BRPI1015973B1

BRPI1015973B1 - Disparador magnético

Info

Publication number: BRPI1015973B1
Application number: BRPI1015973-8A
Authority: BR
Inventors: Matthias Kulke
Original assignee: Johnson Electric Dresden Gmbh
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2020-03-03
Also published as: DE102009030479A1; CN102549683A; US20130021124A1; WO2010149134A1; US8669836B2; BRPI1015973A2; EP2446450A1; DE102009030479B4; EP2446450B1; CN102549683B

Abstract

disparador magnético a invenção refere-se a um disparador magnético, que compreende ao menos uma culatra apresentando uma abertura de induzido, em que está posicionado um induzido encerrado coaxialmente por ao menos um segmento do corpo de bobina com ao menos uma bobina excitadora e ativável pela força de um elemento de mola pretendido, que com bobina excitadora não ativada pela força de retenção magnética de um ímã permanente permanece em uma primeira posição extrema, sendo que o ímã permanente juntamente com um soquete se estendendo entre induzido e ímã permanente ficam dispostos na região da primeira extremidade do induzido, e a segunda posição extrema do induzido é alcançada por ativação por curto tempo da bobina excitadora com a queda inerente da força de retenção magnética e da força de mola então ativa. a invenção é caracterizada pelo fato de que caracterizado pelo fato de que a primeira extremidade do induzido oposta à abertura de induzido é guiada centralizada no corpo de bobina e a segunda extremidade do induzido voltada para a abertura de induzido é guiada igualmente centralizada por um anel de centragem centralizado no corpo de bobina, o anel de centragem altamente permeável na culatra encosta na abertura de induzido e então é executado radialmente móvel com relação à culatra, o soquete está centralizado no corpo de bobina, sendo que o anel de centragem juntamente com o corpo de bobina assegura o assento plano do induzido na região da primeira extremidade sem basculamento e garante pelo apoio plano do induzido sempre máximas forças de retenção, o elemento de mola apresenta um diâmetro maior do que o induzido e o fluxo magnético quando do disparo é comutado de um circuito principal para um circuito secundário.

Description

DISPARADOR MAGNÉTICO

A invenção refere-se a um disparador magnético, que compreende ao menos uma culatra apresentando uma abertura de induzido, em que está posicionado um induzido encerrado 5 coaxialmente por ao menos um segmento do corpo de bobina com ao menos uma bobina excitadora e ativável pela força de um elemento de mola protendido, que com bobina excitadora não ativada pela força de retenção magnética de um ímã permanente permanece em uma primeira posição extrema, sendo 10 que o ímã permanente juntamente com um soquete se estendendo entre induzido e ímã permanente ficam dispostos na região da primeira extremidade do induzido, e a segunda posição extrema do induzido é alcançada por ativação por curto tempo da bobina excitadora com a queda inerente da 15 força de retenção magnética e da força de mola então ativa.

Disparadores magnéticos ou ímãs de disparo biestáveis assim executados são empregados em múltiplas variantes em comutadores de potência e outros aparelhos.

Do estado atual da técnica são já conhecidas soluções, que estão descritas em US 3 922 957, CA 0227 1327, US 3 893 052, US 3 792 390, JP 2006 051 055, US 6 646 529, US 5 387 892, JP 2005 166 429, JP 2005 268 031 ou JP 2005 340 703.

Como requisitos significativos a ímãs de disparo cabe mencionar então um breve tempo de disparo, uma pequena 2 5 demanda de energia para o disparo bem como uma grande relação entre a energia mecânica liberada e a energia de disparo elétrica ou rendimento de energia.

Curtos tempos de disparo são obtidos, por exemplo, entre outros, por uma massa de induzido pequena, como é o 30 caso na JP 2005 268 031 ou a CA 0227 1327 mediante emprego de um induzido perfurado.

O alvo da comutação com energia de disparo apenas pequena pode ser alcançado por um bypass no circuito magnético conforme as publicações US 3 922 957 ou US 3 792 390 .

Muita energia mecânica é liberada com força de mola predeterminada, quando a constante de mola é pequena e o curso é grande. Isso é conseguido, especialmente, por molas situadas externamente, como se pode depreender da JP 2005 166 429.

As soluções anteriormente conhecidas do estado atual da técnica são frequentemente muito acentuadamente otimizadas apenas com relação a um parâmetro, por exemplo, espaço de construção, força ou tempo de disparo. Por isso os parâmetros de disparo divergem acentuadamente. Uma causa essencial disso é a folga condicionada pela construção na condução do induzido. Pelas tolerâncias no alojamento e quando do alinhamento das partes durante a montagem, o induzido é ligeiramente basculado relativamente ao soquete. Forças transversais entre induzido e alojamento inclinam adicionalmente o induzido. Em construções conhecidas, esse basculamento não pode ser compensado. Guias mais estreitas levariam, ademais, ao emperramento.

Quando a mola não se situa fora do circuito magnético ou dentro do induzido, ela é guiada diretamente sobre o induzido. Assim, a constante de mola permanece relativamente alta e o rendimento de energia pequeno. Mas as soluções favoráveis para a constante de mola já criam problemas quando da condução do induzido ou alinhamento sobre o soquete. Mas sendo a mola conduzida no induzido, há que registrar grande atrito metálico. A mola tende então a dobrar. Ambos são indesejáveis.

O objetivo da invenção reside então em propor um disparador magnético, que com energia de disparo apenas pequena apresente um elevado rendimento de energia bem como um curto tempo de disparo.

Segundo a concepção da invenção, o disparador magnético compreende ao menos uma culatra apresentando uma abertura de induzido, em que está posicionado um induzido 10 encerrado coaxialmente por ao menos um segmento do corpo de bobina com ao menos uma bobina excitadora e ativável pela força de um elemento de mola protendido. O induzido comprimido ou não deslocado para fora, com bobina excitadora não ativada pela força de retenção magnética de 15 um ímã permanente, permanece em uma primeira posição extrema ou é ali retido. O ímã permanente está disposto junto com um soquete se estendendo entre induzido e ímã permanente na região da primeira extremidade do induzido. A segunda posição extrema do induzido é alcançada por 20 ativação por curto tempo da bobina excitadora com a intrínseca queda da força de retenção magnética e da força de mola então ativa. É característico da invenção que a primeira extremidade do induzido, oposta à abertura de induzido, é guiada centralmente no corpo de bobina e a 25 segunda extremidade do induzido, voltada para a abertura de induzido, é igualmente guiado centralmente por um anel de centragem centrado no corpo de bobina. Assim, podem ser alcançadas as menores medidas de entreferro construtivas entre induzido e anel de centragem. O anel de centragem de 30 material alta permeável encosta na culatra na abertura de induzido, tem contato metálico direto e é radialmente móvel, para compensar tolerâncias. O soquete é então igualmente centrado no corpo de bobina, sendo que o anel de centragem junto com o corpo de bobina garante o assento 5 plano do induzido na região da primeira extremidade sem basculamento e assegura pelo assento plano do induzido sempre máximas forças de retenção. Além disso, o elemento de mola apresenta um diâmetro maior do que o induzido e comuta o fluxo magnético quando do disparo de um circuito 10 principal para um circuito secundário.

Um impulso de corrente curto na bobina excitadora produz um campo magnético no induzido, que é dirigido contrariamente àquele do ímã permanente. Pela sobreposição de ambos os campos magnéticos o fluxo magnético é deslocado 15 em curto tempo do induzido e dirigido para o bypass (comutação). Pela força de retenção magnética acentuadamente enfraquecida por curto tempo o elemento de mola pode acelerar o induzido e movê-lo para a segunda posição extrema estável.

A centragem do induzido e do soquete segundo a invenção conduzem a uma pequena folga de induzido e a um basculamento apenas pequeno do induzido, o que implica em um confiável comportamento de disparo do disparador magnético.

O induzido é montado, segundo a invenção, em dois pontos referenciados pelo corpo de bobina, no segundo lado no corpo de bobina, no primeiro lado no anel de centragem centrado no corpo de bobina. A cadeia de tolerância permanece assim curta e as adaptações podem ser 30 selecionadas estreitas. Assim, também com um induzido curto pode ser obtido um comprimento de guia máximo bem como uma guia de induzido precisa.

O disparador magnético segundo a invenção é muito confiável e se destaca por máxima capacidade de potência. Pela exata guia de induzido é acentuadamente reduzida a dispersão dos parâmetros de disparo. Simultaneamente são cumpridas exigências de maior rendimento de energia, curto tempo de disparo e pouca energia elétrica de disparo. A invenção representa um bom compromisso entre os valores ideais almejados e alta segurança de fabricação. Com a presente invenção podem ser compensadas inevitáveis tolerâncias de fabricaçao, sendo que os parâmetros restantes ficam à altura dos máximos requisitos de modernos comutadores de potência.

O anel de centragem centrado no corpo de bobina consiste, de preferência, em um material altamente permeável. Pela precisa guia do induzido permanece muito pequeno o entreferro entre a segunda extremidade do induzido e o anel de centragem. Isso leva a uma redução da resistência magnética e da energia de disparo requerida.

A segurança contra torção do induzido pode, se necessário, ser realizada de modo relativamente simples por uma união positiva no corpo de bobina. Para tanto, o induzido deve ser ao menos parcialmente um pouco achatado. Independentemente da execução de uma segurança contra torção, o contorno externo da primeira extremidade do induzido e o contorno interno do segmento do corpo de bobina guiando o induzido são configurados adaptáveis entre si .

É essencial à invenção que o soquete seja escalonado formando um pivô centralmente posicionado, sendo que o pivô é firmemente prensado no corpo de bobina em forma de cilindro oco, e o lado frontal do corpo de bobina oposto à abertura de induzido apresenta uma pequena área de apoio formada por um rebordo ou por ressalto, com que o corpo de bobina assenta sobre o soquete. Como o corpo de bobina e o soquete se contatam mutuamente apenas na região do rebordo, o corpo de bobina pode se alinhar exatamente pelo pivô do soquete. O induzido, o corpo de bobina e o soquete apresentam um eixo longitudinal comum, de modo que é excluído um basculamento do induzido.

O anel de centragem não é centrado na abertura de induzido no alojamento; antes, ele é radialmente móvel com relaçao ã abertura de induzido. Obtém-se assim um comportamento de disparo muito estável com pequena dispersão do campo magnético.

Em uma configuração vantajosa da invenção, o segmento do corpo de bobina encerrando a primeira extremidade do induzido à maneira de invólucro aloja o elemento de mola, que se estende coaxialmente com relação ao induzido em uma ranhura do corpo de bobina. O diâmetro do elemento de mola é, segundo a invenção, maior do que o diâmetro do induzido. Assim, pode ser empregado um elemento de mola, que apresente uma constante de mola pequena e um pequeno comprimento. Em comparação com os elementos de mola anteriormente conhecidos do estado atual da técnica, com igual força de mola máxima e comprimento de construção dos disparadores magnéticos pode ser liberados cerca de 20 % mais energia. Opcionalmente, o corpo de bobina pode apresentar uma guia em forma de cilindro oco ou em forma de invólucro, em que estão guiadas tanto a primeira extremidade do induzido como também o pivô do soquete.

O elemento de mola executado como mola de pressão é guiado no corpo de bobina, que consiste de preferência em plástico. Em comparação com guias ou corpos de bobina metálicos, é reduzido o atrito. Devido ao fato de que o elemento de mola é posicionado coaxialmente e dentro de uma ranhura para isso prevista para o corpo de bobina, pelo diâmetro do elemento de mola maior em comparação com a seção transversal de induzido é positivamente influenciado o comportamento de basculamento, com a consequência de que o atrito é ainda mais reduzido. Menos atrito conduz a menos abrasao na fenda de trabalho e, com isso, a um comportamento mais estável dos disparadores magnéticos. Devido a uma menor dispersão da força de retenção magnética, pode ser reduzido o acréscimo de segurança, de modo que a força de retenção magnética pode ser no total selecionada menor com igual força de mola. Essa força de retenção magnética reduzida requer menos energia de disparo e é uma significativa vantagem relativamente a soluções anteriormente conhecidas. Além disso, pelo grande diâmetro do elemento de mola se reduz a constante de mola, o rendimento de energia aumenta até cerca de + 20 % e se reduz o tempo de disparo. No circuito inverso, a invenção permite menores forças de retenção magnética com igual força de mola na posição disparado.

Em uma execução particularmente vantajosa da invenção, para efeito da proteção do ímã permanente bem como para amortecimento do impacto do induzido quando da reposição ou ao ser assumida sua primeira posição extrema quer entre o soquete e o ímã permanente é posicionada uma folha elastica, não magnética, ou previsto um anel distanciador encerrando o ímã permanente, pelo qual o soquete é sustentado, sendo o requerido entreferro definido pelas distintas espessuras do ímã permanente e do anel distanciador. Por ambas as medidas é talhada a linha característica magnética, o que conduz a uma menor sensibilidade de tolerância no comportamento de disparo. Para ambos os casos anteriormente mencionados se aplica igualmente que o ímã permanente é protegido contra forças exteriores.

O princípio da comutação de fluxo é aqui empregado de modo particularmente vantajoso e contribui essencialmente para minimizar a requerida energia de disparo. O circuito secundário para isso necessária é definida por um entreferro entre soquete e alojamento. A resistência magnética cai, de modo que a força de retenção magnética com pouca corrente de bobina pode ser mais acentuadamente reduzida. Utilizando-se consequentemente esse princípio, ao menos 30 % do fluxo do ímã permanente fluem pelo bypass. No estado ativado da bobina excitadora, o campo magnético da bobina excitadora desloca o fluxo magnético produzido pelo ímã permanente do induzido para o bypass.

Um revestimento não magnético do lado frontal do pivô do soquete apontando para o induzido reduz a dispersão da força de retenção magnética.

As significativas vantagens e características da invenção com relação ao estado atual da técnica são essencialmente:

disparador magnético muito confiável com máxima capacidade de potência,

- aperfeiçoamento da guia de induzido é obtido pelos dois pontos de mancai dispostos na região da primeira extremidade do induzido e na região da segunda extremidade do induzido, a saber um segmento do corpo de bobina e o anel de centragem,

- redução do basculamento do induzido é obtida na medida em que de um lado o pivô do soquete é firmemente pressionado no corpo de bobina e o corpo de bobina assenta no lado frontal apenas com um rebordo ou ressalto estreito, anular, sobre o soquete, e de outro lado na medida em que o induzido, o corpo de bobina e o soquete com seu pivô apresentam um eixo longitudinal comum,

- aumento da liberação de energia do elemento de mola pelo fato de que o diâmetro do elemento de mola é maior do que aquele do induzido por posicionamento do elemento de mola em uma ranhura do corpo de bobina se estendendo coaxialmente,

- redução da energia de disparo requerida por formação de um bypass, que se estende entre as áreas laterais do soquete e a parede interna do alojamento ou culatra, amortecimento do impacto do induzido quando da reposição ou deslocamento para sua primeira posição extrema por meio de uma assim chamada folha de entreferro, que fica posicionada entre o ímã permanente e o soquete, bem como

- redução da dispersão da força de retenção magnética mediante revestimento do soquete com uma camada não magnética.

Após cuidadoso estudo da descrição detalhada a seguir das configurações da invenção a título de exemplo, aqui preferidas, não restritivas, os objetivos e vantagens dessa invenção podem ser melhor entendidos e valorizados com os correspondentes desenhos, dos quais mostram:

	Fig.	1: uma	representação	em corte do	disparador
5	magnético,
	Fig.	2: uma	representação	em diagrama	de linhas
	características de	mola e

Fig. 3: uma representação em diagrama da dispersão da tensão de disparo.

¹⁰ A fig. 1 mostra uma representação em corte do disparador magnético 1 segundo a invenção. A culatra 2 do disparador magnético 1 consiste em um alojamento ou quadro com uma abertura de induzido 17 em um primeiro lado e uma placa de base para fechamento do alojamento em um segundo lado frontal, contraposto. Dentro da culatra 2 estão posicionados uma bobina excitadora 11 bem como um corpo de bobina 5 alojando a bobina excitadora 11. O corpo de bobina 5 apresenta de seu lado uma guia 6 executado como invólucro de guia, que é provido de uma ranhura 5.2 coaxial. Nessa ranhura 5.2 está posicionado um elemento de mola 10 executado como mola de pressão. O induzido 9 é guiado em uma metade do invólucro de guia. Na outra metade do invólucro de guia está pressionado o pivô 15.1 do soquete consistindo em um material altamente permeável. A segunda extremidade do induzido 9 voltada para a abertura de induzido 17 é guiada adicionalmente por um anel de centragem 8 posicionado na abertura de induzido 17. Assim permanece curta a cadeia de tolerância e o induzido 9 bem como o soquete 15 ficam alinhados exatamente axialmente

0 entre si. Assim é garantido de modo consequente um apoio plano das áreas frontais de induzido 9 e soquete 15, o que contribui nitidamente para um estável comportamento de disparo. Depois do soquete 15 está disposta uma folha de entreferro, que define a distância entre um ímã permanente 4 e o soquete 15. O ímã permanente 4 é encerrado por um anel distanciador 13. 0 circuito secundário é formada pelo entreferro entre o soquete 15 e culatra 2. O induzido 9 comprimido ou inserido, com bobina excitadora 11 não ativada, pela força de retenção magnética do ímã permanente 4 permanece e uma primeira posição extrema. Por um curto impulso de corrente, a força de retenção magnética do ímã permanente 4 é interrompida e o elemento de mola 10 executado como mola de pressão move o induzido 9 para sua segunda posição extrema. A mola de pressão engata por união positiva aproximadamente no meio do induzido 9 e também é guiada por essa união positiva. A segunda extremidade da mola de pressão está montada no corpo de bobina 5, especialmente na ranhura de guia 5.2 do corpo de bobina 5. O corpo de bobina 5 compreende no lado frontal apontando para a abertura de induzido 17 uma ranhura ilustrada, em que esta posicionado um elemento de mola 7, por exemplo, um elastomero ou um anel de mola. O elemento de mola 7 tem por função reduzir a folga, pressionar o anel de centragem 8 na abertura de induzido 17 da culatra 2 e, com isso, garantir o contato magnético entre anel de centragem 8 e culatra 2. Caso necessário, a construção permite uma folga radial entre anel de centragem 8 e culatra 2, com o que são compensadas tolerâncias. Uma superdeterminação estática é assim evitada, de modo que o induzido 9 não pode entalar mesmo com estreitas tolerâncias de guia. Todos os componentes sensíveis a tolerância permanecem alinhados no corpo de bobina 5. Assim é obtido um comportamento de disparo muito estável com uma dispersão apenas pequena. O anel de centragem 8 pode ser executado como placa plana ou, como executado, com um ressalto adicional.

A fig. 2 ilustra uma representação em diagrama de duas linhas características de mola distintas. Uma primeira linha característica de mola representa então o estado atual da técnica e uma segunda linha característica de mola corresponde ao disparador magnético segundo a invenção. Sobre o eixo x está registrado o trajeto do induzido em mm e sobre o eixo y a força de mola. A linha característica de mola segundo o estado atual da técnica é nitidamente mais inclinada do que a linha característica de mola do disparador magnético segundo a invenção. Em outras palavras, com igual força na posição disparado, a força de retenção magnética requerida é reduzida em cerca de 20 %. Pode assim ser correspondentemente reduzida a energia de disparo requerida.

Na fig. 3 se vê uma representação em diagrama da dispersão da tensão de disparo. No eixo x está registrado o numero de tentativas e no eixo y a tensão de disparo. São comparadas a dispersão de um comutador ou disparador magnético convencional com o disparador magnético segundo a invenção. Graças a curta cadeia de tolerância e ao exato alinhamento entre induzido e soquete, a dispersão na concepção segundo a invenção permanece muito menor.

LISTA DAS REFERÊNCIAS disparador magnético culatra base imã permanente corpo de bobina

5.1 rebordo, ressalto

5.2 ranhura guia elemento de mola anel de centragem induzido elemento de mola bobina excitadora bypass anel distanciador folha soquete

15.1 pivô fenda abertura de induzido

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Disparador magnético (1), compreendendo ao menos uma culatra (2) apresentando uma abertura de induzido (17), em que está posicionado um induzido (9) encerrado coaxialmente por ao menos uma parte do corpo de bobina (5) com ao menos uma bobina excitadora (11) e ativável pela força de um elemento de mola (10) pré-carregado, que permanece em uma primeira posição extrema pela força de retenção magnética de um ímã permanente (4) quando a bobina excitadora (11) é desenergizada, em que o ímã permanente (4) é disposto junto com o soquete (15) se estendendo entre o induzido (9) e o ímã permanente (4) na área da primeira extremidade do induzido (9), e a segunda posição extrema do induzido (9) é alcançada por ativação temporária da bobina excitadora (11) com a queda inerente da força de retenção magnética e da força de mola então ativa, em que:

a. a primeira extremidade do induzido (9) oposta à abertura de induzido (17) é guiada centralizada no corpo de bobina (5) e a segunda extremidade do induzido (9) voltada para a abertura de induzido (17) é guiada igualmente centralizada por um anel de centragem (8) centralizado no corpo de bobina (5),

b. o soquete (15) está centralizado no corpo de bobina (5) , com o anel de centragem junto com o corpo de bobina (5) assegurando o suporte de nível do induzido (9) sem basculamento na área da primeira extremidade e sempre garantindo máximas forças de retenção devido ao suporte de nível do induzido (9),

c. o elemento de mola (10) apresenta um diâmetro maior do que o induzido (9),

Petição 870190038297, de 22/04/2019, pág. 12/14

d. o fluxo magnético, quando do disparo, é comutado de um circuito principal para um circuito secundário, o disparador magnético (1) caracterizado pelo fato de que

e. o anel de centragem (8) altamente permeável na culatra (2) encosta na abertura de induzido (17) e é configurado para ser radialmente móvel com relação à culatra.
2. Disparador magnético (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o soquete (15) é escalonado formando um pivô (15.1) centralmente posicionado, sendo que o pivô (15.1) é firmemente prensado no corpo de bobina (5) em forma de cilindro oco, e o lado frontal do corpo de bobina oposto à abertura de induzido (17) apresenta uma pequena área de apoio formada por um rebordo (5.1) ou por ressalto (5.1), com que o corpo de bobina (5) assenta sobre o soquete (15).
3. Disparador magnético (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o segmento do corpo de bobina (5) encerrando a primeira extremidade do induzido (9) à maneira de invólucro aloja o elemento de mola (10), que se estende coaxialmente com relação ao induzido (9) em uma ranhura (5.2) do corpo de bobina (5).
4. Disparador magnético (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o corpo de bobina (5) compreende uma guia (6) do tipo invólucro, em que são guiados tanto a primeira extremidade do induzido (9) como também o pivô (15.1) do soquete (15).
5. Disparador magnético (1) de acordo com qualquer uma

Petição 870190038297, de 22/04/2019, pág. 13/14 das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que para proteção do ímã permanente e para amortecimento do impacto do induzido (9) quando da reposição ou ao ser assumida sua primeira posição extrema:

a. entre o soquete (15) e o ímã permanente (4) é posicionada uma folha (14) elástica, não magnética, e/ou

b. previsto um anel distanciador (13) encerrando o ímã permanente (4), pelo qual o soquete (15) é sustentado, sendo o requerido entreferro definido pelas distintas espessuras do anel distanciador (13) e do ímã permanente (4) .
6. Disparador magnético (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o anel distanciador (13), formando um entreferro, se estende entre o soquete (15) e a culatra (2), sendo que pelo entreferro é constituído um bypass (12) no circuito magnético como circuito secundário.
7. Disparador magnético (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o soquete (15) apresenta um revestimento não magnético, para definir a fenda entre o induzido (9) e o soquete (15) e, assim, reduzir a sensibilidade de tolerâncias.