МАГНИТНЫЙ ПРИВОД АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК H01H33/38 H01H3/28 

Область техники

Изобретение относится к магнитному приводу автоматического выключателя, содержащему якорь, установленный с возможностью перемещения между первым и вторым крайними положениями, соответствующими разомкнутому и замкнутому положениям автоматического выключателя, единственную электрическую катушку для перемещения якоря во второе положение при подаче электрического тока, постоянный магнит для дополнительного воздействия на якорь в направлении второго положения, внешнее ферромагнитное ярмо, по меньшей мере, частично окружающее единственную электрическую катушку, и ферромагнитный сердечник для направления магнитного потока к подвижному ферромагнитному якорю, размыкающее пружинное средство для постоянного воздействия на якорь в направлении первого положения, причем указанное пружинное средство установлено между якорем и передней стороной электрической катушки соосно с ними.

Для работы автоматического выключателя, в особенности, вакуумного выключателя цепи среднего напряжения, требуется создание большого усилия для прижатия подвижного электрического контакта к соответствующему неподвижному электрическому контакту. Такое усилие может создаваться при помощи магнитного привода. Оба электрических контакта обычно встроены в стойку из соображений обеспечения изоляции, при этом подвижный электрический контакт управляется магнитным приводом через конструкцию с промежуточным валом. Конструкция с промежуточным валом обычно приводит более одной стойки. В случае выключателя трехфазной силовой сети конструкция с промежуточным валом приводит три стойки под действием единственного электромагнитного привода.

В документе WO 2008/119785 А1 описывается магнитный привод для автоматического выключателя, имеющий первую электрическую катушку и вторую электрическую катушку, и якорь, установленный с возможностью перемещения между первым и вторым крайними положениями под действием указанных электрических катушек. Электрические катушки установлены параллельно и обе катушки запитываются одновременно для перемещения якоря между двумя крайними положениями. Техническое решение обеспечивает создание приводного устройства с двумя положениями равновесия, поэтому для него необходимы две электрические катушки.

В документе GB 1,454,354 описывается другой магнитный привод, имеющий только одну электрическую катушку для перемещения якоря в одно из крайних положений. Кроме того, в него встроена размыкающая пружина для создания усилия в противоположном направлении. Размыкающая пружина установлена внутри магнитного привода, окружающего якорь, которая также размещена в основном внутри магнитного привода для минимизации объема, занимаемого устройством. Однако размещение некоторых деталей, в частности ярма, расположенного вокруг всего магнитного привода, не позволяет создавать большое приводное усилие. Для работы современных автоматических выключателей цепей среднего напряжения требуется более высокое усилие на перемещение подвижного электрического контакта.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является создание магнитного привода для автоматического выключателя, содержащего единственную только электрическую катушку, которая объединена с размыкающей пружиной в компактную конструкцию, обеспечивающую создание высокого приводного усилия.

Данная цель достигается признаками независимого пункта 1 формулы изобретения. Прочие примеры осуществления изобретения очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения.

Согласно изобретению размыкающая пружина магнитного привода имеет достаточно большой диаметр и, по меньшей мере, частично размещается внутри канавки, сформированной в дискообразном якоре, размер которого соответствует внешней форме ферромагнитного ярма. Это означает, что для кругового дискообразного якоря соответствующее ферромагнитное ярмо также имеет круговую форму и, в основном, такой же диаметр.

Другими словами, в изобретении предлагается помещать размыкающую пружину в канавку внутри якоря магнитного привода.

Предпочтительно, канавка выполнена в виде кольцевого зазора с сечением подковообразной формы, чтобы обеспечить достаточное пространство для размещения размыкающей пружины.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения размыкающее пружинное средство находится в основном или полностью внутри кольцевых канавок, когда магнитный привод находится во втором крайнем положении. Таким образом, размыкающая пружина лежит в основном напротив электрической катушки магнитного привода для снижения влияния пружинного средства и канавки на возможность создания усилия магнитным приводом.

В зависимости от конкретного применения внешнее ярмо магнитного привода, которое в основном определяет внешние размеры магнитного привода, может иметь различную конструкцию. Для ярма с круговым сечением средний диаметр кольцевой канавки предпочтительно находится в диапазоне между внутренним и внешним диаметром электрической катушки. Для ярма с прямоугольным сечением средний диаметр кольцевой канавки предпочтительно находится снаружи указанного диапазона между внутренним и внешним диаметром электрической катушки. В этом случае обеспечивается наиболее приемлемое снижение статической удерживающей силы магнитного привода.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, одна размыкающая пружина состоит из цилиндрической пружины сжатия достаточно большого диаметра, выполненной из проволоки из пружинной стали, которая помещена в кольцевую канавку. В альтернативном варианте также возможно применение нескольких маленьких цилиндрических пружин сжатия, которые вставляются в кольцевую канавку одна рядом с другой и образуют последовательность рядом расположенных одиночных пружин сжатия, выполненных из проволоки из пружинной стали. Согласно другому варианту осуществления изобретения размыкающая пружина может опираться либо непосредственно на бобину электрической катушки, которая обычно выполняется из полимерного материала, либо в альтернативном варианте на дополнительную специальную пластину для избежания повреждения поверхности бобины электрической катушки краями размыкающей пружины. В связи с этим указанная специальная пластина предпочтительно выполняется из листового металлического материала.

Для получения более компактной конструкции магнитного привода рекомендуется размещать кольцевой постоянный магнит в осевом направлении под кольцевой электрической катушкой, которая окружена ферромагнитным чашеобразным ярмом. При такой компоновке внутренний сердечник, выполненный из ферромагнитного материала, окружен постоянным магнитом.

Эти и прочие аспекты изобретения станут понятны после ознакомления с вариантом осуществления изобретения, описание которого приводится ниже.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится более подробное описание наиболее предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 - автоматический выключатель цепи среднего напряжения с магнитным приводом.

Фиг.2 - продольный вид магнитного привода в первом положении.

Фиг.3 - продольный вид магнитного привода во втором положении.

Фиг.4 - продольный вид другого магнитного привода с другим размыкающим пружинным средством.

Все чертежи имеют схематический характер.

Подробное описание чертежей

Автоматический выключатель цепи среднего напряжения, показанный на фиг.1, в общем состоит из полюсной части 1 с верхним электрическим контактом 2 и нижним электрическим контактом 3 для электрического подключения к цепи среднего напряжения. Для осуществления коммутации нижний электрический контакт 3 подключен к электрическому контакту, который выполнен с возможностью осевого перемещения между замкнутым и разомкнутым положением с помощью узла 4 с промежуточным валом. Узел 4 с промежуточным валом осуществляет внутреннюю передачу механической энергии магнитного привода 5 полюсной части 1.

Магнитный привод 5 содержит из единственной электрической пружины (не показанной на фигуре) для перемещения якоря 6 в соответствующие положения под действием магнитного поля.

Полюсная часть 1 также содержит внешнюю изоляционную втулку 15, выполненную из синтетического материала, для электрической изоляции полюсной части 1 относительно окружающей среды. Изоляционная втулка 15 служит опорой и корпусом для вставки 16 вакуумного прерывателя, имеющей два соответствующих электрических контакта, как было описано выше. Оба электрических контакта выполнены с возможностью переключения внутри вставки 8 вакуумного прерывателя в вакууме.

На фиг.2 магнитный привод показан в первом крайнем положении, соответствующем разомкнутому положению подключенного автоматического выключателя цепи (не показанного на фигуре).

В магнитном приводе применяется единственная электрическая катушка 7 для перемещения якоря 6 во второе положение при подаче на нее электрического тока. В дополнение к единственной электрической катушке 7 установлен постоянный магнит 8, который действует на якорь 6 в том же направлении. Единственная электрическая катушка 7, а также постоянный магнит 8 окружены внешним ферромагнитным ярмом 9 для направления магнитного потока к подвижному ферромагнитному якорю 6.

Ферромагнитное ярмо 9 определяет внешние геометрические размеры магнитного привода, который в настоящем примере имеет круговое сечение. В осевом направлении постоянный магнит 8 расположен ниже электрической катушки 7 для обеспечения компактности конструкции. Ферромагнитная структура, содержащая внешнее ферромагнитное ярмо 9, кольцевой постный магнит 8 и внутренний ферромагнитный сердечник 10 направляет магнитный поток к подвижному в осевом направлении ферромагнитному якорю 6.

Для постоянного воздействия на якорь 6 в направлении первого положения установлена одна цилиндрическая пружина 11 сжатия. Цилиндрическая пружина 11 сжатия выполнена из проволоки из пружинной стали и в основном расположена внутри соответствующей кольцевой канавки 12. Кольцевая канавка 12 имеет U-образное сечение и образует подобие кольцевого зазора. Диаметр кольцевой канавки 12 лежит в диапазоне между внутренним и внешним диаметрами электрической катушки 7, как показано на фигуре. Кроме того, дискообразный якорь 6 соответствует внешней форме ферромагнитного ярма 9. На передней стороне электрической катушки 7 одиночная пружина 11 сжатия опирается на специальную металлическую пластину 13, закрывающую каркас 14 электрической катушки 7.

На фиг.3 показан магнитный привод во втянутом убранном состоянии, соответствующем второму положению, в котором полюсная часть (не показанная на фигуре) находится в замкнутом положении переключения. В этом положении одиночная пружина 11 сжатия полностью сжата и полностью размещается внутри кольцевой канавки 12.

В другом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.4, вместо одиночной пружины сжатия установлено несколько небольших цилиндрических пружин 11а, 11b сжатия (для примера). Эти пружины 11а, 11b сжатия также выполнены из проволоки из пружинной стали и помещены в кольцевую канавку 12'. Для размещения цилиндрических пружин 11а, 11b и т.д. сжатия соответствующая кольцевая канавка 11' имеет большее сечение, чем в первом варианте осуществления изобретения, описанном выше.

Изобретение не ограничивается предпочтительными вариантами осуществления, описанными выше, которые приведены исключительно в качестве примера и может быть модифицировано в рамках объема, определяемого нижеследующей формулой изобретения.

Принятые обозначения

1 - полюсная часть

2 - верхний электрический контакт

3 - нижний электрический контакт

4 - промежуточный вал

5 - магнитный привод

6 - якорь

7 - электрическая катушка

8 - постоянный магнит

9 - ферромагнитное ярмо

10 - ферромагнитный сердечник

11 - пружина сжатия

12 - кольцевая канавка

13 - металлическая пластина

14 - специальная пластина

15 - каркас

16 - изоляционная втулка

17 - вставка вакуумного прерывателя.

Магнитный привод автоматического выключателя цепи содержит якорь (6), установленный с возможностью перемещения между первым и вторым крайними положениями, соответствующими замкнутому и разомкнутому состояниям коммутации автоматического выключателя, единственную электрическую катушку (7) для перемещения якоря (6) во второе положение при подаче электрического тока, постоянный магнит (8) для дополнительного воздействия на якорь (6) в направлении второго положения, внешнее ферромагнитное ярмо (9), по меньшей мере, частично окружающее единственную электрическую катушку (7) и ферромагнитный сердечник (10) для направления магнитного потока к подвижному ферромагнитному якорю (6), размыкающее пружинное средство для постоянного поджатия якоря (6) в направлении первого положения, установленное между указанным якорем (6) и передней стороной электрической катушки (7) соосно с ними. Размыкающее пружинное средство, по меньшей мере, частично размещено внутри канавки (12), сформированной в дискообразном якоре (6). Размеры канавки соответствуют внешней форме ферромагнитного ярма (9). Технический результат - создание магнитного привода для автоматического выключателя, единственная электрическая катушка которого объединена с размыкающей пружиной в компактную конструкцию, обеспечивая создание высокого приводного усилия. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Магнитный привод автоматического выключателя, содержащий:
якорь (6), установленный с возможностью перемещения между первым и вторым крайними положениями, соответствующими разомкнутому и замкнутому состояниям коммутации автоматического выключателя,
единственную электрическую катушку (7), обеспечивающую перемещение якоря (6) во второе положение при подаче на нее электрического тока,
постоянный магнит (8), обеспечивающий дополнительное воздействие на якорь (6) в направлении второго положения,
внешнее ферромагнитное ярмо (9), по меньшей мере, частично окружающее единственную электрическую катушку (7) и ферромагнитный сердечник (10), для направления магнитного потока к подвижному ферромагнитному якорю (6),
размыкающее пружинное средство, обеспечивающее постоянное поджатие якоря (6) в направлении первого положения, причем размыкающее пружинное средство установлено между указанным якорем (6) и передней стороной электрической катушки (7) соосно с ними, отличающийся тем, что размыкающее пружинное средство, по меньшей мере, частично размещено внутри канавки (12), сформированной в дискообразном якоре (6), размер которого соответствует внешней форме ферромагнитного ярма (9).

2. Магнитный привод по п. 1, отличающийся тем, что канавка (12) сформирована в виде кольцевого зазора с U-образным поперечным сечением.

3. Магнитный привод по п. 2, отличающийся тем, что размыкающее пружинное средство в основном размещено в кольцевой канавке (12), так чтобы снижать влияния пружинного средства и канавки (12) на способность создания усилия.

4. Магнитный привод по п. 1, отличающийся тем, что для ярма (9) с круговым сечением средний диаметр кольцевой канавки (12) находится в диапазоне между внутренним и внешним диаметром электрической катушки (7).

5. Магнитный привод по п. 1, отличающийся тем, что для ярма (9) с прямоугольным сечением средний диаметр кольцевой канавки (12) находится за пределами диапазона между внутренним и внешним диаметром электрической катушки (7).

6. Магнитный привод по п. 1, отличающийся тем, что размыкающее пружинное средство состоит из одиночной цилиндрической пружины (11) сжатия, выполненной из проволоки из пружинной стали и вставленной в кольцевую канавку (12).

7. Магнитный привод по п. 1, отличающийся тем, что размыкающее пружинное средство состоит из нескольких рядом расположенных цилиндрических пружин (11a, 11b) сжатия, выполненных из проволоки из пружинной стали и вставленных в кольцевую канавку (12').

8. Магнитный привод по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна пружина (11; 11a, 11b) сжатия опирается, по меньшей мере, частично непосредственно на каркас (14) электрической катушки (7).

9. Магнитный привод по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна пружина (11; 11a, 11b) сжатия опирается, по меньшей мере, частично непосредственно на пластину (13), закрывающую каркас (14) электрической катушки (7).

10. Магнитный привод по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что кольцевой постоянный магнит (8) установлен в осевом направлении под кольцевой электрической катушкой (7), окруженной ферромагнитным ярмом (9).

11. Автоматический выключатель цепи среднего напряжения, содержащий по меньшей мере одну полюсную часть (1) со встроенной парой соответствующих электрических контактов, причем один из электрических контактов каждой полюсной части (1) установлен с возможностью осевого перемещения внутри полюсной части (1) для формирования электрического коммутатора, приводимого в действие через узел (4) промежуточного вала якорем (6) магнитного привода (5) по любому из пп. 1-10.

12. Автоматический выключатель цепи среднего напряжения по п. 11, характеризующийся тем, что содержит три полюсных части (1), формирующие автоматический выключатель трехфазной электрической сети.