RU2763780C1

RU2763780C1 - Polarized electromagnetic drive of switchgear

Info

Publication number: RU2763780C1
Application number: RU2021111358A
Authority: RU
Inventors: Николай Юрьевич Зайцев; Юрий Михайлович Зайцев; Денис Семенович Сазанов; Николай Николаевич Николаев; Виктор Николаевич Петров; Геннадий Петрович Свинцов
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2022-01-11

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to electrical apparatus. The polarized electromagnetic drive contains a magnetic circuit made of two cores located in parallel in the housing. At least one permanent magnet is installed between the cores. The making and breaking windings are located on the cores. A spring-loaded armature is placed opposite the poles of the cores. The ferromagnetic shunt is installed above the permanent magnet, coaxially with it, with the possibility of reciprocating movement relative to the permanent magnet using a crankshaft with a crank journal, installed with the possibility of rotation in a stationary holder. The crank journal of the crankshaft is eccentrically installed in the through hole in the shunt along its longitudinal axis perpendicular to the direction of its reciprocating motion. The end of the torsion spring is fixed at one end of the crankshaft, and its other end is fixed on the fixed holder.

EFFECT: simplification of design and reduction of dimensions, reduction of labor intensity of shunt return to its original position and increase of reliability.

1 cl, 8 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 apparatus, and can be used in the design of contactors, polarized relays, remote switches and other automation devices.

Известен поляризованный электромагнит, который может быть использован в качестве привода в различных устройствах (Полезная модель RU 160641, H01F 7/122), 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.A polarized electromagnet is known that can be used as a drive in various devices (Useful model RU 160641, H01F 7/122), containing a magnetic circuit made of two parallel cores with coils, an armature mechanically connected to a return spring, at least one permanent magnet placed between the cores of the magnetic circuit and having the direction of the magnetization axis from one core to another, as well as a ferromagnetic shunt installed with the possibility of its manual movement relative to the permanent magnet. In this case, the armature returns to its original position only if the air gaps between the permanent magnet and the cores are covered by the shunt. When the gaps are closed, a significant pressing force of the shunt to the cores develops.

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 spent on overcoming a relatively large distance to bring the magnetic shunt manually to a position in which the shunt overlaps the air gaps between the permanent magnet and the cores, corresponding to the return of the armature to its initial position when the control signal is lost, which can lead to untimely return of the anchor and failure of the entire structure, which indicates its unreliability. In addition, in order to further ensure the normal functioning of the polarized electromagnet in the contactor, relay or other automation devices, it is necessary to return the shunt to its original state, which is also associated with significant efforts that may not be possible to 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 the specified mode.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является поляризованный электромагнитный привод коммутационного аппарата (патент на изобретение RU №2704021, H01F 7/122)] с устройством возврата якоря после срабатывания, содержащий магнитопровод, выполненный из двух сердечников, между которыми установлен, по крайней мере, один постоянный магнит, включающую и отключающую обмотки, расположенные на сердечниках, якорь, размещенный напротив полюсов сердечников, возвратную пружину и ферромагнитный шунт, установленный над магнитом, с возможностью его возвратно-поступательного перемещения относительно постоянного магнита с помощью тяги, размещенной в держателе с возможностью скольжения, жестко соединенной с ферромагнитным шунтом. В цилиндрическом отверстии тяги эксцентрично относительно оси отверстия установлена шейка кривошипного вала. Вал установлен с возможностью поворота относительно оси отверстия, перпендикулярной направлению движения шунта с тягой, с помощью ручки оперирования, жестко установленной на валу.The closest to the claimed technical solution is a polarized electromagnetic drive of the switching device (patent for invention RU No. 2704021, H01F 7/122)] with an armature return device after operation, containing a magnetic circuit made of two cores, between which at least one is installed a permanent magnet that turns on and off the windings located on the cores, an armature placed opposite the poles of the cores, a return spring and a ferromagnetic shunt mounted above the magnet, with the possibility of its reciprocating movement relative to the permanent magnet with the help of a rod placed in the holder with the possibility of sliding, rigidly connected to a ferromagnetic shunt. In the cylindrical hole of the rod, the crankshaft journal is installed eccentrically relative to the axis of the hole. The shaft is installed with the possibility of rotation relative to the axis of the hole, perpendicular to the direction of movement of the shunt with a rod, using the operating handle rigidly mounted on the shaft.

Недостатком указанного технического решения являются недостаточная компактность устройства, значительные усилия для приведения ферромагнитного шунта вместе с тягой в верхнее положение, а также необходимость ручного возврата шунта после срабатывания устройства.The disadvantage of this technical solution is the lack of compactness of the device, significant efforts to bring the ferromagnetic shunt together with the thrust in the upper position, as well as the need for manual return of the shunt after the device is triggered.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи уменьшения габаритов устройства и повышения надежности его работы и уменьшение усилий для приведения в движение шунта за счет конструктивных изменений в части размещения элементов для перемещения шунта, а также исключения ручного воздействия для возврата шунта в исходное положение.The claimed invention is aimed at solving the problem of reducing the dimensions of the device and increasing the reliability of its operation and reducing the efforts to set the shunt in motion due to structural changes in terms of the placement of elements for moving the shunt, as well as eliminating manual action to return the shunt to its original position.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение конструкции устройства и уменьшение его габаритов с сохранением функционального назначения, за счет сокращения количества элементов, снижение трудоемкости возврата шунта в исходное положение и повышение надежности.The technical result of the claimed invention is to simplify the design of the device and reduce its dimensions while maintaining the functionality, by reducing the number of elements, reducing the complexity of returning the shunt to its original position and increasing reliability.

Этот технический результат достигается тем, что в поляризованном электромагнитном приводе, содержащем магнитопровод, выполненный из двух параллельно размещенных в корпусе сердечников, между которыми установлен, по крайней мере, один постоянный магнит, включающую и отключающую обмотки, расположенные на сердечниках, подпружиненный якорь, размещенный напротив полюсов сердечников, и ферромагнитный шунт, установленный над постоянным магнитом, соосно с ним, с возможностью возвратно-поступательного движения относительно постоянного магнита с помощью коленчатого вала с кривошипной шейкой, установленного с возможностью поворота в неподвижном держателе, в СООТВЕТСТВИИ С ИЗОБРЕТЕНИЕМ, кривошипная шейка коленчатого вала эксцентрично установлена в сквозном отверстии, выполненном вдоль продольной оси шунта, перпендикулярной направлению его возвратно-поступательного движения, причем, на одном из концов коленчатого вала, неподвижно закреплен конец пружины кручения, другой конец которой закреплен на неподвижном держателе.This technical result is achieved by the fact that in a polarized electromagnetic drive containing a magnetic circuit made of two cores placed in parallel in the housing, between which at least one permanent magnet is installed, turning on and off the windings located on the cores, a spring-loaded armature placed opposite poles of the cores, and a ferromagnetic shunt installed above the permanent magnet, coaxially with it, with the possibility of reciprocating movement relative to the permanent magnet by means of a crankshaft with a crank neck, installed with the possibility of rotation in a fixed holder, ACCORDING TO THE INVENTION, the crankshaft neck of the crankshaft eccentrically installed in a through hole made along the longitudinal axis of the shunt, perpendicular to the direction of its reciprocating motion, and, at one end of the crankshaft, the end of the torsion spring is fixedly fixed, the other end of which is fixed on the movable holder.

Функциональное назначение шунта в устройстве заключается в обеспечении нормального функционирования поляризованного электромагнитного привода под действием включающей и отключающей обмоток при верхнем положении шунта, при котором образуется воздушный зазор между шунтом и магнитопроводом, и обеспечении возврата якоря путем перевода шунта в нижнее положение, при котором нет зазора между шунтом и магнитопроводом, например, при включенном электромагните и замкнутых главных контактов контактора при условии потери оперативного питания и необходимости отключения нагрузки в аварийном режиме или технологической необходимости.The functional purpose of the shunt in the device is to ensure the normal operation of the polarized electromagnetic drive under the action of the switching on and off windings in the upper position of the shunt, in which an air gap is formed between the shunt and the magnetic circuit, and to ensure the return of the armature by moving the shunt to the lower position, in which there is no gap between shunt and magnetic circuit, for example, when the electromagnet is on and the main contacts of the contactor are closed, subject to loss of operational power and the need to disconnect the load in emergency mode or technological necessity.

Отличительной особенностью данного технического решения является то, что в поляризованном электромагнитном приводе, содержащем расположенный над постоянным магнитом соосно с ним шунт, в сквозном отверстии которого, выполненном вдоль продольной оси шунта, перпендикулярной направлению его возвратно-поступательного движения эксцентрично установлена кривошипная шейка коленчатого вала, а вал, в свою очередь, установлен с возможностью поворота в неподвижном держателе, причем, на одном из концов коленчатого вала, неподвижно закреплен конец пружины кручения, другой конец которой закреплен в неподвижном держателе. Пружина кручения обеспечивает возврат рукоятки устройства ручного возврата в исходное состояние после снятия с нее воздействия руки оператора.A distinctive feature of this technical solution is that in a polarized electromagnetic drive containing a shunt located above the permanent magnet coaxially with it, in the through hole of which, made along the longitudinal axis of the shunt, perpendicular to the direction of its reciprocating motion, the crankshaft neck of the crankshaft is eccentrically installed, and the shaft, in turn, is rotatably mounted in a fixed holder, and, at one end of the crankshaft, the end of the torsion spring is fixedly fixed, the other end of which is fixed in the fixed holder. The torsion spring ensures that the handle of the manual reset device returns to its original state after the operator's hand has been removed from it.

Из уровня техники неизвестно устройство поляризованного электромагнитного привода коммутационного аппарата, обладающего совокупностью признаков заявляемого технического решения. Поэтому можно сделать вывод, что техническое решение обладает новизной.From the prior art, a device for a polarized electromagnetic drive of a switching device is unknown, which has a combination of features of the proposed technical solution. Therefore, we can conclude that the technical solution has a 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.From the prior art is also unknown the totality of the claimed distinguishing features, the use of which in any technical solutions would have the same impact on the technical result as specified 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 essence of the invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображен общий вид спереди поляризованного электромагнитного привода в составе контактора.In FIG. 1 shows a general front view of a polarized electromagnetic drive as part of a contactor.

На фиг. 2 изображен общий вид сбоку контактора с устройством ручного возврата шунта.In FIG. 2 shows a general side view of a contactor with a manual shunt reset device.

На фиг. 3 изображен вид спереди устройства ручного возврата при аварийном режиме работы в разрезе (фрагмент контактора).In FIG. 3 shows a front view of the manual reset device in emergency operation in section (a fragment of the contactor).

На фиг. 4 изображен вид сбоку устройства ручного возврата при аварийном режиме работы в разрезе (фрагмент контактора).In FIG. 4 shows a side view of the manual reset device in emergency operation in section (a fragment of the contactor).

На фиг. 5 изображена ручка оперирования устройством ручного возврата в положении нормального режима работы (фрагмент контактора).In FIG. 5 shows the handle for operating the manual return device in the normal mode of operation (a fragment of the contactor).

На фиг. 6 изображен вид спереди устройства ручного возврата в нормальном режиме работы в разрезе (фрагмент контактора).In FIG. 6 shows a front view of the manual reset device in normal operation in section (a fragment of the contactor).

На фиг. 7 изображен вид сбоку устройства ручного возврата в нормальном режиме работы в разрезе (фрагмент контактора).In FIG. 7 shows a side view of the manual reset device in normal operation in section (a fragment of the contactor).

На фиг. 8 изображен внешний вид фрагмента 3D модели возвратной пружины кручения устройства ручного возврата (рукоятка оперирования устройством ручного возврата условно снята).In FIG. 8 shows the appearance of a fragment of the 3D model of the return torsion spring of the manual return device (the handle for operating the manual return device is conditionally removed).

Заявляемый поляризованный электромагнитный привод коммутационного аппарата в корпусе 16 (фиг. 1) содержит магнитопровод, выполненный из двух сердечников 1, каждый из которых установлен на своем ярме 5. Между сердечниками размещен, по крайней мере, один постоянный магнит 4. Включающая 17 и отключающая 18 обмотки, расположены на сердечниках, якорь 2, размещен напротив полюсов сердечников и закреплен на траверсе 15 с возвратными пружинами 3, установленный над магнитом 4 ферромагнитный шунт 6 (фиг. 2 и фиг. 3, фиг. 4, фиг. 6, фиг. 7), с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно постоянного магнита 4 с помощью кривошипной шейки 8.1, установленной в держателе 7 коленчатого вала 8 (фиг.2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 6, фиг. 7), зафиксированного с помощью стопорного кольца 10 и шайбы 9, препятствующих перемещению вала 8 в горизонтальном направлении. Шейка 8.1 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 6, фиг.7) вала 8 эксцентрично установлена в отверстии шунта 6(фиг. 3 и фиг. 6), причем на конце вала 8 установлена пружина кручения 11, один конец которой закреплен на держателе 7, а другой закреплен фигурной шайбой 12 на лыске вала.The inventive polarized electromagnetic drive of the switching device in the housing 16 (Fig. 1) contains a magnetic circuit made of two cores 1, each of which is mounted on its own yoke 5. At least one permanent magnet 4 is placed between the cores. windings are located on the cores, the armature 2 is placed opposite the poles of the cores and fixed on the traverse 15 with return springs 3, a ferromagnetic shunt 6 installed above the magnet 4 (Fig. 2 and Fig. 3, Fig. 4, Fig. 6, Fig. 7 ), with the possibility of vertical reciprocating movement relative to the permanent magnet 4 using the crank neck 8.1, installed in the holder 7 of the crankshaft 8 (Fig.2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 6, Fig. 7), fixed with using a retaining ring 10 and washer 9, preventing the movement of the shaft 8 in the horizontal direction. The neck 8.1 (fig. 2, fig. 3, fig. 4, fig. 6, fig. 7) of the shaft 8 is eccentrically installed in the hole of the shunt 6 (fig. 3 and fig. 6), and at the end of the shaft 8 there is a torsion spring 11 , one end of which is fixed on the holder 7, and the other is fixed with a figured washer 12 on the shaft flat.

Кривошипная шейка 8.1 эксцентрично размещается в цилиндрическом отверстии шунта, при этом ее длина выбрана из условия обеспечения перемещения шунта относительно постоянного магнита 4. (фиг. 2). При повороте вала вокруг своей оси кривошипная шейка, установленная в отверстии шунта с эксцентриситетом, поворачиваясь вместе со всем валом, приводит в возвратно-поступательное движение шунт в прямоугольном окне держателя 7. Вал поворачивается с помощью ручки оперирования 13 (фиг. 1 и фиг.5), установленной и закрепленной винтом 14 на валу в месте расположения на нем лысок. Более наглядно устройство перемещения шунта в вертикальном направлении изображено на фиг. 3 в разрезе, вид сбоку в разрезе изображен на фиг. 4. На фиг. 6 и фиг. 7 изображено верхнее положение шунта (вид спереди и вид сбоку соответственно).The crank neck 8.1 is eccentrically placed in the cylindrical hole of the shunt, while its length is selected from the condition of ensuring the movement of the shunt relative to the permanent magnet 4. (Fig. 2). When the shaft rotates around its axis, the crank neck, installed in the hole of the shunt with eccentricity, turning together with the entire shaft, reciprocates the shunt in the rectangular window of the holder 7. The shaft is rotated using the operating handle 13 (Fig. 1 and Fig. 5 ), installed and fixed with a screw 14 on the shaft at the location of the flats on it. More clearly, the device for moving the shunt in the vertical direction is shown in Fig. 3 in section, a side sectional view is shown in FIG. 4. In FIG. 6 and FIG. 7 shows the top position of the shunt (front view and side view, respectively).

В исходном состоянии шунт под действием кривошипной шейки 8.1, переведенный ручкой оперирования в верхнее положение, находится в крайнем верхнем положении. При этом между шунтом 6 и магнитопроводом с постоянным магнитом 4 имеет место максимальный воздушный зазор, препятствующий отводу через шунт 6 значительной части магнитного потока постоянного магнита 4. В то же время якорь 2 электромагнита находится в начальном положении, т. е. имеет место максимальный рабочий зазор между ним и полюсами сердечника 1, через который проходит часть магнитного потока постоянного магнита 4, не достаточного для срабатывания электромагнита. При кратковременной подаче напряжения на включающую обмотку 17 электромагнита в магнитной системе возбуждается магнитный поток от этой обмотки, направленный согласно с магнитным потоком постоянного магнита 4. Электромагнит срабатывает и замыкает главные контакты коммутационного аппарата, при этом за счет уменьшения рабочего зазора, а, следовательно, его магнитного сопротивления, резко возрастает магнитный поток постоянного магнита через рабочий зазор. Этот магнитный поток является достаточным для удержания якоря 2 в замкнутом положении при снятом напряжении с включающей обмотки 17.In the initial state, the shunt under the action of the crank neck 8.1, transferred by the operating handle to the upper position, is in the uppermost position. In this case, between the shunt 6 and the magnetic circuit with a permanent magnet 4, there is a maximum air gap that prevents the removal of a significant part of the magnetic flux of the permanent magnet 4 through the shunt 6. At the same time, the armature 2 of the electromagnet is in its initial position, i.e., there is a maximum working the gap between it and the poles of the core 1, through which part of the magnetic flux of the permanent magnet 4 passes, which is not sufficient to trigger the electromagnet. With a short-term voltage supply to the switching winding 17 of the electromagnet in the magnetic system, a magnetic flux is excited from this winding, directed in accordance with the magnetic flux of the permanent magnet 4. The electromagnet operates and closes the main contacts of the switching device, while reducing the working gap, and, consequently, its magnetic resistance, the magnetic flux of the permanent magnet through the working gap increases sharply. This magnetic flux is sufficient to keep the armature 2 in the closed position when the voltage is removed from the enabling winding 17.

Возврат якоря 2 электромагнита в исходное состояние и размыкание главных контактов осуществляется посредством отключающей обмотки 18, на которую кратковременно подается напряжение питания (управления). Обмотка 18 возбуждает в системе магнитный поток, направленный против магнитного потока постоянного магнита 4. Алгебраическая сумма магнитных потоков от постоянного магнита 4 и отключающей обмотки 18 становится меньше потока отпадания. Якорь 2 отпадает и возвращается в исходное состояние.The return of the armature 2 of the electromagnet to its original state and the opening of the main contacts is carried out by means of a disconnecting winding 18, to which the supply (control) voltage is briefly applied. The winding 18 excites in the system a magnetic flux directed against the magnetic flux of the permanent magnet 4. The algebraic sum of the magnetic fluxes from the permanent magnet 4 and the trip winding 18 becomes less than the drop-off flux. Anchor 2 falls off and returns to its original state.

При внезапной потере питания возврат якоря 2 в исходное состояние в заявляемом электромагните может осуществляться вручную, путем перевода шейки вала 8 в нижнее конечное положение посредством ручки оперирования 13. При этом шунт 6 перемещается в конечное нижнее положение под действием собственного веса и электромагнитной силы, образованной частью потока постоянного магнита 4 через шунт 6. Переход шунта 6 в конечное нижнее положение приводит к перераспределению магнитных потоков постоянного магнита 4 через рабочий зазор и конечный зазор между шунтом 6 и магнитопроводом в сторону уменьшения магнитного потока в рабочем зазоре. Это в конечном итоге приводит к уменьшению электромагнитной силы, удерживающей якорь 2 в замкнутом состоянии до ее значения меньше силы удержания. Якорь 2 возвращается в исходное положение. Шунт 6 также возвращается в исходное положение после снятия с ручки оперирования 13 руки оператора под действием пружины 11, установленной на валу 8. Предварительный взвод пружины осуществляется в результате поворота вала переводом ручки оперирования 13 из положения, соответствующего верхнему положению шунта, в положение, соответствующее нижнему положению шунта, за счет связи конца пружины с валом 8 посредством фигурной шайбы 12, установленной на лысках вала 8. Неподвижный конец пружины закреплен в отверстии держателя 7.In the event of a sudden loss of power, the return of the armature 2 to its original state in the inventive electromagnet can be carried out manually by transferring the neck of the shaft 8 to the lower end position using the operating handle 13. In this case, the shunt 6 moves to the final lower position under the action of its own weight and the electromagnetic force formed by the part the flow of permanent magnet 4 through the shunt 6. The transition of the shunt 6 to the final lower position leads to the redistribution of the magnetic fluxes of the permanent magnet 4 through the working gap and the final gap between the shunt 6 and the magnetic circuit in the direction of reducing the magnetic flux in the working gap. This ultimately leads to a decrease in the electromagnetic force holding the armature 2 in the closed state to a value less than the holding force. Anchor 2 returns to its original position. The shunt 6 also returns to its original position after the operator's hand is removed from the operating handle 13 under the action of the spring 11 mounted on the shaft 8. The spring is precharged by turning the shaft by moving the operating handle 13 from the position corresponding to the upper position of the shunt to the position corresponding to the lower position of the shunt, due to the connection of the end of the spring with the shaft 8 by means of a figured washer 12, mounted on the flats of the shaft 8. The fixed end of the spring is fixed in the hole of the holder 7.

Claims

Polarized electromagnetic drive, containing a magnetic circuit made of two cores placed in parallel in the housing, between which at least one permanent magnet is installed, turning on and off the windings located on the cores, a spring-loaded armature placed opposite the poles of the cores, and a ferromagnetic shunt installed above the permanent magnet, coaxially with it and with the possibility of reciprocating movement relative to the permanent magnet by means of a crankshaft with a crank neck mounted rotatably in a fixed holder, characterized in that the crankshaft neck of the crankshaft is eccentrically mounted in a through hole made in the shunt along its longitudinal axis perpendicular to the direction of its reciprocating motion, moreover, on one of the ends of the crankshaft, the end of the torsion spring is fixedly fixed, the other end of which is fixed on a fixed holder.