DE10146899A1

DE10146899A1 - Electromagnetic actuator, in particular electromagnetic drive for a switching device

Info

Publication number: DE10146899A1
Application number: DE2001146899
Authority: DE
Inventors: Wenkai Shang; Christian Reuber
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 2001-09-24
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2003-04-10
Also published as: EP1430490A1; EP1430490B1; WO2003030188A1; CN1557007A; CN1285085C

Abstract

The invention relates to a bistable electromagnetic actuator, in particular a drive for a vacuum interrupter chamber, comprising a yoke, at least one permanent magnet, at least one coil and at least one displaceable armature. A first magnetic flux is generated by the armature and the yoke in such a way that the armature is held in one position and the coil generates a second magnetic flux that actuates the armature. The permanent magnet is located between the yoke and a fixed magnetic return element, in such a way that the magnetic fluxes run via the magnetic return element. In addition, the armature outside the yoke at least partially covers a front face of the yoke, said face running perpendicularly to the direction of displacement of the armature.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator, insbesondere einen elektromagnetischen Antrieb für ein Schaltgerät, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. The invention relates to an electromagnetic actuator, in particular one Electromagnetic drive for a switching device, according to the preamble of claim 1.

Derartige elektromagnetische Antriebe sind unter anderem aus der WO 95/07542 bekannt geworden. Die Fig. 1 zeigt im Prinzip einen derartigen bekannten elektromagnetischen Antrieb 10, der ein umlaufendes Joch 11 aufweist, das zwei parallel verlaufende Längsstege 12 und 13 sowie jeweils einen Quersteg 14 und 15 aufweist. Etwa in der Mitte besitzen die Längsstege 12 und 13 sich gegenüberliegende Polschuhe 16 und 17, an denen Permanentmagnete 18 und 19 befestigt sind. Zwischen den Permanentmagneten 18 und 19 befindet sich ein Anker 20, an dem eine Stange 21 bzw. 22 aus nicht magnetischem Material angebracht bzw. befestigt ist, die je eine Öffnung 23 und 24 in den Querstegen 14 und 15 durchgreift. Zwischen den Polschuhen 16 und 17 bzw. den Permanentmagneten 18 und 19 und dem Quersteg 14 bzw. dem Quersteg 15 befindet sich je eine Spule 25, 26. Je nach Erregung der Spule 25 oder 26 kann der Anker 20 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung bewegt werden, wobei der Luftspalt 27, der die Abmessung d aufweist, in dieser Stellung minimiert ist. Wenn die Spule 25 erregt wird, dann wird der Anker in Pfeilrichtung P angetrieben, bis seine dem Quersteg 14 zugewandte Stirnfläche an der Innenfläche des Querstegs 14 anliegt. Such electromagnetic drives are known, inter alia, from WO 95/07542. Fig. 1 shows, in principle, such a prior art electromagnetic actuator 10 having a rotating yoke 11, the two parallel longitudinal bars 12 and 13 and each having a transverse web 14 and 15 has. Approximately in the middle, the longitudinal webs 12 and 13 have opposing pole shoes 16 and 17 , to which permanent magnets 18 and 19 are attached. Between the permanent magnets 18 and 19 there is an armature 20 to which a rod 21 or 22 made of non-magnetic material is attached or fastened, each of which passes through an opening 23 and 24 in the transverse webs 14 and 15 . There is a coil 25 , 26 between the pole pieces 16 and 17 or the permanent magnets 18 and 19 and the cross piece 14 or the cross piece 15 . Depending on the excitation of the coil 25 or 26 , the armature 20 can be moved into the position shown in FIG. 1, the air gap 27 , which has the dimension d, being minimized in this position. When the coil 25 is energized, the armature is driven in the direction of arrow P, is applied to its the transverse web 14 facing end surface to the inner surface of the transverse web fourteenth

Auf diese Weise wird ein gut funktionierender bistabiler elektromagnetischer Antrieb für ein Schaltgerät gebildet, insbesondere für Vakuum-Leistungsschalter. Die hierbei getroffenen Maßnahmen zur Vermeidung von Wirbelströmen sowohl im Joch 11 als auch im Anker 20 sind bereits in einer anderen Patentanmeldung berücksichtigt (Deutsche Patentanmeldung 197 09 089.3). In this way, a well-functioning bistable electromagnetic drive is formed for a switching device, in particular for vacuum circuit breakers. The measures taken to avoid eddy currents in both the yoke 11 and the armature 20 have already been taken into account in another patent application (German patent application 197 09 089.3).

Bei einer Ausgestaltung ist lediglich die Stange 21 vorgesehen; die Stange 22 ist für einen elektromagnetischen Antrieb für eine Vakuumkammer nicht erforderlich und könnte höchstens zur Führung des Ankers 20 dienen. In one embodiment, only the rod 21 is provided; the rod 22 is not required for an electromagnetic drive for a vacuum chamber and could at most serve to guide the armature 20 .

Die Kraft, mit der der Anker 20 an den unteren oder oberen Quersteg angezogen wird, ist von der Wirkungsfläche abhängig. The force with which the armature 20 is attracted to the lower or upper crosspiece depends on the effective area.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektromagnetischen Aktuator der eingangs genannten Art weiter zu verbessern. The object of the invention is to provide an electromagnetic actuator mentioned type to improve further.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. This object is achieved according to the invention by the features of claim 1.

Die Kraft, mit der der bzw. die Anker vom Joch angezogen werden, ist durch die Vergrößerung der wirksamen Fläche ebenfalls deutlich erhöht. The force with which the anchor (s) are pulled by the yoke is due to the Enlargement of the effective area also increased significantly.

Wie die Anordnung zur Erhöhung der Fläche getroffen sein kann, ist den Unteransprüchen zu entnehmen. How the arrangement for increasing the area can be made is the See subclaims.

Die bisherigen Beschreibungen legen eine bistabile Ausgestaltung mit zwei Ankern, je einer auf den beiden Stirnseiten der Joche, zugrunde. In einer anderen Ausgestaltung ist es möglich, einen monostabilen Aktuator mit nur einem Anker zu bauen. Dieselbe Spule wird dann sowohl für die Einschaltung als auch - bei umgekehrter Stromrichtung - für die Ausschaltung verwendet. Der Antrieb wird über eine Feder in der Aus-Position gehalten, wenn er nicht eingeschaltet ist. The previous descriptions set a bistable design with two anchors, each one on the two faces of the yokes. In another embodiment it is possible to build a monostable actuator with only one armature. the same The coil is then used both for switching on and when the current is reversed - used for switching off. The drive is in the off position via a spring held when it is not turned on.

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden. Using the drawing, in which some embodiments of the invention are shown are, the invention and other advantageous embodiments and Improvements of the invention are explained and described in more detail.

Es zeigen: Show it:

Fig. 2 und 3 unterschiedliche Ausgestaltungen eines elektromagnetischen Antriebs, Fig. 2 and 3 different embodiments of an electromagnetic drive,

Fig. 4 eine grafische Darstellung von Kraftverläufen für einen Antrieb nach dem Stand der Technik und einem Antrieb gemäß der Erfindung, Fig. 4 is a graph of force curves for a drive according to the prior art and a drive according to the invention,

Fig. 5 bis 9 weitere Ausführungsformen der Erfindung, mit zwei Ankern, Fig. 5 to 9 show further embodiments of the invention, with two anchors,

Fig. 10 bis 20 je einen elektromagnetischen Antrieb mit einem Anker, Figs. 10 to 20 each an electromagnetic drive having an armature,

Fig. 21 einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antrieb gemäß einer ersten Ausführungsform mit zwei Ankern als rechteckförmige Ausgestaltung der Fig. 9, Fig. 21 an electromagnetic actuator according to a first embodiment with two anchors as a rectangular configuration of FIG. 9,

Fig. 22 eine perspektivischen Darstellung einer zylindrischen Ausgestaltung der Fig. 9, Fig. 22 is a perspective view of a cylindrical embodiment of FIG. 9,

Fig. 23 eine Ausführung eines elektromagnetischen Antriebes mit zwei Spulen und unterschiedlichen Ankern und Fig. 23 is an embodiment of an electromagnetic actuator with two coils and different anchors and

Fig. 24 die Anwendung eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antriebes mit einem Anker für den Antrieb einer Vakuumschaltkammer. Fig. 24, the application of an electromagnetic actuator according to the invention having an armature for driving a vacuum interrupter chamber.

Es sei nun Bezug genommen auf die Fig. 2. Reference is now made to FIG. 2.

Ein erfindungsgemäßer Antrieb 30 besitzt zwei langgestreckte Jochteile 31 und 32, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Etwa in der Mitte besitzen beide Jochteile 31 und 32 Polschuhe 33 und 34, die als Vorsprünge aufeinander zuweisen; an der Innenfläche der Polschuhe 33 und 34 sind Permanentmagnete 35 und 36 befestigt. Zwischen den Permanentmagneten 35 und 36 befindet sich ein Rückschlußelement 37 aus magnetischem Material, welches ortsfest den beiden Jochteilen 31 und 32 zugeordnet ist. Das Rückschlußelement 37 besitzt eine zentrale Bohrung 38, die parallel zum Verlauf der Jochteile 31 und 32 und parallel auch zum Verlauf des Rückschlußelementes ausgerichtet ist und dort mittig im Rückschlußelement 37 sitzt. Die Bohrung 38 ist durchgriffen von einer Stange 39 aus nicht magnetischem Material, an der Anker 40 und 41 befestigt sind. Die Anker 40 und 41 überdecken die benachbarten Stirnflächen der Jochteile 31 und 32. A drive 30 according to the invention has two elongated yoke parts 31 and 32 which are aligned parallel to one another. Approximately in the middle both yoke parts 31 and 32 have pole shoes 33 and 34 , which point towards one another as projections; permanent magnets 35 and 36 are attached to the inner surface of the pole shoes 33 and 34 . Between the permanent magnets 35 and 36 there is a yoke element 37 made of magnetic material, which is fixedly assigned to the two yoke parts 31 and 32 . The yoke element 37 has a central bore 38 , which is aligned parallel to the course of the yoke parts 31 and 32 and parallel to the course of the yoke element and sits there centrally in the yoke element 37 . The bore 38 is penetrated by a rod 39 made of non-magnetic material, to which the armature 40 and 41 are attached. The anchors 40 and 41 cover the adjacent end faces of the yoke parts 31 and 32 .

Von den Stirnflächen 42 und 43 gehen Rücksprünge 44 und 45 aus, die dann stufig in die Polschuhe 33 und 34 übergehen. Die zwischen dem Rückschlußelement 37 und den Rücksprüngen 44 bzw. 45 gebildeten Räume 46 und 47 dienen zur Aufnahme je einer Spule 48 und 49. Recesses 44 and 45 emanate from the end faces 42 and 43 , which then step over into the pole shoes 33 and 34 . The spaces 46 and 47 formed between the yoke element 37 and the recesses 44 and 45 serve to accommodate one coil 48 and 49, respectively.

Die Fig. 2 zeigt den elektromagnetischen Antrieb, bei dem der Anker 41 gegen die Stirnflächen 43a und 43b der Jochteile 31 und 32 anliegt. Fig. 2 shows the electromagnetic drive, in which the armature 41 against the end faces 43 a and 43 b of the yoke members 31 and 32 is applied.

Während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ein Luftspalt lediglich zwischen dem Anker 20 und dem unteren bzw. oberen Quersteg 15, 14 gebildet ist, erhält man bei der vorliegenden Ausführungsform einen Luftspalt 50 zwischen dem Rückschlußelement 37 und dem Anker 41 und je einen Luftspalt 51 und 52 zwischen der Stirnfläche 43b bzw. 43a und dem Anker 41. Dadurch erhält man eine Vergrößerung der Anzugsfläche und eine Vergrößerung der Anzugskraft des Magnetankers in der in Fig. 2 dargestellten Stellung. Wenn nun die Spule 48 betätigt wird, dann wird der Anker 40 gegen die Stirnflächen 42a und 42b des Joches angezogen und man erhält auch dort drei Luftspalte (ohne Bezugsziffern): die Luftspalte zwischen dem Anker 40 und den Stirnflächen 42a und 42b und den Luftspalt zwischen dem Anker 40 und dem Rückschlußelement 37. Damit wird die Haltekraft um einen Faktor "(Fläche am Luftspalt 50 + Fläche am Luftspalt 51 + Fläche am Luftspalt 52) geteilt durch - Fläche am Luftspalt 50" vergrößert, bis maximal um 100%. Beide Anker 40 und 41 bewegen sich aufgrund ihrer Verbindung mit der Stange 39 mit gleicher Geschwindigkeit und sind so aneinander angepaßt, daß der Abstand zwischen den Ankern 40, 41 und den zugehörigen Stirnflächen am Joch und an dem Rückschlußelement in beiden Stellungen jeweils abwechselnd gleich ist. While in the embodiment according to FIG. 1, an air gap is formed only between the armature 20 and the lower and upper transverse web 15, 14, obtained in the present embodiment, an air gap 50 between the ground element 37 and the armature 41 and the air gap 51 and 52 between the end face 43 b and 43 a and the armature 41 . This results in an increase in the attraction area and an increase in the attraction force of the magnet armature in the position shown in FIG. 2. If the coil 48 is now actuated, the armature 40 is tightened against the end faces 42 a and 42 b of the yoke and there are also three air gaps (without reference numbers): the air gaps between the armature 40 and the end faces 42 a and 42 b and the air gap between the armature 40 and the yoke element 37 . The holding force is thus increased by a factor "(area at air gap 50 + area at air gap 51 + area at air gap 52 ) divided by - area at air gap 50 ", up to a maximum of 100%. Both anchors 40 and 41 move due to their connection to the rod 39 at the same speed and are adapted to one another so that the distance between the anchors 40 , 41 and the associated end faces on the yoke and on the yoke element is alternately the same in both positions.

Selbstredend könnte der Abstand zwischen dem Anker 41 und den Jochteilen 31 und 32 und dem Rückschlußelement 37 unterschiedlich zu dem Abstand des Ankers 40 von den Jochteilen 31 und 32 und dem Rückschlußelement 37, entsprechend den Erfordernissen. Of course, the distance between the armature 41 and the yoke parts 31 and 32 and the yoke element 37 could be different from the distance of the armature 40 from the yoke parts 31 and 32 and the yoke element 37 , depending on the requirements.

Wenn die dem Anker 41 zugeordneten Luftspalte 51, 50 und 52 in der angezogenen Stellung kleiner sind als die dem Anker 40 zugeordneten Luftspalte, dann ist die Haltekraft in dieser angezogenen Stellung größer als dann, wenn der Anker 40 angezogen hat. Eine derartige Bemessung könnte z. B. dann notwendig sein, wenn die von der Anwendung erforderte Kraft in der Ein- und der Aus-Position unterschiedlich ist. If the air gaps 51 , 50 and 52 assigned to the armature 41 are smaller in the tightened position than the air gaps assigned to the armature 40 , then the holding force in this tightened position is greater than when the armature 40 has tightened. Such a design could e.g. B. may be necessary if the force required by the application is different in the on and off position.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Der Antrieb 55 besitzt zwei Jochteile 56 und 57, die zusätzlich zu den Rücksprüngen 44 und 45 (die hier die gleiche Bezugsziffer haben sollen, um die Ähnlichkeit darzustellen) weitere Rücksprünge 58 und 59 aufweisen, in denen die Anker 40 bzw. 41 aufgenommen sind; man könnte auch sagen, daß an den Jochteilen 56 und 57 axial verlaufende Arme 60, 61 bzw. 62, 63 vorgesehen sind, die die Anker 40 bzw. 41 auf ihrem gesamten Bewegungsweg überdecken. Dadurch wird zusätzlich zu den Luftspalten 51 und 52 ein Luftspalt 64 bzw. 65 zwischen der Außenumfangsfläche des Ankers 41 und den Armen 62 und 63 gebildet; entsprechende Luftspalte 66 und 67 befinden sich auch zwischen den Armen 60 und 61 und dem Anker 40. Dadurch wird die Kraft bei größeren Abständen des Ankers 40 von den Jochteilen 56 und 57 erhöht, wobei je nach Aufgabe und Erfordernis der Abstand d variiert werden kann. FIG. 3 shows a further embodiment of the invention. The drive 55 has two yoke parts 56 and 57 which, in addition to the recesses 44 and 45 (which should have the same reference number here to show the similarity), have further recesses 58 and 59 in which the armatures 40 and 41 are accommodated; one could also say that axially extending arms 60 , 61 and 62 , 63 are provided on the yoke parts 56 and 57 , which cover the armatures 40 and 41 over their entire path of movement. As a result, in addition to the air gaps 51 and 52, an air gap 64 and 65 is formed between the outer peripheral surface of the armature 41 and the arms 62 and 63 ; corresponding air gaps 66 and 67 are also between the arms 60 and 61 and the armature 40 . As a result, the force is increased at greater distances between the armature 40 and the yoke parts 56 and 57 , the distance d being able to be varied depending on the task and requirements.

Die Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung der Anzugskraft F über den Bewegungsweg W des Ankers. Die durchgezogene Linie L 1 zeigt den Kraft-Wegverlauf der Ausgestaltung nach Fig. 1. Die Anzugskraft beträgt F₁ für den Anker in der in Fig. 1 dargestellten Stellung und F₂ für die andere Stellung. FIG. 4 shows a graphical representation of the tightening force F on the movement path W of the armature. The solid line L 1 shows the force-displacement curve of the embodiment according to FIG. 1. The tightening force is F ₁ for the armature in the position shown in FIG. 1 and F ₂ for the other position.

Die strichlierte Linie L 2 zeigt den Kraft-Wegverlauf für die Ausgestaltung gemäß Fig. 2. Man erkennt, daß im jeweils angezogenen Zustand eine Kraft F₂ gemessen wird, die etwa doppelt so groß ist wie die Kraft F₁; sie kreuzt die Linie L 1 bzw. L 2, was darauf zurückzuführen ist, daß die Anzugskraft in einem bestimmten Abstand kleiner wird als die Anzugskraft bei der Ausführung gemäß Fig. 1. Die dritte Linie L₃ liegt oberhalb der Linie L₂ im positiven bzw. im negativen Bereich; die Anzugskraft F₃ entspricht etwa der Anzugskraft F₂ und im Unterschied zum Verlauf der Linie L 2 fällt die Anzugskraft nicht so steil ab wie die Anzugskraft gemäß der Linie L₂ was den Vorteil eines höheren Arbeitsvermögens mit sich bringt. Man erkennt, daß die beiden Spalte 64 und 65 bzw. 66 und 67 zu einer Verbesserung der Kraft-Weg-Linie beitragen. The dashed line L 2 shows the force-displacement curve for the embodiment according to FIG. 2. It can be seen that a force F _{2 is} measured in the respective tightened state, which is approximately twice as large as the force F ₁ ; it crosses the line L 1 or L 2, which is due to the fact that the tightening force becomes smaller at a certain distance than the tightening force in the embodiment according to FIG. 1. The third line L ₃ lies above the line L ₂ in the positive or in the negative range; the tightening force F ₃ corresponds approximately to the tightening force F ₂ and, in contrast to the course of the line L 2, the tightening force does not drop as steeply as the tightening force according to the line L _2, which has the advantage of a higher work capacity. It can be seen that the two gaps 64 and 65 or 66 and 67 contribute to an improvement in the force-displacement line.

Der Antrieb 70 (Fig. 5) ist in seiner Konstruktion unterschiedlich zum Antrieb gemäß der Fig. 3. Hier sind die beiden Jochteile 31 und 32 an beiden Stirnenden von je einem C- förmigen Körper 71, 72 umgriffen, wobei die aufeinander zuweisenden freien Enden der Anker 71 und 72 je einen Luftspalt 77, 78 und 79 und 80 mit der zugehörigen Außenfläche der beiden Jochteile 31, 32 bilden. The construction of the drive 70 ( FIG. 5) differs from the drive according to FIG. 3. Here, the two yoke parts 31 and 32 are encompassed by a C-shaped body 71 , 72 on both ends, with the free ends facing one another the armature 71 and 72 each form an air gap 77 , 78 and 79 and 80 with the associated outer surface of the two yoke parts 31 , 32 .

Bei der Ausgestaltung des Antriebs 81 gemäß der Fig. 6 sind bei ansonsten gleicher Struktur lediglich U-förmige Anker 82 und 83 vorgesehen, wobei die Innenflächen der Schenkel 84, 85, 86 und 87 auf ihrer Gesamtheit mit den Jochteilen 31 und 32 zusammen wirken können, wodurch gegebenenfalls gegenüber der Anordnung gemäß Fig. 5 eine weitere Beeinflussung der Anzugskräfte ermöglicht wird. In the embodiment of the drive 81 according to FIG. 6, only U-shaped anchors 82 and 83 are provided with an otherwise identical structure, the inner surfaces of the legs 84 , 85 , 86 and 87 being able to interact with the yoke parts 31 and 32 in their entirety , which, if necessary, makes it possible to influence the tightening forces further than the arrangement according to FIG. 5.

Die Fig. 7 zeigt eine Variante der Anordnung der Fig. 3. FIG. 7 shows a variant of the arrangement of FIG. 3.

Der Antrieb 90 besitzt zwei U-förmige Anker 91 und 92, die hinter einen Rücksprung 93 bzw. 94 und 95 bzw. 96 mit Armen 97, 98 bzw. 99 bzw. 100 greifen. The drive 90 has two U-shaped armatures 91 and 92 which engage behind a recess 93 or 94 and 95 or 96 with arms 97 , 98 or 99 or 100 .

Eine Variante der Anordnung gemäß Fig. 7 zeigt die Fig. 8. Die Jochteile besitzen Rücksprünge 101, 102 und 103 und 104. Die zugehörigen Anker 105 und 106 sind etwa U-förmig ausgebildet mit Schenkeln 107, 108 sowie 109 und 110, die in die Rücksprünge 101, 102 bzw. 103, 104 eingreifen. Darüber hinaus besitzen die Anker 105, 106 die Schenkel 107, 108 bzw. 109, 110 überragenden Fortsätze 111, 112, 113 und 114, die mit den zugehörigen Stirnflächen der Jochteile 115 und 116 zur Bildung je eines Luftspaltes 117 und 118 zwischen dem Anker 113 und den Jochteilen 115, 116und dem Anker 111 und den entsprechenden Stirnflächen der Jochteile 115 und 116 bilden. A variant of the arrangement according to FIG. 7 shows the Fig. 8. The yoke parts have recesses 101, 102 and 103 and 104. The associated anchors 105 and 106 are approximately U-shaped with legs 107 , 108 and 109 and 110 which engage in the recesses 101 , 102 and 103 , 104 , respectively. In addition, the anchors 105 , 106 have the legs 107 , 108 and 109 , 110 protruding projections 111 , 112 , 113 and 114 , which with the associated end faces of the yoke parts 115 and 116 to form an air gap 117 and 118 between the armature 113 and the yoke parts 115 , 116 and the armature 111 and the corresponding end faces of the yoke parts 115 and 116 .

Die Fig. 9 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit zwei Ankern. Der Antrieb besitzt insgesamt die Bezugsziffer 120 und umfaßt zwei Jochteile 121 und 122, die eine E-Form mit Schenkeln 123 und 124 bzw. 125 und 126 im Bereich ihrer freien Enden sowie mittig dazwischen je einen als Polschuh dienenden Steg 127 und 128 aufweisen. An den Innenflächen der Stege 127 und 128 befinden sich die Permanentmagnete 129 und 130. Beidseitig zu den Stegen zwischen den Schenkeln 123 und den Stegen 127 bzw. 125 und 127 bzw. 124 und 128 bzw. 126 und 128 sind Spulen 131 und 132 angeordnet. Zwischen den beiden Permanentmagneten befindet sich ein Rückschlußelement 133 mit einer Zentralbohrung 134, durch die eine Stange 135 aus nicht magnetischem Material hindurchgreift. Die freien Enden der Stangen sind mit T-förmigen Ankern 136 und 137 fest verbunden; der Längssteg 138 und 139 greift zwischen die Spulen 131 und 132 wenigstens teilweise ein, wobei in der Fig. 9 dargestellten Stellung das freie Ende des Längssteges 139 gegen die benachbarte Stirnfläche des Rückschlußelementes 133 anliegt und dort einen Luftspalt 140 damit bildet. Die Querstege 141 und 142 bilden dann jeweils einen Luftspalt 143 und 144 mit den Außenflächen der Schenkel 125 und 126 bzw. 145 und 146; darüber hinaus sind zwischen den freien Enden der Schenkel 125 bzw. 126 und dem Längssteg 139 bzw. zwischen den freien Enden der Schenkel 123 und 124 und dem Längssteg 138 Luftspalte 147 und 148 bzw. 149 und 150 vorgesehen. The Fig. 9 shows a further embodiment of the invention having two armatures. The drive has the overall reference number 120 and comprises two yoke parts 121 and 122 , which have an E-shape with legs 123 and 124 or 125 and 126 in the region of their free ends and in the middle in between each have a web 127 and 128 serving as a pole piece. The permanent magnets 129 and 130 are located on the inner surfaces of the webs 127 and 128 . Coils 131 and 132 are arranged on both sides of the webs between the legs 123 and the webs 127 or 125 and 127 or 124 and 128 or 126 and 128 . Between the two permanent magnets there is a yoke element 133 with a central bore 134 through which a rod 135 made of non-magnetic material extends. The free ends of the rods are firmly connected to T-shaped anchors 136 and 137 ; the longitudinal web 138 and 139 engages at least partially between the coils 131 and 132 , the position of the free end of the longitudinal web 139 lying against the adjacent end face of the yoke element 133 in FIG. 9 and forming an air gap 140 there. The transverse webs 141 and 142 then each form an air gap 143 and 144 with the outer surfaces of the legs 125 and 126 or 145 and 146 ; in addition, air gaps 147 and 148 or 149 and 150 are provided between the free ends of the legs 125 and 126 and the longitudinal web 139 or between the free ends of the legs 123 and 124 and the longitudinal web 138 .

Bei den Antrieben, die oben beschrieben sind, sind immer zwei Anker vorgesehen, mit zwei Spulen. Als eine andere Ausgestaltung können, wie im folgenden dargestellt ist, auch Antriebe mit nur einem Anker und einer Spule verwendet werden. Diese monostabile Anordnung besitzt die Vorteile von reduziertem Materialeinsatz, kleinerer Bauform und eines einfacheren Aufbaus. Demgegenüber stehen die Nachteile der erforderlichen Ausschaltfeder, der zusätzlich erforderlichen Haltekraft, um die Ausschaltfeder in der Ein-Position gespannt halten zu können, der erforderlichen Ansteuerung der Spule in beiden Stromrichtungen sowie der höheren Beanspruchung des Permanentmagnetmaterials auf Entmagnetisierung bei der Ausschaltung. In the drives described above, two anchors are always provided, with two coils. As another embodiment, as shown below, drives with only one armature and one coil can also be used. This monostable arrangement has the advantages of reduced material use, smaller Design and a simpler construction. The disadvantages of required switch-off spring, the additionally required holding force to the To be able to keep the opening spring tensioned in the on position, the required control the coil in both current directions and the higher stress of the Permanent magnet material for demagnetization when switching off.

Zu den monostabilen Antrieben wird auf die Fig. 10 Bezug genommen. Der hier beschriebene Antrieb 200 besitzt zwei etwa U-förmige Jochteile 201 und 202. In dem durch die U-Form der beiden Jochteile 201 und 202 gebildeten Raum 203 und 204 ist eine Spule 205 eingesetzt; der Antrieb 200 besitzt weiterhin einen T-förmigen Anker, der dem Anker 136 entspricht und hier die Bezugsziffer 206 trägt. An einem Quersteg 207 ist ein Längssteg 208 angeformt, der zwischen die anderen Schenkel 209 und 210 sowie zum Teil in die Spule 205 eingreift. An den in der Zeichnung unteren Schenkeln 201 und 202, an deren freien Enden, schließen sich Permanentmagnete 210 und 211 an und zwischen diesen beiden Permanentmagneten, ebenfalls teilweise in die Spule hineinragend ist ein Rückschlußelement 212 vorgesehen. Damit sind mehrere Luftspalte vorgesehen: zum einen zwischen dem Quersteg 207 und den äußeren Flächen der Schenkel 209 und 210, dann zwischen den freien Enden der Schenkel 209 und 210 und dem Längssteg 208 sowie zwischen dem freien Stirnende des Längsstegs 208 und dem Rückschlußelement. With regard to the monostable drives, reference is made to FIG. 10. The drive 200 described here has two approximately U-shaped yoke parts 201 and 202 . A coil 205 is inserted in the space 203 and 204 formed by the U-shape of the two yoke parts 201 and 202 ; the drive 200 also has a T-shaped armature which corresponds to the armature 136 and here bears the reference number 206 . At a crossbar 207, a longitudinal bar 208 is integrally formed between the other leg 209 and 210 and engages partially into the coil 205th Permanent magnets 210 and 211 are connected to the lower legs 201 and 202 in the drawing, at their free ends, and a yoke element 212 is provided between these two permanent magnets, also partially projecting into the coil. Several air gaps are thus provided: on the one hand between the transverse web 207 and the outer surfaces of the legs 209 and 210 , then between the free ends of the legs 209 and 210 and the longitudinal web 208 and between the free front end of the longitudinal web 208 and the yoke element.

Das Prinzip dieses monostabilen Aktuators lässt sich auf alle Ausgestaltungen nach den Fig. 2, 3 sowie 5 bis 8 anwenden. The principle of this monostable actuator can be applied to all configurations according to FIGS. 2, 3 and 5 to 8.

Die Fig. 11 zeigt einen Antrieb 220 mit einem U-förmigen Joch 221. An der Innenseite des Quersteges 222 ist ein Permanentmagnet 223 angebracht, und an diesem Permanentmagneten 223 ist ein Rückschlußelement 224 befestigt, so daß dadurch eine E- Form gebildet ist mit den Schenkeln 225 und 226, wobei das Rückschlußelement 224 zusammen mit dem Permanentmagneten 223 als Mittelschenkel von einer Spule 227 umfaßt ist. Fig. 11 shows a drive 220 having a U-shaped yoke 221st A permanent magnet 223 is attached to the inside of the crossbar 222 , and a yoke element 224 is attached to this permanent magnet 223 , so that an E-shape is formed with the legs 225 and 226 , the yoke element 224 together with the permanent magnet 223 as the middle leg is enclosed by a coil 227 .

Hierzu ist ein Anker 228 vorgesehen, der C-förmig ausgebildet ist, wobei zwischen den aufeinander zuweisenden Schenkelenden 229 der C-Form und der Außenfläche des Schenkels 225 bzw. 230 und 226 sowie zwischen den freien Enden der Schenkel 225 und 226 und dem Rückschlußelement 224 und dem Anker jeweils ein Luftspalt gebildet ist. For this purpose, an anchor 228 is provided, which is C-shaped, with between the mutually facing leg ends 229 of the C-shape and the outer surface of the leg 225 or 230 and 226 and between the free ends of the legs 225 and 226 and the yoke element 224 and an air gap is formed for each armature.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 12 besitzt der Antrieb 231 ein U-förmiges Joch 232, an dessen Schenkelenden Rücksprünge 233 und 234 vorgesehen sind; in diese Rücksprünge greift ein langgestreckt ebener Anker 235 ein, wodurch einerseits zwischen der Außenumfangsfläche des Ankers 235 und dem Rücksprung 233 und 234 und der Breitseitenfläche des Ankers 235 und den Stufungen 236 und 237 sowie dem Rückschlußelement 224 jeweils ein Luftspalt gebildet ist. In the embodiment according to FIG. 12, the drive 231 has a U-shaped yoke 232 , on the leg ends of which recesses 233 and 234 are provided; An elongated flat armature 235 engages in these recesses, whereby an air gap is formed on the one hand between the outer peripheral surface of the armature 235 and the recess 233 and 234 and the broad side surface of the armature 235 and the steps 236 and 237 and the yoke element 224 .

Dabei sollen gleiche Bezugsziffern darauf hindeuten, daß hier gleiche Funktionen erfüllt sind. The same reference numbers are intended to indicate that the same functions are performed here are.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 13 ist der Unterschied gegenüber der der Fig. 11 darin zu sehen, daß der Anker 240 U-förmig ist und mit seinen Schenkeln 241 und 242 die Schenkel 225 und 226 des Joches 222 umfaßt. In the embodiment according to FIG. 13, the difference from that of FIG. 11 can be seen in the fact that the armature 240 is U-shaped and, with its legs 241 and 242, comprises the legs 225 and 226 of the yoke 222 .

Die Fig. 14 zeigt einen einspuligen Antrieb, bei dem das Joch 250 U-förmig ausgebildet ist, wobei Schenkel 251 und 252 der Ausbildung der Stirnflächen bzw. Stirnenden der Joche 215 und 216 der Fig. 8 gleichen; da der Anker die gleiche Form hat wie derjenige des Antriebs nach Fig. 8, hat der in Fig. 14 dargestellte Anker die gleiche Bezugsziffer 105 erhalten. FIG. 14 shows a single-coil drive in which the yoke 250 is U-shaped, legs 251 and 252 being the same as the end faces or ends of the yokes 215 and 216 of FIG. 8; Since the armature has the same shape as that of the drive according to FIG. 8, the armature shown in FIG. 14 has been given the same reference number 105 .

Die Fig. 15 entspricht der Ausführung nach der Fig. 7, so daß auf die dortige Beschreibung hingewiesen ist. Der Unterschied besteht darin, daß das Joch 260 mit seinen Schenkeln 261 und 262 U-förmig ausgebildet und die freien Schenkelenden einen Rücksprung 263 und 264 aufweisen, in die der Anker 91 in der in Fig. 7 dargestellten Weise hineingreift. Fig. 15 corresponds to the embodiment of FIG. 7, so that reference is made to the description there. The difference is that the yoke 260 with its legs 261 and 262 is U-shaped and the free leg ends have a recess 263 and 264 into which the armature 91 engages in the manner shown in FIG. 7.

Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 16 bis 20, denen ein Permanentmagnet fehlt, besitzen im wesentlichen ein dreischenkeliges, E-förmiges Joch, wobei eine Spule den inneren Schenkel umfaßt; der hierbei vorgesehene Anker ist entweder U-förmig und greift in einen Rücksprung an der Außenseite; bei der Ausgestaltung nach der Fig. 19 greifen zwei Fortsätze zwischen die äußeren Schenkel in einen inneren Rücksprung (siehe Fig. 14), und bei der Ausführung nach der Fig. 18 ist der Anker ein langgestreckt ebenes Bauteil. The embodiments according to FIGS. 16 to 20, which lack a permanent magnet, essentially have a three-legged, E-shaped yoke, with a coil surrounding the inner leg; the anchor provided here is either U-shaped and engages in a recess on the outside; in the embodiment according to FIG. 19, two projections engage in an inner recess between the outer legs (see FIG. 14), and in the embodiment according to FIG. 18 the anchor is an elongated flat component.

Die perspektivische Darstellung gemäß Fig. 21 kommt der Ausführung gemäß Fig. 9 nahe; es handelt sich dabei um sich gegenüberliegende Jochteile 121 und 122, mit den Spulen 131 und 132 sowie den Ankern 136 und 137; dazwischen befindet sich, wie aus der Fig. 21 dargestellt, das Rückschlußelement 133. Zwischen den beiden Ankern 136 und 137 ist die Stange 135 aus nicht magnetischem Material angeordnet. The perspective illustration according to FIG. 21 comes close to the embodiment according to FIG. 9; these are opposing yoke parts 121 and 122 with the coils 131 and 132 and the armatures 136 and 137 ; in between, as shown in FIG. 21, is the yoke element 133 . The rod 135 made of non-magnetic material is arranged between the two armatures 136 and 137 .

Die gleiche oder äquivalente Konstruktion kann auch, wie aus der Fig. 22 ersichtlich ist, so sein, daß das Joch, die Anker, die Spulen und das Rückschlußelement je eine Kreiszylinderform bilden. Man kann sich vorstellen, daß alle die Antriebe, die in den Fig. 1 bis 20 dargestellt sind, auch zylinderförmig ausgebildet sein können. Das gleiche gilt auch für die weiter unten beschriebenen Antriebe gemäß Fig. 23 und 24. The same or equivalent construction can, as can be seen from FIG. 22, be such that the yoke, the armature, the coils and the yoke element each form a circular cylindrical shape. It can be imagined that all the drives shown in FIGS. 1 to 20 can also be cylindrical. The same also applies to the drives described below in accordance with FIGS. 23 and 24.

Es sei nun Bezug genommen auf die Fig. 23. Dort ist ein Zweianker- und Zweispulenantrieb dargestellt, der der Ausführung gemäß Fig. 9 gleicht, wobei der Anker 137 gemäß Fig. 9 durch einen Anker 270 ersetzt ist, so daß den Luftspalten 271 und 272 zwischen dem benachbarten Schenkel 273 und 274 und dem Anker 270 entsprechende Aufmerksamkeit gewidmet werden muß. Der Antrieb besitzt dabei die beiden E- förmigen Jochteile 277 und 278; der Anker 279 ist T-förmig. Der Anker 279 entspricht dabei dem Anker 136. Reference is now made to FIG. 23. There is shown a two-armature and two-coil drive which is similar to the embodiment according to FIG. 9, the armature 137 according to FIG. 9 being replaced by an armature 270 , so that the air gaps 271 and 272 between the adjacent leg 273 and 274 and the anchor 270 appropriate attention must be paid. The drive has the two E-shaped yoke parts 277 and 278 ; anchor 279 is T-shaped. The anchor 279 corresponds to the anchor 136 .

Die Ausführungsform gemäß der Fig. 24 zeigt die Anwendung eines Antriebs mit einer Spule 300 und zwei U-förmigen Jochteilen 301 und 302. An den freien Enden der Schenkel 304 und 306 sind Permanentmagnete 307 und 308 befestigt und dazwischen befindet sich ein Rückschlußelement 309, welches von einer Stange 310 in einer Zentralbohrung 311 durchgriffen ist und im Bereich der Spule 300 mit einem T-förmigen Anker verbunden ist, der die Bezugsziffer 136 trägt, um zu zeigen, daß die Ausgestaltung ähnlich ist wie bei der Ausführung gemäß Fig. 9, mit dem Unterschied, daß lediglich eine Spule vorgesehen ist. The embodiment according to FIG. 24 shows the use of a drive with a coil 300 and two U-shaped yoke parts 301 and 302 . Permanent magnets 307 and 308 are fastened to the free ends of the legs 304 and 306 and between them is a yoke element 309 which is penetrated by a rod 310 in a central bore 311 and is connected in the region of the coil 300 to a T-shaped armature which reference numeral 136 bears to show that the configuration is similar to the embodiment according to FIG. 9, with the difference that only one coil is provided.

Die Stange 310 ist über das Federelement 311 mit dem beweglichen Kontaktstängel 312 einer Vakuumschaltkammer 313 verbunden, wobei das freie Ende der Stange 310 eine Erweiterung 314 aufweist, die in einem Fangkorb 315 gefangen ist, wobei zwischen der Erweiterung 314 und dem Boden 316 eine Feder 317 angeordnet ist, die als Kontaktdruckfeder dient. The rod 310 is connected via the spring element 311 to the movable contact stem 312 of a vacuum interrupter chamber 313 , the free end of the rod 310 having an extension 314 , which is caught in a collecting basket 315 , a spring 317 between the extension 314 and the base 316 is arranged, which serves as a contact pressure spring.

Die Vakuumkammer ist in an sich bekannter Weise aufgebaut: Sie besitzt einen Zylinderkörper 318 aus Keramik, der an seinen beiden Stirnenden jeweils durch einen Deckel 319 und 320 abgeschlossen ist. Das in den Zylinder 313 hineinragende Ende des Kontaktstengel 312 trägt das bewegliche Kontaktstück 321 und zwischen dem Deckel 320 und dem beweglichen Kontaktstück 323 ist ein Falgenbalg 322 angeordnet, der einerseits mit dem Deckel 320 und andererseits mit dem Kontaktstück 321 vakuumdicht verbunden ist. Der Deckel 319 ist von einem feststehendem Kontaktstengel 323 vakuumdicht durchgriffen, an dessen freiem Ende das feststehende Kontaktstück 324 befestigt ist. Mit 325 ist eine Stromzu- oder Abführung bezeichnet; diejenige, die mit dem beweglichen Kontaktstengel 312 verbunden ist, ist nicht dargestellt; sie ist beispielsweise durch ein bewegliches Kupferlitzenband gebildet. The vacuum chamber is constructed in a manner known per se: it has a ceramic cylinder body 318 , which is closed at both ends by a cover 319 and 320 . The end of the contact stem 312 protruding into the cylinder 313 carries the movable contact piece 321 and between the cover 320 and the movable contact piece 323 a bellows 322 is arranged, which is connected on the one hand to the cover 320 and on the other hand to the contact piece 321 in a vacuum-tight manner. The cover 319 is penetrated by a fixed contact stem 323 in a vacuum-tight manner, to the free end of which the fixed contact piece 324 is attached. With 325 a power supply or discharge is designated; that which is connected to the movable contact stem 312 is not shown; it is formed, for example, by a movable copper cord.

Zwischen dem Bereich der Jochteile 301 und 302 und dem Fangkorb 315 besitzt die Stange eine daran befestigte Platte 326; an dieser Platte 326 greift ein Ende einer Druckfeder 327 an, dessen anderes Ende auf einer ortsfesten Ebene abgestützt ist. Wenn die Kontaktstücke 321 und 324 in Einschaltstellung verbracht werden sollen, dann wird die Spule 300 erregt, so daß der Anker 136 in das Innere der beiden Jochteile 301 und 302 hineingezogen wird, gemäß Pfeilrichtung P. Dadurch wird die Feder 327 zusammengedrückt und speichert demgemäß Energie. Über die Kontaktdruckfeder 317 wird auf die Kontaktstücke 321 und 324 eine bestimmte Kontaktkraft aufgebracht. Between the area of the yoke parts 301 and 302 and the collecting basket 315 , the rod has a plate 326 fastened thereon; on this plate 326 engages one end of a compression spring 327 , the other end of which is supported on a stationary plane. If the contact pieces 321 and 324 are to be brought into the switched-on position, the coil 300 is excited so that the armature 136 is drawn into the interior of the two yoke parts 301 and 302 , in the direction of the arrow P. This compresses the spring 327 and accordingly stores energy , A certain contact force is applied to the contact pieces 321 and 324 via the contact pressure spring 317 .

Wenn der Schalter ausgeschaltet werden soll, dann wird die Spule 300 mit umgekehrter Stromrichtung erregt. Dadurch wird der Anker entgegen der Pfeilrichtung P bewegt. Dies wird durch die Feder 327, die einen Energiespeicherfeder ist, unterstützt. When the switch is to be turned off, the coil 300 is excited in the reverse direction of the current. This moves the armature in the opposite direction of the arrow P. This is supported by the spring 327 , which is an energy storage spring.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 24 ist ein Antrieb vorgesehen, der lediglich eine Spule aufweist. Selbstverständlich kann jeder Antrieb vorgesehen sein, der in den Fig. 1 bis 23 dargestellt ist, das heißt auch ein Antrieb mit zwei Spulen. In the embodiment of Fig. 24, a drive is provided which has only a coil. Of course, any drive can be provided, which is shown in FIGS. 1 to 23, that is also a drive with two coils.

Claims

1. Bistable electromagnetic actuator, in particular drive for a vacuum interrupter, with a yoke, with at least one permanent magnet, with at least one coil, with at least one movable armature, so that a magnetic first flux is generated by the armature and the yoke, so that the Armature is held in position, the coil generates a second magnetic flux with which the armature is actuated, characterized in that the permanent magnet is arranged between the yoke and a fixed yoke element, so that the magnetic fluxes pass over the yoke element, and that the armature at least partially covers an end face of the yoke that is perpendicular to its direction of movement outside the yoke.

2. Actuator according to claim 1, characterized in that the yoke two Yoke body, which each have a pole piece in the middle, facing each other, to which a permanent magnet is attached.

3. Actuator according to claim 1, characterized in that the yoke, armature, Magnets are rectangular.

4. Actuator according to claim 1, characterized in that the yoke is cylindrical and has a bar of smaller diameter on the inside A ring-shaped permanent magnet is attached on the inside, and that as well Inference element are cylindrical.

5. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the anchor completely covers the front of the yoke.

6. Actuator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the yoke has a stepped recess in the area of its end face, in the anchor fits.

7. Actuator according to claim 6, characterized in that the step Recess is arranged on the inside of the yoke.

8. Actuator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Anchor covers the front and partially the outside of the yoke.

9. Actuator according to claim 8, characterized in that the armature is a C- has shaped cross section, the mutually facing leg ends the Grip yoke on the outside.

10. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the anchor is cup-shaped.

11. Actuator according to claim 10, characterized in that the armature on the Inside the bowl wall has a projection as a circumferential rib.

12. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the anchor engages in a recess on the outside of the yoke.

13. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the anchor has a projection in the middle, with which it partially dips into the yoke.

14. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that two anchors located at opposite ends of the yoke are provided, which by means of a rod reaching through the yoke element does not magnetic material are interconnected.

15. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that only an armature and a coil are provided that the magnetic yoke is O-shaped and the permanent magnet and the yoke element in the middle between the Legs is attached to the yoke web, with the permanent magnet between the Inference element and the yoke web is located so that the actuator is monostable.

16. Actuator according to one of claims 1 to 13, characterized in that the yoke is E-shaped.

17. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that only 1 anchor is provided that the yoke is cup-shaped.

18. Actuator according to claim 17, characterized in that the Permanent magnet and the yoke element is attached to the bottom of the pot in the middle, with the permanent magnet between the yoke element and the bottom of the pot located.

19. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that a projection is formed on the bottom of the pot and the end at the end Bears permanent magnets, the projection also serves as a yoke element.

20. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that Suitable measures have been taken to avoid eddy currents, such as Laminating, slitting or segmentation.