ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД

Полезная модель относится к области электромагнитных приводов с якорями, удерживаемыми в конечном положении с помощью постоянного магнита, и может быть применена, пример, для привода высоковольтных быстродействующих выключателей.
Известны: электромагнитный привод [1] - аналог, и двухрежимный электромагнитный привод высоковольтного выключателя [2] прототип, которые содержат 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 постоянно магнита к катушке, и якорь из магнитного материала, установленный на штоке со стороны катушки, которая с внешней стороны привода закрыта корпусом магнитопровода, а якорь снабжен втулкой, установленной подвижно внутри сердечника, а также по внешнему контуру снабжен цилиндрическими пояском, высота которого выбрана превышающей ход сжатия пружины поджима контактов высоковольтного выключателя на величину 0,3-1,5 этого хода.
Здесь у аналога и прототипа имеются общие недостатки, выявленные в процессе их испытаний, которые сводятся к следующему:
1. Технологически сложно обеспечить плотный контакт якоря одновременно как с корпусом, так и с сердечником, так как с учетом допусков на изготовление деталей привода и его сборку всегда получается по одной из поверхностей плотный контакт, а по другой - зазор. Этот зазор существенно ослабляет усилие удержания якоря постоянными магнитами.
2. При размыкании контактов якорь с большой скоростью поднимается вверх, пока буртик втулки не ударится в ограничитель сердечника. При этом силы инерции массы мгновенно остановившегося якоря бывают настолько велики, что отрывают головки винтов, соединяющих якорь и втулку.
3. Снижать скорость подъема якоря нельзя, иначе будут подгорать контакты. Однако возникающие перекосы втулки в сердечнике, недостаточная ее смазка и трение пружин о внутренние стенки втулки зачастую снижают скорость якоря до недопустимых величин, вплоть до заклинивания.
4. При сборке привода, если на корпусе и сердечнике есть ступеньки под установку катушки, очень сложно завести и установить на место постоянные магниты, так как они притягиваются то к корпусу, то к сердечнику, не желая попадать в полость между ними.
5. Катушка недостаточно прочно удерживается клеевой массой на гладкой поверхности корпуса.
6. В аналоге и прототипе сложно вывести наружу провода питания катушки, а также сложно установить, сбазировать и закрепить привод при его монтаже в систему высоковольтного выключателя.
Техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной модели, является повышение стабильности, надежности и долговечности работы привода.
Указанный технический результат достигается тем, что электромагнитный привод, 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 постоянно магнита к катушке, и якорь из магнитного материала, установленный на штоке со стороны катушки, снабженный втулкой, установленной подвижно внутри сердечника, который выполнен с внешним контуром без ступени, корпус привода содержит канавки на внутренней части, отверстие в стенке и кольцо с разрезом, а втулка с поясками на наружной стороне соединена резьбовой частью с якорем.
Выполнение внешнего контура сердечника без ступеней позволило при сборке легко заводить на свое место мощные постоянные магниты, прислонив их к наружной поверхности сердечника и, скользя по нему, перемещать магниты на место их расположения в приводе.
Снабжение корпуса привода канавками на внутренней части позволило прочно закрепить катушку индуктивности клеевым составом, а наружное кольцо с разрезом создало базу для качественной установки и закрепления электромагнитного привода в общей сборке высоковольтного выключателя. Кроме того, через отверстие в корпусе и разрез в кольце появилась возможность нормального вывода наружу проводов питания катушки индуктивности.
Ввинчивание резьбовой части втулки из немагнитного материала в якорь позволило получить соединение, которое многократно прочнее соединения винтами. Этим приемом были ликвидированы разрывы данного соединения.
Допустимые габариты электромагнитного привода по высоте не позволяют создать втулке достаточно длинную базовую поверхность ее скольжения по сердечнику. По этой причине наблюдались случаи ее притормаживания, заедания и даже заклинивания, особенно при возникновении перекосов. Выполнение поясков на наружной поверхности втулки позволило устранить эти недостатки за счет создания полостей для удержания смазки и более быстрой приработки узких поясков.
Полное беззазорное замыкание магнитного потока по всем поверхностям в предлагаемой конструкции привода обеспечивается подрезанием торцов корпуса и сердечника в сборе до постановки на свое место катушки индуктивности и постоянных магнитов, а существенная постоянная величина вхождения катушки индуктивности в полость якоря обеспечивает получение реально необходимой тяговой характеристики привода на всех режимах его работы.
Полезная модель поясняется чертежами, где на Фиг.1 показан общий вид электромагнитного привода в разрезе в разомкнутом состоянии, Фиг.2 - общий вид привода в сомкнутом состоянии.
Электромагнитный привод содержит корпус 1, сердечник 2 и якорь 3, выполненные из магнитного материала. Между корпусом 1 и сердечником 2 на фланце 4 неподвижно закреплены кольцевой магнит 5 и катушка индуктивности 6. Якорь 3 жестко связан с направляющей и ограничивающей его ход втулкой 7, поджатой пружиной 8. Якорь 3 через пружину 9 связан со штоком 10, замыкающим и размыкающим контакты высоковольтного выключателя (на Фиг.1 и 2 контакты не показаны). Полный ход якоря обозначен величиной «δ». Ход сжатия пружины 9 поджима контактов устанавливается при помощи регулировочной гайки 11. Для более прочного удержания клеевым составом катушки 6 в корпусе 1 выполнены кольцевые канавки 12. Для вывода проводов, питающих катушку 6, в корпусе 1 выполнено отверстие 13 и разрез 14 в наружном кольце 15. Кроме того, корпус 1 снабжен закрепленным на нем оребренным кольцом 16 для защиты от попадания мусора. Втулка 7 содержит кольцевые выступы 17, пояски центрирования пружин 18, 19 и резьбовой участок 20, ввинченный в якорь 3, имеющий декомпрессионные отверстия 21.
С целью получения единой базы для монтажа корпуса 1 и сердечника 2, во фланце 4 выполнена кольцевая канавка 22. При сборке привода пружины 8 и 9 предварительно сжаты, каждая на определенное усилие. Для пружины 8 эти усилия требуются, чтобы при необходимости, либо аварии в электросети, обеспечить требуемую скорость размыкания контактов путем снятия якоря с магнитной защелки постоянного магнита подачей импульса тока на катушку индуктивности и «отстрела» пружиной 8 якоря со штоком. При следующем замыкании контактов сжатая пружина 9 обеспечивает плотный прижим замкнувшихся контактов с необходимым для их нормальной работы усилием.
Устройство работает следующим образом. При подаче управляющего импульса тока на катушку индуктивности 6, возникшее магнитное поле притягивает якорь 3, который начинает движение вниз, сжимая пружину 8 и перемещая с той же скоростью шток 10 с пружиной 9 до тех пор, пока шток 10 не замкнет контакты выключателя. После этого движение штока 10 останавливается, а якорь 3, продолжая движение вниз, начинает дополнительно сжимать пружину 9, которая, сжимаясь на величину «а» Фиг.2, обеспечивает необходимое усилие сжатия замкнувшихся контактов высоковольтного выключателя.
Источники информации
1. Патент RU 95892 U1, H01F 7/122, 08.02.2010.
2. Патент RU 106983 U1, H01F 7/122, H01H 13/20 26.11.2010.