ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ
POLARIZED ELECTROMAGNET

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим аппаратам, и может быть использовано при конструировании поляризованных реле, контакторов и переключателей.
Известны поляризованные электромагниты с параллельной магнитной цепью, в которых при отсутствии тока в обмотке на якорь действуют две противоположно направленные силы, создаваемые разветвляющимися магнитными потоками постоянных магнитов. Когда по обмотке протекает ток, в магнитной системе возникает рабочий поток, проходящий последовательно через рабочие зазоры. При этом при соответствующей полярности поданного на обмотку напряжения в одних рабочих зазорах эти потоки складываются, а в других вычитаются. При определенном значении магнитного потока происходит переключение якоря в другое положение (1. Ройзен, В.З. Электромагнитные малогабаритные реле / В.З. Ройзен. - М.: Энергоиздат, 1986. 2. Гордон А.Ф. Поляризованные электромагниты / А.Ф. Гордон, А.Г. Сливинская. - М.: Энергия, 1964) [1].
Наиболее близким к заявленному решению по технической сущности и достигаемому результату является поляризованный электромагнит по патенту на изобретение №2397567, опубликованному 20.08.2010 года [2], содержащий магнитопровод, выполненный в виде двух стержней, параллельных друг другу, на которых размещены обмотки и полюсные наконечники, между которыми находятся постоянные магниты с направлением осей намагниченности от одного стержня к другому, а также два якоря поворотного типа, установленные в несущей детали. В этом устройстве оба рабочих якоря имеют общую магнитную систему и при подаче питания на обмотку один из якорей размыкает магнитную систему, а другой замыкает. При переключении якорей из разомкнутого положения в замкнутое и наоборот одни из контактов, расположенных на траверсе, замыкаются, а другие размыкаются.
Конструкция электромагнита по патенту №2397567 не позволяет иметь одновременно замкнутое и разомкнутое состояния контактов в момент срабатывания. Для решения указанной задачи необходимо дополнительно ввести два коммутирующих изделия, реле времени, конденсатор и другие элементы для обеспечения процесса размыкания контактов, что увеличит размеры устройства примерно в 3 раза.
Перекрытие замыкающих и размыкающих контактов может быть достигнуто путем регулировки этих контактов на разную глубину провала даже на одной траверсе, но такая конструкция имеет увеличенные габариты, высокую стоимость и низкую надежность в связи с износом контактов в процессе коммутации и самопроизвольного ухода размеров растворов и зазоров, контролирующих провал, в процессе эксплуатации и хранения.
Техническим результатом является обеспечение одновременно замкнутого состояния всех главных контактов как замыкающихся, так и размыкающихся в момент переключения поляризованного электромагнита на короткий промежуток времени.
Дополнительный технический результат:
1) уменьшение габаритных размеров (примерно в 3 раза);
2) снижение стоимости (примерно в 2 раза);
3) повышенная износостойкость контактов (в 2 раза);
4) высокое быстродействие (0,03 с).
Технический результат достигнут за счет того, что в известный поляризованный электромагнит введен дополнительный якорь, расположенный между двумя магнитопроводами на дополнительной оси, и кинематически соединен с двумя траверсами через штифты, находящиеся на противоположном конце дополнительного якоря, и сквозные овальные прорези, расположенные на траверсах, для возможного поочередного замыкания и размыкания каждого из упомянутых магнитопроводов и, имеющий свободный от траверс раствор, на величину зазора, контролирующего провал как замыкающих, так и размыкающих главных контактов.
Поляризованный электромагнит, выполненный по предложенной магнитной системе, обеспечивает возможность замкнутого стояния всех контактов в момент переключения на короткий промежуток времени.
Условием обладания такой функциональной возможности, как перекрытие между замыкающими и размыкающими контактами, является то, что контактные группы располагаются на разных траверсах (замыкающие контакты располагаются на одной траверсе, а размыкающие - на другой траверсе).
Существенные признаки для достижения технического результата:
а) электромагнит имеет две самостоятельные магнитные системы со своими траверсами, равными или неравными в зависимости от количества контактов;
б) в промежутке между двумя магнитными системами расположен дополнительный якорь на дополнительной оси, связанный с каждой из траверс электромагнита и который поочередно взаимодействует сначала с магнитной системой замыкающих контактов, а затем с магнитной системой размыкающих контактов.
Дополнительный якорь имеет при этом свободный ход, при прохождении которого он не взаимодействует ни с одной из траверс, в связи с тем, что свободный его ход примерно равен зазору, контролирующему провал, контактов контактной группы и ход этого якоря больше хода других якорей на такую же величину.
Для того чтобы поляризованный электромагнит обеспечивал работу замыкающих и размыкающих контактов с перекрытием, необходимо, чтобы траверса замыкающих контактов имела по сравнению с другой траверсой ход, опережающий ее на величину зазора, контролирующего провал, в контактной системе.
Примерно в момент начала замыкания замыкающих контактов приходит в движение размыкающая траверса. В связи с этим в тот промежуток времени, пока замыкаются от начала до конца замыкающие контакты и размыкаются размыкающие контакты, происходит процесс одновременно замкнутого состояния контактов.
Для этого в указанной магнитной системе введен дополнительный якорь, который делит магнитную систему с траверсой на две части (равные или неравные). Ход дополнительного якоря по сравнению с другими двумя основными якорями больше на величину зазора, контролирующего провал, в контактах контактной группы.
Дополнительный якорь связан с двумя траверсами через штифты, находящиеся в сквозных овальных прорезях траверс. Прорези в каждой траверсе имеют размеры не менее величины зазора, контролирующего провал, в главных контактах.
Напряжение подается одновременно на обмотки обеих магнитных систем через замкнутые вспомогательные контакты магнитной системы, у которой главные контакты работают на размыкание.
В связи с тем, что процесс трогания и срабатывания якорей электромагнитов напрямую зависит от параметров магнитной системы и регулировки контактной системы, в реальных изделиях время перекрытия между замыкающими и размыкающими контактами будет меньше меньшего провала участвующих в коммутации контактов.
Для увеличения времени перекрытия контактов до предела возможной величины и надежности работы изделия введен переключающий контакт, приводящийся в движение от дополнительно введенного якоря.
Благодаря этому питание обмоток правого и левого электромагнитов осуществляется поочередно - после срабатывания замыкающих контактов электромагнита, после чего переключающийся контакт включает питание обмотки электромагнита размыкающего контакта.
Таким образом, до начала трогания размыкающихся контактов их состояние будет находиться в замкнутом состоянии.
На прилагаемых чертежах представлен предлагаемый электромагнит.
На фиг. 1 (вид сверху) изображена схема поляризованного электромагнита с распределением магнитных потоков как от постоянных магнитов, так и от электромагнитов; где а - разомкнутое состояние дополнительного якоря; б - разомкнутое состояние основного якоря; а' - замкнутое состояние основного якоря; б' - замкнутое состояние дополнительного якоря; на фиг. 2 (вид спереди) показан общий вид электромагнита с установленным на оси 9 дополнительным якорем 8 и сквозными овальными прорезями 11 и 11' на траверсах 10 и 10'; на фиг. 3 (вид спереди) представлен общий вид электромагнитов 3 и 3' с переключающимся контактом 14, включающим поочередно питание первого и второго электромагнитов с помощью дополнительного якоря 8.
Поляризованный электромагнит (фиг. 1-2) содержит магнитопровод, выполненный из стержней 1, 1' и 2, 2' параллельных друг другу, обмотки 3 и 3', расположенные на стержнях; постоянные магниты 4 и 4', размещенные между полюсными наконечниками и имеющие направление намагничивания от одного стержня к другому; два основных якоря 5 и 5' поворотного типа, расположенные напротив соответствующих пар полюсных наконечников; несущие детали 6 и 6' для крепления стержней 1 и 1', установленные в узлах вращения якорей 5 и 5', вращающихся на осях 7 и 7'; дополнительный якорь 8 на оси 9; траверсы 10 и 10' с прорезями 11 и 11', связанные с дополнительным якорем 8 с помощью шпилек 12, 12', и контакты 13 и 13'.
1
Поляризованный электромагнит (фиг. 3), где L - рабочий воздушный зазор для дополнительного якоря; L - рабочий воздушный зазор для основного якоря; содержит переключающий контакт 14, связанный с дополнительным якорем 8.
1
Таким образом, ход дополнительного якоря L по сравнению с ходом других двух основных якорей L больше на величину зазора З, контролирующего провал, главных контактов (фиг. 3). На фиг. 3 показан зазор З, контролирующий провал как для замыкающего, так и для размыкающего контакта.
Математически это можно выразить в виде следующей простой формулы:
1
L=L+З
Работает предлагаемый поляризованный электромагнит следующим образом.
В начальном положении, когда отсутствует питание, дополнительный якорь 8 замкнут на одну из любых пар полюсных наконечников «б'», с противоположной стороны основной якорь этой пары сердечников «а» разомкнут. Однако контакт 13', приводимый в движение этим якорем, разомкнут.
На этой половине магнитной системы «б'» (фиг. 1-2) весь поток постоянного магнита замыкается через дополнительный якорь 8.
В то же время весь поток второго постоянного магнита на другой половине магнитной системы «a'» (фиг. 1) замыкается через замкнутый на другие пары сердечников второй основной якорь 5, однако контакты на траверсе этого якоря находятся в замкнутом состоянии (фиг. 2).
р
р
При одновременной подаче питания на обмотки 3 и 3' возбуждаемые ими рабочие магнитные потоки Ф и Ф' замыкаются следующими путями:
р
1) Ф - через сердечники 1, 1', якорь 5 и дополнительный якорь 8;
р
2) Ф' - через сердечники 2, 2', якорь 5' и дополнительный якорь 8.
п
п
р
р
При этом магнитные потоки Ф, Ф' постоянных магнитов 4, 4' и рабочие магнитные потоки Ф, Ф' обмоток 3 и 3' в зазорах «а» и «б» складываются, а в зазорах «а'» и «б'» вычитаются. Это приводит к перебрасыванию якорей 5, 5', 8 в новое устойчивое положение.
п
п
При обесточивании обмоток 3 и 3' якорь 5 разомкнут, а якорь 5' замкнут; якорь 5' и дополнительный якорь 8 удерживаются в новых положениях магнитными потоками Ф' и Ф постоянных магнитов 4' и 4.
Якорь 5 удерживается в новом устойчивом положении с помощью шпилек 12 и 12', находящихся на якоре 8.
Для возврата якорей в исходное положение напряжение на обмотках 3 и 3' меняется на обратное.
Предлагаемый поляризованный электромагнит, за счет заявляемого конструктивного решения, позволяющего обеспечить одновременно замкнутое и разомкнутое состояния контактов в момент переключения дополнительного якоря. При этом он обладает малыми габаритами, низкой стоимостью, повышенной износостойкостью при высоком быстродействии.
Источники информации
1. Ройзен В.З. Электромагнитные малогабаритные реле / В.З. Ройзен. - М.: Энергоиздат, 1986; Гордон А.Ф. Поляризованные электромагниты / А.Ф. Гордон, А.Г. Сливинская. - М.: Энергия, 1964.
2. Патент SU №2397567 от 20.08.2010, Бюл. №23.