковые детали обозначены на чертежах одинаковыми ссылочными позициями.
Подробное описание вариантов выполнения
На Фиг.1 показано изображение в перспективе электромагнитного исполнительного устройства 100, содержащее электромагнит с катушкой 101 и сердечником 102. Сердечник 102 магнитного исполнительного устройства 100 включает в себя центральный стержень 103, два постоянных магнита 122 и два боковых стержня 104 и 105. Нижняя часть первого бокового стержня 104, первый постоянный магнит 122, нижняя часть центрального стержня 103, второй постоянный магнит 122 и нижняя часть второго бокового стержня 105 образуют балку, таким образом, сердечник 102 имеет форму гребня.
Между зубцами гребня, т.е. верхними частями центрального стержня 103 и боковыми стержнями 104, 105 образуются два окна. Первое (второе) окно ограничено внутренней боковой поверхностью верхней части бокового стержня 104 и 105 и боковой поверхностью верхней части центрального стержня 103, обращенной к боковой поверхности бокового стержня 104 и 105.
В первом и втором окнах располагаются первая и вторая секции катушки 101. Прочие секции катушки 101 выступают за боковые стороны сердечника в направлении, перпендикулярном балке.
Ось 120 для направления перемещения подвижной пластины 106 проходит через отверстие в центральном стержне 103 сердечника 102. Благодаря оси 120 подвижная пластина 120 может перемещаться только в направлении сердечника 102 или от него. Постоянные магниты 122 и катушка 101, когда через нее протекает электрический ток, создают магнитное поле в сердечнике 102, которое притягивает подвижную пластину 106. Подвижная пластина 106 может быть возвращена в положение ВЫКЛ пружиной, которая не показана на Фиг.1.
На Фиг.2 показан еще один вариант выполнения магнитного исполнительного устройства 100, который отличается от магнитного исполнительного устройства, приведенного на Фиг.1, тем, что центральный стержень (на чертеже не показан) и боковые стержни 104, 105 закреплены таким образом, что их верхние концы хорошо совмещаются с подвижной пластиной 106, чтобы получить оптимальное удерживающее усилие магнитного исполнительного устройства 100. Пластина или второй соединительный элемент 108 прикручена винтами 111 к центральному сердечнику (на чертеже не показан) и к боковым стержням 104, 105. Пластина 108 выполнена из немагнитного материала, такого как нержавеющая сталь, для того чтобы исключить магнитное короткое замыкание постоянных магнитов между боковыми стержнями 104, 105 и центральным стержнем сердечника (см. Фиг.1), что могло бы привести к уменьшению усилия зажима магнитного исполнительного устройства 100.
На другой стороне сердечника 102, которая не видна на Фиг.2, может быть установлена другая пластина или второй соединительный элемент 108, чтобы увеличить механическую прочность сердечника 102.
На Фиг.3 показан еще один вариант выполнения магнитного исполнительного устройства, приведенного на Фиг.2, с той разницей, что пластина 108 имеет специальное удлинение до точек 130 крепления, с помощью которых магнитное исполнительное устройство соединяется или крепится к элементу конструкции автоматического выключателя или к автоматическому выключателю. В зависимости от требуемых точек 130 крепления для соединения пластины с автоматическим выключателем удлиненная пластина может иметь относительно большие размеры. Ввиду того, что удлиненную пластину изготавливают из немагнитного материала типа нержавеющей стали, она может иметь относительно высокую стоимость.
На обратной стороне сердечника 102, которая не показана на Фиг.3, может быть установлена другая пластина или второй соединительный элемент 108, чтобы увеличить механическую прочность сердечника 102.
На Фиг.4 показано изображение в перспективе магнитного исполнительного устройства 100 в соответствии с одним из вариантов выполнения настоящего изобретения, содержащее магнитное исполнительное устройство 100, показанное на Фиг.1. Между зубцами сердечника, имеющего форму гребня, сформированы два окна 261, 262. Первое (второе) окно 261 (262) ограничено внутренней боковой поверхностью верхней части бокового стержня 104 (105) и боковой поверхностью верхней части центрального стержня (на чертеже Фиг.1 не показан), обращенной к боковой поверхности бокового стержня 104 (105). В первом и втором окнах 261, 262 располагаются первая и вторая секции 281, 282 катушки 101. Пластина или второй соединительный элемент 108 прикручена винтами 111 непосредственно к частям сердечника, в частности, к боковым стержням 104, 105 и центральному стержню сердечника (на чертеже не показан) магнитного исполнительного устройства 100 для придания жесткости или фиксации сердечника, чтобы верхние концы боковых стержней 104, 105 хорошо совмещались с подвижной пластиной 106 с целью получения оптимального удерживающего усилия магнитного исполнительного устройства 100.
Первый соединительный элемент 110 или удлиненную пластину для соединения магнитного исполнительного устройства 100 с элементом конструкции автоматического выключателя прикручивают только к боковым стержням 104 и 105, но не к центральному стержню 103, с помощью крепежных элементов 111, таких как винты. Следовательно, первый соединительный элемент 110 может быть выполнен или может содержать обычную сталь, в то время как второй соединительный элемент 108 должен выполняться из немагнитного материала, такого как нержавеющая сталь, чтобы избежать магнитного короткого замыкания постоянных магнитов, установленных между центральным стержнем сердечника (на чертеже не показан) и боковыми стержнями 104, 105. Таким образом может быть предотвращено уменьшение удерживающего усилия из-за магнитного короткого замыкания.
На обратной стороне сердечника 102, которая не показана на Фиг.4, могут быть установлены еще одна пластина или второй соединительный элемент 108 и еще один первый соединительный элемент 110, чтобы увеличить механическую прочность сердечника 102 и улучшить соединение магнитного исполнительного устройства 100 с элементом конструкции автоматического выключателя.
Первый соединительный элемент 110 имеет U-образную форму и крепится к боковым стержням 104, 105 в районе ножек 112, 113 первого соединительного элемента 110 U-образной формы. Первый соединительный элемент 110 соединяют с элементом конструкции автоматического выключателя в основной части, соединяющей ножки 112, 113, при этом основная часть 114 содержит фланцевую часть 115, отходящую в сторону от катушки 101 в направлении, перпендикулярном основной части 114, и имеющую две точки 130 крепления в виде сквозных отверстий, предназначенных для крепления элемента 110 к элементу конструкции автоматического выключателя.
На Фиг.5 показано схематическое изображение автоматического выключателя 500. Автоматический выключатель 500 содержит два электрических контакта 521, 522, которые могут быть электрически соединены с линиям сети средневольтного напряжения. Дополнительно электрические контакты 521, 522 могут быть размещены в вакууме. То есть автоматический выключатель 500 может быть средневольтным вакуумным автоматическим выключателем.
Автоматический выключатель 500 содержит магнитное исполнительное устройство 100, которое механически соединено с контактами 521, 522, так что подвижная пластина приводит в действие автоматический выключатель 500 путем замыкания и размыкания контактов 521, 522 при своем перемещении. Кроме того, автоматический выключатель может содержать пружину 541 для создания усилия, противоположного направлению движению подвижной пластины, вызываемому созданным магнитным полем магнитного исполнительного устройства.
На Фиг.6 схематически показана блок-схема последовательности операций способа сборки магнитного исполнительного устройства, показанного на Фиг.4. На стадии 601 катушку 101 вставляют в окна 261, 262 сердечника 102 магнитного исполнительного устройства 100, так что секции 281, 282 катушки 101 располагаются в окнах 261, 262.
На стадии 602 к центральному стержню 103 и боковым стержням 104, 105 сердечника 102 подсоединяют второй соединительный элемент 108.
На стадии 603 к боковым стержням 104, 104, но не центральному стержню 103, подсоединяют первый соединительный элемент 110, предназначенный для соединения магнитного исполнительного устройства 100 с элементом конструкции автоматического выключателя 500.
Несмотря на то, что настоящее изобретение проиллюстрировано чертежами и подробно описано в вышеприведенном описании, такая иллюстрация и такое описание должны рассматриваться только в качестве иллюстраций и примеров, но не ограничений; настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами выполнения. Другие разновидности описанных вариантов выполнения понятны и могут быть осуществлены специалистами в данной области техники, использующими настоящее изобретение, исходя из изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения выражение «содержит» не исключает наличия других элементов или стадий, а неопределенный артикль «а» или «an» не исключает множественного числа. Сам факт того, что некоторые параметры приводятся в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что в целях получения выгоды не может использоваться комбинация этих параметров. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться в качестве факторов, ограничивающих объем изобретения.
Перечень ссылочных позиций
100 - магнитное исполнительное устройство
101 - катушка
102 - сердечник
103 - центральный стержень сердечника
104 - боковой стержень сердечника
105 - боковой стержень сердечника
106 - подвижная пластина
108 - второй соединительный элемент
110 - первый соединительный элемент
111 - винт(ы)
112 - ножка соединительного элемента
113 - ножка соединительного элемента
114 - основная часть соединительного элемента
115 - фланцевая часть соединительного элемента
120 - ось
122 - постоянный магнит
130 - точки крепления
261 - окно сердечника
262 - окно сердечника
281 - секция катушки
282 - секция катушки
500 - автоматический выключатель
521 - электрический контакт
522 - электрический контакт
541 - пружина.