ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к области электромагнитных приводов с якорями, удерживаемыми в конечном положении с помощью постоянного магнита, и может быть применена для привода различных выключателей.
Известен электромагнитный привод [1], содержащий корпус из магнитомягкого материала с коаксиально расположенным в нем сердечником из магнитомягкого материала и катушкой, установленной между корпусом и сердечником со стороны одного из торцов. Со стороны противоположных торцов корпуса и сердечника расположен, по крайней мере, один постоянный магнит, намагниченный в радиальном направлении. В сердечнике расположен немагнитный шток, выполненный с возможностью осевого перемещения. Шток соединен с якорем дискообразной формы с диаметром, превосходящим внутренний диаметр корпуса.
Недостатком известного устройства является большое энергопотребление на включение привода при заданной величине хода якоря, усилии пружины отключения и силы притяжения якоря в исходном положении. Якорь данного привода имеет значительные массоинерционные характеристики, что отрицательно сказывается на быстродействии привода. Также в данной конструкции привода во включенном состоянии надежное удержание якоря только магнитным потоком, создаваемым постоянным магнитом, возможно лишь при качественном изготовлении торцов трех деталей: якорь, корпус и сердечник, что затруднительно.
Известен электромагнитный привод [2], содержащий неподвижный основной магнитопровод, по крайней мере, один постоянный магнит, примыкающий к дополнительно введенному неподвижному магнитопроводу, две катушки управления, соединенных стержнем. При этом рабочий воздушный зазор образован между одной из частей подвижного сердечника и указанным дополнительно введенным неподвижным магнитопроводом.
Недостатком данного устройства является сложность изготовления неподвижного магнитопровода и установки в него деталей привода, большое количество входящих деталей из-за наличия подвижного сердечника, состоящего из двух частей и имеющего из-за этого большие массоинерционные показатели.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели техническим решением (прототипом) является электромагнитный привод [3], который содержит корпус из магнитного материала с коаксиально расположенным в нем сердечником из магнитного материала и катушкой, установленной между корпусом и сердечником со стороны одного из торцов, постоянный магнит с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, установленный между корпусом и сердечником со стороны, противоположной катушке, шток, установленный в сердечнике с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода и подпружиненный вдоль оси в направлении от постоянного магнита к катушке, и якорь из магнитного материала, установленный на штоке со стороны катушки. Катушка с наружной стороны закрыта корпусом магнитопровода, а якорь снабжен втулкой, установленной подвижно внутри сердечника.
Недостатком устройства-прототипа является сложность изготовления деталей привода, а именно сердечника, корпуса и якоря, так как во включенном состоянии необходимо для надежного удержания якоря обеспечить контакт двух плоских несовпадающих поверхностей якоря одновременно по двум несовпадающим плоским поверхностям корпуса и сердечника. Недостатком также являются большие массоинерционные показатели якоря привода, так как его габариты в направлении, перпендикулярном оси привода, соразмерны с габаритами корпуса и значительно превышают габариты катушки, к тому же якорь дополнительно снабжен втулкой из антифрикционного материала, утяжеляющей его конструкцию. Предлагаемая полезная модель направлена на увеличение быстродействия привода, упрощение его конструкции, а также снижение энергии, затрачиваемой на включение привода при заданных величинах перемещения якоря, усилия, создаваемого постоянным магнитом (магнитами), силами под-пружинивания якоря.
Указанный технический результат достигается тем, что в электромагнитном приводе, содержащем корпус из магнитного материала с коаксиально расположенным в нем сердечником из магнитного материала и катушкой, установленной внутри корпуса, как минимум один постоянный магнит с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, установленный между корпусом и сердечником, и якорь из магнитного материала, подпружиненный вдоль оси привода в направлении от постоянного магнита к катушке, согласно предлагаемому техническому решению габаритные размеры якоря в направлении, перпендикулярном оси привода, не превышают аналогичные внутренние габаритные размеры катушки. Кроме того якорь установлен с возможностью перемещения вдоль оси привода по направляющей гильзе, неподвижно установленной внутри сердечника.
Уменьшение габаритных размеров подвижной части привода - якоря, а также конструктивное исполнение направляющих элементов без жесткой связи с якорем позволило снизить массу последнего и в связи с этим увеличить скорость его движения при включении привода, а также уменьшить энергопотребление при включении.
Выполнение якоря подвижным на гильзе обеспечило его надежное перемещение вдоль оси привода без перекосов и заеданий.
Полезная модель поясняется фигурами, где на фиг.1 показан общий вид электромагнитного привода в разрезе, на фиг.2 - общий вид электромагнитного привода с несколькими постоянными магнитами с вырезом в наружных деталях.
Электромагнитный привод содержит корпус 1 (фиг.1) из магнитного материала, и коаксиально расположенный в нем сердечник 2 из магнитного материала с неподвижно установленной в нем гильзой 3 из антифрикционного материала. Между корпусом и сердечником со стороны одного из их торцов установлено кольцо 4, один или несколько постоянных магнитов 5 (в форме колец, секторов или прямоугольного сечения), намагниченных перпендикулярно оси привода, а с другой стороны катушка 6. Корпус и сердечник со стороны постоянного магнита соединены фланцем 7 из немагнитного материала. На гильзе установлен якорь 8 и подпружинен в направлении от магнита к катушке пружиной отключения 9. С противоположной стороны на корпус установлен воротник 10 из магнитного материала, являющийся ограничителем перемещения якоря. Якорь соединяется с исполнительными элементами различных выключателей через дополнительные упругие элементы (на фигурах не показаны).
Устройство работает следующим образом. В отключенном состоянии якорь 8 (фиг.1) находится в нижнем положении, упираясь буртиком в торец воротника 10. Сила притяжения между якорем 8 и сердечником 2 на воздушном зазоре h (рабочем ходе якоря), создаваемая магнитным потоком от постоянного магнита 5, незначительна по сравнению с усилием пружины отключения 9. Для включения привода на катушку 6 подается ток такого направления, при котором создаваемое катушкой магнитное поле в зазоре между якорем 8 и сердечником 2 совпадает с магнитным полем от постоянного магнита 5. Сила притяжения якоря 8 становится больше усилия пружины отключения 9, и якорь перемещается вверх до соприкосновения с сердечником 2. При выключении тока якорь 8 остается в верхнем (включенном положении) за счет превышения силы, создаваемой постоянным магнитом 5, над усилием пружины отключения 9. Для приведения привода в исходное состояние на катушку 6 подается ток обратного, по сравнению с током включения, направления. При этом магнитное поле, создаваемое катушкой 6, в зоне контакта якоря 8 и сердечника 2 направлено навстречу магнитному полю, создаваемому постоянным магнитом 5, и ослабляет его, в результате чего якорь под воздействием пружины отключения 9 перемещается в исходное нижнее положение.
Выполнение якоря 8 с наружным диаметром, не превышающим внутренний диаметр катушки 6, позволило уменьшить его массу, сократить время перемещения якоря на величину рабочего хода h.
Уменьшение массоинерционных характеристик привода позволяет снизить энергию, затрачиваемую на включение привода при заданных величинах перемещения якоря 8, усилия, создаваемого постоянными магнитами 5, и усилия пружины отключения 9. Применение в конструкции привода кольца 4, установленного между сердечником 2 и корпусом 1, позволило обеспечить их соосную установку на фланце 7, исключить возможное разрушение постоянного магнита 5 при сборке или работе привода, что повышает его надежность.
Кольцо 4 может быть конструктивно объединено с фланцем 7 или же с сепаратором 11 (фиг.2) в случае использования нескольких постоянных магнитов 12 (фиг.2).
Источники информации:
1. Патент RU 2312420 С2, Н01Н 33/42, 10.12.2007.
2. Патент RU 2178215 C1, H01H 33/38, H01F 7/06, 10.01.2002.
3. Патент RU 95892 U1, H01F 7/122, 10.07.2010 (прототип).