Коммутационный электрический аппарат с электромагнитным приводом
ELECTRIC SWITCHING DEVICE WITH ELECTROMAGNETIC DRIVE

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим коммутационным аппаратам, и может быть использовано при конструировании автоматических выключателей, контакторов, поляризованных реле, дистанционных переключателей и других электрических коммутационных аппаратов.
Известен коммутационный электрический аппарат с электромагнитным приводом, включающий корпус с установленным в нем электроприводом с сердечником, с катушкой и якорем, установленным с возможностью взаимодействия с траверсой аппарата в обойме, между которой и поверхностью якоря установлены амортизаторы, при этом через обойму якорь соединен с траверсой (патент RU №217098 МПК H01H50/00, H01H 9/30). Недостатком его является сложность устройства и недостаточная стабильность усилия удержания якоря, что может привести к снижению показателей вибрационной и ударной стойкости аппарата.
Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является коммутационный электрический аппарат с электромагнитным приводом (контактор вакуумного серии КВ-2-630 производства АО "Чебоксарский электроаппаратный завод" (см. Контакторы вакуумные серии КВ2. Руководство по эксплуатации БКЖИ.644535.004 РЭ. [Электронный ресурс]. - https://www.cheaz.ru/assets/images/production/7-na/2-kontaktors/1-vakuum/1-kv-2/kv2_re.pdf), включающий пластмассовый корпус с установленным в нем двух катушечным П-образным неподвижным магнитопроводом и якорем, выполненным в виде пластины, закрепленной на пластмассовой траверсе, перпендикулярной оси якоря. В окна траверсы установлены возвратные пружины.
Недостатком указанного технического решения является нестабильность рабочего зазора в конечном положении якоря, которое приводит к нестабильности усилия удержания якоря, что может привести к снижению показателей вибрационной и ударной стойкости, а в худшем случае потере работоспособности всего аппарата.
Нестабильность зазора объясняется следующим. При подаче напряжения на втягивающие катушки контактора, якорь электромагнита, жестко закрепленный на поверхности траверсы, перпендикулярной оси якоря, начинает прямолинейное движение из начального положения в конечное. Их положение в пространстве жестко зависит от положения траверсы, которая относительно магнитной системы привязанной к корпусу, может изменять свое положение в пределах технологических допусков и уклонов на пластмассовые детали, получаемые методом формования. При этом поверхность траверсы, к которой прикреплен якорь, и, следовательно, поверхность якоря, обращенная к полюсам магнитопровода может быть не перпендикулярной плоскости полюсов магнитопровода, т.е. положение якоря в пространстве относительно поверхности полюсов магнитопровода не постоянно в каждом из изделий, и приводит к нестабильности величины конечного воздушного зазора электромагнита. Величина конечного воздушного зазора в нейтральных электромагнитах влияет на такие важные электрические параметры электромагнита как магнитодвижущая сила возврата, ток возврата и коэффициент возврата. Особое влияние конечного рабочего зазора сказывается в поляризованных электромагнитах, где от его значения будет зависеть усилие удержания от действия постоянного магнита на якорь при отсутствии питания обмоток управления.
Задачей изобретения является создание конструкции, в которой были бы устранены вышеупомянутые недостатки, а именно, конструкция должна быть надежной в отношении показателей виброударостойкости, за счет увеличения стабильности усилия удержания якоря электромагнита в конечном положении.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности коммутационного аппарата путем повышения показателей виброударостойкости, за счет увеличения стабильности усилия удержания якоря электромагнита в конечном положении путем его самоустанавливаемости со стабильным рабочим воздушным зазором.
Этот технический результат достигается тем, что коммутационный электрический аппарат с электромагнитным приводом в виде установленного в пластмассовом корпусе аппарата неподвижного магнитопровода с катушками  и якорем, выполненного в виде пластины, закрепленной на подпружиненной возвратными пружинами к корпусу аппарата пластмассовой траверсе аппарата, перпендикулярной оси якоря, в соответствии с изобретением, якорь электромагнитного привода, погруженный в нишу, выполненную в пластмассовой траверсе, прикреплен к ней с образованием зазора  между обращенными друг к другу плоскостями якоря и ниши траверсы с помощью шарового соединения, представляющего собой шаровую головку с пальцем, установленную на оси, проходящей через центральное отверстие в траверсе, а палец шарового соединения жестко установлен в отверстии якоря, ось которого перпендикулярна оси отверстия в траверсе, и сквозном отверстии шаровой головки. При этом ниша в траверсе выполнена с возможностью частичного погружения в нее якоря для ограниченного его перемещения вращательно и колебательно внутри ниши вокруг центра тяжести якоря, относительно плоскости поверхности траверсы.
Отличительной особенностью данного технического решения является введение в конструкцию электромагнита шаровой опоры в виде шарового соединения, устанавливаемого между якорем и траверсой по оси, проходящей через центр тяжести якоря, перпендикулярно поверхности якоря. Шаровое соединение обеспечивает самоустанавливаемость якоря электромагнита на полюса магнитопровода с постоянным воздушным рабочим зазором под действием электромагнитных сил, действующих на якорь симметрично относительно его оси с минимальными и стабильными в изделиях конечными зазорами.
Из уровня техники неизвестно устройство электромагнитного привода, обладающего совокупностью признаков заявляемого технического решения. Поэтому можно сделать вывод, что техническое решение обладает новизной.
Из уровня техники также неизвестна совокупность заявленных отличительных признаков, использование которых в каких-либо технических решениях имело бы такое же влияние на технический результат, как и указанный в описании заявленного технического решения. Поэтому можно сделать вывод, что техническое решение соответствует критерию изобретательский уровень.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен вид спереди вакуумного контактора с электромагнитным приводом, с указанием места установки шаровой опоры (вид А).
На фиг. 2 изображен вид сбоку вакуумного контактора с электромагнитным приводом, с указанием места установки шаровой опоры (вид Б).
На фиг. 3 изображен фрагмент вида сбоку, в сборе якоря электромагнитного привода, траверсы и шаровой опоры в увеличенном масштабе.
В корпусе 8 заявляемого коммутационный аппарата (фиг. 1) неподвижно установлен электромагнитный привод, содержащий двухкатушечный П-образный неподвижный магнитопровод 1, прикрепленный к пластмассовому корпусу 8 контактора, якорь 2 в виде пластины, прикрепленной к траверсе 6 с помощью шарового соединения, представляющего собой шаровую головку, установленную на оси 11, проходящей с образованием зазора 10 между обращенными друг к другу плоскостями якоря и траверсы через центральные отверстия в траверсе. Ось являющаяся неподвижной частью шаровой опоры, жестко закреплена гайкой 4. При этом якорь с пальцем шарового соединения, жестко установленным в продольном отверстии якоря и сквозном отверстии шаровой головки, является подвижной частью шарового соединения. В окнах траверсы 6 установлены возвратные пружины 7.
Конструкция за счет установки шаровой опоры позволяет якорю ограниченно двигаться вращательно и колебательно в любом направлении вокруг центра тяжести относительно плоскости поверхности траверсы. Ограничение движения в пределах, необходимых для компенсации технологических отклонений траверсы и сердечников, обеспечивается нишей траверсы 9 с зазором 10 между обращенными друг к другу поверхностями траверсы 6 и якоря 2 (фиг. 3).
При подаче управляющего напряжения на обмотки магнитной системы, состоящей из П-образного неподвижного магнитопровода и подвижного якоря, в ней возбуждается магнитный поток и создается электромагнитное усилие обеспечивающее движение якоря из начального положения в конечное. В заявляемом электромагнитном приводе движение якоря происходит под действием электромагнитных сил, равномерно распределенных по поверхности якоря симметрично относительно оси симметрии якоря. Благодаря шаровой опоре якорь приходит в конечное положение, плотно прижимаясь к поверхностям полюсов независимо от положения траверсы в пространстве, обусловленного отклонением размеров траверсы, корпуса и магнитопровода. Таким образом, под действием равномерно распределенных электромагнитных сил и специфическим свойствам шаровой опоры, происходит самоустановка якоря на полюса магнитопровода и обеспечивается в изделиях стабильно минимальное значение конечного зазора. В траверсе выполнена ниша с возможностью частичного погружения в нее якоря для ограниченного его перемещения вращательно и колебательно внутри ниши вокруг центра тяжести якоря, относительно плоскости поверхности траверсы. Возврат якоря и траверсы в исходное состояние происходит при снятии управляющего напряжения, под действием возвратных пружин.