Приводной электромагнит Советский патент 1993 года по МПК H01H50/04 H01H51/04 H01F7/16 

Изобретение относится к электротехнике и.может быть использовано в электромагнитных аппаратах, например, в контакторах, пускателях, реле-контакторах и в других тянущих, толкающих электромагнитных устройствах.

Целью изобретения является упрощение, уменьшение массы, габаритов и потребляемой мощности приводного электромагнита.

Указанная цель достигается тем, что в приводном электромагните, содержащем внешний притягивающийся якорь, сердечник с круглым полюсным наконечником и катушкой возбуждения, установленный на

внутренней поверхности С-образной скобы магнитопровода, ширина рабочих поверхностей которой равна ширине якоря, а торцевые поверхности рабочих полюсов образуют кольцевой зазор с цилиндрической поверхностью круглого полюсного наконечника, возвратную пружину, якорь выполнен прямоходовым, а радиус полюсного наконечника выбран в соответствии с формулой

Rn 0,133b 0.489с - 0,632fy - 0,099bi + +0,(1)

где Rn - радиус полюсного наконечника;

00

g

о

ю

ы

b - ширина полюса скобы магнитопро- вода;

2с - длина скобы магнитопровода;

fy - длина кольцевого зазора в радиальном направлении;. .

bi - ширина среза торцевых частей полюсов скобы магнитопровода.

Для того, чтобы оптимальный диаметр круглого полюсного наконечника не был больше ширины полюса скобы магнитопро- вода, ее длина 2с не должна превышать значения, рассчитанного по формуле

о 0.734b +1,264 gy +0.198 Ы.-( 0,489 + 0,134Ју/Ь

где Р.Лэкв соответственно МДС обмотки и эквивалентная магнитная проводимость электромагнита.

Приняв для упрощения анализа, что поле под полюсами равномерное, а магнитная цепь ненасыщена, можно (3) записать в виде:

P 0.5F2.Јf p(Rn), кр

где I о 4 л 7 Гн/м,

(4)

(р (Rn) Si у ,

Использование: в электрических аппаратах, например в контакторах, пускателях, реле-контакторах и в других тянущихдолка- ющих электромагнитных устройствах. Сущность изо.бретения . заключается в следующем. При заданных по условиям проектирования значениях длины 2С и ширины b скобы магнитопровода, определяющих габаритные размеры в плане, и значении длины утечки магнитного потока, определяемой величиной критического рабочего воздушного зазора при прямоходовом якоре зазора, , при котором статическая характеристика электромагнита касается, противодействующей характеристики, выбираемой достаточной для исключения заметной утечки магнитного потока, минуя рабочий воздушный зазор, радиус полюсного наконечника выбчран обеспечивающим наиболее тяговое усилие Р, развиваемое электромагнитом при критическом значении рабочего воздушного зазора. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Для уменьшения массы электромагнита ширина скобы магнитопровода вне области рабочих её полюсов, по крайней мере на участках, расположенных напротив боковой поверхности катушки, выполнена меньшей, чем ширина якоря.

Дополнительное уменьшение габаритов электромагнита и его упрощение получено за счет использования конической возвратной пружины, и размещения ее между катушкой и якорем таким образом, что меньшее ее основание охватывает полюсный наконечник, а большее упирается в якорь, причем диаметр полюсного наконечника и внутренний диаметр меньшего основания пружины выполнены равными.

Техническая сущность изобретения заключается в следующем. При заданных по условиям проектирования длине 2с и ширине b скобы магнитопровода, определяющих габаритные размеры, в плане, и длине ly утечки магнитного потока, определяемой величиной критического рабочего воздушного б кр зазора, при котором статическая тяговая характеристика электромагнита касается противодействующей характеристики при прямоходовом якоре и выбираемой достаточной для исключения заметной утечки магнитного потока, минуя рабочий воздушный зазор 3, радиус полюсного наконечника Rn выбран обеспечивающим наибольшее тяговое усилие Р, развиваемое электромагнитом при критическом, значении рабочего воздушного зазора. д кр .

Тяговое усилие, развиваемое электромагнитом определяется

P 0,5F

tin

a S2/Si,,

S2 - суммарная площадь рабочих полюсов С-образной скобы магнитопровода.

Записав аналитическое выражение, определяющее За через заданные размеру 2c,b,fy,bi и решив дифференциальное урав25

нение

dP dRn

0

(5)

2Q получим радиус полюсного наконечника Rn, определяющего максимальное значение тягового усилия при критическом зазоре.

Решение уравнения (5) осуществлено численным методом, а математическое опи35 сание оптимальных значений Rn получено с использованием аппарата теории планиро- вания эксперимента,

Выбор полюсного наконечника в электромагните с прямоходовым якорем в соот4Q ветствии с формулой (1) позволяет при заданных габаритных размерах в плане (Ь,2с), а также длины (у кольцевого зазора и технологического размера bi обеспечить максимальную величину электромагнитной

лс силы. Это, при заданном значении противодействующего усилия при критическом рабочем воздушном зазоре, позволяет максимально уменьшить необходимую МДС обмотки, а значит обеспечить минимальные

5Q массогабаритные показатели и потребляемую мощность. Кроме того за счет выполнения якоря прямоходовым обеспечивается упрощение конструкции (упрощаются направляющие движения, кинематические

ее СВЯЗИ ЯКОря).

Установка конической возвратной пружины таким образом, что меньшее ее осно вание охватывает полюсный наконечник и при этом диаметр ее основания равен диаметру наконечника, а большее основание

упирается в плоский якорь, позволяет упростить конструкцию и уменьшить габаритные размеры электромагнита. Упрощение обеспечивается за счет исключения элементов фиксации и крепления пружины, поскольку она фиксируется полюсным наконечником. Упрощение достигается и за счет упрощения направляющих движения, так как большее основание пружины упирается на плоский якорь, обеспечивая равномерное распределение ее усилия на большую поверхность якоря, что уменьшает перекосы при движении якоря и жестко связанных с .ним частей (например, траверсы с контактами коммутационного аппарата). Поскольку в заявленном приводном электромагните основание пружины фиксируется на круглом полюсном наконечнике, исключается изменение направления действия усилия возвратнрй пружины при неизбежном сме- щении катушки, которая устанавливается на сердечник с определенным люфтом, в процессе работы электромагнита. Это позволило исключить элемент фиксации пру- .жины на катушке, упростить направляющие движения, а также уменьшить в них трение. Последнее обеспечивает не только увеличение срока службы, но и позволяет уменьшить МДС :обмотки, особенно в маломощных устройствах, таких как реле, реле-контакторы.

В тех случаях, когда по условиям проектирования накладывается ограничение, что оптимальный диаметр полюсного наконечника не должен быть больше ширины рабо- чих полюсов С-образной скобы магнитопровода, его длина 2с не должна превышать значения, рассчитанного по формуле

0,734 b + 1.264 Ју + 0.198 be.

0,489 .+ 0,134 Ју/Ь

2с

полученной на основе заявляемого соотношения (1) для выбора радиуса полюсного наконечника при 2Rn :S b.

Уменьшение массы электромагнита достигается и за счет того, что ширина С-образной скобы магнитопровода вне области рабочих ее полюсов, по крайней мере на участках, расположенных напротив боковой поверхности катушки, выполнена меньшей, чем ширина якоря. При этом минимальное сечение скобы магнитопровода выбирается исходя из допустимой индукции по общеиз- вестным правилам 3. Дополнительное уменьшение массы электромагнита достигается не только за счет уменьшения объема С-образной скобы, но и вследствии уменьшения потоков рассеяния в магнитной цепи. Последнее обеспечивает большее значение магнитного потока в рабочих воздушных зазорах, а значит и тягового усилия. Это позволяет дополнительно уменьшить размеры, массу электромагнита и потребляемую мощность.

На фиг.1 представлена схема фронтального вида приводного электромагнита; на фиг.2 - вид слева; на фиг.З - вид сверху при условно снятом якоре и возвратной пружины с обозначением основных геометрических размеров.

Приводной электромагнит (см. фиг. содержит внешний прямоходовой притягивающийся якорь 1, сердечник 2 с круглым полюсным наконечником 3 и катушкой 4 возбуждения, установленной на внутренней поверхности С-образной скобы 5 магнитопровода, ширина b (фиг.З) рабочих поверхностей 6 которой равна ширине якоря 1, а торцевые поверхности 7 (фиг.2) рабочих полюсов 6 образуют кольцевой зазор длиной у (фиг.З) с цилиндрической поверхностью круглого полюсного наконечника 3, возвратную коническую пружину 8, которая размещена между катушкой 4 и якорем 1, причем меньшее основание пружины 8 охватывает полюсный наконечник 3, а большее основание упирается .в якорь, Сердечник 2 может иметь различную форму сечения, например, .в виде круга. Ширина скобы 5 вне области рабочих ее полюсов 6 может быть выполнена (фиг.2) меньшей, чем ширина якоря 1. В том случае, когда рабочие полюса 6 на скобе 5 магнитопровода выполнены гибкой радиусом г в качестве длины магнитопровода при выборе радиуса полюсного наконечни- ка следует использовать величину 2с 2(с - г). При оптимальном значении диаметра полюсного наконечника, превышающем ширину рабочих полюсов, длина скобы магнитопровода должна быть не более, чем значениеj полученное по формуле

2с

0.734 b + 1.264 ty + 0.198 b 0,489 +0,134 ty/b

На полюсах 6 выполнены срезы 9 шириной bi (фиг.З)..

Приводной электромагнит работает следующим образом. При подключении катушки 4 к источнику напряжения в магнитной системе возбуждается магнитный поток. В рабочих воздушных зазорах над полюсами 6 и круглым полюсным наконечником 3 создается электромагнитная сила, которая преодолевая усилие возвратной конической пружины 8 и других сил механической нагрузки электромагнита, перемеща- {6т якорь в направлении уменвшения рабочего Зазора. В притянутом положении якоря 1, когда он соприкасается с поверхностями рабочих полюсов 6 скобы 5 магнитопровода, витки конической возвратной пружины укладываются в кольцевом зазоре между цилиндрической поверхностью круглого полюсного наконечника 3 и торцевой поверхностью 7 рабочих полюсов С-образной скобы 5 магнитопровода. При снятии напряжения с катушки 4 якорь 1 электромагнита под действием возвратной пружины 8 и других сил механической нагрузки возвращается в исходное состояние.

Формула изобретения 1. Приводной электромагнит с внешним притягивающимся якорем, содержащий сердечник с круглым полюсным наконечником и катушкой возбуждения, установленный на внутренней поверхности С-образной скобы магнитопровода, ширина рабочих поверхностей которой равна ширине якоря, а торцовые поверхности рабочих полюсов образуют кольцевой зазор с цилиндрической поверхностью указанного полюсного наконечника, возвратную пружину, отличаю- -.д и и с я тем, что, с целью упрощения, уменьшения массы, габаритов и потребляемой мощности, якорь выполнен прямохо о- вым, а радиус полюсного наконечника выбран в соответствии с формулой .

Rn 0,133b + 0,4890 - 0,632fy - 0,099bi + +0,123fy/b,.

0

5

0

5

где Rn - радиус полюсного наконечника;

b - ширина полюса скобы магнитопровода;

2С - длина скобы магнитопровода;

(у - длина кольцевого зазора в радиальном направлении;

bi - ширина среза торцовых частей полюсов скобы магнитопровода.

0.734 b + 1.264 Су +0,198 bfc . 0,489 +0,134fy/b

Фиг.

чX

Фиг.2

-у.