ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД

Полезная модель относится к области электромагнитных приводов с якорями, удерживаемыми в конечном положении с помощью постоянного магнита, и может быть применена, например, для привода различных выключателей.
Известен электромагнитный привод [1], который содержит корпус из магнитного материала с коаксиально расположенными в нем сердечником из магнитного материала и катушкой, установленной между корпусом и сердечником со стороны одного из их торцов. Со стороны других торцов корпуса и сердечника расположен постоянный магнит с намагниченностью, перпендикулярной оси привода. В сердечнике установлен шток, выполненный с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода и подпружиненный вдоль оси в направлении от постоянного магнита к катушке. На штоке со стороны катушки установлен якорь из магнитного материала.
Недостатком известного устройства является большое энергопотребление на включение привода при заданных величине хода, силы подпружинивания и силы притяжения якоря со стороны постоянного магнита в исходном положении.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели техническим решением (прототипом) является электромагнитный привод [2], содержащий корпус из магнитного материала с коаксиально расположенными в нем сердечником из магнитного материала и катушкой, установленной между корпусом и сердечником со стороны одного из их 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. Последняя выполнена выступающей над прилегающими к ней торцами корпуса и сердечника, а якорь выполнен с углублением со стороны катушки, имеющим размеры, превышающие габаритные размеры выступающей части катушки.
Недостатками устройства-прототипа являются плохое базирование и крепление катушки индуктивности и незащищенность ее от внешних повреждений, в результате чего при работе устройства наблюдаются случаи повреждения якорем проводов катушки индуктивности, что приводит к выходу привода из строя.
Если учесть, что по техническим условиям устройства такого типа должны обеспечивать работу в необслуживаемом режиме порядка 25 лет, то становится понятным, что данная конструкция приводов имеет существенные ограничения по использованию.
Предлагаемая полезная модель направлена на повышение надежности работы привода и улучшение функциональных характеристик его работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в электромагнитном приводе, содержащем корпус из магнитного материала с коаксиально расположенными 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, согласно предлагаемому техническому решению, катушка с внешней стороны привода закрыта корпусом из магнитного материала. Кроме того, фланец выполнен ступенчатым, а якорь снабжен защитным кольцом и втулкой, установленной подвижно внутри сердечника.
Закрытие катушки с внешней стороны привода корпусом позволило качественно базировать катушку по оси привода, прикрепив ее клеящим составом по всей высоте к корпусу, который полностью защитил провода, намотанные на катушку, от внешних повреждений, так как корпус самой катушки с этой стороны провода не защищает.
Выполнение якоря подвижным на штоке с закрепленной на нем втулкой из немагнитного антифрикционного материала, содержащей на другом конце буртик, входящий в расточку сердечника, позволило ограничить ход якоря, обеспечить базу для четкого перемещения якоря по оси привода и обеспечить гарантированный поджим контактов выключателя, а закрепленное на внешнем контуре якоря кольцо позволило защитить рабочую полость привода от попадания в нее посторонних предметов и мусора.
Выполнение фланца из немагнитного материала ступенчатым позволило обеспечить соосное базирование корпуса и сердечника, соединив их в единую жесткую конструкцию.
Полезная модель поясняется чертежами, где на Фиг.1 показан общий вид электромагнитного привода в разрезе в разомкнутом состоянии, а на Фиг.2 - общий вид привода в сомкнутом состоянии.
Электромагнитный привод сдержит корпус 1 из магнитного материала и коаксиально расположенный в нем сердечник 2 из магнитного материала. В зазоре между корпусом и сердечником со стороны одного из торцов установлен постоянный магнит 3 с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, а с другой стороны катушка 4. Корпус 1 и сердечник 2 соединены между собой ступенчатым фланцем 5. В сердечнике 2 с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода установлен шток 6 с якорем 7, перемещение которого вдоль оси штока ограничено гайкой 8. Пружина сжатия 9 опирается на неподвижный фланец 5, воздействуя через втулку 10 на якорь 7, а пружина сжатия 11 воздействует на шток 6 и якорь 7. На втулке 10 выполнен буртик 12, входящий в расточку сердечника 2, а на якоре 7 закреплено кольцо 13.
Устройство работает следующим образом. В исходном (отключенном) состоянии привода шток 6 с якорем 7, поджатые пружинами 9 и 11 находятся в верхнем положении. При этом, перемещение штока 6 вниз под действием пружины 11, ограничено гайкой 8, а перемещение якоря 7 вверх под действием пружины 9, ограничено буртиком 12 на втулке 10. Сила подпружинивания якоря и штока пружиной 9 выбрана большей, чем сила притяжения якоря постоянным магнитом 3 при заданном воздушном зазоре (рабочем ходе якоря) δ между торцами якоря 7, корпуса 1 и сердечника 2.
Для включения привода в катушку 4 подается ток такого направления, при котором создаваемое катушкой магнитное поле в зазоре между якорем 7, корпусом 1 и сердечником 2 совпадает с магнитным полем от магнита 3. При заданной величине тока (тока включения) сила притяжения якоря 7 становится больше силы подпружинивания пружиной 9 и шток 6 с якорем 7 перемещаются вниз до соприкосновения якоря с корпусом 1 и сердечником 2. При этом начальный участок перемещения (примерно 2/3 δ) шток, якорь и пружина 11 двигаются как единое целое, пока шток не замкнет контакты выключателя и не остановится. В дальнейшем якорь сжимая уже две пружины 9 и 11, продолжит движение до соприкосновения поверхностей корпуса и якоря (δ=0), встав тем самым на магнитную защелку от действия сил постоянных магнитов 3. При этом обеспечивается плотный прижим контактов выключателя на величину «а» (см. Фиг.2) сжатой пружиной 11.
При выключении тока шток 6 с якорем 7 остаются сколь угодно долго в нижнем (включенном) положении за счет превышения силы притяжения постоянного магнита 3 (удержания якоря) над силами пружин 9, 11.
Для приведения привода в исходное состояние в катушку 4 подается ток обратного, по сравнению с током включения, направления. При этом магнитное поле катушки 4 в зоне контакта якоря 7 с корпусом 1 и сердечником 2 направлено встречно по отношению к магнитному полю магнита 3, в результате чего при определенном токе (ампервитках) выключения поле магнита 3 нейтрализуется, и шток 6 с якорем 7 под действием пружин 9, 11, перемещаются в исходное (верхнее) положение до тех пор, пока буртик 12 втулки 10 не ограничит их ход.
Благодаря тому, что корпус магнитопровода полностью закрыл катушку с самой незащищенной стороны (со стороны намотки проводов) удалось полностью устранить возможность ее повреждения. Выполнение якоря с втулкой из немагнитного антифрикционного материала, закрепленной на якоре, позволило обеспечить четкое, без перекосов, его перемещение по оси привода и строго ограничить величину хода, а размещенное на внешнем контуре якоря кольцо закрыло рабочую полость привода от попадания посторонних предметов, особенно обладающих способностью притягиваться к магнитам. Кроме того, якорь, имеющий свободу осевого перемещения по штоку, сжимая разводящую их пружину, обеспечивает гарантированный поджим контактов выключателя и запас его срабатывания при износе контактов.
Источники информации
1. Патент RU 2312420 С2, Н01Н 33/42, 27.12.2005.
2. Патент RU 88200 U1, H01F 7/122, 29.06.2009 (прототип).