Электромагнитное реле

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к конструкциям электромагнитных реле, используемых для управления электрической цепью большого напряжения или тока.
Уровень техники
Известно устройство – электромагнитное реле (патент РФ №16633, дата публикации 20.01.2001г.). Электромагнитное реле содержит электромагнит с сердечником, внешний поворотный якорь, контактную систему с упругим элементом, и по меньшей мере двумя парами контактов. Упругий элемент соединён с якорем электромагнита. Внешний поворотный якорь опирается на ярмо электромагнита и имеет возвратную пружину. Упругий элемент выполнен плоским, П-образной формы для двух пар контактов. Упругий элемент соединён с якорем электромагнита тремя точками крепления. Две из которых - крайне верхние, а третья точка крепления упругого элемента расположена по оси той пары контактов, которой требуется большее усилие прижатия, и смещена относительно первых двух точек крепления на расстояние, определяющее усилие прижатия данной пары контактов.
Недостатком известного технического решения является малая надёжность, вследствие необходимости большего усилия прижатия. При работе электромагнита притяжение второй пары контактов происходит не полностью (с зазором) или не происходит вовсе, из-за повышения жёсткости подвижного контакта посредством третьего крепления. При отсутствии электрического контакта на одной из пар работа устройства невозможна. При осуществлении неполного прижатия возможно прохождение тока между контактами, однако за счёт наличия воздушного зазора возможно воспламенение устройства.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является электромагнитное реле (патент РФ №12285, дата публикации 16.12.1999г.). Электромагнитное реле, содержащее Г-образное ярмо с сердечником, на котором установлен каркас с обмоткой управления, якорь с контактной пружиной и подвижной контакт-деталью и неподвижной контакт-деталью. Один из концов контактной пружины закреплён на горизонтальной части ярма. Г-образное ярмо расположено вертикально. Сердечник с катушкой управления расположен на вертикальной части Г-образного ярма таким образом, что его продольная ось параллельна горизонтальной части ярма. На продольной оси симметрии горизонтальной части ярма выполнены направляющие пукли. Конец контактной пружины, установленный на горизонтальной части ярма, выполнен с продольным пазом по его оси симметрии и расположен относительно ярма таким образом, что упомянутые пукли и продольный паз совмещены друг с другом.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение арсенала технических средств данного назначения.
Поставленный технический результат достигается за счёт того, что в электромагнитном реле, содержащем ярмо, якорь, сердечник, обмотку, первую пластину, вторую пластину, первый неподвижный контакт, второй неподвижный контакт, первый подвижный контакт, второй подвижный контакт, пружину, проволочный жгут, электроизоляционные пластины и основание с первым разъёмом, первым штырём и вторым штырём, ярмо, первая пластина, вторая пластина, первый штырь, второй штырь закреплены в основании, первый штырь соединён с первой пластиной, второй штырь соединён со второй пластиной, на первой пластине закреплён первый неподвижный контакт, на второй пластине закреплён второй неподвижный контакт, ярмо состоит из первой части и второй части, расположенных Г-образно, первая часть снабжена выступом со стороны, противоположной второй части, якорь выполнен в виде пластины, якорь закреплён на краю первой части, противоположном краю, примыкающему ко второй части, с обеспечением возможности поворота якоря относительно места соединения якоря с первой частью, сердечник выполнен в виде стержня, сердечник одним концом закреплён во второй части ярма, другой конец сердечника расположен вблизи якоря, обмотка расположена на сердечнике, концы обмотки электрически соединены каждый с соответствующим контактом первого разъёма, по краям обмотки на сердечнике установлены электроизоляционные пластины, пружина выполнена Г-образной с выгибом в месте изгиба, пружина одним концом присоединена к выступу, пружина прикреплена к якорю посредством двух крепёжных элементов, при этом крепёжные элементы и выступ расположены с противоположных сторон от изгиба, край пружины, противоположный соединению с выступом, выполнен разделённым на две части, на каждой из которых закреплены соответственно первый подвижный контакт и второй подвижный контакт, при этом первый подвижный контакт обращён к первому неподвижному контакту, второй подвижный контакт обращён ко второму неподвижному контакту, пружина выполнена с обеспечением наличия зазора между якорем и сердечником при соприкосновении первого неподвижного контакта с первым подвижным контактом и второго неподвижного контакта со вторым подвижным контактом, проволочный жгут присоединён одним концом к части пружины с первым подвижным контактом, а другим концом к части пружины со вторым подвижным контактом.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами (фиг. 1-5), на которых показан вид электромагнитного реле с разных сторон.
Раскрытие полезной модели
На фигурах обозначены проволочный жгут 1, выгиб 2, якорь 3, ярмо 4, сердечник 5, обмотка 6, электроизоляционная пластина 7, основание 8, первая пластина 9, первый неподвижный контакт 10, первый подвижный контакт 11, вторая пластина 12, узел подвижного соединения 13, пружина 14, прорезь 15, первый разъем 16, выступ 17, перегородка 18, фиксатор 19, крепёжный элемент 20, первый штырь 21, второй штырь 22, второй подвижный контакт 23.
Основными элементами электромагнитного реле (далее по тексту – реле) являются, ярмо 4, якорь 3, сердечник 5, обмотка 6, две электроизоляционные пластины 7, пружина 14, проволочный жгут 1, первый подвижный контакт 11, второй подвижный контакт 23, основание 8, первый разъем 16, первый штырь 21, первая пластина 9 с первым неподвижным контактом 10, второй штырь 22, вторая пластина 12 со вторым неподвижным контактом. Ярмо 4, первая пластина 9, вторая пластина 12, первый штырь 21, второй штырь 22 закреплены в основании 8.
Ярмо 4 представляет собой остов электрической машины, на котором закреплён сердечник 5, согласно определению, приведённому в Толковом словаре Ушакова на сайте https://dic.academic.ru/dic.nsf/ushakov/1099814, дата обращения 05.02.2020г. Ярмо 4 выполнено в виде металлической Г-образно изогнутой пластины. Ярмо 4 состоит из первой части и второй части, расположенных под углом друг к другу. Во второй части ярма 4 выполнено отверстие для крепления сердечника 5. Край второй части, противоположный её соединению с первой частью установлен и закреплён в основании 8. На внешней стороне первой части (обращённой в противоположную сторону от второй части) выполнен выступ 17. Выступ 17 выполнен с обеспечением возможности зацепления за него и удержания на нём прорези 15 пружины 14. В частном случае выступ 17 выполнен как частично вырезанный и загнутый на внешнюю сторону фрагмент первой части. Край первой части, противоположный её соединению со второй частью, выполнен с обеспечением возможности его соединения с якорем 3.
Якорь 3 выполнен в виде металлической пластины. Якорь 3 и вторая часть расположены с противоположных сторон первой части с образованием П-образного поперечного сечения соединённых якоря 3 и ярма 4. Якорь 3 закреплён на краю первой части, противоположном краю, примыкающему ко второй части. При этом якорь 3 соединён с ярмом 4 с образованием по крайней мере двух узлов подвижного соединения 13. Узел подвижного соединения 13 выполнен с обеспечением возможности взаимного зацепления соответствующего края якоря 3 с соответствующим краем ярма 4 с возможностью поворота якоря 3 относительно места соединения якоря 3 с первой частью (указанного края ярма 4). В частном случае узел подвижного соединения 13 выполнен посредством вырезов и выступающих частей взаимодействующих друг с другом.
Сердечник 5 выполнен в виде металлического стержня. В частном случае сердечник 5 выполнен с прямоугольным поперечным сечением. Сердечник 5 расположен вдоль первой части ярма 4, в частном случае параллельно ему. При этом сердечник 5 ориентирован длинной стороной прямоугольного поперечного сечения параллельно первой части ярма 4. На сердечнике 5 расположена обмотка 6. По краям обмотки 6 на сердечнике 5 установлены электроизоляционные пластины 7. Один из концов сердечника 5 установлен и закреплён во второй части ярма 4. Другой конец сердечника 5 расположен вблизи якоря 3.
Обмотка 6 выполнена в виде совокупности витков проволоки, расположенной на соответствующих частях электрических машин, в частности на сердечнике 5. При этом между сердечником 5 и обмоткой 6 расположена изоляция, в частном случае, например, изоляционная бумага. Концы обмотки 6 подсоединены каждый к соответствующему контакту первого разъёма 16. Концы обмотки 6 могут быть зашунтированы резистором или варистором с целью повышения стойкости обмотки 6 к импульсным помехам.
Электроизоляционная пластина 7 выполнена из электроизоляционного материала. В каждой электроизоляционной пластине 7 выполнено соответствующее отверстие для установки сердечника 5. Электроизоляционные пластины 7 расположены на сердечнике 5 с противоположных сторон от обмотки 6 с обеспечением возможности предотвращения контакта обмотки 6 с сердечником 5. В одной из электроизоляционных пластин 7 могут быть выполнены отверстия для подсоединения концов обмотки 6 к соответствующим контактам первого разъёма 16.
Пружина 14 выполнена в виде пластины. Пружина 14 выполнена из металла достаточной прочности и жёсткости, обеспечивающей восприятие эксплуатационных нагрузок. Пружина 14 выполнена Г-образно изогнутой. В месте изгиба пружины 14 выполнен выгиб 2 с обеспечением возможности свободного поворота якоря 3 вокруг края ярма 4. Пружина 14 одним концом закреплена на первой части ярма 4 посредством зацепления выполненной в ней прорези 15 с выступом 17 ярма 4. Пружина 14 закреплена на якоре 3 посредством двух крепёжных элементов 20. Крепёжные элементы 20 и выступ 17 расположены с противоположных сторон от выгиба 2. Край пружины 14, противоположный соединению с выступом 17, выполнен разделённым на две части (с целью компенсации, за счёт достаточной её гибкости, неравномерности зазоров между подвижными и неподвижными контактами в разомкнутом состоянии, что служит для создания одинакового усилия прижатия контактов в замкнутом состоянии). На каждой из указанных частей закреплены соответственно первый подвижный контакт 11 и второй подвижный контакт 23. Пружина 14 выполнена с обеспечением наличия зазора между якорем 3 и сердечником 5 при соприкосновении первого неподвижного контакта 10 с первым подвижным контактом 11 и второго неподвижного контакта со вторым подвижным контактом 23.
Первый подвижный контакт 11 и второй подвижный контакт 23 выполнены из металла. Первый подвижный контакт 11 и второй подвижный контакт 23 расположены с обеспечением возможности их взаимодействия с первым неподвижным контактом 10 и вторым неподвижным контактом соответственно.
Проволочный жгут 1 выполнен в виде свитого пучка тонких проволок. Проволочный жгут 1 присоединён своими концами к пружине 14 со стороны, противоположной первому подвижному контакту 11 и второму подвижному контакту 23. Проволочный жгут 1 выполнен с обеспечением возможности увеличения площади поперечного сечения электрического проводника.
Основание 8 выполнено с обеспечением возможности удержания в нём ярма 4, первой пластины 9, второй пластины 12, первого штыря 21 и второго штыря 22, и фиксации их взаимного положения. Основание 8 выполнено из диэлектрического материала, например, из пластмассы. Основание 8 снабжено первым разъёмом 16, ограничителем 19 и перегородками 18.
Ограничитель 19 представляет собой выступающую часть основания 8, выполненную с обеспечением возможности ограничения поворота якоря 3 в узлах подвижного соединения 13 в сторону от ярма 4 под действием пружины 14.
Первый разъём 16 выполнен с обеспечением возможности подсоединения ответного разъёма и осуществления электрического контакта с последующей подачей электрического тока на обмотку 6.
Перегородки 18 выполнены в виде плоских стенок, установленных вокруг первого штыря 21 и второго штыря 22 с целью обеспечения электрической изоляции мест подсоединения первого штыря 21 и второго штыря 22 к электрической цепи.
Первый штырь 21 и второй штырь 22 выполнены в виде стержней, закреплённых в основании 8. Первый штырь 21 соединён с первой пластиной 9, второй штырь 22 соединён со второй пластиной 12 с обеспечением возможности передачи электрического сигнала между ними. Первый штырь 21 и второй штырь 22 выполнены с обеспечением возможности подсоединения к ним электрических контактов.
Первая пластина 9 и вторая пластина 12 выполнены из металла. Первая пластина 9 и вторая пластина 12 частично установлены в основании 8. Первая пластина 9 и вторая пластина 12 в частном случае выполнены Г-образно изогнутыми. На конце первой пластины 9 установлен первый неподвижный контакт 10. На конце второй пластины 12 установлен второй неподвижный контакт. Первый неподвижный контакт 10 обращён к первому подвижному контакту 11. Второй неподвижный контакт обращён ко второму подвижному контакту 23.
Осуществление полезной модели
Полезная модель реализуется следующим образом. Собирают реле описанным выше образом. Для этого на сердечник 5 наматывают изоляционную бумагу и затем обмотку 6. Устанавливают электроизоляционные пластины 7 с двух сторон от обмотки 6. Ярмо 4 устанавливают и закрепляют в основании 8. В ярме 4 устанавливают сердечник 5 с обмоткой 6 и электроизоляционными пластинами 7. На ярме 4 посредством узлов подвижного соединения 13 закрепляют якорь 3. На краю пружины 14, выполненным раздвоенным на две части, закрепляют первый подвижный контакт 11 и второй подвижный контакт 23 соответственно. С противоположной стороны закрепляют проволочный жгут 1, например, посредством сварки. Пружину 14 устанавливают на ярмо 4 и якорь 3. При этом одевают прорезь 15 на выступ 17 первой части ярма 4. Посредством крепёжных элементов 20 закрепляют другую часть пружины 14, расположенную по другую сторону от выступа 17, по отношению к выступу 17, на якоре 3. При этом используют два крепёжных элемента 20, которые располагают вблизи изгиба пружины 14. Третий крепёжный элемент 20, как у аналога, не устанавливают, так как излишняя жёсткость препятствует равномерному притяжению первого подвижного контакта 11 и второго подвижного контакта 23 посредством действия магнитного поля. В основании 8 закрепляют первый штырь 21 и второй штырь 22, выполняют первый разъём 16 с соответствующими контактами, первую пластину 9 с первым неподвижным контактом 10 и вторую пластину 12 со вторым неподвижным контактом.
Используют реле для управления электрической цепью высокого напряжения или тока. В разрыв фазного провода электрической цепи высокого напряжения или тока устанавливают указанное реле. При этом концы фазного провода подсоединяют к первому штырю 21 и второму штырю 22. За счёт упругой деформации пружины 14 первый подвижный контакт 11 и второй подвижный контакт 23 расположены на расстоянии от первого неподвижного контакта 10 и второго неподвижного контакта. Электрическая цепь разомкнута.
К первому разъёму 16 подключают источник тока низкого напряжения. При подаче питания на первый разъём 16 ток проходит по виткам обмотки 6, подключённой к контактам первого разъёма 16. В электромагните индуцируется магнитное поле. Сердечник 5 примагничивает к себе якорь 3. Якорь 3 прижимает закреплённые на пружине 14 первый подвижный контакт 11 и второй подвижный контакт 23 соответственно к первому неподвижному контакту 10 и второму неподвижному контакту и замыкает электрическую цепь высокого напряжения или тока. При этом за счёт выполнения соединения первого подвижного контакта 11 и второго подвижного контакта 23 посредством проволочного жгута 1 увеличивают площадь поперечного сечения проводника и уменьшают интенсивность нагрева электропроводящих элементов по сравнению с прототипом, выполненным без проволочного жгута 1. Ток от одного конца фазного провода проходит через первый штырь 21, первую пластину 9 и поступает на первый неподвижный контакт 10. После замыкания цепи ток с первого неподвижного контакта 10 поступает на первый подвижный контакт 11, затем по проволочному жгуту 1 проходит на второй подвижный контакт 23, затем на второй неподвижный контакт, вторую пластину 12 и второй штырь 22. Со второго штыря 22 ток поступает на другой конец фазного провода и замыкает электрическую цепь высокого напряжения или тока.
При необходимости прекращают подачу напряжения на обмотку 6. Сердечник 5 перестаёт притягивать якорь 3. Якорь 3 поворачивается в узлах подвижного соединения 13 под действием пружины 14 и размыкает первый подвижный контакт 11 с первым неподвижным контактом 10 и второй подвижный контакт 23 со вторым неподвижным контактом. Таким образом размыкают цепь высокого напряжения или тока.
Таким образом, выполнение устройства описанным выше образом обеспечивает расширение арсенала технических средств данного назначения.