Двопозиційний електромагнітний привід

1. Двопозиційний електромагнітний привід, який містить нерухому частину магнітопроводу у вигляді корпуса кільцеподібної форми і коаксіально розташованого в корпусі циліндричного осердя з центральним отвором та кільцевим виступом на зовнішній поверхні в його середній частині, котушки, які закріплені між корпусом і циліндричним осердям з обох сторін від кільцевого виступу з утворенням зазору між останнім і внутрішньою поверхнею корпусу, постійний магніт, який розташований в зазначеному зазорі по зовнішній поверхні кільцевого виступу циліндричного осердя, і рухому частину магнітопроводу у вигляді штока із немагнітного матеріалу, який розташований в центральному отворі циліндричного осердя і виконаний із закріпленими на його протилежних кінцевих частинах якорями дископодібної форми, при цьому зазначені якорі виконані із різними площами поперечного перерізу, відстань між ними переви U 2 (19) 1 3 ря закріплені тяги циліндричної форми. В нерухомій частині магнітопроводу в протилежних її частинах уздовж осі виконані дві втулки для розміщення штоків. Відомий двопозиційний електромагнітний привід виконаний з одним повітряним зазором в магнітних колах включення і виключення, якій утворюється між нерухомою частиною магнітопроводу і якорем в його кінцевих положеннях. Недоліком такої конструкції двопозиційного електромагнітного приводу є відносно невелика сила утримання постійним магнітом рухомої частини магнітопроводу в його кінцевих положеннях внаслідок того, що в цих положеннях магнітна індукція створюється лише в одному повітряному зазорі. Для створення більш великих зусиль утримання необхідно збільшення габаритів і маси приводу. Відомий двопозиційний електромагнітний привід [2], який містить нерухому частину магнітопроводу, рухому частину, котушки і постійний магніт. Нерухома частина магнітопроводу виконана у вигляді корпуса кільцеподібної форми і коаксіально розташованого в корпусі циліндричного осердя з центральним отвором та кільцевим виступом на зовнішній поверхні в його середній частині. Висота корпусу перевищує висоту циліндричного осердя. Котушки закріплені між корпусом і осердям з обох сторін від кільцевого виступу з утворенням зазору між останнім і внутрішньою поверхнею корпусу. Постійний магніт розташований в зазначеному зазорі по діаметру кільцевого виступу циліндричного осердя. Рухома частина магнітопроводу виконана у вигляді штока із немагнітного матеріалу, який розташований в центральному отворі циліндричного осердя і виконаний із закріпленими на його протилежних кінцевих частинах якорями дископодібної форми. Зазначені якорі виконані із різними площами поперечного перерізу. Відстань між якорями перевищує висоту корпусу на задану величину ходу штока. Корпус і циліндричне осердя з'єднані між собою за допомогою елементів кріплення, виконаних з немагнітного матеріалу, зі створенням зазору між їх торцями і з однією із сторін приводу. Відомий двопозиційний електромагнітний привід виконаний з двома повітряними зазорами в магнітних колах включення і виключення, один із яких утворюється між відповідним якорем і нерухомою частиною магнітопроводу, а другий утворюється між торцями корпуса і циліндричного осердя з однією із сторін приводу. Відомий привід забезпечує значне підвищення сили утримання рухомої частини магнітопроводу в кінцевих положеннях при знеструмлених котушках за рахунок його виконання із двома повітряними зазорами між рухомою і нерухомою частинами магнітопроводу. Недоліками зазначеної конструкції двопозиційного електромагнітного приводу є: - вірогідність зменшення в процесі експлуатації сили утримання рухомої частини приводу у знеструмленому стані котушок внаслідок можливої взаємної рухливості з'єднаних між собою окремих деталей нерухомої частини магнітопроводу; - недостатня надійність привода внаслідок 49345 4 можливого утворення "нештатних зазорів", що змінюють магнітний і силовий характер роботи приводу внаслідок можливої взаємної рухливості з'єднаних між собою окремих деталей нерухомої частини магнітопроводу; - відносно складна технологія збирання приводу при виготовленні, яка зумовлена складністю з'єднання та фіксації окремих деталей нерухомої частини магнітопроводу при встановленні елементів кріплення в зазори між виступом на сердечнику та внутрішньою поверхнею корпусу, а також складністю регулювання збігу осей сердечника та корпусу; - складність позиціонування привода при його монтажу в електричних пристроях, зокрема, у вакуумних вимикачах. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого двопозиційного електромагнітного приводу, в якому за рахунок іншого виконання конструктивних елементів і їх взаємозв'язку між собою забезпечується підвищення сили утримання рухомої частини у знеструмленому стані котушок приводу і надійності його роботи в процесі експлуатації при одночасному підвищенні технологічності збирання при виготовленні та монтажу. Поставлена задача вирішується тим, що в двопозиційному електромагнітному приводі, який містить нерухому частину магнітопроводу у вигляді корпуса кільцеподібної форми і коаксіально розташованого в корпусі циліндричного осердя з центральним отвором та кільцевим виступом на зовнішній поверхні в його середній частині, котушки, які закріплені між корпусом і циліндричним осердям з обох сторін від кільцевого виступу з утворенням зазору між останнім і внутрішньою поверхнею корпусу, постійний магніт, який розташований в зазначеному зазорі по зовнішній поверхні кільцевого виступу циліндричного осердя, і рухому частину магнітопроводу у вигляді штока із немагнітного матеріалу, який розташований в центральному отворі циліндричного осердя і виконаний із закріпленими на його протилежних кінцевих частинах якорями дископодібної форми, при цьому зазначені якорі виконані із різними площами поперечного перерізу, відстань між ними перевищує висоту корпусу на задану величину ходу штока, висота корпусу перевищує висоту циліндричного осердя, а корпус і циліндричне осердя з'єднані між собою елементами кріплення, виконаними з немагнітного матеріалу, зі створенням зазору між їх торцями і з однією із сторін приводу, згідно корисної моделі зовнішні діаметри зазначених якорів виконані меншими, ніж зовнішній діаметр корпусу, і більшими, ніж його внутрішній діаметр, а корпус і кільцевий виступ циліндричного осердя виконані принаймні із трьома парами співвісних отворів для встановлення зазначених елементів кріплення, при цьому вісь принаймні однієї пари отворів не співпадає з осями інших пар отворів. Для підвищення технологічності монтажу приводу на зовнішній поверхні корпусу в його середній частині виконано кільцеву проточку. Постійний магніт може бути виконаний у вигляді одного магніту або у вигляді окремих магнітів, наприклад, в формі призм або паралелепіпе 5 дів. Для підвищення технологічності збирання при виготовленні елементи кріплення виконані, наприклад, у вигляді штифтів. Сукупність загальних і відрізнювальних суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, дозволяє реалізувати в двопозиційному електромагнітному приводі більшу величину сили утримання рухомої частини у знеструмленому стані котушок за рахунок раціонального співвідношення між зовнішніми діаметрами якорів та зовнішнім діаметром корпусу привода, а також підвищити жорсткість конструкції приводу, що запобігає появі "нештатних зазорів" між площинами якорів та торцями циліндричного осердя і корпусу і знижує вірогідність зменшення сили утримання рухомої частини у знеструмленому стані котушок приводу. Одночасно виконання корпусу і кільцевого виступу циліндричного осердя із парами співвісних радіальних отворів для встановлення елементів кріплення підвищує технологічність збирання приводу. Виконання проточки на зовнішній поверхні корпусу полегшує монтаж приводу в електричному апараті, у якому він використовується. В цілому технічне рішення, що заявляється, забезпечує отримання зазначеного технічного результату, який полягає у підвищенні сили утримання рухомої частини у знеструмленому стані котушок приводу і надійності його роботи в процесі експлуатації при одночасному підвищенні технологічності збирання при виготовленні та монтажу. Суть корисної моделі, що заявляється, пояснюється представленими фігурами креслення: на Фіг.1 - вид спереду (осьовий переріз) двопозиційного електромагнітного приводу із трьома елементами кріплення; на Фіг.2 - переріз А-А на Фіг.1; на Фіг.3 - вид спереду (осьовий переріз) двопозиційного електромагнітного приводу із чотирма елементами кріплення; на Фіг.4 - переріз Б-Б на Фіг.3. Двопозиційний електромагнітний привід містить магнітну систему, що складається з нерухомої частини магнітопроводу, рухомої частини, котушок і постійного магніту. Нерухома частина магнітопроводу містить кільцеподібний корпус 1 та циліндричне осердя 2 з центральним отвором 3 та кільцевим виступом 4 у середній частині на його зовнішньої поверхні. Корпус 1 та циліндричне осердя 2 розташовані коаксіально один відносно другого. Корпус 1 і кільцевий виступ 4 циліндричного осердя 2 виконані із трьома (Фіг.1, 2) або більшою кількістю, наприклад, чотирма (Фіг.3, 4) співвісними парами отворів 5 для встановлення елементів кріплення 6. Вісь принаймні однієї пари отворів 5 не співпадає з осями інших пар отворів. Корпус 1 і циліндричне осердя 2 виконані із магнітом'якого матеріалу, а елементи кріплення 6 виконані з немагнітного матеріалу. В якості елементів кріплення 6 використані, наприклад, штифти. Протилежні пласкі торці циліндричного осердя 2 і корпусу 1 виконані паралельними один відносно одного та перпендикулярними відносно їх подовжній осі. Висота корпусу 1 перевищує висоту циліндричного осердя 2 зі створенням зазору "а" між їх торцями з одною із сторін приводу. Внутрішній діаметр корпусу 1 перевищує зовнішній діаметр кільцевого 49345 6 виступу 4 циліндричного осердя 2. На зовнішній поверхні корпусу 1 в її середній частині виконано кільцеву проточку 7. Рухома частина магнітопроводу складається із штока 8 із немагнітного матеріалу, який розташований в центральному отворі 3 циліндричного осердя 2 і виконаний із закріпленими на його протилежних кінцевих частинах якорями 9 і 10 дископодібної форми. Зазначені якорі 9, 10 виконані із різними площинами поперечного перерізу. Зовнішні діаметри якорів 9 і 10 виконані меншими ніж зовнішній діаметр корпусу 1 і більшими ніж його внутрішній діаметр. Відстань між внутрішніми поверхнями якорів 9, 10 перевищує висоту корпусу 1 на задану величину ходу штока 8, що утворює в кінцевих положеннях якорів зазор "b" між їх внутрішніми поверхнями і відповідними прилеглими до них поверхнями корпусу 1 і циліндричного осердя 2. Між корпусом 1 та циліндричним осердям 2 з двох сторін від кільцевого виступу 4 з утворенням зазору між останнім і внутрішньою поверхнею корпусу 1 розміщені котушки 11 і 12. В зазначеному зазорі на поверхні кільцевого виступу 4 циліндричного осердя 2 розташований постійний магніт 13, виконаний у вигляді окремих магнітів, наприклад, в формі призм або паралелепіпедів (не показано). Постійний магніт 13 може бути також виконаним кільцевої форми (не показано). Робота двопозиційного електромагнітного приводу, що заявляється, пояснюється на прикладі його використання у високовольтному вакуумному вимикачі і здійснюється таким чином. На представлених фігурах креслення безперервними лініями зазначені положення штока 8 і якоря 9, 10 у включеному стані приводу, а крапковими - у виключеному стані. У виключеному стані приводу котушки 11 і 12 знеструмлені. Якір 9 притиснутий до нижньої поверхні корпусу 1 і утримується в цьому положенні під дією постійного магніту 13, намагніченого в радіальному напрямі. При цьому між прилеглими поверхнями якоря 9 і циліндрового осердя 2 утворюється зазор "а", а якоря 10 і корпуса 1 і циліндрового осердя 2 - зазор "b". Постійний магніт 13 створює поляризуючі магнітні потоки, один з яких проходить через нижні частини корпусу 1, циліндрове осердя 2 і якір 3, а другий - через їх верхні частини і якір 10. Величина першого поляризуючого магнітного потоку і, відповідно, електромагнітна сила багато разів перевищує величину другого поляризуючого магнітного потоку і електромагнітну силу, що ним викликається. Таким чином привід надійно утримується у відключеному стані, при якому головні контакти в камері вакуумного вимикача розімкнені (не показані). Сила утримання якоря 9 в цьому стані вимикача, що створюється постійним магнітом 13, становить близько 1500Н. Включення приводу здійснюється за допомогою подачі струму на котушку 11 від зовнішнього джерела живлення (не показано). Магнітний потік, який створюється котушкою 11, направлений в однаковому напрямі з поляризуючим магнітним потоком в якорі 10 і в протилежному напрямі з поляризуючим магнітним потоком в якорі 9. При такому співвідношенні напрямів поляризуючих магні 7 тних потоків і магнітних потоків, які створюються котушкою 11, сила тяжіння якоря 9 до нижніх частин корпусу 1 і циліндрового осердя 2 слабшає, а сила тяжіння якоря 10 до їх верхніх частин збільшується. У момент, коли сила тяжіння якоря 10 стає більше, ніж сила, діюча на якір 9, починається переміщення штока 8. При переміщенні штока 8 величина зазору "b" між якорем 11 і корпусом 1 і циліндровим осердям 2 зменшується, а між протилежними частинами корпусу 1 і циліндрового сердечника 2 і якорем 9 збільшується. Після досягнення якорем 9 кінцевого положення котушка 11 відключається системою управління приводу (не показана). Далі якір 11 утримується в цьому положенні під дією постійного магніту 13. За рахунок сумарного зазору "а" і "b" з боку якоря 9, а також більшої площі поперечного перерізу якоря 10 в порівнянні з площею поперечного перерізу якоря 9 електромагнітна сила, що утримує привід у включеному стані, в 4-5 разів більше, ніж у виключеному стані. При цьому головні контакти в камері вакуумного вимикача замкнуті (не показані). Сила утримання якоря 10 в цьому стані вимикача, створюване постійним магнітом 13, становить близько 7000Н. Для переводу приводу з включеного у виключений стан від зовнішнього джерела живлення (не показано) короткочасно подається струм на котушку 12, внаслідок чого шток 8 з якорями 9 і 10 переміщається в початкове положення. Виконання якорів 9 і 10 із зовнішніми діаметрами, величина яких менше зовнішнього діаметра корпусу 1 і більше його внутрішнього діаметра дозволяє збільшити електромагнітні сили, що утримують привід у включеному і виключеному 49345 8 станах. З урахуванням значних величин зусиль, що розвиваються в приводі, надійність його роботи істотно залежить від жорсткості з'єднання нерухомих і рухомих деталей магнітопроводу, яка повинна виключати в процесі експлуатації утворення "нештатних зазорів", які змінюють магнітний і силовий характер роботи приводу. Механічний ресурс роботи приводу у високовольтних вакуумних вимикачах передбачає не менше 50000 циклів їх включення-виключення протягом 25 років експлуатації. З урахуванням цього виконання корпусу 1 і циліндрового осердя 2 принаймні з трьома парами співвісних отворів для розміщення елементів кріплення, з яких вісь однієї пари отворів не співпадає з осями інших пар, а також використовування немагнітних штифтів як елементів кріплення дозволяє підвищити як надійність приводу, так і технологічність його збирання при виготовленні. Виконання на зовнішній стороні корпусу кільцевої проточки підвищує технологічність монтажу приводу у високовольтних вакуумних вимикачах. Технічне рішення, що заявляється, пройшло випробування, яке підтвердило працездатність двопозиційного електромагнітного приводу та отримання очікуваних технічних результатів. Встановлений механічний ресурс роботи приводу у високовольтних вакуумних вимикачах становить не менше 50000 циклів їх включення-виключення. Джерела інформації. 1. VM1. Vakuum-Leistungsschalter mit Magnetantrieb / Каталог ABB Calor Emag Mittelspannung GMBH - ABB Sace T.M.S. S.p.A. 2. Патент UA №70574 А, МПК H01F7/08, H01F7/16, заявл. 09.12.2003, опубл. 15.10.2004, Бюл. №10 (прототип). 9 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 49345 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601