PL176405B1 - Elektromagnes - Google Patents

Abstract

1. Elektromagnes wyposazony w cewke elektryczna z rdzeniem wykonanym jako biegun dzielony, którego jeden z biegunów wytwarzajacy przesuniecie fazowe otoczony jest pierscieniem zwierajacym zwore usytuowana naprzeciwko bie- guna dzielonego oraz w jarzmo zamykajace ob- wód magnetyczny, znamienny tym, ze biegun (5) otoczony pierscieniem zwierajacym (7) ma stopnio- wana powierzchnie czolowa, zwiekszajaca gestosc strumienia miedzy biegunem (5) i zwora (4), obejmujaca plaska czesc (10) lezaca bezposred- nio naprzeciwko zwory (4) i plaska zamknieta czesc (11) usytuowana w pewnym odstepie od zwory (4), przy czym czesc (10) powierzchni czo- lowej jest mniejsza niz powierzchnia przekroju poprzecznego czesci bieguna (5) otoczonej pier- scieniem zwierajacym (7). FIG. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektromagnes stosowany szczególnie w przekaźnikach pracujących na prąd zmienny.

Elektromagnesy z biegunem dzielonym znane są z wielu dziedzin techniki. Znane jest również rozdzielenie bieguna, leżącego naprzeciwko zwory, na co najmniej dwa bieguny, z których jeden jest otoczony pierścieniem zwierającym i służy do osiągnięcia przesunięcia fazowego wewnątrz magnetycznego strumienia, indukowanego poprzez przepływ prądu w cewce, w polu magnetycznym, w obszarze tych obu biegunów. To przesunięcie fazowe jest

176 405 konieczne, aby uniemożliwić przerwanie styku z powodu zmiany kierunku prądu pomiędzy rdzeniem cewki a zworą.

Budowa elektromagnesów tego typu przykładowo opisana jest w opisach zgłoszeniowych DE nr 11 41 026 i DE nr 15 39 918.

W celu wytworzenia możliwie nieznacznych relacji siłowych pomiędzy biegunem szczelinowym a zworą, rdzeń bieguna szczelinowego jest wykonany z blachy, co umożliwia utrzymanie możliwie dużej powierzchni, otoczonej przez pierścień zwierający. Dzięki temu magnetyczny opór na tej drodze strumienia jest mały. Dzięki tym środkom można osiągnąć z jednej strony dobre zależności strumieniowe, a z drugiej strony dobre zależności wyjściowe w odniesieniu do przesunięcia fazowego pomiędzy obydwoma strumieniami częściowymi. Warunkiem dla tego jest oczywiście zastosowanie płytkowego rdzenia, który umożliwia jednorodny rozkład linii pola. Efekt zagęszczenia linii pola, przy odpowiednim zwymiarowaniu grubości blach nie występuje, z uwagi na nieznaczne prądy wirowe w blachach rdzeniowych. Już ze względów techniczno-wykonawczych, począwszy od określonej wielkości rdzenia, stosuje się na przykład dla przekaźników prądu przemiennego nieoblachowane rdzenie cewek. Dzięki występowaniu prądów wirowych, w niepłytkowych rdzeniach uzyskuje się zagęszczenie linii pola, które powoduje nieznaczną głębokość wnikania pola magnetycznego. Dzięki temu, niejednorodne pole magnetyczne jest jednocześnie włączone do bezpośredniego otoczenia bieguna szczelinowego.

Te warunki fizyczne oddziaiywują niekorzystnie na siły magnetyczne działające pomiędzy biegunami a zworą, ponieważ gęstości strumienia na powierzchni biegunów są również zróżnicowane. W związku z względnie dużymi powierzchniami bieguna otoczonymi przez pierścień zwierający, wpływ zagęszczenia linii pola w tym biegunie jest pomijany.

Z francuskiego opisu patentowego nr 22 72 472 znana jest budowa elektromagnesu ze stopniowaną powierzchnią czołową bieguna, która służy wyłączcie celom montażowym, i która praktycznie nie zwiększa siły utrzymującej zworę. Aby uzyskać całkowicie płaskie ułożenie i niezawodne mocowanie pierścienia zwierającego na biegunie, zastosowano operację przewlekania i wtłaczania powierzchni czołowej bieguna, co tak deformuje materiał rdzenia, że powierzchnia czołowa bieguna wystaje ponad pierścień. Dzięki temu uzyskuje się wprawdzie stopniowanie powierzchni czołowej bieguna, jednak jest ono nieporównywalne z ukształtowaniem powierzchni czołowej bieguna zgodnej z zaproponowanym rozwiązaniem według przedmiotowego wynalazku. Stopniowanie powierzchni czołowej bieguna jest tak minimalne, że prawie niezauważalne gołym okiem i może mieć tylko znaczenie technologiczne. A poza tym powstają tu powierzchnie czołowe bieguna otoczonego pierścieniem zwierającym, i dlatego nie występuje tu tak zwana zamknięta powierzchnia czołowa.

Ze szwajcarskiego opisu patentowego nr 519 231 znana jest budowa elektromagnesu, w którym biegun otoczony jest pierścieniem zwierającym i ma stopniowaną powierzchnię. Odsadzenia powierzchni bieguna są ułożone szachownicowo, a zagłębienia wypełnione są tworzywem sztucznym, tak że powstaje jednolita powierzchnia bieguna. Powierzchnie bieguna wypełniane tworzywem sztucznym działają jak tłumiki uderzeń bieguna. Wprawdzie magnetycznie czynne powierzchnie czołowe bieguna są stopniowane, to jednak występowanie licznych powierzchni odsadzeń powoduje powstanie bardzo dużego .strumienia rozproszonego, inaczej niż przy zastosowaniu tak zwanej powierzchni zamkniętej. Przy takiej budowie elektromagnesu niemożliwe jest zwiększenie siły utrzymującej zworę.

Znanejest również sfazowanie bieguna otoczonego przez pierścień zwierający, przez co powierzchnia czołowa tego bieguna jest również mniejszą od powierzchni przekroju poprzecznego tego bieguna w obszarze pierścienia zwierającego. To znane sfazowanie bieguna służy jednak wyłącznie do ułatwienia montażu pierścienia zwierającego. Możliwe do nastawiania zmiany w stosunkach sił są w praktyce pomijalne i w żadnym przypadku nie odpowiadają zmianom osiągniętym za pomocą rozwiązania według wynalazku.

Przedmiotem wynalazku jest elektromagnes wyposażony w cewkę elektryczną z rdzeniem wykonanym jako biegun dzielony, którego jeden z biegunów wytwarzający przesunięcie fazowe otoczonyjest pierścieniem zwierającym i zworę usytuowaną naprzeciwko

176 405 bieguna dzielonego · oraz wjarzmo zamykające obwód magnetyczny. Elektromagnes według wynalazku charakteryzuje się tym, że biegun otoczony pierścieniem zwierającym ma stopniowaną powierzchnię czołową, zwiększającą gęstość strumienia między biegunem i zworą, obejmującą płaską część leżącą bezpośrednio naprzeciwko zwory i płaską zamkniętą część usytuowaną w pewnym odstępie od zwory. Część powierzchni czołowej leżąca bezpośrednio naprzeciwko zwory jest mniejsza niż powierzchnia przekroju poprzecznego części bieguna otoczonej pierścieniem zwierającym.

Korzystnie, powierzchnie czołowe obydwu biegunów leżące naprzeciwko zwory rozdzielone są tylko wybraniem, w którym usytuowany jest pierścień zwierający, powierzchnie czołowe, obydwu biegunów leżących naprzeciwko zwory mają kształt pierścieniowy.

Rdzeń cewki, aż do dolnej krawędzi pierścienia zwierającego jest jednolitym elementem.

Stosunek pola powierzchni płaskiej części powierzchni czołowej bieguna otoczonego pierścieniem zwierającym do pola całkowitej powierzchni przekroju poprzecznego tego bieguna jest mniejszy lub równy 0,7.

Przedmiotem wynalazku jest również elektromagnes wyposażony w cewkę elektryczną z rdzeniem wykonanym jako biegun dzielony, którego · jeden z biegunów wytwarzający przesunięcie fazowe otoczony jest pierścieniem zwartym i zworę usytuowaną naprzeciwko bieguna dzielonego. Istota tego wynalazku polega na tym, że zwora w obszarze leżącym bezpośrednio naprzeciwko bieguna otoczonego pierścieniem zwierającym posiada powierzchnię czołową, przy czym powierzchnia ta jest mniejsza niż powierzchnia czołowa bieguna i leży naprzeciwko niej. Magnetycznie czynna powierzchnia czołowa stanowi płaszczyznę uskoku względem sąsiadującej z nią powierzchni usytuowanej w większej odległości od bieguna.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest elektromagnes wyposażony w cewkę elektryczną z rdzeniem wykonanym jako biegun dzielony, którego jeden z biegunów wytwarzający przesunięcie fazowe otoczony jest pierścieniem zwierającym i zworę usytuowaną naprzeciwko bieguna dzielonego, który charakteryzuje się tym, że zwora w obszarze leżącym bezpośrednio naprzeciwko bieguna otoczonego pierścieniem zwierającym, nie obejmuje całej powierzchni czołowej bieguna zwiększając gęstość strumienia między biegunem i zworą. Magnetycznie czynna powierzchnia zwory jest mniejsza niż powierzchnia czołowa bieguna.

Dzięki stopniowemu ukształtowaniu bieguna, otoczonego przez pierścień zwierający w obszarze pomiędzy pierścieniem zwierającym a zworą, efektywna powierzchnia bieguna jest w tym obszarze tak zmniejszona, że cały magnetyczny strumień tego rozdzielonego bieguna jest skoncentrowany w tym zmniejszonym przekroju poprzecznym bieguna.

Dzięki temu osiąga się w przybliżeniu jednorodne proporcje pola, które są tylko zakłócane przez trójwymiarowe magnetyczne oddziaływanie wsteczne. Dzięki miejscowemu podwyższeniu gęstości strumienia, pomimo zmniejszenia powierzchni bieguna, osiąga się wzrost siły, ponieważ siła magnetyczna wzrasta zgodnie z funkcją kwadratową wraz z gęstością strumienia.

Wspomniane podwyższenie siły działającej pomiędzy biegunem a zworą, osiąga się również przez celowe · podwyższenie magnetycznego strumienia w tym obszarze. Podwyższenie to jest umożliwione nie tylko przez ukształtowanie rdzenia cewki, ale także przez odpowiednie ukształtowanie zwory w obszarze leżącym naprzeciwko bieguna szczelinowego. Czynna magnetyczna powierzchnia w tym obszarze jest odpowiednio zmniejszona w celu koncentracji strumienia magnetycznego, dzięki temu, że magnetyczna czynna powierzchnia czołowa zwory, jest w tym obszarze mniejsza od powierzchni czołowej bieguna.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny przez elektromagnes według wynalazku, fig. 2 - w powiększeniu widok z góry na rdzeń cewki z fig. 1, fig. 3 - przekrój według linii III-III na fig. 2, fig. 4 - alternatywne ukształtowanie rdzenia cewki w widoku z góry i w powiększeniu, fig. 5 - przekrój wzdłuż linii V-V na fig. 4, fig. 6 - widok z góry na rdzeń cewki według stanu

176 405 techniki, a fig. 7 - przekrój wzdłuż linii VII-VII na fig. 6 w połączeniu z dwoma alternatywnie ukształtowanymi zworami w obszarze leżącym naprzeciwko rdzenia cewki.

Elektromagnes przedstawiony na fig. 1 przykładowo przedstawia część elektromagnetycznego przekaźnika prądu przemiennego. Elektryczna cewkajest oznaczona 1. Wewnątrz tej cewki 1 znajduje się rdzeń 2, który jest częścią obwodu magnetycznego, składającego się z rdzenia 2, jarzma 3 i zwory 4. Rdzeń 2 ma zasadniczo kształt cylindryczny i jest wykonany z materiału littijgo o wysokiej przenikalności magnetycznej. Od dołu, jak to pokazano na fig. 1, rdzeń 2 jest połączony z jarzmem 3, które również jest wykonane z materiału magnetycznie dobrze przewodzącego. Jarzmo 3 według fig. 1 ma kształt w przybliżeniu litery L i jedno jego ramię przebiega poprzecznie, a drugie równolegle do rdzenia 2. Do drugiego końca rdzenia 2, przylega z nieznacznym odstępem zwora 4, która również przylega do jarzma 3 tak, że magnetyczny obwód jest zamknięty.

Jeżeli przez cewkę 1 przepływa prąd, to jest wytwarzane wokół niej pole magnetyczne, dzięki czemu strumień magnetyczny przepływa do opisanego obwodu magnetycznego, przez co zwora 4 jest przyciągana do rdzenia 2. Ruch zwory 4 wywołany przez tę siłę wykorzystanyjest jak wiadomo, przykładowo do otwierania lub zamykania styków. Wytwarzanie tej siły powstającej w tym obszarze pomiędzy rdzeniem 2 a zworą 4, jest celem stosowania elektromagnesu. Aby uniemożliwić (przy zasilaniu cewki 1 prądem przemiennym i odwrotnym kierunku działania pola magnetycznego, odpowiadającego okresowemu odwróceniu kierunku przepływu prądu w cewce 1) przerwanie działania siły pomiędzy rdzeniem 2 a zworą 4, rdzeń 2 na swoim końcu, skierowanym do zwory 4 jest ukształtowany jako rdzeń szczelinowy tak, że tworzą się dwa bieguny 5 i 6. Biegun 5 jest całkowicie otoczony pierścieniem zwierającym 7 i dalej jest nazywany biegunem zakrytym. Dzięki pierścieniowi zwierającemu 7 osiągane jest przesunięcie fazowe strumienia magnetycznego tak, że także w przypadku zmiany kierunku strumienia magnetycznego jest ciągle zapewnione, to że siła pomiędzy rdzeniem 2 a zworą 4 nie zanika podczas krótkotrwałego przejścia przez zero, wartości przepływającego prądu.

Pierścień zwierający 7 ma w widoku z góry postać litery D i jest umieszczony w rowku 8 rdzenia 2. Pierścień zwierający 7 otacza zakryty biegun 5 na całym jego obwodzie i jest umieszczony w widocznym odstępie od zwory 4, ponieważ głębokość rowka 8 jest większa od wysokości pierścienia zwierającego 7.

Niezakryty biegun 6 jest oddzielony od pozostałego rdzenia 2 jedynie przez rowek 8, a zakryty biegun 5 posiada zestopniowanie 9 tak, że jest utworzona powierzchnia czołowa 10, leżąca naprzeciwko zwory 4, w pewnym odstępie od niej oraz powierzchnia czołowa 11, leżąca naprzeciwko zwory 4 również w odstępie od niej. Powierzchnia czołowa 11 leży równolegle do powierzchni czołowej 10, w obszarze pomiędzy nią a pierścieniem zwierającym 7. Dzięki zestopniowaniu 9 osiąga się wspomnianą koncentrację strumienia magnetycznego w tym bliskim zwory 4 obszarze, a przez to i wzrost siły. Dzięki temu, że wzrost gęstości strumienia występuje tylko we względnie małym obszarze bieguna 5, a mianowicie w obszarze pomiędzy pierścieniem zwierającym 7, a zworą 4, magnetyczny spadek napięcia, spowodowany wyższym oporem magnetycznym w tym obszarze, jest porównywalnie nieznaczny.

Niezależnie od zestopniowania 9, niewidoczna część bieguna 5 może być zaopatrzona na czołowej krawędzi obwodowej w ścięcie. Również powierzchnia czołowa 12 niezakrytego bieguna 6 może być zmniejszona przez boczne sfazowanie, jak to jest znane ze stanu techniki, w celu nastawienia magnetycznego strumienia w tym obszarze.

Figury 4 i 5 pokazują alternatywne wykonanie rdzenia 2a, który jest również ukształtowany zasadniczo cylindrycznie, jednakże na powierzchni czołowej rdzenia 2a, wykonany jest pierścieniowy rowek 8a, w którym jest umieszczony pierścień zwierający 7a tak, że jest utworzony pierścieniowy, leżący na zewnątrz i niezakryty biegun 6a, oraz współśrodkowo do niego i otoczony przez niego zakryty biegun 5a.

Zestopniowanie 9a jest w tym wykonaniu utworzone przez osiowy ślepy otwór 13a. Osiąga się zatem powierzchnię czołową 10a zakrytego bieguna 5a, która jest mniejsza od przekroju poprzecznego tego bieguna w obszarze pierścienia zwierającego 7a, w celu podwyższenia magnetycznej gęstości strumienia w tym obszarze. Cofnięta powierzchnia czołowa zakrytego bieguna 5a jest oznaczona 11a, a powierzchnia czołowa niezakrytego bieguna 6a oznaczona jest 12a.

Na fig. 6 i 7 jest przedstawione odmienne wykonanie· zwory 4 w dwóch wariantach B i C. Rdzeń 2b odpowiada rdzeniowi 2 z fig. 1 do 3, ale bez zestopniowania w zakrytym biegunie 5b. Niezakryty biegun jest oznaczony 6b, a pierścień zwierający 7b. Ten rdzeń 2b odpowiada rdzeniowi znanemu ze stanu techniki.

Wzrost gęstości strumienia magnetycznego pomiędzy biegunami 5b, 6b, a zworą 4b, względnie 4c osiąga się dzięki temu, że zwora, w obszarze leżącym bezpośrednio naprzeciwko zakrytego bieguna 5b, powierzchni magnetycznie czynnej, jest mniejsza od powierzchni czołowej 10b zakrytego bieguna 5b. W wykonaniu B osiąga się to dzięki temu, że na powierzchni czołowej 14 zwory 4b, skierowanej w kierunku powierzchni czołowej 10b, przewidziane jest odsądzenie 15.

W wykonaniu C zamiast tego odsadzenia, cała zwora 4c jest krótsza, tak, że leży ona naprzeciwko części powierzchni czołowej 10b zakrytego bieguna 5b.

Za pomocą tego alternatywnego rozwiązania osiąga się nie tak wysoki wzrost siły pomiędzy zwora a biegunem, jak w poprzednich przykładach.

176 405

176 405

FIG. 4

FIG. 5

176 405

4c

6b

2b

FIG. 7

176 405

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektromagnes wyposażony w cewkę elektryczną z rdzeniem wykonanym jako biegun dzielony, którego jeden z biegunów wytwarzający przesunięcie fazowe otoczony jest pierścieniem zwierającym zworę usytuowaną naprzeciwko bieguna dzielonego oraz w jarzmo zamykające obwód magnetyczny, znamienny tym, że biegun (5) otoczony pierścieniem zwierającym (7) ma stopniowaną powierzchnię czołową, zwiększającą gęstość strumienia między biegunem (5) i zworą (4), obejmującą płaską część (10) leżącą bezpośrednio naprzeciwko zwory (4) i płaską zamkniętą część (11) usytuowaną w pewnym odstępie od zwory (4), przy czym część (10) powierzchni czołowej jest mniejsza niż powierzchnia przekroju poprzecznego części bieguna (5) otoczonej pierścieniem zwierającym (7).
2. 2. Elektromagnes według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnie czołowe (10,12) obydwu biegunów (5, 6) rdzenia (2), leżące naprzeciwko zwory ( 4) rozdzielone są tylko wybraniem (8), w którym usytuowany jest pierścień zwierający (7).
3. 3. Elektromagnes według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że powierzchnie czołowe (10a, 12a), obydwu biegunów (5a, 6a) leżących naprzeciwko zwory (4) mają kształt pierścieniowy.
4. 4. Elektromagnes według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że rdzeń (2) cewki, aż do dolnej krawędzi pierścienia zwierającego (7) jest jednolitym elementem.
5. 5. Elektromagnes według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosunek pola powierzchni płaskiej części (10) powierzchni czołowej bieguna (5) otoczonego pierścieniem zwierającym (7) do pola całkowitej powierzchni przekroju poprzecznego tego bieguna (5) jest mniejszy lub równy 0,7.
6. 6. Elektromagnes wyposażony w cewkę elektryczną z rdzeniem wykonanym jako biegun dzielony, którego jeden z biegunów wytwarzający przesunięcie fazowe otoczony jest pierścieniem zwartym i zworę usytuowaną naprzeciwko bieguna dzielonego, znamienny tym, że zwora (4b) w obszarze leżącym bezpośrednio naprzeciwko bieguna (5b) otoczonego pierścieniem zwierającym (7b) posiada powierzchnię czołową (14), przy czym powierzchnia ta jest mniejsza niż powierzchnia czołowa (10b) bieguna (5b) i leży naprzeciwko niej, i że ta magnetycznie czynna powierzchnia czołowa (14) stanowi płaszczyznę uskoku względem sąsiadującej z nią powierzchni (15) usytuowanej w większej odległości od bieguna (5b, 6b).
7. 7. Elektromagnes wyposażony w cewkę elektryczną z rdzeniem wykonanym jako biegun dzielony, którego jeden z biegunów wytwarzający przesunięcie fazowe otoczony jest pierścieniem zwierającym i zworę usytuowaną naprzeciwko bieguna dzielonego, znamienny tym, że zwora. (4c) w obszarze leżącym bezpośrednio naprzeciwko bieguna (5b) otoczonego pierścieniem zwierającym (7b), obejmuje część powierzchni czołowej bieguna (5b), zwiększając gęstość strumienia między biegunem (5b) i zworą (4c), przy czym magnetycznie czynna powierzchnia zwory (4c) jest mniejsza niż powierzchnia czołowa (10b) bieguna (5b).