Реле электромагнитное поляризованное

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к основным элементам электрического оборудования, и предназначена для применения в системах управления, автоматики и защиты различных устройств и объектов, например, космических аппаратов.
Известны электромагнитные поляризованные реле, предназначенные для коммутации цепей систем автоматики с токами до (10-25) А. [Ройзен В.З. Малогабаритные поляризованное реле и дистанционные переключатели. - Л.: Энергия, 1969 - с. 128]. Поляризованные реле, в отличие от неполяризованных, содержат один или несколько постоянных магнитов, обеспечивающих, как правило, два рабочих положения реле: включенное и отключенное. Переключение реле осуществляется подачей кратковременных импульсов напряжения на обмотку (или несколько обмоток).
Таким образом, коммутационные положения поляризованного реле могут обеспечиваться длительное время без энергопотребления, что является основным достоинством, определяющим их распространенность. Результаты анализа конструкций существующих поляризованных реле из вышеуказанного источника подтверждают, что они имеют большое разнообразие конструкций в зависимости от объекта применения (неподвижные и подвижные объекты и т.п.) и требований назначения (номинального тока, количества контактов и т.п.). Характерной особенностью поляризованных реле является сложность их конструкций, связанная, главным образом, с применением постоянных магнитов. Вследствие этого увеличивается трудоемкость изготовления реле.
Известны электромагнитные поляризованные двустабильные реле РЭП33, которые предназначены для коммутации токов до 50 А в системах управления и автоматики объектов, эксплуатируемых в тяжелых условиях, в основном космических аппаратов [Аппаратура систем электроснабжения специальной техники. Каталог ВНИИР - Прогресс http://www.vniir.ru/evt/catalogue.pdf]. Реле РЭП33 в течение многих лет изготавливаются в ОАО «ВНИИР-Прогресс» (г.Чебоксары) и применяются в космической аппаратуре.
На фигуре 1 изображен общий вид реле РЭП33 в соответствии с конструкторской документацией ИГФР.647145.012 (ОАО «ВНИИР-Прогресс», г. Чебоксары), достаточный для пояснения конструкции реле. Реле показано в отключенном состоянии главных контактов без кожуха и с указанием основных элементов.
Реле состоит из двух основных конструктивных узлов: магнитной системы и контактной системы. Магнитная система содержит два сердечника 1, ярмо 2, две катушки 3, якорь 4 с хвостиком, магнитный упор 5, и кронштейн 6 из немагнитного материала. Все элементы магнитной системы установлены по одну сторону платформы 7, причем ярмо 2 зафиксировано на ней с помощью двух винтов. Контактная система содержит траверсу 8 с подвижными контактами 9, выводы с неподвижными контактами 10, закрепленные в основании 11 и Г-образную скобу 12, закрепленную двумя винтами. Реле также содержит четыре винта 13, предназначенные для соединения между собой платформы 7 и основания 11, а также для крепления реле на объекте.
Контакты реле замыкаются при подаче импульса напряжения на включающие обмотки катушки 3. При этом якорь 4 переключается из положения, притянутого к торцам сердечников, в положение, притянутое к упору 5. Размыкание контактов, т.е. отключение (возврат) реле осуществляется подачей импульса напряжения на отключающие обмотки.
Конструкция реле РЭП33 является наиболее близкой к заявляемой полезной модели (прототипом), имеет совокупность признаков, наиболее близкую к совокупности существенных признаков заявляемой полезной модели.
Одна из технических проблем при создании электромагнитных поляризованных реле, в т.ч. прототипа, проявляется на этапе их изготовления и заключается в сложности их сборки, которая неразрывно связана с особенностями их конструкций. Операция сборки включает также операции регулировки и технологической тренировки. Сложность этих операций характеризуется трудоемкостью. Причинами, препятствующими решению этой технической проблемы в прототипе, является следующие конструктивные выполнения деталей и их взаимного расположения, из которых вытекает повышенная трудоемкость сборки:
1) ярмо 2 выполнено трудоемкой механической обработкой в виде прямоугольной пластины с двумя глухими резьбовыми отверстиями с торца для крепления на платформе 7 двумя винтами, которые проходят через отверстия, расположенные у края пластмассовой платформы 7 (см. фиг. 1). Перемычка около отверстия незначительна и возможно ее разрушение при ручной неконтролируемой затяжке винтов. Микротрещины, возникающие при затяжке, иногда визуально не обнаруживаются и выявляются только при контрольных испытаниях и технологической вибрации. Это вынуждает выполнять полную пересборку реле с заменой деталей, что приводит к существенному увеличению трудоемкости сборки реле;
2) вследствие установки Г-образной скобы 12 в зоне расположения вспомогательных контактов, которые на фиг. 1 не показаны для упрощения изображения, затруднен доступ с регулировочным инструментом к контактам реле и визуальный осмотр и, как следствие, возрастает время регулировки раствора и провала контактов;
3) фиксация подвижной траверсы 8 осуществляется на деталях, входящих в разные сборочные узлы: один ее торец установлен шарнирно на хвостике якоря 4, входящего в состав магнитной системы, а второй торец входит в отверстие Г-образной скобы 12, закрепленной в основании 11 другого узла реле; вследствие этого при сборке используются дополнительные приспособления и технологические операции для промежуточных фиксаций траверсы, и возникает необходимость подтягивать сборочные винты поэтапно, что также увеличивает трудоемкость сборки.
Задачей создания полезной модели является оптимизация конструктивных решений в сильноточных электромагнитных поляризованных реле, а техническим результатом ее решения - упрощение их сборки.
Технический результат полезной модели достигается тем, что в реле электромагнитном поляризованном, содержащем магнитную систему из двух сердечников, ярма, двух катушек и якоря с постоянным магнитом и хвостовиком, установленных на одной из сторон платформы, и контактную систему из основания с неподвижными контактами, Г-образной скобы с направляющим отверстием и траверсы с подвижными контактами, причем один конец траверсы соединен шарнирно с хвостовиком якоря, а другой конец входит в отверстие скобы с возможностью перемещения, ярмо магнитной системы выполнено с отгибом, к которому привинчена скоба с направляющим отверстием траверсы, установленная напротив него по другую сторону сборочной платформы магнитной системы.
Конструктивное выполнение ярма с отгибом и связанное с этим расположение скобы составляют единое техническое решение и они, в совокупности, обеспечивают наибольший технический эффект.
Сущность полезной модели заключается в следующем:
1) выполнение ярма с отгибом, на котором выполнены крепежные отверстия, позволяет разместить отверстия в платформе в удалении от ее края, тем самым исключается нарушение целостности платформы, и, соответственно, необходимость трудоемкой замены в процессе сборки и обеспечивается возможность крепления со скобой единым крепежным элементом (винтом);
2) размещение Г-образной скобы с направляющим отверстием на обратной стороне платформы напротив отгиба ярма обеспечивает:
- крепление двух сборочных деталей (ярма и скобы) единым крепежным элементом;
- освобождение пространства для установки и регулировки вспомогательных контактов на основании реле;
- простую установку траверсы в одном сборочном узле (в узле магнитной системы со сборочной платформой).
Все это вместе позволяет существенно сократить время сборки реле. Конструкция предполагаемого электромагнитного поляризованного реле поясняется изображениями, приведенными на фиг. 2 и 3:
фиг. 2 - Общий вид реле при разомкнутых главных контактах (без кожуха);
фиг. 3 - Ярмо с отгибом.
Реле (фиг. 2) состоит из магнитной и контактной систем. В магнитную систему входят два сердечника 1, ярмо 2, две катушки 3, якорь 4 с постоянным магнитом и хвостовиком, магнитный упор 5 и кронштейн 6 из немагнитного материала. Ярмо 2 имеет отгиб 14 (фиг. 3), изогнутый под прямым углом. На основании ярма содержатся два отверстия 15 для крепления сердечников и два резьбовых отверстия 16 для крепления самого ярма. Также может быть выполнено одно резьбовое отверстие. Сердечники 1 закреплены основаниями на ярме 2, а другими торцами, образующими рабочие зазоры - на кронштейне 6. Якорь 4 подвешен на оси. Все элементы магнитной системы установлены на платформе 7 из изоляционного материала (пластмассы) по одну сторону.
Контактная система состоит из траверсы 8 с подвижными контактами 9, неподвижных контактов 10, установленных в основании 11 и Г-образной скобы 12 с отверстием для фиксации траверсы. Скоба 12 установлена по другую сторону платформы 7 напротив отгиба 14 ярма 2. Скоба 12 и ярмо 2 закреплены на платформе 7 одновременно двумя винтами (могут быть закреплены и одним винтом).
В связи с удалением крепежных отверстий в платформе 7 от ее края исключены повреждения платформы при закручивании винтов крепления скобы и кронштейна и отсутствует необходимость, пересборки узлов вследствие поломки, тем самым существенно снижается трудоемкость сборки. Крепление ярма 2 и скобы 12 двумя винтами (вместо четырех при отдельном креплении) также уменьшает трудоемкость сборки этих элементов.
2
2
1
1
Толщина h пластины, из которой изготовлено ярмо 2, выбирается из условия обеспечения магнитных характеристик магнитной системы, при этом h меньше чем h (см. фиг. 1) почти в 2 раза (h выбирается исходя из необходимости выполнения в ярме отверстий под винты). Поэтому ярмо 2 в предлагаемом реле изготавливаются методом штамповки с низкой трудоемкостью.
Траверса 8 и скоба 12 находятся в одном сборочном конструктивном узле; при этом траверса 8 установлена одним концом шарнирно на хвостовике якоря 4, а другим концом - с возможностью перемещения в отверстии скобы 12. Таким образом, исключаются случайные повреждения шарнирного соединения траверсы в процессе сборки, и отпадает необходимость в дополнительных приспособлениях, что также упрощает сборку реле.
Реле работает следующим образом. При подаче импульса напряжения на включающие обмотки катушек 3, якорь 4 отталкивается от торцов сердечников 1 и притягивается к упору 5. Одновременно замыкаются главные контакты и переключаются вспомогательные контакты (на фиг. 2 не показаны). При подаче импульса напряжения на отключающие обмотки якорь 4 возвращается в положение, притянутое к торцам сердечников 1, и главные контакты размыкаются. В обоих устойчивых положениях якорь удерживается за счет магнитных сил постоянного магнита, установленного на якоре, без электропотребления по цепи управления.
Полезная модель используется при создании сильноточных электромагнитных поляризованных реле на номинальные токи до 150 А, востребованных в системах электропитания новой техники.
Результаты разработки и изготовления опытных образцов новых реле подтвердили снижение трудоемкости изготовления некоторых деталей и сборки узлов реле в несколько раз и изделия в целом до 30%. А результаты их испытаний показали улучшение ряда потребительских свойств (габаритных размеров, массы, коммутационной способности и т.п.), которые неразрывно связаны с оптимизацией конструкции, упрощением сборки и регулировки.