RU2713626C1 - Polarized electromagnet - Google Patents

Polarized electromagnet Download PDF

Info

Publication number
RU2713626C1
RU2713626C1 RU2019112534A RU2019112534A RU2713626C1 RU 2713626 C1 RU2713626 C1 RU 2713626C1 RU 2019112534 A RU2019112534 A RU 2019112534A RU 2019112534 A RU2019112534 A RU 2019112534A RU 2713626 C1 RU2713626 C1 RU 2713626C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
armature
magnetic
magnet
pole
polarized
Prior art date
Application number
RU2019112534A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Владимирович Сагарадзе
Александр Геннадьевич Печников
Евгений Юрьевич Трофимов
Владислав Александрович Николаев
Илья Александрович Федоров
Валентина Николаевна Ерова
Анна Андриановна Федимирова
Original Assignee
Открытое акционерное общество "ВНИИР-Прогресс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "ВНИИР-Прогресс" filed Critical Открытое акционерное общество "ВНИИР-Прогресс"
Priority to RU2019112534A priority Critical patent/RU2713626C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2713626C1 publication Critical patent/RU2713626C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/121Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position
    • H01F7/122Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position by permanent magnets
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00Electromagnetic relays
    • H01H51/22Polarised relays

Abstract

FIELD: electrical equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the electrical equipment. In polarized electromagnet with serial magnetic circuit, rotary armature is made on one side "active", containing permanent magnet with pole tip, and on the other side – containing "passive" element with pole tip with possibility of simultaneous and coordinated use of attracting forces of pole tips of armature on the side without magnet, and repulsive forces of pole tips of armature from side with magnet. Pole tips are arranged equidistantly and parallel to the rotational axis located parallel to the winding located on the middle part of the H-shaped magnetic conductor, so that armature is pulled only to one of two sides of H-shaped magnetic conductor, pole armature tips contain their own rotation axes and are made with possibility of self-mounting on magnetic conductor poles in end positions, armature and magnetic conductor are connected with possibility of armature stroke magnitude adjustment.
EFFECT: wider field of use of a magnetic system of a polarized electromagnet with simultaneous universality of design for both double-stable design, and a single-stable polarized long-wave electromagnet with self-return.
4 cl, 5 dwg

Description

Заявляемое техническое решение относится к области низковольтных электрических аппаратов, в частности к магнитным системам поляризованных коммутационных устройств, и может быть использовано при проектировании реле или контакторов с увеличенными ходами на повышенные напряжения, или, например, для создания различных расцепителей для автоматических выключателей, подвергаемых ударным и вибрационным внешним воздействиям.The claimed technical solution relates to the field of low-voltage electric devices, in particular to magnetic systems of polarized switching devices, and can be used in the design of relays or contactors with increased strokes for increased voltages, or, for example, to create various releases for circuit breakers subjected to shock and vibrating external influences.

Известно огромное количество конструктивных схем магнитных цепей поляризованных магнитных систем, описанных в различной литературе [например, 1-6, 8 и др.], и являющихся аналогами. Традиционно авторы во всех информационных источниках, в зависимости от желаемого результата, отдают предпочтение параллельной (дифференциальной) или мостовой схемам магнитных цепей.A huge number of structural schemes of magnetic circuits of polarized magnetic systems are known, described in various literature [for example, 1-6, 8, etc.], and which are analogues. Traditionally, authors in all information sources, depending on the desired result, prefer parallel (differential) or bridge circuits of magnetic circuits.

Однако все параллельные и мостовые схемы магнитных цепей имеют общий недостаток - невозможность или ограниченность увеличения рабочего хода якоря в заданных габаритах, т.к. ампер-витки срабатывания всегда зависят от величины рабочего зазора [7]. Еще одна особенность дифференциальных и мостовых схем магнитных цепей (а в нашем случае - непреодолимый недостаток!) наличие рабочего зазора с проходящим через него поляризующим потоком, в котором находится, по крайней мере, один из концов якоря, всегда стремящегося занять одно из крайних положений в рабочем зазоре (залипнуть к одному из полюсов). Этот фактор определяет изначально двустабильную природу этих устройств.However, all parallel and bridge circuits of magnetic circuits have a common drawback - the impossibility or limitation of increasing the working stroke of the armature in the given dimensions, because ampere-turns of operation always depend on the size of the working gap [7]. Another feature of differential and bridge circuits of magnetic circuits (and in our case an insurmountable drawback!) Is the presence of a working gap with a polarizing stream passing through it, in which there is at least one of the ends of the armature, always striving to occupy one of the extreme positions in working clearance (stick to one of the poles). This factor determines the initially unstable nature of these devices.

Обычно магнитные системы коммутационных аппаратов с самовозвратом строятся на базе нейтральных электромагнитов с поворотным или прямоходовым якорем и возвратной пружиной. С целью повышения чувствительности и снижения уровня управляющих сигналов в аппаратах с самовозвратом применяют поляризованные электромагниты с дифференциальной или мостовой цепью. Однако как уже отмечалось выше, все они по принципу своей работы изначально являются двустабильными устройствами, а для обеспечения самовозврата требуется специальная регулировка - «настройка с преобладанием», что приводит к конструктивным и технологическим усложнениям и увеличению эксплуатационной нестабильности параметров, дополнительному уменьшению и так малых значений рабочих ходов. Такие системы применимы только для слаботочных поляризованных реле, а для создания устройств средней и большой мощности - они не эффективны [8]. Существуют конструкции малогабаритных зарубежных реле, или, например, РЭС8 [6], в которых поток магнита и поток управления не взаимодействуют, а самовозврат якоря осуществляется за счет притяжения якоря постоянным магнитом. Поэтому эффект повышения чувствительности здесь отсутствует.Typically, magnetic systems of switching devices with self-resetting are built on the basis of neutral electromagnets with a rotary or linear armature and a return spring. In order to increase the sensitivity and reduce the level of control signals, self-resetting devices use polarized electromagnets with a differential or bridge circuit. However, as noted above, all of them, by the principle of their operation, are initially bi-stable devices, and to ensure self-return, a special adjustment is required - “predominant tuning”, which leads to structural and technological complications and an increase in operational instability of the parameters, an additional decrease in the already small values working moves. Such systems are applicable only to low-current polarized relays, and to create devices of medium and high power, they are not effective [8]. There are designs of small-sized foreign relays, or, for example, RES8 [6], in which the magnet flux and the control flux do not interact, and the armature self-returns due to the attraction of the armature with a permanent magnet. Therefore, the effect of increasing sensitivity is absent here.

В настоящее время все больше приобретают популярность конструкции электромагнитных систем «с магнитной пружиной» (см. фиг. 3) подробно описанные в [8], так же являющиеся аналогами заявляемого технического решения. В них поляризующий поток постоянного магнита взаимодействует с управляющим потоком в рабочих зазорах, обеспечивая повышение чувствительности. Считается, что конструктивно эти магнитные системы «...имеют одно естественное устойчивое положение якоря без введения специальной регулировки» [8]. Однако этому утверждению в полной мере соответствуют лишь магнитная система с «активным» якорем №7 (фиг. 3) и магнитная система с «пассивным» якорем №5 (фиг. 3). Для удобства анализа и сравнения магнитные системы поляризованных электромагнитов принято делить на два типа - с «активными» и «пассивными» якорями. «Пассивные» якоря - это якоря из магнитомягкой стали, не содержащие постоянного магнита или обмотки, т.е. не имеющие своего собственного поля. Под «активными» якорями будем понимать такие якоря, которые содержат постоянный магнит или обмотку управления, т.е. имеющие свое собственное поле [7]. В остальных же магнитных системах конец якоря, находящийся в рабочем зазоре с поляризующим потоком, при всех конструктивных ухищрениях (при срабатывании можно конструктивно частично вывести конец якоря из зоны действия поляризующего потока) все равно стремится занять одно из крайних положений, что и объясняет некоторое залипание при возврате и необходимость применения немагнитных прокладок (или возвратных пружин) для обеспечения возврата в реальных конструкциях (например - реле максимального тока серии РЭТ12 ТУ 16-93 ИГФР.647612.011, реле серии КМ фирмы Leach, где схема магнитной цепи соответствует магнитной системе №1 (фиг. 3), или исполнительный механизм реле безопасности персонала серии РБП 200 ТУ 3425-153-00216823-2005, где схема магнитной цепи соответствует магнитной системе №2 (фиг. 3), некоторые японские малогабаритные одностабильные поляризованные реле, где схема магнитной цепи соответствует магнитной системе №6 или №8 (фиг. 3). Некоторые разновидности прямоходовой магнитной системы №10 используют фирмы ABB, Schneider и Moeller в независимых расцепителях автоматических выключателей, где небольшое залипание в конце хода якоря даже полезно, т.к. оно складывается с усилием отключающей пружины).Currently, the design of electromagnetic systems "with a magnetic spring" (see Fig. 3), described in detail in [8], which are also analogues of the claimed technical solution, is becoming increasingly popular. In them, the polarizing flux of a permanent magnet interacts with the control flux in the working gaps, providing an increase in sensitivity. It is believed that structurally these magnetic systems "... have one naturally stable anchor position without the introduction of special adjustment" [8]. However, only the magnetic system with the "active" anchor No. 7 (Fig. 3) and the magnetic system with the "passive" anchor No. 5 (Fig. 3) fully correspond to this statement. For the convenience of analysis and comparison, magnetic systems of polarized electromagnets are usually divided into two types - with “active” and “passive” anchors. “Passive” anchors are soft magnetic steel anchors that do not contain a permanent magnet or winding, i.e. not having their own field. By “active” anchors we mean such anchors that contain a permanent magnet or control winding, i.e. having their own field [7]. In other magnetic systems, the end of the armature, which is in the working gap with the polarizing flux, with all the structural tricks (when triggered, you can constructively partially remove the end of the armature from the coverage of the polarizing flux) still tends to occupy one of the extreme positions, which explains some sticking at return and the need to use non-magnetic gaskets (or return springs) to ensure return in real designs (for example, the relay of maximum current of the series RT12 TU 16-93 IGFR.647612.011, relay series KM company Leach, where the magnetic circuit diagram corresponds to the magnetic system No. 1 (Fig. 3), or the actuator of the personnel safety relay series RBP 200 TU 3425-153-00216823-2005, where the magnetic circuit diagram corresponds to the magnetic system No. 2 (Fig. 3 ), some Japanese small-sized one-stable polarized relays, where the magnetic circuit diagram corresponds to magnetic system No. 6 or No. 8 (Fig. 3). Some varieties of linear magnetic system No. 10 are used by ABB, Schneider and Moeller in independent releases of circuit breakers, where there is little e sticking at the end of the anchor stroke is even useful, because it folds with the force of the breaking spring).

Магнитная система с самовозвратом №5 (фиг. 3) имеет параллельную магнитную цепь с «пассивным» поворотным якорем, который при срабатывании лишь освобождается от залипания в месте δ1, но не может от него отталкиваться. Левая часть магнитной системы №5 представляет собой обычный клапанный электромагнит, поэтому в месте 62 начальные усилия на якоре очень малы, и нарастают только в конце хода. Данная магнитная система имеет очень малый начальный момент на якоре и малую величину рабочего хода.The self-returning magnetic system No. 5 (Fig. 3) has a parallel magnetic circuit with a “passive” rotary armature, which, when triggered, is only freed from sticking at δ 1 , but cannot be repelled from it. The left part of the magnetic system No. 5 is a conventional valve electromagnet, therefore, at place 62, the initial efforts at the anchor are very small, and increase only at the end of the turn. This magnetic system has a very small initial moment at anchor and a small stroke.

Магнитная система с самовозвратом №7 (фиг. 3) имеет последовательную магнитную цепь с «активным» поворотным якорем, помещенным внутрь обмотки управления. Замыкается якорь в конце хода на отдельный независимый магнитопровод. Якорь может иметь хороший момент в начале и на всем протяжении хода. Однако данная магнитная система имеет малую величину рабочего хода т.к. конструктивно якорь находится в обмотке. Так же, проектирование реальной приемлемой конструкции на базе схемы магнитной цепи №7 представляется достаточно сложным. Реальные конструкции на базе магнитной системы №7 не известны.The self-returning magnetic system No. 7 (Fig. 3) has a sequential magnetic circuit with an “active” rotary armature placed inside the control winding. The anchor at the end of the course closes to a separate independent magnetic circuit. An anchor can have a good moment at the beginning and throughout the course. However, this magnetic system has a small stroke structurally, the anchor is in the winding. Also, the design of a real acceptable design based on the circuit of magnetic circuit No. 7 seems rather complicated. Real designs based on magnetic system No. 7 are not known.

Известно множество конструкций поляризованных реле с магнитной системой последовательного типа и с «активным якорем» (магнит находится в якоре) подробно описанных в [7]. В такой системе (Фиг. 1а) при подаче на обмотку напряжения срабатывания активный якорь отталкивается от полюсов магнитопровода за счет встречно направленных поляризующего Фп и управляющего Фу потоков, а возвращается в исходное состояние (Фиг. 1б) после снятия напряжения с обмотки за счет усилий, создаваемых собственным полем. В этой системе якорь имеет одно устойчивое положение. Однако после срабатывания магнитная система становится разомкнутой, и для удержания якоря в сработанном состоянии, удаленного от торцов магнитопровода на величину хода, требуется значительная МДС, что влечет за собой увеличение габаритов и массы устройства. Для снижения потребления при удерживании якоря в сработанном состоянии в магнитную систему (Фиг. 2) часто добавляют магнитопроводящую пластину (упор), на которую залипает якорь после срабатывания. В этом случае неизбежно появляется второе устойчивое положение якоря, от которого отстраиваются включением в рабочий зазор немагнитной прокладки, что опять же ведет к значительному уменьшению величины рабочего хода. Пример - электромагнитное одностабильное реле типа РЭП42-200 ТУ 3425-123-00216823-2005 (спроектированное на базе РЭП33-200).There are many designs of polarized relays with a sequential-type magnetic system and with an “active armature” (the magnet is in the armature) described in detail in [7]. In such a system (Fig. 1a), when the operating voltage is applied to the winding, the active armature is repelled from the poles of the magnetic circuit due to counterpropagating polarizing Ф п and control Ф at the flows, and returns to its original state (Fig. 1b) after removing the voltage from the winding due to efforts created by one’s own field. In this system, the anchor has one stable position. However, after tripping, the magnetic system becomes open, and to keep the armature in operation, remote from the ends of the magnetic circuit by the magnitude of the stroke, significant MDS is required, which entails an increase in the dimensions and mass of the device. To reduce consumption while holding the armature in the actuated state, a magnetically conducting plate (stop) is often added to the magnetic system (Fig. 2), onto which the armature sticks after operation. In this case, the second stable position of the armature inevitably appears, from which they are rebuilt by the inclusion of a non-magnetic gasket in the working gap, which again leads to a significant decrease in the magnitude of the working stroke. An example is an electromagnetic unstable relay of the REP42-200 type TU 3425-123-00216823-2005 (designed on the basis of REP33-200).

В качестве прототипа принимаем наиболее близкую по технической сущности и имеющую максимальное количество общих конструктивных признаков магнитную систему - поляризованный электромагнит по патенту RU2683575 С1, опубликованному 29.03.2019 бюл. №10 [7], содержащий поворотный якорь с постоянными магнитами и полюсными наконечниками, расположенными равноудалено и параллельно относительно оси вращения, расположенной параллельно обмотке, находящейся на средней части Н-образного магнитопровода, таким образом, что якорь притянут только к одной из двух сторон Н-образного магнитопровода, полюсные наконечники якоря содержат собственные оси вращения и выполнены с возможностью самоустанавливаться на полюсах магнитопровода в конечных положениях, якорь и магнитопровод соединены с возможностью регулировки величины хода якоря. Известная магнитная система имеет большое количество преимуществ, указанных в описании патента, перед всеми выше описанными аналогами.As a prototype, we take the magnetic system closest in technical essence and having the maximum number of common design features - a polarized electromagnet according to patent RU2683575 C1, published on March 29, 2019 bull. No. 10 [7], containing a rotary armature with permanent magnets and pole pieces located equidistant and parallel to the axis of rotation located parallel to the winding located on the middle part of the H-shaped magnetic circuit, so that the armature is drawn only to one of the two sides of H -shaped magnetic circuit, the pole tips of the armature contain their own axis of rotation and are made with the possibility of self-installation on the poles of the magnetic circuit in the final positions, the armature and magnetic circuit are connected to awn adjust the value of the armature stroke. The known magnetic system has a large number of advantages specified in the patent description over all of the above analogues.

Недостатком магнитной системы прототипа является конструктивное исполнение магнитной системы только в двустабильном варианте, несколько ограничивающее его область применения, т.к. основная масса (большая часть) изготавливаемых и применяемых различных коммутационных устройств, реле, пускателей и контакторов изготавливается с использованием одностабильного варианта магнитных систем. Различные расцепители, гидроклапаны, компрессоры, форсунки так же чаще всего спроектированы на одностабильных магнитных системах.The disadvantage of the magnetic system of the prototype is the design of the magnetic system only in a bistable version, somewhat limiting its scope, because the bulk (most) of the various switching devices, relays, starters and contactors manufactured and used are made using a unstable version of magnetic systems. Various trip units, hydraulic valves, compressors, nozzles are also most often designed on unistable magnetic systems.

Целью заявляемого изобретения является создание поляризованного электромагнита с магнитной системой, расширяющей область применения поляризованной магнитной системы прототипа с сохранением всех его достоинств (преимуществ) и позволяющей на одной оснастке и из одних и тех же комплектующих деталей сформировать универсальную конструкцию как для двустабильного исполнения, так и одностабильного поляризованного длинноходового электромагнита с самовозвратом.The aim of the invention is the creation of a polarized electromagnet with a magnetic system that extends the scope of the polarized magnetic system of the prototype while preserving all its advantages (advantages) and allows you to form a universal design on one tool and from the same component parts for both unstable execution and one-stable self-resetting polarized long-stroke electromagnet.

Технический результат заявляемого технического решения - расширение области применения магнитной системы поляризованного электромагнита при одновременной универсальности конструктивного исполнения.The technical result of the proposed technical solution is the expansion of the scope of the magnetic system of a polarized electromagnet with the simultaneous versatility of the design.

Указанный технический результат достигается тем, что в поляризованном электромагните, содержащем поворотный якорь с постоянными магнитами и полюсными наконечниками, расположенными равноудалено и параллельно относительно оси вращения, расположенной параллельно обмотке, находящейся на средней части Н-образного магнитопровода, таким образом, что якорь притянут только к одной из двух сторон Н-образного магнитопровода, полюсные наконечники якоря содержат собственные оси вращения и выполнены с возможностью самоустанавливаться на полюсах магнитопровода в конечных положениях, якорь и магнитопровод соединены с возможностью регулировки величины хода якоря, якорь выполнен с одной стороны «активным», содержащим постоянный магнит с полюсными наконечниками, а с другой - содержащим «пассивный» элемент с полюсными наконечниками с возможностью одновременного и согласованного использования притягивающих усилий полюсных наконечников якоря со стороны без магнита, и отталкивающих усилий полюсных наконечников якоря со стороны с магнитом. Якорь может быть выполнен прямоходовым. «Пассивный элемент» якоря может быть выполнен, например, в виде вставки из магнитопроводящего материала или в виде цельноизготовленной части якоря. Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что:The specified technical result is achieved in that in a polarized electromagnet containing a rotary armature with permanent magnets and pole pieces located equidistant and parallel to the axis of rotation located parallel to the winding located on the middle part of the H-shaped magnetic circuit, so that the armature is attracted only to one of the two sides of the H-shaped magnetic circuit, the pole tips of the armature contain their own axis of rotation and are made with the possibility of self-installation on the poles x the magnetic circuit in the final positions, the armature and the magnetic circuit are connected with the possibility of adjusting the value of the armature stroke, the armature is made on the one hand “active”, containing a permanent magnet with pole tips, and on the other hand, containing a “passive” element with pole tips with the possibility of simultaneous and coordinated the use of the attractive forces of the pole pieces of the armature from the side without a magnet, and the repulsive forces of the pole pieces of the armature from the side with a magnet. The anchor can be made linear. The “passive element” of the anchor can be made, for example, in the form of an insert made of a magnetically conductive material or in the form of an integral part of the anchor. The essence of the proposed technical solution is that:

1. Заменой одного из магнитов на магнитопроводящую вставку (либо на цельную деталь с полюсными наконечниками) магнитная система прототипа превращается в поляризованную одностабильную систему с самовозвратом (или «магнитной пружиной»), сохраняя все достоинства прототипа.1. By replacing one of the magnets with a magnetically conducting insert (or with an integral part with pole tips), the prototype magnetic system turns into a polarized one-stable system with self-return (or “magnetic spring”), while preserving all the advantages of the prototype.

2. Конструкция поляризованного электромагнита становится универсальной, позволяющей на одной оснастке и из одних и тех же комплектующих деталей изготавливать совершенно разные изделия, выполняющие совершенно разные задачи. Например, из одних и тех же комплектующих деталей прототипа спроектирована и изготавливается вся гамма расцепителей (РН, РМН, MP) для автоматических выключателей, проектируются дистанционные переключатели, двустабильные и одностабильные реле на повышенные напряжения с высокой коммутационной способностью.2. The design of the polarized electromagnet becomes universal, which makes it possible to produce completely different products that perform completely different tasks on the same equipment and from the same components. For example, from the same components of the prototype, the entire gamut of trip units (RN, RMN, MP) for circuit breakers was designed and manufactured, remote switches, bi-stable and unstable relays for increased voltages with high switching ability are designed.

Сущность изобретения поясняется изображениями, где:The invention is illustrated by images, where:

на фиг. 1 - схема известной магнитной системы с последовательной магнитной цепью и «активным» якорем: а) направление Фу на срабатывание; б) Фу=0, возврат якоря происходит за счет Фп;in FIG. 1 is a diagram of a known magnetic system with a sequential magnetic circuit and an “active” armature: a) the direction Ф у to operate; b) Ф у = 0, the anchor returns due to Ф п ;

на фиг. 2 - схема известной магнитной системы с последовательной магнитной цепью, «активным» якорем, магнитопроводящим упором и немагнитной прокладкой: а) направление Фу на срабатывание; б) Фу=0, возврат якоря происходит за счет Фп;in FIG. 2 is a diagram of a known magnetic system with a sequential magnetic circuit, an “active” armature, a magnetic conductive stop and a non-magnetic gasket: a) the direction Ф у to operate; b) Ф у = 0, the anchor returns due to Ф п ;

на фиг. 3 - конструктивные схемы №1 - №10 магнитных цепей поляризованных электромагнитов с самовозвратом (с «магнитной пружиной»), описанные в [8];in FIG. 3 - constructive schemes No. 1 - No. 10 of magnetic circuits of polarized electromagnets with self-resetting (with a “magnetic spring”), described in [8];

на фиг. 4 - конструктивная схема магнитной цепи поляризованного одностабильного длинноходового электромагнита с самовозвратом;in FIG. 4 is a structural diagram of a magnetic circuit of a polarized one-stable long-stroke electromagnet with self-resetting;

на фиг. 5 - конструкция магнитной системы поляризованного одностабильного длинноходового электромагнита с самовозвратом.in FIG. 5 is a design of a magnetic system of a polarized one-stable long-stroke electromagnet with self-return.

На фиг. 5 приняты следующие обозначения:In FIG. 5 adopted the following notation:

1а - постоянный магнит (1 шт. в правой по рисунку части якоря)1a - permanent magnet (1 pc. In the right part of the anchor in the picture)

16 - магнитопроводящая вставка (1 шт. в левой по рисунку части якоря);16 - magnetically conductive insert (1 pc. In the left part of the anchor in the picture);

2 - полюсные наконечники (4 шт.);2 - pole lugs (4 pcs.);

3 - ось вращения якоря;3 - axis of rotation of the armature;

4 - обмотка электромагнита;4 - winding of an electromagnet;

5 - сердечник (средняя часть Н-образного магнитопровода);5 - core (middle part of the H-shaped magnetic circuit);

6 - боковые стенки (стороны) Н-образного магнитопровода;6 - side walls (sides) of the H-shaped magnetic circuit;

7 - оси вращения полюсных наконечников (4 шт.);7 - axis of rotation of the pole pieces (4 pcs.);

8 - пластины оси вращения якоря и регулировки величины хода (2 шт.);8 - plates of the axis of rotation of the armature and adjust the stroke (2 pcs.);

9 - продольный паз в пластине оси вращения якоря и регулировки величины хода;9 - a longitudinal groove in the plate of the axis of rotation of the armature and adjust the stroke;

10 - винты крепления пластины оси вращения якоря и регулировки хода (2 шт.);10 - screws for fastening the plate of the axis of rotation of the armature and stroke adjustment (2 pcs.);

11 - скоба (рама) якоря;11 - bracket (frame) of the anchor;

12 - скоба фиксации магнита и магнитопроводящей вставки с полюсными наконечниками (2 шт.).12 - bracket for fixing the magnet and the magnetic insert with pole tips (2 pcs.).

Поляризованный электромагнит содержит поворотный якорь с постоянным магнитом 1а с одной стороны и магнитопроводящей вставкой 16 с другой стороны с полюсными наконечниками 2, Н-образный магнитопровод с обмоткой 4, находящейся на средней части 5 магнитопровода. Н-образный магнитопровод образован боковыми стенками 6 со сквозными отверстиями для установки сердечника 5 с обмоткой 4. Боковые стенки расположены параллельно друг другу, сердечник - перпендикулярно им, вместе с замкнутым якорем они образуют последовательную магнитную цепь.A polarized electromagnet contains a rotary armature with a permanent magnet 1a on one side and a magnetically conductive insert 16 on the other hand with pole pieces 2, an H-shaped magnetic circuit with a winding 4 located on the middle part 5 of the magnetic circuit. An H-shaped magnetic circuit is formed by side walls 6 with through holes for installing a core 5 with a winding 4. The side walls are parallel to each other, the core is perpendicular to them, together with a closed armature they form a sequential magnetic circuit.

На магнитопроводе закреплены винтами 10 пластины 8, служащие для крепления оси вращения 3 якоря и соединения между собой якоря и Н-образного магнитопровода, также, благодаря продольным пазам 9, возможна регулировка величины хода якоря. Настройка требуемого хода якоря и фиксация положения пластин 8 производится двумя винтами 10. Постоянный магнит 1а изготовлен прямоугольного сечения из высококоэрцитивного материала неодим-железо-бор. Магнитопроводящая вставка 16 имеет форму и размеры магнита 1а (либо применяется цельноизготовленная часть якоря с полюсными наконечниками).The plate 8 is fixed on the magnetic circuit with screws 10, which serve to fasten the axis of rotation 3 of the armature and to connect the armature and the H-shaped magnetic circuit between each other, also, thanks to the longitudinal grooves 9, it is possible to adjust the armature stroke value. Setting the required armature travel and fixing the position of the plates 8 is made with two screws 10. The permanent magnet 1a is made of rectangular cross section from a highly coercive material neodymium-iron-boron. The magnetically conducting insert 16 has the shape and dimensions of a magnet 1a (or a whole-made part of the armature with pole pieces is used).

Магнит 1а, магнитопроводящая вставка 1б, и полюсные наконечники 2 фиксируются между собой пружинящей скобой 12, изготовленной из немагнитного материала. Расположены постоянные магнит 1а и вставка 1б вместе с полюсными наконечниками 2 на скобе/раме/каркасе якоря 11, равноудаленно и параллельно торцам скобы/рамы/каркаса 11 и оси вращения якоря 3, которые в свою очередь параллельны обмотке 4, находящейся на средней части Н-образного магнитопровода 5, и соединены с помощью осей вращения 7. Оси вращения полюсных наконечников 7 необходимы для самоустановки полюсных наконечников 2 на полюса боковых стенок магнитопровода 6 в конечных положениях якоря.The magnet 1a, the magnetically conducting insert 1b, and the pole pieces 2 are fixed to each other by a spring clip 12 made of non-magnetic material. The permanent magnet 1a and insert 1b are located together with the pole pieces 2 on the bracket / frame / frame of the armature 11, equally spaced and parallel to the ends of the bracket / frame / frame 11 and the axis of rotation of the armature 3, which in turn are parallel to the winding 4 located on the middle part H -shaped magnetic circuit 5, and connected using the axis of rotation 7. The axis of rotation of the pole pieces 7 are necessary for self-installation of the pole pieces 2 on the poles of the side walls of the magnetic circuit 6 in the final positions of the armature.

Поляризованный одностабильный длинноходовый электромагнит с самовозвратом работает следующим образом. Реальные образцы заявляемого изобретения (так же, как и прототипа) были выполнены (в трехмерном варианте) с поворотным якорем. Для удобства описания принципа работы магнитную систему будем рассматривать (в двухмерном варианте) с прямоходовым якорем, представленном на Фиг. 4. Верхняя и нижняя части якоря жестко связаны, и якорь может продольно перемещаться либо вверх, либо вниз относительно торцов Н-образного магнитопровода.A polarized single-stable long-pass electromagnet with self-resetting operates as follows. Real samples of the claimed invention (as well as the prototype) were made (in a three-dimensional version) with a rotary anchor. For convenience of description of the principle of operation, we will consider the magnetic system (in a two-dimensional version) with a linear anchor, shown in FIG. 4. The upper and lower parts of the armature are rigidly connected, and the armature can move longitudinally either up or down relative to the ends of the H-shaped magnetic circuit.

При появлении в магнитной цепи потока управления Фу, создаваемого ампер-витками обмотки W, расположенной на сердечнике (в средней части Н-образного магнитопровода), происходит следующее:When the control flux Ф у created by ampere-turns of the winding W located on the core (in the middle part of the H-shaped magnetic circuit) appears in the magnetic circuit:

- в нижней части магнитной системы в местах прилегания полюсных наконечников якоря к торцам магнитопровода потоки Фп и Фу компенсируются, и силы, удерживающие якорь сначала ослабевают, и при появлении зазоров δ1 и δ2 (момент отрыва якоря) встречно направленные потоки Фп и Фу образуют силы, отталкивающие якорь. При этом поток Фп вытесняется из зоны 1 в зону 2;- in the lower part of the magnetic system at the points of contact of the pole pieces of the armature to the ends of the magnetic circuit, the fluxes Ф п and Ф у are compensated, and the forces holding the armature first weaken, and when gaps δ 1 and δ 2 (the moment of separation of the armature) appear, counter-directed flows Ф p and f y form forces repelling the anchor. In this case, the flow Φ p is displaced from zone 1 to zone 2;

- в это же время в верхней части магнитной системы в зазорах δ3 и δ4 поток управления Фу создает притягивающие усилия, и по мере приближения якоря к торцам магнитопровода, в конце хода весь управляющий поток Фу замкнется через верхнюю часть якоря, создавая усилия удержания во включенном положении.- at the same time, in the upper part of the magnetic system in the gaps δ 3 and δ 4 , the control flux Ф у creates attractive forces, and as the armature approaches the ends of the magnetic circuit, at the end of the stroke, the entire control flux Ф у will be closed through the upper part of the armature, creating forces hold on.

При снятии с обмотки напряжения управления исчезает и поток Фу. При этом поток Фп беспрепятственно возвращается в зону 1 и начинает замыкаться через магнитопровод, создавая в зазорах δ1 и δ2 усилия, возвращающие якорь в исходное положение.When the control voltage is removed from the winding, the flux Ф у disappears. In this case, the flux Φ n freely returns to zone 1 and begins to close through the magnetic circuit, creating forces in the gaps δ 1 and δ 2 that return the anchor to its original position.

В заявляемой магнитной системе в процессе срабатывания, для формирования момента вращения (либо продольного перемещения) на якоре присутствуют одновременно два согласованных усилия - на притягивание с одной стороны и отталкивания с другой. Данный факт позволяет сохранять высокий момент вращения (либо усилие перемещения) якоря на всем протяжении хода, т.к. при уменьшении силы отталкивания с одной стороны растет сила притягивания с другой.In the inventive magnetic system in the process of operation, for the formation of the moment of rotation (or longitudinal displacement) at the anchor, there are simultaneously two concerted efforts - to attract on one side and repel on the other. This fact allows you to maintain a high moment of rotation (or displacement) of the armature throughout the course, because with a decrease in the repulsive force on the one hand, the attractive force on the other increases.

Увеличение хода якоря осуществляется благодаря использованию одновременно и согласованно притягивающих усилий полюсных наконечников якоря со стороны без магнита, и отталкивающие усилия полюсных наконечников якоря со стороны с магнитом. Сама регулировка величины хода осуществляется с помощью пластины с продольным пазом и винтами крепления пластины к магнитопроводу электромагнита.An increase in the stroke of the armature is achieved through the use of simultaneously and consistently attracting forces of the pole pieces of the armature from the side without a magnet, and the repulsive forces of the pole pieces of the armature from the side with a magnet. The adjustment of the stroke itself is carried out using a plate with a longitudinal groove and screws for fastening the plate to the magnetic core of the electromagnet.

Использование данной магнитной системы одинаково эффективно при проектировании как сильноточных контакторов или реле, так и миниатюрных устройств с большой величиной хода якоря, позволяющей в малых габаритах изделия значительно повысить коммутируемые мощности при повышенных напряжениях. Наличие больших величин хода якоря в одностабильных магнитных системах также как в двустабильных позволяет использовать вспомогательные контакты для обеспечения в процессе срабатывания переключений обмоток из форсированного режима в удерживающий с целью снижения потребления в статическом режиме после срабатывания.The use of this magnetic system is equally effective in the design of both high-current contactors or relays, and miniature devices with a large armature stroke, which allows to significantly increase the switching power at high voltages in the small dimensions of the product. The presence of large values of the armature stroke in unstable magnetic systems as well as in unstable ones allows the use of auxiliary contacts to ensure switching of the windings from the forced mode to the holding one in the process of tripping in order to reduce consumption in the static mode after operation.

На базе заявляемого технического решения спроектированы, изготовлены и испытаны виброудароустойчивые расцепители независимые (РН) и расцепители минимального напряжения (РМН) используемые в новых разработках автоматических выключателей для военной техники серий: ВА15-063, ВА16-160, 250, 400, 630, ВА16М-160, 250, 400, 630, и серия автоматических выключателей гражданского исполнения ВА17М-160, 250, 400, 630 для применения на судах с учетом требований Российского Морского регистра судоходства.On the basis of the claimed technical solution, shock-proof independent shunt releases (LV) and undervoltage releases (RMN) used in new designs of circuit breakers for military equipment of the series: BA15-063, VA16-160, 250, 400, 630, VA16M- were designed, manufactured and tested 160, 250, 400, 630, and a series of civilian circuit breakers VA17M-160, 250, 400, 630 for use on ships, taking into account the requirements of the Russian Maritime Register of Shipping.

На базе заявляемого технического решения и прототипа в настоящее время ведутся разработки виброудароустойчивых поляризованных малогабаритных реле и дистанционных переключателей с высокой коммутационной способностью. Основное назначение изделий - для коммутации цепей переменного и постоянного тока в системах электроснабжения, автоматики и управления бортовых электроэнергетических систем ракетных и космических объектов, авиационных, корабельных и других автономных объектов с ограниченными энергоресурсами, эксплуатируемых в тяжелых условиях, а также для применения в новых разработках подводных и летательных беспилотных аппаратов.On the basis of the claimed technical solution and prototype, the development of vibration-resistant polarized small-sized relays and remote switches with high switching capacity is currently underway. The main purpose of the products is for switching AC and DC circuits in power supply systems, automation and control of onboard power systems of rocket and space objects, aviation, ship and other autonomous objects with limited energy resources, operating in difficult conditions, as well as for use in new developments of underwater and unmanned aerial vehicles.

Также на базе заявляемого технического решения в настоящее время ведется разработка электромагнитного дистанционного привода для выше упомянутых серий автоматических выключателей.Also, on the basis of the claimed technical solution, the development of an electromagnetic remote drive for the above-mentioned series of circuit breakers is currently underway.

Источники информацииSources of information

1. Гордон А.В. Поляризованные электромагниты [Текст] / А.В. Гордон, А.Г. Сливинская - М.: Энергия, 1964. - С. 13.1. Gordon A.V. Polarized Electromagnets [Text] / А.V. Gordon, A.G. Slivinskaya - M .: Energy, 1964. - S. 13.

2. Ройзен В.З. Малогабаритные поляризованные реле и дистанционные переключатели [Текст] / В.З. Ройзен - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1969. - С. 5-6.2. Royzen V.Z. Small-sized polarized relays and remote switches [Text] / V.Z. Royzen - L .: Energoatomizdat. Leningrad Department, 1969 .-- S. 5-6.

3. Сливинская А.Г. Электромагниты и постоянные магниты [Текст] / А.Г. Сливинская - М.: Энергия, 1972. - С. 178.3. Slivinskaya A.G. Electromagnets and permanent magnets [Text] / A.G. Slivinskaya - M.: Energy, 1972. - S. 178.

4. Ройзен В.З. Электромагнитные малогабаритные реле [Текст] / В.З. Ройзен - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. - С. 15.4. Royzen V.Z. Small-sized electromagnetic relays [Text] / V.Z. Royzen - L .: Energoatomizdat. Leningrad Otdel, 1986.- S. 15.

5. Основы теории электрических аппаратов [Текст] / [Б.К. Буль] Под ред. Г.В. Буткевича - М.: Высшая школа, 1970. - С. 298-303.5. Fundamentals of the theory of electrical apparatus [Text] / [B.K. Bul] Ed. G.V. Butkevich - M.: Higher School, 1970. - S. 298-303.

6. Витенберг М.И. Расчет электромагнитных реле. Энергия 1975 г.6. Wittenberg M.I. Calculation of electromagnetic relays. Energy 1975

7. Патент RU 2683575 С1, опубликован 29.03.2019, бюл. №107. Patent RU 2683575 C1, published March 29, 2019, bull. Number 10

8. А.В. Гордон, Б.Ф. Ивакин, К.В. Костицына, А.Г. Сливинская, Анализ электромагнитных систем повышенной чувствительности в аппаратах с самовозвратом. // Техника средств связи, выпуск 6 серия Техника проводной связи, 1986. С. 62-81, - УДК 621.318.3.014.2.8. A.V. Gordon, B.F. Ivakin, K.V. Kostitsyna, A.G. Slivinskaya, Analysis of electromagnetic systems of increased sensitivity in devices with self-return. // Technique of communication, issue 6 series. Technique of wire communication, 1986. P. 62-81, - UDC 621.318.3.014.2.

Claims (4)

1. Поляризованный электромагнит, содержащий поворотный якорь с постоянными магнитами и полюсными наконечниками, расположенными равноудалено и параллельно относительно оси вращения, расположенной параллельно обмотке, находящейся на средней части Н-образного магнитопровода, таким образом, что якорь притянут только к одной из двух сторон Н-образного магнитопровода, полюсные наконечники якоря содержат собственные оси вращения и выполнены с возможностью самоустанавливаться на полюсах магнитопровода в конечных положениях, якорь и магнитопровод соединены с возможностью регулировки величины хода якоря, отличающийся тем, что якорь выполнен с одной стороны «активным», содержащим постоянный магнит с полюсными наконечниками, а с другой - содержащим «пассивный» элемент с полюсными наконечниками с возможностью одновременного и согласованного использования притягивающих усилий полюсных наконечников якоря со стороны без магнита, и отталкивающих усилий полюсных наконечников якоря со стороны с магнитом.1. A polarized electromagnet containing a rotary armature with permanent magnets and pole pieces located equidistant and parallel to the axis of rotation located parallel to the winding located on the middle part of the H-shaped magnetic circuit, so that the armature is drawn only to one of the two sides of the H- shaped magnetic core, the pole pieces of the armature contain their own axis of rotation and are made with the possibility of self-installation on the poles of the magnetic circuit in the final positions, the armature and the magnet the wire is connected with the possibility of adjusting the value of the armature stroke, characterized in that the armature is made on one side “active”, containing a permanent magnet with pole pieces, and on the other hand, containing a “passive” element with pole pieces with the possibility of simultaneous and coordinated use of the pulling forces of the pole anchor tips from the side without a magnet, and the repulsive forces of the pole pieces of the anchor from the side with a magnet. 2. Поляризованный электромагнит по п. 1, отличающийся тем, что якорь выполнен прямоходовым.2. The polarized electromagnet according to claim 1, characterized in that the anchor is made linear. 3. Поляризованный электромагнит по п. 1, отличающийся тем, что «пассивный элемент» якоря выполнен в виде вставки из магнитопроводящего материала.3. The polarized electromagnet according to claim 1, characterized in that the "passive element" of the armature is made in the form of an insert of a magnetically conductive material. 4. Поляризованный электромагнит по п. 1, отличающийся тем, что «пассивный элемент» якоря выполнен в виде цельноизготовленной части якоря.4. The polarized electromagnet according to claim 1, characterized in that the "passive element" of the armature is made in the form of an integral part of the armature.
RU2019112534A 2019-04-24 2019-04-24 Polarized electromagnet RU2713626C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112534A RU2713626C1 (en) 2019-04-24 2019-04-24 Polarized electromagnet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112534A RU2713626C1 (en) 2019-04-24 2019-04-24 Polarized electromagnet

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2713626C1 true RU2713626C1 (en) 2020-02-05

Family

ID=69625504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019112534A RU2713626C1 (en) 2019-04-24 2019-04-24 Polarized electromagnet

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2713626C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2763780C1 (en) * 2021-04-21 2022-01-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Чувашский государственный университет имени И.Н.Ульянова» Polarized electromagnetic drive of switchgear
RU223147U1 (en) * 2023-08-30 2024-02-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени Н.Н. Ульянова" Small-sized electrical switching device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4644311A (en) * 1984-08-20 1987-02-17 La Telemechanique Electrique Polarized electromagnet with symmetrical arrangement
RU160641U1 (en) * 2015-09-08 2016-03-27 Закрытое акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод" (ЗАО "ЧЭАЗ") POLARIZED ELECTROMAGNET
RU2653532C2 (en) * 2016-03-28 2018-05-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный педагогический университет им. И.Я. Яковлева" Polarized electromagnet
RU2683575C1 (en) * 2018-01-10 2019-03-29 Открытое акционерное общество "ВНИИР-Прогресс" Polarized two-stable long-way electromagnet with a double secondary magnetic chain

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4644311A (en) * 1984-08-20 1987-02-17 La Telemechanique Electrique Polarized electromagnet with symmetrical arrangement
RU160641U1 (en) * 2015-09-08 2016-03-27 Закрытое акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод" (ЗАО "ЧЭАЗ") POLARIZED ELECTROMAGNET
RU2653532C2 (en) * 2016-03-28 2018-05-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный педагогический университет им. И.Я. Яковлева" Polarized electromagnet
RU2683575C1 (en) * 2018-01-10 2019-03-29 Открытое акционерное общество "ВНИИР-Прогресс" Polarized two-stable long-way electromagnet with a double secondary magnetic chain

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2763780C1 (en) * 2021-04-21 2022-01-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Чувашский государственный университет имени И.Н.Ульянова» Polarized electromagnetic drive of switchgear
RU223147U1 (en) * 2023-08-30 2024-02-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени Н.Н. Ульянова" Small-sized electrical switching device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3419739A (en) Electromechanical actuator
US4994776A (en) Magnetic latching solenoid
US2436354A (en) Electromagnet with armature
GB2522696A (en) Improvements in or relating to vacuum switching devices
EP0198085B1 (en) Electromagnetic actuator
RU2713626C1 (en) Polarized electromagnet
RU2683575C1 (en) Polarized two-stable long-way electromagnet with a double secondary magnetic chain
US4851801A (en) Microwave C-switches and S-switches
US3253098A (en) Mechanical actuator with permanent magnet
JP2002270423A (en) Electromagnetic actuator and switch
EP3719828A1 (en) Contact module, contact device, electromagnetic relay module, and electric instrument
US3271707A (en) Electromagnetic relay of the bistable type
KR900000430B1 (en) Electromagnetic actuator
RU2397567C1 (en) Polarised electromagnet
RU202470U1 (en) Polarized electromagnet
US3378796A (en) Sliding-action, multiple-contact, multiple-initial-condition relay
US3214646A (en) Torque motor
EP2859571B1 (en) Electrical switching apparatus and relay including a ferromagnetic or magnetic armature having a tapered portion
RU2713475C1 (en) Polarized miniature electromagnetic relay
JP2613904B2 (en) Polarized electromagnet
JP2003016888A (en) Operating device for power switchgear
US3253195A (en) Nonpolarized electromagnet system of miniature construction, especially for relays
US3292121A (en) Bistable switching device
CN219873350U (en) Relay device
US3259810A (en) Electromagnetic switching devices