ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД Российский патент 2004 года по МПК H01H33/38 H01F7/16 

Настоящее изобретение относится к области электротехники и касается конструкции электромагнитных приводов для высоковольтных выключателей.

Известны электромагнитные приводы [1], содержащие неподвижный магнитопровод, постоянный магнит, катушки управления и подвижный сердечник, перемещающийся в указанном магнитопроводе под воздействием тягового усилия, создаваемого магнитным потоком катушек, и передающий это усилие на неподвижный магнитопровод при взаимодействии с ним. Крепление неподвижного магнитопровода, воспринимающего усилие при взаимодействии с подвижным сердечником, осуществляется посредством несущих деталей привода, например посредством двух боковых пластин, установленных на внешней поверхности магнитопровода при помощи болтов или шпилек, и закрепленных на раме выключателя любым известным способом.

Тяговое усилие, создаваемое магнитным потоком катушек и передаваемое подвижным сердечником на неподвижный магнитопровод, в высоковольтных выключателях может достигать нескольких сотен и более килограммов. При этом соединение неподвижного магнитопровода, воспринимающего это усилие, и боковых пластин, посредством которых закреплен неподвижный магнитопровод, может оказаться недостаточно надежным, и под воздействием ударных циклических нагрузок может произойти смещение как самого магнитопровода, так и размещенных в его внутреннем пространстве других элементов электромагнита, в частности катушек управления и постоянных магнитов. С другой стороны, увеличение как размера, так и количества крепежных элементов, обеспечивающих соединение неподвижного магнитопровода и несущих деталей привода, может привести к нарушению равномерности протекания магнитных потоков по самому неподвижному магнитопроводу, нежелательному повышению магнитного сопротивления в магнитопроводе и уменьшению кпд электромагнитного привода.

Таким образом, сущность технической проблемы заключается в том, чтобы повысить надежность крепления неподвижного магнитопровода как элемента, воспринимающего значительное усилие при взаимодействии с подвижным сердечником, не допуская при этом увеличения магнитного сопротивления в неподвижном магнитопроводе.

Определенная возможность решения этой проблемы заложена в конструкции электромагнитного привода [2], содержащего неподвижный основной магнитопровод, по крайней мере, один постоянный магнит и подвижный сердечник, а также катушки управления. При этом подвижный сердечник выполнен из двух частей, между которыми установлен примыкающий к постоянному магниту дополнительно введенный неподвижный магнитопровод с отверстием, через которое проходит дополнительно введенный стержень.

Возможность заключается в том, что подвижный сердечник механически взаимодействует не с основным, а с дополнительно введенным магнитопроводом. Все механическое усилие в результате этого взаимодействия передается непосредственно на дополнительно введенный магнитопровод, конструктивно отделенный от основного магнитопровода и имеющий свои определенные зоны протекания магнитного потока. Следовательно, повышенные требования к надежности крепления в приведенной конструкции относятся только к дополнительно введенному магнитопроводу.

Однако в известной конструкции дополнительно введенный магнитопровод примыкает к постоянному магниту, крепление к которому невозможно из-за механической хрупкости материала магнита, плохо переносящего воздействие каких-либо ударных и тепловых нагрузок. Следовательно, все механическое усилие, воспринимаемое дополнительно введенным магнитопроводом, должно передаваться непосредственно на несущие детали привода, а сам дополнительный магнитопровод может быть закреплен только на этих несущих деталях. Таким образом, все проблемы известных электромагнитных приводов, касающиеся надежного крепления неподвижного дополнительного магнитопровода как элемента, воспринимающего значительное механическое усилие, остаются и в описанной конструкции привода.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности крепления неподвижного дополнительного магнитопровода, воспринимающего значительное усилие при взаимодействии с подвижным сердечником, путем оптимального распределения указанного усилия на элементы электромагнитного привода.

Поставленная задача решается за счет того, что в электромагнитном приводе, содержащем неподвижный основной магнитопровод, по крайней мере, один постоянный магнит, катушки управления и подвижный сердечник, выполненный из двух частей, между которыми установлен примыкающий к постоянному магниту неподвижный дополнительный магнитопровод с отверстием, в котором размещен дополнительный стержень, в указанном дополнительном магнитопроводе перпендикулярно направлению перемещения подвижного сердечника выполнено сквозное центральное отверстие, в котором размещен дополнительно введенный несущий элемент, выполненный, например, в виде вала, установленного обоими своими концами в отверстиях дополнительно введенных несущих пластин из немагнитного материала, закрепленных на внешних боковых поверхностях неподвижного основного магнитопровода, при этом в указанном валу выполнено сквозное поперечное отверстие для размещения указанного стержня.

В предложенной конструкции дополнительный магнитопровод надежно закреплен с помощью специальных несущих вала и пластин, выполненных из прочного немагнитного материала, например из нержавеющей стали, и установленных таким образом, что механическое усилие при взаимодействии какой-либо части подвижного сердечника с указанным дополнительным магнитопроводом передается сначала на несущий вал, размещенный в дополнительном магнитопроводе, и далее - на несущие пластины, в отверстиях которых несущий вал установлен своими концами. При этом другие элементы электромагнита (основной магнитопровод, постоянные магниты, катушки управления), выполненные из более мягких и хрупких материалов, практически не подвергаются воздействию механического усилия, что исключает их смещение и деформацию. Более того, указанные несущие пластины, закрепленные на внешних боковых поверхностях неподвижного основного магнитопровода, могут быть надежно закреплены на раме выключателя любым известным способом, обеспечивая тем самым крепление и координацию всех основных элементов электромагнитного привода (основного и дополнительного магнитопроводов, катушек управления).

Поскольку несущий вал размещен перпендикулярно направлению перемещения подвижного сердечника, то воздействующее на указанный вал механическое усилие равномерно распределено по всей его длине. Это позволило выполнить несущий вал относительно небольшим по диаметру. Размещение небольшого по диаметру несущего вала в центральном сквозном отверстии дополнительного магнитопровода, т.е. в зоне, где не происходит протекания магнитных потоков, не привело к нежелательному увеличению потерь на вихревые токи и магнитного сопротивления в дополнительном магнитопроводе. Аналогичным образом равномерное протекание магнитных потоков сохранено и в основном магнитопроводе: для крепления несущих пластин к внешним боковым поверхностям основного магнитопровода использованы сравнительно малые по размеру крепежные болты или шпильки, т.к. данное соединение не является несущим.

Выполнение в несущем валу сквозного поперечного отверстия позволило свободно перемещаться в осевом направлении стержню, установленному в отверстии дополнительного магнитопровода и обеспечивающему взаимодействие частей подвижного сердечника.

В случае такого конструктивного исполнения электромагнитного привода, где неподвижный основной магнитопровод выполнен в виде полого цилиндра, а постоянный магнит - в виде кольца, несущий вал может проходить сквозь отверстия, выполненные в неподвижном основном магнитопроводе и постоянном магните. Чтобы предотвратить механическое взаимодействие несущего вала с основным магнитопроводом и постоянным магнитом, выполненными из мягких и хрупких материалов, диаметр указанных отверстий несколько превышает диаметр вала, более того, указанные отверстия могут представлять собой продольные пазы, разделяющие основной магнитопровод и постоянный магнит на две части.

Если усилие механического взаимодействия частей подвижного сердечника с дополнительным магнитопроводом достаточно велико, оба конца несущего вала могут быть размещены во втулках, установленных в отверстиях дополнительно введенных несущих пластин. Размещение втулок подразумевает увеличение диаметра отверстий в несущих пластинах и, следовательно, увеличение поверхности сечения пластин, на которую приходится значительное механическое усилие взаимодействия. В результате распределения усилия по большей поверхности сечения повышается устойчивость указанных несущих пластин.

В дальнейшем механическое усилие с несущих пластин может передаваться либо непосредственно на раму выключателя, либо на установленные над внешними торцевыми поверхностями неподвижного основного магнитопровода дополнительно введенные фланцы. Чтобы избежать деформирующего взаимодействия фланцев и неподвижного основного магнитопровода, несущие пластины выполнены с высотой, превышающей высоту неподвижного основного магнитопровода, и закреплены так, что между каждой внешней торцевой поверхностью указанного основного магнитопровода и дополнительно введенным фланцем образован гарантированный зазор.

Для повышения устойчивости указанные несущие пластины могут быть выполнены с загнутыми боковыми сторонами и установлены своими торцами в углублениях, выполненных в поверхностях дополнительно введенных фланцев.

Более подробно варианты исполнения настоящего изобретения и принцип его работы пояснены на следующих чертежах.

Фиг.1 изображает электромагнитный привод в соответствии с настоящим изобретением в изометрии в первом варианте конструктивного исполнения (с прямоугольным сердечником).

Фиг.2 изображает привод по фиг.1 в продольном осевом сечении.

Фиг.3 изображает привод по фиг.1 в поперечном осевом сечении.

Фиг.4 изображает привод по фиг.3 со втулками.

Фиг.5 изображает привод в соответствии с настоящим изобретением в изометрии во втором варианте конструктивного исполнения (с цилиндрическим сердечником) с условно не показанной половиной основного магнитопровода.

Фиг.6 изображает привод по фиг.5 в поперечном осевом сечении.

Фиг.7 изображает привод по фиг.1 с дополнительно введенными фланцами.

Фиг.8 изображает привод по фиг.7 в продольном осевом сечении.

Фиг.9 изображает привод по фиг.7 с загнутыми боковыми сторонами со смещенными дополнительно введенными фланцами.

Электромагнитный привод содержит неподвижный основной магнитопровод 1, постоянный магнит 2, подвижный сердечник, выполненный из двух частей 3 и 4, дополнительный магнитопровод 5, а также катушки управления 6 (на фиг.1 не показана) и 7. В сквозном центральном отверстии дополнительного магнитопровода 5, выполненном перпендикулярно направлению перемещения подвижного сердечника, размещен несущий вал 11, установленный с помощью гаек 12 своими концами в отверстиях несущих пластин 9 и 10, закрепленных на внешних боковых поверхностях основного магнитопровода 1 при помощи шпилек 13 и гаек 14. В несущем валу 11 выполнено сквозное поперечное отверстие для размещения стержня 8 (фиг.2), установленного в продольном осевом отверстии дополнительного магнитопровода 5. На фиг.3 показано, что указанное поперечное отверстие в несущем валу 11 позволяет стержню 8 свободно перемещаться в осевом направлении для обеспечения взаимодействия частей 3 и 4 подвижного сердечника. На фиг.4 оба конца несущего вала 11 размещены во втулках 15 и зафиксированы гайками 12.

На фиг.5 и 6 основной магнитопровод 1, дополнительный магнитопровод 5 и части 3 и 4 подвижного сердечника выполнены цилиндрическими, а постоянный магнит 2 - кольцевым. При этом несущий вал 11 проходит сквозь отверстия, выполненные в постоянном магните 2 и основном магнитопроводе 1, и зафиксирован в отверстиях несущих пластин (не показаны) специальными шайбами 16 для сопряжения с цилиндрической поверхностью.

На фиг.7 над торцевыми поверхностями основного магнитопровода 1 установлены дополнительно введенные фланцы 17 и 18, стянутые шпильками 19 и гайками 20. На фиг.8 показаны образованные благодаря разнице высот несущих пластин и основного магнитопровода 1 зазоры А между внешней торцевой поверхностью основного магнитопровода 1 и фланцами 17 и 18, предупреждающие нежелательное взаимодействие фланцев 17,18 и неподвижного основного магнитопровода 1.

На фиг.9 для повышения устойчивости несущие пластины 9 и 10 выполнены с загнутыми боковыми сторонами, соответственно 9а и 10а, и установлены своими торцами в углублениях 17а (не показано) и 18а фланцев 17 и 18.

Распределение механического усилия в приводе осуществляется следующим образом.

При подаче напряжения на катушку 6 тяговое усилие, генерируемое в указанной катушке, перемещает часть подвижного сердечника 3 по направлению к дополнительному магнитопроводу 5 вместе со стержнем 8, свободно перемещающимся в отверстиях дополнительного магнитопровода 5 и несущего вала 11. Одновременно противоположная часть 4 подвижного сердечника, находившаяся до этого под действием удерживающего усилия постоянного магнита 2 в притянутом положении к дополнительному магнитопроводу 5, перемещается под действием усилия, сообщаемого ей стержнем 8, от указанного магнитопровода 5. При взаимодействии части 3 подвижного сердечника с дополнительным магнитопроводом 5 усилие этого взаимодействия передается на размещенный в отверстии указанного магнитопровода 5 несущий вал 11, далее - на несущие пластины 9 и 10, через втулки 15 (если они есть), и затем на фланец 18. Благодаря наличию зазора А контактирование неподвижного магнитопровода 1 с фланцем 18 исключено, следовательно, значительное механическое усилие, возникшее в электромагните, основным магнитопроводом 1 с размещенными в нем катушками 6 и 7 и постоянным магнитом 2, не воспринимается.

При возврате подвижного сердечника в первоначальное положение путем подачи напряжения на катушку 7 распределение механического усилия происходит аналогичным образом.

Таким образом, в описанной конструкции электромагнитного привода достигнуто оптимальное распределение механического усилия, воздействующего на неподвижный дополнительный магнитопровод при взаимодействии с подвижным сердечником. В результате обеспечено, как повышение надежности крепления указанного неподвижного дополнительного магнитопровода, так и сохранение равномерности протекания магнитных потоков в электромагнитном приводе.

Источники информации

1. Патент DE 19709089 А1, кл. Н 01 Н 33/38, 1998.

2. Патент RU 2178215 С1, кл. H 01 H 33/38, H 01 F 7/06, 2002.

Изобретение относится к области электротехники и касается конструкции электромагнитных приводов для высоковольтных выключателей. Техническим результатом является повышение надежности крепления неподвижного дополнительного магнитопровода. В электромагнитном приводе, содержащем неподвижный основной магнитопровод, по крайней мере, один постоянный магнит, катушки управления и подвижный сердечник, выполненный из двух частей, между которыми установлен примыкающий к постоянному магниту неподвижный дополнительный магнитопровод с отверстием, в котором размещен дополнительный стержень. В указанном дополнительном магнитопроводе перпендикулярно направлению перемещения подвижного сердечника выполнено сквозное центральное отверстие, в котором размещен дополнительно введенный несущий элемент, выполненный, например, в виде вала. Вал установлен обоими своими концами в отверстиях дополнительно введенных несущих пластин из немагнитного материала, закрепленных на внешних боковых поверхностях неподвижного основного магнитопровода, при этом в указанном вале выполнено сквозное поперечное отверстие для размещения указанного стержня. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Электромагнитный привод, содержащий неподвижный основной магнитопровод, по крайней мере, один постоянный магнит, катушки управления и подвижный сердечник, выполненный из двух частей, между которыми установлен примыкающий к постоянному магниту неподвижный дополнительный магнитопровод с отверстием, в котором размещен дополнительный стержень, отличающийся тем, что в указанном дополнительном магнитопроводе перпендикулярно направлению перемещения подвижного сердечника выполнено сквозное центральное отверстие, в котором размещен дополнительно введенный несущий элемент, выполненный, например, в виде вала, установленного обоими своими концами в отверстиях дополнительно введенных несущих пластин из немагнитного материала, закрепленных на внешних боковых поверхностях неподвижного основного магнитопровода, при этом в указанном вале выполнено сквозное поперечное отверстие для размещения указанного стержня.2. Электромагнитный привод по п.1, отличающийся тем, что оба конца несущего вала размещены во втулках, установленных в отверстиях дополнительно введенных несущих пластин.3. Электромагнитный привод по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что несущий вал проходит сквозь отверстия, выполненные в неподвижном основном магнитопроводе и постоянном магните.4. Электромагнитный привод по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что над торцевыми поверхностями неподвижного основного магнитопровода установлены дополнительно введенные фланцы.5. Электромагнитный привод по п.4, отличающийся тем, что несущие пластины выполнены с высотой, превышающей высоту неподвижного основного магнитопровода, и закреплены так, что между каждой внешней торцевой поверхностью указанного основного магнитопровода и дополнительно введенным фланцем образован гарантированный зазор.6. Электромагнитный привод по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что несущие пластины выполнены с загнутыми боковыми сторонами.7. Электромагнитный привод по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что в поверхностях указанных фланцев выполнены углубления, в которых несущие пластины установлены своими торцами.