Доклад ОАО «Завод «Электроприбор» на Третьей международной научно-практической конференции «Магнитоуправляемые контакты (герконы) и изделия на их основе»

Поляризованные герконы и коммутационные устройства на их основе

Всем заинтересованным может предоставляться дополнительная информация по материалам доклада.

Е.П. Чепаксин

    Появление на рынке постоянных магнитов из высокоэнергетичных магнитопластов на основе порошков Nd-Fe-B, позволяющих производить механическую обработку намагниченных образцов-заготовок, значительно ускорило процессы изготовления и испытаний макетных образцов, упростило проведение анализа вариантов топографии магнитных полей и построение образа магнитных систем электрических аппаратов. Одновременно можно утверждать, что серийное применение магнитопластов даст дополнительный толчок к созданию эффективных и дешевых изделий на их основе.

    У специалистов ОАО «Завод «Электроприбор» перед участием во Второй международной научно-практической конференции «Магнитоуправляемые контакты (герконы) и изделия на их основе» имелся опыт практического применения постоянных литых магнитов из сплава ЮНДК35Т5БА, начиная с образцов первого Московского Приборостроительного Завода, в том числе в магнитных системах с герконами.

    Использование материалов этой конференции, энергетики личного общения с профессором МЭИ Шоффой В.Н., с организаторами и участниками конференции, эффективное сотрудничество с производителем магнитопластов ООО «Валтар» позволило ОАО «Завод «Электроприбор» принять решение о включении темы «Поляризация» в планы развития предприятия.

1. Обзор патентных исследований по поляризованным герконам и реле

    Область применения электромеханических слаботочных реле, в том числе и поляризованных, в настоящее время постоянно сокращается. Применение герконов (гезаконов, ферридов) в качестве элементов устройств с энергонезависимой памятью (стр. 18 [1], стр. 47 [5]) практически прекращено.

    Однако поиск эффективных инженерных решений по поляризации геркона и управлению герконом продолжается.

    Например, были рассмотрены технические решения патентов: US 6340924 от 2002 г.; US 4943791 от 1990 г.; JP 2007335217 от 2007 г.; RU 62482 от 2006 г. и т.д.

    Не останавливаясь на недостатках перечисленных решений, предлагаю оценить патент DE 4034946 от 1992 г. фирмы MEDER, ФРГ с точки зрения эффективности подстройки магнитной системы под характеристики геркона.

    На схеме рис. 1 при вращении цилиндрического магнита по часовой стрелке можно добиться замыкания геркона, а против часовой стрелки – его размыкания с дифференциалом по углу, определяемым характеристикой геркона (в стандартных герконах коэффициент возврата колеблется от 0,3 до 0,6).

Рис. 1

    Главный недостаток этого решения, как и предыдущих, заключается в том, что магнит не является органичной частью геркона, требуются дополнительные корпусные детали для взаимного их крепления. Преимуществом является наличие возможности плавного изменения МДС магнитной системы.

2. Предлагаемые технические решения

    Предлагаемая конструкция поляризованного геркона и поляризованного герконового коммутатора, содержащего такой геркон, направлены на решение задачи создания конструкций геркона и коммутатора, технологичных в изготовлении и применении, с уменьшенными габаритами и весом, позволяющих осуществлять высокую точность создания и регулирования магнитно-движущей силы, необходимой для срабатывания геркона и коммутатора.

Рис. 2

    На рис. 2 и 3 представлен кольцевой магнит, намагниченный радиально, размещенный по крайней мере на одном из выводов замыкающего геркона или на нормально разомкнутом контакте переключающего геркона. При осевом перемещении по выводу в направлении от колбы можно добиться размыкания контактов, при обратном перемещении контакты замкнутся с разницей по положению – дифференциалом ∆L.

Рис. 3

    Дифференциал хода ∆L, например, для геркона МКС-27103 ЯВАФ.685191.016 ТУ с укороченным до 7 мм выводом, в комплекте с магнитом, выполненным из высокоэнергетичного магнитного материала на основе редкоземельных элементов – магнитопласта НЖБ-МП2 ТУ 4229-007-18413702-2003 – при Lсраб = 1 мм находится в диапазоне не менее 4 мм и представляет собой допуск на регулировку двухстабильного состояния геркона и коммутационных устройств на его основе. Т.е. решается задача воспроизводства устройств с энергонезависимой памятью.

    С целью оптимизации размеров сборки размер Lсраб. должен быть минимизирован. Для этого предусмотрено шунтирование магнита шайбами различных размеров и формы с возможностью вращения для регулирования магнитного потока магнита (рис. 4).

   Для уменьшения объема применяемого магнита (рис. 4) за счет снижения магнитных потерь (Фп) вывод геркона может укорачиваться.

   Таким образом, создана возможность производить подстройку магнитной системы на разных этапах производства и в зависимости от заданной точности:

    1. На этапе комплектования разбитых на группы по МДС срабатывания герконов с магнитами с необходимым объемом (высотой магнита).

    2. На этапе сборки установкой при необходимости шунта и закреплением магнита на выводе после определения его оптимального положения.

   3. Окончательная, суперточная или ремонтная подстройка магнитной системы под заданную МДС поляризованного геркона (устройства), сменой по необходимости шунта, изменением его формы или положения с его окончательным закреплением на магните.

    Магнит выполнен из высококоэрцитивного магнитного материала, содержащего редкоземельные элементы. При этом выполнение магнита из магнитопласта, изготавливаемого из смеси магнитного порошка и полимерного связующего, является предпочтительнее. Этот вид магнитных материалов имеет ряд ценных свойств, выгодно отличающих их от металлических или керамических магнитов, получаемых спеканием:

    во-первых, это высокая воспроизводимость и стабильность, однородность магнитных свойств, большой срок службы;

    во-вторых, хорошая механическая прочность и пластичность;

    в-третьих, высокая технологичность, т. е. возможность получать изделия сложной формы с малыми затратами и при этом соблюдать с высокой точностью заданные размеры.

    Известно также, что магниты из магнитопласта или спеченного на основе редкоземельных элементов материала, например, Nd-Fe-B, являются высокоэнергетичными, имеющими очень высокое энергетическое произведение, вплоть до 50-55 МГсЭ – при небольшой цене. Магниты Nd-Fe-B имеют широкий диапазон рабочих температур (от -60°С до +125°С), некоторые их виды можно использовать вплоть до 200°С. Благодаря этому, а также тому, что нет необходимости в дополнительных деталях для установки магнита, магнит устанавливают на выводе геркона, габариты устройства и вес значительно уменьшены.

    Разработка поляризованных герконов и коммутаторов может быть произведена для любого из серийно выпускаемых герконов как в России, так и за рубежом, в том числе и для высоковольтных герконов фирмы MEDER. См. приложение к докладу №7.

Рис. 4

    Необходимо отметить, что поляризация предлагаемыми кольцевыми магнитами переключающих герконов вида РП-З значительно проще и эффективнее по объему магнита, чем переключающих вида РЗ-П и эффективнее, чем замыкающих с симметричными контактами. Это объясняется расположением, удалением межконтактного зазора по отношению к магниту. Вследствие этой разницы конструкции ОАО «РЗМКП» может получить коммерческие преимущества по отношению к другим производителям герконов, изготавливающих герконы только вида РЗ-П. Можно так же сожалеть, что для разработки особо миниатюрных коммутационных устройств снят с производства геркон МК-10З с несимметричными замыкающими контактами (глава 1 [1]).

3. Оценка областей применения поляризованных герконов и электротехнических устройств

    Применение предлагаемой конструкции на практике показало, что массовая доля поляризующего магнита не превышает 25% массы герконов. Например, масса магнита, изготовленного из магнитопласта МЖБ-МП2 ТУ 4229-007-18413702-2003 для геркона МКС- 17103 с магнитодвижущей силой (МДС) срабатывания 50 А составила 22% от фактической массы геркона.

    Доля магнита в объеме к объему колбы геркона составляет приблизительно 10%, а диаметр кольцевого магнита может находиться в пределах диаметра колбы геркона. Это позволяет применять стандартные унифицированные технические решения, примененные ранее для нейтральных, серийно выпускаемых герконов любых производителей.

    Технологичность предлагаемой конструкции для согласования МДС срабатывания герконов с МДС поляризующего магнита обусловлена доступным расположением магнита с торца геркона. Такое расположение обеспечивает и удобство в применении поляризованных герконов в качестве концевых выключателей, переключателей, датчиков уровня, в различных реле и комбинированных устройствах, управляемых как обмоткой, так и перемещением управляющих магнитов и шунтирующих элементов.

    Практические результаты использования заявляемого изобретения показали, что использование магнитопластов, изготовленных из композиций неодим–железо–бор или самарий–кобальт, обладающих удельной энергией до 60 кДж/м3, позволяет использовать постоянный магнит, доля массы которого, например, в реле, находится в пределах от 1% до 3%, а воздействие стороннего размагничивающего поля, напряженность которого Нст соизмерима и даже превышает коэрцитивную силу магнита Нсв, не приводит к потере работоспособности реле. Например, коэрцитивная сила магнитопласта МЖБ-МП2 Нсо = 720 кА/м. Простота регулировки параметров реле, малые размеры магнитов и шунтов, их удобное расположение позволят провести модернизацию всех серийно выпускаемых нейтральных герконовых реле, например, типа РЭС 55, РЭС 64, РЭС 91, РЭС 93 и др. При этом точность регулировки напряжений срабатывания может достигать десятых, сотых долей В, чувствительность реле повышается в 3…5 раз, а другие параметры реле остаются неизменными.

Рис. 5

    На рис. 5 представлен вариант коммутационного устройства, управляемого постоянным магнитом и/или обмоткой (обмотками).

4. Состояние работ по теме «Поляризация» в ОАО «Завод «Электроприбор»

    1. Подана заявка на получение патента на изобретение «Поляризованный геркон и поляризованное коммутационное устройство».

    2. Оформлена эскизная документация, изготовлены макетные образцы, определены основные параметры.

    3. Проводятся маркетинговые исследования по модернизируемым реле:

    – по переключателям РГК37М, РЭС91М (приложения № 1, № 2);

    – для охранных систем, обеспечивающих требования стандарта МЭК 62642–2–6 степени риска: 3–средний риск; 4–высокий риск (приложения № 3, № 4).

5. Обзор других работ, проводимых предприятием с применением герконов.

    Наше предприятие является разработчиком и серийным производителем высокочувствительных нейтральных герконовых реле межотраслевого применения, в том числе и для аэрокосмических отраслей. Тема эта емкая и требует отдельного доклада. Единственно, необходимо сказать о внедрении на предприятии автоматизированного контроля параметров реле с применением тестера «Fopmula-R». Наряду с другими преимуществами этой технологии появилась возможность 100%-ного контроля временных параметров, в том числе времени дребезга и стабилизации контактов. Учитывая тенденции на введение нормирования этих параметров в ТУ на слаботочные реле всех типов, рекомендую техническим специалистам ОАО «РЗМКП» проработать вопрос их нормирования для герконов. В любом случае, помня о докладе В.М. Ермакова, Н.Д. Попова на предыдущей конференции «Дребезг контакт-деталей в НЗ паре переключающего геркона, как информативный параметр оценки контактного нажатия» и учитывая проблемы, периодически возникающие с ресурсом НЗ контакта на периодических испытаниях, необходимо переоценить действующую технологию и внедрить 100%-ный контроль на ПСИ герконов по временным параметрам. Проблемы качества переключающих герконов должны быть решены в кратчайшие сроки.

    А в продолжение темы «Поляризация» считаю необходимым вспомнить подзабытое в инженерной практике авторское свидетельство СССР № 674112 «Путевой переключатель» от 1979 г., авторы – Шибанов В.К., Шоффа В.Н. и др., стр. 298 [1].

    На российском рынке в настоящее время предлагается сигнализатор ферромагнитной поверхности «СФП» типа «Бульдог», выполняющий функцию охранного извещателя. Нашим предприятием предлагаются потенциальным потребителям сигнализаторы СФП-3 и СФП-5. В приложении № 5 к докладу представлен их внешний вид и основные параметры, габаритные чертежи. Предлагаются варианты их применения в комбинации с магнитами различной энергии и в произвольном количестве, позволяющем оперативно перепрограммировать частоту и длительность их работы (сигналов). Низкая стоимость магнитопластов позволяет применять их, например, в целях автоматизации конвейерных и складских производств.

    Сравнение их массогабаритных характеристик, потенциально достижимых параметров и цен с индуктивными датчиками положения практически исключает целесообразность применения последних в работе с ферромагнитными материалами (приложение № 6, информация взята с сайта www.platan.ru).

    В завершение предлагаю партнерам, коллегам, – участникам конференции взаимовыгодное сотрудничество в формах совместного патентования, предоставления (обмена) лицензий, проведения совместных разработок и организации совместных производств. Ограничения, накладываемые рыночной конкуренцией на научно-техническое и инженерно-техническое инновационное взаимодействие, не должны препятствовать достижению наших целей и развитию интеллекта. Желаю Вам коммерческих и других жизненных успехов.

Приложения:

1. Реле поляризованное типа РГК 37М1 и РГК 37М2, одностабильное и двухстабильное соответственно.

1.1. Габаритный чертеж реле РГК 37М, РГК 37М-В (нейтральное) – лист №1 – 1 лист ф. А4.

       Габаритный чертеж реле РГК 37М1, РГК 37М1-В (одностабильное с одной обмоткой), РГК 37М2, РГК 37М2-В (двухстабильное с одной обмоткой ) – лист №2 – 1 лист ф. А4.

1.2. Габаритный чертеж реле РГК 37М3, РГК 37М3-В (двухстабильное с двумя обмотками) – 1 лист ф. А4.

1.3. Таблица расчетных характеристик реле РГК 37М, РГК 37М1, РГК 37М2, РГК 37М3 – 2 листа ф. А4.

1.4. Таблица параметров макетных образцов реле РГК 37М1, РГК 37М2 – 1 лист ф. А4.

2. Реле поляризованное типа РЭС 91М1 и РЭС 91М2, одностабильное и двухстабильное соответственно.

2.1. Габаритный чертеж реле РЭС 91М1, РЭС 91М2 с одной обмоткой – 1 лист ф. А4.

2.2. Габаритный чертеж реле РЭС 91М1, РЭС 91М2 с двумя обмотками – 1 лист ф. А4.

2.3. Таблица расчетных характеристик реле РЭС 91М1, РЭС 91М2 – 1 лист ф. А4.

2.4. Таблица параметров макетных образцов реле РЭС 91М – 1 лист ф. А4.

3. Герконовый переключатель положения поляризованный типа ГППП.

3.1. Внешний вид и основные параметры герконового переключателя положения поляризованного ГППП 01; 02; 03 и нейтрального ГППН – 2 листа ф. А4.

4. Герконовый переключатель положения поляризованный электромагнитный типа ГПППЭ.

4.1. Внешний вид и основные параметры герконового переключателя положения поляризованного электромагнитного ГПППЭ 01; 02; 03 и нейтрального ГППНЭ – 2 листа ф. А4.

5. Сигнализатор ферромагнитной поверхности типа СФП-3 и СФП-5.

5.1. Внешний вид и основные параметры сигнализатора ферромагнитной поверхности СФП-3, СФП-5 – 1 лист формата А4.

5.2. Габаритный чертеж сигнализатора СФП-3 – 1 лист ф. А4.

5.3. Габаритный чертеж чертеж сигнализатора СФП-5 – 1 лист ф. А4.

5.4. Путевые датчики, комплекты СФП с постоянными магнитами - 2 листа ф. А4.

6. Информационные материалы по индуктивным датчикам расстояния – 1 лист ф. А4.

7. Габаритный чертеж герконового высоковольтного поляризованного двухстабильного реле РГК 157 на базе геркона фирмы «Meder» - 2 листа ф. А4.

7.1 Лист № 1.

7.2 Лист № 2.

Приложение № 2.4.

Таблица параметров макетных образцов реле РЭС 91М.