DE102005046238A1

DE102005046238A1 - Bi-stable electromagnetic relay has permanent magnet bonded to pivoting anchor

Info

Publication number: DE102005046238A1
Application number: DE200510046238
Authority: DE
Inventors: Andreas Grüber
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-03-29

Abstract

A bi-stable electromagnetic relay has a yoke (1) to which a core (2) and a coil (3) are secured. A pivoting anchor (4) and permanent magnet (5) are secured at one end of the yoke. The permanent magnet is so located that it is immediately between the anchor (4) and the core (2). The core bears one or two coils. The permanent magnet is bonded to the anchor.

Description

Die Erfindung betrifft ein bistabiles elektromagnetisches Relais gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a bistable electromagnetic relay according to the preamble of claim 1.

Relais sind allgemein in der Elektrotechnik bekannt.relay are commonly known in electrical engineering.

Die EP 0 836 212 B offenbart ein bistabiles Relais mit einem U- förmigen Kernjoch, das zwei Polenden aufweist. Ein mit einer Rückstellvorrichtung vorgespannter Anker überbrückt die Polenden unter Bildung eines Arbeitsluftspalts, so dass ein Magnetflusskreis gebildet ist. Dieser ist im Querschnitt mit einer Einschnürung versehen, zu der ein Dauermagnet parallel geschaltet ist. Ebenfalls parallel zu der Einschnürung ist ein ferromagnetisches Brückenelement angeordnet, das großflächig an den Magnetflusskreis angekoppelt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Dauermagnet mit quer zur Längsausdehnung verlaufender Polarisierung in dem Anker zwischen dem Anker und dem Brückenelement befestigt. Dieses bekannte Relais ist relativ aufwändig herzustellen und weist relativ geringe Haltekräfte auf.The EP 0 836 212 B discloses a bistable relay with a U-shaped core yoke having two pole ends. An armature biased by a return device bridges the pole ends to form a working air gap so that a magnetic flux circuit is formed. This is provided in cross-section with a constriction, to which a permanent magnet is connected in parallel. Also, parallel to the constriction, a ferromagnetic bridge element is arranged, which is coupled to a large area of the magnetic flux circuit. In one embodiment, the permanent magnet is mounted with transverse polarization in the armature between the armature and the bridge member. This known relay is relatively expensive to produce and has relatively low holding forces.

Weiterhin sind bistabile Relais bekannt, bei denen an einem Jochwinkel ein Eisenkern mit mindestens einer Spule befestigt ist. Zwischen dem Jochwinkel und dem Eisenkern ist ein Dauermagnet angeordnet. Hierbei ist von Nachteil, dass durch den Dauermagneten der verfügbare Raum für die Spule verkürzt ist und dass der Eisenkern und die Spule gegenüber anderen Relais geändert werden müssen. Die in Abhängigkeit von der Größe des Relais wirksamen magnetischen Kräfte sind relativ gering.Farther are known bistable relays, where at a yoke angle Iron core is attached with at least one coil. Between the yoke angle and the iron core is a permanent magnet arranged. This is from Disadvantage that the available space for the coil is shortened by the permanent magnet and that the iron core and the coil are changed from other relays have to. The dependent on on the size of the relay effective magnetic forces are relatively small.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein bistabiles Relais zu schaffen, das einfach herzustellen ist und eine hohe Stabilität der Schaltzustände aufweist.task The invention is therefore to provide a bistable relay, the is easy to manufacture and has a high stability of the switching states.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch dass der Dauermagnet so am Anker befestigt ist, dass er unmittelbar zwischen dem Anker und dem Kern angeordnet ist, wird beim Anlegen einer Öffnungsspannung an die Spule ein auf den Anker wirkendes Öffnungsmoment größer als bei den bekannten bistabilen Relais. Entsprechend schneller sind die Schaltgeschwindigkeiten. Denn der Magnetfluss vom Elektromagneten zum Anker muss im Luftspalt um den Dauermagneten verlaufen, wobei die Magnetkräfte überproportional mit dem Weg abnehmen. Daher überwiegen die Kräfte, die direkt zwischen dem Kern und dem Dauermagneten wirken. Wenn sich also z.B. ein durch die elektrische Spannung erzeugter Nordpol des Kerns und der Nordpol des Dauermagneten unmittelbar gegenüber liegen, wirken im sich öffnenden Luftspalt überwiegend die abstoßenden Kräfte zwischen den beiden Nordpolen, während die Kräfte zwischen dem Nordpol des Kerns und dem als Südpol wirkenden Anker vernachlässigbar sind. Bei dem bekannten Relais dagegen, bei dem der Dauermagnet zwischen dem Kern und dem Joch angeordnet ist, ist die abstoßende magnetische Kraft in dem Anker und daher insgesamt zwischen Kern und Anker geringer.The The object is solved by the features of claim 1. Thereby that the permanent magnet is attached to the anchor so that it immediately is placed between the anchor and the core, when mooring an opening tension to the coil acting on the anchor opening moment greater than in the known bistable relays. Correspondingly faster the switching speeds. Because the magnetic flux from the electromagnet to anchor must run in the air gap around the permanent magnet, wherein the magnetic forces disproportionately take off with the way. Therefore, outweigh the forces that act directly between the core and the permanent magnet. So if so e.g. a generated by the electric voltage north pole of the core and the north pole of the permanent magnet lie directly opposite, work in opening Air gap predominantly the repulsive ones personnel between the two northern poles, while the forces negligible between the north pole of the core and the south pole acting anchor are. In contrast, in the known relay, in which the permanent magnet Located between the core and the yoke, the repulsive is magnetic Force in the anchor and therefore lower overall between core and anchor.

Die gemäß der Erfindung größeren wirksamen Kräfte im Luftspalt können dafür genutzt werden, das Relais auf eine größere Haltekraft einzustellen, so dass es eine höhere Schockfestigkeit z.B. gegen Erschütterungen aufweist. Dies wird z.B. durch den Einsatz eines stärkeren Dauermagneten und eines stärkeren Rückstellelements erreicht.The according to the invention larger effective personnel in the air gap can used for it be, the relay to a greater holding power adjust, so that it is higher Shock resistance e.g. against shocks. this will e.g. through the use of a stronger one Permanent magnet and a stronger one Reset element reached.

Weiterhin ist das bistabile Relais gemäß der Erfindung einfach herzustellen. Denn es kann aus den gleichen Einzelteilen wie ein monostabiles Relais aufgebaut sein mit dem einzigen Unterschied, dass an dem Anker der Dauermagnet befestigt ist.Farther is the bistable relay according to the invention easy to make. Because it can be made of the same parts how a monostable relay can be constructed with the only difference being that attached to the armature of the permanent magnet.

Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.The under claims relate to the advantageous embodiment of the invention.

Eine einzige Spule gemäß Anspruch 2 vereinfacht die Herstellung des Relais.A single coil according to claim 2 simplifies the manufacture of the relay.

Zwei Spulen nach Anspruch 3 vereinfachen die zugehörige Schaltung.Two Coils according to claim 3 simplify the associated circuit.

Das Ankleben des Dauermagneten an den Anker nach Anspruch 4 ist einfach und preiswert durchzuführen.The Sticking the permanent magnet to the armature according to claim 4 is simple and inexpensive to perform.

Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung weiter erläutert. Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Relais (ohne Schaltanordnung).The Invention will be further explained with reference to the schematic drawing. The single figure shows a relay according to the invention (without switching arrangement).

Wie aus der Figur ersichtlich ist an einem Jochwinkel 1 eines Relais ein Kern 2 befestigt. Hierbei ist der Kern 2 senkrecht auf der Mitte eines unteren der Schenkel 1.1 des Jochwinkels 1 angeordnet und erstreckt sich parallel zu dem zweiten der Schenkel 1.2. Um den Kern 2 ist eine elektrische Spule 3 angeordnet, die mit einer polumschaltbaren Spannungsquelle verbunden ist. Das Ende des zweiten Schenkels 1.2 und das Ende des Kerns 2 fluchten in einer Ebene parallel zu dem unteren Schenkel 1.1.As can be seen from the figure, at a yoke angle 1 a relay a core 2 attached. Here is the core 2 perpendicular to the middle of a lower of the thighs 1.1 of the yoke angle 1 arranged and extends parallel to the second of the legs 1.2 , To the core 2 is an electrical coil 3 arranged, which is connected to a pole-changing voltage source. The end of the second thigh 1.2 and the end of the core 2 aligned in a plane parallel to the lower leg 1.1 ,

An dem Ende des zweiten Schenkels 1.2 ist ein Anker 4 gelenkig so gelagert, dass er um eine Achse parallel zu dem Ende verschwenkbar ist und sich bei geschlossenem Relais in etwa parallel zum und entsprechend der Richtung des unteren Schenkels 1.1 erstreckt. Auf diese Weise bilden der Jochwinkel 1 und der Anker 4 ein (hier liegendes) U. An dem Anker 4 ist in etwa zentrisch ein Dauermagnet 5 befestigt. Hierbei ist der Dauermagnet 5 unmittelbar zwischen dem Anker 4 und dem Kern 2 so auf der Innenseite des U angeordnet, dass er im Bereich der Verlängerung der Längsachse des Kerns 2 ist; vorzugsweise ist der Mittelpunkt des Dauermagneten 5 auf der Verlängerung der Längsachse des Kerns 2. Zwischen dem Dauermagneten 5 und dem Kern 2 ist ein sogenannter Luftspalt gebildet.At the end of the second leg 1.2 is an anchor 4 articulated so that it is pivotable about an axis parallel to the end and with the relay closed in approximately parallel to the and according to the direction of the lower thigh 1.1 extends. In this way form the yoke angle 1 and the anchor 4 an (here lying) U. At the anchor 4 is in about centric a permanent magnet 5 attached. Here is the permanent magnet 5 directly between the anchor 4 and the core 2 so arranged on the inside of the U, that he is in the area of extension of the longitudinal axis of the core 2 is; Preferably, the center of the permanent magnet 5 on the extension of the longitudinal axis of the core 2 , Between the permanent magnet 5 and the core 2 is formed a so-called air gap.

Der Dauermagnet 5 und der Anker 4 sind z.B. verklebt oder vernietet.The permanent magnet 5 and the anchor 4 are eg glued or riveted.

Die Pole des Dauermagneten 5 sind in dessen Hauptflächen, das heißt, der eine der Pole, hier der Südpol, befindet sich an der Seite, die mit dem Anker verbunden ist, und der andere der Pole, hier also der Nordpol N, ist dem Kern 2 zugewandt.The poles of the permanent magnet 5 are in its main surfaces, that is, one of the poles, here the south pole, is located on the side which is connected to the anchor, and the other of the poles, here the north pole N, is the nucleus 2 facing.

An dem Anker 4 ist ein nicht dargestelltes Rückstellelement in Form z.B. einer Feder so angeordnet, dass die Kräfte öffnend auf den Anker 4 wirken.At the anchor 4 is an unillustrated return element in the form of, for example, a spring arranged so that the forces opening on the armature 4 Act.

Das Relais umfasst weiterhin nicht dargestellte Schaltmittel.The Relay also includes switching means, not shown.

Der Jochwinkel 1, der Kern 2 und der Anker 4 sind aus weichmagnetischem Werkstoff gefertigt.The yoke angle 1 , the core 2 and the anchor 4 are made of soft magnetic material.

Die Funktion des Relais ist wie folgt: Bei zunächst geschlossenem Relais wird der Anker 4 durch den Dauermagneten 5 an dem Kern 2 in einer stabilen Lage gehalten, wobei die Haltekraft des Dauermagneten in diesem Zustand größer ist als die öffnende Kraft des Rückstellelements. Auf diese Weise ist ein erster Schaltzustand gewährleistet.The function of the relay is as follows: When the relay is initially closed, the armature becomes 4 through the permanent magnet 5 at the core 2 held in a stable position, wherein the holding force of the permanent magnet in this state is greater than the opening force of the return element. In this way, a first switching state is ensured.

Wenn das Relais von dem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand gebracht werden soll, wird auf die Spule 3 ein entsprechender Spannungsimpuls gegeben, der das Relais öffnet, das heißt, den Anker 4 von dem Kern 2 fort bewegt. Da der Nordpol N des Dauermagneten 5 dem Kern 2 zugewandt ist, muss die Spannung so gepolt sein, dass an dem Ende der Spule 3, das dem Dauermagneten 5 zugewandt ist, ebenfalls der Nordpol des induzierten Magnetfeldes anliegt. Demnach muss der Plus pol an dem nach der Figur unteren Ende der Spule 3 anliegen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Dauermagneten 5 ergibt sich ein besonderer Verlauf der Feldlinien: Da sich die Nordpole gegenseitig abstoßen, wird der Anker 4 geöffnet. Hierbei verlaufen die Feldlinien um den Dauermagneten 5 herum zum an dem Anker 4 anliegenden Südpol, so dass die Ankerbeschleunigung und somit die Öffnungsgeschwindigkeit positiv beeinflusst wird. Das Öffnen wird zusätzlich durch die von dem Rückstellelement ausgeübte Kraft unterstützt, die dann den Anker 4 bis zum Umschalten in einer offenen Endposition festhält.When the relay is to be brought from the first switching state to a second switching state, the coil is turned on 3 given a corresponding voltage pulse that opens the relay, that is, the armature 4 from the core 2 moved on. Because the north pole N of the permanent magnet 5 the core 2 facing, the voltage must be poled so that at the end of the coil 3 that the permanent magnet 5 is facing, also the north pole of the induced magnetic field is applied. Accordingly, the plus pole must be at the bottom of the coil after the figure 3 issue. By the inventive arrangement of the permanent magnet 5 there is a special course of the field lines: As the north poles repel each other, the anchor becomes 4 open. Here, the field lines run around the permanent magnet 5 around at the anchor 4 adjacent south pole, so that the anchor acceleration and thus the opening speed is positively influenced. The opening is additionally assisted by the force exerted by the return element, which then causes the armature 4 until it is switched to an open end position.

Soll umgekehrt das Relais von der zweiten in die erste Schaltposition gebracht werden, wird ein Spannungsimpuls mit umgekehrter Polung auf die Spule 3 gegeben. Das heißt, der Pluspol ist jetzt an dem dem Anker 4 zugewandten Ende der Spule 3. Es wird also in dem Kern 2 ein Magnetfeld erzeugt, dessen Südpol am oberen Ende des Kerns 2 ist. Hierdurch wird der Dauermagnet 5 gegen die Kraft des Rückstellelements mit dem Anker 4 zum Ende des Kerns gezogen und durch die Kraft des Dauermagneten 5 in dieser ersten Schaltposition gehalten.Conversely, if the relay is to be brought from the second to the first switching position, a voltage pulse with reverse polarity on the coil 3 given. That is, the positive pole is now at the anchor 4 facing the end of the coil 3 , So it gets in the core 2 generates a magnetic field, its south pole at the top of the core 2 is. This will be the permanent magnet 5 against the force of the return element with the anchor 4 pulled to the end of the core and by the force of the permanent magnet 5 held in this first switching position.

Abweichend von dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel können um den Kern 2 zwei Spulen angeordnet sein. Diese sind so gepolt, dass zwei gleiche Pole direkt benachbart sind; das heißt, die beiden Spulen erzeugen unter Spannung entgegengesetzte Magnetfelder. Die Funktion ist entsprechend dem oben Beschriebenen, wobei die eine oder die andere der Spulen einen Spannungsimpuls erhält.Notwithstanding the embodiment described above may be around the core 2 be arranged two coils. These are poled so that two equal poles are directly adjacent; that is, the two coils generate opposite magnetic fields under voltage. The function is as described above, with one or the other of the coils receiving a voltage pulse.

Claims

Bistable electromagnetic relay, with a yoke ( 1 ), with a core ( 2 ), which at the yoke ( 2 ) and at least one coil ( 3 ), with an anchor ( 4 ), which at one end of the yoke ( 1 ) is articulated and with a permanent magnet ( 5 ), characterized in that the permanent magnet ( 5 ) so at the anchor ( 4 ) is attached directly between the anchor ( 4 ) and the core ( 2 ) is arranged.

Relay according to Claim 1, characterized in that the core ( 2 ) a single coil ( 3 ), which is connectable to a umpolbare voltage source.

Relay according to Claim 1, characterized in that the core ( 2 ) two coils ( 3 ) wearing.

Relay according to one of claims 1 to 3, characterized in that the permanent magnet ( 5 ) to the anchor ( 4 ) is glued.