RU2704021C1

RU2704021C1 - Polarized electromagnet

Info

Publication number: RU2704021C1
Application number: RU2019107306A
Authority: RU
Inventors: Николай Юрьевич Зайцев
Original assignee: Акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод"
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2019-10-23

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, to electrical apparatus and can be used in designing contactors, polarized relays, remote switches and other automation devices. Polarized electromagnet comprises magnetic conductor made of two parallel cores with coils, armature, mechanically connected with return spring, at least, one permanent magnet arranged between cores of magnetic conductor and having direction of magnetization axis from one core to another. Fixed magnetic shunt is located above the permanent magnet coaxially with it and is rigidly connected to a traction rod installed with a possibility of back-and-forth movement in the fixed holder with a crank shaft, axis of rotation of which is perpendicular to direction of shunt with traction rod movement. Eccentric neck of crank shaft is arranged in cylindrical hole of traction rod. Eccentricity of the crank shaft neck is equal to the displacement distance of the magnetic shunt from the initial upper position to the lower position.

EFFECT: technical result is faster operation and reliability of device, as well as wider range of control devices automation devices.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим аппаратам, и может быть использовано при конструировании контакторов, поляризованных реле, дистанционных переключателей и других устройств автоматики.The invention relates to electrical engineering, in particular to electrical apparatuses, and can be used in the design of contactors, polarized relays, remote switches and other automation devices.

Известен поляризованный электромагнит, содержащий магнитопровод, выполненный из двух параллельно размещенных сердечников с катушками, расположенными на сердечниках, якорь, механически связанный с возвратной пружиной, кроме того, электромагнит содержит постоянный магнит, размещенный между сердечниками магнитопровода и имеющий направление оси намагничивания от одного сердечника к другому [1]. Недостатком указанного технического решения является невозможность возврата якоря в исходное положение при потере сигнала управления.Known polarized electromagnet containing a magnetic circuit made of two parallel cores with coils located on the cores, an armature mechanically connected to the return spring, in addition, the electromagnet contains a permanent magnet located between the cores of the magnetic circuit and having a direction of the magnetization axis from one core to another [one]. The disadvantage of this technical solution is the inability to return the anchor to its original position when the control signal is lost.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является поляризованный электромагнит [2], содержащий магнитопровод, выполненный из двух параллельно размещенных сердечников с катушками, якорь, механически связанный с возвратной пружиной, по крайней мере, один постоянный магнит, размещенный между сердечниками магнитопровода и имеющий направление оси намагничивания от одного сердечника к другому, а также ферромагнитный шунт, установленный с возможностью его ручного перемещения относительно постоянного магнита. При этом возврат якоря в исходное положение происходит только в случае перекрытия шунтом воздушных зазоров между постоянным магнитом и сердечниками. При перекрытии зазоров развивается значительное усилие прижатия шунта к сердечникам.Closest to the claimed technical solution is a polarized electromagnet [2], containing a magnetic circuit made of two parallel cores with coils, an armature mechanically connected to the return spring, at least one permanent magnet located between the cores of the magnetic circuit and having a direction of the magnetization axis from one core to another, as well as a ferromagnetic shunt mounted with the possibility of its manual movement relative to the permanent magnet. In this case, the anchor returns to its original position only if the shunt overlaps the air gaps between the permanent magnet and the cores. When the gaps are overlapped, a significant effort is developed by pressing the shunt to the cores.

Недостатком указанного технического решения является значительные время и усилие, затрачиваемые на преодоление относительно большого расстояния для приведения магнитного шунта вручную в положение, в котором происходит перекрытие шунтом воздушных зазоров между постоянным магнитом и сердечниками, соответствующее возврату якоря в начальное положение при потере сигнала управления, что может привести к несвоевременному возврату якоря и выходу из строя всей конструкции, что свидетельствует о ее ненадежности. Кроме того, для обеспечения в дальнейшем нормального функционирования поляризованного электромагнита в контакторе, в реле или других устройствах автоматики необходимо вернуть шунт в исходное состояние, что также связано со значительными усилиями, которые преодолеть вручную может оказаться невозможно. В случае невозвращения шунта в исходное состояние, электромагнит теряет способность управляться обмотками и функционировать в заданном режиме.The disadvantage of this technical solution is the significant time and effort required to cover a relatively large distance to bring the magnetic shunt manually into a position in which the shunt overlaps the air gaps between the permanent magnet and the cores, corresponding to the armature returning to its initial position when the control signal is lost, which may lead to untimely return of the anchor and the failure of the entire structure, which indicates its unreliability. In addition, in order to ensure the normal functioning of the polarized electromagnet in the contactor, in the relay, or in other automation devices in the future, it is necessary to return the shunt to its original state, which is also associated with significant efforts that can not be overcome manually. If the shunt does not return to its original state, the electromagnet loses its ability to be controlled by the windings and function in a given mode.

Задачей изобретения является создание быстродействующего и надежного в работе поляризованного электромагнита, предназначенного для контакторов, поляризованных реле, дистанционных переключателей и других устройств автоматики.The objective of the invention is to provide a fast and reliable polarized electromagnet designed for contactors, polarized relays, remote switches and other automation devices.

Техническим результатом заявляемого изобретения является исключение ручного манипулирования элементами поляризованного электромагнита в аварийной ситуации, повышение быстродействия и надежности возврата поляризованного электромагнита в режим нормального функционирования, путем сокращения времени и усилия введения шунта в положение, при котором происходит перераспределение магнитного потока постоянного магнита между магнитным потоком в рабочих зазорах и потоком в цепи, образованной ферромагнитным шунтом и сердечниками в зазорах между шунтом и сердечниками и, в следствие этого, одномоментного уменьшения магнитного потока в рабочих зазорах до величины потока, соответствующего возврату якоря в исходное положение, а также последующего выведения шунта из этого положения в исходное верхнее положение, при котором происходит одномоментное с поднятием его вверх уменьшение магнитного потока, проходящего через зазоры между шунтом и сердечниками и сам шунт, до величины при которой возможно функционирование управляющих обмоток. Техническим результатом заявляемого изобретения является также расширение арсенала средств управления устройствами автоматикиThe technical result of the claimed invention is the elimination of manual manipulation of elements of a polarized electromagnet in an emergency, increasing the speed and reliability of returning a polarized electromagnet to normal operation, by reducing the time and effort of introducing a shunt into a position in which the redistribution of the magnetic flux of the permanent magnet between the magnetic flux in the workers gaps and flow in a circuit formed by a ferromagnetic shunt and cores in the gap x between the shunt and the cores and, as a result, a simultaneous decrease in the magnetic flux in the working gaps to the magnitude of the flux corresponding to the return of the armature to its original position, as well as the subsequent removal of the shunt from this position to its original upper position, in which there is a simultaneous lifting it up a decrease in the magnetic flux passing through the gaps between the shunt and the cores and the shunt itself, to a value at which the operation of the control windings is possible. The technical result of the claimed invention is also the expansion of the arsenal of controls for automation devices

Этот технический результат достигается тем, что в поляризованном электромагните, содержащем магнитопровод, выполненный из двух параллельно размещенных сердечников с катушками, якорь, механически связанный с возвратной пружиной, по крайней мере, один постоянный магнит, размещенный между сердечниками магнитопровода и имеющий направление оси намагничивания от одного сердечника к другому, а также подвижный магнитный шунт, в СООТВЕТСТВИИ С ИЗОБРЕТЕНИЕМ, шунт расположен над постоянным магнитом соосно с ним и жестко связан с тягой, установленной с возможностью возвратно-поступательного движения в неподвижном держателе с кривошипным валом, ось поворота которого перпендикулярна направлению движения шунта с тягой, а эксцентриковая шейка кривошипного вала размещена в цилиндрическом отверстии тяги, причем величина эксцентриситета шейки кривошипного вала равна расстоянию перемещения магнитного шунта из начального верхнего положения в нижнее положение.This technical result is achieved by the fact that in a polarized electromagnet containing a magnetic circuit made of two parallel cores with coils, an armature mechanically connected with a return spring, at least one permanent magnet located between the cores of the magnetic circuit and having a direction of the magnetization axis from one core to another, as well as a movable magnetic shunt, ACCORDING TO THE INVENTION, the shunt is located above the permanent magnet coaxially with it and is rigidly connected to the rod, set with the possibility of reciprocating movement in a fixed holder with a crank shaft, the axis of rotation of which is perpendicular to the direction of movement of the shunt with the thrust, and the eccentric neck of the crank shaft is placed in the cylindrical hole of the rod, and the magnitude of the eccentricity of the neck of the crank shaft is equal to the distance of movement of the magnetic shunt from the initial upper position to the lower position.

Отличительной особенностью данного технического решения является то, что в поляризованном электромагните магнитный шунт установлен над постоянным магнитом с возможностью возвратно-поступательного движения вместе с тягой, установленной в держателе с кривошипным валом, ось поворота которого перпендикулярна направлению движения шунта, а эксцентриковая шейка кривошипного вала размещена в цилиндрическом отверстии тяги, причем величина эксцентриситета шейки равна расстоянию перемещения магнитного шунта из начального положения в конечное положение. Средством поворота кривошипного вала может быть ручка, с помощью которой может осуществляться вращение, а может быть и другой механизм.A distinctive feature of this technical solution is that in a polarized electromagnet a magnetic shunt is mounted above the permanent magnet with the possibility of reciprocating motion together with a rod mounted in a holder with a crank shaft, the axis of rotation of which is perpendicular to the direction of movement of the shunt, and the eccentric neck of the crank shaft is placed in cylindrical thrust hole, and the magnitude of the eccentricity of the neck is equal to the distance of movement of the magnetic shunt from the initial position to new position. The means for turning the crank shaft may be a handle, with which rotation can be carried out, and there may also be another mechanism.

Из уровня техники неизвестно устройство поляризованного магнита, обладающего совокупностью признаков заявляемого технического решения. Поэтому можно сделать вывод, что техническое решение обладает новизной.The prior art device of a polarized magnet with a combination of features of the claimed technical solution is unknown. Therefore, we can conclude that the technical solution has novelty.

Из уровня техники также неизвестна совокупность заявленных отличительных признаков, использование которых в каких-либо технических решениях имело бы такое же влияние на технический результат, как и указанный в описании заявленного технического решения. Поэтому можно сделать вывод, что техническое решение соответствует критерию изобретательский уровень.The prior art also does not know the totality of the claimed distinguishing features, the use of which in any technical solutions would have the same effect on the technical result as that indicated in the description of the claimed technical solution. Therefore, we can conclude that the technical solution meets the criterion of inventive step.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображен заявленный поляризованный электромагнит.In FIG. 1 shows the claimed polarized electromagnet.

На фиг. 2 и фиг. 3 изображен держатель, устанавливаемый на электромагните, с размещенными в нем элементами для возврата якоря в начальное положение при отключенном питании обмоток электромагнита в начальном (верхнем) состоянии шунта.In FIG. 2 and FIG. Figure 3 shows a holder mounted on an electromagnet with elements placed in it to return the armature to its initial position when the power of the electromagnet's windings is turned off in the initial (upper) state of the shunt.

На фиг. 3 положение ручки поворота кривошипного вала соответствует верхнему положению шунта и соответственно верхнему положению тяги, которое обусловлено соответствующим положением шейки кривошипного вала.In FIG. 3, the position of the crank shaft rotation handle corresponds to the upper position of the shunt and, accordingly, the upper position of the rod, which is caused by the corresponding position of the neck of the crank shaft.

На фиг. 4 и фиг. 5 положение ручки соответствует нижнему положению шунта, необходимому для отрыва якоря от сердечников.In FIG. 4 and FIG. 5, the position of the handle corresponds to the lower position of the shunt necessary to break the anchor from the cores.

На фиг. 6 изображен кривошипный вал 12 с эксцентриситетом шейки вала Э, который равен величине перемещения шунта из начального положения в конечное, до соприкосновения его с постоянным магнитом и перекрытия шунтом зазоров между постоянным магнитом и сердечником. Вал в случае необходимости может быть подсоединен к механизму вращения.In FIG. 6 shows a crank shaft 12 with an eccentricity of the neck of the shaft E, which is equal to the amount of movement of the shunt from the initial position to the final, until it contacts the permanent magnet and the shunt overlaps the gaps between the permanent magnet and the core. The shaft, if necessary, can be connected to the rotation mechanism.

Заявляемый поляризованный электромагнит в корпусе 2 (фиг. 1) содержит магнитопровод, выполненный из двух сердечников 4 и 5, между которыми установлен, по крайней мере, один постоянный магнит 6, включающую 7 и отключающую 8 обмотки, расположенные на сердечниках 4, 5, якорь 9, размещенный напротив полюсов сердечников, возвратную пружину 3 и ферромагнитный шунт 10, установленный над магнитом 6, с возможностью его возвратно-поступательного перемещения относительно постоянного магнита 6 с помощью тяги 11, размещенной в держателе 1 с возможностью скольжения, соединенной винтом 13 с ферромагнитным шунтом 10. В цилиндрическом отверстии тяги 11 установлена шейка кривошипного вала 12 с эксцентриситетом шейки вала Э относительно оси отверстия. Вал 12 установлен с возможностью поворота относительно оси отверстия, перпендикулярной направлению движения шунта с тягой, с помощью ручки оперирования 15 (фиг. 2), установленной на валу с помощью штифта 14. Более наглядно устройство перемещения шунта в вертикальном направлении изображено на фиг. 3 в разрезе.The inventive polarized electromagnet in the housing 2 (Fig. 1) contains a magnetic circuit made of two cores 4 and 5, between which at least one permanent magnet 6 is installed, including 7 and disconnecting 8 windings located on the cores 4, 5, the armature 9, located opposite the poles of the cores, a return spring 3 and a ferromagnetic shunt 10 mounted above the magnet 6, with the possibility of its reciprocating movement relative to the permanent magnet 6 using the rod 11, placed in the holder 1 with the possibility of sliding Ia, a screw 13 connected to the ferromagnetic shunt 10. The cylindrical bore 11 is thrust pin of the crank shaft 12 with a shaft journal eccentrically relative to the bore axis E. The shaft 12 is mounted to rotate relative to the axis of the hole perpendicular to the direction of movement of the shunt with the thrust, using the operating handle 15 (Fig. 2) mounted on the shaft using the pin 14. A more illustrative device for moving the shunt in the vertical direction is shown in FIG. 3 by section.

В исходном состоянии имеют место начальные рабочие зазоры между якорем 9 и сердечниками 4, 5 электромагнита (фиг. 1) и максимальный зазор между шунтом 10 и сердечниками 4, 5, равный величине эксцентриситета шейки кривошипа. Электромагнитное усилие, создаваемое потоком постоянного магнита 6 между якорем 9 и сердечниками 4, 5 недостаточно для срабатывания электромагнита. Шунт 10 удерживается в начальном положении, соответствующем верхнему положению шейки вала 12 в отверстии тяги и, соответственно, верхнему положению самой тяги 11, а также начальному положению ручки оперирования, как изображено на фиг.2. При этом головка тяги 11 упирается в вал 12 (фиг. 3).In the initial state, there are initial working gaps between the armature 9 and the cores 4, 5 of the electromagnet (Fig. 1) and the maximum gap between the shunt 10 and the cores 4, 5, equal to the value of the eccentricity of the crank neck. The electromagnetic force generated by the flow of a permanent magnet 6 between the armature 9 and the cores 4, 5 is not enough for the operation of the electromagnet. The shunt 10 is held in the initial position corresponding to the upper position of the neck of the shaft 12 in the hole of the rod and, accordingly, the upper position of the rod 11, as well as the initial position of the handle operation, as shown in figure 2. In this case, the thrust head 11 abuts against the shaft 12 (Fig. 3).

При подаче управляющего напряжения (в течение времени срабатывания электромагнита) на включающую обмотку 7 в магнитной системе возбуждается магнитный поток, направленный согласно с магнитным потоком постоянного магнита. При достижении значения этого потока, равного потоку срабатывания, электромагнит срабатывает, якорь 9 переходит в конечное верхнее положение. Управляющее напряжение снимается с обмотки включения. Якорь 9 удерживается в конечном, прижатом к полюсам сердечников, положении усилием, развиваемым магнитным потоком постоянного магнита.When a control voltage is applied (during the operation time of the electromagnet) to the switching winding 7, a magnetic flux is excited in the magnetic system, directed in accordance with the magnetic flux of the permanent magnet. When the value of this flow is equal to the response flow, the electromagnet is triggered, the armature 9 goes to the final upper position. The control voltage is removed from the switching winding. The anchor 9 is held in the final position, pressed to the poles of the cores, by the force developed by the magnetic flux of the permanent magnet.

Для отключения электромагнита подается напряжение на выключающую обмотку 8, в магнитной системе возбуждается магнитный поток, направленный встречно магнитному потоку постоянного магнита 6. При достижении в рабочем зазоре алгебраической суммы потоков постоянного магнита и потока от выключающей обмотки якорь 9 возвращается в исходное положение под воздействием механических сил электрического аппарата.To turn off the electromagnet, a voltage is applied to the turn-off winding 8, a magnetic flux is excited in the magnetic system directed opposite the magnetic flux of the permanent magnet 6. When the algebraic sum of the fluxes of the permanent magnet and the flux from the turn-off winding reaches the working gap, the armature 9 returns to its original position under the influence of mechanical forces electrical apparatus.

Режим работы при исчезновении напряжения оперативного питания, который характеризуется конечным верхним положением якоря 9 и начальным положением шунта 10 и при котором имеют место максимальные зазоры между ним и сердечниками 4, 5, заключается в следующем. Вначале магнитная система замкнута под действием электромагнитного усилия в рабочем зазоре, создаваемого магнитным потоком постоянного магнита 6. Для приведения якоря в нижнее положение поворачивают ручку оперирования 15 на 180° влево в соответствии с фиг. 4, поворачивая кривошипный вал 12. Шейка вала также поворачивается эксцентриситетом вниз, а тяга 11 с шунтом 10 опускается вниз на величину Э эксцентриситета, достаточную для одномоментного введения шунта в соприкосновение с сердечниками 4, 5 (фиг. 5). При этом происходит перераспределение магнитного потока в магнитной цепи, образованной постоянным магнитом 6, сердечниками 4, 5 и шунтом 10 и магнитного потока в рабочих зазорах электромагнита. В результате магнитный поток в рабочих зазорах уменьшается до величины потока возврата якоря в исходное нижнее положение, а магнитный поток, проходящий через зазоры между шунтом и сердечниками и самим шунтом, увеличивается и значительно увеличивается усилие прижатия шунта к сердечникам.The operating mode when the auxiliary supply voltage disappears, which is characterized by the final upper position of the armature 9 and the initial position of the shunt 10 and at which there are maximum gaps between it and the cores 4, 5, is as follows. First, the magnetic system is closed under the influence of electromagnetic force in the working gap created by the magnetic flux of the permanent magnet 6. To bring the anchors to the lower position, turn the operating handle 15 180 ° to the left in accordance with FIG. 4, turning the crank shaft 12. The shaft neck also turns eccentric down, and the rod 11 with the shunt 10 drops down by the amount of eccentricity E, sufficient for the simultaneous introduction of the shunt in contact with the cores 4, 5 (Fig. 5). When this happens, the redistribution of the magnetic flux in the magnetic circuit formed by a permanent magnet 6, cores 4, 5 and shunt 10 and magnetic flux in the working gaps of the electromagnet. As a result, the magnetic flux in the working gaps decreases to the value of the armature return flow to the initial lower position, and the magnetic flux passing through the gaps between the shunt and the cores and the shunt itself increases and the force of pressing the shunt to the cores increases significantly.

Для обеспечения функционирования электромагнита в нормальном режиме необходимо шунт с помощью ручки оперирования 15 вернуть в исходное состояние. Возврат шунта осложняется тем, что в результате предыдущих действий, направленных на увеличение рабочих зазоров и перераспределение магнитных потоков постоянного магнита 6 через рабочие зазоры в сторону увеличения магнитного потока шунта 10, значительно увеличивается электромагнитное усилие отрыва шунта 10 от сердечников 4, 5, что может сделать затруднительным его возврат в начальное положение и дальнейшее функционирование поляризованного электромагнита в нормальном режиме. Например, при апробации заявляемого поляризованного электромагнита в качестве привода контактора с магнитной памятью на базе контактора КВ2 (Контакторы вакуумные серии КВ2. Руководство по эксплуатации БКЖИ.644534.004 РЭ) было выявлено, что величина усилия отрыва ферромагнитного шунта от сердечника составляет 35-40 кг, при этом среднестатистическому человеку невозможно вручную совершить такую операцию отрыва без дополнительной механической передачи. Однако, с помощью заявляемого устройства это осуществляется с помощью поворота ручки и соответственно вала, причем в случае необходимости преодоления значительного усилия прижатия шунта к сердечникам и магниту, вращение может осуществляться с помощью любого механизма.To ensure the functioning of the electromagnet in normal mode, it is necessary to return the shunt with the operating handle 15 to its original state. The return of the shunt is complicated by the fact that as a result of previous actions aimed at increasing the working gaps and redistributing the magnetic flux of the permanent magnet 6 through the working gaps in the direction of increasing the magnetic flux of the shunt 10, the electromagnetic force of separation of the shunt 10 from the cores 4, 5 is significantly increased, which can make it is difficult to return to its initial position and the further functioning of a polarized electromagnet in normal mode. For example, when testing the inventive polarized electromagnet as a contactor drive with magnetic memory based on the KV2 contactor (KV2 vacuum contactors. Operation manual БКЖИ.644534.004 РЭ), it was found that the magnitude of the separation force of the ferromagnetic shunt from the core is 35-40 kg, it is impossible for this average person to manually perform such a separation operation without additional mechanical transmission. However, using the inventive device, this is done by turning the handle and, accordingly, the shaft, and if necessary, to overcome the significant efforts of pressing the shunt to the cores and the magnet, the rotation can be carried out using any mechanism.

Расстояние вертикального передвижения шунта, равное эксцентриситету Э, меньше расстояния, на которое шунт передвигается в соответствии с прототипом в горизонтальном направлении, в одиннадцать раз. Причем, устройство по прототипу не предусматривает конструктивные элементы, удерживающими шунт над постоянным магнитом, параллельно с плоскостью боковой поверхности шунта и сердечников магнитопровода.The vertical distance of the shunt, equal to the eccentricity E, is less than the distance by which the shunt moves in accordance with the prototype in the horizontal direction, eleven times. Moreover, the prototype device does not provide structural elements holding the shunt over the permanent magnet, in parallel with the plane of the side surface of the shunt and the cores of the magnetic circuit.

Изобретение обеспечивает возможность возврата якоря с уменьшенным усилием оперирования в начальное положение при потере сигнала управления и отключение электрической нагрузки при технологической или другой необходимости.The invention provides the ability to return the armature with a reduced operating force to its initial position when the control signal is lost and disconnect the electrical load when there is a technological or other need.

Источники информации:Information sources:

1. Сливинская А.Г. Электромагниты и постоянные магниты. – М.: Энергия, 1972.1. Slivinskaya A.G. Electromagnets and permanent magnets. - M .: Energy, 1972.

2. Полезная модель RU 160641, H01F 7/122. Поляризованный электромагнит / Зайцев Ю.М., Свинцов Г.П.; заявлено 08.09.2015; опубликовано 27.03.2016.2. Utility model RU 160641, H01F 7/122. Polarized Electromagnet / Zaitsev Yu.M., Svintsov G.P .; claimed 09.09.2015; published on 03/27/2016.

Claims

A polarized electromagnet containing a magnetic circuit made of two cores with coils placed in parallel, an armature mechanically connected with a return spring, at least one permanent magnet located between the magnetic cores and having a direction of the magnetization axis from one core to another, as well as a movable magnetic shunt, characterized in that the shunt is located above the permanent magnet coaxially with it and is rigidly connected with a rod installed with the possibility of reciprocating motion in n a movable holder with a crank shaft axis of rotation which is perpendicular to the direction of movement of the shunt with traction and the eccentric pin of the crank shaft arranged in the cylindrical bore of thrust, and the magnitude of the neck of the crank shaft eccentricity equal to the distance of movement of the magnetic shunt initial upper position to the lower position.