RU86037U1

RU86037U1 - ELECTROMAGNETIC DRIVE

Info

Publication number: RU86037U1
Application number: RU2009100362/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Захаров; Сергей Михайлович Молин; Юрий Николаевич Наймушин; Алексей Сергеевич Пустовалов; Александр Иванович Ульянов
Original assignee: Владимир Анатольевич Захаров; Сергей Михайлович Молин; Юрий Николаевич Наймушин; Алексей Сергеевич Пустовалов; Александр Иванович Ульянов
Priority date: 2009-01-11
Filing date: 2009-01-11
Publication date: 2009-08-20

Abstract

1. Электромагнитный привод, содержащий корпус из магнитного материала с коаксиально расположенными в нем сердечником из магнитного материала и катушкой, установленной между корпусом и сердечником, постоянный магнит с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, установленный между корпусом и сердечником со стороны, противоположной катушке, шток, установленный в сердечнике с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода и подпружиненный вдоль оси в направлении от постоянного магнита к катушке, и якорь из магнитного материала, установленный на штоке со стороны катушки, отличающийся тем, что размер постоянного магнита в направлении оси привода выбран равным расстоянию между катушкой и торцами корпуса и сердечника со стороны магнита. ! 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен фланцем для крепления корпуса и сердечника со стороны магнита. ! 3. Привод по п.2, отличающийся тем, что фланец выполнен из магнитного материала. ! 4. Привод по п.3, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен немагнитной прокладкой, установленной между фланцем и торцами корпуса и сердечника. ! 5. Привод по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен вторым якорем из магнитного материала, установленным на штоке со стороны постоянного магнита, причем расстояние между поверхностями якорей со стороны торцов корпуса и сердечника превышает высоту последних на величину рабочего хода привода. 1. An electromagnetic drive comprising a housing of magnetic material with a core made of magnetic material coaxially located therein and a coil installed between the housing and the core, a permanent magnet with a magnetization perpendicular to the axis of the drive installed between the housing and the core from the side opposite to the coil, a rod, mounted in the core with the possibility of linear movement along the axis of the drive and spring-loaded along the axis in the direction from the permanent magnet to the coil, and the armature of magnetic material Mounted on the rod from the coil, characterized in that the size of the permanent magnet in the direction of the drive axis is selected equal to the distance between the coil and the ends of the housing and core by a magnet. ! 2. The drive according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with a flange for mounting the housing and the core from the side of the magnet. ! 3. The drive according to claim 2, characterized in that the flange is made of magnetic material. ! 4. The drive according to claim 3, characterized in that it is additionally equipped with a non-magnetic gasket installed between the flange and the ends of the housing and core. ! 5. The drive according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with a second anchor of magnetic material mounted on the rod from the side of the permanent magnet, and the distance between the surfaces of the anchors from the side of the ends of the housing and core exceeds the height of the latter by the magnitude of the actuator's travel.

Description

Полезная модель относится к области электромагнитных приводов с - якорями, удерживаемыми в конечном положении с помощью постоянного магнита, и может быть применена, например, для привода выключателей с подпружиненными контактами.The invention relates to the field of electromagnetic drives with - anchors held in an end position by means of a permanent magnet, and can be used, for example, to drive switches with spring-loaded contacts.

Известен электромагнитный привод [1], содержащий корпус из магнитного материала, коаксиально расположенный в нем сердечник из магнитного материала, постоянный магнит с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, установленный между корпусом и сердечником, катушки, установленные в корпусе, шток, установленный в сердечнике с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода, и два якоря из магнитного материала, установленных на концах штока с зазором между торцами якорей, превышающим размер сердечника в направлении оси привода на величину рабочего хода последнего.Known electromagnetic drive [1], comprising a housing made of magnetic material, a core made of magnetic material coaxially located therein, a permanent magnet with a magnetization perpendicular to the axis of the drive installed between the housing and the core, coils mounted in the housing, a rod installed in the core with the possibility linear movement along the axis of the drive, and two anchors of magnetic material mounted on the ends of the rod with a gap between the ends of the anchors exceeding the size of the core in the direction of the axis of the drive by the magnitude of the working stroke of the latter.

Недостатком известного устройства является сложность изготовления корпуса и установки в него деталей, а также малая удельная сила удержания якорей в крайних положениях из-за небольшой, в сравнении с диаметром корпуса, площади магнитного контакта якорей и сердечника.A disadvantage of the known device is the complexity of the manufacture of the housing and the installation of parts in it, as well as the low specific force holding the anchors in extreme positions due to the small, in comparison with the diameter of the housing, magnetic contact area of the anchors and the core.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является электромагнитный привод [2]. Он содержит магнитопровод, состоящий из корпуса и коаксиально расположенного в нем сердечника с выступом в сторону корпуса, выполненным с одной стороны сердечника. Между выступом сердечника и корпусом расположен постоянный магнит с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, причем размер магнита в направлении оси привода выполнен меньшим размера выступа в том же направлении. Между корпусом и сердечником с противоположной от его выступа стороны расположена катушка. Корпус и сердечник соединены между собой фланцем со стороны постоянного магнита. В сердечнике установлен шток с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода, подпружиненный в направлении от магнита к катушке, а на штоке со стороны катушки установлен якорь из магнитного материала.The closest technical solution (prototype) is an electromagnetic drive [2]. It contains a magnetic circuit consisting of a housing and a core coaxially located in it with a protrusion towards the housing, made on one side of the core. Between the protrusion of the core and the housing there is a permanent magnet with a magnetization perpendicular to the axis of the drive, and the size of the magnet in the direction of the axis of the drive is made smaller than the size of the protrusion in the same direction. A coil is located between the body and the core on the side opposite from its protrusion. The housing and the core are interconnected by a flange on the side of the permanent magnet. A rod with linear displacement along the axis of the drive is installed in the core, spring-loaded in the direction from the magnet to the coil, and an anchor made of magnetic material is installed on the rod from the side of the coil.

Недостатками устройства-прототипа являются: сложность сборки привода, обусловленная необходимостью задания нужного положения вдоль оси привода и закрепления постоянного магнита между катушкой и фланцем; низкая сила удержания якоря во включенном положении (когда ток в катушке выключен) из-за рассеяния потока постоянного магнита в зазоре между магнитом и катушкой; большие габариты привода по высоте за счет зазоров между магнитом и катушкой, магнитом и фланцем, а также за счет толщины последнего.The disadvantages of the prototype device are: the complexity of the drive assembly, due to the need to set the desired position along the axis of the drive and secure the permanent magnet between the coil and the flange; low force holding the armature in the on position (when the current in the coil is turned off) due to scattering of the flux of the permanent magnet in the gap between the magnet and the coil; large dimensions of the drive in height due to gaps between the magnet and the coil, magnet and flange, as well as due to the thickness of the latter.

Предлагаемая полезная модель направлена на повышение силы удержания якоря во включенном положении, упрощение устройства и снижение его габаритов по высоте.The proposed utility model is aimed at increasing the force holding the anchor in the on position, simplifying the device and reducing its height.

Указанный технический результат достигается тем, что в электромагнитном приводе, содержащем корпус из магнитного материала с коаксиально расположенными в нем сердечником из магнитного материала и катушкой, установленной между корпусом и сердечником, постоянный магнит с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, установленный между корпусом и сердечником со стороны, противоположной катушке, шток, установленный в сердечнике с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода и подпружиненный вдоль оси в направлении от постоянного магнита к катушке, и якорь из магнитного материала, установленный на штоке со стороны катушки, согласно предлагаемой полезной модели, размер постоянного магнита в направлении оси привода выбран равным расстоянию между катушкой и торцами корпуса и сердечника со стороны магнита.The specified technical result is achieved in that in an electromagnetic drive comprising a housing of magnetic material with a core made of magnetic material coaxially located therein and a coil installed between the housing and the core, a permanent magnet with a magnetization perpendicular to the axis of the drive mounted between the housing and the core on the side opposite to the coil, a rod installed in the core with the possibility of linear movement along the axis of the drive and spring-loaded along the axis in the direction from standing Nogo magnet to the coil, and an armature from magnetic material, mounted on the rod from the coil, according to the proposed utility model, the size of the permanent magnet in the direction of the drive axis is selected equal to the distance between the coil and the ends of the housing and core by a magnet.

Кроме того, привод дополнительно снабжен фланцем для крепления корпуса и сердечника со стороны магнита, который может быть выполнен из магнитного материала. Привод может быть дополнительно снабжен немагнитной прокладкой, установленной между фланцем и торцами корпуса и сердечника, а также вторым якорем из магнитного материала, установленным на штоке со стороны постоянного магнита, причем расстояние между поверхностями якорей со стороны торцов корпуса и сердечника превышает высоту последних на величину рабочего хода привода.In addition, the drive is additionally equipped with a flange for mounting the housing and the core on the side of the magnet, which can be made of magnetic material. The drive can be additionally equipped with a non-magnetic gasket installed between the flange and the ends of the housing and the core, as well as a second armature of magnetic material mounted on the rod from the side of the permanent magnet, and the distance between the surfaces of the anchors from the ends of the housing and the core exceeds the height of the latter by the size of the working drive stroke.

Выбор размера постоянного магнита в направлении оси привода равным расстоянию между катушкой и торцами корпуса и сердечника со стороны магнита позволяет сократить, при прочих равных условиях, габариты привода по высоте. Это также упрощает устройство за счет упрощения сборки привода. Кроме того, при приближении магнита к якорю увеличивается сила удержания последнего во включенном состоянии привода. При этом не происходит размагничивания магнита при подаче тока в катушку на отключение привода, поскольку благодаря применению подпружиненного штока отрыв якоря от корпуса и сердечника происходит еще до того, как магнитный поток в цепи «корпус-магнит-сердечник-якорь» станет равным нулю.The choice of the size of the permanent magnet in the direction of the axis of the drive equal to the distance between the coil and the ends of the housing and the core on the side of the magnet can reduce, ceteris paribus, the dimensions of the drive in height. It also simplifies the device by simplifying the assembly of the drive. In addition, as the magnet approaches the anchor, the retention force of the latter in the on state of the drive increases. In this case, the magnet does not demagnetize when current is supplied to the coil to turn off the drive, because due to the use of a spring-loaded rod, the armature is detached from the body and core even before the magnetic flux in the body-magnet-core-armature circuit becomes zero.

Применение в приводе фланца для крепления корпуса и сердечника со стороны магнита позволяет упростить сборку деталей привода, а выполнение фланца из магнитного материала дает возможность снизить ампервитки (число витков катушки, умноженное на ток) выключения привода за счет перераспределения магнитного потока магнита между якорем и фланцем. Введение немагнитной прокладки между фланцем и торцами корпуса и сердечника дает возможность регулировать указанное перераспределение магнитных потоков магнита (соотношение между силой удержания якоря, с одной стороны, и ампервитками выключения, с другой стороны). Применение второго якоря из магнитного материала, установленного на штоке со стороны постоянного магнита на расстоянии от первого якоря, превышающем высоту (размер вдоль оси привода на величину рабочего хода последнего) корпуса и сердечника, позволяет обеспечить фиксацию штока в исходном (отключенном) состоянии при частичном подпружинивании штока (когда подпружинивание имеет место только во включенном состоянии привода и на некоторой части рабочего хода привода в начале отключения, например, за счет пружин поджатия контактов выключателей или контакторов).The use of a flange in the drive for mounting the housing and the core on the magnet side simplifies the assembly of the drive parts, and the flange made of magnetic material makes it possible to reduce the amperage (the number of coil turns times the current) turning the drive off by redistributing the magnetic flux of the magnet between the armature and the flange. The introduction of a non-magnetic gasket between the flange and the ends of the housing and the core makes it possible to control the indicated redistribution of the magnetic fluxes of the magnet (the ratio between the holding force of the armature, on the one hand, and off-time amputes, on the other hand). The use of a second armature made of magnetic material mounted on the rod from the side of the permanent magnet at a distance from the first armature exceeding the height (size along the drive axis by the working stroke of the latter) of the body and core allows the rod to be fixed in its initial (disconnected) state with partial springing rod (when springing takes place only in the on state of the drive and on some part of the stroke of the drive at the start of shutdown, for example, they will turn off the contact preload springs Leu or contactors).

Полезная модель поясняется фигурами, где на фиг.1 показан общий вид электромагнитного привода в разрезе, на фиг.2 - привод с фланцем из магнитного материала, на фиг.3 - привод с дополнительным якорем.The utility model is illustrated by figures, in which Fig. 1 shows a general sectional view of an electromagnetic drive, in Fig. 2, a drive with a flange of magnetic material, and Fig. 3, a drive with an additional armature.

Электромагнитный привод содержит корпус 1 (фиг.1-3) из магнитного материала и коаксиально расположенный в нем сердечник 2 из магнитного материала. В зазоре между корпусом и сердечником со стороны одного из их торцов (снизу на фиг.1-3) установлен постоянный магнит 3 с намагниченностью, перпендикулярной оси привода, а с другой стороны - катушка 4. При этом размер магнита в направлении оси привода выбран равным расстоянию между катушкой и торцами корпуса и сердечника со стороны магнита. Корпус 1 и сердечник 2 (фиг.1, 3) могут быть соединены между собой с помощью шпилек, установленных в радиальном направлении между секциями магнита 3, либо путем заливки деталей высыхающим или твердеющим немагнитным составом (на фигурах не показаны).The electromagnetic drive comprises a housing 1 (Figs. 1-3) of magnetic material and a core 2 of magnetic material coaxially located therein. In the gap between the housing and the core from the side of one of their ends (bottom in FIGS. 1-3), a permanent magnet 3 is installed with a magnetization perpendicular to the axis of the drive, and on the other hand, a coil 4. The size of the magnet in the direction of the axis of the drive is chosen equal to the distance between the coil and the ends of the housing and the core from the magnet. The housing 1 and the core 2 (Figs. 1, 3) can be interconnected using studs installed in the radial direction between the sections of the magnet 3, or by pouring parts with a drying or hardening non-magnetic composition (not shown in the figures).

В сердечнике 2 с возможностью линейного перемещения вдоль оси привода установлен шток 5, подпружиненный в направлении от магнита к катушке (направление подпружинивания на фиг.1-3 показано стрелкой). На штоке со стороны катушки установлен якорь 6 из магнитного материала. Привод может быть снабжен фланцем 7 (фиг.2) для крепления корпуса и сердечника. При выполнении фланца из магнитного материала может быть применена немагнитная прокладка 8 между фланцем и корпусом с сердечником. На штоке привода со стороны постоянного магнита может быть дополнительно установлен второй якорь 9 (фиг.3) из магнитного материала, причем расстояние между поверхностями якорей со стороны торцов корпуса и сердечника превышает высоту последних на величину рабочего хода 5 привода.In the core 2, with the possibility of linear movement along the axis of the actuator, a rod 5 is installed, spring-loaded in the direction from the magnet to the coil (the direction of springing in Figs. 1-3 is shown by an arrow). An anchor 6 of magnetic material is mounted on the rod from the side of the coil. The drive may be equipped with a flange 7 (figure 2) for mounting the housing and the core. When the flange is made of magnetic material, a non-magnetic gasket 8 can be used between the flange and the core body. A second armature 9 (Fig. 3) of magnetic material can be additionally mounted on the actuator rod on the side of the permanent magnet, and the distance between the surfaces of the anchors on the side of the ends of the housing and the core exceeds the height of the latter by the magnitude of the actuator stroke 5.

Устройство работает следующим образом. В исходном (отключенном) состоянии привода подпружиненный шток 5 (фиг.1, 2) с якорем 6 находится в верхнем положении, фиксируемый упором (на фигуре не показан). Сила подпружинивания штока выбрана большей, чем сила притяжения якоря постоянным магнитом 3 при заданном воздушном зазоре (рабочем ходе якоря) δ между торцами якоря 6, корпуса 1 и сердечника 2. Для включения привода в катушку 4 подается ток такого направления, чтобы создаваемое катушкой магнитное поле в зазоре между якорем 6, корпусом 1 и сердечником 2 совпадало с магнитным полем от магнита 3. При заданной величине тока (тока включения) сила притяжения якоря становится больше силы подпружинивания и шток с якорем перемещаются вниз до соприкосновения якоря с корпусом и сердечником. При выключении тока шток 5 с якорем 6 остаются во включенном положении за счет превышения силой притяжения магнита силы подпружинивания штока.The device operates as follows. In the initial (disabled) state of the actuator, the spring-loaded stem 5 (Fig. 1, 2) with the armature 6 is in the upper position, fixed by a stop (not shown in the figure). The spring force of the rod is selected greater than the force of attraction of the armature with a permanent magnet 3 for a given air gap (working armature) δ between the ends of the armature 6, body 1 and core 2. To turn on the drive, a current is applied to the coil 4 so that the magnetic field generated by the coil in the gap between the armature 6, the housing 1 and the core 2 coincided with the magnetic field from the magnet 3. At a given value of the current (turn-on current), the force of attraction of the armature becomes greater than the spring force and the rod with the armature moves down to touch Anchors with hull and core. When the current is turned off, the rod 5 with the armature 6 remains in the on position due to the excess of the magnet's pulling force against the spring force of the rod.

Для приведения привода в исходное (выключенное) состояние в катушку 4 (фиг.1, 2) подается ток обратного, по сравнению с первоначальным, направления. При этом магнитное поле катушки 4 в зоне контакта якоря 6 с корпусом 1 и сердечником 2 направлено встречно по отношению к магнитному полю магнита 3, в результате чего при определенном токе (ампервитках) выключения подпружиненный шток 5 с якорем 6 перемещаются в исходное (верхнее) положение.To bring the drive to its initial (off) state, a reverse current is supplied to the coil 4 (Figs. 1, 2), in comparison with the initial direction. In this case, the magnetic field of the coil 4 in the contact zone of the armature 6 with the housing 1 and the core 2 is directed opposite to the magnetic field of the magnet 3, as a result of which, at a certain turn-off current (ampere turns), the spring-loaded rod 5 with the armature 6 moves to its original (upper) position .

При использовании соединительного фланца 7 (фиг.2), выполненного из магнитного материала, имеется возможность регулирования силы удержания якоря 6 во включенном положении и величины ампервитков выключения катушки за счет выбора геометрических параметров фланца (толщины и диаметра), а также за счет введения прокладки 8 и подбора ее толщины.When using a connecting flange 7 (figure 2) made of magnetic material, it is possible to control the holding force of the armature 6 in the on position and the magnitude of the turn-off ampervitises of the coil by choosing the geometrical parameters of the flange (thickness and diameter), as well as by introducing a gasket 8 and selection of its thickness.

Применение дополнительного якоря 9 из магнитного материала (фиг.3), установленного на штоке 5, позволяет обеспечить фиксацию штока в исходном (отключенном) состоянии в устройствах (выключателях, контакторах и т.п.), в которых подпружинивание штока, связанного с подвижным контактом, осуществляется лишь на части рабочего хода штока (после замыкания контактов при включении и до размыкания контактов при выключении привода). В этом случае дополнительный якорь 9 выполняет роль возвратной пружины, приводящей шток 5 в исходное (верхнее на фиг.3) состояние и обеспечивающей фиксацию его в этом положении. Сила удержания штока с якорями в исходном положении может регулироваться за счет выбора толщины и диаметра дополнительного якоря, а также за счет введения немагнитной прокладки необходимой толщины между ним и корпусом с сердечником. При подаче в катушку 4 тока включения привода магнитное поле катушки в зоне контакта дополнительного якоря 9 с корпусом 1 и сердечником 2 направлено встречно по отношению к магнитному полю магнита 3, в результате чего сила притяжения первого якоря 6 становится больше силы удержания якоря 9 и шток с якорями начинает перемещаться во включенное положение (вниз на фиг.3).The use of an additional armature 9 made of magnetic material (Fig. 3) mounted on the rod 5 allows the rod to be fixed in its initial (disconnected) state in devices (switches, contactors, etc.) in which the spring of the rod associated with the movable contact , is carried out only on part of the stroke of the stem (after closing the contacts when turning on and before opening the contacts when turning off the drive). In this case, the additional anchor 9 acts as a return spring, bringing the rod 5 to its original (upper figure 3) state and securing it in this position. The holding force of the rod with the anchors in the initial position can be adjusted by choosing the thickness and diameter of the additional armature, as well as by introducing a non-magnetic gasket of the required thickness between it and the core body. When a drive current is supplied to the coil 4, the magnetic field of the coil in the contact zone of the additional armature 9 with the housing 1 and the core 2 is directed opposite to the magnetic field of the magnet 3, as a result of which the attractive force of the first armature 6 becomes greater than the holding power of the armature 9 and the rod with anchors begins to move to the on position (down in figure 3).

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU 2178215 C1, H01H 33/38, H01F 7/06,10.01.2002.1. Patent RU 2178215 C1, H01H 33/38, H01F 7 / 06.10.01.2002.

2. Патент RU 2312420 С2, Н01Н 33/42, 10.12.2007 (прототип).2. Patent RU 2312420 C2, H01H 33/42, 12/10/2007 (prototype).

Claims

1. An electromagnetic drive comprising a housing of magnetic material with a core made of magnetic material coaxially located therein and a coil installed between the housing and the core, a permanent magnet with a magnetization perpendicular to the axis of the drive installed between the housing and the core from the side opposite to the coil, a rod, mounted in the core with the possibility of linear movement along the axis of the drive and spring-loaded along the axis in the direction from the permanent magnet to the coil, and the armature of magnetic material Mounted on the rod from the coil, characterized in that the size of the permanent magnet in the direction of the drive axis is selected equal to the distance between the coil and the ends of the housing and core by a magnet.

2. The drive according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with a flange for mounting the housing and the core from the side of the magnet.

3. The drive according to claim 2, characterized in that the flange is made of magnetic material.

4. The drive according to claim 3, characterized in that it is additionally equipped with a non-magnetic gasket installed between the flange and the ends of the housing and core.

5. The drive according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with a second anchor of magnetic material mounted on the rod from the side of the permanent magnet, and the distance between the surfaces of the anchors from the side of the ends of the housing and core exceeds the height of the latter by the magnitude of the actuator's travel.