ЭЛЕКТРОМАГНИТ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для изготовления электромагнитных нейтральных реле, предназначенных для преобразования электрической энергии в механическую энергию в различных устройствах: слаботочных нейтральных реле; контакторах; дистанционных выключателях, переключателях и т.д.
Известны конструкции и магнитные схемы одно и двух катушечных нейтральных реле (В.З.Ройзен «Электромагнитные малогабаритные реле», Энергоатомиздат, 1986, г. Ленинград, рис. 1-1; 1-2; 1-4 стр. 8-14).
При этом из всех выпускаемых реле наименьшей мощностью срабатывания обладает 2-х катушечное реле типа РЭС 59 (РЭК 90) 0,015 Вт при коммутируемом токе 1А.
Создание аналогичного реле с уменьшением массы и габарита и с сохранением или улучшением параметров срабатывания и коммутируемой мощности остается актуальной задачей для применения во всех областях техники.
Основным и главным признаком описываемых схем, содержащих симметричный уравновешенный якорь, является, как правило, цельнометаллический якорь установленный с возможностью вращения и проводящий перпендикулярно оси вращения магнитный поток от полюса к полюсу.
Наиболее близким к заявляемому реле является электромагнит с уравновешенным якорем - реле (см. М.И.Витенберг "Расчет электромагнитных реле", Энергия, 1975, г. Ленинград, стр.23 - 27, рис. 1-7), которое состоит из двух круглых сердечников с обмотками, электрически соединенных между собой с помощью перемычки, установленных на стойке. С противоположной соединению перемычкой стороны сердечников установлены L-образные полюсные наконечники, а также уравновешенный якорь поворотного типа с возможностью взаимодействия с полюсными наконечниками, при этом плоскость якоря проходит через продольную ось симметрии катушек.
Такое реле обладает следующими недостатками. Имеет достаточно большие габариты, из-за относительно большого размера обмоток, который необходим для развития определенного механического усилия на якоре, что затрудняет их использование в устройствах, где объем для размещения таких реле ограничен
Техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной моделью является уменьшение габаритов и веса за счет нового взаимного расположения конструктивных элементов, а также уменьшение перегрева обмоток путем улучшения теплового рассеяния
в сердечниках. Техническим результатом является также увеличение крутящего момента, создаваемого электромагнитом и, как следствие, увеличение рабочего усилия..
Этот технический результат достигается тем, что в электромагните, содержащем параллельно установленные на основании сердечники с обмотками и полюсными наконечниками L-образной формы, отделенными немагнитным зазором друг от друга, а также симметричный поворотный якорь, сердечники с обмотками и полюсньми наконечниками L-образной формы объединены в модули, представляющие собой несколько сердечников с обмотками и наконечниками, параллельно установленных на основании друг под другом, причем, в каждом модуле обмотки сердечников соединены с возможностью суммирования магнитных потоков, создаваемых ими в сердечниках, а часть каждого наконечника расположена в промежутке между двумя соседними параллельно установленными модулями параллельно оси сердечника с возможностью взаимодействия с частью установленного также между модулями якоря, находящейся по одну сторону от оси якоря, перпендикулярной оси сердечников, при этом части наконечников сердечников двух соседних модулей, расположенные между этими модулями, направлены встречно друг другу, а в первом и последнем модуле сердечники магнитно соединены.
Для создания более легкой конструкции, якорь может быть выполнен в виде двух пластин, соединенных сверху и снизу перемычками, в которых выполнено отверстие под ось.
Для обеспечения кратковременной работы или для увеличения рабочего усилия на наконечниках электромагнита в межобмоточном пространстве могут быть размещены постоянные магниты с возможностью магнитной связи с полюсными наконечниками двух соседних модулей и создания в каждом модуле на полюсных наконечниках магнитных потенциалов противоположного знака.
На рис. 1 изображен заявляемый электромагнит.
На рис. 2 - полюсные наконечники двух модулей, установленные на основании.
На рис. 3 - схематично представлены возможные варианты выполнения устройства с тремя и более модулями, с двумя и более якорями.
На рис. 4 электромагнит с постоянными магнитами.
На рисунках изображены следующие узлы и элементы:
На рис.1, 2: 1, 2, 3, 4 - попарно соединенные сердечники. 1 и 2 образуют один модуль, 3, 4 - другой.
На полюсных наконечниках 1, 2, 3, 4 установлены сердечники 7, 8, 9, 10. Наконечники установлены на основании 5, сверху может быть расположена накладка 6.
Наконечники 7 и 8 разделены немагнитным зазором, в котором может быть установлена пластина 11 из немагнитного материала. Так же разделены и наконечники 9,10.
Части наконечников L-образной формы, расположены в межобмоточном пространстве, образуя плоскости для взаимодействия с частью поворотного якоря 12, находящейся по одну сторону от оси якоря, перпендикулярной оси сердечников установленном также в межобмоточном пространстве на оси 13, перпендикулярной оси сердечников. Сердечники 1 и 2 одного модуля соединены перемычками 19, установленными на концах сердечников, противоположных концам, на которых установлены наконечники.
Якорь 12 может быть выполнен из двух параллельных пластин 14, 15, соединенных сверху и снизу перемычками 16,17, в которых выполнены отверстия под ось 13. Возвратная пружина 18 позволяет вернуть якорь в нерабочее положение.
На рис. 3(а) представлена схема (вид сверху) одного модуля заявляемого электромагнита, 3(6) - одного промежуточного модуля заявляемого электромагнита 3 (в, г, д) - с тремя и более модулями (1,2,3,4...), с двумя и более якорями (5,6,7,8). В этом случае пары модулей электромагнита образованы каждьм модулем с последующим модулем, а якоря установлены в каждом промежутке между модулями пары. Сердечники первого и последнего модуля магнитно соединены между собой, например, перемычками из магнитного материала, как это представлено на рис. 1, а сердечники средних модулей имеют наконечники L-образной формы с обеих сторон.
На рис. 4 (а, б) представлен заявляемый электромагнит, на частях полюсных наконечников двух соседних модулей, расположенных в межмодульном пространстве установлены постоянные магниты, каждый из которых представляет собой пластину, магнитно соединенную с наконечниками. Полюса магнитов, установленные на полюсных наконечниках создают магнитные потенциалы, противоположные по знаку. В этом случае ось якоря выполнена состоящей из верхней и нижней частей, одна из которых закреплена с возможностью вращения на основании 5, а другая - на накладке 6
Заявляемый электромагнит работает следующим образом. При подаче электрического тока на обмотки электромагнита в каждом из полюсных наконечников 1, 2, 3, 4 (рис. 1) создаются магнитные потоки, которые в модуле суммируются. При этом в зависимости от необходимости создания того или иного по величине и направлению магнитного потока обмотки одного модуля могут быть соединены последовательно, параллельно, или встречно-параллельно. Следствием таких соединений является изменение сопротивления обмоток электромагнита, что влияет на величину потребляемой мощности. Магнитно-движущая сила, создаваемая обмотками модуля в сердечниках
притягивает магнитную часть якоря, замыкая магнитный поток модуля через немагнитный зазор между наконечниками. При этом одна часть якоря, расположенная по одну сторону его оси притягивается к наконечникам одного модуля, а другая - к наконечникам другого модуля. Якорь проводит магнитный поток параллельно оси вращения. Каждый модуль создает половину крутящего момента якоря, суммарный крутящий момент складывается из усилий, создаваемых двумя модулями. Попарно каждые две обмотки модуля при пропускании по ним тока образуют магнитный модуль, с контуром, состоящим из 2-х сердечников, полюсных наконечников и пластины якоря (или части якоря) При этом в магнитный контур крайних модулей входят перемычки, соединяющие их сердечники. Каждый из этих потоков воздействует на одну половину якоря. Магнитные потоки в сердечниках суммируются. Якорь (якоря) поворачиваются.
При последовательном соединении обмоток при заданном напряжении ток срабатывания минимален. Такие устройства обладают повышенной чувствительностью и могут быть использованы, например, при управлении от электронных схем. А при параллельном соединении электромагнит обладает большой мощностью, что позволит использовать его для развития больших усилий.
При использовании постоянных магнитов (рис. 4) за счет создания дополнительной магнитно-движущей силы увеличивается полезное усилие, а также появляется возможность создания первоначального усилия притяжения якоря без дальнейшей подачи напряжения на обмотки. При этом для последующего отключения электромагнита на обмотки подают напряжение противоположного по сравнению с первоначальным знака.
За счет увеличения количества сердечников и обмоток увеличивается суммарная наружная площадь обмоток, суммарная площадь поверхности сердечников, что способствует улучшению условий рассеивания тепла от электромагнита, охлаждению его.
Количество якорей в заявляемом электромагните не ограничено конструктивно, а только ограничено эффективностью соотношения развиваемого суммарного крутящего момента на якорях и потребляемой энергией обмоток.
Применение заявляемой полезной модели в конструкциях слаботочных реле, практическое значение имеют одно-, двух- и трех-якорные схемы, при этом каждый якорь управляет замыканием-размыканием своей пары контактов
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет организовать производство широкой номенклатуры изделий с использованием однотипных, унифицированных элементов.
По сравнению с известными электромагнитами заявляемый электромагнит имеет наиболее плотную упаковку всех элементов в объеме реле; отсутствуют пустоты в зонах якоря и полюсных наконечников, что в конечном итоге приводит к значительному снижению массы электромагнитов.
В случае выполнения якоря, как это представлено на рис. 2 пластины якоря, проводящие магнитный поток, обладают крайне малым сопротивлением из-за малого размера рабочего участка, при этом значительно уменьшаются потоки рассеяния. Довольно большая длина якоря - длина соизмерима с длиной сердечника, позволяет увеличить крутящий момент, создаваемый электромагнитом.
Выполнение якоря как на рис.2 позволяет уменьшить массу якоря, что значительно улучшает устойчивость реле к воздействию механических факторов (вибрации, ударов), повышается быстродействие электромагнита - скорость срабатывания, а так же улучшаются условия гашения колебаний якоря при срабатывании (дребезг контактов).
Материал оси вращения не связан с маркой магнитного материала якоря. В абсолютном большинстве современных реле оси вращения якоря (цапфы) обтачиваются из заготовок электротехнического материала подвергающегося в последующем глубокому термическому отжигу и обладают очень плохой износоустойчивостью. В предлагаемой конструкции осью является отдельная деталь без ограничений по марке и состоянию материала. К тому же, пластины якоря обладают малыми размерами и не требуют механической обработки, поэтому могут изготавливаться из дорогостоящих и труднообрабатываемых сплавов типа пермендюр или супермендюр, например марки 49К2ФА обладающим наилучшими магнитными свойствами.