Электромагнит моностабильного типа

 

Изобретение относится к электрическим аппаратам и может найти применение в моностабильных электрических приводах. Цель изобретения - упрощение конструкции и повьшение надежности работы. В нерабочем положении якорь 4 притянут и находится в верхнем положении. Поток внутри катушки также направлен вверх. При возМ П 6Ь I W /I /////).J kvOvXVH/ / % СУ) с / У////7/ 77 6 I 7а фиг.1 ы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

<5ц 4 Н 01 F 7/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

A-4

7b bb

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3545101/24-07 (22) 17.01.83 (31) 8200792 (32) 20.01.82 (33) РН (46) 15. 04. 87. Бюл. Р 14 (71) Ля телемеханик Электрик (FR) (72) Жерар Колер (РЙ.) (53) 621 ° 318. 3 (088. 8), (56) Патент Франции Ф 2466844, кл. Н 01 F 7/08, 1982.

„„SU „„1 4759 А - (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТ МОНОСТАБИЛЬНОГО

ТИПА (57) Изобретение относится к электрическим аппаратам и может найти применение в моностабильных электрических приводах. Цель изобретения — упрощение конструкции и повышение надежности работы. В нерабочем положении якорь 4 притянут и находится в верхнем положении. Поток внутри катушки также направлен вверх. При воз130475 буждении обмотки 10 создается поток„ даправленный вниз. Ему противодействует поток неподвижного магнита 11.

Поток катушки замыкается элементом 9 ярма, попярность которого аналогична полярности полюсного наконечника 6.

В замкнутых промежутках между элементами 9Ь и 6Ь и между элементами 9а и ба возникают силы отталкивания.

Соответственно в разомкнутых промежутках между элементами ба-9а и 7Ь-9Ь возникают силы притяжения. Сила, прикладываемая таким образом к якорю 4, перемещает его в крайнее рабочее положение. В этом положении сила притяжения увеличена за счет замыкания промежутков между элементами 9Ь-7Ь и

9а-6a„ â то время как силы отталкивания уменьшены путем открытия промежутков, где они появляются. При сня— тии возбуждения с обмотки 10 исчезает поток, противодействующий потоку

9 неподвижного магнита 11, и он замыкается через элемент 9а ярма, открытый промежуток 9а-7а, полюсный наконечник 7. То же происходит через промежуток между элементами 9Ь-6Ь. Таким образом, оба магнита образуют последовательную цепь. Силы отталки— вания появляются в замкнутых промежутках, и якорь притягивается вверх в исходное положение. Замкнутые промежутки в рабочем положении занимают асимметричное положение по отношению к соответствующим магнитам, т.е. Различны их магнитные сопротивления.

Для того, чтобы избежать явление остаточного магнетизма после снятия возбуждения, результирующий поток в этих промежутках должен быть равен нулю. Это достигается подбором мощности обоих магнитов. Описаны различные модификации устройства. 15 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к электрическим аппаратам и может найти применение в любом моностабильном электромагнитном приводе.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы.

На фиг. 1 изображен предложенный электромагнит, вариант (разрез А-А на фиг.2); на фиг.2 — разрез Б-Б на 1О фиг.1; на фиг.3-6 — упрощенные схемы электромагнита согласно фиг.1 и 2, предназначенные для объяснения его работы," на фиг.7 — второй вариант выполнения электромагнита, который яв- t5 ляется составной частью электропневматического клапана, продольный разрез, На фиг. 8, 10 и 11 — схематичные боковые вертикальные виды с осевым разрезом обмотки трех других вариан- 20 тов выполнения изобретения, на фиг.9электромагнит, изображенный на фиг.8, вид сверху (разрез В-В на фиг.8), на фиг.12 — шестой вариант выполнения электромагнита (обмотка не изображе25 на), поперечный разрез, на фиг. 13 электромагнит, предназначенный для

2 приведения в действие мощного контакта.

Электромагнит согласно изобретению (фиг. 1 и 2) содержит катушку 1, имеющую обмотку, намотанную на каркас 2 с прямоугольной осевой полостью 3, в которой установлен с возможностью свободного скольжения якорь

На фиг.1 якорь 4 изображен в среднем положении, что не соответствует устойчивому положению работы.

Якорь содержит постоянный магнит

5, магнитная ось N-S (Север-Юг) которого перпендикулярна направлению скольжения якоря и который имеет на своих рабочих поверхностях полюсов полюсные наконечники 6 и 7, приклеенные к нему. Полюсный наконечник 7 имеет отогнутые на 90 концы, которые находяться напротив концов плоского полюсного наконечника 6. Узел якоря, за исключением концов полюсных наконечников, залит в блок 8 из пластического материала.

Два элемента 9а и 9Ь ярма охватывают каждый один конец катушки 1 с обмоткой 10, частично перекрываются

3 1304 7S внутри катушки и зажимают между собой постоянный магнит 11. Соединение выполняется путем зализки, и узел зоны перекрытия двух элементов ярма заключен в блок 12 из пластического материала. Оси подвижного магнита 5 и неподвижного магнита 11 параллельны между собой.

Полярность неподвижного магнита

11 определена так, чтобы якорь 4 был притянут в одно из своих крайних положений, когда катушка не возбуждена.

При полярностях, указанных на фиг.1, это положение является верхним полоf5 жением якоря и называется нерабочим.

В этом положении конец 6Ь полюсного наконечника 6 входит в контакт с элементом 9Ь ярма, а отогнутый конец

7а полюсного наконечника 7 входит в контакт с элементом 9а ярма так, что в замкнутой таким образом магнитной цепи два постоянных магнита являются последовательными (фиг.3). Полюсные наконечники 6 и 7 имеют такие разме- 25 ры и установлены так, что оба контакта имеют место одновременно. В любом относительном положении магниты 5 и

11 отделены один от другого катушкой.

Электромагнит работает следующим образом.

В нерабочем положении (фиг.3) якорь 4 притянут силой F направленной вверх по чертежу, при этом поток, проходящий внутри катушки, также направлен вверх. Когда из этого поло- . жения (фиг.4) возбуждается обмотка

10 таким образом, чтобы создавать поток, направленный вниз, поток неподвижного магнита 11 является противодействующим и должен замыкаться сам с собой, что облегчается малым расстоянием между элементами 9а и 9Ь ярма. Этот эффект возникает из-за того, что оба магнита отделены один от дру- гого катушкой.

Поток катушки замыкается элементом 9Ъ ярма, который имеет такую же поляризацию N (Север), как и полюсный наконечник 6. Следовательно, замкнутый промежуток межцу элементами

9Ь и 6Ь является местоприложением сил отталкивания. То же самое относится к замкнутому промежутку между элементами 9а и ба.

Соотносительно появляются силы притягивания в открытых промежутках между элементами ба-9а и 7Ь вЂ” 9Ь вследствие последовательной установ9 4 ки потока подвижного магнита 5 и потока катушки. Последний поток замыкается через фиксированный"промежуток, существующий между двумя элементами ярма.

Сила, прикладываемая к якорю 4, направлена, вниз и перемещает якорь в его крайнее рабочее положение (фиг.5). В этом положении силы притягивания значительно повышаются путем закрытия промежутков между элементами 9Ь-7Ь и 9а-ба, тогда как силы отталкивания уменьшаются путем ат— крытия промежутков, где они появляются.

Когда прекращают возбуждение обмотки 10 (фиг.6), поток неподвижного магнита 11 прекращает испытывать противодействие потока катушки и может протекать нормально через элемент 9а ярма, чтобы достичь полюсного наконечника 7 через открытый промежуток между элементами 9а-7а. То же происходит через промежуток между элементами 9Ь 6b. Оба магнита оказываются, таким образом, последовательными.

Кроме того силы отталкивания появляются в закрытых промежутках и якорь притягивается вверх, т.е. якорь переместится, чтобы занять нерабочее положение (фиг.3). . Как показано на фиг.5 и 6, закрытые промежутки в рабочем положении занимают асимметричное положение по отношению к соответствующим магнитам, т.е. соответствующие преодолеваемые магнитные сопротивления являются различными. Во избежание любого вредного остаточного магнетизма, когда прерывают возбуждение важно, чтобы результирующий поток был равен нулю в этих промежутках. Для этого подсчитывают соответствующие мощности обоих магнитов. В описываемом примере поверхность неподвижного магнита 11 больше, чем поверхность подвижного магнита 5.

На фиг.7 представлен электромагнит, схожий с предыдущим, но установленный для приведения в действие корпуса электронной лампы.

Осевая полость 3, в которой скользит якорь 4, образована двумя половинами 13 и 14 корпуса, соединенными по плоскости, проходящей через ось катушки 1. Это соединение может быть осуществлено плотным образом, например посредством раструба, перекрыва5 13047 ющего также конец полости 3. Половины корпуса имеют элементы 15, которые образуют каркас катушки 2. Элементы 9а и 9Ъ ярма пересекают поло вины 13. Элементы ярма выполняются плоскими для того, чтобы не мешать операции намотки обмотки 10. Они могут быть установлены очень точно и загерметизированы посредством заливки. Это приводит к необходимости ус- f0 тановки на место якоря 3 в момент соединения половин корпуса.

После намотки прикрепляют на элементы 9а и 9Ь ярма промежуточные ярма 16 и 17 соответственно, которые 15 зажимают. между собой неподвижный магнит 11 °

Пружина 18, сжатая в рабочем положении, имеет форму плоского кольца, плотно вставленного в половину

14 корпуса, и предварительно напряжена на половине 13 корпуса. Она имеет язык 18а, который радиально выступает внутрь от.пружинного кольца

18, и приводится в действие концом

7а. На другом конце электромагнита тороидальная прокладка 19 зажата в проточке, выполненной в осевом цилиндрическом выступе 20, образованном совместно двумя половинами 13 и

14. Выступ 20 и прокладка 19 могут плотно входить в гнездо ?1, которое расположено в корпусе 22 пневматического вентиля. Приводной толкатель

23 вентиля может быть приведен в действие концом 7Ь полюсного наконечника 7, проходя через осевое отверстие

24 каркаса катушки 2. После сборки и регулировки заливка (не изображена) <О позволяет закрепить корпус клапана на электромагните и предохранить об мотку, образуя таким образом электропневматический клапан.

Поверхности промежутка могут быть увеличены утолщениями ба концов,полюсного наконечника 6, причем якорь . устанавливается на место перед сборкой половин корпуса. Например, в этом варианте выполнения якорь не протаскивают аксиально и он может, следовательно, быть шире на свеих концах, чем в зоне, окруженной каркасом. Кроме того, в отличие от первого варианта полюсные поверхности подвижного магнита 5 и неподвижного магнита 11„ которые находятся один напротив другого, имеют одноименные полярности для того, чтобы свести к минимуму по59 тери потока в воздухе между этими постоянными магнитами.

В обычном неполяризованном электромагните сила, получаемая в нерабо— чем положении, гораздо слабее, чем сила, получаемая в рабочем положении.

Так как используют только силу в нерабочем положении, электромагнит согласно изобретению., который в нерабочем положении имеет такую же силу, как в рабочем, или даже большую, позволяет получить исключительные рабочие характеристики. Пружина 18 служит только для получения более значительного ослабления. Более того, в обычных герметичных электромагнитах имеется понижение рабочих характеристик, вызываемое тем, что поток катушки должен проходить через rерметичную оболочку, чтобы достичь сердечника.

На фиг.8 и 9 схематически изображено другое относительное расположение магнитов.

Якорь 4 не изменен, но имеются два неподвижных магнита 25 и 26, расположенных по одну и по другую стороны от оси катушки. Магниты вставлены между перекрывающимися частями двух аналогичных 11-образных элементов 27 и 28 ярма, входяших один в другой, при этом их основания противоположны друг другу. Полярности магнитов 25 и

?6 выбираются таким образом, чтобы эти магниты были магнитчо соединены между собой параллельно., обеспечивая противоположные полярности двух концов якоря 4.

Кроме того, согласно фиг.8 ось неподвижного магнита 25 или 26 перпендикулярна оси катушки, а эта же ось согласно фиг.9 перпендикулярна оси подвижного магнита 5. Такое расположение позволяет лучше использовать объем, имеющий малую толщину.

В неподвижных магнитах выполнены отверстия и винты 29 соединяют два элемента 27 и 28 ярма, точно регули-. руя их удаление на уровне промежутков от якоря 4. Так как неподвижные и подвижные магнитаl перпендикулярны между собой, возможно регулировать магнитные условия работы соединенного электромагнита, посылая импульсы мощного магнитного поля селективно по оси подвижного магнита 5 или неподвижных магнитов 25 — 26 таким образом, чтобы незначительно изменять остаточную индукцию этих магнитов.

7 13047

На фиг. 10 схематически изображен вариант, показанный на фиг.8. С каждой стороны катушки имеются два неподвижных магнита 30 — 31 и соответственно 32 — 33, магнитно соединенных последовательно при помощи плоского промежуточного ярма 34 и соответственно 35. Такое расположение позволяет приблизить неподвижные магниты к промежуточным зонам, устра- 10 няя тем самым явление остаточного магнетизма. Поля элементов 36,37 ярма, кроме того, симметричны.

Фиг.11 аналогична фиг.10, за исключением того, что четыре неподвиж- 15 ных магнита 38 — 41 имеют оси, параллельные оси катушки, тогда как промежуточные ярма 42 и 43 дважды изогнуты. Неподвижные магниты также могут быть еще более приближены к про- 20 межуточным зонам. Однако расстояние между элементами 44 и 45 ярма зависит от толщины магнитов, если не приняты специальные меры.

С магнитами из феррита, выполнен- 25 ными путем спекания и шлифовки, трудно достичь толщины менее 2 мм. Более того, стоимость такого магнита для мелких деталей мало зависит от его объема. Для миниатюрных электромагни- 30 тов или для электромагнитов, имеющих несколько неподвижных магнитов, пред" почтительно применять магниты, выполненные из полосового или листового гибкого магнитного материала, такого как резиновая лента с включениями анизотропно расположенного ферритового порошка.

Кроме того, значительные поверх— ности, расположенные между элементами ярма, позволяют использовать этот материал для неподвижных магнитов без снижения характеристик относительно спекаемых магнитов. Даже для подвиж-. 4 ного магнита необходимая для обмотки

10 длина позволяет использовать этот материал. Таким образом, можно иметь любые желаемые формы магнита, причем беэ больших издержек на обработку даже для мелких серий. При этом отверстия для фиксации можно выполнять, например, винтами, как на фиг.8 и 9, или заклепками.

Наконец, гибкие магниты допускают, 5 чтобы перекрывающиеся части двух эле— ментов ярма имели форму концентрических цилиндров, оставляющих между собой кольцевое пространство, куда вве59 8 ден один или несколько листов магнитной резины, изогнутых так, что они повторяют форму перекрывающихся частей элементов ярма (фиг. 12). Согласно этому варианту используют два неподвижных магнита 46 и 47 между концентричными элементами 48 и 49 ярма с внутренним свободным пространством для допусков магнитов.

На фиг.13 изображен в разрезе электромагнит, схожий с электромагнитом, изображенным на фиг.7, но предназначенный для приведения в действие мощного контакта, размещенного внутри закрытой полости 3, где перемещается якорь 4.

Половины 50 и 51 корпуса, ограничивающие осевую полость 3, не содержат элементов, образующих каркас катушки. Элемент 9Ь ярма имеет свободную сторону, перпендикулярную оси катушки 1, тогда как элемент 9а ярма изогнут под прямым углом таким обраФ зом, чтобы одна из его сторон заходила внутрь половины 50 корпуса па— раллельно оси катушки 1. С другой стороны два промежуточных ярма 52 и

53, заключающие между собой неподвижный магнит 11, закреплены после намотки на каркасе катушки 2.

Когда выполненная таким образом катушка 1 скользит на корпусе, образованном двумя соединенными половинами 51 — 51 корпуса, стороны напротив деталей 9а и 52 с одной стороны и

9Ь и 53 с другой стороны позволяют вводить внутрь полости 3 магнитные полюсы неподвижного магнита 11, т.е указанная катушка является взаимозаменяемой.

На конце 7Ь полюсного наконечника

7 закреплена изолирующая скоба 54, несущая подвижный контактный мостик

55, поддерживаемый пружиной 56 обычным образом. Два неподвижных контакта

57 (на фигуре виден только один) находятся на неподвижных пластинах 58, которые проходят через половины кор— пуса. Эти вводы (не показаны) могут осуществляться в плоскости стыка соединения половин корпуса, как показано на фигуре, или в перпендикулярной плоскости. Половины корпуса могут быть выполнены из изоляционного материала или из сплава, литого под давлением, но с изоляцией вводов неподвижных пластин 58.

9 1304759 10

Таким образом, электрический контакт защищен от пыли или агрессивной атмосферы и внутри полости 3 нет никаких движущихся деталей. Более того, если полость 3 является герметичной, то газовая атмосфера, выбранная соответствующим образом и под определенным давлением, или жидкость, такая как масло, позволяют применять для контактов менее благородные металлы, чем серебро, или иметь лучшее диэлектрическое сопротивление..

Как видно из фиг. 13, обмотка 10 может быть двухсекционной и содержать две концентричные обмотки 59 и

60. Одна из обмоток 59 может, например, быть предназначена для вызова переключателей, а другая обмотка 60 — для его поддержания с помощью коммутации (не показанной). При наличии прерывателей-ограничителей тока, в случае обнаружения короткого замыкаю ния, необходимо возможно быстрее разомкнуть контакты так, чтобы избежать достижения током своего пиково- го значения. Для размыкания более быстрого, чем достигаемое прерыванием поддерживающего тока, при наличии электромагнита согласно изобретению можно получить возвращающую силу большую, чем сила, заданная расположенными друг против друга неподвижным и подвижным магнитами, путем направления в электромагнит тока, противоположно направленного относительно тока нормального возбуждения. Для этого в магните с двухсекционной обмоткой достаточно разрядить конденсатор в обмотку вызова и затем отключить обмотку поддержания со значительно большей постоянной времени (только результирующая в ампервитках оказывает влияние на якорь).

Формула изобретения

1. Электромагнит моностабильного типа, содержащий подвижную систему, включающую в себя первый постоянный магнит, магнитную цепь, состоящую из непддвижного ярма и якоря, по крайней мере одну катушку, частично охватывающую магнитную цепь, причем якорь выполнен в виде постоянного магнита, снабженного полюсными наконечниками, установленными по обе стороны от оси намагничивания постоянного магнита и образующими с концами неподвижного ярма две эоны рабочих

50 зазоров, при этом подвижный якорь установлен с возможностью его перемещения в. крайнее рабочее положение при возбуждении катушки и возврата в крайнее нерабочее положение при снятии с нее возбуждения, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности работы, он снабжен вторым постоянным магнитом, введенным в неподвижное ярмо и установленным так, что его полярность обеспечивает встречное включение постоянных магнитов в рабочем положении и последовательное включение в нерабочем положении.

2. Электромагнит по и. 1, о т л ич а ю щ и .й с я тем, что постоянные магниты при любом их взаимном расположении установлены так, что они разделены катушкой.

3. Электромагнит по и. 1 или 2, отличающийся тем, что не" подвижное ярмо выполнено из двух частично перекрывающихся элементов, каждый из которых охватывает один торец катушки и введен в одну из зон рабочих зазоров, причем концы по крайней мере одного полюсного наконечника первого постоянного магнита отогнуты параллельно концам элементов ярма и оси первого постоянного магнита, при этом якорь установлен с возможностью перемещения внутри катушки, а второй постоянный магнит закреплен между перекрывающимися частями элементов неподвижного ярма.

4. Электромагнит по пп.1,2 или 3, отличающийся тем, что он снабжен корпусом, выполненным из двух половин, между кото;.эыми образована полость, якорь установлен с возможностью скольжения внутри указанной полости, причем половины корпуса соединены по плоскости, проходящей через ось катушки, и по крайней мере в одной из них установлены элементы неподвижного ярма с закрепленным между ними вторым постоянным магнитом.

5, Электромагнит по п.4, о т л и-. ч а ю шийся тем, что половины корпуса соединены с обеспечением герметизации внутренней полости.

6. Электромагнит по п.4 или 5, отличающийся тем,, что один из элементов неподвижного ярма изогнут под прямым углом и введен в одну из половин корпуса параллельно

)1 130 оси катушки, каждый из элементов ярма выполнен из двух частей,контактирующих с частями другого элемента ярма, и одна из указанных частей каждого элемента ярма установлена на катушке, между указанными частями элементов ярма, установленными на катушке, закреплен по крайней мере один неподвижный магнит, при этом части элементов ярма, установленные на катушке, соединены между собой с обеспечением свободного съема катушки с корпуса электромагнита.

7. Электромагнит по п.4 или 5, отличающийся тем, что половины корпуса выполнены с элементами, образующими каркас катушки.

8. Электромагнит по пп. 1 — 6 или

7, отличающийся тем, что по крайней мере один из магнитов выполнен из полосового или листового гибкого магнитного материала, например из анизотропной магнитной резиновой ленты.

9. Электромагнит по п.8, о т л ич а ю шийся тем, что перекрывающиеся части элементов неподвижного ярма выполнены в виде концентрических цилиндров с кольцевым зазором, в котором расположен указанный постоянный магнит, выполненный по крайней мере в виде одного листа магнитной резины, повторяющий по крайней мере частично форму перекрывающихся частей элементов неподвижного ярма.

10. Электромагнит по пп. 1 — 8 или

9, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возврата якоря в

-нерабочее положение с повышенной скоростью, он снабжен приспособлением, обеспечивающим изменение направления магнитного поля, создаваемого катушкой.

11. Электромагнит по п. 10, о т л и ч а ю шийся тем, что его катушка выполнена двухсекционной и

4759 12 он снабжен приспособлением, обеспечивающим создание каждой секцией катушки магнитных полей протйвоположного направления и отключение одной из секций при включении другой.

12. Электромагнит по одному из пп. 1 — 10 или 11, о т л и ч а ю— шийся тем, что он снабжен третьим постоянным магнитом, установленl0 ным неподвижно параллельно второму постоянному магниту по другую сторону катушки относительно него.

13. Электромагнит по пп. 1 — 11 или

12, отличающийся тем, что неподвижные указанные постоянные магниты выполнены в виде двух последовательно включенных магнитных элементов, соединенных промежуточным ферромагнитным звеном.

20 14. Электромагнит по п.13, о т— л и ч а ю шийся тем, что магнитные элементы каждого неподвижного постоянного магнита расположены так, что их оси параллельны оси катушки, причем один из магнитных элементов каждого из постоянных магнитов установлен на одном из торцов катушки, а другой — на другом ее торце, а каждое связывающее магнитные элементы промежуточное ферромагнитное звено.у обоих своих концов изогнуто под прямым углом.

15. Электромагнит по пп.1 — 12 или 13, отличающийся тем, 35 что подвижный и неподвижные постоянные магниты установлены так, что их оси параллельны между собой, причем полюса подвижного и неподвижных магнитов, расположенные напротив друг

40 друга, имеют одинаковую полярность.

16. Электромагнит по пп. 1 — 13 или 14, отличающийся тем, что подвижный и неподвижный магниты

45 установлены так, что их оси перпендикулярны одна другой.

1304759

1304759

7а

Щ/Г 7

1304759 д фигЯ

42

Л7

+ma У1

Составитель алексеев

Техред Н. Глущенко Корректор Л. Пилипенко

Редактор М.Келемеш .

Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1327/59

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4