Электромагнитный поляризованный переключатель
Владельцы патента RU 2604205:
Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Изобретение предназначено для использования в системах автоматики взрывоопасных объектов. Электромагнитный поляризованный переключатель содержит корпус, во внутренней полости которого установлены взаимодействующие магнитная и контактная системы. Магнитная система состоит из магнитопроводов с выполненными на них обмотками управления, между которыми установлен поворотный якорь. Контактная система состоит из перемыкателя с выступами, взаимодействующими с упругими контактами, размещенными на токовыводах, установленных в основании корпуса. Между контактной и магнитной системами установлены два зубчатых сектора с выступами. На оси поворотного якоря размещена пружина кручения с ограничителями поворота ее зацепов. На оси перемыкателя установлено зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с зубчатыми секторами, взаимодействующими одним из своих выступов при повороте якоря с соответствующим зацепом пружины кручения. Начальный момент, обеспечиваемый пружиной кручения, превышает момент, необходимый для поворота перемыкателя при переключении контактов. Технический результат - увеличение стойкости электромагнитного поляризованного переключателя к ударным и вибрационным внешним воздействиям и расширение токовых диапазонов коммутируемых электрических цепей, что позволяет расширить область применения переключателя. 7 ил.
Изобретение предназначено для систем автоматики взрывоопасных объектов, подвергаемых ударным и вибрационным внешним воздействиям.
Известен электромагнитный поляризованный переключатель [а.с. СССР №452874, опубл. 05.12.1974 г., МПК1 H01H 51/22], содержащий корпус, во внутренней полости которого установлены взаимодействующие магнитная и контактная системы, магнитная система состоит из магнитопроводов с выполненными на них обмотками управления, между которыми установлен поворотный якорь, контактная система состоит из перемыкателя с выступами, взаимодействующими с упругими контактами, размещенными на токовыводах, установленных в основании корпуса.
Поворотный якорь известного электромагнитного поляризованного переключателя, расположенный внутри магнитной системы, обеспечивает небольшой угол поворота, что накладывает ограничения на используемые контакты, которые также должны иметь небольшие контактные зазоры. Данное обстоятельство не позволяет использовать подобный электромагнитный переключатель, например, для взрывоопасных объектов, подвергаемых ударным воздействиям, для объектов, в которых требуется коммутация электрических цепей со значительными токами, то есть область применения известного электромагнитного поляризованного переключателя ограничивается.
Известен электромагнитный поляризованный переключатель [а.с. СССР №1024994, опубл. 23.06.1983 г., МПК3 H01H 51/22], содержащий корпус, во внутренней полости которого установлены взаимодействующие магнитная и контактная системы, магнитная система состоит из магнитопроводов с выполненными на них обмотками управления, между которыми установлен поворотный якорь, контактная система состоит из перемыкателя с выступами, взаимодействующими с упругими контактами, размещенными на токовыводах, установленных в основании корпуса.
Поворотный якорь данного электромагнитного поляризованного переключателя расположен внутри магнитной системы, обеспечивает небольшой угол поворота, что накладывает ограничения на используемые контакты, которые должны иметь небольшие контактные зазоры. Область применения известного электромагнитного поляризованного переключателя из-за этого обстоятельства значительно ограничивается.
Известен электромагнитный поляризованный переключатель [патент РФ №2529642, опубл. 27.09.2014 г., МПК H01H 51/00], содержащий корпус, во внутренней полости которого установлены взаимодействующие магнитная и контактная системы, магнитная система состоит из магнитопроводов с выполненными на них обмотками управления, между которыми установлен поворотный якорь, контактная система состоит из перемыкателя с выступами, взаимодействующими с упругими контактами, размещенными на токовыводах, установленных в основании корпуса.
Известное техническое решение позволяет уменьшить потери в магнитной системе электромагнитного поляризованного переключателя и, как следствие, несколько увеличить угол поворота и создаваемый момент поворота якоря. Однако это увеличение угла и момента в ряде случаев все же недостаточно для выполнения надежной контактной системы, например с «врубными» контактами, то есть применение электромагнитного поляризованного переключателя также ограничивается.
Этот электромагнитный поляризованный переключатель рассматривается в качестве прототипа.
В настоящее время известны самые различные конструкции электромагнитных поляризованных переключателей, однако все они, обладая определенными недостатками, не выполняют в полной мере поставленной изобретением задачи.
Задача, на решение которой направлено изобретение, - создание электромагнитного поляризованного переключателя, обеспечивающего увеличенные углы и моменты поворота якоря.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в увеличении стойкости электромагнитного поляризованного переключателя к ударным и вибрационным воздействиям и расширение токовых диапазонов коммутируемых электрических цепей, что позволяет расширить область применения.
Указанный технический результат достигается тем, что в электромагнитном поляризованном переключателе, содержащем корпус, во внутренней полости которого установлены взаимодействующие магнитная и контактная системы, магнитная система состоит из магнитопроводов с выполненными на них обмотками управления, между которыми установлен поворотный якорь, контактная система состоит из перемыкателя с выступами, взаимодействующими с упругими контактами, размещенными на токовыводах, установленных в основании корпуса, согласно изобретению между контактной и магнитной системами установлены два зубчатых сектора с выступами, на оси поворотного якоря размещена пружина кручения с ограничителями поворота ее зацепов, на оси перемыкателя установлено зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с зубчатыми секторами, взаимодействующими одним из своих выступов при повороте якоря с соответствующим зацепом пружины кручения, при этом начальный момент, обеспечиваемый пружиной кручения, превышает момент, необходимый для поворота перемыкателя при переключении контактов.
Размещение на оси поворотного якоря пружины кручения с ограничителями поворота ее зацепов, каждый из которых взаимодействует при повороте якоря с соответствующим выступом одного из двух зубчатых секторов, находящихся в зацеплении с зубчатым колесом, закрепленным на оси перемыкателя, с обеспечением пружиной кручения начального момента, превышающего момент, необходимый для поворота перемыкателя при переключении контактов, позволяет при использовании магнитной системы с небольшим углом поворота якоря обеспечить увеличенный угол поворота перемыкателя контактной системы, при этом исключить влияние времени переключения контактной системы на время переключения магнитной системы (поворота якоря) и, как следствие, исключить «зависание» поворотного якоря в промежуточном угловом положении между полюсами магнитной системы при переключении (изменении состояния) электромагнитного поляризованного переключателя. Начальный момент пружины кручения обеспечивает гарантированный поворот перемыкателя и, как следствие, надежное переключение контактной системы в широких условиях эксплуатации. Обеспечение увеличенного угла поворота якоря позволяет использовать контактную систему с увеличенными контактными зазорами, что повышает стойкость электромагнитного поляризованного переключателя к ударным и вибрационным воздействиям и соответственно расширяет его области применения. Увеличенный угол поворота якоря позволяет использовать контакты с расширенными токовыми диапазонами коммутируемых электрических цепей, что также расширяет области применения заявляемого электромагнитного поляризованного переключателя.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Изобретение иллюстрируется чертежами:
на фиг. 1 приведен продольный разрез электромагнитного поляризованного переключателя;
на фиг. 2 - поперечный разрез Α-A на фиг. 1, конструкция электромагнитной системы;
на фиг. 3 - поперечный разрез Б-Б на фиг. 1, конструкция вспомогательной контактной системы;
на фиг. 4 - поперечный разрез В-В на фиг. 1, конструкция основной контактной системы;
на фиг. 5 - поперечный разрез Г-Г на фиг. 1, исходное состояние;
на фиг. 6 - поперечный разрез Г-Г на фиг. 1, промежуточное состояние при переключении;
на фиг. 7 - поперечный разрез Г-Г на фиг. 1, переключенное состояние.
Электромагнитный поляризованный переключатель содержит корпус, выполненный в виде кожуха 1 из немагнитного материала и основания 2. В корпусе установлены взаимодействующие магнитная и контактная системы (фиг. 1).
Магнитная система состоит из двух симметрично расположенных магнитопроводов 3, на которых выполнены по две обмотки управления - рабочая 4 и отбойная 5. Магнитопроводы 3 выполнены из магнитомягкой стали. Части рабочей 4 и отбойной 5 обмоток, размещенных на разных магнитопроводах 3, соединены попарно последовательно, при этом конец части обмотки на первом магнитопроводе 3 соединен с концом части обмотки на втором. На каждом торце магнитопроводов 3 закреплены постоянные магниты 6 (фиг. 1, 2).
К магнитопроводам 3 прикреплены платы 7 и 8 из немагнитного металла, в центральных отверстиях которых установлен симметричный поворотный якорь 9, выполненный из магнитомягкой стали в виде пластины с запрессованными осями 10 и 11.
На оси 10 якоря 9 установлены пружина кручения 12 с зацепами 13 и ограничитель 14 с упорами 15, предотвращающими разворот зацепов 13 пружины кручения 12.
Контактная система состоит из перемыкателя 16 с выступами 17 и пластинами 18, которые переключают вспомогательные 19 и основные 20 контакты соответственно. Перемыкатель 16 закреплен на оси 21, установленной в центральных отверстиях основания 2 и кронштейна 22, зафиксированного во внутренней полости корпуса на основании 2. Контакты 19 и 20 размещены на токовыводах 23 и 24, установленных через изоляторы 25 в основании 2 (фиг. 3, 4).
На оси 21 закреплено зубчатое колесо 26, находящееся в зацеплении с зубчатыми секторами 27 с выступами 28, взаимодействующими с зацепами 13 пружины кручения 12. Зубчатые сектора 27 закреплены на осях 29, установленных в отверстиях платы 7 и кронштейна 22.
Для уменьшения потерь на трении все оси поворачивающихся элементов конструкции переключателя установлены на шарикоподшипниках.
Электромагнитный поляризованный переключатель работает следующим образом.
При отсутствии напряжения на обмотках 4 и 5 поворотный якорь 9 притянут к полюсам постоянных магнитов 6 через магнитопроводы 3, обеспечивая исходное или сработанное состояние электромагнитного поляризованного переключателя (фиг. 5).
При подаче напряжения на последовательно соединенные рабочие обмотки 4 в них создаются магнитные потоки, вызывающие подавление удерживающих и усиление поворачивающих магнитных потоков постоянных магнитов 6 и, как следствие, поворот якоря 9 на осях 10, 11 к другим полюсам постоянных магнитов 6. При этом поворачивается ограничитель 14, закручивая соответствующим упором 15 пружину кручения 12, которая одним из зацепов 13 поворачивает соответствующий зубчатый сектор 27 за выступ 28. Зубчатый сектор 27 поворачивает зубчатое колесо 26 вместе с перемыкателем 16. Перемыкатель 16 выступами 17 переключает вспомогательные 19, а пластинами 18 - основные 20 контакты. Электромагнитный поляризованный переключатель переключается в сработанное состояние (фиг. 6, 7).
Наличие выступов 28 позволяет их поворотом производить необходимые регулировки в сопряжение «зубчатые секторы 27 - зубчатое колесо 26» и обеспечивать требуемое взаимодействие с зацепами 13 пружины кручения 12 при сборке «по месту».
Упоры 15 ограничителя 14 при сборке допускают их подгибку также для обеспечения регулировок «по месту».
Для исключения перегрева рабочей обмотки 4 напряжение подается через размыкающий вспомогательный контакт 19.
При подаче напряжения на последовательно соединенные отбойные обмотки 5 в них создаются магнитные потоки, вызывающие подавление удерживающих и усиление поворачивающих магнитных потоков постоянных магнитов 6 и, как следствие, поворот якоря 9 на осях 10, 11 (уже в противоположном направлении) к полюсам постоянных магнитов 6. При этом поворачивается ограничитель 14, закручивая соответствующим упором 15 пружину 12, которая другим зацепом 13 поворачивает соответствующий зубчатый сектор 27 за его выступ 28. Зубчатый сектор 27 поворачивает зубчатое колесом 26 (в противоположном направлении) вместе с перемыкателем 16. Перемыкатель 16 выступами 17 переключает в исходное состояние вспомогательные 19, а пластинами 18 - основные 20 контакты.
Для исключения перегрева отбойной обмотки 5 напряжение подается также через соответствующий размыкающий вспомогательный контакт 19.
Угол поворота перемыкателя 16, по сравнению с углом поворота якоря 9, увеличивается за счет разницы радиусов (расстояний от точки взаимодействия до осей вращения) зацепов 13 и выступов 28, а также передаточного отношения в зацеплении зубчатых секторов 27 и зубчатого колеса 26.
Пружина кручения 12, выполняющая функции силового (моментного) ограничителя, исключает возможность разрушения зубьев в зубчатом зацеплении «зубчатый сектор 27 - зубчатое колесо 26» при ускоренном повороте якоря 9 от подачи на обмотку 4 или 5 максимально допустимого напряжения при увеличенном количестве основных контактов 20, а также исключает влияние времени переключения контактной системы (поворота зубчатого сектора 27, зубчатого колеса 26 и перемыкателя 16) на время переключения магнитной системы (поворота якоря 9) и, как следствие, при этом исключается «зависание» поворотного якоря 9 в промежуточном угловом положении между полюсами магнитной системы при переключении (изменении состояния) электромагнитного поляризованного переключателя.
Контактная система из-за наличия пружины кручения 12 в ряде случаев может переключаться уже после поворота якоря 9. При этом в процессе переключения между упором 15 ограничителя 14 и соответствующим зацепом 13 пружины кручения 12 реализуется угловой зазор «а» (фиг. 6), который выбирается после завершения переключения (фиг. 7).
Таким образом, применение заявленного электромагнитного поляризованного переключателя позволит обеспечить увеличенный угол и обеспечиваемый момент поворота якоря, при которых контакты могут быть разнесены относительно друг друга на достаточные расстояния, что повысит стойкость к ударным и вибрационным воздействиям, то есть значительно расширит возможные области его применения.
Кроме того, увеличенный угол поворота перемыкателя 16 позволяет размыкать вспомогательные упругие контакты 19, через которые подается напряжение на рабочие 4 или отбойные 5 обмотки, на конечном участке угла поворота перемыкателя 16 (соответственно и якоря 9), то есть создаваемый вращающий момент на якоре 9 от подачи напряжения на соответствующую обмотку обеспечивается на большей части его угла поворота.
В заявляемом электромагнитном поляризованном переключателе могут быть использованы «врубные» контакты с двухсторонним контактированием, обеспечивающие коммутацию и пропускание как малых, так и больших токов, что также расширит области его применения.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в системах автоматики взрывоопасных объектов, подвергаемых ударным и вибрационным внешним воздействиям;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить увеличение стойкости электромагнитного поляризованного переключателя к ударным и вибрационным воздействиям и расширение токовых диапазонов коммутируемых электрических цепей, что позволяет расширить область применения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».
Электромагнитный поляризованный переключатель, содержащий корпус, во внутренней полости которого установлены взаимодействующие магнитная и контактная системы, магнитная система состоит из магнитопроводов с выполненными на них обмотками управления, между которыми установлен поворотный якорь, контактная система состоит из перемыкателя с выступами, взаимодействующими с упругими контактами, размещенными на токовыводах, установленных в основании корпуса, отличающийся тем, что между контактной и магнитной системами установлены два зубчатых сектора с выступами, на оси поворотного якоря размещена пружина кручения с ограничителями поворота ее зацепов, на оси перемыкателя установлено зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с зубчатыми секторами, взаимодействующими одним из своих выступов при повороте якоря с соответствующим зацепом пружины кручения, при этом начальный момент, обеспечиваемый пружиной кручения, превышает момент, необходимый для поворота перемыкателя при переключении контактов.
