RU1804659C

RU1804659C - Driving electromagnet

Info

Publication number: RU1804659C
Application number: SU914912488A
Authority: RU
Inventors: Иван Захарович Ахазов; Геннадий Петрович Свинцов
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский, Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Релестроения
Priority date: 1991-02-19
Filing date: 1991-02-19
Publication date: 1993-03-23

Abstract

Использование: в электрических аппаратах , например в контакторах, пускател х, реле-контакторах и в других т нущихдолка- ющих электромагнитных устройствах. Сущность изо.бретени . заключаетс в следующем. При заданных по услови м проектировани значени х длины 2С и ширины b скобы магнитопровода, определ ющих габаритные размеры в плане, и значении длины утечки магнитного потока, определ емой величиной критического рабочего воздушного зазора при пр моходовом коре зазора , , при котором статическа характеристика электромагнита касаетс , противодействующей характеристики, выбираемой достаточной дл исключени заметной утечки магнитного потока, мину рабочий воздушный зазор, радиус полюсного наконечника выбчран обеспечивающим наиболее т говое усилие Р, развиваемое электромагнитом при критическом значении рабочего воздушного зазора. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.Usage: in electrical apparatuses, for example, contactors, starters, relay contactors, and other volatile push-pull electromagnetic devices. The essence of the invention. is as follows. Given the values of the length 2C and the width b of the magnetic bracket for the dimensions defined in the design and the leakage length of the magnetic flux, which is determined by the critical working air gap with the passage bark of the gap, at which the static characteristic of the electromagnet , counteracting the characteristic selected sufficient to prevent a noticeable leakage of the magnetic flux, min the working air gap, the radius of the pole tip is selected to ensure The most tractive force P is developed by an electromagnet at a critical value of the working air gap. 3 C.p. f-ly, 3 ill.

Description

Изобретение относитс к электротехнике и.может быть использовано в электромагнитных аппаратах, например, в контакторах, пускател х, реле-контакторах и в других т нущих, толкающих электромагнитных устройствах.The invention relates to electrical engineering and can be used in electromagnetic devices, for example, contactors, starters, relay contactors and other pulling electromagnetic devices.

Целью изобретени вл етс упрощение , уменьшение массы, габаритов и потребл емой мощности приводного электромагнита.The aim of the invention is to simplify, reduce the mass, dimensions and power consumption of a drive electromagnet.

Указанна цель достигаетс тем, что в приводном электромагните, содержащем внешний прит гивающийс корь, сердечник с круглым полюсным наконечником и катушкой возбуждени , установленный наThis goal is achieved by the fact that in a drive electromagnet containing an external attracting core, a core with a round pole tip and an excitation coil mounted on

внутренней поверхности С-образной скобы магнитопровода, ширина рабочих поверхностей которой равна ширине кор , а торцевые поверхности рабочих полюсов образуют кольцевой зазор с цилиндрической поверхностью круглого полюсного наконечника , возвратную пружину, корь выполнен пр моходовым, а радиус полюсного наконечника выбран в соответствии с формулойthe inner surface of the C-shaped bracket of the magnetic circuit, the width of the working surfaces of which is equal to the width of the core, and the end surfaces of the working poles form an annular gap with the cylindrical surface of the round pole tip, the return spring, the core is made direct, and the radius of the pole tip is selected in accordance with the formula

Rn 0,133b 0.489с - 0,632fy - 0,099bi + +0,(1)Rn 0.133b 0.489s - 0.632fy - 0.099bi + +0, (1)

где Rn - радиус полюсного наконечника;where Rn is the radius of the pole piece;

0000

gg

оabout

юYu

ыs

b - ширина полюса скобы магнитопро- вода;b is the width of the pole of the bracket of the magnetic conductor;

2с - длина скобы магнитопровода;2c is the length of the bracket of the magnetic circuit;

fy - длина кольцевого зазора в радиальном направлении;. . fy is the length of the annular gap in the radial direction ;. .

bi - ширина среза торцевых частей полюсов скобы магнитопровода.bi is the width of the cutoff of the end parts of the poles of the bracket of the magnetic circuit.

Дл того, чтобы оптимальный диаметр круглого полюсного наконечника не был больше ширины полюса скобы магнитопро- вода, ее длина 2с не должна превышать значени , рассчитанного по формулеIn order to ensure that the optimum diameter of the round pole piece is not greater than the width of the pole of the bracket of the magnetic conductor, its length 2c should not exceed the value calculated by the formula

о 0.734b +1,264 gy +0.198 Ы.-( 0,489 + 0,134Ју/Ь o 0.734b +1.264 gy +0.198 S .- (0.489 + 0.134Јu / b

где Р.Лэкв соответственно МДС обмотки и эквивалентна магнитна проводимость электромагнита.where R. Lekv is respectively the MDS winding and the magnetic conductivity of the electromagnet is equivalent.

Прин в дл упрощени анализа, что поле под полюсами равномерное, а магнитна цепь ненасыщена, можно (3) записать в виде:It is accepted to simplify the analysis that the field under the poles is uniform and the magnetic circuit is unsaturated, can be written (3) in the form:

P 0.5F2.Јf p(Rn), крP 0.5F2.Јf p (Rn), cr

где I о 4 л 7 Гн/м,where I about 4 l 7 GN / m,

(4)(4)

(р (Rn) Si у ,(p (Rn) Si y,

Дл уменьшени массы электромагнита ширина скобы магнитопровода вне области рабочих её полюсов, по крайней мере на участках, расположенных напротив боковой поверхности катушки, выполнена меньшей, чем ширина кор .To reduce the mass of the electromagnet, the width of the bracket of the magnetic circuit outside the region of its working poles, at least in areas opposite the side surface of the coil, is made smaller than the width of the core.

Дополнительное уменьшение габаритов электромагнита и его упрощение получено за счет использовани конической возвратной пружины, и размещени ее между катушкой и корем таким образом, что меньшее ее основание охватывает полюсный наконечник, а большее упираетс в корь, причем диаметр полюсного наконечника и внутренний диаметр меньшего основани пружины выполнены равными.An additional reduction in the dimensions of the electromagnet and its simplification is obtained by using a conical return spring and placing it between the coil and the core in such a way that its smaller base covers the pole piece and the larger one abuts against the core, with the diameter of the pole piece and the inner diameter of the smaller spring base equal.

Техническа сущность изобретени заключаетс в следующем. При заданных по услови м проектировани длине 2с и ширине b скобы магнитопровода, определ ющих габаритные размеры, в плане, и длине ly утечки магнитного потока, определ емой величиной критического рабочего воздушного б кр зазора, при котором статическа т гова характеристика электромагнита касаетс противодействующей характеристики при пр моходовом коре и выбираемой достаточной дл исключени заметной утечки магнитного потока, мину рабочий воздушный зазор 3, радиус полюсного наконечника Rn выбран обеспечивающим наибольшее т говое усилие Р, развиваемое электромагнитом при критическом, значении рабочего воздушного зазора. д кр .The technical essence of the invention is as follows. Given the design length 2c and width b of the magnetic bracket, defining the overall dimensions, in plan, and the leakage length ly of the magnetic flux, which is determined by the critical working air gap, at which the static traction characteristic of the electromagnet touches the opposing characteristic at in the navigational crust and sufficient to prevent noticeable leakage of magnetic flux, min working air gap 3, the radius of the pole tip Rn is selected to provide the greatest traction e force F developed by the electromagnet at the critical, meaning working air gap. d cr

Т говое усилие, развиваемое электромагнитом определ етс The pulling force developed by the electromagnet is determined

P 0,5F P 0.5F

tintin

a S2/Si,,a S2 / Si ,,

S2 - суммарна площадь рабочих полюсов С-образной скобы магнитопровода.S2 is the total area of the working poles of the C-shaped bracket of the magnetic circuit.

Записав аналитическое выражение, определ ющее За через заданные размеру 2c,b,fy,bi и решив дифференциальное урав25Having written down the analytic expression defining Za through the given size 2c, b, fy, bi and solving the differential equation

нениеnation

dP dRndP dRn

0 0

(5)(5)

2Q получим радиус полюсного наконечника Rn, определ ющего максимальное значение т гового усили при критическом зазоре.2Q, we obtain the radius of the pole tip Rn, which determines the maximum value of the pulling force at the critical gap.

Решение уравнени (5) осуществлено численным методом, а математическое опи35 сание оптимальных значений Rn получено с использованием аппарата теории планиро- вани эксперимента,Equation (5) was solved numerically, and the mathematical description of the optimal values of Rn was obtained using the apparatus of the theory of experimental design,

Выбор полюсного наконечника в электромагните с пр моходовым корем в соот4Q ветствии с формулой (1) позвол ет при заданных габаритных размерах в плане (Ь,2с), а также длины (у кольцевого зазора и технологического размера bi обеспечить максимальную величину электромагнитнойThe choice of the pole piece in an electromagnet with a navigational core in accordance with 4Q in accordance with formula (1) allows for given overall dimensions in terms of (b, 2s) and length (at the annular gap and technological size bi, the maximum electromagnetic

лс силы. Это, при заданном значении противодействующего усили при критическом рабочем воздушном зазоре, позвол ет максимально уменьшить необходимую МДС обмотки, а значит обеспечить минимальныеhp power. This, with a given value of the opposing force at a critical working air gap, allows you to minimize the necessary winding windings, and therefore ensure minimum

5Q массогабаритные показатели и потребл емую мощность. Кроме того за счет выполнени кор пр моходовым обеспечиваетс упрощение конструкции (упрощаютс направл ющие движени , кинематические5Q weight and size indicators and power consumption. In addition, due to the execution of the corridors, the simplification of the design is ensured (the guiding movements, kinematic

ее СВЯЗИ ЯКОр ).her CONNECTIONS ANCHOR).

Установка конической возвратной пружины таким образом, что меньшее ее осно вание охватывает полюсный наконечник и при этом диаметр ее основани равен диаметру наконечника, а большее основаниеInstalling the conical return spring so that its smaller base covers the pole piece and the diameter of its base is equal to the diameter of the tip and the larger base

упираетс в плоский корь, позвол ет упростить конструкцию и уменьшить габаритные размеры электромагнита. Упрощение обеспечиваетс за счет исключени элементов фиксации и креплени пружины, поскольку она фиксируетс полюсным наконечником. Упрощение достигаетс и за счет упрощени направл ющих движени , так как большее основание пружины упираетс на плоский корь, обеспечива равномерное распределение ее усили на большую поверхность кор , что уменьшает перекосы при движении кор и жестко св занных с .ним частей (например, траверсы с контактами коммутационного аппарата). Поскольку в за вленном приводном электромагните основание пружины фиксируетс на круглом полюсном наконечнике, исключаетс изменение направлени действи усили возвратнрй пружины при неизбежном сме- щении катушки, котора устанавливаетс на сердечник с определенным люфтом, в процессе работы электромагнита. Это позволило исключить элемент фиксации пру- .жины на катушке, упростить направл ющие движени , а также уменьшить в них трение. Последнее обеспечивает не только увеличение срока службы, но и позвол ет уменьшить МДС :обмотки, особенно в маломощных устройствах, таких как реле, реле-контакторы.abuts against flat measles, simplifies the design and reduces the overall dimensions of the electromagnet. Simplification is achieved by eliminating the locking and securing elements of the spring, since it is fixed by a pole piece. Simplification is also achieved by simplifying the guiding movements, since the larger base of the spring rests on the flat core, providing an even distribution of its force on the large surface of the core, which reduces distortions during the movement of the core and rigidly connected parts (for example, traverse with contacts switching apparatus). Since the spring base is fixed on the circular pole piece in the claimed drive electromagnet, the direction of action of the force of the return spring is excluded due to the inevitable displacement of the coil, which is mounted on the core with a certain play, during the operation of the electromagnet. This made it possible to eliminate the element of fixing the spring on the coil, to simplify the guiding movements, and also to reduce friction in them. The latter provides not only an increase in the service life, but also allows to reduce the MDF: windings, especially in low-power devices, such as relays, relay contactors.

В тех случа х, когда по услови м проектировани накладываетс ограничение, что оптимальный диаметр полюсного наконечника не должен быть больше ширины рабо- чих полюсов С-образной скобы магнитопровода, его длина 2с не должна превышать значени , рассчитанного по формулеIn those cases when, according to the design conditions, it is imposed that the optimum diameter of the pole piece should not exceed the width of the working poles of the C-shaped bracket of the magnetic circuit, its length 2c should not exceed the value calculated by the formula

0,734 b + 1.264 Ју + 0.198 be.0.734 b + 1.264 qy + 0.198 be.

0,489 .+ 0,134 Ју/Ь 0.489. + 0.134 qy / b

2с2s

полученной на основе за вл емого соотношени (1) дл выбора радиуса полюсного наконечника при 2Rn :S b.obtained based on the claimed relation (1) for selecting the radius of the pole piece at 2Rn: S b.

Уменьшение массы электромагнита достигаетс и за счет того, что ширина С-образной скобы магнитопровода вне области рабочих ее полюсов, по крайней мере на участках, расположенных напротив боковой поверхности катушки, выполнена меньшей, чем ширина кор . При этом минимальное сечение скобы магнитопровода выбираетс исход из допустимой индукции по общеиз- вестным правилам 3. Дополнительное уменьшение массы электромагнита достигаетс не только за счет уменьшени объема С-образной скобы, но и вследствии уменьшени потоков рассе ни в магнитной цепи. Последнее обеспечивает большее значение магнитного потока в рабочих воздушных зазорах , а значит и т гового усили . Это позвол ет дополнительно уменьшить размеры, массу электромагнита и потребл емую мощность.A decrease in the mass of the electromagnet is also achieved due to the fact that the width of the C-shaped bracket of the magnetic circuit outside the region of its working poles, at least in sections opposite the side surface of the coil, is made smaller than the width of the core. In this case, the minimum cross-section of the bracket of the magnetic circuit is selected based on the permissible induction according to well-known rules 3. An additional decrease in the mass of the electromagnet is achieved not only by reducing the volume of the C-shaped bracket, but also by reducing the scattering fluxes in the magnetic circuit. The latter provides a greater value of the magnetic flux in the working air gaps, and hence the traction force. This makes it possible to further reduce the size, mass of the electromagnet and power consumption.

На фиг.1 представлена схема фронтального вида приводного электромагнита; на фиг.2 - вид слева; на фиг.З - вид сверху при условно сн том коре и возвратной пружины с обозначением основных геометрических размеров.Figure 1 presents a front view of a drive electromagnet; figure 2 is a left view; Fig. 3 is a plan view with conventionally removed cortex and return spring with the designation of the main geometric dimensions.

Приводной электромагнит (см. фиг. содержит внешний пр моходовой прит гивающийс корь 1, сердечник 2 с круглым полюсным наконечником 3 и катушкой 4 возбуждени , установленной на внутренней поверхности С-образной скобы 5 магнитопровода , ширина b (фиг.З) рабочих поверхностей 6 которой равна ширине кор 1, а торцевые поверхности 7 (фиг.2) рабочих полюсов 6 образуют кольцевой зазор длиной у (фиг.З) с цилиндрической поверхностью круглого полюсного наконечника 3, возвратную коническую пружину 8, котора размещена между катушкой 4 и корем 1, причем меньшее основание пружины 8 охватывает полюсный наконечник 3, а большее основание упираетс .в корь, Сердечник 2 может иметь различную форму сечени , например, .в виде круга. Ширина скобы 5 вне области рабочих ее полюсов 6 может быть выполнена (фиг.2) меньшей, чем ширина кор 1. В том случае, когда рабочие полюса 6 на скобе 5 магнитопровода выполнены гибкой радиусом г в качестве длины магнитопровода при выборе радиуса полюсного наконечни- ка следует использовать величину 2с 2(с - г). При оптимальном значении диаметра полюсного наконечника, превышающем ширину рабочих полюсов, длина скобы магнитопровода должна быть не более, чем значениеj полученное по формулеA drive electromagnet (see Fig. Contains an external forward-attracting attracting core 1, a core 2 with a round pole tip 3 and an excitation coil 4 mounted on the inner surface of the C-shaped bracket 5 of the magnetic circuit, the width b (Fig. 3) of which working surfaces 6 equal to the width of core 1, and the end surfaces 7 (FIG. 2) of the working poles 6 form an annular gap of length y (FIG. 3) with the cylindrical surface of the circular pole piece 3, a return conical spring 8, which is placed between the coil 4 and the core 1, m the smaller base of the spring 8 covers the pole piece 3, and the larger base abuts. to the core, the core 2 may have a different cross-sectional shape, for example, in the form of a circle.The width of the bracket 5 outside the area of its working poles 6 can be made (figure 2) smaller than the width of core 1. In the case when the working poles 6 on the bracket 5 of the magnetic circuit are made of flexible radius r, the value 2c 2 (s - g) should be used when choosing the radius of the pole piece. With the optimum value of the diameter of the pole tip exceeding the width of the working poles, the length of the bracket of the magnetic circuit should be no more than the value j obtained by the formula

2с 2s

0.734 b + 1.264 ty + 0.198 b 0,489 +0,134 ty/b0.734 b + 1.264 ty + 0.198 b 0.489 +0.134 ty / b

На полюсах 6 выполнены срезы 9 шириной bi (фиг.З)..At the poles 6, sections 9 are made of width bi (FIG. 3).

Приводной электромагнит работает следующим образом. При подключении катушки 4 к источнику напр жени в магнитной системе возбуждаетс магнитный поток. В рабочих воздушных зазорах над полюсами 6 и круглым полюсным наконечником 3 создаетс электромагнитна сила, котора преодолева усилие возвратной конической пружины 8 и других сил механической нагрузки электромагнита, перемеща- {6т корь в направлении уменвшени рабочего Зазора. В прит нутом положении кор 1, когда он соприкасаетс с поверхност ми рабочих полюсов 6 скобы 5 магнитопровода , витки конической возвратной пружины укладываютс в кольцевом зазоре между цилиндрической поверхностью круглого полюсного наконечника 3 и торцевой поверхностью 7 рабочих полюсов С-образной скобы 5 магнитопровода. При сн тии напр жени с катушки 4 корь 1 электромагнита под действием возвратной пружины 8 и других сил механической нагрузки возвращаетс в исходное состо ние.The drive electromagnet operates as follows. When coil 4 is connected to a voltage source in the magnetic system, magnetic flux is excited. In the working air gaps above the poles 6 and the circular pole piece 3, an electromagnetic force is generated which overcomes the force of the return conical spring 8 and other forces of the mechanical load of the electromagnet, moving the axis in the direction of decreasing the working clearance. In the retracted position, the core 1, when it is in contact with the surfaces of the working poles 6 of the magnetic bracket 5, the turns of the conical return spring are laid in the annular gap between the cylindrical surface of the circular pole piece 3 and the end surface 7 of the working poles of the C-shaped bracket 5 of the magnetic circuit. When the voltage is removed from coil 4, the core 1 of the electromagnet returns to its original state under the action of the return spring 8 and other mechanical load forces.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION 1. A drive electromagnet with an external attracting core, comprising a core with a round pole tip and an excitation coil mounted on the inner surface of the C-shaped bracket of the magnetic circuit, the width of the working surfaces of which is equal to the width of the core, and the end surfaces of the working poles form an annular gap with a cylindrical the surface of the specified pole piece, the return spring, is distinguished by a -d and with the fact that, in order to simplify, reduce weight, dimensions and power consumption, The measles is made straight and the radius of the pole piece is selected in accordance with the formula.

Rn 0.133b + 0.4890 - 0.632fy - 0.099bi + + 0.123fy / b ,.

0

5

0

5

where Rn is the radius of the pole piece;

b is the width of the pole of the bracket magnetic circuit;

2C is the length of the bracket of the magnetic circuit;

(y is the length of the annular gap in the radial direction;

bi is the width of the cut of the end parts of the poles of the bracket of the magnetic circuit.

2. The electromagnet according to claim 1, with a rout and the fact that a conical-shaped return spring is used, placed between the coil and the core so that its smaller base covers the pole piece, and the larger one abuts against the measles, and the diameter the pole end and the inner diameter of the smaller base of the spring are made equal.

3. The electromagnet according to claim 1, characterized in that when the diameter of the pole piece is equal to the width of the bracket of the magnetic circuit (2Pn b), the length of the bracket of the magnetic circuit does not exceed the value calculated by the formula

0.734 b + 1.264 Su +0.198 bfc. 0.489 + 0.134fy / b

4. The electromagnet according to claims 1 to 3, distinguished by the fact that the width of the staple of the magnetic circuit outside the area of the workers, its poles, at least in sections located opposite the side surface of the coil, is made smaller than the width of the core.

FIG.

hx

Figure 2

wow.