ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД Российский патент 2002 года по МПК H01H33/38 H01F7/06 

Изобретение относится к области электротехники и касается электромагнитных приводов для высоковольтных вакуумных и элегазовых выключателей. Конкретнее, настоящее изобретение относится к электромагнитным приводам, имеющим два фиксированных положения сердечника и содержащим хотя бы один постоянный магнит. Одним из важнейших требований к таким приводам является быстродействие (время срабатывания - несколько десятков миллисекунд). Для увеличения быстродействия предусматриваются различные меры: от установки шихтованных магнитопроводов до применения электронных схем управления.

Так, в известном электромагнитном приводе (заявка Германии 19709089 А1, заявлено 06.03.97, МКП Н 01 Н 33/38), содержащем магнитную систему, включающую в себя неподвижный внешний магнитопровод из материала с высокой магнитной проницаемостью, один или несколько постоянных магнитов, установленных внутри магнитопровода друг напротив друга, подвижный сердечник, имеющий возможность поступательного движения внутри магнитопровода с рабочим воздушным зазором, ограниченным внутренними торцевыми частями магнитопровода, а также средство для приведения сердечника в движение в виде двух катушек управления, увеличение быстродействия достигается за счет применения шихтованного магнитопровода и выполнения узких продольных прорезей на подвижном сердечнике. Эти конструктивные меры позволяют уменьшить вихревые токи и тем самым увеличить быстродействие привода. Основным недостатком такого привода является наличие достаточно массивного сердечника, поперечное сечение которого определяется величиной полного магнитного потока, проходящего через него. Другим недостатком такого привода является технологическая сложность выполнения достаточно глубоких и узких прорезей на подвижном сердечнике.

В какой-то степени проблема увеличения быстродействия решена в приводе (патент Великобритании 2299896 А, заявлено 11.04.95, МКП H 01 F 7/18), содержащем кроме магнитной системы, аналогичной вышеописанной конструкции, и средств для приведения сердечника в движение в виде двух катушек управления также и дополнительную электронную систему управления катушек, позволяющую регулировать и увеличивать скорость хода сердечника за счет форсирования токов в катушках. Однако сложность и недостаточная надежность работы электронных схем управления в условиях сильных электромагнитных полей, характерных при работе высоковольтных выключателей, в некоторых случаях может привести к возникновению аварийных ситуаций.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому решению является электромагнитный привод, содержащий магнитную систему с рабочим воздушным зазором, включающую в себя неподвижный основной магнитопровод с по крайней мере одним постоянным магнитом и подвижный сердечник, а также средства для передвижения сердечника между первым и вторым фиксированным положением в виде двух катушек управления (патент ЕПВ 0871192, заявлено 11.11.97, МКП Н 01 Н 51/22). Данный привод характеризуется тем, что шихтованный магнитопровод имеет разомкнутую конструкцию в виде двух половин, расположенных друг напротив друга и разделенных двумя промежутками, а сплошной сердечник содержит центральную часть в форме параллелепипеда и окончания, предназначенные для вхождения в один из двух промежутков при первом и втором фиксированном положении, при этом рабочий воздушный зазор образован между подвижным сердечником и одной из внутренних торцевых частей магнитопровода. Сутью изобретения является возможность достижения требуемой достаточно высокой величины скорости сердечника, а следовательно, и увеличения быстродействия путем подбора абсолютной величины и соотношения размеров окончаний сердечника и промежутков между двумя частями магнитопровода за счет оптимизации путей магнитных потоков и уменьшения магнитного сопротивления всей магнитной системы. Недостатком такого привода является, как и у описанных выше аналогов, наличие достаточно массивного сердечника, площадь поперечного сечения которого определяется величиной полного магнитного потока, проходящего через него. Масса сердечника при заданной площади поперечного сечения зависит, как нетрудно видеть, только от длины самого сердечника, а минимальная длина сердечника в приводе такой конструкции, как правило, определяется размером неподвижного внешнего магнитопровода и величиной рабочего воздушного зазора. Относительно большая масса сердечника, выполненного из ферромагнитного материала, уменьшает быстродействие привода.

Целью настоящего изобретения является увеличение быстродействия за счет уменьшения массы подвижного сердечника.

Поставленная цель решается тем, что в электромагнитном приводе, содержащем магнитную систему с рабочим воздушным зазором, включающую в себя неподвижный основной магнитопровод, по крайней мере один постоянный магнит и подвижный сердечник, а также средства для передвижения сердечника между первым и вторым фиксированным положением в виде двух катушек управления, подвижный сердечник выполнен из двух частей, между которыми установлен дополнительно введенный неподвижный магнитопровод, примыкающий к постоянному магниту и соединяющий внутренние поверхности основного магнитопровода, а части подвижного сердечника соединены дополнительно введенным стержнем, проходящим через отверстие, выполненное в указанном дополнительно введенном магнитопроводе, при этом рабочий воздушный зазор образован между одной из частей подвижного сердечника и указанным дополнительно введенным неподвижным магнитопроводом.

С той же целью отверстие, выполненное в указанном дополнительно введенном магнитопроводе, может представлять собой паз, разделяющий указанный дополнительно введенный магнитопровод по крайней мере на две части.

Уменьшение массы подвижного сердечника достигнуто за счет уменьшения его длины на величину, равную длине дополнительно введенного неподвижного магнитопровода. Для уменьшения магнитного сопротивления магнитной системы и уменьшения магнитных потерь введенный неподвижный магнитопровод соединяет внутренние поверхности основного магнитопровода и примыкает к постоянному магниту. В одном из двух фиксированных положений одна часть подвижного сердечника за счет замыкания магнитного потока постоянного магнита находится в притянутом положении к неподвижному магнитопроводу.

В ряде случаев, например по технологическим требованиям, дополнительно введенный неподвижный магнитопровод удобнее выполнить не цельным, а из двух и более частей, тогда отверстие, выполненное в указанном дополнительно введенном магнитопроводе, будет представлять собой паз, разделяющий указанный дополнительно введенный магнитопровод на две или на большее число частей.

Для уменьшения ответвления части магнитного потока в другую часть подвижного сердечника и уменьшения магнитных потерь и, тем самым, для исключения уменьшения сил притяжения части подвижного сердечника соединены стержнем из немагнитного материала.

На чертеже изображен электромагнитный привод, содержащий неподвижный основной магнитопровод 1, постоянный магнит 2, верхнюю и нижнюю части подвижного сердечника 3 и 4, верхнюю и нижнюю катушки управления 5 и 6, дополнительно введенный неподвижный магнитопровод 7, стержень 8, соединяющий две части подвижного сердечника 3 и 4 и проходящий через сквозное отверстие, выполненное в неподвижном магнитопроводе 7. Рабочий воздушный зазор Δ образован между верхней частью подвижного сердечника 3 и неподвижным магнитопроводом 7.

Электромагнитный привод работает следующим образом. В первом фиксированном положении, изображенном на чертеже, нижняя часть подвижного сердечника 4 за счет замыкания магнитного потока постоянного магнита 2 находится в притянутом положении к неподвижному магнитопроводу 7 и обе катушки управления 5 и 6 обесточены. При подаче напряжения на верхнюю катушку 5 происходит перераспределение магнитного потока постоянного магнита 2 и притягивание верхней части подвижного сердечника 3 к неподвижному магнитопроводу 7. Рабочий воздушный зазор Δ между верхней частью подвижного сердечника 3 и неподвижным магнитопроводом 7 выбирается и по достижению сердечником второго фиксированного положения рабочий воздушный зазор Δ появляется между нижней частью подвижного сердечника 4 и неподвижным магнитопроводом 7. Возврат подвижного сердечника в первоначальное положение осуществляется путем подачи напряжения на нижнюю катушку 6.

Использование изобретения позволяет увеличить быстродействие привода за счет уменьшения массы подвижного сердечника на величину массы введенного неподвижного магнитопровода. Нет никаких принципиальных препятствий уменьшить массу подвижного сердечника как минимум на 30. . . 50 % и, таким образом, на столько же увеличить быстродействие привода.

Изобретение касается электромагнитных приводов для высоковольтных вакуумных и элегазовых выключателей. Технический результат - увеличение быстродействия за счет уменьшения массы подвижного сердечника. Электромагнитный привод содержит магнитную систему, включающую в себя неподвижный основной магнитопровод, по крайней мере один постоянный магнит и подвижный сердечник, выполненный из двух частей, а также две катушки управления. Между частями подвижного сердечника установлен дополнительно введенный неподвижный магнитопровод с отверстием, примыкающий к постоянному магниту. Части подвижного сердечника соединены стержнем, проходящим через отверстие дополнительно введенного неподвижного магнитопровода. Рабочий воздушный зазор образован между одной из частей подвижного сердечника и дополнительно введенным неподвижным магнитопроводом. 1 ил.

Электромагнитный привод для высоковольтных выключателей, содержащий магнитную систему с рабочим воздушным зазором, включающую в себя неподвижный основной магнитопровод, по крайней мере один постоянный магнит и подвижный сердечник, а также средства для передвижения сердечника между первым и вторым фиксированным положением в виде двух катушек управления, отличающийся тем, что подвижный сердечник выполнен из двух частей, между которыми установлен дополнительно введенный неподвижный магнитопровод, примыкающий к постоянному магниту, а части подвижного сердечника соединены дополнительно введенным стержнем, проходящим через отверстие, выполненное в указанном дополнительно введенном магнитопроводе, при этом рабочий воздушный зазор образован между одной из частей подвижного сердечника и указанным дополнительно введенным неподвижным магнитопроводом.