RU222152U1

RU222152U1 - Электромагнитный привод

Info

Publication number: RU222152U1
Application number: RU2023110574U
Authority: RU
Inventors: Мария Андреевна Абрамова; Сергей Александрович Даниленко; Олег Валерьевич Индришенок; Дмитрий Викторович Федотов
Filing date: 2023-04-24
Publication date: 2023-12-13

Abstract

Полезная модель относится к области приборостроения, а именно к электромеханическим устройствам, и предназначена для осуществления замыкания и размыкания электрических цепей. Электромагнитный привод состоит из статорной и роторной частей, включает якорь, постоянный магнит и катушки с обмотками управления. Якорь выполнен с цапфами и закрепленными на нем толкателями, осуществляющими замыкание и размыкание электрических цепей внешней контактной системы. Статорная часть включает основание со стойками, в которых закреплены втулки-опоры скольжения с возможностью закрепления в них цапф якоря. Катушки с обмотками управления закреплены перпендикулярно оси вращения якоря таким образом, чтобы контур их магнитного потока, замыкаемого якорем при подаче питания на цепь включения или цепь выключения электромагнитного привода, совпадал с контуром магнитных потоков, создаваемых постоянным магнитом. Технический результат - снижение момента инерции якоря электромагнитного привода. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области приборостроения, а именно к электромеханическим устройствам, и предназначена для осуществления замыкания и размыкания электрических цепей, к которым относятся, например, внешние контактные системы приборов автоматики.

Известен электромагнит постоянного тока, содержащий магнитопроводящий корпус с фланцами и катушкой с размещенными внутри нее двумя якорями. Якоря отделены от фланцев и катушки и снабжены тягами с шаровыми соединениями на концах для связи с внешней нагрузкой. Кроме того, якоря установлены соосно относительно друг друга посредством центрирующего узла, выполненного в виде вала, установленного с возможностью продольного перемещения. Патент Российской Федерации на изобретение №2183038, МПК H01F 7/16, H02K 33/02, 27.05.2002.

Устройство относится к области электротехники и предназначено для симметричных приводов исполнительных механизмов. Данный электромагнит обладает повышенной надежностью за счет конструктивного выполнения центрирующего узла, однако имеет сложную конструкцию в целом и ограниченную область применения.

Известен приводной электромагнит, содержащий многостержневой магнитопровод, подпружиненный якорь и две обмотки, расположенные на двух стержнях, последовательно соединенные между собой, одна из которых подключена к мостовой четырехдиодной схеме выпрямления, предназначенные для подключения к источнику переменного напряжения, и элемент, обеспечивающий разделение путей протекания магнитных потоков, в котором магнитопровод выполнен трехстержневым, а элемент, обеспечивающий разделение путей протекания магнитных потоков, установлен у стержня или на стержне, несущем обмотку, подключенную к мостовой четырехдиодной схеме выпрямления. Патент Российской Федерации на изобретение №2035786, МПК H01H 51/04, 20.05.1995.

Данный приводной электромагнит выполнен трехстержневым. При его использовании в указанной связи с другими элементами электромагнита, знакопеременный магнитный поток при притянутом якоре практически не протекает по рабочему воздушному зазору у стержня, несущего обмотку, подключенную к схеме выпрямления, что позволяет исключить четвертый стержень магнитопровода и приводит к уменьшению массогабаритных показателей электромагнита. Однако, ввиду значительных массогабаритных свойств устройства, описанное техническое решение также имеет ограниченную область применения, особенно при разработке точных электромеханических приборов.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является линейный моментный двигатель, содержащий две пары намагничиваемых полюсных наконечников, причем полюсные наконечники каждой пары имеют противоположно расположенные полюсные поверхности, разделенные воздушным зазором, подушку из немагнитного материала на каждой из противоположных сторон полюсных наконечников, якорь из намагничиваемого материала, имеющий противоположные концевые части, пару постоянных магнитов, расположенных рядом с каждой парой полюсных наконечников, соответственно, для намагничивания указанных полюсных наконечников таким образом, чтобы противоположно расположенные полюсные поверхности имели разную магнитную полярность, а полюсные поверхности - на одной и той же стороне якоря, с одинаковой полярностью, тем самым создавая линии потока, проходящие через якорь и соединяющие полюсные наконечники разных пар на противоположных сторонах якоря, причем указанный якорь шарнирно установлен между указанными концевыми частями и обычно находится в положении равновесия, в котором указанные концевые части занимают промежуточные положения в воздушных зазорах между противоположными полюсными поверхностями и магнитные силы, действующие на якорь, уравновешены, пара катушек, соединенных последовательно и размещенных вплотную друг к другу, соответственно, к полюсному наконечнику одной пары и к полюсному наконечнику другой пары, и другую пару подобных катушек, соединенных последовательно и размещенных вплотную друг к другу, соответственно, к другим полюсным наконечникам в разных парах, причем указанные катушки работают, когда напряжение, подаваемое на одну пару катушек, отличается от напряжения, подаваемого на другие катушки, чтобы разбалансировать магнитные силы, действующие на якорь, и вызвать поворот якоря в ту или иную сторону от его нормального положения равновесия, и торсионный стержень, неподвижно соединенный с якорем для приложения восстанавливающего момента к якорю при наклоне якоря из своего нормального положения, корпус для поворота торсионного стержня, закрепленного в фиксированном положении относительно указанных полюсных наконечников, имеющий продольные прорези, удерживающий блоки в контакте с торсионным стержнем и скользящий в длинных продольных пазах и средства для фиксации указанных блоков в фиксированном положении в продольных пазах, для удержания стержня от перемещения в фиксированном положении. Патент США №US 2718614, МПК H01F 7/122, H02K 26/00, 20.09.1955. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Представленное в описании устройство представляет собой управляющий привод, выполненный в виде электромагнита в двустабильном исполнении с поляризованной мостовой четырехзазорной магнитной системой. При работе данного устройства и управляющий и поляризующий магнитные потоки проходят через якорь.

Недостатком данного технического решения является сложность конструкции устройства, требующая значительной трудоемкости в изготовлении и настройке расположения конструктивных элементов, ввиду особенностей позиционирования полюсов постоянных магнитов, а также значительные габариты электромагнитного привода и инерционность самого якоря, из-за размещения управляющих обмоток в разных плоскостях и конфигурации исполнительного механизма в целом.

Задачей полезной модели является уменьшение габаритов электромагнитного привода за счет оптимизации схемно-конструктивного решения, заключающейся в переходе с поворотной схемы, представленной в приведенном описании на так называемую планарную, за счет размещения катушек с обмотками управления в одной плоскости с постоянным магнитом, а также соответствующего расположения постоянного магнита с тем, чтобы контур магнитных потоков катушек с обмотками управления совпадал с контуром магнитного потока постоянного магнита. Решение поставленной задачи позволит уменьшить габариты и момент инерции якоря, что, в свою очередь, позволит снизить требования к точной его балансировке при изготовлении, упростить конструкцию электромагнитного привода в целом и снизить трудоемкость в процессе его изготовлении и настройки расположения конструктивных элементов.

Техническим результатом является снижение момента инерции якоря электромагнитного привода.

Технический результат достигается тем, что электромагнитный привод состоит из статорной и роторной частей, включает якорь, постоянный магнит и катушки с обмотками управления. Якорь выполнен с цапфами и закрепленными на нем толкателями, осуществляющими замыкание и размыкание электрических цепей внешней контактной системы. Статорная часть включает основание со стойками, в которых закреплены втулки-опоры скольжения с возможностью закрепления в них цапф якоря. Катушки с обмотками управления закреплены перпендикулярно оси вращения якоря таким образом, чтобы контур их магнитного потока, замыкаемого якорем при подаче питания на цепь включения или цепь выключения электромагнитного привода, совпадал с контуром магнитных потоков, создаваемых постоянным магнитом.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема магнитных потоков электромагнитного привода, где:

1 - обмотка включения (W1);

2 - обмотка выключения (W2);

3 - постоянный магнит;

4 - прокладки;

5 - остов катушки №1;

6 - остов катушки №2;

7 - якорь;

8 - упор якоря;

9 - цапфа (ось вращения) якоря;

Ф₀ и Ф'₀ - магнитные потоки от постоянного магнита (поляризующий магнитный поток);

Ф₁ и Ф₂ - магнитные потоки от обмоток цепи включения (управляющий магнитный поток);

Н(+), К(-), К(+), Н(-) - обозначения начала и конца обмоток цепи включения и цепи выключения соответственно;

N, S - направление максимальной индукции постоянного магнита;

(N), (S) - направление индукции в сердечнике остова катушки;

I₁, I₂ - токи в обмотках цепи включения и цепи выключения соответственно.

На фиг. 2 представлена схема подключения обмоток W1 и W2 катушек электромагнита.

Электромагнитный привод представляет собой двухпозиционный поляризованный электромагнит, состоящий из статорной и роторной частей, выполненный по мостовой схеме.

Базовым элементом статорной части является основание, изготовленное, например, методом штамповки из листа 12Х18Н10Т, на котором закреплены две катушки с обмотками управления (обмотка включения 1 и обмотка выключения 2) требуемого сопротивления, постоянный магнит 3, полюсы (т.е. концентраторы магнитного потока, представленные на фигуре в виде прокладок 4 из магнитомягкого материала) и элементы крепления якоря. Остов 5 катушки №1, остов 6 катушки №2 и прокладки 4 могут быть изготовлены, например, из стали 27КХ с последующим вакуумным отжигом детали.

Фиксация деталей и узлов электромагнита на основании (на фигурах несущее основание и элементы закрепления электромагнита не изображены), в местах прилегания, выполнена, например, посредством сварки. Для обеспечения возможности поворотов якоря 7, в стойках основания могут быть закреплены две втулки, например, из бронзового сплава, являющиеся опорами скольжения для цапф 9 якоря 7 роторной части. Роторная часть состоит из якоря 7 с закрепленными на нем исполнительными элементами - толкателями, осуществляющими замыкание и размыкание электрических цепей контактной системы (толкатели, а также возможные исполнения контактных систем, переключаемых электромагнитным приводом, на фигурах не изображены).

Катушки с обмотками управления (обмотки W1 и W2 катушек электромагнита) закреплены на основании перпендикулярно оси вращения якоря (фиг. 1) для того, чтобы контур их магнитного потока, при подаче питания (I₁ или I₂) на цепь включения или цепь выключения электромагнитного привода, совпадал с контуром магнитных потоков (Ф₀ и Ф'₀), создаваемых постоянным магнитом.

При отсутствии питания электромагнитного привода (исходное положение электромагнитного привода) в магнитной цепи, образованной постоянным магнитом 3, прокладками 4, остовами 5 и 6 катушек, якорем 7 и его упорами 8, протекают только поляризующие магнитные потоки Ф₀ и Ф'₀ от постоянного магнита 3 (фиг. 1). При этом магнитный поток Ф₀ создает значительно большую притягивающую силу на якорь 7, чем магнитный поток Ф'₀ из-за минимального воздушного зазора, вследствие чего якорь 7 удерживается на упоре 8 в исходном положении (якорь замыкает магнитный поток Ф₀).

Электромагнитный привод работает следующим образом.

При подаче питания на обмотку включения 1 в магнитной цепи возникают магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ такие, что магнитный поток Ф₁ со стороны А (фиг. 1) разнонаправлен с поляризующим потоком Ф₀, а магнитный поток Ф₂ однонаправлен с потоком Ф'₀ со стороны Б.

Учитывая, что Ф₀=Ф'₀, Ф₁=Ф₂, а также то, что на краях якоря 7 результирующие магнитные потоки от обмотки включения W1 и постоянного магнита 3 протекают по одному контуру, возникает соотношение:

Ф₁-Ф₀ << Ф₂+Ф'₀ (1)

Якорь 7 стремится замкнуть наибольший результирующий магнитный поток, поворачиваясь при этом на цапфах 9, и переключается в сработанное положение. При этом закрепленные на нем толкатели замыкают электрическую цепь внешней контактной системы.

После прекращения подачи питания обмотки включения 1 якорь 7 электромагнитного привода остается в сработанном положении, замыкая поток Ф'₀. При этом электрическая цепь внешней контактной системы находится в замкнутом состоянии.

При подаче питания на обмотку выключения 2 (фиг. 1, фиг. 2) в остовах 5 и 6 катушек электромагнитного привода возникают магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ такие, что магнитный поток Ф₁ со стороны А сонаправлен с поляризующим потоком Ф₀, а магнитный поток Ф₂ разнонаправлен с потоком Ф'₀ со стороны Б.

На краях якоря 7 результирующие магнитные потоки от обмотки выключения W2 и постоянного магнита 3 (протекающие по одному контуру) будут находиться в следующем соотношении:

Ф₁+Ф₀ << Ф₂-Ф'₀ (2)

Якорь 7 электромагнитного привода замыкает наибольший результирующий магнитный поток, поворачиваясь на цапфах 9, и переводится в исходное положение. При этом закрепленные на нем толкатели размыкают электрическую цепь внешней контактной системы.

После прекращения питания обмотки выключения 2 якорь 7 электромагнитного привода остается в своем исходном положении, замыкая поток Ф₀. При этом электрическая цепь внешней контактной системы находится в разомкнутом состоянии.

В представленном устройстве катушки с обмотками управления (обмотки W1 и W2 катушек электромагнита) размещены перпендикулярно оси вращения якоря и контур их магнитного потока, при подаче питания на цепь включения или цепь выключения электромагнитного привода, совпадает с контуром магнитного потока постоянного магнита. Такое размещение позволяет обеспечить усиление их результирующего магнитного потока с одной стороны якоря 7, при одновременном его ослаблении с другой стороны якоря (как это представлено в соотношениях (1) и (2)). Поскольку магнитные потоки не проходят через весь якорь, а замыкаются только на его краях, якорь в центральной своей части может быть выполнен из легкого полимерного материала или же иметь облегчающие вырезы. Таким образом, представленная схема конфигурации магнитных потоков позволяет уменьшить площадь поперечного сечения якоря 7, его массу и момент инерции.

Предлагаемое схемно-конструктивное решение электромагнитного привода позволяет уменьшить его массу и габариты, упростить его конструкцию, и, за счет уменьшения момента инерции якоря, повысить быстродействие при отработке команд включения и отключения, осуществляемых подачей питания на обмотки 1 и 2 соответственно.

Данный электромагнитный привод может быть применен в малогабаритных электромеханических приборах автоматики.

Claims

Электромагнитный привод, состоящий из статорной и роторной частей, включающий якорь, постоянный магнит, катушки с обмотками управления, отличающийся тем, что якорь выполнен с цапфами и закрепленными на нем толкателями, осуществляющими замыкание и размыкание электрических цепей внешней контактной системы, а статорная часть включает основание со стойками, в которых закреплены втулки-опоры скольжения с возможностью закрепления в них цапф якоря, при этом катушки с обмотками управления закреплены перпендикулярно оси вращения якоря таким образом, чтобы контур их магнитного потока, замыкаемого якорем при подаче питания на цепь включения или цепь выключения электромагнитного привода, совпадал с контуром магнитных потоков, создаваемых постоянным магнитом.