Плоский п-образный сердечник электромагнитной системы реле (варианты)

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к реле электромагнитным для устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности работы реле. В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в исключении процесса коробления спеченного сердечника П-образного формы, снижении объема механической обработки конструкции сердечника П-образного формы полученного методом порошковой металлургии удовлетворяющего техническим требованиям функционирования реле железнодорожной автоматики, обеспечивающих безопасность движения поездов. Указанный технический результат достигается плоским П-образным сердечником электромагнитной системы реле, состоящим из ярма и двух боковых стержней, имеющих в поперечном сечении форму прямоугольника, причем ярмо служит для крепления к основанию реле, а стержни служат для размещения катушек с обмоткой и контакта якоря с сердечником изготовленным методом порошковой металлургии и подвергнутый термической обработке, при этом площадь поперечного сечения ярма равна площади поперечного сечения стержня и ровна (0,05-0,10)L², отношение ширины к толщине стержня в поперечном сечении равно (1,0-4,0), а длина стержней ровна (1,5-3,0)L, где L - длина катушки с обмоткой, при этом сердечник вначале спрессован и спечен с перемычкой, соединяющей концы боковых стержней, из композиционного материала на основе железа, с добавлением легирующих элементов кремния и/или фосфора и вторично подвергнут термической обработке после удаления перемычки. Кроме этого длина катушки определяется числом ампер-витков обмотки и диаметром наматываемого провода, спеченный сплав сердечника имеет прочность на растяжение не менее 340 МПа, плотность спеченного сплава сердечника находится в пределах (7,0-8,0) г/см³, коэрцитивная сила спеченного сплава сердечника не более 80 А/м.

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к реле электромагнитным для устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.

Известно техническое решение, принятое в качестве прототипа, реле с плоской магнитной системой состоящий из ярма и двух боковых стержней, имеющих в сечении форму прямоугольника, причем ярмо служит для крепления к основанию реле, а стержни служат для размещения катушек с обмоткой и контакта якоря с сердечником, изготовленный методом штамповки, или лазерной резкой, или набран из отдельных тонких пластин электротехнической стали, или методом порошковой металлургии и подвергнутый термической обработке (отжигу).(Н.И. Пивоварчик, «Реле с плоской магнитной системой. Способы обеспечения безопасного функционирования». Тезисы Доклада на Третьей международной научно-практической конференция «Магнитоуправляемые контакты (герконы) и изделия на их основе», 27-29.09.11 г.).

К недостаткам данного технического решения следует отнести то, что не определены геометрические размеры сердечника, обеспечивающие механическую прочность сердечника и его магнитные свойства изготовленного методом порошковой металлургии.

Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности работы реле.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в исключении процесса коробления спеченного сердечника П-образного формы, снижении объема механической обработки конструкции сердечника П-образного формы полученного методом порошковой металлургии удовлетворяющего техническим требованиям функционирования реле железнодорожной автоматики, обеспечивающих безопасность движения поездов.

Указанный технический результат по варианту 1 достигается плоским П-образным сердечником электромагнитной системы реле, состоящим из ярма и двух боковых стержней, имеющих в поперечном сечении форму прямоугольника, причем ярмо служит для крепления к основанию реле, а стержни служат для размещения катушек с обмоткой и контакта якоря с сердечником изготовленным методом порошковой металлургии и подвергнутый термической обработке, при этом площадь поперечного сечения ярма равна площади поперечного сечения стержня и ровна (0,05-0,10)L², отношение ширины к толщине стержня в поперечном сечении равно (1,0-4,0), а длина стержней ровна (1,5-3,0)L, где L - длина катушки с обмоткой, при этом сердечник вначале спрессован и спечен с перемычкой, соединяющей концы боковых стержней, из композиционного материала на основе железа, с добавлением легирующих элементов кремния и/или фосфора и вторично подвергнут термической обработке после удаления перемычки. Кроме этого длина катушки определяется числом ампер-витков обмотки и диаметром наматываемого провода, спеченный сплав сердечника имеет прочность на растяжение не менее 340 МПа, плотность спеченного сплава сердечника находится в пределах (7,0-8,0) г/см³, коэрцитивная сила спеченного сплава сердечника не более 80 А/м.

Указанный технический результат по варианту 2 достигается плоским П-образным сердечником электромагнитной системы реле, состоящим из ярма и двух боковых стержней, имеющих в поперечном сечении форму прямоугольника, причем ярмо служит для крепления к основанию реле, а стержни служат для размещения катушек с обмоткой и контакта якоря с сердечником изготовленным методом порошковой металлургии и подвергнутый термической обработке, при этом площадь поперечного сечения ярма равна площади поперечного сечения стержня и ровна (0,05-0,10)L², отношение ширины к толщине стержня в поперечном сечении равно (1,0-4,0), а длина стержней ровна (1,5-3,0)L, где L - длина катушки с обмоткой, при этом сердечник спрессован и спечен из композиционного материала на основе железа, с добавлением легирующих элементов кремния и/или фосфора. Кроме этого длина катушки определяется числом ампер-витков обмотки и диаметром наматываемого провода, спеченный сплав сердечника имеет прочность на растяжение не менее 340 МПа, плотность спеченного сплава сердечника находится в пределах (7,0-8,0) г/см³, коэрцитивная сила спеченного сплава сердечника не более 80 А/м.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, где на фиг.1 показан плоский П-образным сердечник без перемычки (перемычка удалена).

Плоский П-образный сердечник электромагнитной системы реле, состоит из ярма 1 и двух боковых стержней 2, имеющих в поперечном сечении форму прямоугольника, ярмо служит для крепления к основанию реле, а стержни служат для размещения катушек с обмоткой и контакта якоря с сердечником. Площадь поперечного сечения ярма 1 ровна площади поперечного сечения стержня 2 и ровна (0,01-0,10)L ², отношение ширины к толщине стержня в поперечном сечении равно (1,0 -4,0), а длина стержней 2 ровна (1,5-3,0)L, где L - длина катушки (на фиг не показана) с обмоткой.

Используя металлические порошки на основе железа и смешивая их в нужных соотношениях, прессуя в формах и спекая при определенных температурах, были изготовлены П-образные сердечники, которые были установлены в реле типа РЭЛ. Какие либо электрические параметры реле при установке П-образного сердечника не менялись. Катушка с обмоткой имела длину 40 мм. На нее было намотано 8000 ампер витков, проводом сечением 0,14 мм². Исходя из этих параметров были определены предпочтительные размеры П-образного сердечника. Площадь сечения 0,06 L²=108 мм² , длина сердечника 2.0 L=80 мм, при соотношении сторон равным 3, т.е. ширина стержня 18,0 мм, высота 6,0 мм. Было изготовлено два варианта сердечников с перемычкой и без перемычки с различным содержанием компонентов железа, фосфора и кремния. Исключение возможности коробления сердечника по варианту 2 достигалось более медленной температурой охлаждения спеченного образца.

Вариант 1. Пример 1. Сердечник для электромагнитного реле изготавливался следующим образом. Смесь порошка железа марки ASC 100.29 и феррофосфора (содержание фосфора 13% мас.), который был получен методом измельчения сплава, смешивали в смесителе 1,5 ч. Процентное содержание фосфора в смеси было 0,78 мас. Прессование проводили в твердосплавной пресс-форме при односторонней нагрузке 6 т/см². спекали при 1150°C в течение 2,5 ч в вакууме 5 мбар печи марки VHT 08/18 GR. После спекания образцы не шлифовались. Параллельно с сердечником изготавливались кольцевые образцы для определения коэрцитивной силы и магнитной проницаемости материала, пористости. Образцы для определения прочности на разрыв вырезались из стержней сердечника. После вырезания перемычки проводилась повторная термическая обработка.

Вариант 1. Пример 2. Сердечник для электромагнитного реле изготавливался следующим образом. Смесь порошка железа марки ASC 100.29 и ферро кремния, который был получен методом измельчения сплава, смешивали в смесителе 1,5 ч. Процентное содержание кремния в смеси было 4,5 мас.% Режимы прессования и спекания аналогичны Варианту 1. Примера 1.

Вариант 1. Пример 3. Сердечник для реле электромагнитного изготавливался следующим образом. Смесь порошка железа марки ASC 100.29 и порошков ферро фосфора и ферро силиция, которые были получены методом измельчения сплавов, смешивали в смесителе 1,5 ч. Процентное содержание фосфора в смеси было 0,78 мае, а кремния 4,0 мас. Режимы прессования и спекания аналогичны Варианту 1. Примера 1.

Вариант 2. Пример 1. Сердечник для электромагнитного реле изготавливался следующим образом. Смесь порошка железа марки ASC 100.29 и ферро кремния, который был получен методом измельчения сплава, смешивали в смесителе 1,5 ч. Процентное содержание кремния в смеси было 4,5 мас.% Режимы прессования и спекания аналогичны Варианту 1. Примера 1. С увеличенным временем охлаждения образца. Шлифование образца не проводилось

Вариант 2. Пример 2.. Сердечник для электромагнитного реле изготавливался следующим образом. Смесь порошка железа марки ASC 100.29 и феррофосфора (содержание фосфора 13% мас.), который был получен методом измельчения сплава, смешивали в смесителе 1,5 ч. Процентное содержание фосфора в смеси было 0,78 мас. Режимы прессования и спекания полюсника для сердечника и изготовление стержня для сердечника проводили для аналогично Варианту 1. Примера 1.

Результаты проведенных измерений электромагнитных свойств реле по варианту 1 и варианту 2 представлены в таблице. Плотность спеченных сердечников находилась в пределах 7,0-8,0 г/см³, а предел прочности не менее 340 МПа.

Значения U_{отпускания} и U_{подъема} определены в вольтах, магнитная проницаемость m в Гс/э, а Нс в А/м.

Таблица
Вариант изготовления реле	Uотпуск	Uподъема	Электромагнитные свойства Вариант 1						Электромагнитные свойства Вариант 2
	Полярность		Пример 1		Пример 2		Пример 3		Пример 1		Пример 2
	Прямая	Обратн	m		m		m	нс	m		m	Не
Реле РЗЛ1-1600	5,5/	14,3/
	5,6	14,3
Предлагаемое техническое решение. Вариант 1	7,8/	12,7/	550	76	555	76	550	76	555	79	55	77
	7,8	12,7	00		0		0		0		90
Предлагаемое техническое решение. Вариант 2	7,8/	12,7/	550	76	555	76	550	76	555	79	55	77
	7,8	12,8	00		0		0		0		90

Использование предлагаемого технического решения позволяет по сравнению с прототипом исключить процесс коробления спеченного сердечника П-образного формы полученного методом порошковой металлургии и удовлетворяющего техническим требованиям функционирования реле железнодорожной автоматики, обеспечивающих безопасность движения поездов. Испытания реле проводятся на Камышловском электротехническом заводе.

1. Плоский П-образный сердечник электромагнитной системы реле, состоящий из ярма и двух боковых стержней, имеющих в поперечном сечении форму прямоугольника, причем ярмо служит для крепления к основанию реле, а стержни служат для размещения катушек с обмоткой и контакта якоря с сердечником, изготовленным методом порошковой металлургии и подвергнутым термической обработке, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения ярма равна площади поперечного сечения стержня и равна (0,05-0,10)L², отношение ширины к толщине стержня в поперечном сечении равно (1,0-4,0), а длина стержней равна (1,5-3,0)L, где L - длина катушки с обмоткой, при этом сердечник вначале спрессован и спечен с перемычкой, соединяющей концы боковых стержней, из композиционного материала на основе железа с добавлением легирующих элементов кремния и/или фосфора и вторично подвергнут термической обработке после удаления перемычки.

2. Плоский П-образный сердечник по п.1, отличающийся тем, что длина катушки определяется числом ампер-витков обмотки и диаметром наматываемого провода.

3. Плоский П-образный сердечник по п.1, отличающийся тем, что спеченный сплав сердечника имеет прочность на растяжение не менее 340 МПа.

4. Плоский П-образный сердечник по п.1, отличающийся тем, что плотность спеченного сплава сердечника находится в пределах (7,0-8,0) г/см ³.

5. Плоский П-образный сердечник по п.1, отличающийся тем, что коэрцитивная сила спеченного сплава сердечника не более 80 А/м.

6. Плоский П-образный сердечник электромагнитной системы реле, состоящий из ярма и двух боковых стержней, имеющих в поперечном сечении форму прямоугольника, причем ярмо служит для крепления к основанию реле, а стержни служат для размещения катушек с обмоткой и контакта якоря с сердечником, изготовленным методом порошковой металлургии и подвергнутым термической обработке, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения ярма равна площади поперечного сечения стержня и равна (0,05-0,10)L ², отношение ширины к толщине стержня в поперечном сечении равно (1,0-4,0), а длина стержней равна (1,5-3,0)L, где L - длина катушки с обмоткой, при этом сердечник спрессован и спечен из композиционного материала на основе железа с добавлением легирующих элементов кремния и/или фосфора.

7. Плоский П-образный сердечник по п.6, отличающийся тем, что длина катушки определяется числом ампер-витков обмотки и диаметром наматываемого провода.

8. Плоский П-образный сердечник по п.6, отличающийся тем, что спеченный сплав сердечника имеет прочность на растяжение не менее 340 МПа.

9. Плоский П-образный сердечник по п.6, отличающийся тем, что плотность спеченного сплава сердечника находится в пределах (7,0-8,0) г/см.

10. Плоский П-образный сердечник по п.6, отличающийся тем, что коэрцитивная сила спеченного сплава сердечника не более 80 А/м.