RU84155U1 - TWO-POSITIVE ELECTROMAGNET - Google Patents

Abstract

Двухпозиционный электромагнит, состоящий из неподвижной части магнитопровода, содержащей коаксиально расположенный сердечник, две катушки, постоянные магниты, и подвижной части, включающей немагнитный шток и, по меньшей мере, один якорь, отличающийся тем, что неподвижная часть магнитопровода выполнена из двух симметричных частей, в которых расположены по одной катушке, сердечник выполнен в виде многогранника с отверстием, соосным с осью штока, сегменты размещены вдоль граней сердечника, и постоянные магниты расположены между гранями сердечника и сегментами, а подвижная часть магнитопровода содержит цилиндрический якорь, имеющий кольцеобразный выступ в средней части, причем немагнитный шток жестко соединен с якорем и установлен с возможностью свободного перемещения вдоль своей оси.A two-position electromagnet consisting of a fixed part of the magnetic circuit, containing a coaxially located core, two coils, permanent magnets, and a moving part, including a non-magnetic rod and at least one armature, characterized in that the fixed part of the magnetic circuit is made of two symmetrical parts, in which are located along one coil, the core is made in the form of a polyhedron with a hole coaxial with the axis of the rod, segments are placed along the faces of the core, and permanent magnets are located between the faces with rdechnika and segments, and the movable part of the magnetic circuit comprises a cylindrical anchor having an annular protrusion in the middle part, and a nonmagnetic rod is rigidly connected to the armature and mounted for free movement along its axis.

Description

Полезная модель относится к двухпозиционным электромагнитам, касается бистабильных электромагнитных приводов и может быть использовано для приводов коммутационных аппаратов, в частности, в вакуумных выключателях высокого напряжения с магнитной защелкой.The utility model relates to two-position electromagnets, relates to bistable electromagnetic drives and can be used for drives of switching devices, in particular, in high voltage vacuum circuit breakers with a magnetic latch.

Известен электромагнитный привод для вакуумного выключателя, состоящий из неподвижной части магнитопровода, подвижной части, двух катушек и постоянных магнитов (Выключатели вакуумные серий ВРО и ВР1. Руководство по эксплуатации НКАИ.674152.006 РЭ, г.Ровно, 2003 г.). Подвижная часть магнитопровода - якорь представляет собой параллелепипед, изготовленный из магнитомягкого материала. Катушки расположены в пространстве параллельно друг другу и имеют прямоугольные отверстия. Якорь находится внутри отверстия катушки. Неподвижная часть магнитопровода представляет пакет ферромагнитных пластин прямоугольной формы. Пластины имеют отверстия прямоугольной формы и два прямоугольных выступа, которые направлены внутрь отверстия и расположены один напротив другого посредине отверстия. Внутри отверстия пакета пластин расположены катушки и якорь, который свободно перемещается в отверстии катушек. На поверхности выступов расположены постоянные магниты. Толщина магнита выбрана таким образом, что он почти полностью заполняет промежуток между торцом выступа A known electromagnetic drive for a vacuum circuit breaker, consisting of a fixed part of a magnetic circuit, a moving part, two coils and permanent magnets (vacuum circuit breakers series VRO and BP1. Operation manual NKAI.674152.006 RE, Rivne, 2003). The moving part of the magnetic circuit - the anchor is a parallelepiped made of soft magnetic material. Coils are located in space parallel to each other and have rectangular openings. An anchor is inside the hole of the coil. The fixed part of the magnetic circuit is a package of rectangular ferromagnetic plates. The plates have rectangular holes and two rectangular protrusions that are directed into the hole and are located opposite one another in the middle of the hole. Inside the opening of the plate package, there are coils and an anchor that moves freely in the opening of the coils. Permanent magnets are located on the surface of the protrusions. The thickness of the magnet is chosen so that it almost completely fills the gap between the end face of the protrusion

неподвижной части магнитопровода и боковой поверхностью якоря. В состав подвижной части входит также немагнитный шток, который жестко скреплен с якорем. Шток передает движение якоря подвижным контактам вакуумных дугогасительных камер выключателя. Данный привод является двухпозиционным, потому что имеет два устойчивых положения, которые обеспечиваются магнитной защелкой.the fixed part of the magnetic circuit and the side surface of the anchor. The moving part also includes a non-magnetic rod, which is rigidly fastened to the anchor. The rod transmits the movement of the armature to the movable contacts of the vacuum interrupter chambers of the switch. This drive is a two-position because it has two stable positions, which are provided by a magnetic latch.

Недостатком такой конструкции является относительно небольшая сила удержания подвижной части привода, которая создается в одном зазоре между торцом якоря и неподвижной частью магнитопровода и ограничивается магнитной индукцией насыщения материала магнитопровода.The disadvantage of this design is the relatively small holding force of the movable part of the drive, which is created in one gap between the end of the armature and the fixed part of the magnetic circuit and is limited by the magnetic induction of saturation of the material of the magnetic circuit.

Известен двухпозиционный электромагнит состоящий из неподвижной части магнитопровода, содержащей коаксиально расположенный сердечник, две катушки, постоянные магниты, и подвижной части, включающей немагнитный шток и, по меньшей мере, один якорь (патент РФ №2276421, H01F/08, опубл. 10.05.2006 г.). Сердечник выполнен цилиндрическим. Устройство содержит также кольцеобразный корпус, плоскости торцов которого параллельны друг другу и перпендикулярны оси неподвижной части, внутренний диаметр кольцеобразного корпуса превосходит внешний диаметр кольцеобразного выступа на сердечнике. Немагнитные детали расположены в зазоре между кольцеобразным выступом сердечника и корпусом, причем эти детали по азимуту лишь частично заполняют зазор, катушки расположены между сердечником и корпусом с обеих сторон кольцеобразного выступа на сердечнике, постоянные магниты расположены вне занятой немагнитными деталями части зазора между кольцеобразным выступом сердечника и корпусом. Немагнитный шток расположен в отверстии сердечника. Осевой размер части штока диаметром, который равняется диаметру отверстия в сердечнике, превышает осевой размер неподвижной части магнитопровода на величину хода подвижной части, и двух коаксиальных со штоком дискообразных якорей, закрепленных на Known two-position electromagnet consisting of a fixed part of the magnetic circuit, containing a coaxially located core, two coils, permanent magnets, and a moving part, including a non-magnetic rod and at least one armature (RF patent No. 2276421, H01F / 08, published on 05/10/2006 g.). The core is cylindrical. The device also contains an annular body, the plane of the ends of which are parallel to each other and perpendicular to the axis of the fixed part, the inner diameter of the annular body exceeds the outer diameter of the annular protrusion on the core. Non-magnetic parts are located in the gap between the annular protrusion of the core and the housing, and these parts in azimuth only partially fill the gap, coils are located between the core and the housing on both sides of the annular protrusion on the core, permanent magnets are located outside the part of the gap occupied by the non-magnetic parts between the annular protrusion of the core and case. A non-magnetic rod is located in the core hole. The axial size of the rod part with a diameter equal to the diameter of the hole in the core exceeds the axial size of the fixed part of the magnetic circuit by the amount of travel of the movable part, and two disk-shaped anchors coaxial with the rod, mounted on

торцах части штока диаметром, который равняется диаметру отверстия в сердечнике.the ends of the rod part with a diameter equal to the diameter of the hole in the core.

Недостатком такой конструкции является то, что сила притяжения якоря к неподвижным частям сильно зависит от магнитных зазоров между магнитом и сердечником, а также между магнитом и корпусом, при этом незначительные магнитные зазоры приводят к существенному уменьшению силы притяжения якоря к неподвижным частям магнитопровода.The disadvantage of this design is that the force of attraction of the armature to the fixed parts strongly depends on the magnetic gaps between the magnet and the core, as well as between the magnet and the body, while minor magnetic gaps lead to a significant decrease in the force of attraction of the armature to the fixed parts of the magnetic circuit.

Задачей полезной модели является создание двухпозиционного электромагнита, обеспечивающего стабильно высокую силу притяжения якоря к неподвижным частям магнитопровода.The objective of the utility model is to create a two-position electromagnet that provides a consistently high force of attraction of the armature to the fixed parts of the magnetic circuit.

Это достигается тем, что в двухпозиционном электромагните, состоящем из неподвижной части магнитопровода, содержащей коаксиально расположенный сердечник, две катушки, постоянные магниты, и подвижной части, включающей немагнитный шток и, по меньшей мере, один якорь, неподвижная часть магнитопровода выполнена из двух симметричных частей, в которых расположены по одной катушке, сердечник выполнен в виде многогранника, с отверстием, соосным с осью штока, сегменты размещены вдоль граней сердечника, и постоянные магниты расположены между гранями сердечника и сегментами, а подвижная часть магнитопровода содержит цилиндрический якорь, имеющий кольцеобразный выступ в средней части, причем немагнитный шток жестко соединен с якорем и установлен с возможностью свободного перемещения вдоль своей оси.This is achieved by the fact that in a two-position electromagnet, consisting of a fixed part of the magnetic circuit, containing a coaxially arranged core, two coils, permanent magnets, and a moving part, including a non-magnetic rod and at least one armature, the fixed part of the magnetic circuit is made of two symmetrical parts , in which one coil is located, the core is made in the form of a polyhedron, with a hole coaxial with the axis of the rod, segments are placed along the faces of the core, and permanent magnets are located between s core and segments, and the movable part of the magnetic circuit comprises a cylindrical anchor having an annular protrusion in the middle part, and a nonmagnetic rod is rigidly connected to the armature and mounted for free movement along its axis.

На фиг.1 представлен двухпозиционный электромагнит, на фиг.2 - его вид сверху.Figure 1 presents a two-position electromagnet, figure 2 is a top view thereof.

Двухпозиционный электромагнит выполнен из двух симметричных неподвижных частей магнитопровода 1 и 2, в которых расположены по одной катушки 3 и 4, сердечник 5 и 6, сегменты 7 и 8, и подвижной части магнитопровода, содержащей цилиндрический якорь 9, с кольцеобразным выступом в средней части, и немагнитный шток 10 (фиг.1). Сердечник 5 и 6 выполнен в виде многогранника с отверстием, соосным с осью штока 10 The two-position electromagnet is made of two symmetric fixed parts of the magnetic circuit 1 and 2, in which there are one coil 3 and 4, a core 5 and 6, segments 7 and 8, and a moving part of the magnetic circuit containing a cylindrical armature 9, with an annular protrusion in the middle part, and non-magnetic rod 10 (figure 1). The core 5 and 6 is made in the form of a polyhedron with a hole coaxial with the axis of the rod 10

(фиг.2). Постоянные магниты 11 и 12 расположены между гранями сердечника 5 и 6 и сегментами 7 и 8 (фиг.2). Сегменты 7 и 8 размещены вдоль граней сердечника 5 и 6. Сегменты 7 и 8, сердечник 5 и 6 выполнены из магнитомягкого материала. Подвижная часть магнитопровода расположена между двумя неподвижными симметричными частями магнитопровода 1 и 2. Немагнитный шток 10 жестко соединен с якорем 9 и установлен с возможностью свободного перемещения вдоль своей оси.(figure 2). Permanent magnets 11 and 12 are located between the faces of the core 5 and 6 and segments 7 and 8 (figure 2). Segments 7 and 8 are placed along the faces of the core 5 and 6. Segments 7 and 8, the core 5 and 6 are made of soft magnetic material. The movable part of the magnetic circuit is located between two stationary symmetrical parts of the magnetic circuit 1 and 2. Non-magnetic rod 10 is rigidly connected to the armature 9 and is installed with the possibility of free movement along its axis.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В исходном положении «отключено» якорь 9 прижат к неподвижной части магнитопровода 2, которая содержит сердечник 6, сегменты 8, постоянные магниты 12, и катушку 4. При обесточенных катушках 3 и 4, благодаря магнитному потоку, который создается постоянными магнитами 12, якорь 9 надежно удерживается в этом положении. Сила удержания, создаваемая этим магнитным потоком, больше силы притяжения, создаваемой магнитным потоком через якорь 9 и противоположную неподвижную часть магнитопровода 1 потому, что между якорем 9 и неподвижной частью магнитопровода 1 имеется немагнитный зазор. Если пропустить ток соответствующей величины и направления через катушку 3, расположенную со стороны немагнитного зазора, а через катушку 4 одновременно пропустить ток такой же величины, но противоположного направления, то магнитный поток, созданный током катушки 4 будет снижать магнитный поток, созданный постоянными магнитами 12, а магнитный поток, созданный током в катушке 3 будет увеличивать магнитный поток, созданный постоянными магнитами 11, и якорь 9 начнет перемещаться. При этом немагнитный зазор между якорем 9 и магнитопроводом 1 начнет уменьшаться, а немагнитный зазор между якорем 9 и магнитопроводом 2 будет увеличиваться. Дойдя до неподвижной части магнитопровода 1, якорь 9 остановится и останется в этом положении после отключения тока в катушках 3 и 4, благодаря магнитному потоку, созданному постоянными магнитами 11. Операция «включено» завершена.In the initial position “disconnected”, the armature 9 is pressed against the fixed part of the magnetic circuit 2, which contains the core 6, segments 8, permanent magnets 12, and coil 4. With deenergized coils 3 and 4, due to the magnetic flux created by the permanent magnets 12, the armature 9 securely held in this position. The holding force created by this magnetic flux is greater than the attractive force created by the magnetic flux through the armature 9 and the opposite fixed part of the magnetic circuit 1 because there is a non-magnetic gap between the armature 9 and the fixed part of the magnetic circuit 1. If you pass a current of the corresponding magnitude and direction through a coil 3 located on the non-magnetic gap side, and through a coil 4 simultaneously pass a current of the same magnitude but in the opposite direction, then the magnetic flux generated by the current of the coil 4 will reduce the magnetic flux created by the permanent magnets 12, and the magnetic flux created by the current in the coil 3 will increase the magnetic flux created by the permanent magnets 11, and the armature 9 will begin to move. In this case, the non-magnetic gap between the armature 9 and the magnetic circuit 1 will begin to decrease, and the non-magnetic gap between the armature 9 and the magnetic circuit 2 will increase. Having reached the fixed part of the magnetic circuit 1, the armature 9 will stop and remain in this position after turning off the current in the coils 3 and 4, due to the magnetic flux created by the permanent magnets 11. The operation "on" is completed.

При пропускании тока той же величины и противоположного направления через катушки 3 и 4 подвижная часть двухпозиционного электромагнита вернется в исходное положение.When passing a current of the same magnitude and opposite direction through coils 3 and 4, the movable part of the two-position electromagnet will return to its original position.

Стабильно высокая сила притяжения якоря к неподвижным частям магнитопровода достигается за счет того, что сила, прижимающая якорь к неподвижной части магнитопровода создается в двух зазорах - между кольцеобразным выступом якоря и магнитопроводом и между якорем и сердечником. Уменьшение магнитных зазоров между постоянными магнитами и сегментами с одной стороны, и между постоянными магнитами и сердечником с другой стороны, позволяет уменьшить магнитные потери, что соответственно приводит к увеличению силы притяжения якоря к неподвижным частям магнитопровода.A stably high force of attraction of the armature to the fixed parts of the magnetic circuit is achieved due to the fact that the force pressing the armature to the fixed part of the magnetic circuit is created in two gaps - between the annular protrusion of the armature and the magnetic circuit and between the armature and the core. Reducing the magnetic gaps between the permanent magnets and segments on the one hand, and between the permanent magnets and the core on the other hand, can reduce magnetic losses, which accordingly leads to an increase in the force of attraction of the armature to the fixed parts of the magnetic circuit.

Claims (1)

Двухпозиционный электромагнит, состоящий из неподвижной части магнитопровода, содержащей коаксиально расположенный сердечник, две катушки, постоянные магниты, и подвижной части, включающей немагнитный шток и, по меньшей мере, один якорь, отличающийся тем, что неподвижная часть магнитопровода выполнена из двух симметричных частей, в которых расположены по одной катушке, сердечник выполнен в виде многогранника с отверстием, соосным с осью штока, сегменты размещены вдоль граней сердечника, и постоянные магниты расположены между гранями сердечника и сегментами, а подвижная часть магнитопровода содержит цилиндрический якорь, имеющий кольцеобразный выступ в средней части, причем немагнитный шток жестко соединен с якорем и установлен с возможностью свободного перемещения вдоль своей оси.

A two-position electromagnet consisting of a fixed part of the magnetic circuit, containing a coaxially located core, two coils, permanent magnets, and a moving part, including a non-magnetic rod and at least one armature, characterized in that the fixed part of the magnetic circuit is made of two symmetrical parts, in which are located along one coil, the core is made in the form of a polyhedron with a hole coaxial with the axis of the rod, segments are placed along the faces of the core, and permanent magnets are located between the faces with rdechnika and segments of the magnetic circuit and the movable part comprises a cylindrical anchor having an annular protrusion in the middle portion, wherein the non-magnetic rod rigidly connected to the armature and mounted for free movement along its axis.