RU75251U1

RU75251U1 - ELECTROMAGNETIC DRIVE

Info

Publication number: RU75251U1
Application number: RU2007114928/22U
Authority: RU
Inventors: Борис Владимирович Клименко; Александр Михайлович Гречко; Александр Вячеславович Ересько
Original assignee: Борис Владимирович Клименко
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2008-07-27

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электромагнитным приводам различных устройств, и может быть использовано в электрических аппаратах, в частности, в вакуумных выключателях. Электромагнитный привод содержит магнитную систему, состоящую из неподвижной части магнитопровода, подвижной части, двух катушек и одного или более постоянных магнитов. Новым является то, что с обеих сторон подвижной части вдоль оси привода, установлены, по крайней мере, по одной пружине, один конец каждой из которых связан с упором, а второй связан с любым из элементов подвижной части, постоянные магниты и кольцеобразный выступ в средней части сердечника имеют разные осевые размеры, причем осевой размер постоянных магнитов меньше осевого размера кольцеобразного выступа в средней части сердечника. Технический результат - повышение быстродействия электромагнитного привода, а также уменьшение потребления энергии от внешнего источника питания при переходе подвижной части из одного устойчивого положения в другое. 1 ил.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to electromagnetic drives of various devices, and can be used in electrical apparatuses, in particular, in vacuum circuit breakers. An electromagnetic drive comprises a magnetic system consisting of a fixed part of a magnetic circuit, a moving part, two coils and one or more permanent magnets. What is new is that on both sides of the movable part along the axis of the actuator, at least one spring is installed, one end of each of which is connected with a stop, and the second is connected with any of the elements of the movable part, permanent magnets and an annular protrusion in the middle the core parts have different axial dimensions, the axial size of the permanent magnets being smaller than the axial size of the annular protrusion in the middle part of the core. The technical result is an increase in the speed of the electromagnetic drive, as well as a decrease in energy consumption from an external power source when moving the moving part from one stable position to another. 1 ill.

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электромагнитным приводам различных устройств, и может быть использовано в электрических аппаратах, в частности, в вакуумных выключателях.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to electromagnetic drives of various devices, and can be used in electrical apparatuses, in particular, in vacuum circuit breakers.

Известен электромагнитный привод с двухпозиционным электромагнитом, используемый в вакуумных выключателях высокого напряжения типа VM1 концерна ABB [1]. Двухпозиционный электромагнит привода имеет два устойчивых положения при обесточенных катушках и состоит из неподвижной части магнитопровода, подвижной части, двух катушек и постоянных магнитов. Подвижная часть магнитопровода - якорь представляет собой параллелепипед, изготовленный из магнитомягкого материала. Катушки расположены в пространстве параллельно друг другу на расстоянии, которое приблизительно равняется ширине поперечного сечения якоря, и имеют прямоугольные отверстия с размерами, которые приблизительно равняются ширине и глубине поперечного сечения якоря. Якорь находится внутри отверстия катушки, причем длина якоря меньше расстояния между противоположными перпендикулярными оси якоря поверхностями катушек на величину рабочего хода якоря. Неподвижная часть магнитопровода представляет собой пакет ферромагнитных пластин прямоугольной снаружи формы, толщина которого приблизительно равняется глубине поперечного сечения якоря. Пластины имеют отверстия прямоугольной формы и два прямоугольных выступа, которые направлены внутрь отверстия и расположены один напротив другого посередине отверстия. Выступы имеют ширину, которая приблизительно равняется расстоянию между ближними перпендикулярными оси якоря поверхностями Known electromagnetic drive with a two-position electromagnet used in high voltage vacuum circuit breakers type VM1 concern ABB [1]. The two-position drive electromagnet has two stable positions with de-energized coils and consists of a fixed part of the magnetic circuit, a moving part, two coils and permanent magnets. The moving part of the magnetic circuit - the anchor is a parallelepiped made of soft magnetic material. The coils are located in space parallel to each other at a distance that is approximately equal to the width of the cross section of the armature, and have rectangular openings with dimensions that approximately equal the width and depth of the cross section of the arm. The anchor is located inside the hole of the coil, and the length of the armature is less than the distance between the opposite surfaces of the coils perpendicular to the axis of the armature by the value of the armature stroke. The fixed part of the magnetic circuit is a package of ferromagnetic plates of rectangular outside shape, the thickness of which is approximately equal to the depth of the cross section of the armature. The plates have rectangular holes and two rectangular protrusions that are directed into the hole and are located opposite one another in the middle of the hole. The protrusions have a width that is approximately equal to the distance between the adjacent surfaces perpendicular to the axis of the anchor

катушек. Внутри отверстия пакета пластин расположены катушки и якорь, который свободно перемещается в отверстии катушек. На поверхностях выступов расположены высококоэрцитивные постоянные магниты, которые имеют форму параллелепипедов, ширина и глубина которых приблизительно равняются ширине выступа в отверстии неподвижной части магнитопровода и толщине пакета пластин неподвижной части магнитопровода. Толщина магнита выбрана таким образом, что он почти полностью заполняет промежуток между торцом выступа неподвижной части магнитопровода и боковой поверхностью якоря. В состав подвижной части электромагнита входит также немагнитный шток цилиндрической формы, который жестко скреплен с якорем, причем вертикальная ось якоря (в направлении его длины) и ось штока совпадают. На оси неподвижной части магнитопровода, совпадающей с осью якоря, расположены две втулки, в отверстиях которых перемещается шток, передающий движение якоря подвижным контактам вакуумных камер выключателя.coils. Inside the opening of the plate package, there are coils and an anchor that moves freely in the opening of the coils. On the surfaces of the protrusions are highly coercive permanent magnets that are parallelepipeds, the width and depth of which are approximately equal to the width of the protrusion in the hole of the fixed part of the magnetic circuit and the thickness of the plate pack of the fixed part of the magnetic circuit. The thickness of the magnet is chosen so that it almost completely fills the gap between the end face of the protrusion of the fixed part of the magnetic circuit and the side surface of the armature. The moving part of the electromagnet also includes a non-magnetic cylindrical rod, which is rigidly fastened to the anchor, with the vertical axis of the armature (in the direction of its length) and the axis of the rod coincide. On the axis of the fixed part of the magnetic circuit, coinciding with the axis of the armature, there are two bushings, in the holes of which the rod moves, transmitting the armature movement to the movable contacts of the circuit breaker vacuum chambers.

Недостатком такой конструкции электромагнита является относительно небольшая сила удержания подвижной части магнитопровода при обесточенных катушках, потому что сила удержания в каждом устойчивом положении создается лишь в одном зазоре и ограничивается величиной магнитной индукции насыщения материала магнитопровода, которая в современных магнитомягких материалах составляет приблизительно 2 Тл, а соответствующее такой индукции значение силы удержания составляет 16 кГ/см², что приводит к необходимости увеличения габаритов, массы и стоимости привода в устройствах, требующих создания больших усилий удержания, в частности, в вакуумных выключателях.The disadvantage of this design of the electromagnet is the relatively small holding force of the moving part of the magnetic circuit with de-energized coils, because the holding force in each stable position is created in only one gap and is limited by the magnitude of the magnetic induction of the saturation of the material of the magnetic circuit, which in modern magnetically soft materials is approximately 2 T, and the corresponding this induction retention force value of 16 kg / cm ^2, which leads to the need to increase the size, weight and ost drive in devices that require the creation of large retention efforts, particularly in the vacuum circuit.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является используемый в качестве привода вакуумного выключателя известный двухпозиционный электромагнит с двумя устойчивыми положениями при обесточенных катушках, содержащий магнитную систему, состоящую из неподвижной части магнитопровода, подвижной части, двух катушек и одного или более постоянных магнитов [2]. Неподвижная часть Closest to the proposed technical solution is a well-known on-off electromagnet used as a vacuum circuit breaker drive with two stable positions with de-energized coils containing a magnetic system consisting of a fixed part of the magnetic circuit, a moving part, two coils and one or more permanent magnets [2]. Fixed part

магнитопровода состоит из коаксиально расположенных деталей - цилиндрического сердечника с цилиндрическим отверстием и кольцеобразным выступом в средней части и кольцеобразного корпуса. Плоскости торцов сердечника и корпуса параллельны друг другу и перпендикулярны оси привода. Внутренний диаметр кольцеобразного корпуса превосходит внешний диаметр кольцеобразного выступа в средней части сердечника, а детали неподвижной части соединены между собой с помощью немагнитных деталей, частично заполняющих зазор между кольцеобразным выступом сердечника и корпусом. Катушки расположены между сердечником и корпусом с обеих сторон кольцеобразного выступа в средней части сердечника. Постоянные магниты расположены вне занятой немагнитными деталями части зазора между кольцеобразным выступом в средней части сердечника и корпусом. Подвижная часть состоит из немагнитного штока, а также двух коаксиальных со штоком дискообразных якорей. Осевой размер части штока, охватываемой отверстием в сердечнике при движении штока, превышает осевой размер неподвижной части магнитопровода на величину хода подвижной части. Плоские торцы дискообразных якорей закреплены на торцах части штока, охватываемой отверстием в сердечнике при движении штока. Срабатывание двухпозиционного электромагнита, то есть переход его подвижной части из одного устойчивого положения в другое, приводит к изменению коммутационного состояния объекта, например, вакуумного выключателя.the magnetic circuit consists of coaxially arranged parts - a cylindrical core with a cylindrical hole and an annular protrusion in the middle part and an annular body. The planes of the ends of the core and the housing are parallel to each other and perpendicular to the axis of the drive. The inner diameter of the ring-shaped body exceeds the outer diameter of the ring-shaped protrusion in the middle part of the core, and the parts of the fixed part are interconnected by non-magnetic parts, partially filling the gap between the ring-shaped protrusion of the core and the body. Coils are located between the core and the housing on both sides of the annular protrusion in the middle of the core. Permanent magnets are located outside the non-magnetic parts of the gap between the annular protrusion in the middle of the core and the housing. The moving part consists of a non-magnetic rod, as well as two disk-shaped anchors coaxial with the rod. The axial size of the part of the rod covered by the hole in the core during the movement of the rod exceeds the axial size of the fixed part of the magnetic circuit by the amount of travel of the moving part. The flat ends of the disk-shaped anchors are fixed at the ends of the part of the rod covered by an opening in the core during the movement of the rod. The operation of a two-position electromagnet, that is, the transition of its moving part from one stable position to another, leads to a change in the switching state of the object, for example, a vacuum circuit breaker.

Недостатком известной конструкции является большое потребление энергии от источника питания при переходе подвижной части электромагнита из одного устойчивого положения в другое, а также его относительно низкое быстродействие, поскольку для перемещения подвижной части требуется большая магнитодвижущая сила (МДС) катушки, а скорость нарастания МДС ограничивается значительной индуктивностью обмотки электромагнита.A disadvantage of the known design is the high energy consumption from the power source when moving the moving part of the electromagnet from one stable position to another, as well as its relatively low speed, since moving the moving part requires a large magnetomotive force (MDS) of the coil, and the slew rate of the MDS is limited by significant inductance electromagnet windings.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования электромагнитного привода, в котором за счет введения новых The basis of the invention is the task of improving the electromagnetic drive, in which due to the introduction of new

конструктивных элементов и установления иных связей между деталями, обеспечивается повышение быстродействия электромагнитного привода, а также уменьшение потребления энергии от внешнего источника питания при переходе подвижной части из одного устойчивого положения в другое.structural elements and the establishment of other relationships between the parts, provides an increase in the speed of the electromagnetic drive, as well as a decrease in energy consumption from an external power source when moving the moving part from one stable position to another.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в электромагнитном приводе, содержащем магнитную систему, состоящую из неподвижной части магнитопровода, подвижной части, двух катушек и одного или более постоянных магнитов, в которой неподвижная часть магнитопровода состоит из коаксиально расположенных деталей - цилиндрического сердечника с цилиндрическим отверстием и кольцеобразным выступом в средней части и кольцеобразного корпуса, при этом плоскости торцов цилиндрического сердечника и кольцеобразного корпуса параллельны друг другу и перпендикулярны оси привода, внутренний диаметр кольцеобразного корпуса превосходит внешний диаметр кольцеобразного выступа в средней части цилиндрического сердечника, детали неподвижной части магнитопровода соединены между собой с помощью немагнитных деталей, частично заполняющих зазор между кольцеобразным выступом в средней части цилиндрического сердечника и кольцеобразным корпусом, подвижная часть состоит из расположенного в отверстии сердечника немагнитного штока и двух коаксиальных со штоком дискообразных якорей, плоские торцы которых закреплены на торцах части штока, охватываемой отверстием в сердечнике при движении штока, причем осевой размер части штока, охватываемой отверстием в сердечнике при движении штока, превышает осевой размер неподвижной части магнитопровода на величину хода подвижной части, катушки расположены между цилиндрическим сердечником и кольцеобразным корпусом с обеих сторон кольцеобразного выступа в средней части цилиндрического сердечника, а постоянные магниты расположены вне занятой немагнитными деталями части зазора между кольцеобразным выступом в средней части цилиндрического сердечника и кольцеобразным корпусом, согласно изобретению, с обеих сторон подвижной части вдоль оси привода, The solution of this problem is achieved by the fact that in an electromagnetic drive containing a magnetic system consisting of a fixed part of the magnetic circuit, a moving part, two coils and one or more permanent magnets, in which the fixed part of the magnetic circuit consists of coaxially arranged parts - a cylindrical core with a cylindrical hole and an annular protrusion in the middle part and an annular body, while the planes of the ends of the cylindrical core and the annular body are parallel to each other yeah and perpendicular to the axis of the drive, the inner diameter of the ring-shaped body exceeds the outer diameter of the ring-shaped protrusion in the middle of the cylindrical core, the parts of the fixed part of the magnetic circuit are interconnected using non-magnetic parts, partially filling the gap between the ring-shaped protrusion in the middle of the cylindrical core and the ring-shaped body, consists of a non-magnetic rod located in the hole in the core and two disk-shaped anchors coaxial with the rod, pl the ends of which are fixed on the ends of the part of the rod covered by the hole in the core during the movement of the rod, and the axial size of the part of the rod covered by the hole in the core when the rod moves exceeds the axial size of the fixed part of the magnetic circuit by the magnitude of the stroke of the moving part, the coils are located between the cylindrical core and the ring-shaped housing on both sides of the annular protrusion in the middle of the cylindrical core, and the permanent magnets are located outside the non-magnetic parts of the gap part m forward annular ridge in the middle part of the cylindrical core and an annular body according to the invention, both sides of the movable portion along the drive axis,

установлены, по крайней мере, по одной пружине, один конец каждой из которых связан с упором, а второй связан с любым из элементов подвижной части, постоянные магниты и кольцеобразный выступ в средней части цилиндрического сердечника имеют разные осевые размеры, причем осевой размер постоянных магнитов меньше осевого размера кольцеобразного выступа в средней части цилиндрического сердечника.at least one spring is installed, one end of each of which is connected with a stop, and the second is connected with any of the elements of the moving part, the permanent magnets and the annular protrusion in the middle of the cylindrical core have different axial dimensions, and the axial size of the permanent magnets is smaller the axial size of the annular protrusion in the middle of the cylindrical core.

В результате использования заявляемого изобретения обеспечивается получение технического результата, заключающегося в повышении быстродействия электромагнитного привода, а также в уменьшении потребления энергии от внешнего источника питания при переходе подвижной части из одного устойчивого положения в другое.As a result of using the claimed invention, it is possible to obtain a technical result, which consists in increasing the speed of the electromagnetic drive, as well as in reducing energy consumption from an external power source when moving the moving part from one stable position to another.

Заявленные отличительные признаки заявляемого устройства позволяют уменьшить потребление энергии от внешнего источника питания, поскольку при переходе подвижной части из одного устойчивого положения в другое, высвобождается энергия, накопленная в одной из пружин, которая затем преобразуется в потенциальную энергию другой пружины, а внешний источник питания необходим лишь для покрытия потерь энергии, затрачиваемой на преодоление сил трения, джоулевых потерь, а также для обеспечения запаса энергии в случае, когда высвобождающаяся энергия одной из пружин меньше накапливаемой потенциальной энергии другой пружины. Особенность конструкции электромагнитного привода, при которой осевой размер постоянных магнитов меньше осевого размера кольцеобразного выступа в средней части цилиндрического сердечника, обеспечивает вытеснение магнитного потока в зазор вне постоянного магнита между кольцеобразным выступом в средней части сердечника и кольцеобразным корпусом при изменении направления тока в катушке, вследствие чего не требуется перемагничивания постоянного магнита при отключении привода, что приводит к уменьшению промежутка времени между моментом начала пропускания тока через катушки и моментом начала движения подвижной части, а значит, к повышению его быстродействия. В целом, отличительные признаки заявляемого устройства являются The claimed distinctive features of the claimed device can reduce energy consumption from an external power source, since when the moving part moves from one stable position to another, the energy stored in one of the springs is released, which is then converted into potential energy of the other spring, and an external power source is needed only to cover the loss of energy spent on overcoming the friction forces, Joule losses, as well as to ensure the supply of energy in the case when the released energy ogy one of the springs less accumulated potential energy of the other spring. The design feature of the electromagnetic drive, in which the axial size of the permanent magnets is smaller than the axial size of the ring-shaped protrusion in the middle part of the cylindrical core, allows the magnetic flux to be displaced into the gap outside the permanent magnet between the ring-shaped protrusion in the middle part of the core and the ring-shaped housing when the current direction in the coil changes, so that no magnetization reversal of the permanent magnet is required when the drive is switched off, which leads to a decrease in the time interval between the moments the volume of the beginning of the passage of current through the coils and the moment the beginning of the movement of the moving part, and therefore, to increase its speed. In General, the distinguishing features of the claimed device are

существенными и необходимыми для достижения нового технического результата.essential and necessary to achieve a new technical result.

По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна". По мнению заявителя, для специалиста в области конструирования электромагнитных приводов, преимущественно для электрических аппаратов, и, в частности, вакуумных выключателей, сущность заявляемого изобретения не следует явным образом из уровня техники, так как из него не выявляется совокупность существенных признаков и ее влияние на достигаемый технический результат, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "изобретательский уровень". Заявляемое устройство может быть неоднократно воспроизведено и использовано в электротехнической промышленности с получением ожидаемого технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость". Таким образом, заявляемый электромагнитный привод, является техническим решением, отвечающим всем условиям патентоспособности изобретения.According to the information available to the applicant, the set of essential features characterizing the essence of the claimed invention is not known from the prior art, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of "novelty." According to the applicant, for a specialist in the design of electromagnetic drives, mainly for electrical devices, and in particular vacuum circuit breakers, the essence of the claimed invention does not follow explicitly from the prior art, since it does not reveal a combination of essential features and its effect on the achieved technical result, which allows us to conclude that the claimed device meets the criterion of "inventive step". The inventive device can be repeatedly reproduced and used in the electrical industry to obtain the expected technical result, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of "industrial applicability". Thus, the claimed electromagnetic drive is a technical solution that meets all the conditions of patentability of the invention.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематически изображена профильная проекция (осевое сечение) предложенного электромагнитного привода.The invention is illustrated by the drawing, which schematically shows a profile projection (axial section) of the proposed electromagnetic drive.

На представленном чертеже предложенного электромагнитного привода обозначено: 1 - нижний упор, 2 - нижняя пружина, 3 - нижний дискообразный якорь; 4 - нижняя катушка, 5 - немагнитная деталь; 6 - постоянный магнит, 7 - кольцеобразный корпус, 8 - кольцеобразный выступ в средней части цилиндрического сердечника, 9 - верхняя катушка, 10 - верхний плоский торец кольцеобразного корпуса, 11 - цилиндрическое отверстие в цилиндрическом сердечнике, 12 - плоский торец верхнего дискообразного якоря, 13 - немагнитный шток, 14 - верхний дискообразный якорь, 15 - верхняя пружина, 16 - верхний упор, 17 - части штока, не On the drawing of the proposed electromagnetic drive indicated: 1 - lower emphasis, 2 - lower spring, 3 - lower disk-shaped anchor; 4 - lower coil, 5 - non-magnetic part; 6 - a permanent magnet, 7 - an annular body, 8 - an annular protrusion in the middle of a cylindrical core, 9 - an upper coil, 10 - an upper flat end face of an annular body, 11 - a cylindrical hole in a cylindrical core, 12 - a flat end face of an upper disk-shaped anchor, 13 - non-magnetic rod, 14 - upper disk-shaped anchor, 15 - upper spring, 16 - upper stop, 17 - rod parts, not

охватываемые цилиндрическим отверстием в цилиндрическом сердечнике при движении штока, 18 - верхний торец части штока, охватываемой цилиндрическим отверстием в цилиндрическом сердечнике при движении штока, 19 - верхний плоский торец цилиндрического сердечника, 20 - величина хода подвижной части, 21 - часть штока, охватываемая цилиндрическим отверстием в цилиндрическом сердечнике при движении штока, 22 - цилиндрический сердечник, 23 - нижний плоский торец кольцеобразного корпуса, 24 - ось привода, 25 - нижний плоский торец цилиндрического сердечника, 26 - нижний торец части штока, охватываемой цилиндрическим отверстием в цилиндрическом сердечнике при движении штока, 27 - плоский торец нижнего дискообразного якоря.covered by a cylindrical hole in the cylindrical core during the movement of the rod, 18 - the upper end of the rod, covered by the cylindrical hole in the cylindrical core during the movement of the rod, 19 - the upper flat end of the cylindrical core, 20 - the magnitude of the stroke of the movable part, 21 - the part of the rod covered by the cylindrical hole in the cylindrical core during the movement of the rod, 22 — the cylindrical core, 23 — the lower flat end face of the annular body, 24 — the drive axis, 25 — the lower flat end face of the cylindrical core and 26 - the bottom end of the stem, the male cylindrical bore in the cylinder with the rod movement 27 - a flat end face of the lower disc-shaped armature.

Электромагнитный привод содержит магнитную систему, состоящую из неподвижной части магнитопровода, подвижной части, двух катушек 4 и 9, а также постоянного магнита 6 (постоянных магнитов может быть несколько). Неподвижная часть магнитопровода содержит кольцеобразный корпус 7 и цилиндрический сердечник 22 с цилиндрическим отверстием 11 и кольцеобразным выступом 8 в средней части цилиндрического сердечника. Кольцеобразный корпус 7 и цилиндрический сердечник 22 являются коаксиальными с общей осью, являющейся осью 24 привода, и соединены друг с другом с помощью немагнитной детали 5 (немагнитных деталей может быть несколько). Немагнитные детали 5 частично заполняют зазор между кольцеобразным выступом 8 в средней части цилиндрического сердечника 22 и кольцеобразным корпусом 7. Верхний 19 и нижний 25 плоские торцы кольцеобразного сердечника, а также и верхний 10 и нижний 23 плоские торцы корпуса параллельны друг другу и перпендикулярны оси 24 привода, внутренний диаметр кольцеобразного корпуса 7 превосходит внешний диаметр кольцеобразного выступа 8 в средней части цилиндрического сердечника 22. Подвижная часть состоит из немагнитного штока 13, расположенного в цилиндрическом отверстии 11 в цилиндрическом сердечнике 22 и двух коаксиальных со штоком дискообразных якорей: нижнего 3 и верхнего 14, плоские торцы 12 и 27 The electromagnetic drive contains a magnetic system consisting of a fixed part of the magnetic circuit, a moving part, two coils 4 and 9, as well as a permanent magnet 6 (there can be several permanent magnets). The fixed part of the magnetic circuit contains an annular body 7 and a cylindrical core 22 with a cylindrical hole 11 and an annular protrusion 8 in the middle part of the cylindrical core. The annular body 7 and the cylindrical core 22 are coaxial with a common axis, which is the axis 24 of the drive, and are connected to each other using a non-magnetic part 5 (there may be several non-magnetic parts). Non-magnetic parts 5 partially fill the gap between the annular protrusion 8 in the middle of the cylindrical core 22 and the annular housing 7. The upper 19 and lower 25 flat ends of the annular core, as well as the upper 10 and lower 23 flat ends of the housing, are parallel to each other and perpendicular to the axis 24 of the drive , the inner diameter of the annular body 7 exceeds the outer diameter of the annular protrusion 8 in the middle part of the cylindrical core 22. The movable part consists of a non-magnetic rod 13 located in the cylinder hole 11 in the cylindrical core 22 and two coaxial with the rod disk-shaped anchors: lower 3 and upper 14, flat ends 12 and 27

которых закреплены соответственно на торцах 18 и 26 части 21 штока, охватываемой отверстием 11 в сердечнике 22 при движении штока 13. Осевой размер части 21 штока, охватываемой отверстием 11 сердечника при движении штока 13, превышает осевой размер неподвижной части магнитопровода на величину хода 20 подвижной части - например, расстояния между плоским торцом 12 верхнего дискообразного якоря 14 и верхним плоским торцом 10 кольцеобразного корпуса 7. Катушки 4 и 9 расположены между цилиндрическим сердечником 22 и кольцеобразным корпусом 7 с обеих сторон кольцеобразного выступа 8 в средней части сердечника 22. Постоянные магниты 6 расположены вне занятой немагнитными деталями 5 части зазора между кольцеобразным выступом 8 в средней части сердечника 22 и кольцеобразным корпусом 7. С обеих сторон подвижной части вдоль оси 24 привода, установлены, по крайней мере, по одной пружине: нижней 2 и верхней 15, один конец каждой из которых связан с соответствующим упором: нижняя пружина - с нижним упором 1, а верхняя пружина 15 - с верхним упором 16, а второй конец связан с любым из элементов подвижной части, например, с одним из дискообразных якорей: нижним 3 или верхним 14, или с частями 17 штока, не охватываемыми цилиндрическим отверстием 11 в цилиндрическом сердечнике 22 при движении штока 13. Осевой размер постоянных магнитов 6 меньше осевого размера кольцеобразного выступа 8 в средней части цилиндрического сердечника 22. При этом осевые размеры постоянных магнитов 6 и кольцеобразного выступа 8 в средней части цилиндрического сердечника 22 для каждого конкретного исполнения электромагнитного привода определяются путем расчетов.which are fixed respectively at the ends 18 and 26 of the rod part 21, covered by the hole 11 in the core 22 when the rod 13 moves. The axial size of the rod part 21, covered by the core hole 11 when the rod 13 moves, exceeds the axial size of the fixed part of the magnetic circuit by the amount of stroke 20 of the movable part - for example, the distance between the flat end 12 of the upper disk-shaped armature 14 and the upper flat end 10 of the ring-shaped housing 7. Coils 4 and 9 are located between the cylindrical core 22 and the ring-shaped housing 7 on both sides to at least a lobiform protrusion 8 in the middle of the core 22. Permanent magnets 6 are located outside the portion of the gap between the annular protrusion 8 in the middle of the core 22 and the ring-shaped housing 7. At least two of the movable parts along the drive axis 24 are installed one spring each: lower 2 and upper 15, one end of each of which is connected with the corresponding stop: the lower spring - with the lower stop 1, and the upper spring 15 - with the upper stop 16, and the second end is connected with any of the elements of the moving part, for example er, with one of the disk-shaped anchors: lower 3 or upper 14, or with rod parts 17 not covered by the cylindrical hole 11 in the cylindrical core 22 when the rod 13 is moving. The axial size of the permanent magnets 6 is smaller than the axial size of the ring-shaped protrusion 8 in the middle of the cylindrical core 22. In this case, the axial dimensions of the permanent magnets 6 and the annular protrusion 8 in the middle part of the cylindrical core 22 for each specific embodiment of the electromagnetic drive are determined by calculation.

Предложенный электромагнитный привод на примере его использования в вакуумном выключателе работает следующим образом.The proposed electromagnetic drive on the example of its use in a vacuum circuit breaker operates as follows.

В конструкции вакуумного выключателя имеется ряд элементов, создающих противодействие движению подвижных частей привода. Среди этих элементов находятся и пружины (контактные, возвратные и пр.), которые мы будем рассматривать как часть электромагнитного привода, The design of the vacuum circuit breaker has a number of elements that create resistance to the movement of the moving parts of the drive. Among these elements are springs (contact, return, etc.), which we will consider as part of the electromagnetic drive,

представленную нижней пружиной 2, с одной стороны связанной с нижним упором 1, а с другой стороны - связанной с каким-либо из элементов подвижной части, например, с частями 17 штока, не охватываемыми коаксиальным цилиндрическим отверстием 11 в цилиндрическом сердечнике 22 при движении штока 13.represented by the lower spring 2, on the one hand connected with the lower stop 1, and on the other hand, connected with any of the elements of the moving part, for example, with the rod parts 17 not covered by the coaxial cylindrical hole 11 in the cylindrical core 22 when the rod 13 moves .

В отключенном положении привода (вакуумный выключатель также находится в положении «отключено») нижняя 4 и верхняя 9 катушки обесточены, нижняя пружина 2 находится в отпущенном состоянии, а верхняя пружина 15 - в сжатом состоянии. Постоянные магниты 6, намагниченные в радиальном направлении, создают поляризующие магнитные потоки, один из которых проходит через нижний плоский торец 25 цилиндрического сердечника 22, нижний дискообразный якорь 3 и нижний плоский торец 23 кольцеобразного корпуса 7, а другой - через верхний плоский торец 19 цилиндрического сердечника 22, верхний дискообразный якорь 14 и верхний плоский торец 10 кольцеобразного корпуса 7. Значение поляризующего магнитного потока, проходящего через нижний дискообразный якорь 3, намного превосходит значение поляризующего магнитного потока, проходящего через верхний дискообразный якорь 14. Поэтому электромагнитная сила, притягивающая дискообразный якорь 3 к цилиндрическому сердечнику 22 и кольцеобразному корпусу 7 со стороны нижних плоских торцов 25 и 23 соответственно цилиндрического сердечника 22 и кольцеобразного корпуса 7, намного превосходит силу, притягивающую верхний дискообразный якорь 14 к цилиндрическому сердечнику 22 и кольцеобразному корпусу 7 со стороны верхних плоских торцов 19 и 10 соответственно цилиндрического сердечника 22 и кольцеобразного корпуса 7. Таким образом, нижний дискообразный якорь 3 надежно удерживается на нижних торцах 25 и 23 соответственно сердечника 22 и корпуса 7 и, воздействуя на немагнитный шток 13 через торец 26 его части 21, охватываемой коаксиальным цилиндрическим отверстием 11 в цилиндрическом сердечнике 22, удерживает в сжатом положении верхнюю пружину 15, которая с одной In the off position of the drive (the vacuum switch is also in the “off” position), the lower 4 and upper 9 coils are de-energized, the lower spring 2 is in the released state, and the upper spring 15 is in a compressed state. Permanent magnets 6, magnetized in the radial direction, create polarizing magnetic fluxes, one of which passes through the lower flat end face 25 of the cylindrical core 22, the lower disk-shaped anchor 3 and the lower flat end face 23 of the ring-shaped housing 7, and the other through the upper flat end face 19 of the cylindrical core 22, the upper disk-shaped anchor 14 and the upper flat end face 10 of the ring-shaped body 7. The value of the polarizing magnetic flux passing through the lower disk-shaped anchor 3 far exceeds the field value creeping magnetic flux passing through the upper disk-shaped anchor 14. Therefore, the electromagnetic force attracting the disk-shaped anchor 3 to the cylindrical core 22 and the ring-shaped body 7 from the side of the lower flat ends 25 and 23 of the cylindrical core 22 and the ring-shaped body 7, far exceeds the force attracting the upper disk-shaped anchor 14 to the cylindrical core 22 and the annular body 7 from the side of the upper flat ends 19 and 10, respectively, of the cylindrical core 22 and the annular different casing 7. Thus, the lower disk-shaped anchor 3 is securely held at the lower ends 25 and 23 of the core 22 and the housing 7, respectively, and, acting on the non-magnetic rod 13 through the end 26 of its part 21, covered by a coaxial cylindrical hole 11 in the cylindrical core 22, holds in the compressed position, the upper spring 15, which with one

стороны связана с верхним упором 16, а с другой стороны связана с одной из деталей подвижной части, например, с частью 17 штока, не охваченной коаксиальным отверстием 11 в цилиндрическом сердечнике 22 при движении штока 13.the side is connected with the upper stop 16, and on the other hand it is connected with one of the parts of the moving part, for example, with the rod part 17 not covered by the coaxial hole 11 in the cylindrical core 22 during the movement of the rod 13.

Для перевода электромагнитного привода (и вакуумного выключателя) в положение «включено» система управления приводом (на чертеже не показана) должна обеспечить подключение катушек 4 и 9 электромагнитного привода к внешнему источнику питания (на чертеже не показан) таким образом, чтобы через нижнюю катушку 4 протекал относительно небольшой ток, а через верхнюю катушку 9 значительно больший ток с таким направлением (оба тока должны иметь одинаковое направление), чтобы магнитный поток, создаваемый нижней катушкой 4, был направлен против поляризующего магнитного потока в нижнем дискообразном якоре 3, вытесняя магнитный поток из нижнего дискообразного якоря 3 в зазор между кольцеобразным выступом 8 цилиндрического сердечника 22 и кольцеобразным корпусом 7 вне постоянного магнита 6, а магнитный поток, создаваемый верхней катушкой 9, был направлен согласно с поляризующим магнитным потоком в верхнем дискообразным якоре 14. При указанном соотношении направлений поляризующих магнитных потоков и магнитных потоков, создаваемых катушками 4 и 9, сила притяжения дискообразного якоря 3 к нижним торцам 25 и 23 соответственно цилиндрического сердечника 22 и кольцеобразного корпуса 7 ослабевает и в тот момент, когда указанная сила становится меньше силы сжатия верхней пружины 15, начинается движение подвижной системы - уменьшается зазор между плоским торцом 12 верхнего дискообразного якоря 14 и плоскими верхними торцами 19 и 10 соответственно цилиндрического сердечника 22 и кольцеобразного корпуса 7. При этом увеличивается зазор между плоским торцом 27 нижнего дискообразного якоря 3 и плоскими нижними торцами 25 и 23 соответственно цилиндрического сердечника 22 и кольцеобразного корпуса 7. Ускорению движения подвижной части способствует электромагнитная сила, возникающая в результате намагничивания верхнего To transfer the electromagnetic drive (and the vacuum circuit breaker) to the “on” position, the drive control system (not shown in the drawing) must ensure that the coils 4 and 9 of the electromagnetic drive are connected to an external power source (not shown in the drawing) so that through the lower coil 4 a relatively small current flowed, and through the upper coil 9 a much larger current with such a direction (both currents should have the same direction) so that the magnetic flux generated by the lower coil 4 was directed against the polar generating magnetic flux in the lower disk-shaped anchor 3, displacing the magnetic flux from the lower disk-shaped anchor 3 into the gap between the annular protrusion 8 of the cylindrical core 22 and the ring-shaped body 7 outside the permanent magnet 6, and the magnetic flux generated by the upper coil 9 was directed according to the polarizing magnetic the flow in the upper disk-shaped anchor 14. With the indicated ratio of the directions of the polarizing magnetic fluxes and the magnetic flux generated by the coils 4 and 9, the attractive force of the disk-shaped armature 3 to neither the ends of the cylindrical core 22 and the annular body 7, respectively, weakens and at the moment when the indicated force becomes less than the compression force of the upper spring 15, the movement of the mobile system begins - the gap between the flat end 12 of the upper disk-shaped armature 14 and the flat upper ends 19 and 10, respectively, of the cylindrical core 22 and the ring-shaped body 7. In this case, the gap between the flat end 27 of the lower disk-shaped armature 3 and the flat lower ends 25 and 23, respectively, increases drica core 22 and the ring-shaped body 7. The acceleration of the movement of the moving part contributes to the electromagnetic force resulting from the magnetization of the upper

дискообразного якоря 14 поляризующим магнитным потоком и магнитным потоком, создаваемым верхней катушкой 9. Указанная сила увеличивается по мере уменьшения зазора между плоским верхним торцом 12 дискообразного якоря 14 и плоскими верхними торцами 19 и 10 соответственно цилиндрического сердечника 22 и кольцеобразного корпуса 7. По мере движения подвижной системы, сила сжатия верхней пружины 15 ослабевает, в результате чего потенциальная энергия, накопленная в ней, уменьшается, а сжатие нижней пружины 2 наоборот усиливается, в результате чего потенциальная энергия, накопленная в ней, возрастает.После завершения движения подвижной системы, когда плоский торец 12 верхнего дискообразного якоря 14 упирается в торцы 19 и 10 соответственно цилиндрического сердечника 22 и кольцеобразного корпуса 7, катушки 4 и 9 отключаются системой управления приводом. При этом верхний якорь 14 будет надежно удерживается на торцах 19 и 10 соответственно цилиндрического сердечника 22 кольцеобразного корпуса 7 и, воздействуя на немагнитный шток 13 через плоский торец 18 его части 21, охватываемой цилиндрическим отверстием 11 в цилиндрическом сердечнике 22, будет удерживать в сжатом положении нижнюю пружину 2, которая с одной стороны связана с нижним упором 1, а с другой стороны - с одной из деталей подвижной части, например, с частью 17 штока 13, не охватываемой коаксиальным цилиндрическим отверстием 11 в цилиндрическом сердечнике 22. При этом электромагнитный привод (и вакуумный выключатель) будет оставаться в положении «включено».the disk-shaped anchor 14 with a polarizing magnetic flux and the magnetic flux generated by the upper coil 9. This force increases as the gap between the flat upper end 12 of the disk-shaped anchor 14 and the flat upper ends 19 and 10 of the cylindrical core 22 and the ring-shaped body 7 respectively. As the movable moves system, the compression force of the upper spring 15 is weakened, as a result of which the potential energy accumulated in it decreases, and the compression of the lower spring 2, on the contrary, increases, as a result of which entsialnaya energy stored therein vozrastaet.Posle mobile system movement is complete, when the planar end face 12 of the upper disc-shaped armature 14 abuts against the end faces 19 and 10 respectively of the cylindrical core 22 and annular body 7, the coil 4 and 9 are switched off drive control system. In this case, the upper armature 14 will be securely held at the ends 19 and 10 of the cylindrical core 22 of the ring-shaped housing 7, respectively, and acting on the non-magnetic rod 13 through the flat end 18 of its part 21, covered by the cylindrical hole 11 in the cylindrical core 22, will hold the lower position in a compressed position a spring 2, which, on the one hand, is connected with the lower stop 1, and on the other hand, with one of the parts of the movable part, for example, with the part 17 of the rod 13, which is not covered by the coaxial cylindrical hole 11 in the cylindrical core 22. At the same time, the electromagnetic drive (and vacuum switch) will remain in the “on” position.

Благодаря тому, что движение подвижной части электромагнитного привода при включении вакуумного выключателя обеспечивается не только за счет электромагнитной силы, возникающей в результате намагничивания верхнего якоря 14 поляризующим магнитным потоком и магнитным потоком, создаваемым верхней катушкой 9, а и за счет сил, возникающих в результате высвобождения потенциальной энергии, накопленной в верхней пружине 15, существенно повышается быстродействие привода и уменьшается потребление приводом энергии от внешнего источника Due to the fact that the movement of the movable part of the electromagnetic drive when the vacuum circuit breaker is turned on is ensured not only due to the electromagnetic force resulting from the magnetization of the upper armature 14 by the polarizing magnetic flux and magnetic flux generated by the upper coil 9, but also due to the forces resulting from the release potential energy stored in the upper spring 15, significantly increases the speed of the drive and reduces the consumption of drive energy from an external source

питания, которая необходима лишь для покрытия потерь энергии, затрачиваемой на преодоление сил трения, джоулевых потерь в обмотках катушек, а также для обеспечения запаса энергии в случае, когда высвобождающаяся энергия верхней пружины 15 меньше накапливаемой потенциальной энергии нижней пружины 2.power supply, which is necessary only to cover the loss of energy spent on overcoming friction forces, Joule losses in the coil windings, as well as to provide energy reserve in the case when the released energy of the upper spring 15 is less than the stored potential energy of the lower spring 2.

Вытеснение поляризующего магнитного потока из нижнего дискообразного якоря 3 в зазор между кольцеобразным выступом 8 в средней части цилиндрического сердечника 22 и кольцеобразным корпусом 7 в части, не занятой постоянными магнитами 6, при переводе электромагнитного привода (и вакуумного выключателя) из положения «отключено» в положение «включено», благодаря особенности конструкции привода, при которой осевой размер постоянных магнитов 6 меньше осевого размера кольцеобразного выступа 8 в средней части сердечника 22, не требуется перемагничивания постоянных магнитов, что приводит к уменьшению промежутка времени между моментом начала пропускания тока через катушки 4, 9 и моментом начала движения подвижной части, а значит, к повышению быстродействия привода.The displacement of the polarizing magnetic flux from the lower disk-shaped armature 3 into the gap between the ring-shaped protrusion 8 in the middle part of the cylindrical core 22 and the ring-shaped body 7 in the part not occupied by permanent magnets 6, when the electromagnetic drive (and vacuum circuit breaker) is switched from the “off” position “On”, due to the design of the drive, in which the axial size of the permanent magnets 6 is less than the axial size of the annular protrusion 8 in the middle of the core 22, no magnetization is required permanent magnet, which leads to a decrease in the time interval between the moment of the beginning of the passage of current through the coils 4, 9 and the moment of the beginning of the movement of the moving part, and therefore, to increase the speed of the drive.

Для перевода электромагнитного привода (и вакуумного выключателя) из положения «включено» в положение «отключено» через катушки 4 и 9 магнитной системы необходимо кратковременно пропустить ток противоположного направления, вследствие чего подвижная система перемещается в исходное положение, чему способствует накопленная в нижней пружине 2 потенциальная энергия и благодаря чему повышается быстродействие привода также и при отключении.To transfer the electromagnetic drive (and the vacuum circuit breaker) from the “on” position to the “off” position through the coils 4 and 9 of the magnetic system, it is necessary to briefly pass the current in the opposite direction, as a result of which the movable system moves to its original position, which is facilitated by the potential accumulated in the lower spring 2 energy and thereby increases the speed of the drive even when disconnected.

Таким образом, заявленный электромагнитный привод при его использовании позволяет обеспечить повышение быстродействия и уменьшение потребления энергии от внешнего источника питания, как при его включении, так и при отключении.Thus, the claimed electromagnetic drive, when used, allows to increase the speed and reduce energy consumption from an external power source, both when it is turned on and when it is turned off.

По данному изобретению изготовлен опытный образец, который прошел испытания, подтвердившие его работоспособность и получение ожидаемого технического результата и положительного эффекта - According to this invention, a prototype is made, which has been tested, confirming its performance and obtaining the expected technical result and positive effect -

повышения быстродействия и уменьшения потребления энергии от внешнего источника питания.increase speed and reduce energy consumption from an external power source.

Предложенный электромагнитный привод может найти применение в вакуумных выключателях и других электрических аппаратах.The proposed electromagnetic drive can find application in vacuum circuit breakers and other electrical devices.

Источники информации.Information sources.

1. VM1. Vakuum-Leistungsschalter mit Magnetantrieb / Каталог ABB Calor Emag Mittelspannung GmbH - ABB Sace T.M.S. S.p.A1. VM1. Vakuum-Leistungsschalter mit Magnetantrieb / Catalog ABB Calor Emag Mittelspannung GmbH - ABB Sace T.M.S. S.p.A

2. Патент RU №2276421 C1, МПК Н01F 7/08, H01F 7/16, заявл. 06.12.2004, опубл. 10.05.2006, Бюл. №13 (прототип).2. Patent RU No. 2276421 C1, IPC H01F 7/08, H01F 7/16, decl. 12/06/2004, publ. 05/10/2006, Bull. No. 13 (prototype).

Claims

An electromagnetic drive comprising a magnetic system consisting of a fixed part of a magnetic circuit, a moving part, two coils and one or more permanent magnets, in which a fixed part of a magnetic circuit consists of coaxially arranged parts — a cylindrical core with a cylindrical hole and an annular protrusion in the middle part and an annular body while the planes of the ends of the cylindrical core and the ring-shaped body are parallel to each other and perpendicular to the axis of the drive, inner diameter tr of the ring-shaped body exceeds the outer diameter of the ring-shaped protrusion in the middle part of the cylindrical core, the parts of the fixed part of the magnetic circuit are interconnected by non-magnetic parts, partially filling the gap between the ring-shaped protrusion in the middle of the cylindrical core and the ring-shaped body, the movable part consists of a nonmagnetic located in the hole of the core rod and two disc-shaped anchors coaxial with the rod, the flat ends of which are fixed to the ends of the stem part covered by the hole in the core during the movement of the rod, and the axial size of the part of the rod covered by the hole in the core during the movement of the rod exceeds the axial size of the fixed part of the magnetic circuit by the stroke of the moving part, the coils are located between the cylindrical core and the ring-shaped body on both sides of the ring-shaped protrusion in the middle parts of the cylindrical core, and permanent magnets are located outside the part of the gap between the annular protrusion in the middle part of the cylinder occupied by non-magnetic parts a core and an annular body, characterized in that at least one spring is installed on both sides of the movable part along the drive axis, one end of each of which is connected with an abutment, and the second is connected with any of the elements of the movable part, permanent magnets and the annular protrusion in the middle of the cylindrical core has different axial dimensions, the axial size of the permanent magnets being smaller than the axial size of the annular protrusion in the middle of the cylindrical core.