BRPI0710042A2 - atuador eletromagnético, especialmente para conector de média voltagem - Google Patents

Abstract

<B>ATUADOR ELETROMAGNéTICO, ESPECIALMENTE PARA CONECTOR DE MéDIA VOLTAGEM<D>A presente invenção refere-se a um atuador eletromagnético, especialmente para um conector de média voltagem, com um núcleo ativado com uma bobina, bem como uma culatra móvel, segundo o preâmbulo dareivindicação 1, bem como a um processo para a produção desse atuador segundo o preâmbulo da reivindicação 15. Para se desenvolver então um atuador eletromagnético especialmente para um emprego vantajoso em umcomutador de média tensão se propõe que o circuito magnético do atuador apresente um núcleo magnético se estendendo retangularmente e uma culatra redonda correspondente ao circuito magnético.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ATUADORELETROMAGNÉTICO, ESPECIALMENTE PARA CONECTOR DE MÉDIAVOLTAGEM".

A presente invenção refere-se a um atuador eletromagnético,especialmente para um conector de média voltagem, com um núcleo ativadocom uma bobina, bem como uma culatra, conforme preâmbulo da reivindica-ção 1, bem como a processo para a produção desse atuador, conforme pre-âmbulo da reivindicação 15.

Atuadores eletromagnéticos desse tipo são multiplamente em-pregados. Além da aplicação em conectores de média voltagem como ativa-ção controlada dos contatos móveis, esses atuadores são empregados tam-bém em máquinas e em conectores.

O estado atual da técnica no acionamento eletromagnético deconectores de potência de média voltagem em vácuo são eletroímãs de umae duas bobinas. O eletroímã tem, como já mencionado acima, a função demover o contato móvel da câmara de vácuo quando de uma ligação para ocontato fixo e em ultracurso fixar uma mola de pressão de contato.

Para dar partida ao movimento, a bobina do eletroímã é ativadacom corrente. A posição ligada é então mantida com auxílio de um ou váriosímãs permanentes contra a força da mola de pressão de contato. Então nãomais é necessária corrente na bobina empregada como bobina de ligação.

Para desligar o conector, com um atuador de duas bobinas, umabobina de desligamento é ativada com corrente, a qual inicialmente enfra-quece em tal medida a força de retenção dos ímãs permanentes que a molade pressão de contato não mais pode ser retida e abre o contato móvel. Noulterior decurso do movimento de desligamento, pela bobina de desligamen-to pode ser produzida uma força de abertura.

Com um eletroímã de uma bobina, pela bobina pode ser essen-cialmente apenas iniciado o desligamento. O decurso ulterior do desligamen-to é então determinado pela mola de pressão de contato bem como por umamola de desligamento separada.

Atuadores de uma só bobina existentes são formados simétricosem rotação. Isso impede uma fácil adaptação a uma outra corrente de curto-circuito de dimensionamento, pois para uma alteração da área de entreferrodeve ser selecionado um outro diâmetro. Assim, todas as partes podem serrespectivamente empregadas apenas para um tamanho de construção.

A invenção tem, portanto, como objetivo aperfeiçoar um atuadoreletromagnético do tipo mencionado no início, especialmente para um vanta-joso emprego em um conector de média tensão, de modo que seja obtidauma forma de construção compacta com força de atuador simultaneamenteelevada.

Em um atuador do tipo segundo gênero, o objetivo colocado éalcançado, de acordo com a invenção, pelas características da reivindicação1.

Outras configurações vantajosas estão apresentadas nas reivin-dicações dependentes.

O cerne da invenção é então que esse núcleo retangular sejacombinado com uma culatra redonda, isto é, simétrica em rotação.

A vantagem relativamente a uma culatra retangular é, inicialmen-te, o fato de que a culatra simétrica em rotação não precisa ser segura con-tra torção; ela preenche sua função da mesma maneira em qualquer situa-ção. Isso é especialmente importante quando do emprego em conectores demédia tensão.

Tem-se assim uma combinação de um núcleo magnético que éretangular e apresenta uma largura fixa e uma profundidade variável. Comoo núcleo é formado de chapas estratificadas, através do número das chapaspode ser ajustada a profundidade. Fixações laterais, suportes e eixos podemser aceitos. Apenas os ímãs permanentes e os corpos de bobinas devem seradaptados por uma variação de comprimento ao tamanho da construção.

Em comparação com um atuador de duas bobinas, a presenteinvenção apresenta - assim como também atuadores de uma só bobina e-xistentes - as vantagens de um tamanho de construção reduzido bem comode um peso reduzido. Isso se deve, essencialmente, ao fato de que apenasuma bobina e apenas um circuito magnético são necessários. Em compara-ção com atuadores de uma só bobina existentes, a presente invenção possi-bilita uma simples adaptação do tamanho do ímã às correntes de curto-circuito de dimensionamento de 12,5 - 16 - 20 - 25 - 31,5 - 40 e 50 kA aserem dominadas pelos conectores de potência de média tensão. É entãonecessário, fundamentalmente, alterar a força de retenção do atuador medi-ante alteração da área de entreferro.

Uma outra vantagem de acordo com a invenção é que a culatrapode ser girada sobre o eixo em uma rosca, para assim se poder ajustar ocurso do atuador magnético continuamente. Também aí se revela a vanta-gem do emprego de um único atuador para uma pluralidade de aplicações,que se distinguem por um curso de conexão distinto.

Um aparelho especialmente compacto pode ser obtido quando oacionamento é disposto diretamente abaixo do pólo de conexão a ser acio-nado, dispensando-se alavancas e desvios. O acoplamento direto se contra-põe à qualidade da linha característica trajeto/tempo do acionamento, queentão fica livre de influências perturbadoras de resistências elásticas e falhasde um complicado sistema de acionamento.

Todavia, pode também existir a necessidade de que o aciona-mento se adapte a construções existentes. É então também possível unir umatuador magnético através de, por exemplo, de um sistema de alavanca comvários pólos de conexão a serem acionados e acioná-los assim simultanea-mente. As vantagens residem aí na possibilidade de se influenciar especifi-camente força e curso através da relação de alavanca.

É ainda característico da presente invenção o emprego de umadensidade de força elevada. Com um espaço de construção predeterminado,especialmente com uma área limitada no entreferro magnético, podem serobtidas máximas formas magnéticas na medida em que

1) a área dos ímãs permanentes não é limitada pela área prede-terminada do entreferro e na medida em que

2) o fluxo magnético continua diretamente concentrado no entre-ferro.

Em configuração vantajosa está previsto que o atuador seja po-sicionado, livre de alavanca e desvio, diretamente sob a câmara de conexãode vácuo de um conector de média tensão e atue diretamente sobre a barrade contato.

Com isso é obtido um efeito de força bom e rápido.

Em configuração vantajosa, está previsto que o atuador conectesimultaneamente várias câmaras de conexão através de elementos de aco-plamento.

Além disso, é vantajosamente previsto que o atuador acione acâmara de conexão ou as câmaras de conexão através de elementos dealavanca. Com determinadas formas de construção de conector isso é ne-cessário. Graças às elevadas forças de ativação vantajosamente obtidas,isso também é possível.

Em outra configuração vantajosa é indicado que através de umaalteração de construção geométrica da culatra sobre o eixo de ativação évariável o curso.

Em outra configuração vantajosa está indicado que no núcleomagnético estão dispostos ímãs permanentes, cuja direção de magnetizaçãose situa amplamente paralela ao plano do entreferro.

O circuito magnético deve então ser de tal maneira construtiva-mente ajustado que haja uma indução magnética de mais do que 2 Tesla noentreferro.

Em configuração vantajosa está indicado que a culatra está fixa-da sobre um eixo de ativação, que de um lado se estende centrado, deslo-cável pelo núcleo magnético e, de outro lado, está unido com a barra de ati-vação de contato a ser conectada. Obtém-se assim uma forma de constru-ção, que alcança uma articulação compacta direta para ativação das peçasde contato.

Graças à outra configuração, em que o lado do eixo de ativaçãose estendendo pelo núcleo magnético se projeta na extremidade inferior pa-ra fora do núcleo magnético e ali está unido com uma segunda culatra, me-nor em dimensão lateral, se consegue assim que na posição desligada sejaproduzida uma força de retenção.Graças à forma de construção proposta em outra execução, emque a culatra inferior e a culatra superior estão dispostas em uma posiçãorelativa fixa distanciadas entre si sobre o eixo de ativação de tal maneiraque, quando a culatra superior levanta do núcleo magnético no curso prede-terminado, a culatra inferior encosta por baixo no núcleo magnético, resul-tando praticamente em um travamento da posição desligada da peça decontato.

Para amortecer no total o movimento no batente extremo, entrea culatra inferior e o lado inferior do núcleo magnético está disposta umabase de atenuação .

Para auxiliar o desligamento, atuando sobre o eixo de ativaçãoestá prevista ao menos uma mola, sendo que esta pode ser de preferênciauma mola de folha.

Pela formação do núcleo magnético de chapas de aço, são sufi-cientemente reduzidas as correntes de remoinho induzidas por alterações defluxo. Também se pode dispensar a adição de silício no ferro.

No total é também indicado um processo para produção de umapluralidade de distintos atuadores eletromagnéticos do tipo de construçãosegundo as reivindicações de 1 a 14, que são produzidos em uma produçãoem série, em que apenas a profundidade do núcleo magnético retangular e odiâmetro da culatra redonda são variados. Resulta assim uma fabricação emsérie fácil mesmo levando em conta distintos tamanhos.

A invenção está detalhadamente explicada e representada a se-guir no desenho. Mostram:

figura 1: vista em perspectiva de atuador magnético com culatraredonda

figura 2 : representação em linha de fluxo

A figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um atuador, comum eletroímã 1 com uma bobina 2, um núcleo magnético 2 retangular e umaculatra 3 redonda. A culatra está então fixada sobre um eixo de ativação 4,que se estende centrado axialmente móvel pelo núcleo magnético 2.

A figura 2 mostra uma representação de linha de fluxo desseatuador eletromagnético. O núcleo magnético 2 mostra a curva de linha defluxo com sistema fechado, isto é, quando a culatra 3 redonda encosta nonúcleo magnético 2. Dentro do núcleo magnético estão integrados ímãspermanentes 6, cuja direção da magnetização é paralela ao plano do entre-ferro.

O eixo de ativação não está então representado, mas sobre eleestão retidas a culatra 2 redonda e a culatra 7 menor nessa modalidade fun-cional distanciadas entre si, como já descrito acima. Entre culatra 7 pequenae núcleo magnético 2 pode estar disposta uma base de atenuação 8.

O atuador pode, portanto, estar disposto dentro de um aparelhode conexão. O eixo de ativação do atuador está então unido com o contatomóvel de uma câmara de conexão de vácuo, e atua sobre a mesma corres-pondentemente ativando a conexão. Essa união pode, contudo, ser tambémarticulada por alavanca.

Resultam, no total, ainda as seguintes correlações.

Os materiais de ímã permanente tecnicamente disponíveis comalta energia magnética (por exemplo, NdFeB, SmCo) apresentam induçõesremanescentes na faixa de 1 até 1,4 T. Isso é nitidamente menor do que po-de ser conduzido no núcleo de ferro com perdas magnéticas aceitáveis. Porisso, segundo a invenção, os ímãs permanentes foram montados com umapolaridade horizontal. Se o fluxo ultrapassa a perna na direção horizontal, éali concentrado. Com uma largura predeterminada da perna pode assim serproduzido um fluxo maior do que com disposição dos ímãs permanentes naperna e com polarização vertical.

Maior concentração do fluxo magnético tem lugar na transiçãoda perna para a culatra pelo entreferro. Para maximização da força de reten-ção, o atuador magnético presente é de tal maneira projetado que se obtémuma indução magnética superior a 2 T.

Estando os ímãs permanente montados como aqui indicado, detal maneira que suas extremidades no lado inferior do ímã ficam visíveis e,além disso, formam com as extremidades inferiores do circuito de ferro umaárea lisa, por uma segunda culatra menor pode ser produzida uma segundaforça de retenção menor na posição desligada do ímã. Isso serve ao trava-mento da posição desligada do contato móvel da câmara de vácuo, que as-sim fica protegida contra ligação indesejada, por exemplo, devido a sacudi-dela.

Entre o núcleo do atuador magnético e a segunda culatra podeestar inserida uma base de atenuação, que atenua o encosto mecânico dasegunda culatra sobre o núcleo quando de um desligamento. Isso serve tan-to para evitar oscilações quando do encosto como também para uma maiorvida útil de todo o aparelho de conexão.

Para o núcleo magnético são empregadas aqui chapas de ferrocom uma pequena fração de silício, para se reduzir correntes de remoinhoinduzidas por alterações de fluxo. O emprego de silício, no entanto, reduz apolarizabilidade magnética do material. Para se obter máximas forças, com opresente atuador magnético podem ser empregadas chapas de ferro semadição de silício.

Desejando-se variar a profundidade do núcleo magnético, parase obter distintas intensidades do ímã como descrito acima, a mola de desli-gamento não pode ser colocada no meio do ímã, pois isso representariauma perturbação da simetria magnética, que pode ser compensada apenaspara um tamanho de construção. Em lugar disso é previsto colocar a molade desligamento fora do ímã.

Além disso, se propõe uma mola de folha, que seja fixada abaixodo atuador e se apoie lateralmente no alojamento do aparelho de comuta-ção. As vantagens residem aí - além da construção muito simples - em umpequeno número de partes, baixos custos e na possibilidade de se poderajustar a força de mola através da largura de uma placa de pressão.

Claims (15)

1. Atuador eletromagnético, especialmente para um conector demédia voltagem, com um núcleo ativado com uma bobina, bem como umaculatra móvel, caracterizado pelo fato de que o circuito magnético (1) do atu-ador apresenta um núcleo magnético (2) se estendendo retangularmente euma culatra (3) redonda correspondente ao circuito magnético.

2. Atuador eletromagnético de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o atuador é posicionado, livre de alavanca edesvio, diretamente sob a câmara de conexão de vácuo de um conector demédia tensão e atua diretamente sobre a barra de contato.

3. Atuador eletromagnético de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o atuador conecta simultaneamente váriascâmaras de conexão através de elementos de acoplamento.

4. Atuador eletromagnético de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que o atuador aciona a câmara de conexão ouas câmaras de conexão através de elementos de alavanca.

5. Atuador eletromagnético de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que através de uma disposição deslocada da cu-latra (3) sobre o eixo de ativação (4) é variável o curso.

6. Atuador eletromagnético de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que no núcleo magnético (2) estão dispostos ímãspermanentes (6), cuja direção de magnetização se situa amplamente parale-la ao plano do entreferro.

7. Atuador eletromagnético de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o circuito magnético é de tal maneira constru-tivamente ajustado que há uma indução magnética de mais do que 2 Teslano entreferro.

8. Atuador eletromagnético de acordo com uma das reivindica-ções precedentes, caracterizado pelo fato de que a culatra (3) está fixadasobre um eixo de ativação, que de um lado se estende centrado, deslocávelpelo núcleo magnético e, de outro lado, está unido com a barra de ativaçãode contato a ser conectada.

9. Atuador eletromagnético de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o lado do eixo de ativação se estendendopelo núcleo magnético (2) se projeta na extremidade inferior para fora donúcleo magnético e ali está unido com uma segunda culatra (8), menor emdimensão lateral.

10. Atuador eletromagnético de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que a culatra inferior (8) e a culatra superior (3)estão dispostas em uma posição relativa fixa distanciadas entre si sobre oeixo de ativação (4) de tal maneira que, quando a culatra superior levanta donúcleo magnético no curso predeterminado, a culatra inferior encosta porbaixo no núcleo magnético.

11. Atuador eletromagnético de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que entre a culatra inferior (7) e o lado inferior donúcleo magnético (2) está disposta uma base de atenuação (8).

12. Atuador eletromagnético de acordo com a reivindicação 1 ou-2, caracterizado pelo fato de que para auxiliar o desligamento, atuando so-bre o eixo de ativação está prevista ao menos uma mola.

13. Atuador eletromagnético de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que a mola é uma mola de folha.

14. Atuador eletromagnético de acordo com uma das reivindica-ções precedentes, caracterizado pelo fato de que o núcleo magnético é for-mado de chapas de ferro, que não contêm adição de silício.

15. Processo para produção de um atuador eletromagnético co-mo definido e uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de queuma pluralidade de distintos atuadores é fabricada em uma produção emsérie, em que apenas a profundidade do núcleo magnético retangular e odiâmetro da culatra redonda são variados.