RU50712U1

RU50712U1 - ELECTROMAGNET

Info

Publication number: RU50712U1
Application number: RU2005103922/22U
Authority: RU
Inventors: Евгений Петрович Чепаксин; Александр Николаевич Афанасьев
Original assignee: ОАО "Завод "ЭЛЕКТРОПРИБОР"
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2006-01-20

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для изготовления электромагнитных нейтральных реле, предназначенных для преобразования электрической энергии в механическую энергию в различных устройствах: слаботочных нейтральных реле; контакторах; дистанционных выключателях, переключателях и т.д.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used for the manufacture of electromagnetic neutral relays designed to convert electrical energy into mechanical energy in various devices: low-current neutral relays; contactors; remote switches, switches, etc.

Техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной моделью является уменьшение габаритов и веса за счет нового взаимного расположения конструктивных элементов, а также уменьшение перегрева обмоток путем улучшения теплового рассеяния в сердечниках. Техническим результатом является также увеличение крутящего момента, создаваемого электромагнитом и, как следствие, увеличение рабочего усилия..The technical result achieved by the claimed utility model is to reduce the dimensions and weight due to the new mutual arrangement of structural elements, as well as to reduce the overheating of the windings by improving thermal dissipation in the cores. The technical result is also an increase in the torque created by the electromagnet and, as a result, an increase in the working force.

Этот технический результат достигается тем, что в электромагните, содержащем параллельно установленные на основании сердечники с обмотками и полюсными наконечниками L-образной формы, отделенными немагнитным зазором друг от друга, а также симметричный поворотный якорь, сердечники с обмотками и полюсными наконечниками L-образной формы объединены в модули, представляющие собой несколько сердечников с обмотками и наконечниками, параллельно установленных на основании друг под другом, причем, в каждом модуле обмотки сердечников соединены с возможностью суммирования магнитных потоков, создаваемых ими в сердечниках, а часть каждого наконечника расположена в промежутке между двумя соседними параллельно установленными модулями параллельно оси сердечника с возможностью взаимодействия с частью установленного также между модулями якоря, находящейся по одну сторону от оси якоря, перпендикулярной оси сердечников, при этом части наконечников сердечников двух соседних модулей, расположенные между этими модулями, направлены встречно друг другу, а в первом и последнем модуле сердечники магнитно соединены.This technical result is achieved by the fact that in an electromagnet containing parallel cores on the base with windings and L-shaped pole pieces separated by a non-magnetic gap from each other, as well as a symmetrical rotary armature, cores with windings and L-shaped pole pieces combined into modules, which are several cores with windings and lugs, parallel mounted on the base one below the other, moreover, in each module the core windings are connected to the ability to summarize the magnetic fluxes generated by them in the cores, and a part of each tip is located between two adjacent parallel-mounted modules parallel to the axis of the core with the ability to interact with a part of the armature also installed between the modules, located on one side of the axis of the armature perpendicular to the axis of the cores, this part of the core tips of two adjacent modules located between these modules are directed opposite each other, and in the first and last module echniki magnetically connected.

Для создания более легкой конструкции, якорь может быть выполнен в виде двух пластин, соединенных сверху и снизу перемычками, в которых выполнено отверстие под ось.To create a lighter structure, the anchor can be made in the form of two plates connected by jumpers at the top and bottom, in which a hole for the axis is made.

Для обеспечения кратковременной работы или для увеличения рабочего усилия на наконечниках электромагнита в межобмоточном пространстве могут быть размещены постоянные магниты с возможностью магнитной связи с полюсными наконечниками двух соседних модулей и создания в каждом модуле на полюсных наконечниках магнитных потенциалов противоположного знака.In order to ensure short-term operation or to increase the working force, permanent magnets can be placed on the tips of the electromagnet in the inter-winding space with the possibility of magnetic coupling with the pole tips of two adjacent modules and the creation of opposite potential magnetic potentials on the pole tips of the magnet.

Description

Известны конструкции и магнитные схемы одно и двух катушечных нейтральных реле (В.З.Ройзен «Электромагнитные малогабаритные реле», Энергоатомиздат, 1986, г. Ленинград, рис. 1-1; 1-2; 1-4 стр. 8-14).Known designs and magnetic circuits of one and two coil neutral relays (V.Z. Roisen "Electromagnetic small-sized relays", Energoatomizdat, 1986, Leningrad, Fig. 1-1; 1-2; 1-4 p. 8-14) .

При этом из всех выпускаемых реле наименьшей мощностью срабатывания обладает 2-х катушечное реле типа РЭС 59 (РЭК 90) 0,015 Вт при коммутируемом токе 1А.At the same time, of all the relays produced, the least coil power has a 2-coil relay of type RES 59 (REC 90) of 0.015 W with a switched current of 1A.

Создание аналогичного реле с уменьшением массы и габарита и с сохранением или улучшением параметров срабатывания и коммутируемой мощности остается актуальной задачей для применения во всех областях техники.The creation of a similar relay with a decrease in mass and size and with the preservation or improvement of response parameters and switching power remains an urgent task for use in all areas of technology.

Основным и главным признаком описываемых схем, содержащих симметричный уравновешенный якорь, является, как правило, цельнометаллический якорь установленный с возможностью вращения и проводящий перпендикулярно оси вращения магнитный поток от полюса к полюсу.The main and main feature of the described circuits containing a symmetrical balanced armature is, as a rule, an all-metal armature mounted with the possibility of rotation and conducting magnetic flux perpendicular to the axis of rotation from pole to pole.

Наиболее близким к заявляемому реле является электромагнит с уравновешенным якорем - реле (см. М.И.Витенберг "Расчет электромагнитных реле", Энергия, 1975, г. Ленинград, стр.23 - 27, рис. 1-7), которое состоит из двух круглых сердечников с обмотками, электрически соединенных между собой с помощью перемычки, установленных на стойке. С противоположной соединению перемычкой стороны сердечников установлены L-образные полюсные наконечники, а также уравновешенный якорь поворотного типа с возможностью взаимодействия с полюсными наконечниками, при этом плоскость якоря проходит через продольную ось симметрии катушек.Closest to the claimed relay is an electromagnet with a balanced armature - a relay (see M.I. Vitenberg "Calculation of electromagnetic relays", Energy, 1975, Leningrad, pp. 23 - 27, Fig. 1-7), which consists of two round cores with windings electrically connected to each other by means of a jumper mounted on a rack. With the opposite jumper connection of the side of the cores, L-shaped pole pieces are installed, as well as a balanced rotary type armature with the ability to interact with the pole pieces, while the plane of the armature passes through the longitudinal axis of symmetry of the coils.

Такое реле обладает следующими недостатками. Имеет достаточно большие габариты, из-за относительно большого размера обмоток, который необходим для развития определенного механического усилия на якоре, что затрудняет их использование в устройствах, где объем для размещения таких реле ограниченSuch a relay has the following disadvantages. It has a fairly large size, due to the relatively large size of the windings, which is necessary for the development of a certain mechanical force at the anchor, which complicates their use in devices where the volume for placing such relays is limited

Техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной моделью является уменьшение габаритов и веса за счет нового взаимного расположения конструктивных элементов, а также уменьшение перегрева обмоток путем улучшения теплового рассеяния The technical result achieved by the claimed utility model is to reduce the dimensions and weight due to the new mutual arrangement of structural elements, as well as reduce overheating of the windings by improving thermal dissipation

в сердечниках. Техническим результатом является также увеличение крутящего момента, создаваемого электромагнитом и, как следствие, увеличение рабочего усилия..in the cores. The technical result is also an increase in the torque created by the electromagnet and, as a result, an increase in the working force.

Этот технический результат достигается тем, что в электромагните, содержащем параллельно установленные на основании сердечники с обмотками и полюсными наконечниками L-образной формы, отделенными немагнитным зазором друг от друга, а также симметричный поворотный якорь, сердечники с обмотками и полюсньми наконечниками L-образной формы объединены в модули, представляющие собой несколько сердечников с обмотками и наконечниками, параллельно установленных на основании друг под другом, причем, в каждом модуле обмотки сердечников соединены с возможностью суммирования магнитных потоков, создаваемых ими в сердечниках, а часть каждого наконечника расположена в промежутке между двумя соседними параллельно установленными модулями параллельно оси сердечника с возможностью взаимодействия с частью установленного также между модулями якоря, находящейся по одну сторону от оси якоря, перпендикулярной оси сердечников, при этом части наконечников сердечников двух соседних модулей, расположенные между этими модулями, направлены встречно друг другу, а в первом и последнем модуле сердечники магнитно соединены.This technical result is achieved by the fact that in an electromagnet containing parallel cores on the base with windings and L-shaped pole pieces separated by a non-magnetic gap from each other, as well as a symmetrical rotary armature, cores with windings and L-shaped pole pieces combined into modules, which are several cores with windings and lugs, parallel mounted on the base one below the other, moreover, in each module the core windings are connected to the ability to summarize the magnetic fluxes generated by them in the cores, and a part of each tip is located between two adjacent parallel-mounted modules parallel to the axis of the core with the ability to interact with a part of the armature also installed between the modules, located on one side of the axis of the armature perpendicular to the axis of the cores, this part of the core tips of two adjacent modules located between these modules are directed opposite each other, and in the first and last module echniki magnetically connected.

На рис. 1 изображен заявляемый электромагнит.In fig. 1 shows the inventive electromagnet.

На рис. 2 - полюсные наконечники двух модулей, установленные на основании.In fig. 2 - pole tips of two modules mounted on the base.

На рис. 3 - схематично представлены возможные варианты выполнения устройства с тремя и более модулями, с двумя и более якорями.In fig. 3 - schematically presents possible embodiments of a device with three or more modules, with two or more anchors.

На рис. 4 электромагнит с постоянными магнитами.In fig. 4 electromagnet with permanent magnets.

На рисунках изображены следующие узлы и элементы:The following nodes and elements are shown in the figures:

На рис.1, 2: 1, 2, 3, 4 - попарно соединенные сердечники. 1 и 2 образуют один модуль, 3, 4 - другой.In Fig. 1, 2: 1, 2, 3, 4 - pairwise connected cores. 1 and 2 form one module, 3, 4 - another.

На полюсных наконечниках 1, 2, 3, 4 установлены сердечники 7, 8, 9, 10. Наконечники установлены на основании 5, сверху может быть расположена накладка 6.Cores 7, 8, 9, 10 are installed on the pole lugs 1, 2, 3, 4. The lugs are mounted on the base 5, and an overlay 6 can be located on top.

Наконечники 7 и 8 разделены немагнитным зазором, в котором может быть установлена пластина 11 из немагнитного материала. Так же разделены и наконечники 9,10.Tips 7 and 8 are separated by a non-magnetic gap in which a plate 11 of non-magnetic material can be installed. The tips 9,10 are also divided.

Части наконечников L-образной формы, расположены в межобмоточном пространстве, образуя плоскости для взаимодействия с частью поворотного якоря 12, находящейся по одну сторону от оси якоря, перпендикулярной оси сердечников установленном также в межобмоточном пространстве на оси 13, перпендикулярной оси сердечников. Сердечники 1 и 2 одного модуля соединены перемычками 19, установленными на концах сердечников, противоположных концам, на которых установлены наконечники.The parts of the L-shaped tips are located in the inter-winding space, forming planes for interaction with the part of the rotary armature 12, located on one side of the axis of the armature perpendicular to the axis of the cores, also installed in the inter-winding space on the axis 13, perpendicular to the axis of the cores. The cores 1 and 2 of one module are connected by jumpers 19 installed at the ends of the cores opposite to the ends on which the tips are mounted.

Якорь 12 может быть выполнен из двух параллельных пластин 14, 15, соединенных сверху и снизу перемычками 16,17, в которых выполнены отверстия под ось 13. Возвратная пружина 18 позволяет вернуть якорь в нерабочее положение.Anchor 12 can be made of two parallel plates 14, 15, connected at the top and bottom by jumpers 16.17, in which holes are made under the axis 13. The return spring 18 allows you to return the anchor to an inoperative position.

На рис. 3(а) представлена схема (вид сверху) одного модуля заявляемого электромагнита, 3(6) - одного промежуточного модуля заявляемого электромагнита 3 (в, г, д) - с тремя и более модулями (1,2,3,4...), с двумя и более якорями (5,6,7,8). В этом случае пары модулей электромагнита образованы каждьм модулем с последующим модулем, а якоря установлены в каждом промежутке между модулями пары. Сердечники первого и последнего модуля магнитно соединены между собой, например, перемычками из магнитного материала, как это представлено на рис. 1, а сердечники средних модулей имеют наконечники L-образной формы с обеих сторон.In fig. 3 (a) shows a diagram (top view) of one module of the inventive electromagnet, 3 (6) - one intermediate module of the inventive electromagnet 3 (c, d, d) - with three or more modules (1,2,3,4 ... ), with two or more anchors (5,6,7,8). In this case, pairs of electromagnet modules are formed by each module with a subsequent module, and anchors are installed in each gap between the modules of the pair. The cores of the first and last module are magnetically interconnected, for example, by jumpers of magnetic material, as shown in Fig. 1, and the cores of the middle modules have L-shaped tips on both sides.

На рис. 4 (а, б) представлен заявляемый электромагнит, на частях полюсных наконечников двух соседних модулей, расположенных в межмодульном пространстве установлены постоянные магниты, каждый из которых представляет собой пластину, магнитно соединенную с наконечниками. Полюса магнитов, установленные на полюсных наконечниках создают магнитные потенциалы, противоположные по знаку. В этом случае ось якоря выполнена состоящей из верхней и нижней частей, одна из которых закреплена с возможностью вращения на основании 5, а другая - на накладке 6In fig. 4 (a, b) shows the inventive electromagnet, permanent magnet magnets are installed on the parts of the pole pieces of two adjacent modules located in the intermodule space, each of which is a plate magnetically connected to the tips. The poles of magnets mounted on the pole pieces create magnetic potentials that are opposite in sign. In this case, the axis of the anchor is made up of upper and lower parts, one of which is rotatably fixed on the base 5, and the other on the pad 6

Заявляемый электромагнит работает следующим образом. При подаче электрического тока на обмотки электромагнита в каждом из полюсных наконечников 1, 2, 3, 4 (рис. 1) создаются магнитные потоки, которые в модуле суммируются. При этом в зависимости от необходимости создания того или иного по величине и направлению магнитного потока обмотки одного модуля могут быть соединены последовательно, параллельно, или встречно-параллельно. Следствием таких соединений является изменение сопротивления обмоток электромагнита, что влияет на величину потребляемой мощности. Магнитно-движущая сила, создаваемая обмотками модуля в сердечниках The inventive electromagnet operates as follows. When an electric current is applied to the electromagnet windings, magnetic fluxes are created in each of the pole lugs 1, 2, 3, 4 (Fig. 1), which are summed in the module. Moreover, depending on the need to create one or another in magnitude and direction of the magnetic flux, the windings of one module can be connected in series, in parallel, or counter-parallel. The consequence of such connections is a change in the resistance of the electromagnet windings, which affects the amount of power consumption. Magnetically driving force generated by module windings in the cores

притягивает магнитную часть якоря, замыкая магнитный поток модуля через немагнитный зазор между наконечниками. При этом одна часть якоря, расположенная по одну сторону его оси притягивается к наконечникам одного модуля, а другая - к наконечникам другого модуля. Якорь проводит магнитный поток параллельно оси вращения. Каждый модуль создает половину крутящего момента якоря, суммарный крутящий момент складывается из усилий, создаваемых двумя модулями. Попарно каждые две обмотки модуля при пропускании по ним тока образуют магнитный модуль, с контуром, состоящим из 2-х сердечников, полюсных наконечников и пластины якоря (или части якоря) При этом в магнитный контур крайних модулей входят перемычки, соединяющие их сердечники. Каждый из этих потоков воздействует на одну половину якоря. Магнитные потоки в сердечниках суммируются. Якорь (якоря) поворачиваются.attracts the magnetic part of the armature, closing the magnetic flux of the module through the non-magnetic gap between the tips. In this case, one part of the anchor located on one side of its axis is attracted to the tips of one module, and the other to the tips of another module. An anchor conducts magnetic flux parallel to the axis of rotation. Each module creates half the torque of the armature, the total torque is the sum of the forces created by the two modules. In pairs, each two module windings, when current is passed through them, form a magnetic module, with a circuit consisting of 2 cores, pole lugs and an armature plate (or part of the armature). In this case, jumpers connecting their cores enter the magnetic circuit of the end modules. Each of these flows acts on one half of the anchor. Magnetic fluxes in the cores are added up. Anchor (s) rotate.

При последовательном соединении обмоток при заданном напряжении ток срабатывания минимален. Такие устройства обладают повышенной чувствительностью и могут быть использованы, например, при управлении от электронных схем. А при параллельном соединении электромагнит обладает большой мощностью, что позволит использовать его для развития больших усилий.When the windings are connected in series at a given voltage, the operating current is minimal. Such devices have increased sensitivity and can be used, for example, when controlling from electronic circuits. And with a parallel connection, the electromagnet has great power, which will allow it to be used to develop great efforts.

При использовании постоянных магнитов (рис. 4) за счет создания дополнительной магнитно-движущей силы увеличивается полезное усилие, а также появляется возможность создания первоначального усилия притяжения якоря без дальнейшей подачи напряжения на обмотки. При этом для последующего отключения электромагнита на обмотки подают напряжение противоположного по сравнению с первоначальным знака.When using permanent magnets (Fig. 4), due to the creation of an additional magneto-driving force, the effective force increases, and it is also possible to create the initial force of attraction of the armature without further applying voltage to the windings. At the same time, for the subsequent shutdown of the electromagnet, voltage of the opposite sign is applied to the windings.

За счет увеличения количества сердечников и обмоток увеличивается суммарная наружная площадь обмоток, суммарная площадь поверхности сердечников, что способствует улучшению условий рассеивания тепла от электромагнита, охлаждению его.Due to the increase in the number of cores and windings, the total external area of the windings, the total surface area of the cores increases, which helps to improve the conditions of heat dissipation from the electromagnet, its cooling.

Количество якорей в заявляемом электромагните не ограничено конструктивно, а только ограничено эффективностью соотношения развиваемого суммарного крутящего момента на якорях и потребляемой энергией обмоток.The number of anchors in the inventive electromagnet is not structurally limited, but only limited by the efficiency of the ratio of the developed total torque at the anchors and the energy consumption of the windings.

Применение заявляемой полезной модели в конструкциях слаботочных реле, практическое значение имеют одно-, двух- и трех-якорные схемы, при этом каждый якорь управляет замыканием-размыканием своей пары контактовThe use of the claimed utility model in the design of low-current relays, one-, two- and three-anchor circuits are of practical importance, with each armature controlling the closure-opening of its pair of contacts

Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет организовать производство широкой номенклатуры изделий с использованием однотипных, унифицированных элементов.Thus, the claimed utility model allows to organize the production of a wide range of products using the same type, unified elements.

По сравнению с известными электромагнитами заявляемый электромагнит имеет наиболее плотную упаковку всех элементов в объеме реле; отсутствуют пустоты в зонах якоря и полюсных наконечников, что в конечном итоге приводит к значительному снижению массы электромагнитов.Compared with the known electromagnets, the inventive electromagnet has the most dense packaging of all elements in the relay volume; there are no voids in the zones of the armature and pole pieces, which ultimately leads to a significant reduction in the mass of electromagnets.

В случае выполнения якоря, как это представлено на рис. 2 пластины якоря, проводящие магнитный поток, обладают крайне малым сопротивлением из-за малого размера рабочего участка, при этом значительно уменьшаются потоки рассеяния. Довольно большая длина якоря - длина соизмерима с длиной сердечника, позволяет увеличить крутящий момент, создаваемый электромагнитом.In the case of the execution of the anchor, as shown in Fig. The 2 armature plates conducting magnetic flux have extremely low resistance due to the small size of the working section, while the scattering fluxes are significantly reduced. A rather large length of the armature - the length is commensurate with the length of the core, allows you to increase the torque created by the electromagnet.

Выполнение якоря как на рис.2 позволяет уменьшить массу якоря, что значительно улучшает устойчивость реле к воздействию механических факторов (вибрации, ударов), повышается быстродействие электромагнита - скорость срабатывания, а так же улучшаются условия гашения колебаний якоря при срабатывании (дребезг контактов).The execution of the armature as in Fig. 2 allows to reduce the weight of the armature, which significantly improves the resistance of the relay to mechanical factors (vibration, shock), the speed of the electromagnet increases - the response speed, and the damping conditions of the armature during operation (contact bounce) are also improved.

Материал оси вращения не связан с маркой магнитного материала якоря. В абсолютном большинстве современных реле оси вращения якоря (цапфы) обтачиваются из заготовок электротехнического материала подвергающегося в последующем глубокому термическому отжигу и обладают очень плохой износоустойчивостью. В предлагаемой конструкции осью является отдельная деталь без ограничений по марке и состоянию материала. К тому же, пластины якоря обладают малыми размерами и не требуют механической обработки, поэтому могут изготавливаться из дорогостоящих и труднообрабатываемых сплавов типа пермендюр или супермендюр, например марки 49К2ФА обладающим наилучшими магнитными свойствами.The material of the axis of rotation is not associated with the brand of magnetic material of the anchor. In the vast majority of modern relays, the axis of rotation of the armature (trunnion) are machined from billets of electrical material subjected to subsequent deep thermal annealing and have very poor wear resistance. In the proposed design, the axis is a separate part without restrictions on the grade and condition of the material. In addition, the anchor plates are small and do not require mechanical treatment, therefore, they can be made of expensive and difficult to process alloys such as permendur or supermendur, for example, grade 49K2FA with the best magnetic properties.

Claims

1. An electromagnet containing parallel-mounted cores on the base with windings and L-shaped pole pieces separated by a non-magnetic gap from each other, as well as a symmetrical swivel armature, characterized in that the cores with L-shaped windings and pole pieces are combined into modules , representing several cores with windings and lugs, parallel mounted on the base under each other, and in each module the core windings are connected with the possibility of summation agnitic flows created by them in the cores, and a part of each tip is located between two adjacent parallel mounted modules, parallel to the axis of the core with the possibility of interaction with the part of the anchor also installed between the modules, located on one side of the axis of the armature perpendicular to the axis of the cores, the parts of the core tips of two adjacent modules located between these two modules are directed opposite each other, and in the first and last module the cores are connected to the possibility of magnetic interaction.

2. The electromagnet of claim 1, characterized in that the anchor is made in the form of two plates connected by jumpers at the top and bottom, in which a hole for the axis is made.

3. The electromagnet of claim 1, characterized in that on the parts of the lugs located in the gap between adjacent parallel mounted modules are placed permanent magnets with the possibility of magnetic coupling with the pole lugs of two adjacent modules and creating in each module on the pole lugs the magnetic potentials of the opposite sign.