ПОЛЯРИЗОВАННОЕ ОДНООБМОТОЧНОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ Российский патент 2021 года по МПК H01H51/24 

Изобретение относится к области низковольтных электрических аппаратов, в частности к поляризованным коммутационным устройствам, и может использоваться при конструировании поляризованных реле, дистанционных переключателей промежуточных реле, а также магнитных пускателей и устройств с гибридной коммутацией.

Поляризованное реле в составе устройства имеет постоянный магнит, не меняющий направление магнитного потока за весь цикл работы реле. Магнитный поток постоянного магнита именуют поляризующим. На этом же магнитопроводе размещается электромагнитная обмотка управления, которая меняет направление магнитного потока в зависимости от полярности поданного напряжения на концы обмотки.

Поток от данной обмотки называют рабочим.

При протекании по обмотке управления тока необходимой полярности в одних рабочих зазорах потоки управления и поляризации складываются, а в других вычитаются. При определенной величине магнитного потока происходит переключение одного из якорей в другое положение.

Известно электромагнитное реле (патент по заявке 2018130670 от 23.08.2018) [1], содержащее два П-образных магнитопровода с обмотками для включения собственных якорей; два идентичных якоря поворотного типа на несущей детали и постоянные магниты на указанных якорях; магнитопроводящий упор для фиксирования крайних положений якорей, две траверсы, шарнирно связанные с каждым якорем, отличающееся тем, что электромагниты с собственными обмотками расположены якорями друг против друга и имеют один общий, фиксирующий якоря в крайних положениях, усеченный равнобедренный клинообразный магнитопроводящий упор, а на торце одного из якорей по центру толщины имеются два винтовых отверстия для крепления каретки, а на последней - соответственно два овальных отверстия.

Недостатками данного известного электромагнитного реле являются повышенный расход обмоточной меди; избыточная масса конструктивного магнитопроводящего материала, увеличенные габаритные размеры электромагнита, ограниченные функциональные возможности.

Известен также другой аналог поляризованного электромагнитного реле по патенту №2016111579 от 28.03.2016 [2], который содержит магнитопроводы, выполненные в виде двух стержней, параллельных друг другу с полюсными наконечниками, траверсу, обмотки, расположенные на указанных стержнях, якорь поворотного типа, состоящий из двух частей; постоянные магниты, размещенные между полюсными наконечниками и имеющие направление намагничивания от одного стержня к другому; два основных идентичных якоря поворотного типа, установленные на основной несущей детали, и дополнительный якорь на оси, который поочередно взаимодействует сначала с магнитной системой замыкающих контактов, а затем с магнитной системой размыкающих контактов.

Недостатками магнитной системы указанного аналога являются увеличенные массогабаритные размеры, что ведет к чрезмерному расходу дефицитной обмоточной меди и к трудоемкости изготовления.

Наиболее близким к заявленному решению по технической сущности и достигаемому результату является поляризованное электромагнитное реле (патент по заявке 2018130670/07 от 23.08.2018), которое содержит два П-образных магнитопровода с обмотками для включения собственных якорей; два идентичных якоря поворотного типа на несущей детали и постоянные магниты на указанных якорях; магнитопроводящий упор для фиксирования крайних положений якорей, две траверсы, шарнирно связанные со своими якорями, отличающиеся тем, что электромагниты с собственными обмотками расположены якорями друг против друга и имеют один общий, фиксирующий якоря в крайних положениях, усеченный равнобедренный клинообразный магнитопроводящий упор, а на торце одного из якорей по центру толщины имеются два винтовых отверстия для крепления каретки, а на последней - соответственно два овальных отверстия.

Однако это электромагнитное реле имеет высокий расход обмоточной меди, избыточную конструктивную массу магнитомягкого материала магнитопровода и увеличенные габаритные размеры электромагнита.

Целью предлагаемого изобретения является экономия дефицитной обмоточной меди, снижение конструктивной массы магнитомягкого материала магнитопровода и уменьшение габаритов поляризованного реле в целом, упрощение управления поляризованным реле.

Указанная цель достигается тем, что два идентичных якоря с постоянными магнитами, намагниченными в одном направлении, установлены на общем основании так, что они имеют один общий стержневой магнитопровод с рабочей обмоткой и прикрепленную на нем с помощью винта через овальное отверстие в каретке свободно скользящую в противоположных направлениях каретку, выступающую за пределы стержня магнитопровода на 0,2÷0,3 мм. Каретка может быть установлена как на одном конце магнитопровода, так и на обоих. Для перехода любого якоря, с замкнутого на магнитопроводе, в противоположное положение необходимое усилие обеспечивается через скользящую каретку кинетической энергией другого якоря. Так как трогание с места размыкающего контакт якоря на второй магнитной системе начинается в конце срабатывания замыкающего контакт якоря после удара последнего скользящей кареткой, то происходит задержание во времени начала срабатывания размыкающего контакта. Согласно указанной механике последовательного приведения в движение контактов обеспечивается перекрытие во времени включенного состояния контактов на противоположных траверсах.

По предложенному изобретению изготовлен макетный образец.

Испытание образца показало время перекрытия между контактами в пределах 1,8-2,2 мс.

Предложенное поляризованное реле с одной общей обмоткой на стержневом магнитопроводе с идентичными якорями, намагниченными в одном направлении, обеспечивает экономию дефицитной меди в 1,5 раза, снижение конструктивной массы магнитомягкого материала в 1,2 раза и уменьшение габаритов поляризованного электромагнита в 1,4 раза.

Техническим результатом данного изобретения является экономия обмоточной меди, снижение конструктивной массы магнитомягкого материала магнитопровода и уменьшение габаритов поляризованного малогабаритного реле в целом.

Технический результат данного изобретения достигается тем, что в устройстве используется электромагнит в виде простого стержня с одной обмоткой, который поочередно используется и для включения и для отключения реле благодаря постоянным магнитам на якорях, намагниченным в направлении, совпадающем с полем обмотки электромагнита. Данное техническое решение, кроме экономии обмоточной меди, уменьшения габаритов и массы, удобства управления поляризованным реле, упрощает технологию изготовления магнитопровода. Использование для переключения любого якоря кинетической энергии другого уменьшает потребляемую мощность и исключает отскок срабатывающего якоря в момент удара путем его торможения кареткой и ослабления силу удара при срабатывании. Кроме того, в связи с возможностью подачи на обмотку напряжения одной и той же полярности и при включении и при отключении реле упрощается устройство управления.

При анализе уровня техники, в целях проверки новизны заявляемого однообмоточного и однокатушечного малогабаритного поляризованного реле, не обнаружены аналоги и прототипы с перечисленной совокупностью вышеуказанных признаков, следовательно, описанное техническое решение соответствует критерию новизны.

На фиг. 1 показана кинематическая схема поляризованного однообмоточного реле с перекрытием замыкающих и размыкающих контактов; на фиг. 2 - общий вид якорей поляризованного однообмоточного реле с перекрытием замыкающих и размыкающих контактов; на фиг. 3 - схема однообмоточного поляризованного реле с распределением магнитных и электромагнитных потоков.

Поляризованное однообмоточное электромагнитное реле (фиг. 1, 2, 3) содержит: магнитопровод - стержень 1, обмотку 2, расположенную на магнитопроводе, якоря 3 и 3' поворотного типа, расположенные между соответствующими фиксирующими упорами 4 и 4' и магнитопроводом, с постоянными магнитами 5, намагниченными, например, в направлении от пластины 6 к пластине 6', траверсы 7 и 7', контакты 8 и 8', 9 и 9' и скользящую каретку 10.

Предложенное однообмоточное поляризованное электромагнитное реле работает следующим образом.

В начальном положении поляризованное реле может иметь следующее состояние: один из якорей, например, якорь 3, замкнут на магнитопровод - сердечник катушки 2, и его контакт 9 на траверсе - 7. Второй якорь 3' разомкнут и фиксируется упором 4', и его контакты 9' на траверсе 7' разомкнуты.

При подаче напряжения на обмотку 2 через контакты 8' возбуждаемый им рабочий магнитный поток Фр проходит через сердечник 1, якорь 3 и упор 4 с одной стороны, а с другой симметричной стороны - через сердечник 1, якорь 3' и фиксирующий упор 4'.

При этом потоки Фр и Фп' в зазоре складывается, а в зазоре вычитаются. При достаточном уровне магнитного потока происходит перебрасывание якоря 3' на сердечник 1 и удар по якорю 3 через каретку 10, и кинетическая энергия якоря 3' перебрасывает якорь 3, отключенный к этому моменту от магнитного потока обмотки 2 контактами 8', в новое устойчивой положение. При обесточивании обмотки 2 якорь 3 удерживается на упоре 4, а якорь 3' - на сердечнике обмотки 2 постоянными магнитами 5 соответственно.

Для возврата якорей в исходное положение напряжение на катушку подается через контакты 8 при том же направлении тока.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к низковольтным электрическим аппаратам, и может использоваться при конструировании поляризованных реле, контакторов, магнитных пускателей и устройств с гибридной коммутацией. Техническим результатом является снижение конструктивной массы магнитопровода, уменьшение габаритов поляризованного электромагнита, упрощение управления реле, заключающееся в том, что подача напряжения на обмотку управления для замыкания и размыкания контактов осуществляется от одной кнопки. Устройство содержит два идентичных якоря с постоянными магнитами, намагниченными в одном направлении, и имеющими каждый из них фиксирующий магнит проводящий упор, на обоих концах электромагнита расположены каретки, а постоянные магниты намагничены в направлении, совпадающем с полем обмотки электромагнита. Благодаря вышеуказанному, одна и та же обмотка может использоваться как для включения, так и отключения контактов реле. 3 ил.

Поляризованное электромагнитное реле, содержащее стержневой электромагнит, два идентичных якоря поворотного типа на несущей детали и постоянные магниты на указанных якорях, намагниченные в одном направлении, магнитопроводящий упор, отличающееся тем, что оно содержит дополнительный магнитопроводящий упор, электромагнит с одной обмоткой и прикрепленными с возможностью скольжения на обоих концах стержня электромагнита каретками расположен симметрично посередине между двумя идентичными якорями, каждый из которых имеет фиксирующий его при крайнем положении магнитопроводящий упор, а постоянные магниты намагничены в направлении, совпадающем с полем обмотки электромагнита.