ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2293389

ЭЛЕКТРОМАГНИТ

Имя изобретателя: Чепаксин Евгений Петрович (RU); Афанасьев Александр Николаевич (RU) 
Имя патентообладателя: ОАО "Завод "Электроприбор" (RU)
Адрес для переписки: 428015, г.Чебоксары, а/я 40, Н.Б. Шалуновой
Дата начала действия патента: 2005.02.14 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для изготовления электромагнитных нейтральных реле. Техническим результатом является уменьшение габаритов и веса, уменьшение перегрева обмоток, увеличение рабочего усилия. В электромагните, содержащем параллельно установленные на основании сердечники с обмотками (СО) и полюсными наконечниками (ПН) L-образной формы, отделенными немагнитным зазором друг от друга, а также симметричный поворотный якорь (СПЯ), СО и ПН L-образной формы объединены в модули, представляющие собой несколько СО и ПН, параллельно установленных на основании друг под другом. В каждом модуле обмотки сердечников соединены с возможностью суммирования магнитных потоков, создаваемых ими в сердечниках, а часть каждого ПН расположена в промежутке между двумя соседними параллельно установленными модулями параллельно оси сердечника с возможностью взаимодействия с частью установленного также между модулями СПЯ, находящейся по одну сторону от оси СПЯ, перпендикулярной оси сердечников, при этом части ПН сердечников двух соседних модулей, расположенные между этими модулями, направлены встречно друг другу, а в первом и последнем модуле сердечники магнитно соединены.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для изготовления электромагнитных нейтральных реле, предназначенных для преобразования электрической энергии в механическую энергию в различных устройствах: слаботочных нейтральных реле; контакторах; дистанционных выключателях, переключателях и т.д.

Известны конструкции и магнитные схемы одно- и двухкатушечных нейтральных реле (В.З.Ройзен, «Электромагнитные малогабаритные реле», Энергоатомиздат, 1986, г.Ленинград, рис.1-1; 1-2; 1-4, стр.8-14).

При этом из всех выпускаемых реле наименьшей мощностью срабатывания обладает двухкатушечное реле типа РЭС 59 (РЭК 90) 0,015 Вт при коммутируемом токе 1 А.

Создание аналогичного реле с уменьшением массы и габарита и с сохранением или улучшением параметров срабатывания и коммутируемой мощности остается актуальной задачей для применения во всех областях техники.

Основным и главным признаком описываемых схем, содержащих симметричный уравновешенный якорь, является, как правило, цельнометаллический якорь, установленный с возможностью вращения и проводящий перпендикулярно оси вращения магнитный поток от полюса к полюсу.

Наиболее близким к заявляемому реле является электромагнит с уравновешенным якорем-реле (см. М.И.Витенберг. "Расчет электромагнитных реле". Энергия, 1975, г.Ленинград, стр.23-27, рис.1-7), который состоит из двух круглых сердечников с обмотками, электрически соединенных между собой с помощью перемычки, установленных на стойке. С противоположной соединению перемычкой стороны сердечников установлены L-образные полюсные наконечники, а также уравновешенный якорь поворотного типа с возможностью взаимодействия с полюсными наконечниками, при этом плоскость якоря проходит через продольную ось симметрии катушек.

Такое реле обладает следующими недостатками. Имеет достаточно большие габариты, из-за относительно большого размера обмоток, который необходим для развития определенного механического усилия на якоре, что затрудняет их использование в устройствах, где объем для размещения таких реле ограничен.

Техническим результатом, достигаемым заявляемым изобретением, является уменьшение габаритов и веса за счет нового взаимного расположения конструктивных элементов, а также уменьшение перегрева обмоток путем улучшения теплового рассеяния в сердечниках. Техническим результатом является также увеличение крутящего момента, создаваемого электромагнитом, и, как следствие, увеличение рабочего усилия.

Этот технический результат достигается тем, что в электромагните, содержащем параллельно установленные на основании сердечники с обмотками и полюсными наконечниками L-образной формы, отделенными немагнитным зазором друг от друга, а также симметричный поворотный якорь, сердечники с обмотками и полюсными наконечниками L-образной формы объединены в модули, представляющие собой несколько сердечников с обмотками и полюсными наконечниками, параллельно установленных на основании друг под другом, причем в каждом модуле обмотки сердечников соединены с возможностью суммирования магнитных потоков, создаваемых ими в сердечниках, а часть каждого полюсного наконечника расположена в промежутке между двумя соседними параллельно установленными модулями параллельно оси сердечника с возможностью взаимодействия с частью установленного также между модулями симметричного поворотного якоря, находящейся по одну сторону от оси симметричного поворотного якоря, перпендикулярной оси сердечников, при этом части полюсных наконечников сердечников двух соседних модулей, расположенные между этими модулями, направлены встречно друг другу, а в первом и последнем модуле сердечники магнитно соединены.

Для создания более легкой конструкции симметричный поворотный якорь может быть выполнен в виде двух пластин, соединенных сверху и снизу перемычками, в которых выполнено отверстие под ось.

Для обеспечения кратковременной работы или для увеличения рабочего усилия на полюсных наконечниках электромагнита в межобмоточном пространстве могут быть размещены постоянные магниты с возможностью магнитной связи с полюсными наконечниками двух соседних модулей и создания в каждом модуле на полюсных наконечниках магнитных потенциалов противоположного знака.

электромагнит полюсные наконечники двух модулей, установленные на основании схематично представлены возможные варианты выполнения устройства с тремя и более модулями, с двумя и более якорями

На фиг.1 изображен заявляемый электромагнит.

На фиг.2 - полюсные наконечники двух модулей, установленные на основании.

На фиг.3 схематично представлены возможные варианты выполнения устройства с тремя и более модулями, с двумя и более якорями.

электромагнит с постоянными магнитами.

На фиг.4 - электромагнит с постоянными магнитами.

На чертежах изображены следующие узлы и элементы:

На фиг.1, 2: 1, 2, 3, 4 - попарно соединенные сердечники, 1 и 2 образуют один модуль, 3, 4 - другой.

На полюсных наконечниках 1, 2, 3, 4 установлены сердечники 7, 8, 9, 10. Полюсные наконечники установлены на основании 5, сверху может быть расположена накладка 6. Полюсные наконечники 7 и 8 разделены немагнитным зазором, в котором может быть установлена пластина 11 из немагнитного материала. Так же разделены и полюсные наконечники 9, 10.

Части полюсных наконечников L-образной формы расположены в межобмоточном пространстве, образуя плоскости для взаимодействия с частью симметричного поворотного якоря 12, находящейся по одну сторону от оси симметричного поворотного якоря, перпендикулярной оси сердечников, установленного также в межобмоточном пространстве на оси 13, перпендикулярной оси сердечников. Сердечники 1 и 2 одного модуля соединены перемычками 19, установленными на концах сердечников, противоположных концам, на которых установлены полюсные наконечники.

Якорь 12 может быть выполнен из двух параллельных пластин 14, 15, соединенных сверху и снизу перемычками 16, 17, в которых выполнены отверстия под ось 13. Возвратная пружина 18 позволяет вернуть якорь в нерабочее положение.

На фиг.3(а) представлена схема (вид сверху) одного модуля заявляемого электромагнита, на фиг.3(б) - схема одного промежуточного модуля заявляемого электромагнита, на фиг. 3(в, г, д) - с тремя и более модулями (1, 2, 3, 4 ...), с двумя и более якорями (5, 6, 7, 8). В этом случае пары модулей электромагнита образованы каждым модулем с последующим модулем, а симметричные поворотные якоря установлены в каждом промежутке между модулями пары. Сердечники первого и последнего модуля магнитно соединены между собой, например, перемычками из магнитного материала, как это представлено на фиг.1, а сердечники средних модулей имеют полюсные наконечники L-образной формы с обеих сторон.

На фиг.4 (а, б) представлен заявляемый электромагнит, на частях полюсных наконечников двух соседних модулей которого, расположенных в межмодульном пространстве, установлены постоянные магниты, каждый из которых представляет собой пластину, магнитно соединенную с полюсными наконечниками. Полюса магнитов, установленные на полюсных наконечниках, создают магнитные потенциалы, противоположные по знаку. В этом случае ось симметричного поворотного якоря выполнена состоящей из верхней и нижней частей, одна из которых закреплена с возможностью вращения на основании 5, а другая - на накладке 6.

Заявляемый электромагнит работает следующим образом. При подаче электрического тока на обмотки электромагнита в каждом из полюсных наконечников 1, 2, 3, 4 (фиг.1) создаются магнитные потоки, которые в модуле суммируются. При этом в зависимости от необходимости создания того или иного по величине и направлению магнитного потока обмотки одного модуля могут быть соединены последовательно, параллельно или встречно-параллельно. Следствием таких соединений является изменение сопротивления обмоток электромагнита, что влияет на величину потребляемой мощности. Магнитно-движущая сила, создаваемая обмотками модуля в сердечниках, притягивает магнитную часть симметричного поворотного якоря, замыкая магнитный поток модуля через немагнитный зазор между полюсными наконечниками. При этом одна часть симметричного якоря, расположенная по одну сторону его оси, притягивается к полюсным наконечникам одного модуля, а другая - к полюсным наконечникам другого модуля. Симметричный поворотный якорь проводит магнитный поток параллельно оси вращения. Каждый модуль создает половину крутящего момента симметричного поворотного якоря, суммарный крутящий момент складывается из усилий, создаваемых двумя модулями. Попарно каждые две обмотки модуля при пропускании по ним тока образуют магнитный модуль с контуром, состоящим из 2-х сердечников, полюсных наконечников и пластины симметричного поворотного якоря (или его части). При этом в магнитный контур крайних модулей входят перемычки, соединяющие их сердечники. Каждый из этих потоков воздействует на одну половину якоря. Магнитные потоки в сердечниках суммируются. Симметричный поворотный якорь (якоря) поворачивается.

При последовательном соединении обмоток при заданном напряжении ток срабатывания минимален. Такие устройства обладают повышенной чувствительностью и могут быть использованы, например, при управлении от электронных схем. А при параллельном соединении электромагнит обладает большой мощностью, что позволяет использовать его для развития больших усилий.

При использовании постоянных магнитов (фиг.4) за счет создания дополнительной магнитно-движущей силы увеличивается полезное усилие, а также появляется возможность создания первоначального усилия притяжения якоря без дальнейшей подачи напряжения на обмотки. При этом для последующего отключения электромагнита на обмотки подают напряжение противоположного, по сравнению с первоначальным, знака.

За счет увеличения количества сердечников и обмоток увеличивается суммарная наружная площадь обмоток, суммарная площадь поверхности сердечников, что способствует улучшению условий рассеивания тепла от электромагнита, охлаждению его.

Количество якорей в заявляемом электромагните не ограничено конструктивно, а только ограничено эффективностью соотношения развиваемого суммарного крутящего момента на якорях и потребляемой энергией обмоток.

При применении заявляемого изобретения в конструкциях слаботочных реле практическое значение имеют одно-, двух- и трехякорные схемы, при этом каждый якорь управляет замыканием-размыканием своей пары контактов.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет организовать производство широкой номенклатуры изделий с использованием однотипных, унифицированных элементов.

По сравнению с известными электромагнитами заявляемый электромагнит имеет наиболее плотную упаковку всех элементов в объеме реле; отсутствуют пустоты в зонах якоря и полюсных наконечников, что в конечном итоге приводит к значительному снижению массы электромагнитов.

В случае выполнения симметричного поворотного якоря, как это представлено на фиг.2, пластины якоря, проводящие магнитный поток, обладают крайне малым сопротивлением из-за малого размера рабочего участка, при этом значительно уменьшаются потоки рассеяния. Довольно большая длина симметричного поворотного якоря - длина соизмерима с длиной сердечника, позволяет увеличить крутящий момент, создаваемый электромагнитом.

Выполнение симметричного поворотного якоря, как это показано на фиг.2, позволяет уменьшить массу якоря, что значительно улучшает устойчивость реле к воздействию механических факторов (вибрации, ударов), повышается быстродействие электромагнита - скорость срабатывания, а также улучшаются условия гашения колебаний симметричного поворотного якоря при срабатывании (дребезг контактов).

Материал оси вращения не связан с маркой магнитного материала якоря. В абсолютном большинстве современных реле оси вращения якоря (цапфы) обтачиваются из заготовок электротехнического материала, подвергающегося в последующем глубокому термическому отжигу, и обладают очень плохой износоустойчивостью. В предлагаемой конструкции осью является отдельная деталь без ограничений по марке и состоянию материала. К тому же, пластины симметричного поворотного якоря обладают малыми размерами и не требуют механической обработки, поэтому могут изготавливаться из дорогостоящих и труднообрабатываемых сплавов типа пермендюр или супермендюр, например марки 49К2ФА, обладающих наилучшими магнитными свойствами.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Электромагнит, содержащий параллельно установленные на основании сердечники с обмотками и полюсными наконечниками L-образной формы, отделенными немагнитным зазором друг от друга, а также симметричный поворотный якорь, отличающийся тем, что сердечники с обмотками и полюсными наконечниками L-образной формы объединены в модули, представляющие собой несколько сердечников с обмотками и наконечниками, параллельно установленных на основании друг под другом, причем в каждом модуле обмотки сердечников соединены с возможностью суммирования магнитных потоков, создаваемых ими в сердечниках, а часть каждого из полюсных наконечников расположена в промежутке между двумя соседними параллельно установленными модулями параллельно оси сердечника с возможностью взаимодействия с частью установленного также между модулями симметричного поворотного якоря, находящейся по одну сторону от оси симметричного поворотного якоря, перпендикулярной оси сердечников, при этом части полюсных наконечников сердечников двух соседних модулей, расположенные между двумя модулями, направлены встречно друг другу, а в первом и последнем модуле сердечники магнитно соединены.

2. Электромагнит п.1, отличающееся тем, что симметричный поворотный якорь выполнен в виде двух пластин, соединенных сверху и снизу перемычками, в которых выполнено отверстие под ось.

3. Электромагнит п.1, отличающееся тем, что на полюсных наконечниках электромагнита в межобмоточном пространстве размещены постоянные магниты с возможностью магнитной связи с полюсными наконечниками двух соседних модулей и создания в каждом модуле на полюсных наконечниках магнитных потенциалов противоположного знака.

Версия для печати


вверх