RU121641U1

RU121641U1 - BISTABLE ELECTROMAGNET OF THE DRIVE OF THE SWITCHING DEVICE

Info

Publication number: RU121641U1
Application number: RU2012117967/07U
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Бугайчук; Борис Владимирович Клименко
Original assignee: Виктор Михайлович Бугайчук; Борис Владимирович Клименко
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2012-10-27
Also published as: UA73816U

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к бистабильным электромагнитам с двумя обмотками, и может быть использована в приводах различных устройств автоматики, которые приводятся в действие при раздельной или одновременной коммутации обмоток, в частности, в приводах вакуумных выключателей высокого напряжения, используемых в комплектных распределительных устройствах и в камерах сборных одностороннего обслуживания. Электромагнит содержащит неподвижную часть магнитопровода, состоящую из корпуса кольцеобразной формы и соединенных с ним верхней и нижней крышек, выполненных с центральными отверстиями, и кольцеобразной втулки, расположенной коаксиально внутри корпуса, подвижную часть цилиндрической формы, расположенную коаксиально внутри корпуса, концевые части которой размещены в центральных отверстиях упомянутых крышек, катушку, расположенную между корпусом и подвижной частью с образованием под одной из торцевых поверхностей катушки кольцеобразного зазора, и постоянный магнит, расположенный в кольцеобразном зазоре между корпусом и кольцеобразной втулкой. Подвижная часть выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении. Высота подвижной части, расположенной внутри корпуса, меньше расстояния между внутренними поверхностями упомянутых крышек на величину хода в осевом направлении, а ее диаметр соответствует внутреннему диаметру кольцеобразной втулки. Упомянутые концевые части выполнены с возможностью соединения с исполнительным механизмом привода коммутационного устройства. Неподвижная часть магнитопровода выполнена из магнитомягкого материала. Постоянный магнит выполнен из высококоэрцитивного магнитотвердого материала. Электромагнит содержит вторую катушку, расположенную внутри корпуса симметрично первой катушке относительно горизонтальной оси симметрии кольцеобразной втулки с образованием кольцеобразного зазора между их близлежащими торцами. Высота кольцеобразной втулки и высота постоянного магнита соответствуют расстоянию между близлежащими торцами катушек. Подвижная часть выполнена из магнитомягкого материала. Верхняя и нижняя крышки выполнены дискообразной формы и с разными площадями поперечного сечения. Верхняя и нижняя крышки содержат втулки из немагнитного материала, расположенные в центральных отверстиях крышек. Упомянутые концевые части выполнены таким образом, что их диаметр соответствует внутреннему диаметру втулок. Постоянный магнит выполнен в виде цельного магнита кольцеобразной формы или в виде отдельных магнитов, например, в форме призм или параллелепипедов. Корпус соединен с упомянутыми крышками и кольцеобразной втулкой посредством элементов крепления, выполненных из немагнитного материала. Корпус и кольцеобразная втулка выполнены по меньшей мере с тремя парами соосных отверстий для размещения элементов крепления, а ось одной пары отверстий не совпадает с осями других пар отверстий. Заявляемое техническое решение прошло испытания в приводах высоковольтного вакуумного выключателя, выполненных с одновременной и раздельной коммутацией катушек бистабильного электромагнита, результаты которых подтвердили эффективность его применения в указанных приводах, в том числе в части упрощения конструкции исполнительного механизма привода и увеличения контактных нажатий в выключателе. Это позволяет расширить область применения бистабильного электромагнита при одновременном повышении стабильности силовых характеристик и надежности в эксплуатации. The utility model relates to the field of electrical engineering, namely, to bistable electromagnets with two windings, and can be used in drives of various automation devices that are driven by separate or simultaneous switching of windings, in particular, in drives of high voltage vacuum circuit breakers used in complete switchgears and prefabricated one-way service chambers. The electromagnet contains a fixed part of the magnetic circuit, consisting of a ring-shaped housing and upper and lower covers connected to it, made with central holes, and an annular sleeve located coaxially inside the housing, a movable cylindrical part located coaxially inside the housing, the end parts of which are located in the central the openings of the said covers, a coil located between the housing and the movable part with the formation of a ring-shaped ring under one of the end surfaces of the coil a large gap, and a permanent magnet located in the annular gap between the housing and the annular sleeve. The movable part is made with the possibility of reciprocating movement in the axial direction. The height of the movable part located inside the housing is less than the distance between the inner surfaces of the said covers by the amount of stroke in the axial direction, and its diameter corresponds to the inner diameter of the annular sleeve. Mentioned end parts are made with the possibility of connection with the actuator of the drive switching device. The fixed part of the magnetic circuit is made of soft magnetic material. The permanent magnet is made of highly coercive hard magnetic material. The electromagnet contains a second coil located inside the housing symmetrically to the first coil relative to the horizontal axis of symmetry of the annular sleeve with the formation of an annular gap between their adjacent ends. The height of the annular sleeve and the height of the permanent magnet correspond to the distance between the adjacent ends of the coils. The moving part is made of soft magnetic material. The upper and lower covers are disk-shaped and with different cross-sectional areas. The upper and lower covers contain bushings of non-magnetic material located in the central holes of the covers. Mentioned end parts are made in such a way that their diameter corresponds to the inner diameter of the bushings. The permanent magnet is made in the form of a single ring-shaped magnet or in the form of individual magnets, for example, in the form of prisms or parallelepipeds. The housing is connected to the said covers and the annular sleeve by means of fasteners made of non-magnetic material. The housing and the annular sleeve are made with at least three pairs of coaxial holes for accommodating fasteners, and the axis of one pair of holes does not coincide with the axes of other pairs of holes. The claimed technical solution was tested in drives of a high-voltage vacuum circuit breaker, performed with simultaneous and separate switching of bistable electromagnet coils, the results of which confirmed the effectiveness of its use in these drives, including in terms of simplifying the design of the actuator drive mechanism and increasing contact pressures in the switch. This allows you to expand the scope of the bistable electromagnet while improving the stability of power characteristics and reliability in operation.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к бистабильным электромагнитам с двумя обмотками, и может быть использована в приводах различных устройств автоматики, которые приводятся в действие при раздельной или одновременной коммутации обмоток, в частности, в приводах вакуумных выключателей высокого напряжения, используемых в комплектных распределительных устройствах и в камерах сборных одностороннего обслуживания.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely, to bistable electromagnets with two windings, and can be used in drives of various automation devices that are driven by separate or simultaneous switching of windings, in particular, in drives of high voltage vacuum circuit breakers used in complete switchgears and prefabricated one-way service chambers.

Известен бистабильный электромагнит привода коммутационного устройства (патент UA №70574, H01F 7/08, дата публикации 15.10.2004), содержащий неподвижную часть магнитопровода, состоящую из корпуса кольцеобразной формы и коаксиально расположенного в нем цилиндрического сердечника с центральным отверстием и кольцевым выступом на внешней поверхности в его средней части, подвижную часть, выполненную в виде штока, закрепленного в центральном отверстии цилиндрического сердечника с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении, и закрепленных на противоположных концевых частях штока двух якорей дискообразной формы, две катушки, расположенные между корпусом и цилиндрическим сердечником с двух сторон от кольцевого выступа с образованием кольцеобразного зазора между последним и внутренней поверхностью корпуса, и постоянный магнит, расположенный в упомянутом кольцеобразном зазоре. Корпус и цилиндрический сердечник соединены между собой посредством элементов крепления, а высота корпуса превышает высоту цилиндрического сердечника. Якоря выполнены с разными площадями поперечного сечения. Расстояние между якорями превышает высоту корпуса на величину хода в осевом направлении. Корпус, сердечник и якоря выполнены из магнитомягкого материала, шток и элементы крепления выполнены из немагнитного материала, а постоянный магнит выполнен из высококоэрцитивного магнитотвердого материала, намагниченного в радиальном направлении. Известный бистабильный электромагнит содержит два воздушных зазора в магнитных цепях включения и выключения, один из которых образуется в стабильных положениях электромагнита между торцами корпуса и близлежащей к ним поверхностью соответствующего якоря, а второй - между одним торцем цилиндрического сердечника и близлежащей к нему поверхностью якоря.Known bistable electromagnet drive switching device (patent UA No. 70574, H01F 7/08, publication date 10/15/2004), containing the fixed part of the magnetic circuit, consisting of a ring-shaped housing and a cylindrical core coaxially located therein with a central hole and an annular protrusion on the outer surface in its middle part, the movable part, made in the form of a rod, fixed in the Central hole of the cylindrical core with the possibility of reciprocating movement in the axial direction ii, and secured at opposite end portions of the rod of two anchors disc-shaped, two coils disposed between the housing and cylindrical core on either side of the annular flange to form an annular gap between the latter and the inner surface of the housing, and a permanent magnet disposed in said annular gap. The housing and the cylindrical core are interconnected by means of fastening elements, and the height of the housing exceeds the height of the cylindrical core. Anchors are made with different cross-sectional areas. The distance between the anchors exceeds the height of the hull by the value of the stroke in the axial direction. The body, core and anchors are made of soft magnetic material, the rod and mounting elements are made of non-magnetic material, and the permanent magnet is made of highly coercive hard magnetic material, magnetized in the radial direction. The known bistable electromagnet contains two air gaps in the magnetic on and off circuits, one of which is formed in stable positions of the electromagnet between the ends of the casing and the adjacent surface of the corresponding armature, and the second between one end of the cylindrical core and the adjacent armature surface.

Недостатками известной конструкции бистабильного электромагнита являются:The disadvantages of the known design of a bistable electromagnet are:

- выполнение с открытыми торцевыми частями, что приводит к загрязнению опорных поверхностей полюсов и увеличению воздушных зазоров между прилегающими поверхностями подвижной части магнитопровода и неподвижной части и, соответственно, к уменьшению силы притяжения якоря к неподвижной части магнитопровода, что снижает стабильность силовых характеристик при эксплуатации;- execution with open end parts, which leads to contamination of the supporting surfaces of the poles and an increase in air gaps between the adjacent surfaces of the moving part of the magnetic circuit and the fixed part and, accordingly, to a decrease in the force of attraction of the armature to the fixed part of the magnetic circuit, which reduces the stability of power characteristics during operation;

- выполнение с двумя зазорами между неподвижной частью магнитопровода и подвижной частью, что способствует увеличению тягового усилия в режиме удержания, но приводит к необходимости соответствующего увеличения значений магнитодвижущей силы при срабатывании.- execution with two gaps between the fixed part of the magnetic circuit and the moving part, which contributes to an increase in traction in the holding mode, but leads to the need for a corresponding increase in the magnitude of the magnetomotive force when triggered.

Известен бистабильный электромагнит привода коммутационного устройства (патент UA №51731. H01H 33/42, H01F 7/08, дата публикации 26.07.2010), содержащий неподвижную часть магнитопровода, состоящую из корпуса кольцеобразной формы и соединенных с ним верхней и нижней крышек, выполненных с центральными отверстиями, и кольцеобразной втулки, расположенной коаксиально внутри корпуса, подвижную часть цилиндрической формы, расположенную коаксиально внутри корпуса, концевые части которой размещены в центральных отверстиях упомянутых крышек, катушку, расположенную между корпусом и якорем с образованием под одной из ее торцевых поверхностей кольцеобразного зазора, и постоянный магнит, расположенный в кольцеобразном зазоре между корпусом и кольцеобразной втулкой. Подвижная часть выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении и состоит из штока и закрепленного на нем якоря. Высота якоря, расположенного внутри корпуса, меньше расстояния между внутренними поверхностями упомянутых крышек на величину хода в осевом направлении, а его диаметр соответствует внутреннему диаметру кольцеобразной втулки. Упомянутые концевые части выполнены с возможностью соединения с исполнительным механизмом привода коммутационного устройства. Катушка содержит общий каркас для обмоток включения и выключения. Корпус соединен с упомянутыми крышками и кольцеобразной втулкой посредством элементов крепления. Неподвижная часть магнитопровода и якорь выполнены из магнитомягкого материала, постоянный магнит выполнен из высококоэрцитивного магнитотвердого материала, а шток и элементы крепления выполнены из немагнитного материала. Известный бистабильный электромагнит содержит два воздушных зазора в магнитных цепях включения и выключения, которые образуются в его стабильных положениях между внутренними поверхностями крышек и близлежащей к ним поверхностью соответствующего якоря.Known bistable electromagnet drive switching device (patent UA No. 51731. H01H 33/42, H01F 7/08, publication date 07/26/2010), containing the fixed part of the magnetic circuit, consisting of a ring-shaped housing and connected to it by the upper and lower covers made with central holes, and an annular sleeve located coaxially inside the housing, a movable cylindrical part located coaxially inside the housing, the end parts of which are located in the Central holes of the said covers, the coil is located between the body and the armature with the formation under one of its end surfaces of the annular gap, and a permanent magnet located in the annular gap between the body and the annular sleeve. The movable part is made with the possibility of reciprocating movement in the axial direction and consists of a rod and an anchor fixed to it. The height of the anchor located inside the housing is less than the distance between the inner surfaces of the said covers by the amount of stroke in the axial direction, and its diameter corresponds to the inner diameter of the annular sleeve. Mentioned end parts are made with the possibility of connection with the actuator of the drive switching device. The coil contains a common frame for on and off windings. The housing is connected to said covers and an annular sleeve by means of fastening elements. The fixed part of the magnetic circuit and the anchor are made of soft magnetic material, the permanent magnet is made of highly coercive hard magnetic material, and the rod and mounting elements are made of non-magnetic material. Known bistable electromagnet contains two air gaps in the magnetic on and off circuits, which are formed in its stable positions between the inner surfaces of the covers and the adjacent surface of the corresponding armature.

Выполнение известного бистабильного электромагнита с крышками исключает возможность загрязнения опорных поверхностей полюсов, что повышает стабильность его силовых характеристик и надежность работы при эксплуатации.The implementation of the known bistable electromagnet with covers eliminates the possibility of contamination of the supporting surfaces of the poles, which increases the stability of its power characteristics and the reliability of operation.

- выполнение катушки с расположением обмоток включения и выключения на одном каркасе, что не позволяет использовать бистабильный электромагнит в приводах коммутационных устройств, которые приводятся в действие при одновременной коммутации двух обмоток, и, соответственно, ограничивает область его применения;- the implementation of the coil with the location of the windings on and off on the same frame, which does not allow the use of a bistable electromagnet in the drives of switching devices that are driven by the simultaneous switching of two windings, and, accordingly, limits its scope;

- выполнение с одной катушкой, что вызывает необходимость в оснащении приводов коммутационных устройств возвратными пружинами для перемещения подвижной части в первоначальное стабильное положение и приводит к усложнению их конструкции и, соответственно, к снижению стабильности силовых характеристик и надежности при эксплуатации.- execution with a single coil, which necessitates equipping the actuators of the switching devices with return springs to move the movable part to its original stable position and leads to a complication of their design and, consequently, to a decrease in the stability of power characteristics and operational reliability.

В основу полезной модели поставлена задача создания такого бистабильного электромагнита привода коммутационного устройства, в котором за счет введения в его конструкцию второй катушки, создающей иные магнитные взаимосвязи между неподвижной частью магнитопровода, постоянным магнитом и подвижной частью при выполнении операций включения и выключения обеспечивается возможность его использования в приводах коммутационных устройств как с поочередной, так и с одновременной коммутацией обмоток, что расширяет область его применения при повышении стабильности силовых характеристик и эксплуатационной надежности.The utility model is based on the task of creating such a bistable electromagnet of a switching device drive, in which, by introducing a second coil into its design, which creates other magnetic interconnections between the fixed part of the magnetic circuit, the permanent magnet and the moving part, it can be used in turn on and off operations drives of switching devices with both alternating and simultaneous switching of windings, which expands the scope of its application for higher stability of power characteristics and operational reliability.

Поставленная задача решается тем, что в двухпозиционном электромагните привода коммутационного устройства, содержащем неподвижную часть магнитопровода, состоящую из корпуса кольцеобразной формы и соединенных с ним верхней и нижней крышек, выполненных с центральными отверстиями, и кольцеобразной втулки, расположенной коаксиально внутри корпуса, подвижную часть цилиндрической формы, расположенную коаксиально внутри корпуса, концевые части которой размещены в центральных отверстиях упомянутых крышек, катушку, расположенную между корпусом и подвижной частью с образованием под одной из ее торцевых поверхностей кольцеобразного зазора, и постоянный магнит, расположенный в кольцеобразном зазоре между корпусом и кольцеобразной втулкой, при этом подвижная часть выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении, высота подвижной части, расположенной внутри корпуса, меньше расстояния между внутренними поверхностями упомянутых крышек на величину хода в осевом направлении, а ее диаметр соответствует внутреннему диаметру кольцеобразной втулки, упомянутые концевые части выполнены с возможностью соединения с исполнительным механизмом привода коммутационного устройства, неподвижная часть магнитопровода выполнена из магнитомягкого материала, а постоянный магнит выполнен из высококоэрцитивного магнитотвердого материала, согласно полезной модели он содержит вторую катушку, расположенную внутри корпуса симметрично первой катушке относительно горизонтальной оси симметрии кольцеобразной втулки с образованием кольцеобразного зазора между их близлежащими торцами, высота кольцеобразной втулки и высота постоянного магнита соответствуют расстоянию между близлежащими торцами катушек, а подвижная часть выполнена из магнитомягкого материала.The problem is solved in that in a two-position electromagnet of the drive of the switching device containing the fixed part of the magnetic circuit, consisting of a ring-shaped housing and connected to it by the upper and lower covers made with central holes, and an annular sleeve located coaxially inside the housing, the movable part is cylindrical located coaxially inside the housing, the end parts of which are located in the Central holes of the said covers, a coil located between the core by a pus and a movable part with the formation of an annular gap under one of its end surfaces, and a permanent magnet located in the annular gap between the housing and the annular sleeve, while the movable part is made with the possibility of reciprocating movement in the axial direction, the height of the movable part located inside case, less than the distance between the inner surfaces of the said covers by the amount of stroke in the axial direction, and its diameter corresponds to the inner diameter of the annular bushings, said end parts are made with the possibility of connecting to the actuator of the switching device, the fixed part of the magnetic circuit is made of soft magnetic material, and the permanent magnet is made of highly coercive hard magnetic material, according to a utility model it contains a second coil located symmetrically to the first coil inside the housing relative to the horizontal axis symmetry of the annular sleeve with the formation of an annular gap between their adjacent ends, high This annular sleeve and the height of the permanent magnet correspond to the distance between the adjacent ends of the coils, and the movable part is made of soft magnetic material.

Целесообразно, чтобы верхняя и нижняя крышки были выполнены дискообразной формы.It is advisable that the upper and lower covers were made disk-shaped.

Целесообразно, чтобы верхняя и нижняя крышки были выполнены с разными площадями поперечного сеченияIt is advisable that the upper and lower covers were made with different cross-sectional areas

Для улучшения центрирования подвижной части при ее возвратно-поступательных перемещениях и предотвращения износа центральных отверстий в верхней и нижней крышках и, соответственно, повышения стабильности силовых характеристик и эксплуатационной надежности верхняя и нижняя крышки содержат втулки из немагнитного материала, расположенные в центральных отверстиях крышек, а упомянутые концевые части выполнены таким образом, что их диаметр соответствует внутреннему диаметру втулок.To improve the centering of the moving part during its reciprocating movements and to prevent wear of the central holes in the upper and lower covers and, accordingly, to increase the stability of power characteristics and operational reliability, the upper and lower covers contain bushings made of non-magnetic material located in the central holes of the covers, and the aforementioned end parts are made in such a way that their diameter corresponds to the inner diameter of the bushings.

Постоянный магнит может быть выполнен в виде цельного магнита кольцеобразной формы или в виде отдельных магнитов, например, в форме призм или параллелепипедов.The permanent magnet can be made in the form of a single ring-shaped magnet or in the form of individual magnets, for example, in the form of prisms or parallelepipeds.

Для исключения смещения деталей неподвижной части магнитопровода и, соответственно, повышения надежности работы привода в эксплуатации корпус соединен с упомянутыми крышками и кольцеобразной втулкой посредством элементов крепления, выполненных из немагнитного материала, при этом корпус и кольцеобразная втулка выполнены по меньшей мере с тремя парами соосных отверстий для размещения элементов крепления, а ось одной пары отверстий не совпадает с осями других пар отверстий.To exclude the displacement of parts of the fixed part of the magnetic circuit and, consequently, increase the reliability of the drive in operation, the housing is connected to the said covers and the ring-shaped sleeve by means of fasteners made of non-magnetic material, while the case and the ring-shaped sleeve are made with at least three pairs of coaxial holes for placement of fasteners, and the axis of one pair of holes does not coincide with the axes of other pairs of holes.

Совокупность общих и отличительных существенных признаков заявляемой конструкции бистабильного электромагнита позволяет расширить область его применения в приводах различных устройств автоматики, которые приводятся в действие как при раздельной, так и при одновременной коммутации обмоток. Использование бистабильного электромагнита в приводах коммутационных устройств с одновременной коммутацией обмоток позволяет упростить конструкцию исполнительных механизмов, исключив из их состава возвратные пружины. В свою очередь, использование таких приводов позволяет увеличить контактные нажатия в коммутационном устройстве и, как следствие, улучшить выполнение операций отключения в аварийном режиме за счет уменьшения величин усилий, необходимых для преодоления приваривания контактов при коротких замыканиях. Расположение второй катушки внутри корпуса симметрично первой катушке относительно горизонтальной оси симметрии кольцеобразной втулки позволяет реализовать в магнитной системе бистабильного электромагнита соответствующие симметричные по направлению поляризующие магнитные потоки и электромагнитные силы притяжения якоря при выполнении операций включения и выключения, что повышает управляемость его работой и стабильность силовых характеристик. Кольцеобразный зазор между близлежащими торцами симметрично расположенных катушек и выполнение кольцеобразной втулки и постоянного магнита с высотой, соответствующей расстоянию между близлежащими торцами этих катушек, позволяют симметрично расположить кольцеобразную втулку и постоянный магнит в корпусе, что также обеспечивает в магнитной системе бистабильного электромагнита симметричные по направлению поляризующие магнитные потоки и электромагнитные силы притяжения якоря как в стабильном положении, так и при выполнении операций включения и выключения. Выполнение подвижной части цельной из магнитомягкого материала позволяет объединить якорь и шток в одной детали, упростив за счет этого конструкцию. Использование в конструкции привода постоянного магнита из высококоэрцитивного магнитотвердого материала и выполнение неподвижной части магнитопровода из магнитомягкого материала позволяет обеспечить необходимые по величине усилия удержания якоря в его конечных положениях и соответствующие тяговые характеристики привода.The combination of common and distinctive essential features of the claimed design of a bistable electromagnet allows you to expand its scope in the drives of various automation devices, which are actuated both when separate and at the same time switching windings. The use of a bistable electromagnet in the drives of switching devices with simultaneous switching of the windings makes it possible to simplify the design of actuators by eliminating return springs from their composition. In turn, the use of such drives can increase contact pressures in the switching device and, as a result, improve shutdown operations in emergency mode by reducing the magnitude of the effort required to overcome contact welding during short circuits. The location of the second coil inside the housing symmetrically to the first coil relative to the horizontal axis of symmetry of the ring-shaped sleeve allows the implementation of the corresponding symmetric directionally polarizing magnetic fluxes and electromagnetic forces of attraction of the armature in the bistable electromagnet's magnetic system during on and off operations, which increases its controllability and stability of power characteristics. The annular gap between the adjacent ends of the symmetrically arranged coils and the execution of the ring-shaped sleeve and a permanent magnet with a height corresponding to the distance between the adjacent ends of these coils allow the ring-shaped sleeve and the permanent magnet to be symmetrically located in the housing, which also provides polarizing magnetic symmetrical in the bistable electromagnet system flows and electromagnetic forces of attraction of the armature both in a stable position and during the operation on and off. The implementation of the movable part of the whole of soft magnetic material allows you to combine the anchor and the rod in one part, thereby simplifying the design. The use of a permanent magnet in the drive design from a highly coercive hard magnetic material and the implementation of the fixed part of the magnetic circuit from soft magnetic material allows us to provide the required magnitude of the arm holding force in its final positions and the corresponding drive traction characteristics.

Кроме того, расположение втулок в центральных отверстиях верхней и нижней крышек улучшает центрирование подвижной части при ее возвратно-поступательных перемещениях относительно неподвижной части магнитопровода, предотвращает появление сил одностороннего притяжения между якорем и кольцеобразной втулкой, которые могут возникнуть при сборке привода, а также уменьшает износ центральных отверстий в крышках при эксплуатации, что дополнительно обеспечивает стабильность силовых характеристик привода и повышает его надежность. Выполнение корпуса и кольцеобразной втулки, по меньшей мере, с тремя парами соосных отверстий для размещения элементов крепления, ось одной пары из которых не совпадает с осями других пар позволяет исключить смещение деталей неподвижной части магнитопровода друг относительно друга при эксплуатации и за счет этого обеспечить стабильность силовых характеристик и, соответственно, повысить как надежность привода, так и технологичность его сборки при изготовлении.In addition, the arrangement of the bushings in the central holes of the upper and lower covers improves the centering of the moving part during its reciprocating movements relative to the fixed part of the magnetic circuit, prevents the appearance of unilateral forces between the armature and the ring-shaped sleeve that may occur during assembly of the drive, and also reduces the wear of the central holes in the covers during operation, which additionally ensures the stability of the power characteristics of the drive and increases its reliability. The implementation of the housing and the ring-shaped sleeve with at least three pairs of coaxial holes for accommodating fasteners, the axis of one pair of which does not coincide with the axes of the other pairs, eliminates the displacement of the parts of the fixed part of the magnetic circuit relative to each other during operation and thereby ensures the stability of power characteristics and, accordingly, to improve both the reliability of the drive and the manufacturability of its assembly during manufacture.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется представленными фигурами чертежей, где на фиг.1 показан общий вид (осевое сечение); на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.The essence of the claimed utility model is illustrated by the figures of the drawings, where Fig. 1 shows a general view (axial section); figure 2 is a section aa in figure 1.

Бистабильный электромагнит содержит (фиг.1, 2) неподвижную часть магнитопровода, состоящую из корпуса 1 кольцеобразной формы и соединенных с ним верхней 2 и нижней 3 крышек, выполненных с центральными отверстиями (не обозначены), и кольцеобразной втулки 4, расположенной коаксиально внутри корпуса 1, подвижную часть 5 цилиндрической формы, расположенную коаксиально внутри корпуса 1, концевые части (не обозначены) которой размещены в центральных отверстиях упомянутых крышек 2 и 3, катушек 6 и 7, расположенных симметрично относительно горизонтальной оси симметрии кольцеобразной втулки между корпусом 1 и подвижной частью 5 с образованием меж близлежащими торцами кольцеобразного зазора (не обозначен), и постоянный магнит 8, расположенный в кольцеобразном зазоре между корпусом 1 и кольцеобразной втулкой 4.The bistable electromagnet contains (Figs. 1, 2) the fixed part of the magnetic circuit, consisting of a ring-shaped housing 1 and upper 2 and lower 3 covers connected to it, made with central holes (not indicated), and an annular sleeve 4 located coaxially inside the housing 1 , a movable part 5 of a cylindrical shape, located coaxially inside the housing 1, the end parts (not indicated) of which are located in the Central holes of the said covers 2 and 3, coils 6 and 7, located symmetrically relative to the horizontal axis of symmetry of the annular sleeve between the housing 1 and the movable part 5 with the formation between the adjacent ends of the annular gap (not indicated), and a permanent magnet 8 located in the annular gap between the housing 1 and the annular sleeve 4.

Верхняя 2 и нижняя 3 крышки выполнены с разными площадями поперечного сечения, а в их центральных отверстиях размещены втулки 9. Высота кольцеобразной втулки 4 и высота постоянного магнита 8 соответствуют расстоянию между близлежащими торцами катушек 6 и 7. В рассматриваемом примере исполнения постоянный магнит 8 выполнен в виде отдельных магнитов, например, в форме призм или параллелепипедов. Постоянный магнит 8 может быть выполнен также цельным кольцеобразной формы (не показан).The upper 2 and lower 3 covers are made with different cross-sectional areas, and bushings 9 are placed in their central holes. The height of the ring-shaped sleeve 4 and the height of the permanent magnet 8 correspond to the distance between the adjacent ends of the coils 6 and 7. In this example, the permanent magnet 8 is made in in the form of individual magnets, for example, in the form of prisms or parallelepipeds. Permanent magnet 8 can also be made integral ring-shaped (not shown).

Подвижная часть 5 выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении. Высота подвижной части 5, расположенной внутри корпуса 1, меньше расстояния между внутренними поверхностями упомянутых крышек 2 и 3 на величину ее хода «δ» в осевом направлении, а диаметр соответствует внутреннему диаметру кольцеобразной втулки 4. В конечных положениях подвижной части 5 «δ» является воздушным зазором между поверхностью соответствующей крышки 2 или 3 и близлежащей к ней одной из торцовых поверхностей подвижной части 5, расположенной внутри корпуса 1. Упомянутые концевые части выполнены с возможностью соединения с исполнительным механизмом привода коммутационного устройства (не показаны), а их диаметр соответствует внутреннему диаметру втулок 9.The movable part 5 is made with the possibility of reciprocating movement in the axial direction. The height of the movable part 5, located inside the housing 1, is less than the distance between the inner surfaces of the said covers 2 and 3 by the value of its stroke "δ" in the axial direction, and the diameter corresponds to the inner diameter of the annular sleeve 4. In the final positions of the movable part 5, "δ" is the air gap between the surface of the corresponding cover 2 or 3 and one of the end surfaces of the movable part 5 located inside the housing 1 adjacent to it. The said end parts are made with the possibility of connection with the performer by the drive mechanism of the switching device (not shown), and their diameter corresponds to the inner diameter of the bushings 9.

Корпус 1 соединен с крышками 2 и 3 и с кольцеобразной втулкой 4 посредством элементов крепления 10. При этом корпус 1 и кольцеобразная втулка 4 выполнены, по меньшей мере, с тремя парами соосных отверстий (не обозначены) для размещения элементов крепления 10, а ось одной пары отверстий не совпадает с осями других пар.The housing 1 is connected to the covers 2 and 3 and with the annular sleeve 4 by means of fastening elements 10. The housing 1 and the ring-shaped sleeve 4 are made with at least three pairs of coaxial holes (not indicated) for accommodating the fastening elements 10, and the axis of one pairs of holes does not coincide with the axes of other pairs.

Упомянутые корпус 1, крышки 2 и 3, кольцеобразная втулка 4 и подвижная часть 5 выполнены из магнитомягкого материала, постоянный магнит 8 выполнен из высококоэрцитивного магнитотвердого материала, а втулки 9 и элементы крепления 10 выполнены из немагнитного материала.Said housing 1, covers 2 and 3, the annular sleeve 4 and the movable part 5 are made of soft magnetic material, the permanent magnet 8 is made of highly coercive hard magnetic material, and the bushings 9 and the fastening elements 10 are made of non-magnetic material.

Работа заявляемого бистабильного электромагнита привода коммутационного устройства поясняется на примерах его использования в приводах высоковольтных вакуумных выключателей, выполненных с одновременной или с раздельной коммутацией обмоток при осуществлении операций включения и выключения.The operation of the inventive bistable electromagnet drive switching device is illustrated by examples of its use in drives of high voltage vacuum circuit breakers, made with simultaneous or separate switching of the windings during the operation of switching on and off.

Работа бистабильного электромагнита при одновременной коммутации обмоток осуществляется следующим образом.The operation of a bistable electromagnet with simultaneous switching of the windings is as follows.

На фигурах 1 и 2 бистабильный электромагнит изображен в исходном положении, соответствующем выключенному состоянию высоковольтного выключателя. В этом состоянии высоковольтного выключателя главные контакты в камере вакуумного выключателя разомкнуты (не показаны), а в бистабильном электромагните катушки 6 и 7 обесточены. Подвижная часть 5 прижата к верхней крышке 2 и надежно удерживается в верхнем стабильном положении за счет разницы в значениях электромагнитных сил, которые создаются в магнитной системе бистабильного электромагнита постоянным магнитом 8. Первый поляризующий магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом 8, проходит через верхнюю часть корпуса 1, кольцеобразную втулку 4, верхнюю крышку 2 и подвижную часть 5, а второй - через нижнюю часть корпуса 1, кольцеобразную втулку 4, нижнюю крышку 3 и подвижную часть 5. При этом значение первого поляризующего магнитного потока и соответствующей ему электромагнитной силы многократно превышают значение второго поляризующего магнитного потока, ослабленного воздушным зазором "δ", и создаваемой им электромагнитной силы.In figures 1 and 2, the bistable electromagnet is depicted in the initial position corresponding to the off state of the high voltage switch. In this state of the high-voltage circuit breaker, the main contacts in the chamber of the vacuum circuit breaker are open (not shown), and in the bistable electromagnet, coils 6 and 7 are de-energized. The movable part 5 is pressed against the upper cover 2 and is firmly held in the upper stable position due to the difference in the values of electromagnetic forces created in the magnetic system of the bistable electromagnet by the permanent magnet 8. The first polarizing magnetic flux generated by the permanent magnet 8 passes through the upper part of the housing 1 , the annular sleeve 4, the upper cover 2 and the movable part 5, and the second through the lower part of the housing 1, the annular sleeve 4, the lower cover 3 and the movable part 5. The value of the first polarization a magnetic flux guide and the corresponding electromagnetic force is many times greater than the second value of the polarizing magnetic flux attenuated by an air gap "δ", and the electromagnetic force generated by them.

Включение высоковольтного выключателя осуществляется по внешней команде, поступающей на бистабильный электромагнит от управляющего устройства (не показано), после чего ток от внешнего источника питания (не показан) подается одновременно на катушки 6 и 7, при этом ток, поступающий на катушку 6, ограничивается управляющим устройством. Протекание тока в катушках 6 и 7 происходит во встречных направлениях, что создает в магнитной системе бистабильного электромагнита противоположные по направлению и разные по значению магнитные потоки и соответствующие им электромагнитные силы притяжения подвижной части 5 к неподвижным частям магнитопровода. В результате воздействия этих сил электромагнитная сила притяжения подвижной части 5 к верхней части корпуса 1 и к верхней крышке 2 уменьшается, а сила его притяжения к нижней части корпуса 1 и к нижней крышке 3 увеличивается. В момент, когда электромагнитная сила притяжения подвижной части 5 к нижней части корпуса 1 и нижней крышке 3 становится больше электромагнитной силы, удерживающей его в верхнем стабильном положении, начинается перемещение подвижной части 5 в противоположное положение, соответствующее включенному состоянию высоковольтного выключателя. После завершения ее перемещения по команде внешнего датчика положения (не показан) подача тока через управляющее устройство на катушки 6 и 7 бистабильного электромагнита прекращается. Выполнение концов подвижной части 5 с возможностью соединения с исполнительным механизмом привода обеспечивает соответствующее перемещение главных контактов в камере вакуумного выключателя во включенное положение, после чего бистабильный магнит готов к выполнению следующей операции - выключению высоковольтного выключателя. В нижнем стабильном положении подвижная часть 5 удерживается под действием поляризующего магнитного потока, создаваемого постоянным магнитом 8, при котором значение второго поляризующего магнитного потока и соответствующей ему электромагнитной силы многократно превышают значение первого поляризующего магнитного потока, ослабленного воздушным зазором "δ", и создаваемой им электромагнитной силы.The high-voltage switch is turned on by an external command supplied to the bistable electromagnet from a control device (not shown), after which the current from an external power source (not shown) is supplied simultaneously to coils 6 and 7, while the current supplied to coil 6 is limited by the control device. The current flows in coils 6 and 7 in opposite directions, which creates in the magnetic system of a bistable electromagnet opposite in direction and different in value magnetic fluxes and the corresponding electromagnetic forces of attraction of the moving part 5 to the fixed parts of the magnetic circuit. As a result of the influence of these forces, the electromagnetic force of attraction of the movable part 5 to the upper part of the housing 1 and to the upper cover 2 decreases, and the force of its attraction to the lower part of the housing 1 and to the lower cover 3 increases. At the moment when the electromagnetic force of attraction of the movable part 5 to the lower part of the housing 1 and the lower cover 3 becomes larger than the electromagnetic force holding it in the upper stable position, the moving part 5 moves to the opposite position corresponding to the on state of the high voltage switch. After completion of its movement by the command of an external position sensor (not shown), the current supply through the control device to the coils 6 and 7 of the bistable electromagnet is stopped. The execution of the ends of the movable part 5 with the possibility of connection with the actuator of the drive ensures the corresponding movement of the main contacts in the chamber of the vacuum circuit breaker in the on position, after which the bistable magnet is ready for the next operation - turn off the high voltage switch. In the lower stable position, the movable part 5 is held under the action of a polarizing magnetic flux created by a permanent magnet 8, in which the value of the second polarizing magnetic flux and the corresponding electromagnetic force are many times higher than the value of the first polarizing magnetic flux weakened by the air gap "δ", and the electromagnetic strength.

Выключение высоковольтного выключателя выполняется по внешней команде, поступающей на бистабильный электромагнит от управляющего устройства, после чего от внешнего источника питания (не показан) ток подается одновременно на катушки 6 и 7, при этом ток, поступающий на катушку 7, ограничивается управляющим устройством. Протекание тока в катушках 6 и 7, а также соответствующее индуцирование магнитных потоков в магнитной системе бистабильного электромагнита и создаваемых ими электромагнитных сил притяжения подвижной части 5 к неподвижной части магнитопровода происходит ассиметрично операции включения. После завершения перемещения подвижной части 5 по команде внешнего датчика положения подача тока через управляющее устройство на катушки 6 и 7 бистабильного электромагнита прекращается. За счет выполнения концов подвижной части 5 с возможностью соединения с исполнительным механизмом привода главные контакты в камере вакуумного выключателя выключаются, после чего бистабильный электромагнит готов к выполнению следующей операции - включению высоковольтного выключателя. В верхнем стабильном положении подвижная часть 5 удерживается под действием поляризующего магнитного потока от постоянного магнита 8, который аналогичен исходному положению бистабильного электромагнита.The high-voltage switch is turned off by an external command supplied to the bistable electromagnet from the control device, after which the current is supplied to the coils 6 and 7 from an external power source (not shown), while the current supplied to the coil 7 is limited by the control device. The current flow in coils 6 and 7, as well as the corresponding induction of magnetic fluxes in the magnetic system of a bistable electromagnet and the electromagnetic forces generated by them, which attract the moving part 5 to the fixed part of the magnetic circuit, asymmetrically turns on the operation. After the movement of the movable part 5 is completed by the command of an external position sensor, the current supply through the control device to the coils 6 and 7 of the bistable electromagnet is stopped. Due to the execution of the ends of the movable part 5 with the possibility of connecting with the actuator of the drive, the main contacts in the chamber of the vacuum circuit breaker are turned off, after which the bistable electromagnet is ready for the next operation - turning on the high voltage switch. In the upper stable position, the movable part 5 is held under the action of a polarizing magnetic flux from a permanent magnet 8, which is similar to the initial position of the bistable electromagnet.

Работа бистабильного электромагнита при поочередной коммутации катушек 6 и 7 осуществляется следующим образом.The operation of a bistable electromagnet with alternate switching of coils 6 and 7 is as follows.

Исходное положение бистабильного электромагнита соответствует ранее рассмотренному примеру. Включение высоковольтного выключателя осуществляется по внешней команде, поступающей на бистабильный электромагнит от управляющего устройства (не показано), после чего ток от внешнего источника питания (не показан) подается на нижнюю катушку 7. Направление магнитного потока, создаваемого катушкой 7, совпадает с направлением поляризующего магнитного потока, проходящего через нижнюю крышку 3, и противоположно направлению поляризующего магнитного потока, проходящего через верхнюю крышку 2. При таком соотношении направлений поляризующих магнитных потоков электромагнитная сила притяжения подвижной части 5 к верхней части корпуса 1 и к верхней крышке 2 уменьшается, а сила ее притяжения к нижней части корпуса 1 и к нижней крышке 3 увеличивается. В момент, когда электромагнитная сила притяжения подвижной части 5 к нижней части корпуса 1 и нижней крышке 3 становится больше электромагнитной силы, удерживающей его в верхнем стабильном положении, начинается ее перемещение. После завершения перемещения подвижной части 5 по команде внешнего датчика положения (не показан) подача тока через управляющее устройство на катушку 7 бистабильного электромагнита прекращается. За счет выполнения концов подвижной части 5 с возможностью соединения с исполнительным механизмом привода главные контакты в камере вакуумного выключателя включаются, после чего бистабильный электромагнит готов к выполнению следующей операции - выключению высоковольтного выключателя. Удержание подвижной части 5 в нижнем стабильном положении происходит аналогично ранее рассмотренному примеру.The initial position of the bistable electromagnet corresponds to the previously considered example. The high voltage switch is turned on by an external command supplied to the bistable electromagnet from the control device (not shown), after which the current from an external power source (not shown) is supplied to the lower coil 7. The direction of the magnetic flux generated by the coil 7 coincides with the direction of the polarizing magnetic the flow passing through the lower cover 3, and opposite to the direction of the polarizing magnetic flux passing through the upper cover 2. With this ratio of the directions of the polarizing m Of electromagnetic flows, the electromagnetic force of attraction of the moving part 5 to the upper part of the housing 1 and to the upper cover 2 decreases, and the force of its attraction to the lower part of the housing 1 and to the lower cover 3 increases. At the moment when the electromagnetic force of attraction of the movable part 5 to the lower part of the housing 1 and the lower cover 3 becomes larger than the electromagnetic force that holds it in the upper stable position, its movement begins. After the movement of the movable part 5 is completed by the command of an external position sensor (not shown), the current supply through the control device to the bistable electromagnet coil 7 is stopped. Due to the execution of the ends of the movable part 5 with the possibility of connecting with the actuator of the drive, the main contacts in the chamber of the vacuum circuit breaker are turned on, after which the bistable electromagnet is ready for the next operation - turning off the high voltage switch. The retention of the movable part 5 in the lower stable position occurs similarly to the previously considered example.

Выключение высоковольтного выключателя осуществляется по внешней команде, поступающей на бистабильный электромагнит от управляющего устройства, после чего ток от внешнего источника питания подается на верхнюю катушку 6. Принцип работы бистабильного электромагнита в этом режиме аналогичен рассмотренной выше операции включения.The high-voltage switch is turned off by an external command supplied to the bistable electromagnet from the control device, after which the current from the external power source is supplied to the upper coil 6. The principle of operation of the bistable electromagnet in this mode is similar to the switching operation considered above.

Заявляемое техническое решение прошло испытания в приводах высоковольтного вакуумного выключателя, выполненных с одновременной и раздельной коммутацией катушек бистабильного электромагнита, результаты которых подтвердили эффективность его применения в указанных приводах, в том числе в части упрощения конструкции исполнительного механизма привода и увеличения контактных нажатий в выключателе. Это позволяет расширить область применения бистабильного электромагнита при одновременном повышении стабильности силовых характеристик и надежности в эксплуатации.The claimed technical solution was tested in drives of a high-voltage vacuum circuit breaker, made with simultaneous and separate switching of bistable electromagnet coils, the results of which confirmed the effectiveness of its use in these drives, including in terms of simplifying the design of the actuator actuator mechanism and increasing contact pressures in the switch. This allows you to expand the scope of the bistable electromagnet while improving the stability of power characteristics and reliability in operation.

Claims

1. The bistable electromagnet of the drive of the switching device, comprising the fixed part of the magnetic circuit, consisting of a ring-shaped housing and upper and lower covers connected to it, made with central holes, and an annular sleeve located coaxially inside the housing, a movable cylindrical part located coaxially inside the housing , the end parts of which are located in the Central holes of the said covers, a coil located between the housing and the movable part with the formation of d of one of the end surfaces of the coil of the annular gap, and a permanent magnet located in the annular gap between the housing and the annular sleeve, while the movable part is made with the possibility of reciprocating movement in the axial direction, the height of the movable part located inside the housing is less than the distance between the internal surfaces of the said covers by the amount of stroke in the axial direction, and its diameter corresponds to the inner diameter of the annular sleeve, the said end parts are can be connected to the actuator of the switching device, the fixed part of the magnetic circuit is made of soft magnetic material, and the permanent magnet is made of highly coercive hard magnetic material, characterized in that it contains a second coil located inside the housing symmetrically to the first coil relative to the horizontal axis of symmetry of the ring-shaped sleeve with the formation of an annular gap between their adjacent ends, the height of the annular sleeve and the height of the stand This magnet corresponds to the distance between the adjacent ends of the coils, and the moving part is made of soft magnetic material.

2. The bistable electromagnet according to claim 1, characterized in that the upper and lower covers are made disk-shaped.

3. The bistable electromagnet according to claim 1 or 2, characterized in that the upper and lower covers are made with different cross-sectional areas.

4. The bistable electromagnet according to claim 1 or 2, characterized in that the upper and lower covers comprise bushings of non-magnetic material located in the central openings of the covers, and said end parts are made in such a way that their diameter corresponds to the inner diameter of the bushings.

5. The bistable electromagnet according to claim 1, characterized in that the permanent magnet is made in the form of a single ring-shaped magnet or in the form of individual magnets, for example in the form of prisms or parallelepipeds.

6. The bistable electromagnet according to claim 1, characterized in that the housing is connected to the said covers and the annular sleeve by means of fasteners made of non-magnetic material, while the body and the annular sleeve are made with at least three pairs of coaxial holes for accommodating the fasteners, and the axis of one pair of holes does not coincide with the axes of other pairs of holes.