Электромагнит моностабильного типа

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 59 1 Г 7/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АТЕНТ ОГО(57) Изо ким а иче енение их привощениеежности е в нии яко верхнем а- возт 3 БЬ с ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Ля телемеханик Электрик(56) Патент Франции Ф 2466844кл. Н 01 Р 7/08, 1982,РОМАГНИТ МОНОСТАБИЛЬНретение относится к элекпаратам и может найти прмоностабильных электродах, Цель изобретения -онструкции и повышение нработы. В нерабочем поло4 притянут и находитсяоложении. Поток внутри кже направлен вверх. При1304759 игЯ СоставительТехред Н. Глущ сеев оррек тор Л. Пилипенко к тор М.Келемеш Заказ 1327 писн роектная изводственно-полиграфическое предприятие, г.ужго 59 Тираж ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 113035, Москва, Ж 699ногоний и5, Ра омитета СССРоткрытийшская наб., д9неподвижного магнита 11, и он замыкается через элемент 9 а ярма, открытый промежуток 9 аа, полюскый наконечник 7. То же происходит через промежуток между элементами 9 ЬЬ. 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. 130475 буждении обмотки 10 создается поток заправленный 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 9 Ь и 6 Ь и между элементами 9 а и ба возникают силы отталкивания. Соответственно в разомкнутых промежутках между элементами баа и 7 ЬЬ 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 9 ЬЬ и 9 а-ба в то время как силы отталкивания уменьшены путем открытия промежутков, где они появляются. При снятии возбуждения с обмотки 10 исчезает поток, противодействующий потокуИзобретение 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 предложенныйэлектромагнит, вариант (разрез А-Ана Фиг.2); на Фиг.2 - разрез Б-Б ка 1 Офиг.1; на фиг.3-6 - упрощенные схемыэлектромагнита согласно Фиг,1 и 2,предназначенные для объяснения егоработы," ка Фиг.7 - второй вариант выполнения электромагнита, который является составной частью электропневматического клапана, продольный разрез, ка Фиг.8,10 и 11 - схематичныебоковые вертикальные виды с осевымразрезом обмотки трех других вариантов выполнения изобретения, на фиг.9 электромагнит, изображенный на фиг.8,вид сверху (разрез В-В на фиг.8), нафиг.12 - шестой вариант выполненияэлектромагнита (обмотка не изображе 25на), поперечный разрез, на Фиг.13электромагнит, предназначенный для 2приведения в действие мощного контакта.Электромагнит согласно изобретению(Фиг,1 и 2) содержит катушку 1, имеющую обмотку, намотанную ка каркас 2с прямоугольной осевой полостью 3,в которой установлен с возможностьюсвободного скольжения якорьНа фиг.1 якорь 4 изображен в среднем положении, что не соответствуетустойчивому положению работы,Якорь содержит постоянный магнит5, магнитная ось И-Б (Север-Юг) которого перпендикулярна направлениюскольжения якоря и который имеет насвоих рабочих поверхностях полюсовполюсные наконечники 6 и 7, приклеенные к нему. Полюсный наконечник 7имеет отогнутые на 90 концы, которые находяться напротив концов плоского полюсного наконечника 6. УзелякоРя, за исключением концов полюсных наконечников, залит в блок 8 изпластического материала,Два элемента 9 а и 9 Ь ярма охватывают каждый один конец катушки 1 собмоткой 10, частично перекрываютсявыполняется путем зализки, и узел зоны перекрытия двух элементов ярмазаключен в блок 12 из пластическогоматериала. Оси подвижного магнита 5и 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 поло 15 жением якоря и называется нерабочим. В этом положении конец 6 Ь полюсного наконечника 6 входит в контакт с элементом 9 Ь ярма, а отогнутый конец 7 а полюсного наконечникавходит в контакт с элементом 9 а ярма так, что в замкнутой таким образом магнитной цепи два постоянных магнита являются последовательными (фиг.З). Полюсные наконечники 6 и 7 имеют такие разме 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.З) якорь 4 притянут силой Г, 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 9 а и 9 Ь ярма. Этот эффект возникает из-за того, что оба магнита отделены один от дру-гого катушкой.Поток катушки замыкается элементом 9 Ъ ярма, который имеет такую же поляризацию И (Север), как и полюсный наконечник 6. Следовательно, замкнутый промежуток межцу элементами 9 Ь и 6 Ь является местоприложением сил отталкивания. То же самое относится к замкнутому промежутку междуэлементами 9 а и ба.Соотносительно появляются силы 55 притягивания в открытых промежуткахмежду элементами баа и 7 Ь - 9 Ьвследствие последовательной установ 3 130475 внутри катушки и зажимают между собой постоянный магнит 11. Соединение 9 4ки 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 9 ЬЬ и 9 а-ба, тогда как силы отталкивания уменьшаются путем открытия промежутков, где они появляются.1Когда прекращают возбуждение обмотки 10 (фиг.6), поток неподвижного магнита 11 прекращает испытывать противодействие потока катушки и может протекать нормально через элемент 9 а ярма, чтобы достичь полюсного наконечника 7 через открытый промежуток между элементами 9 аа. То же происходит через промежуток между элементами 9 ЬЬ, 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.З).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 неподвижногомагнита 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, перекрыва 5 13047 ющего также конец полости 3. Половины корпуса имеют элементы 15, которые образуют каркас катушки 2. Элементы 9 а и 9 Ъ ярма пересекают половины 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 тановки на место якоря 3 в момент соединения половин корпуса.После намотки прикрепляют на элементы 9 а и 9 Ь ярма промежуточные ярма 1,6 и 17 соответственно, которые 15 зажимают. между собой неподвижный магнит 11Пружина 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 18 а, который радиально выступает внутрь от пружинного кольца 18, и приводится в действие концом 7 а. 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 21, которое расположено в корпусе 22 пневматического вентиля. Приводной толкатель 23 вентиля может быть приведен в действие концом 7 Ь полюсного наконечника 7, проходя через осевое отверстие 24 каркаса катушки 2. После сборки и регулировки заливка (не изображена) 40 позволяет закрепить корпус клапана на электромагните и предохранить обмотку, образуя таким образом электро- пневматический клапан.Поверхности промежутка могут быть увеличены утолщениями ба концов,полюсного наконечника 6, причем якорь устанавливается на место перед сборкой полонин 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 по 59тери потока в воздухе между этимипостоянными магнитами,В обычном неполяризованном электромагните сила, получаемая в нерабочем положении, гораздо слабее, чемсила, 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 служиттолько для получения более значительного ослабления. Более того, в обычных герметичных электромагнитах имеется понижение рабочих характеристик,вызываемое тем, что поток катушкидолжен проходить через герметичнуюоболочку, 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 П-образных элементов 27 и 28 ярма, входящих один в другой, при этом их основания противоположны друг другу, Полярности магнитов 25 и6 выбираются таким образом, чтобы эти магниты были магнитчо соединены между собой параллельно обеспечиваяпротивоположные полярности двух концов якоря 4.Кроме того, согласно фиг.8 ось неподвижного магнита 25 или 26 перпендикулярна оси катушки, а эта жеось согласно фиг.9 перпендикулярнаоси 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 магниты перпендикулярны между собой, возможно регулироватьмагнитные условия работы соединенного электромагнита, посыпая импульсы мощного магнитного поля селективнопо оси подвижного магнита 5 или неподвижных магнитов 25 - 26 таким образом, чтобы незначительно изменять остаточную индукцию этих магнитов.7 13047На фиг. 10 схематически изображен вариант, показанный на фиг.8. С каждой стороны катушки имеются два неподвижных магнита 30 - 3 1 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 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 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 межуточным зонам. Однако расстояние между элементами 44 и 45 ярма зависит от толщины магнитов, если не приняты специальные меры.С магнитами из феррита, выполнен 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 тов или для электромагнитов, имеющих несколько неподвижных магнитов, пред" почтительно применять магниты, выполненные из полосового или листовогогибкого 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 элементов ярма имели форму концентрических цилиндров, оставляющих между собой кольцевое пространство, куда вве 59 8ден 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 9 Ь ярма имеет свободную сторону, перпендикулярную оси катушки 1, тогда как элемент 9 а ярма изогнут под прямым углом таким образом, чтобы одна из его сторон заходила внутрь половины 50 корпуса параллельно 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 9 а и 52 с одной стороны и 9 Ь и 53 с другой стороны позволяют вводить внутрь полости 3 магнитные полюсы неподвижного магнита 11, т.е. указанная катушка является взаимозаменяемой.На конце 7 Ь полюсного наконечника7 закреплена изолирующая скоба 54,несущая подвижный контактный мостик55, поддерживаемый пружиной 56 обычным образом. Два неподвижных контакта57 (на фигуре виден только один) находятся на неподвижных пластинах 58,которые проходят через половины кор -пуса. Эти вводы (не показаны) могутосуществляться в плоскости стыка соединения половин корпуса, как показано на фигуре, или в перпендикулярнойплоскости. Половины корпуса могутбыть выполнены из изоляционного материала или из сплава, литого под давлением, но с изоляцией вводов неподвижных пластин 58,9 1304759 1 ОТаким образом, электрический контакт защищен от пыли или агрессивнойатмосферы 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 применятьдля контактов менее благородные металлы, чем серебро, или иметь лучшеедиэлектрическое сопротивление,Как видно из фиг. 13, обмотка 10может быть двухсекционной и содержать две концентричные обмотки 59 и60. Одна из обмоток 59 может, например,быть предназначена для вызова переключателей, а другая обмотка 60 - дляего поддержания с помощью коммутации (не показанной). При наличиипрерывателей-ограничителей тока, вслучае обнаружения короткого замыкаюния, необходимо возможно быстрееразомкнуть контакты так, чтобы избежать достижения током своего пиково-го значения. Для размыкания болеебыстрого, чем достигаемое прерыванием поддерживающего тока, при наличииэлектромагнита согласно изобретениюможно получить возвращающую силубольшую, чем сила, заданная расположенными друг против друга неподвижным и подвижным магнитами, путем направления в электромагнит тока, противоположно направленного относительно тока нормального возбуждения. Дляэтого в магните с двухсекционной обмоткой достаточно разрядить конденсатор в обмотку вызова и затем отключить обмотку поддержания со значительно большей постоянной времени(только результирующая в ампервиткахоказывает влияние на якорь). 55 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 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 зазоров, при этом подвижный якорьустановлен с возможностью его перемещения в. крайнее рабочее положениепри возбуждении катушки и возврата вкрайнее нерабочее положение при снятии с нее возбуждения, о т л и ч аю щ и й с я 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 врабочем положении и последовательноевключение в нерабочем положении.2. Электромагнит по и. 1, о т л ич а ю щ и,й с я тем, что постоянныемагниты при любом их взаимном расположении установлены так, что они разделены катушкой,3. Электромагнит по и. 1 или 2,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что не"подвижное ярмо выполнено из двух частично перекрывающихся элементов, каждый из которых охватывает один торецкатушки и введен в одну из зон рабочих зазоров, причем концы по крайнеймере одного полюсного наконечникапервого постоянного магнита отогнутыпараллельно концам элементов ярма иоси первого постоянного магнита, приэтом якорь установлен с возможностьюперемещения внутри катушки, а второйпостоянный магнит закреплен междуперекрывающимися частями элементовнеподвижного ярма.4. Электромагнит по пп;1,2 или 3,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что онснабжен корпусом, выполненным из двухполовин, между которыми образованаполость, якорь установлен с возможностью скольжения внутри указаннойполости, причем половины корпуса соединены по плоскости, проходящей через ось катушки, и по крайней мерев одной из них установлены элементынеподвижного ярма с закрепленныммежду ними вторым постоянным магни"том.5, Электромагнит по п.4, о т л и-,ч а,ю щ и й с я тем, что половиныкорпуса соединены с обеспечениемгерметизации внутренней полости. 6. Электромагнит по п.4 или 5,о т л и ч а ю щ и й с я тем,. что один из элементов неподвижного ярма изогнут под прямым углом и введен в одну из половин корпуса параллельно11 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. Электромагнитпо п.4 или 5, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что половины корпуса выполнены с элементами, образующими каркас катушки.8. Электромагнит по пп. 1 - 6 или 7, о т л и ч а ю щ и й с я 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 щ и й с я 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возврата якоря внерабочее 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 щ и й с я тем, что его катушка выполнена двухсекционной и 4759 12он снабжен приспособлением, обеспечивающим создание каждой секцией катушки магнитных полей протйвоположного направления и отключение однойиз секций при включении другой.12. Электромагнит по одному изпп. 1 - 10 или 11, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что он снабжен третьим постоянным магнитом, установлен О ным неподвижно параллельно второмупостоянному магниту по другую сторону катушки относительно него.13. Электромагнит по пп.1 - 11 или12, отличающийся тем, 15 что неподвижные указанные постоянныемагниты выполнены в виде двух последовательно включенных магнитных элементов, соединенных промежуточнымферромагнитным звеном,20 14. Электромагнит по п,13, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что магнитные элементы каждого неподвижногопостоянного магнита расположены так,что их оси параллельны оси катушки,причем один из магнитных элементовкаждого из постоянных магнитов установлен на одном из торцов катушки,а другой - на другом ее торце, акаждое связывающее магнитные элементы промежуточное ферромагнитное звено.у обоих своих концов изогнуто подпрямым углом.15. Электромагнит по пп.1 - 12или 13, о т л и ч а ю щ и й с я тем,35 что подвижный и неподвижные постоянные магниты установлены так, что ихоси параллельны между собой, причемполюса подвижного и неподвижных магнитов, расположенные напротив друг40 друга, имеют одинаковую полярность,16. Электромагнит по пп, 1 - 13или 14, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что подвижный и неподвижный магниты 45 установлены так, что их оси перпендикулярны одна другой.