UA25222U

UA25222U - Electromagnetic actuator

Info

Publication number: UA25222U
Application number: UAU200704437U
Authority: UA
Inventors: Borys Volodymyrovych Klymenko; Oleksandr Mykhailovych Hrechko; Oleksandr Viacheslavov Yeresko
Original assignee: Borys Volodymyrovych Klymenko
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2007-07-25

Abstract

Electromagnetic actuator relates to electric engineering and may be used in electric apparatus, in particular, in vacuum switches.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель належить до електротехніки, а саме до електромагнітних приводів різних пристроїв, і може 2 бути використана в електричних апаратах, зокрема, у вакуумних вимикачах.A useful model belongs to electrical engineering, namely to electromagnetic drives of various devices, and can be used in electrical devices, in particular, in vacuum switches.

Відомий електромагнітний привід з двопозиційним електромагнітом, використовуваний у вакуумних вимикачах високої напруги типу ММ1 концерну АВВ |1). Двопозиційний електромагніт має два сталих положення при знеструмлених котушках і складається з нерухомої частини магнітопроводу, рухомої частини, двох котушок і постійних магнітів. Рухома частина магнітопроводу - якір є паралелепіпедом, виготовленим з магнітом'якого 70 матеріалу. Котушки розташовані в" просторі паралельно один одному на відстані, яка приблизно дорівнює ширині поперечного перетину якоря, і мають прямокутні отвори з розмірами, які приблизно дорівнюють ширині та глибині поперечного перетину якоря. Якір знаходиться усередині отвору котушки, причому довжина якоря менше відстані між протилежними перпендикулярними осі якоря поверхнями котушок на величину робочого ходу якоря.A well-known electromagnetic drive with a two-position electromagnet, used in high-voltage vacuum switches type MM1 of the ABB concern |1). A two-position electromagnet has two permanent positions when the coils are de-energized and consists of a stationary part of the magnetic circuit, a moving part, two coils and permanent magnets. The moving part of the magnetowire - the armature is a parallelepiped made of a magnetic 70 material. The coils are spaced parallel to each other at a distance approximately equal to the width of the armature cross-section and have rectangular openings with dimensions approximately equal to the width and depth of the armature cross-section. The armature is located inside the coil opening, the length of the armature being less than the distance between opposite perpendiculars axis of the armature by the surfaces of the coils by the value of the working stroke of the armature.

Нерухома частина магнітопроводу є пакетом феромагнітних пластин ззовні прямокутної форми, товщина якого 12 приблизно дорівнює глибині поперечного перетину якоря. Пластини мають отвори прямокутної форми і два прямокутні виступи, які направлені усередину отвору і розташовані один навпроти іншого посередині отвору.The stationary part of the magnetic circuit is a package of ferromagnetic plates with a rectangular 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, which are directed into the hole and are located opposite each other in the middle of the hole.

Виступи мають ширину, яка приблизно дорівнює відстані між ближніми перпендикулярними осі якоря поверхнями котушок. Усередині отвору пакету пластин розташовані котушки і якір, який вільно переміщується в отворі котушок. На поверхнях виступів розташовані висококоерцитивні постійні магніти, які мають форму паралелепіпедів, ширина і глибина яких приблизно дорівнюють ширині виступу в отворі нерухомої частини магнітопроводу і товщині пакету пластин його нерухомої частини. Товщина магніту вибрана таким чином, що він майже повністю заповнює проміжок між торцем виступу нерухомої частини магнітопроводу та боковою поверхнею якоря. До складу рухомої частини електромагніту входить також немагнітний шток циліндричної форми, який жорстко скріплений з якорем, причому вертикальна вісь якоря (у напрямі його довжини) і вісь штока 29 співпадають. На осі нерухомої частини магнітопроводу, яка співпадає з віссю якоря, розташовано дві втулки, в в отворах яких переміщується шток, який передає рух якоря рухомим контактам вакуумних камер вимикача.The protrusions have a width that is approximately equal to the distance between the closest surfaces of the coils perpendicular to the armature axis. Inside the hole of the plate package are the coils and the anchor, which moves freely in the hole of the coils. Highly coercive permanent magnets are located on the surfaces of the protrusions, which have the shape of parallelepipeds, the width and depth of which are approximately equal to the width of the protrusion in the opening of the stationary part of the magnetic conductor and the thickness of the plate package of its stationary part. The thickness of the magnet is chosen in such a way that it almost completely fills the gap between the end of the projection of the stationary part of the magnetic conductor and the side surface of the armature. The moving part of the electromagnet also includes a non-magnetic rod of cylindrical shape, which is rigidly fastened to the anchor, and the vertical axis of the anchor (in the direction of its length) and the axis of the rod 29 coincide. On the axis of the fixed part of the magnet wire, which coincides with the axis of the armature, there are two bushings, in the holes of which the rod moves, which transmits the movement of the armature to the movable contacts of the vacuum chambers of the switch.

Недоліком такої конструкції електромагніту є відносно невелика сила утримання рухомої частини магнітопроводу при знеструмлених котушках, тому що сила утримання у кожному сталому положенні створюється лише в одному зазорі і обмежується величиною магнітної індукції насичення матеріалу сч магнітопроводу, яка в сучасних магнітом'яких матеріалах складає приблизно 2Тл, а відповідне такій індукції с значення сили утримання складає 16бкГ/см 2, що призводить до необхідності збільшення габаритів, маси і вартості приводу в пристроях, які вимагають створення великих зусиль утримання, зокрема, у вакуумних см вимикачах. ІСThe disadvantage of such an electromagnet design is the relatively small holding force of the moving part of the magnetic conductor when the coils are de-energized, because the holding force in each stable position is created only in one gap and is limited by the value of the magnetic induction of the saturation of the magnetic conductor material, which in modern soft magnetic materials is approximately 2T. and the value of the holding force corresponding to such an induction c is 16 bkG/cm 2, which leads to the need to increase the dimensions, mass and cost of the drive in devices that require the creation of large holding forces, in particular, in vacuum cm switches. IS

Найбільш близьким до пропонованого технічного рішення є використовуваний як привід вакуумного вимикача відомий двопозиційний електромагніт з двома сталими положеннями при знеструмлених котушках, такий, що см містить магнітну систему, яка складається з нерухомої частини магнітопроводу, рухомої частини, двох котушок та одного або більше постійних магнітів (2). Нерухома частина магнітопроводу складається з коаксіально розташованих деталей - циліндричного сердечника з циліндричним отвором і кільцеподібним виступом у « дю середній частині і кільцеподібного корпусу. Площини торців сердечника і корпусу паралельні одна одній і -о перпендикулярні осі приводу. Внутрішній діаметр кільцеподібного корпусу перевищує зовнішній діаметр с кільцеподібного виступу в середній частині сердечника, а деталі нерухомої частини сполучені між собою за :з» допомогою немагнітних деталей, які частково заповнюють зазор між кільцеподібним виступом сердечника і корпусом. Котушки розташовані між сердечником і корпусом з обох боків кільцеподібного виступу у середній частині сердечника. Постійні магніти розташовані поза зайнятою немагнітними деталями частини зазору між юю 395 кільцеподібним виступом у середній частині сердечника і корпусом. Рухома частина складається з немагнітного штока, а також двох коаксіальних зі штоком дископодібних якорів. Осьовий розмір частини штока, яка 1 охоплюється отвором у сердечнику при русі штока, перевищує осьовий розмір нерухомої частини юю магнітопроводу на величину ходу рухомої частини. Плоскі торці дископодібних якорів закріплені на торцях частини штока, яка охоплюється отвором у сердечнику при русі штока. Спрацьовування двопозиційного ко 50 електромагніту, тобто перехід його рухомої частини з одного сталого положення в інше, призводить до зміниThe closest to the proposed technical solution is the well-known two-position electromagnet with two stable positions when the coils are de-energized, used as a drive of a vacuum switch, such that it contains a magnetic system consisting of a fixed part of the magnetic circuit, a moving part, two coils and one or more permanent magnets ( 2). The stationary 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. The end planes of the core and the body are parallel to each other and perpendicular to the axis of the drive. The inner diameter of the annular 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 connected to each other with the help of non-magnetic parts that partially fill the gap between the annular protrusion of the core and the body. The coils are located between the core and the body on both sides of the annular projection in the middle part of the core. Permanent magnets are located outside the part of the gap occupied by non-magnetic parts between the 395 ring-shaped protrusion in the middle part of the core and the body. The moving part consists of a non-magnetic rod, as well as two disc-shaped armatures coaxial with the rod. The axial size of the part of the rod, which is covered by the hole in the core during the movement of the rod, exceeds the axial size of the stationary part of the magnetic circuit by the amount of travel of the moving part. The flat ends of the disk-shaped anchors are fixed on the ends of the part of the rod, which is covered by the hole in the core during the movement of the rod. Activation of the two-position ko 50 electromagnet, that is, the transition of its moving part from one stable position to another, leads to a change

Кз комутаційного стану об'єкту, наприклад, вакуумного вимикача.Because of the switching state of the object, for example, a vacuum switch.

Недоліком відомої конструкції є велике споживання енергії від джерела живлення під час переходу рухомої частини електромагніту з одного сталого положення в інше, а також його відносна низька швидкодія, оскільки для переміщення рухомої частини потрібна велика магніторушійна сила (МРС) котушки, а швидкість наростання 59 МРС обмежується її значною індуктивністю. с В основі корисної моделі поставлена задача удосконалення електромагнітного приводу, в якому за рахунок введення нових конструктивних елементів і встановлення інших зв'язків між деталями, забезпечується підвищення швидкодії електромагнітного приводу, а також зменшення споживання енергії від зовнішнього джерела живлення під час переходу рухомої частини з одного сталого положення в інше. 60 Рішення поставленої задачі досягається тим, що в електромагнітному приводі, який містить магнітну систему, що складається з нерухомої частини магнітопроводу, рухомої частини, двох котушок та одного або більше постійних магнітів, нерухома частина магнітопроводу складається з коаксіально розташованих деталей - циліндричного сердечника з циліндричним отвором і кільцеподібним виступом у середній частині та кільцеподібного корпусу, при цьому площини торців циліндричного сердечника і кільцеподібного корпусу бо паралельні одна одній і перпендикулярні осі приводу, внутрішній діаметр кільцеподібного корпусу перевищує зовнішній діаметр кільцеподібного виступу у середній частині циліндричного сердечника, деталі нерухомої частини магнітопроводу з'єднані між собою за допомогою немагнітних деталей, які частково заповнюють зазор між кільцеподібним виступом у середній частині циліндричного сердечника і кільцеподібним корпусом, рухома частина складається із розташованого в отворі сердечника немагнітного штока і двох коаксіальних зі штоком дископодібних якорів, плоскі торці яких закріплені на торцях частини штока, що охоплюється отвором у сердечнику при русі штока, причому осьовий розмір частини штока, що охоплюється отвором в сердечнику при русі штока, перевищує осьовий розмір нерухомої частини магнітопроводу на величину ходу рухомої частини, котушки розташовані між циліндричним сердечником і кільцеподібним корпусом з обох боків кільцеподібного /о виступу в середній частині циліндричного сердечника, а постійні магніти розташовані поза зайнятою немагнітними деталями частиною зазору між кільцеподібним виступом в середній частині циліндричного сердечника і кільцеподібним корпусом, згідно корисної моделі, з обох боків рухомої частини уздовж осі приводу встановлено, принаймні, по одній пружині, один кінець кожної з яких зв'язаний з упором, а другий зв'язаний з будь-яким з елементів рухомої частини, постійні магніти і кільцеподібний виступ в середній частині 7/5 Циліндричного сердечника мають різні осьові розміри, причому осьовий розмір постійних магнітів менше осьового розміру кільцеподібного виступу в середній частині циліндричного сердечника.The disadvantage of the known design is the large energy consumption from the power source during the transition of the moving part of the electromagnet from one stable position to another, as well as its relatively low speed, since a large magnetomotive force (MRF) of the coil is required to move the moving part, and the speed of increase of 59 MRF is limited its significant inductance. c The basis of the useful model is the task of improving the electromagnetic drive, in which, due to the introduction of new structural elements and the establishment of other connections between the parts, an increase in the speed of the electromagnetic drive is ensured, as well as a decrease in energy consumption from an external power source during the transition of the moving part from one stable position to another. 60 The solution to the given problem is achieved by the fact that in the electromagnetic drive, which contains a magnetic system consisting of a stationary part of the magnetic circuit, a moving part, two coils and one or more permanent magnets, the stationary part of the magnetic circuit consists of coaxially located parts - a cylindrical core with a cylindrical hole and an annular protrusion in the middle part of the annular body, while the end planes of the cylindrical core and the annular body are parallel to each other and perpendicular to the axis of the drive, the inner diameter of the annular body exceeds the outer diameter of the annular protrusion in the middle part of the cylindrical core, the parts of the stationary part of the magnetic circuit are connected between themselves with the help of non-magnetic parts that partially fill the gap between the ring-shaped protrusion in the middle part of the cylindrical core and the ring-shaped body, the moving part consists of a non-magnet located in the hole of the core leg of the rod and two disc-shaped anchors coaxial with the rod, the flat ends of which are fixed to the ends of the part of the rod that is covered by the hole in the core during the movement of the rod, and the axial size of the part of the rod that is covered by the hole in the core during the movement of the rod exceeds the axial size of the fixed part of the magnet wire by the amount of movement of the moving part, the coils are located between the cylindrical core and the annular body on both sides of the annular protrusion /o in the middle part of the cylindrical core, and the permanent magnets are located outside the part of the gap occupied by non-magnetic parts between the annular protrusion in the middle part of the cylindrical core and the annular body, according to the useful model, at least one spring is installed on both sides of the moving part along the axis of the drive, one end of each of which is connected to a stop, and the other is connected to any of the elements of the moving part, permanent magnets and an annular projection in the middle part 7/5 Cylindrical core and have different axial sizes, and the axial size of the permanent magnets is smaller than the axial size of the annular protrusion in the middle part of the cylindrical core.

В результаті використання корисної моделі, що заявляється, забезпечується отримання технічного результату, який полягає у підвищенні швидкодії електромагнітного приводу, а також у зменшенні споживання енергії від зовнішнього джерела живлення під час переходу рухомої частини з одного сталого положення в інше.As a result of the use of the claimed useful model, a technical result is obtained, which consists in increasing the speed of the electromagnetic drive, as well as in reducing the energy consumption from an external power source during the transition of the moving part from one stable position to another.

Заявлені відмітні ознаки пристрою, що заявляється, дозволяють зменшити споживання енергії від зовнішнього джерела живлення, оскільки під час переходу рухомої частини з одного сталого положення в інше вивільнюється енергія, що накопичена в одній з пружин, яка потім перетворюється в потенційну енергію іншої пружини, а зовнішнє джерело живлення необхідне лише для покриття втрат енергії на подолання сил тертя, джоулевих втрат, а також для забезпечення запасу енергії у разі, коли енергія однієї з пружин, що об Вивільнюється, менше накопичуваної потенційної енергії іншої пружини. Особливість конструкції електромагнітного приводу, при якій осьовий розмір постійних магнітів менше осьового розміру кільцеподібного т виступу в середній частині циліндричного сердечника, забезпечує витіснення магнітного потоку в зазор поза постійним магнітом між кільцеподібним виступом в середній частині сердечника і кільцеподібним корпусом при зміні напряму струму у котушці, унаслідок чого не треба перемагнічувати постійні магніти при відключенні с зо приводу, що приводить до зменшення проміжку часу між моментом початку проходження струму через котушки і моментом початку руху рухомої частини, а значить, до підвищення швидкодії приводу. В цілому, відмітні ознаки с пристрою, що заявляється, є істотними і необхідними для досягнення нового технічного результату. сThe claimed distinctive features of the claimed device make it possible to reduce energy consumption from an external power source, because during the transition of the moving part from one stable position to another, the energy accumulated in one of the springs is released, which is then transformed into the potential energy of the other spring, and the external the power source is needed only to cover energy losses to overcome frictional forces, joule losses, and also to provide a reserve of energy in the event that the energy of one of the springs that is released is less than the stored potential energy of the other spring. A feature of the design 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, ensures the displacement of the magnetic flux into the gap outside the permanent magnet between the ring-shaped protrusion in the middle part of the core and the ring-shaped body when the direction of the current in the coil changes, as a result that there is no need to remagnetize the permanent magnets when disconnecting from the drive, which leads to a reduction in the time interval between the moment when the current starts to flow through the coils and the moment when the moving part starts to move, which means to increase the speed of the drive. In general, the distinctive features of the claimed device are essential and necessary to achieve a new technical result. with

По наявним у заявника відомостям, сукупність істотних ознак, що характеризують суть корисної моделі, яка заявляється, не відома з рівня техніки, що дозволяє зробити висновок про її відповідність критерію "новизна". Щео,According to the information available to the applicant, the set of essential features characterizing the essence of the claimed useful model is not known from the state of the art, which allows us to conclude that it meets the "novelty" criterion. Shit,

Пристрій, що заявляється, може бути неодноразово відтворений і використаний в електротехнічній с промисловості з отриманням очікуваного технічного результату, що дозволяє зробити висновок про відповідність корисної моделі критерію "промислова придатність". Таким чином, електромагнітний привід, що заявляється, є технічним рішенням, яке відповідає всім умовам патентоспроможності корисної моделі.The claimed device can be repeatedly reproduced and used in the electrical engineering industry with the expected technical result, which allows us to conclude that the useful model meets the "industrial suitability" criterion. Thus, the claimed electromagnetic drive is a technical solution that meets all the conditions for patentability of a utility model.

Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де схематично зображена профільна проекція (осьовий « перетин) запропонованого електромагнітного приводу. в с На представленому кресленні запропонованого електромагнітного приводу позначено: 1 - нижній упор, 2 - нижня пружина, З - нижній дископодібний якір; 4 - нижня котушка, 5 - немагнітна деталь; 6 - постійний магніт, ;» 7 - кільцеподібний корпус, 8 - кільцеподібний виступ у середній частині циліндричного сердечника, 9 - верхня котушка, 10 - верхній плоский торець кільцеподібного корпусу, 11 - циліндричний отвір у циліндричному бердечнику, 12 - плоский торець верхнього дископодібного якоря, 13 - немагнітний шток, 14 - верхній ко дископодібний якір, 15 - верхня пружина, 16 - верхній упор, 17 - частини штока, які не охоплюються циліндричним отвором в циліндричному сердечнику при русі штока, 18 - верхній торець частини штока, яка о охоплюється циліндричним отвором у циліндричному сердечнику при русі штока, 19 - верхній плоский торець ко циліндричного сердечника, 20 - величина ходу рухомої частини, 21 - частина штока, яка охоплюється 5р Чиліндричним отвором у циліндричному сердечнику при русі штока, 22 - циліндричний сердечник, 23 - нижній ю плоский торець кільцеподібного корпусу, 24 - вісь приводу, 25 - нижній плоский торець циліндричногоThe essence of the useful model is explained by the drawing, which schematically shows the profile projection (axial section) of the proposed electromagnetic drive. in c On the presented drawing of the proposed electromagnetic drive, the following are marked: 1 - lower stop, 2 - lower spring, C - lower disk-shaped anchor; 4 - lower coil, 5 - non-magnetic part; 6 - permanent magnet, ;" 7 - ring-shaped body, 8 - ring-shaped projection in the middle part of the cylindrical core, 9 - upper coil, 10 - upper flat end of the ring-shaped body, 11 - cylindrical hole in the cylindrical cage, 12 - flat end of the upper disk-shaped armature, 13 - non-magnetic rod, 14 - upper disk-shaped anchor, 15 - upper spring, 16 - upper stop, 17 - parts of the rod that are not covered by the cylindrical hole in the cylindrical core during the movement of the rod, 18 - the upper end of the part of the rod that is covered by the cylindrical hole in the cylindrical core during movement of the rod, 19 - the upper flat end of the cylindrical core, 20 - the amount of travel of the moving part, 21 - the part of the rod that is covered by the cylindrical hole in the cylindrical core during the movement of the rod, 22 - the cylindrical core, 23 - the lower flat end of the ring-shaped body, 24 - the drive axis, 25 - the lower flat end of the cylindrical

Із сердечника, 26 - нижній торець частини штока, яка охоплюється циліндричним отвором в циліндричному сердечнику при русі штока, 27 - плоский торець нижнього дископодібного якоря.From the core, 26 - the lower end of the part of the rod, which is covered by a cylindrical hole in the cylindrical core during the movement of the rod, 27 - the flat end of the lower disk-shaped anchor.

Електромагнітний привід містить магнітну систему, що складається з нерухомої частини магнітопроводу, ов рухомої частини, двох котушок 4 і 9, а також постійного магніту 6 (постійних магнітів може бути декілька).The electromagnetic drive contains a magnetic system consisting of a stationary part of the magnetic circuit, a moving part, two coils 4 and 9, as well as a permanent magnet 6 (permanent magnets can be several).

Нерухома частина магнітопроводу містить кільцеподібний корпус 7 і циліндричний сердечник 22 з циліндричним с отвором 11 і кільцеподібним виступом 8 у середній частині циліндричного сердечника. Кільцеподібний корпус 7 і циліндричний сердечник 22 є коаксіальними із загальною віссю, яка є також віссю привода 24. Сердечник 22 і корпус 7 з'єднані між собою за допомогою немагнітної деталі 5 (немагнітних деталей може бути декілька). бо Немагнітні деталі 5 частково заповнюють зазор між кільцеподібним корпусом 7 та кільцеподібним виступом 8 у середній частині циліндричного сердечника 22. Верхній 19 та нижній 25 плоскі торці кільцеподібного сердечника, а також верхній 710 та нижній 23 плоскі торці корпусу є паралельними один одному і перпендикулярними осі 24 приводу. Внутрішній діаметр кільцеподібного корпусу 7 перевищує зовнішній діаметр кільцеподібного виступу 8 у середній частині циліндричного сердечника 22. Рухома частина складається з 65 немагнітного штока 13, розташованого в циліндричному отворі 11 циліндричного сердечника 22, і двох коаксіальних зі штоком дископодібних якорів: нижнього З і верхнього 14, плоскі торці 12 і 27 яких закріплені відповідно на торцях 18 і 26 частини 21 штока, охоплюваної отвором 11 в сердечнику 22 при русі штока 13. При цьому, осьовий розмір частини 21 штока перевищує осьовий розмір нерухомої частини магнітопроводу на величину ходу 20 рухомій частині - наприклад, відстані між плоским торцем 12 верхнього дископодібного якоря 14 і верхнім плоским торцем 10 кільцеподібного корпусу 7. Котушки 4 і 9 розташовані між циліндричним сердечником 22 і кільцеподібним корпусом 7 з обох боків кільцеподібного виступу 8 у середній частині сердечника 22. Постійні магніти 6 розташовані поза зайнятою немагнітними деталями 5 частиною зазору між кільцеподібним виступом 8 в середній частині сердечника 22 і кільцеподібним корпусом 7. З обох боків рухомої частини уздовж осі 24 приводу, встановлені, принаймні, по одній пружині: нижній 2 і верхній 15, один кінець 7/0 Кожної з яких зв'язаний з відповідним упором: нижня пружина 2 - з нижнім упором 1, а верхня пружина 15 - з верхнім упором 16, а другий кінець зв'язаний з будь-яким із елементів рухомої частини, наприклад, з одним з дископодібних якорів: нижнім З або верхнім 14, або з частинами 17 штока, які не охоплюються отвором 11 у сердечнику 22 при русі штока 13. Осьовий розмір постійних магнітів б менше осьового розміру кільцеподібного виступу 8 у середній частині циліндричного сердечника 22, розміри яких визначаються шляхом розрахунків.The stationary part of the magnetic circuit contains an annular body 7 and a cylindrical core 22 with a cylindrical opening 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 also the axis of the drive 24. The core 22 and the body 7 are interconnected by means of a non-magnetic part 5 (there may be several non-magnetic parts). because the non-magnetic parts 5 partially fill the gap between the annular housing 7 and the annular protrusion 8 in the middle part of the cylindrical core 22. The upper 19 and lower 25 flat ends of the annular core, as well as the upper 710 and lower 23 flat ends of the housing are parallel to each other and perpendicular to the axis 24 reason 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 moving part consists of 65 non-magnetic rod 13, located in the cylindrical hole 11 of the cylindrical core 22, and two disc-shaped anchors coaxial with the rod: lower Z and upper 14, the flat ends 12 and 27 of which are fixed, respectively, on the ends 18 and 26 of the part 21 of the rod, which is covered by the hole 11 in the core 22 during the movement of the rod 13. At the same time, the axial size of the part 21 of the rod exceeds the axial size of the stationary part of the magnetic circuit by the amount of stroke 20 of the moving part - for example , the distance between the flat end 12 of the upper disc-shaped armature 14 and the upper flat end 10 of the annular body 7. Coils 4 and 9 are located between the cylindrical core 22 and the annular body 7 on both sides of the annular protrusion 8 in the middle part of the core 22. The permanent magnets 6 are located outside the occupied non-magnetic parts 5 part with between the annular protrusion 8 in the middle part of the core 22 and the annular body 7. On both sides of the moving part along the drive axis 24, at least one spring is installed: the lower 2 and the upper 15, one end 7/0 of each of which is connected with the corresponding stop: the lower spring 2 - with the lower stop 1, and the upper spring 15 - with the upper stop 16, and the other end is connected to any of the elements of the moving part, for example, to one of the disc-shaped anchors: the lower C or the upper 14, or with parts 17 of the rod, which are not covered by the opening 11 in the core 22 during the movement of the rod 13. The axial size of the permanent magnets is smaller than the axial size of the annular protrusion 8 in the middle part of the cylindrical core 22, the dimensions of which are determined by calculations.

Запропонований електромагнітний привід на прикладі його використання у вакуумному вимикачеві працює таким чином.The proposed electromagnetic drive on the example of its use in a vacuum switch works as follows.

У конструкції вакуумного вимикача є ряд елементів, що створюють протидію руху рухомих частин приводу.The design of the vacuum switch has a number of elements that create opposition to the movement of the moving parts of the drive.

Серед цих елементів знаходяться і пружини (контактні та інші), які ми розглядатимемо як частину електромагнітного приводу, що представлена нижньою пружиною 2. Ця пружина з одного боку зв'язана з нижнім 2о упором 1, а з іншого боку - зв'язана з будь-яким з елементів рухомої частини, наприклад, з частинами 17 штока, які не охоплюються коаксіальним циліндричним отвором 11 у циліндричному сердечнику 22 при русі штока 13.Among these elements are springs (contact and others), which we will consider as part of the electromagnetic drive represented by the lower spring 2. This spring is connected to the lower 2o stop 1 on the one hand, and on the other hand - connected to any - some of the elements of the moving part, for example, with parts 17 of the rod, which are not covered by the coaxial cylindrical hole 11 in the cylindrical core 22 during the movement of the rod 13.

У відключеному положенні приводу (вакуумний вимикач також знаходиться у положенні "відключено") нижня 4 та верхня 9 котушки знеструмлені, нижня пружина 2 знаходиться у відпущеному стані, а верхня пружина 15-у об стисненому стані. Постійні магніти 6, що намагнічені у радіальному напрямі, створюють поляризуючі магнітні потоки, один з яких проходить через нижній плоский торець 25 сердечника 22, нижній якір З та нижній плоский т торець 23 корпусу 7, а інший - через верхній плоский торець 19 сердечника 22, верхній якір 14 і верхній плоский торець 10 корпусу 7. Значення поляризуючого магнітного потоку, що проходить через нижній якір 3, набагато перевищує значення поляризуючого магнітного потоку, що проходить через верхній якір 14. Тому с зо електромагнітна сила, що притягує якір З до сердечника 22 і корпусу 7 з боку нижніх плоских торців 25 і 23 відповідно сердечника 22 і корпусу 7, набагато перевищує силу, що притягує верхній якір 14 до сердечника 22 і с корпусу 7 з боку верхніх плоских торців 19 і 10 відповідно сердечника 22 і корпусу 7. Таким чином, нижній с якір З надійно утримується на нижніх торцях 25 і 23 відповідно сердечника 22 і корпусу 7 і, впливаючи на немагнітний шток 13 через торець 26 його частини 21, яка охоплюється отвором 11 у сердечнику 22, утримує в о зв Сстисненому положенні верхню пружину 15, яка з одного боку зв'язана з верхнім упором 16, а з іншого боку с зв'язана з однією з деталей рухомої частини, наприклад, з частиною 17 штока, яка не охоплюється отвором 11 у сердечнику 22 при русі штока 13.In the disconnected position of the drive (the vacuum switch is also in the "disconnected" position), the lower 4 and upper 9 coils are de-energized, the lower spring 2 is in a 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 25 of the core 22, the lower armature Z and the lower flat end 23 of the housing 7, and the other through the upper flat end 19 of the core 22, the upper armature 14 and the upper flat end 10 of the housing 7. The value of the polarizing magnetic flux passing through the lower armature 3 is much greater than the value of the polarizing magnetic flux passing through the upper armature 14. Therefore, the electromagnetic force that attracts the armature Z to the core 22 and the body 7 from the side of the lower flat ends 25 and 23, respectively, of the core 22 and the body 7, much exceeds the force that attracts the upper anchor 14 to the core 22 and from the body 7 from the side of the upper flat ends 19 and 10, respectively, of the core 22 and the body 7. Thus thus, the lower armature Z is reliably held on the lower ends 25 and 23, respectively, of the core 22 and the body 7 and, acting on the non-magnetic rod 13 through the end 26 of its part 21, which is covered by the opening 11 in the core 22, holds in the compressed position the upper spring 15, which is connected on the one hand to the upper stop 16, and on the other hand is connected to one of the details of the moving part, for example, to part 17 rod, which is not covered by the hole 11 in the core 22 during the movement of the rod 13.

Для переведення електромагнітного приводу (і вакуумного вимикача) у положення "включено", система управління приводом (на кресленні не показана) повинна забезпечити підключення його котушок 4 і 9 до «To transfer the electromagnetic drive (and the vacuum switch) to the "on" position, the drive control system (not shown in the drawing) must ensure that its coils 4 and 9 are connected to "

Зовнішнього джерела живлення (на кресленні не показаний) таким чином, щоб через нижню котушку 4 протікав с відносно невеликий струм, а через верхню котушку 9 значно більший струм з таким напрямом (обидва струми повинні мати однаковий напрям), щоб магнітний потік, який створюється нижньою котушкою 4, був направлений ;» проти поляризуючого магнітного потоку в нижньому якорі З, витісняючи магнітний потік з нижнього якоря З у зазор між кільцеподібним виступом 8 сердечника 22 і корпусом 7 за межами постійного магніту 6. Магнітний потік, що створюється верхньою котушкою 9, повинен мати той самий напрям, що й поляризуючий магнітний ко потік у верхньому якорі 14. При вказаному співвідношенні напрямів поляризуючих магнітних потоків і магнітних потоків, що створюються котушками 4 і 9, сила тяжіння якоря З до нижніх торців 25 і 23 відповідно сердечника о 22 та корпусу 7 слабшає, і у той момент, коли вказана сила стає меншою від сили стиснення верхньої пружини ко 15, починається рух рухомої частини - зменшується зазор між плоским торцем 12 верхнього якоря 14 і плоскими 5ор верхніми торцями 19 ї 10 відповідно сердечника 22 і корпусу 7. При цьому, збільшується зазор між плоским ю торцем 27 нижнього якоря З і плоскими нижніми торцями 25 і 23 відповідно сердечника 22 і корпусу 7.of an external power source (not shown in the drawing) in such a way that a relatively small current flows through the lower coil 4, and a much larger current flows through the upper coil 9 with such a direction (both currents must have the same direction) that the magnetic flux created by the lower coil 4, was sent ;" against the polarizing magnetic flux in the lower armature C, displacing the magnetic flux from the lower armature C into the gap between the annular projection 8 of the core 22 and the housing 7 outside the permanent magnet 6. The magnetic flux created by the upper coil 9 must have the same direction as polarizing magnetic flux in the upper armature 14. With the indicated ratio of the directions of the polarizing magnetic fluxes and the magnetic fluxes created by the coils 4 and 9, the force of attraction of the armature C to the lower ends 25 and 23, respectively, of the core 22 and the housing 7 weakens, and at that moment , when the specified force becomes less than the compression force of the upper spring ko 15, the movement of the moving part begins - the gap between the flat end 12 of the upper anchor 14 and the flat 5or upper ends 19 and 10, respectively, of the core 22 and the body 7 decreases. At the same time, the gap between the flat with the end 27 of the lower anchor C and the flat lower ends 25 and 23, respectively, of the core 22 and the body 7.

Із Прискоренню руху рухомої частини сприяє електромагнітна сила, що виникає в результаті намагнічування верхнього якоря 14 поляризуючим магнітним потоком і магнітним потоком, що створюється верхньою котушкою 9. Вказана сила збільшується при зменшенні зазору між плоским верхнім торцем 12 якоря 14 і плоскими ов верхніми торцями 19 ії 10 відповідно сердечника 22 і корпусу 7. При переміщенні рухомої частини, сила стиснення верхньої пружини 15 слабшає, внаслідок чого потенційна енергія, що накопичена у ній, зменшується, а с стиснення нижньої пружини 2 навпаки посилюється, внаслідок чого потенційна енергія, що накопичена у ній, зростає. Після завершення руху рухомої частини, коли плоский торець 12 верхнього якоря 14 стикається з торцями 19 і 10 відповідно сердечника 22 і корпусу 7, котушки 4 і 9 відключаються системою управління бо приводом. При цьому, верхній якір 14 буде надійно утримуватися на торцях 19 і 10 відповідно сердечника 22 та корпусу 7 і, впливаючи на немагнітний шток 13 через плоский торець 18 його частини 21, яка охоплюється отвором 11 у сердечнику 22, буде утримувати в стисненому стані нижню пружину 2, а електромагнітний привід (і вакуумний вимикач) буде залишатися у положенні "включено".Acceleration of the movement of the moving part is facilitated by the electromagnetic force resulting from the magnetization of the upper armature 14 by the polarizing magnetic flux and the magnetic flux created by the upper coil 9. This force increases when the gap between the flat upper end 12 of the armature 14 and the flat upper ends 19 of the 10, respectively, of the core 22 and the body 7. When moving the moving part, the compression force of the upper spring 15 weakens, 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 the potential energy accumulated in it , is growing. After the movement of the moving part is completed, when the flat end 12 of the upper armature 14 comes into contact with the ends 19 and 10, respectively, of the core 22 and the body 7, the coils 4 and 9 are turned off by the control system and the drive. At the same time, the upper anchor 14 will be reliably held on the ends 19 and 10, respectively, of the core 22 and the body 7 and, acting on the non-magnetic rod 13 through the flat end 18 of its part 21, which is covered by the hole 11 in the core 22, will keep the lower spring in a compressed state 2, and the solenoid (and vacuum switch) will remain in the "on" position.

Завдяки тому, що переміщення рухомої частини електромагнітного приводу при включенні вакуумного 65 Вимикача забезпечується не тільки за рахунок електромагнітної сили, що виникає в результаті намагнічування верхнього якоря 14 поляризуючим магнітним потоком і магнітним потоком, що створюється верхньою котушкоюDue to the fact that the movement of the moving part of the electromagnetic drive when the vacuum 65 switch is turned on is ensured not only due to the electromagnetic force that occurs as a result of the magnetization of the upper armature 14 by the polarizing magnetic flux and the magnetic flux created by the upper coil

9, а також за рахунок сил, що виникають в результаті вивільнення потенційної енергії, накопиченої у верхній пружині 15, істотно підвищується швидкодія приводу і зменшується споживання приводом енергії від зовнішнього джерела живлення, яка необхідна лише для покриття втрат енергії на подолання сил тертя, джоулевих втрат в обмотках котушок, а також для забезпечення запасу енергії у разі, коли енергія верхньої пружини, що вивільняється, 15 менше накопичуваної потенційної енергії нижньої пружини 2.9, as well as due to the forces arising as a result of the release of potential energy accumulated in the upper spring 15, the speed of the drive is significantly increased and the drive's energy consumption from an external power source is reduced, which is necessary only to cover energy losses to overcome frictional forces, joule losses in the windings of the coils, as well as to provide a reserve of energy in the event that the energy of the upper spring released 15 is less than the accumulated potential energy of the lower spring 2.

Витіснення поляризуючого магнітного потоку з нижнього якоря З у зазор між кільцеподібним виступом 8 у середній частині сердечника 22 і корпусом 7 в частині, не зайнятій постійними магнітами 6, при переведенні електромагнітного приводу (і вакуумного вимикача) з положення "відключено" у положення "включено", завдяки 70 особливості конструкції пропонованого приводу, при якій осьовий розмір постійних магнітів б менше осьового розміру кільцеподібного виступу 8 в середній частині сердечника 22, не треба перемагнічувати постійні магніти, призводить до зменшення проміжку часу між моментом початку пропускання струму через котушки 4, 9 і моментом початку переміщення рухомої частини, а значить, до підвищення швидкодії приводу.Displacement of the polarizing magnetic flux from the lower armature C into the gap between the annular protrusion 8 in the middle part of the core 22 and the body 7 in the part not occupied by the permanent magnets 6, when the electromagnetic drive (and vacuum switch) is switched from the "off" position to the "on" position , thanks to the 70 features of the design of the proposed drive, in which the axial size of the permanent magnets is smaller than the axial size of the ring-shaped protrusion 8 in the middle part of the core 22, it is not necessary to remagnetize the permanent magnets, leads to a reduction in the time interval between the moment when the current passes through the coils 4, 9 and the moment the beginning of the movement of the moving part, which means before increasing the speed of the drive.

Для переведення електромагнітного приводу (і вакуумного вимикача) з положення "включено" у положення 7/5 "Відключено" через котушки 4 і 9 магнітної системи необхідно короткочасно пропустити струм протилежного напряму, унаслідок чого рухома частина переміщується у початкове положення, чому сприяє накопичена в нижній пружині 2 потенційна енергія і завдяки чому підвищується швидкодія приводу також і при відключенні.To transfer the electromagnetic drive (and the vacuum switch) from the "on" position to the 7/5 "Disconnected" position, it is necessary to briefly pass a current in the opposite direction through the coils 4 and 9 of the magnetic system, as a result of which the moving part moves to the initial position, which is facilitated by the accumulated in the lower spring 2 potential energy and thanks to which the speed of the drive increases even when it is turned off.

Таким чином, заявлений електромагнітний привід при його використанні дозволяє забезпечити підвищення швидкодії і зменшення споживання енергії від зовнішнього джерела живлення, як при його включенні, так і при відключенні.Thus, when using the claimed electromagnetic drive, it is possible to increase the speed and reduce the energy consumption from the external power source, both when it is turned on and when it is turned off.

По даній корисній моделі виготовлений дослідний зразок, який пройшов випробування, що підтвердили його працездатність і отримання очікуваного технічного результату і позитивного ефекту, - підвищення швидкодії і зменшення споживання енергії від зовнішнього джерела живлення.According to this useful model, a prototype was made, which passed the tests, which confirmed its efficiency and obtaining the expected technical result and positive effect - an increase in speed and a decrease in energy consumption from an external power source.

Запропонований електромагнітний привід може знайти застосування у вакуумних вимикачах і інших ов електричних апаратах.The proposed electromagnetic drive can be used in vacuum switches and other electrical devices.

Джерела інформації. т 1.ММ1. МаКиит-ї еізіипдззспакнег тії Мадпейапігіебь /Каталог АВВ Саіог ЄЕтад Мібеівраїітипд СМВН - АВВ ЗасеSources. t 1.MM1. MaKyit-y eiziipdzzspakneg tii Madpeyapigieb / Catalog of ABB Saiog EEtad Mibeivraiitipd SMVN - ABB Zase

Т.М.5. 5.р.А. 2. Патент ОА Мо70574А, МПК НОТЕ7/08, НОТЕ7/16, заявл. 09.12.2003, опубл. 15.10.2004, Бюл.Мо10 (прототип). с счT.M.5. 5.r.A. 2. Patent OA Mo70574A, IPC NOTE7/08, NOTE7/16, application 09.12.2003, publ. 15.10.2004, Bul.Mo10 (prototype). with high school

Claims

The formula of the invention p

An electromagnetic drive that contains a magnetic system consisting of a stationary part and)

35 of the magnetic circuit, the moving part, two coils and one or more permanent magnets, the stationary 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 end planes of the cylindrical core and the annular body parallel to each other and perpendicular to the axis of the drive, the inner diameter of the annular body exceeds the outer diameter of the annular protrusion in the middle "

part of the cylindrical core, the parts of the stationary part of the magnetic circuit are connected to each other with the help of non-magnetic parts that partially fill the gap between the ring-shaped projection in the middle part of the cylindrical core and the ring-shaped body, the moving part consists of the located in the hole

:z" of the core of a non-magnetic rod and two disc-shaped anchors coaxial with the rod, the flat 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 during the movement of the rod exceeds the axial size from the stationary 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 part of the cylindrical core, and the permanent magnets are located outside the part of the gap occupied by non-magnetic parts between d) the ring-shaped protrusion in the middle part of the cylindrical core and a ring-shaped body, which is distinguished by the fact that on both sides of the moving part along the axis of the drive, at least one spring is installed, one end of each of which is connected to the stop, and the other is connected to any of the elements of the moving GE part , permanent magnets and a ring-shaped projection in the middle parts of the cylindrical core have different axial sizes, and the axial size of the permanent magnets is smaller than the axial size of the annular protrusion in the middle part of the cylindrical core.

p. 60 b5