Патент на изобретение №2248060

(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЯРИЗОВАННОЕ РЕЛЕ ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ И КОЛИЧЕСТВА СРАБАТЫВАНИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для коммутации электрических цепей в радиотехнике, автоматике и телемеханике. Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение частоты срабатывания (до 100 Гц и выше) и количества срабатываний (до 10⁹), а также высокая надежность, простота конструкции и технологичность. Электромагнитная система реле имеет полное разделение управляющего и поляризующего магнитных потоков за счет отсутствия общего магнитопровода, что позволяет снизить потери и уменьшить габариты реле. Для этого в реле введен второй сердечник с обмоткой управления, а якорь с постоянным магнитом выполнен в виде консольно жестко закрепленного рычага с возможностью перемещения между сердечниками с обмотками управления и содержащего пружину с изолирующей пластиной, на которой с одной или с каждой стороны размещена по крайней мере одна контактная пластина, напротив которой закреплен контактный узел, причем постоянный магнит расположен на конце изолирующей пластины, сердечники с обмотками с зазором размещены на основании. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для коммутации электрических цепей в радиотехнике, автоматике и телемеханике.

Известны двустабильные коммутационные электромагнитные реле с магнитной блокировкой (например, В.З.Ройзен “Электромагнитные малогабаритные реле”, Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1986, стр. 252), собранные по схемам с последовательной, дифференциальной и мостовой магнитными цепями с постоянными магнитами.

Известно электромагнитное реле по пат. US 6078232, в котором используется схема с дифференциальной цепью, поляризующий и управляющий магнитные потоки не разделены, конструкция реле клапанного типа.

Недостатками известных реле является наличие трущихся частей и прохождение поляризующего и управляющего магнитных потоков по одной общей цепи, что ограничивает повышение частоты и количества срабатываний реле.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является магнитный привод с ходовым якорем в виде постоянного магнита по пат. РФ 2083013, опубликованный 06.07.1997, принятый за прототип.

Схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:

1 – обмотка управления;

2 – сердечник;

3 – ходовой якорь;.

4, 4’ – полюсные наконечники;

5, 5’ – внешние полюса;

6 – магнитопровод.

Устройство-прототип содержит магнитопровод 6 с намагниченными однополярно двумя внешними полюсами электромагнитной системы, расположенный между ними сердечник 2 из магнитомягкого материала с обмоткой управления 1 и намагниченный таким образом, что его полярность всегда противоположна полярности внешних полюсов 5 и 5’.

Кроме того, содержит по крайней мере один ходовой якорь 3, выполненный в виде постоянного магнита с полюсными наконечниками 4 и 4’ в форме диска из материала с остаточной магнитной индукцией 0,7 Т, при ВН_мах, равным по крайней мере 100 кДж/м², причем высота диска в направлении его перемещения выбирается не более половины его диаметра.

Полюсные наконечники 4 и 4’ выполнены из магнитомягкого материала. Сердечник 2 по крайней мере с одной стороны выступает из обмотки управления 1. Выступающая часть сердечника 2 образует кольцевой полюс, в котором выполнено отверстие.

Ходовой якорь 3 расположен соосно в указанном отверстии кольцевого полюса сердечника 2 с возможностью перемещения между внешними полюсами электромагнитной системы.

Недостатки устройства-прототипа следующие:

– магнитный привод имеет трущиеся поверхности, обусловленные поступательными и вращательными перемещениями ходового якоря в отверстии кольцевого полюса сердечника, что приводит к их механическому износу и весьма вероятному попаданию микрочастиц износа на коммутируемые контакты, а это в свою очередь приводит к сбоям в работе реле и в конечном итоге к его отказу;

– поляризующий поток постоянного магнита и управляющий магнитный поток, создаваемый электромагнитной системой, проходят по одной общей цепи, а это приводит к снижению чувствительности реле, вызывает необходимость увеличения поперечного сечения элементов магнитной системы и, следовательно, увеличение размеров и массы реле.

Кроме того, все перечисленные недостатки ограничивают повышение частоты и количества срабатываний устройства.

Для устранения указанных недостатков в устройство, содержащее электромагнитную систему, состоящую из сердечника с обмоткой управления и якоря с постоянным магнитом, согласно изобретению введен второй сердечник с обмоткой управления, а якорь с постоянным магнитом выполнен в виде консольно жестко закрепленного рычага с возможностью перемещения между сердечниками с обмотками управления и содержащего пружину с изолирующей пластиной, на которой с одной или с каждой стороны размещена по крайней мере одна контактная пластина, напротив которой закреплен контактный узел, причем постоянный магнит расположен на конце изолирующей пластины, сердечники с обмотками размещены на основании по обе стороны от постоянного магнита с зазором, при этом рычаг с консольно закрепленного конца подпружинен с каждой стороны пружиной, одни концы которых упираются в рычаг, а их другие концы жестко закреплены, кроме того, обмотки управления соединены между собой и имеют противоположно направленные магнитные потоки. При этом крепление пружин к основанию, в том числе и консольное, осуществлено при помощи осей. Сердечники катушек выполнены Н-образными. Кроме того, подпружинивающие пружины выполнены U-образными.

Схема предлагаемого реле представлена на фиг.2, 3, и 4, где обозначено:

1 – основание;

2 – корпус;

3,3’- контактные узлы;

4, 4’, 5 – пружины;

6 – изоляционная пластина;

7 – постоянный магнит;

8, 8’ – обмотки управления;

9, 9’ – сердечники;

10, 11, 11’ – оси;

12, 12’ – контактные пластины.

На фиг.4 (а, б) представлена магнитная схема поляризованного реле.

Предлагаемое электромагнитное поляризованное реле (фиг.2) содержит основание 1, на котором расположен якорь, выполненный в виде консольно жестко закрепленного рычага, состоящего из пружины 5 с изолирующей пластиной 6, на которой с одной или с каждой стороны размещена по крайней мере одна контактная пластина 12, (12’), а на конце изолирующей пластины 6 расположен постоянный магнит 7. Кроме того, на основании 1, по обе стороны от постоянного магнита 7, с зазором х размещены сердечники 9 и 9’ с обмотками управления 8 и 8’, причем х определяется рабочим напряжением реле. При этом рычаг с консольно закрепленного конца подпружинен с каждой стороны пружинами 4 и 4’, одни концы которых упираются в рычаг, а другие концы после регулировки закреплены на осях 11 и 11’, например, при помощи клея, причем оси 10, 11 и 11’ неподвижно установлены на основании 1. Консольно закрепленный конец пружины 5 и прикрепленные концы пружин 4, 4’ имеют возможность вращательного движения и оформлены в виде окружности с диаметром, несколько меньшим диаметра осей 10, 11 и 11’. Такое крепление концов пружин 4, 4’ и 5 позволяет установить рычаг в исходное положение, обеспечить точную регулировку и устранить дребезг контактов реле, а также отклоняться на определенный угол и переходить из одного крайнего положения в другое, т.е. рычаг имеет возможность перемещения между сердечниками 9, 9’ с обмотками управления 8, 8’. Напротив контактной пластины 12, (12’), размещенной на изолирующей пластине 6, закреплен соответствующий контактный узел 3, (3’) (фиг.3) на основании 1. Сердечники 9 и 9’ выполнены из магнитомягкого материала, например электротехнической стали, Н-образной формы. Пружины 4 и 4’, подпружинивающие пружину 5, выполнены U-образными.

Электромагнитная система реле состоит из сердечников 9, 9’ с обмотками управления 8, 8’, разнесенных на определенное расстояние (зазор х), и постоянного магнита 7. На фиг.4 представлена магнитная схема поляризованного реле, причем в обмотках управления 8, 8’ токи имеют противоположное направление.

При этом осуществлено полное разделение управляющего и поляризующего магнитных потоков за счет отсутствия общего магнитопровода, что позволяет снизить потери и уменьшить габариты реле.

Основание 1 с расположенными на нем элементами помещено в корпус 2.

Работает реле следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии управляющего напряжения U_упр. на обмотках 8 (8’) рычаг реле находится, например, у полюсов сердечника 9′. Фиксация рычага реле в этом положении осуществляется поляризующим потоком магнита 7.

При подаче управляющего напряжения U_упр. создаются управляющие потоки противоположной направленности в обмотках управления 8 и 8’. В случае совпадения направления управляющего и поляризующего потоков (фиг.4а), т.е. совпадает полярность полюсов, например, сердечника 9 обмотки 8 с полярностью магнита 7, происходит отталкивание магнита 7 рычага реле от полюсов сердечника 9’, а полюса сердечника 9 с обмоткой 8 притягивают магнит 7 рычага из-за противоположной направленности управляющего и поляризующего потоков. При определенном значении тока в обмотках 8 и 8’ равному значению тока срабатывания с учетом упругих сил возврата в исходное положение пружин 5, и 4’ рычаг реле совместно с магнитом 7 переместится к полюсам сердечника 9 с обмоткой 8 (фиг.4а) и произойдет, например, замыкание контактной пластины 12 с контактным узлом 3 (фиг.2 и 3) и размыкание контактной пластины 12 с контактным узлом 3’ (фиг.3), что можно подтвердить следующим выражением:

P_упр.+Р_{упр. пр.} Р_пм,

где Р_упр. – усилие, создаваемое управляющим напряжением;

Р_{упр. пр.} – усилие, создаваемое за счет упругих сил возврата пружин;

Р_пм – усилие, создаваемое поляризующим магнитным потоком.

При изменении полярности управляющего напряжения U_упр. (фиг.4б) полюса сердечника 9 с обмоткой 8 будут отталкивать магнит 7 рычага реле, а полюса сердечника 9’ с обмоткой 8’ будут притягивать магнит 7 рычага реле, и при определенном значении тока он переместится к полюсам сердечника 9 с обмоткой 8’, то есть произойдет, например, размыкание контактной пластины 12 с контактным узлом 3 (фиг.2, 3) и замыкание контактной пластины 12’ с контактным узлом 3’ (фиг.3).

При подаче управляющего напряжения определенной длительности на обмотки 8 и 8’ рычаг реле с контактными пластинами 12 и 12’ будет перемещаться между сердечниками 9 и 9’ с обмотками 8 и 8’ с частотой от 30 Гц до 100 Гц и выше, и количество срабатываний будет составлять от 10⁷ до 10⁹. При этом частота и количество срабатываний зависит от массогабаритных размеров реле.

Максимальное значение частоты и количества срабатываний подтверждены лабораторными испытаниями в рамках требований технических условий.

Таким образом, механическая часть заявляемого электромагнитного поляризованного реле не содержит вращающихся и трущихся частей деталей, в результате чего отсутствует изменение регулировочных параметров и засорение внутреннего объема реле продуктами износа, что уменьшает число отказов и повышает его надежность.

Электромагнитная система реле имеет полное разделение управляющего и поляризующего магнитных потоков. За счет этого удается снизить потери и повысить чувствительность реле без увеличения его размеров и массы.

Перечисленные выше конструктивные особенности предлагаемого реле позволяют достигать более высокой частоты срабатывания (до 100 Гц и выше), большего количества срабатываний (до 10⁹), а также обладает высокой надежностью, простотой конструкции и технологичностью.

Формула изобретения

1. Электромагнитное поляризованное реле повышенной частоты и количества срабатываний, содержащее электромагнитную систему, состоящую из сердечника с обмоткой управления и якоря с постоянным магнитом, отличающееся тем, что введен второй сердечник с обмоткой управления, а якорь с постоянным магнитом выполнен в виде консольно жестко закрепленного рычага с возможностью перемещения между сердечниками с обмотками управления и содержащего пружину с изолирующей пластиной, на которой с одной или с каждой стороны размещена по крайней мере одна контактная пластина, напротив которой расположен контактный узел, причем постоянный магнит закреплен на конце изолирующей пластины, сердечники с обмотками с зазором размещены на основании по обе стороны от постоянного магнита, при этом рычаг с консольно закрепленного конца подпружинен с каждой стороны пружинами, одни концы которых упираются в рычаг, а их другие концы жестко закреплены, кроме того, обмотки управления соединены между собой и имеют противоположно направленные магнитные потоки.

2. Электромагнитное поляризованное реле по п.1, отличающееся тем, что сердечники выполнены Н-образными.

3. Электромагнитное поляризованное реле по п.1, отличающееся тем, что жесткое крепление пружин, в том числе и консольное, осуществлено при помощи осей.

4. Электромагнитное поляризованное реле по п.1, отличающееся тем, что подпружинивающие пружины выполнены U-образными.

РИСУНКИ