RU174502U1 - ELECTROMAGNET - Google Patents
ELECTROMAGNET Download PDFInfo
- Publication number
- RU174502U1 RU174502U1 RU2017112846U RU2017112846U RU174502U1 RU 174502 U1 RU174502 U1 RU 174502U1 RU 2017112846 U RU2017112846 U RU 2017112846U RU 2017112846 U RU2017112846 U RU 2017112846U RU 174502 U1 RU174502 U1 RU 174502U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sleeve
- permanent magnets
- armature
- ring
- electromagnet
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnets (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к электроаппаратостроению, а именно к электромагнитам с постоянными магнитами. Технический результат заключается в расширении номенклатуры применяемых постоянных магнитов, снижении затрат на доработки и снижении трудоемкости проектных работ при разработке модификаций изделия. Предложен электромагнит, в котором корпус выполнен в виде правильной n-угольной призмы, а боковая поверхность кольцеобразной втулки огранена сегментными лысками в количестве равном количеству граней корпуса. Постоянные магниты зафиксированы распорными элементами между гранями корпуса и поверхностями лысок. Катушка выполнена с удлиненной центральной гильзой. Кольцеобразная втулка сцентрирована по наружной поверхности гильзы, а якорь - по ее внутренней поверхности. Наружный конец якоря оснащен защитно-упорной крышкой, пружиной и направляющей втулкой. Электромагнит с минимальными затратами модифицируется под различные рабочие усилия и под различные постоянные магниты в пределах одного габарита, а также при создании габаритного ряда изделий. 11 ил.The utility model relates to electrical engineering, namely to electromagnets with permanent magnets. The technical result consists in expanding the range of applied permanent magnets, reducing the cost of refinement and reducing the complexity of design work in the development of product modifications. An electromagnet is proposed in which the casing is made in the form of a regular n-angular prism, and the lateral surface of the ring-shaped sleeve is faceted by segment flats in an amount equal to the number of casing faces. Permanent magnets are fixed by spacers between the faces of the body and the surfaces of the flats. The coil is made with an elongated central sleeve. The ring-shaped sleeve is centered on the outer surface of the sleeve, and the anchor is centered on its inner surface. The outer end of the armature is equipped with a safety cover, a spring and a guide sleeve. The electromagnet with minimal costs is modified for various working forces and for various permanent magnets within the same size, as well as when creating the overall number of products. 11 ill.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к электроаппаратостроению, а именно к электромагнитам с постоянными магнитами, применяемым, в частности, в автоматических выключателях для управления механизмом свободного расцепления.The proposed utility model relates to electrical engineering, namely to electromagnets with permanent magnets, used, in particular, in circuit breakers to control the free trip mechanism.
Известны электромагниты с втягивающимся якорем, имеющие в своем составе постоянные магниты см. [1-8]. Особенностью электромагнитов с постоянными магнитами являются повышенное начальное усилие, повышенная чувствительность к управляющему сигналу, и как следствие повышенное быстродействие. Объясняется это постоянным присутствием в электромагните магнитного поля постоянного магнита и использованием поля катушки только для его усиления (при совпадении магнитных потоков катушки и постоянного магнита) или ослабления (при противоположных направлениях магнитных потоков) в зависимости от решаемой электромагнитом задачи. Изменение направления магнитного потока катушки достигается изменением направления управляющего тока. Благодаря своим свойствам электромагниты с постоянными магнитами нашли широкое применение в различных электротехнических устройствах (реле, выключателях, контакторах и других автоматических устройствах и системах дистанционного управления). Такие электромагниты состоят из неподвижного магнитопровода в виде цилиндрического [1-4] или П-образного корпуса [5-7] с крышкой (фланцем) и цилиндрической втулкой внутри корпуса, и подвижного магнитопровода в виде цилиндрического якоря, проходящего через отверстия крышки (фланца), цилиндрической втулки и катушки. Наружный конец цилиндрического якоря используется для воздействия на ведомый механизм. Кольцевые постоянные магниты, имеющие намагниченность, направленную по радиусу катушки, помещаются между стенками корпуса и цилиндрической втулки см. рисунки к патентам [1, 2, 4] и имеют, как правило, свои нестандартные размеры. Иногда предлагается кольцевой магнит заменять набором отдельных прямоугольных магнитов подходящих для радиального зазора между цилиндрическими стенками корпуса и кольцеобразной втулки [4]. Общим недостатком конструкций указанных электромагнитов является ограничение в применении постоянных магнитов других геометрических форм, что ограничивает возможности оперативных замен постоянных магнитов на более прогрессивные, но имеющие другую форму, размеры и материал без существенных изменений конструкции. Аналогичные проблемы возникают и при смене поставщика постоянных магнитов по технико-экономическим соображениям или прекращении производства применяемого типа магнита. Также затруднено модифицирование таких конструкций электромагнитов под новые технические параметры, что снижает уровень унификации и стандартизации изделий модифицированного ряда. Постоянные магниты могут иметь также форму параллелепипедов [5, 7], которые при П-образном корпусе могут быть размещены только по двум сторонам, что ограничивает возможности увеличения начального усилия при модифицировании изделия под увеличенные значения начального усилия. Кроме того, конструкциям с П-образными магнитопроводами присущи несколько увеличенные потери основного магнитного потока, создаваемого катушкой из-за полей рассеяния через ее открытые боковые поверхности. Существуют также конструкции электромагнитов, в которых постоянные магниты вмонтированы в подвижную часть магнитопровода [8] или помещены вовнутрь сердечника под плоский конец якоря [3]. Такие конструкции рассчитаны только на определенную конфигурацию постоянного магнита и ограничены в выборе других типов магнитов.Known electromagnets with a retracting armature, incorporating permanent magnets, see [1-8]. A feature of electromagnets with permanent magnets is an increased initial force, increased sensitivity to a control signal, and as a result, increased speed. This is explained by the constant presence in the electromagnet of the magnetic field of a permanent magnet and the use of the coil field only to strengthen it (when the magnetic fluxes of the coil and the permanent magnet coincide) or weaken (with opposite directions of magnetic fluxes) depending on the problem being solved by the electromagnet. Changing the direction of the magnetic flux of the coil is achieved by changing the direction of the control current. Due to their properties, permanent magnet electromagnets are widely used in various electrical devices (relays, switches, contactors and other automatic devices and remote control systems). Such electromagnets consist of a fixed magnetic core in the form of a cylindrical [1-4] or U-shaped case [5-7] with a cover (flange) and a cylindrical sleeve inside the case, and a moving magnetic core in the form of a cylindrical armature passing through the openings of the cover (flange) , cylindrical bushings and coils. The outer end of the cylindrical armature is used to act on the driven mechanism. Permanent ring magnets with a magnetization directed along the radius of the coil are placed between the walls of the housing and the cylindrical sleeve, see the figures for patents [1, 2, 4] and, as a rule, have their own non-standard sizes. It is sometimes proposed to replace a ring magnet with a set of separate rectangular magnets suitable for a radial clearance between the cylindrical walls of the housing and the ring-shaped sleeve [4]. A common drawback of the design of these electromagnets is the limitation in the use of permanent magnets of other geometric shapes, which limits the ability to quickly replace permanent magnets with more progressive, but having a different shape, size and material without significant structural changes. Similar problems arise when changing the supplier of permanent magnets for technical and economic reasons or when discontinuing the production of the type of magnet used. It is also difficult to modify such constructions of electromagnets to new technical parameters, which reduces the level of unification and standardization of products of the modified series. Permanent magnets can also have the shape of parallelepipeds [5, 7], which with a U-shaped case can only be placed on two sides, which limits the possibility of increasing the initial force when modifying the product to increase the initial force. In addition, structures with U-shaped magnetic circuits are characterized by slightly increased losses of the main magnetic flux generated by the coil due to scattering fields through its open side surfaces. There are also designs of electromagnets in which permanent magnets are mounted in the moving part of the magnetic circuit [8] or placed inside the core under the flat end of the armature [3]. Such designs are designed only for a specific configuration of a permanent magnet and are limited in the choice of other types of magnets.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сути является электромагнит, приведенный в описании к патенту на изобретение [2]. Прототип представляет собой сдвоенный электромагнит с постоянными магнитами, но принципиально устроен аналогично заявляемой конструкции. Прототип имеет наружную неподвижную часть магнитопровода, состоящую из цилиндрического корпуса и соединенных с ним крышек с центральными отверстиями и кольцеобразной втулки, расположенной коаксиально внутри корпуса. Подвижная часть магнитопровода выполнена в виде цилиндрического подпружиненного якоря, закрепленного на штоке, с возможностью возвратно-поступательного движения внутри крышек, кольцеобразной втулки и катушек. Кольцеобразный постоянный магнит закреплен между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и наружной поверхностью кольцеобразной втулки. Через шток якорь электромагнита связан с ведомым механизмом объекта и приводится в движение подачей тока в катушки управления определенной полярности и в определенной последовательности. Для изготовления прототипа необходимо заказывать постоянный магнит по специальным размерам, что экономически не всегда выгодно, особенно при мелкосерийном выпуске изделий, в которых применяется магнит. Недостатком прототипа является ограниченная возможность в применение других типов постоянных магнитов массового производства, стандартных дисковых, пластинчатых кольцеобразных, прямоугольных и пр. Ограничен прототип и в плане разработки других исполнений электромагнита на другие усилия. Для таких исполнений снова необходимо заказывать электромагниты по специальным размерам. Такие ограничения прототипа связаны с выбранной пространственной компоновкой конструкции электромагнита.Closest to the claimed utility model in technical essence is the electromagnet described in the description of the patent for the invention [2]. The prototype is a double electromagnet with permanent magnets, but fundamentally arranged similarly to the claimed design. The prototype has an external fixed part of the magnetic circuit, consisting of a cylindrical body and lids connected to it with central holes and an annular sleeve located coaxially inside the body. The moving part of the magnetic circuit is made in the form of a cylindrical spring-loaded armature mounted on the rod, with the possibility of reciprocating movement inside the covers, ring-shaped bushings and coils. An annular permanent magnet is fixed between the inner surface of the cylindrical body and the outer surface of the annular sleeve. Through the rod, the anchor of the electromagnet is connected to the driven mechanism of the object and is driven by the supply of current to the control coils of a certain polarity and in a certain sequence. For the manufacture of the prototype, it is necessary to order a permanent magnet in special sizes, which is not always economically profitable, especially for small-scale production of products in which the magnet is used. The disadvantage of the prototype is the limited ability to use other types of permanent magnets in mass production, standard disk, plate, ring-shaped, rectangular, etc. The prototype is limited in terms of the development of other versions of the electromagnet for other efforts. For such designs, it is again necessary to order electromagnets for special sizes. Such limitations of the prototype are associated with the selected spatial layout of the design of the electromagnet.
На преодоление указанных недостатков направлена конструкция заявляемой полезной модели. Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается:The design of the claimed utility model is aimed at overcoming these drawbacks. The technical result achieved by the proposed utility model is:
- в расширении номенклатуры применяемых постоянных магнитов по форме, размерам и материалам из стандартного ряда этих изделий, присутствующих на рынке, без принципиальных изменений конструкции, что позволяет снизить производственные затраты изготовителя на доработки при заменах покупных изделий;- expanding the range of applied permanent magnets in shape, size and materials from the standard range of these products on the market, without fundamental design changes, which reduces the manufacturer’s manufacturing costs for improvements when replacing purchased products;
- в снижении трудоемкости проектных работ при создании модификаций изделия под новые параметры за счет повышения уровня унификации и стандартизации изделий модифицированного ряда.- to reduce the complexity of design work when creating product modifications for new parameters by increasing the level of unification and standardization of products of the modified series.
Поставленная цель достигается тем, что в электромагните с постоянными магнитами, содержащем наружную неподвижную часть магнитопровода, состоящую из корпуса, соединенной с ним крышки, имеющей центральное отверстие, и кольцеобразной втулки, расположенной внутри корпуса соосно центральному отверстию, подвижную часть, состоящую из цилиндрического двухступенчатого якоря, с плоским внутренним торцем со стороны ступени большего диаметра и резьбовым стержнем с резьбовой втулкой на внешнем конце якоря, смонтированного с возможностью перемещения в осевом направлении внутри кольцеобразной втулки и крышки, а также содержащем катушку, помещенную вовнутрь корпуса коаксиально с якорем одним торцем к корпусу, а вторым торцем к кольцеобразной втулке, постоянные магниты, встроенные между боковыми поверхностями корпуса и кольцеобразной втулки, цилиндрическую пружину, размещенную снаружи корпуса, его корпус выполнен в виде правильной n-угольной призмы с четным количеством граней, а боковая поверхность кольцеобразной втулки огранена сегментными лысками в количестве равном количеству граней корпуса и параллельными противолежащим граням корпуса. Причем поверхность каждой лыски отдалена от внутренней поверхности грани корпуса на расстояние не меньше толщины пластинчатого постоянного магнита, а постоянные магниты с намагниченностью в направлении их толщины смонтированы на лысках и зафиксированы в корпусе с помощью немагнитных распорных элементов. При этом катушка электромагнита выполнена с выступающей за ее торец удлиненной центральной гильзой, имеющей длину выступающей части не более высоты кольцевой втулки и наружный диаметр не более внутреннего диаметра кольцеобразной втулки. Цилиндрический якорь помещен подвижно вовнутрь гильзы, а кольцеобразная втулка сцентрирована по наружной поверхности гильзы. Кроме этого, резьбовой конец якоря оснащен рифленой снаружи защитно-упорной крышкой, закрепленной на торце якоря с помощью резьбовой втулки, а на крышке корпуса соосно центральному отверстию установлена направляющая втулка с наружным и внутренним ободом. Во внутренний обод встроена цилиндрическая пружина таким образом, что ее концы заневолены между внутренними торцами защитно-упорной крышки и направляющей втулки.This goal is achieved by the fact that in an electromagnet with permanent magnets containing the outer stationary part of the magnetic circuit, consisting of a housing connected to it by a cover having a central hole, and an annular sleeve located inside the housing coaxially with the central hole, a movable part consisting of a cylindrical two-stage armature , with a flat inner end on the side of the step of a larger diameter and a threaded rod with a threaded sleeve on the outer end of the armature mounted to move axially inside the annular sleeve and the cover, as well as containing a coil placed coaxially inside the housing with an anchor with one end to the housing, and with the second end to the annular sleeve, permanent magnets embedded between the side surfaces of the housing and the annular sleeve, a coil spring placed outside the housing, its casing made in the form of a regular n -ugolnoy prism with an even number of faces and the side surface of the annular sleeve faceted flats segment in an amount equal koliches Wu faces the body and parallel to the opposite faces of the housing. Moreover, the surface of each flange is remote from the inner surface of the face of the casing by a distance not less than the thickness of the plate-shaped permanent magnet, and permanent magnets with magnetization in the direction of their thickness are mounted on the flats and fixed in the casing using non-magnetic spacers. In this case, the coil of the electromagnet is made with an elongated central sleeve protruding beyond its end, having a length of the protruding part of not more than the height of the annular sleeve and an outer diameter of not more than the inner diameter of the annular sleeve. The cylindrical anchor is movably placed inside the sleeve, and the ring-shaped sleeve is centered on the outer surface of the sleeve. In addition, the threaded end of the anchor is equipped with a corrugated protective cover outside, mounted on the end of the anchor with a threaded sleeve, and a guide sleeve with an outer and inner rim is mounted coaxially to the central hole. A cylindrical spring is integrated in the inner rim so that its ends are uncontrolled between the inner ends of the protective-stop cover and the guide sleeve.
Выполнение корпуса электромагнита в виде правильной n-угольной призмы с четным количеством граней и огранение боковой поверхности кольцеобразной втулки сегментными лысками в количестве равном количеству граней корпуса и параллельными противолежащим граням корпуса позволяет разместить по периметру кольцеобразной втулки n/2 пар постоянных стандартных магнитов пластинчатого типа, выпускаемых массово многими изготовителями. Отдаление поверхности каждой лыски от внутренней поверхности грани корпуса на расстояние не меньше приемлемой толщины пластинчатого постоянного магнита с намагниченностью в направлении их толщины разрешает в дальнейшем применение магнитов меньшей толщины, но из материалов обладающих большей коэрцитивной силой. Образующиеся зазоры между магнитом и поверхностью лыски (или внутренней гранью корпуса) при необходимости могут заполняться пластинчатыми прокладками. Наличие немагнитных распорных элементов позволяет надежно и однозначно фиксировать постоянные магниты в корпусе при сборке электромагнита. Выполнение катушки электромагнита с выступающей за ее торец удлиненной центральной гильзой, имеющей длину выступающей части не более высоты кольцеобразной втулки и наружный диаметр не более внутреннего диаметра этой втулки обеспечивает легкое центрирование кольцеобразной втулки по одной наружной посадочной поверхности гильзы (независимо от посадочных поверхностей подвижного якоря) и простое модифицирование этой втулки под магниты большей толщины (только один переменный размер - глубина лыски). Для того, чтобы при модифицировании электромагнита можно было менять пружину на другую, с другим рабочим усилием, резьбовой конец якоря оснащен съемной защитно-упорной крышкой, между торцем которой и торцем направляющей втулки заневоливается пружина. Направляющая втулка выполнена с наружным и внутренним ободом. Внутренний обод выполняет роль направляющей для пружины.The implementation of the body of the electromagnet in the form of a regular n- angular prism with an even number of faces and faceting of the side surface of the annular sleeve with segment flats in an amount equal to the number of faces of the case and parallel opposing faces of the case allows you to place n / 2 pairs of standard standard plate type magnets produced around the annular sleeve massively by many manufacturers. The separation of the surface of each flat from the inner surface of the face of the casing by a distance not less than the acceptable thickness of the lamellar permanent magnet with magnetization in the direction of their thickness permits the further use of magnets of smaller thickness, but from materials with greater coercive force. The resulting gaps between the magnet and the flat surface (or the inner face of the body) can be filled with plate gaskets if necessary. The presence of non-magnetic spacers allows reliable and unambiguous fixation of permanent magnets in the housing during assembly of the electromagnet. The implementation of the electromagnet coil with an elongated central sleeve protruding beyond its end, having a protruding part of no more than the height of the annular sleeve and an outer diameter of no more than the inner diameter of this sleeve provides easy centering of the annular sleeve along one outer seating surface of the sleeve (regardless of the seating surfaces of the movable armature) and simple modification of this sleeve for magnets of greater thickness (only one variable size - flat depth). In order to change the spring to another, with a different working force, when modifying the electromagnet, the threaded end of the armature is equipped with a removable protective-stop cover, between which the end and the end of the guide sleeve are spring-loaded. The guide sleeve is made with an outer and inner rim. The inner rim acts as a guide for the spring.
Предлагаемая полезная модель может использоваться при серийном производстве в составе низковольтных автоматических выключателей на различные номинальные токи, как малогабаритный быстродействующий электромагнит, воздействующий на рейку механизма свободного расцепления выключателя. Благодаря предложенной конструкции в электромагните могут применяться различные пластинчатые постоянные магниты массового производства. Модель при разработке исполнений может легко модифицироваться под требуемые усилия воздействия на ведомый механизм выбором количества и типа постоянных магнитов массового производства и подбором рабочей пружины на заданное усилие из нормализованного ряда, действующего в отрасли стандарта.The proposed utility model can be used in mass production as part of low-voltage circuit breakers for various rated currents, as a small-sized high-speed electromagnet acting on the rail of the circuit breaker free trip mechanism. Thanks to the proposed design, various plate-type permanent magnets of mass production can be used in an electromagnet. When developing designs, the model can easily be modified to the required efforts to act on the driven mechanism by selecting the number and type of permanent magnets of mass production and selecting a working spring for a given force from the normalized range operating in the industry standard.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявитель не обнаружил прототип, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленной конструкции, изложенных в формуле полезной модели.An analysis of the prior art by the applicant, including a search by patents and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed utility model, allowed to establish that the applicant did not find a prototype characterized by features identical to all the essential features of the claimed utility model. The determination from the list of identified analogues of the prototype as the closest in terms of the set of essential features of the analogue made it possible to identify the set of significant distinguishing features in relation to the technical result perceived by the applicant in the claimed design set forth in the utility model formula.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «новизна».Therefore, the claimed utility model meets the condition of "novelty."
Конструкция заявляемой полезной модели изображена на фиг. 1-11. На фиг. 1-4 изображены соответственно общий вид электромагнита, вид спереди с половинным разрезом А-А до центральной оси, вид сбоку Б и вид сверху В. Фиг. 5 представляет собой то же сечение А-А, но показывает положение деталей электромагнита в исходном состоянии, которое обеспечивается при взведении механизма свободного расцепления автоматического выключателя в положение готовности к отключению. На фиг. 6 дан разрез Г-Г, проходящий через оси симметрии постоянных магнитов перпендикулярно центральной оси электромагнита (положение секущей плоскости см. на фиг. 2). Фиг. 7 изображает внутреннее размещение дисковых постоянных магнитов на лысках кольцевой втулки при условно не показанном корпусе, крышке и наружных втулках с рабочей пружиной. Фиг. 8-11 повторяют фиг. 7 и показывают возможности предложенной модели в части применения постоянных пластинчатых магнитов различной формы, размеров, и изготовленных из различных материалов. Фиг. 8 показывает применение плоских кольцевых магнитов, фиг. 9 - магнитов в виде плоских квадратных пластин, фиг. 10 - в виде составного магнита из двух прямоугольных, фиг. 11 - применение тонкого дискового магнита из материала с большей коэрцитивной силой совместно с магнитомягкой прокладкой.The design of the claimed utility model is depicted in FIG. 1-11. In FIG. 1-4, respectively, are a general view of the electromagnet, a front view with a half section AA to the central axis, side view B and top view B. FIG. 5 is the same section AA, but shows the position of the details of the electromagnet in the initial state, which is ensured by cocking the free-trip mechanism of the circuit breaker to the standby position. In FIG. Figure 6 shows a section GG passing through the axis of symmetry of the permanent magnets perpendicular to the central axis of the electromagnet (for the position of the secant plane, see Fig. 2). FIG. 7 depicts the internal placement of disk permanent magnets on the flats of an annular sleeve with a conditionally not shown housing, cover and outer sleeves with a working spring. FIG. 8-11 repeat FIG. 7 and show the possibilities of the proposed model in terms of the use of permanent plate magnets of various shapes, sizes, and made of various materials. FIG. 8 shows the use of planar ring magnets, FIG. 9 - magnets in the form of flat square plates, FIG. 10 - in the form of a composite magnet of two rectangular, FIG. 11 - the use of a thin disk magnet of a material with greater coercive force in conjunction with a soft magnetic pad.
Электромагнит с постоянными магнитами (см. фиг. 1 - фиг. 4) содержит наружную неподвижную часть магнитопровода, состоящую из корпуса 1, выполненного в виде правильной n-угольной призмы с четным количеством граней (для приведенного конкретного исполнения n=4), соединенной с ним крышки 2, имеющей центральное отверстие 3, и кольцеобразной втулки 4, расположенной внутри корпуса соосно центральному отверстию 3. Подвижная часть магнитопровода состоит из цилиндрического двухступенчатого якоря 5, с плоским внутренним торцем 6 со стороны ступени большего диаметра и резьбовым стержнем 7 с резьбовой втулкой 8 на внешнем конце якоря. Якорь 5 смонтирован с возможностью перемещения в осевом направлении внутри кольцеобразной крышки 2, втулки 4 и катушки 9. Осевое перемещения якоря 5 ограничено вниз упором плоского торца 6 в дно 10 корпуса 1 (см. фиг. 5), а вверх - упором заплечика 11 в крышку 2 (см. фиг. 2). Катушка 9 помещена вовнутрь корпуса 1 коаксиально с якорем 5 одним торцем ко дну 10 корпуса 1, вторым торцем к кольцеобразной втулке 4. Катушка 9 выполнена с выступающей за ее торец удлиненной центральной гильзой 12, имеющей длину выступающей части не более высоты кольцеобразной втулки 4 и наружный диаметр не более внутреннего диаметра кольцеобразной втулки. Высота самой кольцеобразной втулки 4 выбирается не менее линейного размера планируемых к применению постоянных магнитов. Внутренний диаметр гильзы 12 выбран не меньше наружного диаметра якоря 5 и обеспечивает ходовую посадку якоря по единой посадочной поверхности - внутренней поверхности гильзы. Изготовление гильзы 12 из антифрикционной пластмассы (капролон, фторопласт) также позволяет уменьшить износ трущихся поверхностей якоря 5. Наружная поверхность гильзы 12 также является единственной для центрирования кольцеобразной втулки 4, что способствует технологичности сборки электромагнита, исключает зависимость от других диаметральных сборочных поверхностей. Удлиненная гильза 12 катушки 9 обеспечивает точное центрирование магнитной системы электромагнита, постоянство немагнитного зазора, устранение односторонних сил магнитного тяжения между якорем и деталями сердечника, что в конечном итоге способствует стабильной работе электромагнита. Кольцеобразная втулка 4 снаружи огранена сегментными лысками 13 (см. фиг. 6). Их количество соответствует количеству граней корпуса. Каждая лыска 13 выполняется так, чтобы она была удалена от внутренней поверхности 14 противолежащей грани корпуса 1 на расстояние не менее толщины t применяемых ферритовых постоянных магнитов 15 с приемлемыми техническими характеристиками. Магниты 15 устанавливаются на лысках 13 кольцеобразной втулки 4 и симметрируются относительно плоскости симметрии электромагнита с помощью распорных элементов 16 и 17, выполненных из немагнитных материалов. На фиг. 7 показан общий вид на установленные постоянные магниты 15, имеющие дисковую форму с фиксирующим элементом 17. На фиг. 7 корпус 1 с крышкой 2 условно не показан. Также не показаны детали, смонтированные снаружи корпуса над крышкой электромагнита. Движение якоря 5 вверх обеспечивает рабочая пружина 18 (см. фиг. 2 и фиг. 5), которая установлена между внутренними торцами направляющей втулки 19 и защитно-упорной втулки 20. Направляющая втулка 19 установлена на крышке 2 соосно центральному отверстию 3. Защитно-упорная втулка 20 закреплена на резьбовом конце 7 якоря 5 с помощью резьбовой втулки 8 и защищает пружину от проникновения вовнутрь посторонних предметов. Резьбовая втулка 8 впрессована в защитно-упорную втулку 20, которая снаружи для удобства сборки снабжена рифлением 21. Направление для пружины 18 при ее сжатии создает внутренний обод 22 втулки 19, а наружный обод 23 предохраняет подвижную втулку 20 от случайных боковых механических воздействий. Рабочая пружина 18 передает свое усилие на расцепляющий механизм автоматического выключателя (на чертежах механизм не показан) через втулку 20 и резьбовую втулку 8. Постоянные магниты 15, применяемые в данной конструкции электромагнита могут быть и другой формы, например плоскими кольцевыми 24, (см. фиг. 8), плоскими квадратными 25, (см. фиг. 9), в виде набора из двух прямоугольных 26 (см. фиг. 10). Также могут применяться магниты подходящей формы из других материалов с улучшенными магнитными свойствами. Меньшая толщина более мощных дисковых магнитов 27 дополняется до толщины t регулировочными прокладками 28 из магнитомягкого материала (см. фиг. 11).The permanent magnet electromagnet (see Fig. 1 - Fig. 4) contains an external fixed part of the magnetic circuit, consisting of a
Работает предложенный электромагнит с постоянными магнитами следующим образом. При взведении механизма свободного расцепления автоматического выключателя (на чертежах не показан) в положение «готов к отключению» якорь 5 под воздействием усилия со стороны выключателя, которое прикладывается к торцу резьбовой гайки 8, движется своим плоским концом 6 в направлении ко дну 10, уменьшая воздушный зазор δ (см. фиг. 2). При этом вступают в действие магнитные поля магнитов 15, силовые линии которых замыкаются в контуре «магнит 15 полюс N - сердечник 1 - воздушный зазор δ - тело якоря 5 - боковая поверхность кольцеобразной втулки 4 - полюс S магнита 15». При некотором значении воздушного зазора δ суммарное усилие поля постоянных магнитов становится больше усилия рабочей пружины и якорь своим плоским концом 6 притягивается ко дну 10 сердечника 1 (см. фиг. 5). В таком положении электромагнит готов к выполнению своей основной функции, приведению в действие механизма свободного расцепления автоматического выключателя. При поступлении кратковременного управляющего тока в катушку 9 соответствующей величины и полярности, который создает в катушке магнитный поток противоположный по направлению суммарному потоку постоянных магнитов 15, происходит мгновенное ослабление магнитного потока от постоянных магнитов. Якорь 5 под действием рабочей пружины 18 с одной стороны и под действием магнитных сил нарастающего магнитного поля уже в контуре «магнит 15 полюс N - сердечник 1 - крышка 2 - тело якоря 5 - боковая поверхность кольцеобразной втулки 4 - полюс S магнита 15» резко перемещается вверх и торцем втулки 8 воздействует на механизм свободного расцепления, который производит автоматическое размыкание контактов выключателя. Предложенная конструкция электромагнита, благодаря корпусу 1 в виде правильной n-угольной призмы и ограненной лысками в количестве равном n кольцеобразной втулке 4, позволяет, в отличие от прототипа, применять постоянные магниты различной формы более широкой номенклатуры из стандартного ряда массово производимых типоразмеров и их комбинаций, а именно:The proposed permanent magnet electromagnet operates as follows. When cocking the free-release mechanism of the circuit breaker (not shown in the drawings) to the “ready for shutdown” position, the
- дисковых 15, фиг. 7, в т.ч. составных из нескольких в пределах толщины t;-
- кольцевых 24, фиг. 8, в т.ч. составных из нескольких в пределах толщины t;-
- пластинчатых квадратных 25, фиг. 9, в т.ч. составных из нескольких в пределах толщины t;-
- прямоугольных 26, фиг. 10, в виде набора по ширине лыски;- rectangular 26, FIG. 10, in the form of a set across the width of the flat;
- других приемлемых форм, вписывающихся в пространство между гранью 14 корпуса 1 и лыской 13 втулки 4 и удовлетворяющих заданным усилиям.- other acceptable forms that fit into the space between the
При этом предоставляются расширенные возможности в выборе магнитов из различных материалов из ряда:At the same time, advanced opportunities are provided in the selection of magnets from various materials from a number of:
- недорогих ферритовых (керамических ферритобариевых и ферритостронциевых) общего применения для температур эксплуатации не ниже -20°C;- inexpensive ferrite (ceramic ferritobarium and ferritostrontium) general applications for operating temperatures not lower than -20 ° C;
- дорогих самарий-кобальтовых с повышенной коэрцитивной силой и предназначенных для эксплуатации при повышенных температурах до +350°C;- expensive cobalt samarium with increased coercive force and intended for operation at elevated temperatures up to + 350 ° C;
- неодимовых на основе сплавов неодим-железо-бор с диапазоном рабочих температур от -60 до +150-220°C.- Neodymium based on neodymium-iron-boron alloys with a working temperature range from -60 to + 150-220 ° C.
- «железокобальтовых» на основе сплава «железо-хром-кобальт», как более стойких к механическим воздействиям, к размагничиванию и высоким температурам, чем керамические и неодимовые;- “iron-cobalt” based on the “iron-chromium-cobalt” alloy, as they are more resistant to mechanical stress, demagnetization and high temperatures than ceramic and neodymium;
- перспективных наноструктурных, магнитотвердых на основе FeCrCo-сплавов с улучшенными характеристиками.- promising nanostructured, magnetically hard based on FeCrCo alloys with improved characteristics.
Расширенные возможности появляются в связи с тем, что магниты из различных материалов, в том числе из новых, для конкурентного продвижения их на рынке, изготавливаются, прежде всего, в виде стандартных форм (диски, плоские кольца, прямоугольные пластины, стержни), как наиболее применяемых в бытовых и других устройствах массового производства. Конструкция предложенной модели как раз и ориентирована на эти стандартные формы постоянных магнитов.Advanced opportunities appear due to the fact that magnets from various materials, including new ones, for their competitive promotion on the market, are made, first of all, in standard forms (discs, flat rings, rectangular plates, rods), as used in domestic and other mass production devices. The design of the proposed model is precisely oriented to these standard forms of permanent magnets.
Таким образом достигается первая цель заявленной модели: расширение номенклатуры применяемых постоянных магнитов по форме, размерам и материалам без принципиальных изменений конструкции, что позволяет снизить производственные затраты изготовителя на доработки электромагнита при заменах постоянных магнитов по технико-экономическим причинам.Thus, the first goal of the claimed model is achieved: expanding the range of applied permanent magnets in shape, size and materials without fundamental structural changes, which reduces the manufacturer’s production costs for finalizing the electromagnet when replacing permanent magnets for technical and economic reasons.
Для разработки модификаций (исполнений) электромагнита в пределах одного габарита предусмотрены:For the development of modifications (designs) of an electromagnet within the same size, the following are provided:
1) съемная защитно-упорная крышка 20 с вмонтированной в нее резьбовой втулкой 8, которые обеспечивают легкость замены одной стандартной рабочей пружины 18 на другую стандартную для увеличения или уменьшения рабочего усилия электромагнита;1) a removable protective and
2) ограненная лысками 13 кольцеобразная втулка 4, с возможностью ее модифицирования под размер t, т.е. под магниты различной приемлемой толщины, как в сторону увеличения, так и уменьшения размера (для уменьшения могут применяться магнитомягкие прокладки 28, см. фиг. 11);2) ring-shaped
3) катушка 9, работающая в кратковременном, почти импульсном режиме, имеющая достаточную перегрузочную способность по управляющему току и не требующая в пределах одного габарита изменения ее намоточных данных.3)
Для разработки модификаций (исполнений) электромагнита других габаритов для больших рабочих усилий предусмотрены:For the development of modifications (designs) of an electromagnet of other dimensions for large working efforts, the following are provided:
а) исполнение корпуса 1 с увеличенным количеством граней, (например, с 6-ью или 8-ью гранями) и соответственно исполнение кольцеобразной втулки 4 с увеличенным количеством лысок 13;a) the execution of the
б) базовое решение сопряжения кольцеобразной втулки 4 и якоря 8 посредством удлиненной гильзы 12 катушки 8, обеспечивающее постоянство и повторяемость во всех исполнениях электромагнита точного центрирования магнитной системы электромагнита со стабильным немагнитным зазором, с устранением односторонних сил магнитного тяжения между якорем 5 и деталями сердечника, с уменьшением износа трущихся поверхностей якоря 5 и гильзы 12 за счет выбора материала гильзы с низкими значениями коэффициента трения по металлу.b) the basic solution of pairing the
Предложенные меры для разработки исполнений электромагнита с постоянными магнитами в пределах одного габарита и исполнений новых габаритов позволяют снизить трудоемкость проектных работ и их продолжительность, повысить показатели уровня унификации и стандартизации модифицированных изделий.The proposed measures for the development of designs of an electromagnet with permanent magnets within the same size and designs of new dimensions can reduce the complexity of design work and their duration, increase the level of unification and standardization of modified products.
Таким образом, выполнение электромагнита с постоянными магнитами в заявляемом виде с новыми конструктивными элементами, а именно с корпусом в виде правильной n-угольной призмы с четным количеством граней, с кольцеобразной втулкой, ограненной сегментными лысками в количестве равном количеству граней корпуса, с катушкой с выступающей за ее торец удлиненной центральной гильзой, с распорными элементами, с защитно-упорной крышкой и направляющей втулкой и размещение этих конструктивных элементов в описанной взаимосвязи и взаимном расположении с остальными деталями электромагнита, позволили достичь в предлагаемой модели декларируемого технического результата.Thus, the implementation of an electromagnet with permanent magnets in the claimed form with new structural elements, namely, a body in the form of a regular n- angular prism with an even number of faces, with a ring-shaped sleeve faceted by segment flanges in an amount equal to the number of faces of the body, with a coil with a protruding behind its end face with an elongated central sleeve, with spacer elements, with a protective stop cover and a guide sleeve, and the placement of these structural elements in the described relationship and relative position SRI with the other parts of the electromagnet, have led to the proposed model, the declared technical result.
Описанная конструкция полезной модели и описание ее работы свидетельствуют о соответствии заявленной полезной модели следующей совокупности условий:The described design of the utility model and a description of its operation indicate the compliance of the claimed utility model with the following set of conditions:
- устройство, воплощающее заявленную модель, при его осуществлении предназначено для использования в автоматических выключателях и относится к электроаппаратостроению, а именно к электромагнитам с постоянными магнитами;- a device embodying the claimed model, when implemented, is intended for use in circuit breakers and relates to electrical engineering, namely, to electromagnets with permanent magnets;
- для заявленной конструкции в том виде, как она охарактеризована в изложенной формуле полезной модели, подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанных в заявке средств;- for the claimed design in the form as described in the stated utility model formula, the possibility of its implementation using the means described in the application is confirmed;
- устройство, воплощающее заявленную полезную модель, при осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- a device embodying the claimed utility model, when implemented, is capable of ensuring the achievement of the technical result perceived by the applicant.
Опытные образцы заявляемого электромагнита были изготовлены и испытаны с положительными результатами в составе автоматических выключателей на большие токи.Prototypes of the inventive electromagnet were manufactured and tested with positive results in the composition of circuit breakers for high currents.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed utility model meets the condition of "industrial applicability".
Источники, принятые во внимание:Sources taken into account:
1. Описание к патенту на изобретение RU 2233496 H01F 7/16 опубл. 27.07.2004.1. Description of the patent for the invention RU 2233496
2. Описание к патенту на изобретение RU 2242816 H01F 7/16 опубл. 20.12.2004.2. Description of the patent for the invention RU 2242816
3. Описание к патенту на изобретение RU 2306626 H01F 7/12 опубл. 10.02.2011.3. Description of the patent for the invention RU 2306626
4. Описание к патенту на полезную модель RU 121642 H01F 7/16 опубл. 27.10.2012.4. Description of the patent for utility model RU 121642
5. Описание к патенту US 4509026 (A) H01F 7/16 02.04.1985.5. Description of the patent US 4509026 (A)
6. Описание к патенту US 4644311 (A) H01F 7/13 17.02.1987.6. Description of the patent US 4644311 (A)
7. Описание к патенту US 4730175 (A) H01F 7/08 08.03.1988.7. Description of the patent US 4730175 (A)
8. Описание к патенту US 5949315 (A) Н01Н 51/22 07.09.1999.8. Description of the patent US 5949315 (A) H01H 51/22 09/07/1999.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017112846U RU174502U1 (en) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | ELECTROMAGNET |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017112846U RU174502U1 (en) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | ELECTROMAGNET |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU174502U1 true RU174502U1 (en) | 2017-10-18 |
Family
ID=60120632
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017112846U RU174502U1 (en) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | ELECTROMAGNET |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU174502U1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2115185C1 (en) * | 1996-07-11 | 1998-07-10 | Акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" | Electromagnet |
US6345544B1 (en) * | 1997-12-26 | 2002-02-12 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Electromagnetic load detection device |
RU2242816C2 (en) * | 2002-03-21 | 2004-12-20 | Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | Fast-response polarized pot electromagnet with independent polarization currents |
RU163698U1 (en) * | 2015-12-14 | 2016-08-10 | Закрытое акционерное общество "Производственное объединение Электротехник" | ELECTROMAGNET |
-
2017
- 2017-04-13 RU RU2017112846U patent/RU174502U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2115185C1 (en) * | 1996-07-11 | 1998-07-10 | Акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" | Electromagnet |
US6345544B1 (en) * | 1997-12-26 | 2002-02-12 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Electromagnetic load detection device |
RU2242816C2 (en) * | 2002-03-21 | 2004-12-20 | Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | Fast-response polarized pot electromagnet with independent polarization currents |
RU163698U1 (en) * | 2015-12-14 | 2016-08-10 | Закрытое акционерное общество "Производственное объединение Электротехник" | ELECTROMAGNET |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3460081A (en) | Electromagnetic actuator with permanent magnets | |
WO2014194140A3 (en) | Electromagnetic opposing field actuators | |
US8866349B2 (en) | Solenoid | |
JP5314197B2 (en) | Electromagnetic operation device | |
EP3203487B1 (en) | Electromechanical solenoid having a pole piece alignment member | |
JP6658405B2 (en) | Electromagnetic drive | |
RU2015110986A (en) | ELECTROMAGNETIC EXECUTIVE MECHANISM FOR VACUUM VOLTAGE CIRCUIT BREAKER | |
RU174502U1 (en) | ELECTROMAGNET | |
JP5602969B1 (en) | Electromagnetic actuator | |
US7202578B2 (en) | Electromagnetic drive device | |
EP2434503B1 (en) | Magnetic actuator with a non-magnetic insert | |
US20190148094A1 (en) | Electromagnetic relay | |
US6731191B2 (en) | DC electromagnet | |
RU2474000C1 (en) | Polarised magnetically operated sealed switch and polarised switching device | |
US2959736A (en) | Moving-coil electrical instruments | |
EP1493222B1 (en) | Linear voice coil actuator as a controllable electromagnetic compression spring | |
RU121642U1 (en) | BISTABLE ELECTROMAGNET OF THE DRIVE OF THE SWITCHING DEVICE | |
JP2006042508A (en) | Linear actuator | |
RU2411600C2 (en) | Two-position electromagnet | |
JP2018073806A (en) | Movable part of electromagnetic actuator for electric contactor, actuator including such a part, and contactor | |
RU84155U1 (en) | TWO-POSITIVE ELECTROMAGNET | |
JP2012199276A (en) | Electromagnetic actuator and switchgear | |
US20220068533A1 (en) | Systems and Methods for a Self-Shorting Bi-Stable Solenoid | |
RU2276421C1 (en) | Two-position electromagnet | |
RU2138091C1 (en) | Electromagnet |