RU2654498C1

RU2654498C1 - Electromagnetic drive

Info

Publication number: RU2654498C1
Application number: RU2017118689A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Соколов; Егор Михайлович Карашинский
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2017-05-29
Filing date: 2017-05-29
Publication date: 2018-05-21

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to electromagnetic drives of direct current for transmission of angular displacements, and can be used to create on-off electromagnetic relays or devices with rotation of movable element to some limited angle and back with two stable states. Electromagnetic driver contains a stater and a tongue. Stater is made of casing, winding and two cylindrical sectors – poles located opposite each other and having a base at the opposite ends in the form of sector connected to casing. Tongue is mounted inside the stater and consists of constant magnet with radial intensity of magnetization and two patch pieces, and between the cylindrical sectors – poles of stater and patch pieces two radial working air gaps are formed. Stater, casing, winding and tongue axes coincide.

EFFECT: technical result is an increase in rotation angle of tongue, an increase in tractive effort torque, an increase in resistance to external fields and to impacts in the initial and activated states.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводам постоянного тока для передачи угловых перемещений, и может быть использовано для создания двухпозиционных электромагнитных реле или устройств с поворотом подвижного элемента на некоторый ограниченный угол и обратно с двумя устойчивыми состояниями.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to direct current electromagnetic drives for transmitting angular displacements, and can be used to create on-off electromagnetic relays or devices with a movable element rotated by a certain limited angle and vice versa with two stable states.

Известен электромагнитный привод исполнительного коммутирующего устройства, который выполнен в виде поляризованного реле с возвратно-поворотным движением якоря. Патенты на изобретения RU 2367050, МПК H01H 35/14, 10.09.2009; RU 2435244, МПК H01H 35/14, 27.11.2011.A known electromagnetic actuator actuating switching device, which is made in the form of a polarized relay with a reciprocating movement of the armature. Patents for inventions RU 2367050, IPC H01H 35/14, 09/10/2009; RU 2435244, IPC H01H 35/14, 11/27/2011.

Недостатками известных электроприводов являются малый угол поворота около 6°, недостаточный в некоторых случаях, например, для замыкания скользящих контактов или высоковольтных цепей; возможность изменить состояние при аварийном ударе; сложность конструкции, а именно две обмотки, намотанные на два сердечника.The disadvantages of the known electric drives are a small rotation angle of about 6 °, insufficient in some cases, for example, to close sliding contacts or high voltage circuits; the ability to change state during an emergency impact; design complexity, namely two windings wound on two cores.

Известен электромагнитный двигатель, содержащий ротор в виде диска с расположенными по его периферии постоянными магнитами и статор с обмотками. Статор выполнен в форме диска из магнитомягкого материала с бобовидными обмотками с намоткой, выполненной во встречных направлениях, соосно статору установлен ротор с магнитами разной полярности, повторяющими геометрию обмоток, поля магнитов параллельны оси вращения ротора, при этом ротор и статор установлены с угловым смещением относительно друг друга. Патент на полезную модель RU 133663, МПК H02K 33/16, 20.10.2013.A known electromagnetic motor containing a rotor in the form of a disk with permanent magnets located on its periphery and a stator with windings. The stator is made in the form of a disk of soft magnetic material with bean-shaped windings with winding made in opposite directions, a rotor with magnets of different polarity repeating the geometry of the windings is mounted coaxially to the stator, the fields of the magnets are parallel to the axis of rotation of the rotor, while the rotor and stator are angularly offset relative to each other friend. Utility Model Patent RU 133663, IPC H02K 33/16, 10.20.2013.

Недостатками электродвигателя являются отсутствие устойчивого состояния в крайних положениях при отсутствии тока в обмотках (необходимо предусматривать дополнительную фиксацию); большая масса подвижной части (менее устойчива к ударам); сложность конструкции.The disadvantages of the electric motor are the lack of a steady state in extreme positions in the absence of current in the windings (additional fixation must be provided); a large mass of the moving part (less resistant to shock); design complexity.

Известен электродвигатель, содержащий явнополюсный статор по крайней мере с одной обмоткой управления и ротор с полюсами из постоянных магнитов, расположенных на торцах и прилегающих к ним частях боковых поверхностей магнитопровода ротора, между соседними магнитами полюса ротора, расположенными на торце и прилегающих к нему частях боковых поверхностей магнитопровода ротора, находятся дополнительные магниты, полярность которых совпадает с полярностью полюса ротора. Патент на изобретение RU 2476977, МПК H02K 21/12, H01H 36/00, H02K 1/27, 27.02.2013. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.A motor is known, comprising an explicit pole stator with at least one control winding and a rotor with poles of permanent magnets located on the ends and adjacent parts of the side surfaces of the rotor magnetic circuit, between adjacent rotor pole magnets located on the end and adjacent parts of the side surfaces rotor magnetic circuit, there are additional magnets, the polarity of which coincides with the polarity of the rotor pole. Patent for invention RU 2476977, IPC H02K 21/12, H01H 36/00, H02K 1/27, 02.27.2013. This technical solution was made as a prototype.

Недостатками являются значительные габариты, так как ось вращения якоря перпендикулярна оси обмотки; неоптимальное заполнение объема; сложность конструкции (введение дополнительных магнитов); низкая стойкость к воздействию внешних полей (постоянные магниты и обмотка открыты).The disadvantages are significant dimensions, since the axis of rotation of the armature is perpendicular to the axis of the winding; suboptimal volume filling; design complexity (introduction of additional magnets); low resistance to external fields (permanent magnets and winding are open).

Задачей, решаемой изобретением, является создание в минимальных габаритах электромагнитного привода с двумя устойчивыми состояниями, с большим (до 60°) углом поворота, защищенного от внешних полей, с повышенной стойкостью к ударам в исходном и сработанном состояниях.The problem solved by the invention is the creation of the minimum dimensions of an electromagnetic drive with two stable states, with a large (up to 60 °) angle of rotation, protected from external fields, with increased resistance to shocks in the initial and triggered states.

Техническим результатом является увеличение угла поворота якоря, увеличение тягового момента, повышение стойкости к воздействию внешних полей и к ударам в исходном и сработанном состояниях.The technical result is an increase in the angle of rotation of the armature, an increase in traction moment, an increase in resistance to external fields and impacts in the initial and activated states.

Технический результат достигается тем, что электромагнитный привод содержит статор и якорь. Он отличается тем, что статор выполнен из кожуха, обмотки и двух цилиндрических секторов - полюсов, расположенных напротив друг друга и имеющих на противоположных концах основание в виде сектора, соединенное с кожухом, а якорь установлен внутри статора и состоит из постоянного магнита с радиальной намагниченностью и двух накладок, причем между полюсами статора и накладками образованы два радиальных рабочих воздушных зазора, а оси полюсов, кожуха, обмотки и якоря совпадают.The technical result is achieved in that the electromagnetic drive contains a stator and an armature. It differs in that the stator is made of a casing, a winding and two cylindrical sectors - poles located opposite each other and having at the opposite ends a base in the form of a sector connected to the casing, and the anchor is installed inside the stator and consists of a permanent magnet with radial magnetization and two overlays, and between the stator poles and the overlays two radial working air gaps are formed, and the axis of the poles, the casing, the windings and the armature are the same.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, 2, 3.The invention is illustrated in FIG. 1, 2, 3.

На фиг. 1 представлен электромагнитный привод, где 1, 2 - цилиндрические сектора - полюса, 3 - обмотка, 4 - кожух, 5 - постоянный магнит, 6 - накладки.In FIG. 1 shows an electromagnetic drive, where 1, 2 - cylindrical sectors - poles, 3 - winding, 4 - casing, 5 - permanent magnet, 6 - lining.

На фиг. 2 показана объемная модель электромагнитного привода.In FIG. 2 shows a three-dimensional model of an electromagnetic drive.

На фиг. 3 слева на право показаны статор, статор без обмотки, якорь.In FIG. 3 left to right, the stator, the stator without winding, the anchor are shown.

Электромагнитный привод содержит статор и якорь. Статор выполнен из обмотки 3, кожуха 4 и двух цилиндрических секторов - полюсов 1 и 2, расположенных напротив друг друга и имеющих на противоположных концах основание в виде сектора, которое соединено с кожухом 4. Якорь геометрически сбалансирован относительно оси вращения, установлен внутри статора и состоит из постоянного магнита 5 с радиальной намагниченностью и накладок 6, причем между цилиндрическими секторами - полюсами статора и накладками образованы два радиальных рабочих воздушных зазора, а оси полюсов, кожуха, обмотки и якоря совпадают.The electromagnetic drive contains a stator and an armature. The stator is made of winding 3, the casing 4 and two cylindrical sectors - poles 1 and 2, located opposite each other and having opposite ends in the form of a sector that is connected to the casing 4. The anchor is geometrically balanced relative to the axis of rotation, installed inside the stator and consists from a permanent magnet 5 with radial magnetization and pads 6, and between the cylindrical sectors - the stator poles and pads are formed two radial working air gaps, and the axis of the poles, casing, windings and armature coincide ayut.

Цилиндрические сектора - полюса 1, 2, кожух 4, накладки 6 выполнены из магнитомягкого материала. Все сечения в магнитной цепи выбраны из условия насыщения материала.Cylindrical sectors - poles 1, 2, casing 4, pads 6 are made of soft magnetic material. All sections in the magnetic circuit are selected from the condition of saturation of the material.

Обмотка 3 занимает пространство между кожухом и полюсами.The winding 3 occupies the space between the casing and the poles.

На фиг. 1 и 2 якорь находится в исходном положении. Срабатывание якоря осуществляется по часовой стрелке на рабочий угол 60°. Фиксация якоря в исходном и сработанном положении осуществляется с помощью внешних упоров (на фигурах не показаны).In FIG. 1 and 2, the anchor is in the starting position. The operation of the anchor is carried out clockwise at a working angle of 60 °. Fixing the anchor in the initial and actuated position is carried out using external stops (not shown in the figures).

Изобретение работает следующим образом.The invention works as follows.

При отсутствии тока в обмотке, в исходном положении, на якорь действует момент против часовой стрелки, создаваемый постоянным магнитом 5. Для модели электромагнитного привода диаметром 22 мм, высотой 14 мм момент составляет около 50 г⋅см (расчетное значение). При перемещении якоря к середине хода момент возрастает до 300 г⋅см, далее наступает равновесное состояние. Во второй половине хода знак момента на якоре симметрично изменяется на противоположный и якорь стремится повернуться по часовой стрелке.In the absence of current in the winding, in the initial position, the moment acts counterclockwise, created by the permanent magnet 5, for the armature. For the electromagnetic drive model with a diameter of 22 mm and a height of 14 mm, the moment is about 50 g⋅cm (calculated value). When moving the anchor to the middle of the course, the moment increases to 300 g⋅cm, then the equilibrium state sets in. In the second half of the stroke, the sign of the moment at the anchor changes symmetrically to the opposite and the anchor tends to turn clockwise.

При подаче тока определенной полярности на обмотку 3, якорь из исходного положения поворачивается на рабочий угол. Магнитная цепь образуется последовательно соединенными цилиндрическими секторами - полюсами 1 и 2, связанными основанием в виде сектора с кожухом 4, накладками 6, постоянным магнитом 7. В цепи имеются два минимальных радиальных рабочих воздушных зазора, паразитные зазоры отсутствуют.When applying a current of a certain polarity to the winding 3, the armature from its initial position rotates by the working angle. The magnetic circuit is formed by serially connected cylindrical sectors - poles 1 and 2, connected by a base in the form of a sector with a casing 4, overlays 6, a permanent magnet 7. There are two minimal radial working air gaps in the circuit, and there are no spurious gaps.

Приведение якоря в исходное состояние осуществляется импульсом обратной полярности или второй обмоткой, намотанной рядом с обмоткой 3.Bringing the armature to its initial state is carried out by a reverse polarity pulse or a second winding wound next to the winding 3.

Увеличение угла поворота обеспечено за счет реализации движения якоря поперечно магнитному потоку в рабочих зазорах.The increase in the angle of rotation is provided due to the implementation of the movement of the armature transverse to the magnetic flux in the working gaps.

Увеличение тягового момента электромагнитного привода обеспечивается за счет компоновки деталей (в конструкции практически отсутствуют пустые области). Момент для рассматриваемой выше модели составляет 150 г⋅см в начале хода, 400 г⋅см в середине и 150 г⋅см в конце хода. Расчетный момент прототипа не превышает 100 г⋅см.An increase in the traction moment of the electromagnetic drive is ensured by the arrangement of parts (there are practically no empty areas in the design). The moment for the model considered above is 150 g⋅cm at the beginning of the turn, 400 g⋅cm in the middle and 150 g⋅cm at the end of the turn. The design moment of the prototype does not exceed 100 g⋅cm.

Большую стойкость к воздействию внешних полей обеспечивает кожух 4, который защищает от внешних полей и, кроме того, участвует в магнитной цепи. В прототипе существенно меньшая защищенность из-за открытости всех элементов электродвигателя.Greater resistance to external fields provides the casing 4, which protects against external fields and, in addition, participates in the magnetic circuit. In the prototype, significantly less security due to the openness of all elements of the electric motor.

Малая масса якоря, его сбалансированность, большой угол поворота, большой и при этом возрастающий момент (при отсутствии тока в обмотке) до равновесного состояния (середины хода) обеспечивают стойкость к значительным аварийным ударам в исходном и сработанном состояниях.The small mass of the armature, its balance, large angle of rotation, large and at the same time increasing moment (in the absence of current in the winding) to the equilibrium state (mid-stroke) provide resistance to significant emergency shocks in the initial and triggered states.

Claims

An electromagnetic drive containing a stator and an anchor, characterized in that the stator is made of a casing, a winding and two cylindrical sectors - poles located opposite each other and having at the opposite ends a base in the form of a sector connected to the casing, and the anchor is installed inside the stator and consists of a permanent magnet with radial magnetization and two plates, and between the cylindrical sectors - the stator poles and the plates two radial working air gaps are formed, and the axis of the poles, casing, windings and yak they match.