DE102011081893B3

DE102011081893B3 - Magnetic actuator and method for its operation

Info

Publication number: DE102011081893B3
Application number: DE201110081893
Authority: DE
Inventors: Georg Bachmaier; Andreas Gödecke; Michael Höge
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2031-09-01
Also published as: WO2013029942A2; WO2013029942A3

Abstract

Es wird ein Magnetaktor (7) zur Erzeugung einer linearen Bewegung beschrieben, bestehend aus einem hohlzylinderförmigen, geschlossenen Gehäuse, welches ein Joch (1) darstellt, mit jeweils einem stirnseitigen zentralen Durchgang (8) und einem zweigeteilten Anker mit einem äußeren und einem inneren Anker (21, 22), wobei der äußere Anker (21) einstückig mit einer zentralen Hubstange (9), die stirnseitig am Gehäuse jeweils in dem Durchgang (8) geführt ist, ausgebildet ist, und der innere Anker (22), der den äußeren Anker (21) ringförmig in einem Bereich des Gehäuses umschließt, einen inneren Querschnitt aufweist, so dass der innere Anker (22) axial relativ zum äußeren Anker (21) zwischen Anschlägen bewegbar ist, und die Anschläge zur Bestimmung jeweils einer stabilen Lage zwischen äußerem Anker (21) und dem Joch (1) dienen, und Permanentmagnete (5) auf dem äußeren Umfang des inneren Ankers (22) angeordnet sind, sowie obere und untere Aktorspulen (3, 4) zur jeweiligen Erzeugung eines Magnetfeldes zur Bewegung des Ankers in eine bestimmte Richtung, und die Hubstange (9) einseitig mit einer zu schaltenden Anlage verbunden ist, zur Positionierung in einer jeweils bistabilen Lage im Gehäuse des Magnetaktors (7), beispielsweise einer Mittelspannungs-Schaltanlage.A magnetic actuator (7) for generating a linear movement is described, consisting of a hollow cylindrical, closed housing, which is a yoke (1), each with a front central passage (8) and a two-part armature with an outer and an inner armature (21, 22), the outer armature (21) being formed in one piece with a central lifting rod (9), which is guided in the passage (8) at the end of the housing, and the inner armature (22), which supports the outer Armature (21) encloses ring-shaped in a region of the housing, has an inner cross-section, so that the inner armature (22) is axially movable relative to the outer armature (21) between stops, and the stops to determine a stable position between the outer armature (21) and the yoke (1) are used, and permanent magnets (5) are arranged on the outer circumference of the inner armature (22), as well as upper and lower actuator coils (3, 4) for the respective generation of a magnet field for moving the armature in a certain direction, and the lifting rod (9) is connected on one side to a system to be switched, for positioning in a respective bistable position in the housing of the magnetic actuator (7), for example a medium-voltage switchgear.

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Aktor zum elektromagnetischen Antrieb zur Schaltung von Mittelspannungs-Schaltanlagen. Weiterhin wird ein Verfahren zum Betrieb des Magnetaktors angegeben.The invention relates to a magnetic actuator for electromagnetic drive for switching medium-voltage switchgear. Furthermore, a method for operating the magnetic actuator is specified.

Für sogenannte Mittelspannungs-Schaltanlagen werden bistabile elektromagnetische Linearaktoren zum Ein- und Ausschalten betrieben. Diese weisen gegenüber älteren Technologien, die beispielsweise mit Federspeichersystemen ausgestattet sind, eine überlegene Dynamik auf. Dies, obwohl sie aus wenigen, beweglichen Teilen aufgebaut sind.For so-called medium-voltage switchgear bistable electromagnetic linear actuators are operated for switching on and off. These have superior dynamics over older technologies, such as spring-loaded systems. This, even though they are made up of a few moving parts.

Ein Nachteil der Magnetaktoren besteht jedoch darin, dass für deren Betätigung erhebliche elektrische Leistungen benötigt werden. Dies bedeutet eine große Auslegung der Leistungselektronik, was hohe Kosten verursacht. Weiterhin kann die notwendige Leistung im Normalfall nicht direkt aus einem vorhandenen Versorgungsnetz entnommen werden. Dies bedeutet, dass die Verwendung von großen Speicherkapazitäten wie Kondensatoren notwendig ist. Dadurch wird jedoch die Lebensdauer eingeschränkt und es werden zusätzliche Kosten aufgeworfen.A disadvantage of magnetic actuators, however, is that they require considerable electrical power to operate them. This means a large design of the power electronics, which causes high costs. Furthermore, the required power can not normally be taken directly from an existing supply network. This means that the use of large storage capacities such as capacitors is necessary. This, however, limits the life and additional costs are incurred.

Bisher sind bistabile elektromagnetische Linearaktoren auf Permanentmagnet-Basis mit einem monolithisch aufgebauten Anker eingesetzt worden. Ein danach aufgebauter Magnetaktor ist beispielhaft in der 1 dargestellt. Permanentmagnete dienen dazu, einen dauerhaften, magnetischen Fluss zu erzeugen, so dass die Permanentmagnete für die Aufbringung einer Haltekraft in einer stabilen Halteposition sorgen. Sie sind am Umfang des Aktors aufgebracht.So far bistable electromagnetic linear actuators have been used on permanent magnet base with a monolithic anchor built. A magnetic actuator constructed thereafter is exemplary in the 1 shown. Permanent magnets serve to generate a permanent, magnetic flux, so that the permanent magnets provide for the application of a holding force in a stable holding position. They are applied to the circumference of the actuator.

Permanentmagnete sollen den Anker in den Endstellungen in einer stabilen, arretierten Position halten. Diese stabilen Positionen sind notwendig, um den eigentlichen Mittelspannungs-Schalter in geschlossener bzw. in geöffneter Stellung zu halten, insbesondere ohne eine ständige äußere Bestromung der Aktorspulen. Dabei wird ein zu schaltender Schalter über vorhandene Stangen am Aktor befestigt. Allgemein wird ein Schalter einer Mittelspannungs-Schaltanlage durch geeignete Kraftübertragungseinrichtungen mit dem Magnetaktor verbunden. Zum Schalten des Aktors in beide Richtungen werden jeweils eine obere und eine untere Aktorspule im Wechsel bestromt. Dazu muss in der jeweilig gegenüberliegenden Halteposition die Haltekraft aufgebrochen werden.Permanent magnets should hold the armature in the end positions in a stable, locked position. These stable positions are necessary to keep the actual medium-voltage switch in the closed or in the open position, in particular without a constant external energization of the actuator coils. In this case, a switch to be switched is attached via existing rods on the actuator. Generally, a switch of a medium-voltage switchgear is connected by suitable power transmission devices with the solenoid actuator. For switching the actuator in both directions, an upper and a lower actuator coil are alternately energized. For this purpose, the holding force must be broken in the respective opposite holding position.

Ein Magnetaktor, der mit oberen und unteren Aktorspulen ausgestattet ist, kann zunächst bistabil in einer jeweiligen Endstellung gehalten werden. Zur Bewegung werden die obere bzw. die untere Aktorspule derart bestromt, dass sie ein magnetisches Feld erzeugen, welches die Wirkung des permanent magnetischen Feldes negiert. Die jeweils entgegengesetzte Spule wird danach bestromt, um so eine anziehende Kraft in die jeweilige Richtung zu erzeugen.A magnetic actuator, which is equipped with upper and lower actuator coils, can initially be held bistable in a respective end position. For movement, the upper and lower actuator coils are energized in such a way that they generate a magnetic field which negates the effect of the permanent magnetic field. The respective opposite coil is then energized so as to produce an attractive force in the respective direction.

Zum Schalten des Ankers von der oberen in die untere Halteposition bzw. umgekehrt ist ein Aufbrechen der Kräfte notwendig, die jeweils auf den Anker wirken. Hierzu werden die obere bzw. die untere Aktorspule bestromt, um ein solches magnetisches Feld zu erzeugen, dass die Wirkung des permanent magnetischen Feldes negiert. Da die notwendige Leistung im Normalfall nicht direkt aus einem vorhandenen Netz entnommen werden kann, sind als Speicherkapazitäten große Kondensatoren eingebaut worden. Weiterhin wurden die Halbleiterbausteine in der Leistungselektronik auf die notwendigen Leistungsbereiche eingestellt.To switch the armature from the upper to the lower holding position or vice versa breaking the forces is necessary, each acting on the anchor. For this purpose, the upper and the lower actuator coil are energized to produce such a magnetic field that negates the effect of the permanent magnetic field. Since the necessary power can not normally be taken directly from an existing network, large capacitors have been installed as storage capacities. Furthermore, the semiconductor components in the power electronics were adjusted to the necessary power ranges.

Eine Druckschrift DE 10 2010 041 728 beschäftigt sich mit einer Vorrichtung zur Akutierung wenigstens eines Schalters und umfasst einen Magnetaktor und einen mechanischen Energiespeicher.A pamphlet DE 10 2010 041 728 deals with a device for Akutierung at least one switch and includes a magnetic actuator and a mechanical energy storage.

Eine Druckschrift DE 102 38 950 beschäftigt sich mit einem Vakuumschaltgerät, das sich aus einer Vakuumschaltkammer und einem Antrieb zusammensetzt.A pamphlet DE 102 38 950 deals with a vacuum switching device, which consists of a vacuum switching chamber and a drive.

Eine Druckschrift DE 101 46 899 beschreibt einen bistabilen elektromagnetischen Aktor, insbesondere ein Antrieb für eine Vakuumschaltkammer, der mit einem Joch, mit wenigstens einem Permanentmagneten, mit wenigstens einer Spule, mit wenigstens einem bewegbaren Anker ausgebildet ist, sodass ein magnetischer erster Fluss durch den Anker und das Joch erzeugt wird, sodass der Anker in einer Stellung festgehalten wird, wobei die Spule einen zweiten magnetischen Fluss erzeugt, mit dem der Anker betätigt wird.A pamphlet DE 101 46 899 describes a bistable electromagnetic actuator, in particular a drive for a vacuum interrupter chamber, which is formed 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 a position, wherein the coil generates a second magnetic flux, with which the armature is actuated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ablösung eines Ankers aus einer stabilen Endstellung zu vereinfachen.The invention has for its object to simplify the replacement of an anchor from a stable end position.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die jeweilige Merkmalskombination eines unabhängig formulierten Patentanspruchs.The solution of this task is done by the respective feature combination of an independently formulated claim.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine konstruktive Zweiteilung eines Ankers eines Magnetaktors in einen inneren Anker und einen äußeren Anker, die gegeneinander axial beweglich sind, eine stufenweise Verringerung der Haltekräfte beim Ablösen aus einer stabilen Halteposition in der Endlage einer Schaltelektrode erzielt werden kann. So muss nicht bei einem Schaltvorgang eine enorme Energiemenge freigesetzt werden, um von einer stabilen Endlage eines bistabilen Magnetaktors eine Aktuierung in die entgegengesetzte Richtung herbeizuführen.The invention is based on the finding that a structural division of an armature of a Magnetaktors in an inner armature and an outer armature, which are axially movable against each other, a gradual reduction of holding forces during detachment from a stable holding position in the end position of a switching electrode can be achieved. So does not have to be released in a switching process, an enormous amount of energy to one of stable end position of a bistable magnetic actuator to bring about an actuation in the opposite direction.

In diesem Fall wird durch die Bewegung eines kleineren, inneren Ankers das magnetische Feld des größeren, äußeren Ankers geschaltet. Geschaltet werden auch die großen Haftkräfte, die in der Endlage wirksam sind, wenn beide, der innere und der äußere Anker, auf Anschlag sind. Die beim Ablösen der Bewegung des inneren Ankers folgende Bewegung des äußeren Ankers stellt die eigentliche Aktorbewegung dar. Der äußere Aktor ist über entsprechende mechanische Teile mit einer zu schaltenden Anlage verbunden.In this case, the magnetic field of the larger, outer armature is switched by the movement of a smaller, inner armature. Also switched are the large adhesive forces that are effective in the end position when both the inner and outer anchors are on strike. The movement of the outer armature following the detachment of the movement of the inner armature represents the actual actuator movement. The outer actuator is connected via corresponding mechanical parts to a system to be switched.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn der in den Figuren im Querschnitt dargestellte Magnetaktor insgesamt rotationssymmetrisch ausgebildet ist.It is particularly advantageous if the magnetic actuator shown in cross-section in the figures is designed to be rotationally symmetrical as a whole.

Da die zu aktuierende Mechanik mit dem äußeren Anker verbunden ist, kann der innere Anker ohne die zusätzliche Trägheit der restlichen Mechanik bewegt werden, was besonders schnell und mit wenig Energieaufwand erledigt werden kann.Since the mechanism to be actuated is connected to the outer armature, the inner armature can be moved without the additional inertia of the rest of the mechanism, which can be done very quickly and with little energy.

Der Magnetaktor entsprechend der Erfindung erfüllt den Zweck, dass der innere Anker mit relativ geringem Aufwand an elektrischer Energie innerhalb des äußeren Ankers verschoben werden kann. Durch die Verschiebung wird das magnetische Feld, welches durch die am inneren Anker befestigten Permanentmagnete erzeugt wird, derart umgestellt, dass die Haltekraft zwischen äußerem Anker und Gehäuse/Joch stark vermindert wird. Der äußere Anker kann nun leicht, d. h. mit nur wenig elektrischer Energie vom Gehäuse getrennt werden.The magnetic actuator according to the invention fulfills the purpose that the inner armature can be moved with relatively little effort of electrical energy within the outer armature. As a result of the displacement, the magnetic field which is generated by the permanent magnets fastened to the inner armature is changed over in such a way that the holding force between the outer armature and the housing / yoke is greatly reduced. The outer anchor can now easily, d. H. be separated from the housing with little electrical energy.

Es ist besonders vorteilhaft, dass mit einem geringen Nutzstrom bzw. Steuerstrom eine Schaltung derart möglich ist, dass der Anker eines Aktors bistabil hin- und herbewegt werden kann.It is particularly advantageous that with a low useful current or control current, a circuit is possible such that the armature of an actuator can be moved back and forth bistable.

Somit ist durch die Zweiteilung des Ankers auch eine Zweiteilung des Ablösevorganges aus einer stabilen Endposition verbunden. Insgesamt ist zur Ablösung des inneren Ankers eine geringe Energiemenge notwendig. Zur Ablösung des äußeren Ankers gilt Ähnliches, da der innere Anker bereits abgelöst ist und damit das wesentliche, durch die Permanentmagnete erzeugte Magnetfeld aufgebrochen ist.Thus, the bipartition of the armature and a division of the detachment process is connected from a stable end position. Overall, a small amount of energy is necessary to replace the inner armature. For detachment of the outer armature is similar, since the inner armature has already been detached and thus the essential magnetic field generated by the permanent magnets is broken.

Im Folgenden wird anhand von schematischen, die Erfindung nicht einschränkenden Figuren ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigen:An exemplary embodiment will be described below with reference to schematic figures which do not limit the invention. Show it:

1 einen bekannten Magnetaktor 7 mit einem Gehäuse, welches ein Joch 1 darstellt, sowie einem darin beweglichen Anker, 1 a known magnetic actuator 7 with a housing, which is a yoke 1 represents, as well as a movable anchor,

2 einen Magnetaktor 7 entsprechend der Erfindung mit einem zweigeteilten Anker 21, 22, 2 a magnetic actuator 7 according to the invention with a two-part anchor 21 . 22 .

3.1, 3.2, 3.3 in mehreren Stufen die Ablösung eines inneren Ankers 22 und des äußeren Ankers 21 aus der oberen bistabilen Endlage. 3.1 . 3.2 . 3.3 in several stages the detachment of an inner anchor 22 and the outer anchor 21 from the upper bistable end position.

1 zeigt den Grundaufbau eines stabilen, elektromagnetischen Linearaktors mit Permanentmagnet 5. Angedeutet sind ebenfalls Stromkreise zur Strommessung 6, die jeweils auf der oberen Aktorspule 3 und auf der unteren Aktorspule 4 geschaltet sind. In diesem Fall würde zum Schalten des Aktors von der oberen in die untere Halteposition bzw. umgekehrt ein Aufbrechen von hohen Haltekräften in der vorherigen stabilen Halteposition notwendig sein. Hierzu wird die obere bzw. die untere Aktorspule entsprechend bestromt, sodass immer die gegenüberliegende Spule den Anker aus einer bistabilen Lage herauszieht. Das Magnetfeld der Permanentmagnete wird dabei zuerst überwunden. 1 shows the basic structure of a stable, permanent magnet electromagnetic linear actuator 5 , Also indicated are circuits for current measurement 6 , each on the upper actuator coil 3 and on the lower actuator coil 4 are switched. In this case would be necessary for switching the actuator from the upper to the lower holding position or vice versa breaking high holding forces in the previous stable holding position. For this purpose, the upper and the lower actuator coil is energized accordingly, so that always the opposite coil pulls the armature from a bistable position. The magnetic field of the permanent magnets is overcome first.

Um die notwendige Leistung, die im Regelfall nicht direkt aus einem Netz entnommen werden kann, für die Ablösung des Ankers aus einer bistabilen Endposition zu reduzieren, wird entsprechend der Erfindung ein Magnetaktor 7 mit geteiltem Anker 21, 22 beschrieben. Die in 2 dargestellte Variante kann durch verschiedene Modifikationen abgewandelt werden und stellt lediglich ein einziges Ausführungsbeispiel dar.In order to reduce the necessary power, which can not normally be taken directly from a network, for the replacement of the armature from a bistable end position, according to the invention, a magnetic actuator 7 with shared anchor 21 . 22 described. In the 2 illustrated variant can be modified by various modifications and represents only a single embodiment.

2 zeigt insbesondere, dass ein etwa hohlzylinderförmiges Gehäuse, welches als Joch 1 dient, vorhanden ist, wobei beide geschlossenen Stirnseiten des hohlzylinderförmigen Gebildes einen zentralen Durchgang 8 aufweisen. Dieser dient zur Führung der Hubstange 9, für die ein Hub erzeugt wird. Im Inneren des hohlzylinderförmig ausgebildeten Jochs 1 befindet sich ein zweiteiliger Anker, bestehend aus einem inneren Anker 22 und einem äußeren Anker 21, die gegenseitig bewegbar sind. Dabei bewegt sich der innere Anker 22 relativ zum äußeren Anker 21 und der äußere Anker 21 ist axial zwischen zwei stabilen Endpositionen im Gehäuse beweglich. Dazu ist der äußere Anker im mittleren Bereich im Querschnitt doppelt-T-förmig ausgebildet und trägt den inneren Anker 22 zwischen zwei stirnseitigen Anschlagelementen der doppel-T-förmigen Konstruktion. Der ringförmige Anker 22 umschließt den äußeren Anker 21 und ist relativ zu diesem axial bewegbar. Der äußere Aktor 21 ist einstückig ausgebildet mit der axial ausgerichteten Hubstange 9, welche in den Durchgängen 8 geführt wird. Die Permanentmagnete 5 sind am äußeren Umfang des inneren Ankers 22 angeordnet. 2 shows in particular that an approximately hollow cylindrical housing, which as a yoke 1 serves, is present, both closed end faces of the hollow cylindrical structure a central passage 8th exhibit. This serves to guide the lifting rod 9 for which a hub is generated. Inside the hollow cylindrical yoke 1 There is a two-piece anchor, consisting of an inner anchor 22 and an outer anchor 21 that are mutually movable. The inner anchor moves 22 relative to the outer anchor 21 and the outer anchor 21 is axially movable between two stable end positions in the housing. For this purpose, the outer anchor is formed in the central region in cross-section double-T-shaped and carries the inner anchor 22 between two end stop elements of the double-T-shaped construction. The annular anchor 22 encloses the outer anchor 21 and is axially movable relative to this. The outer actuator 21 is integrally formed with the axially oriented lifting rod 9 which in the passages 8th to be led. The permanent magnets 5 are on the outer circumference of the inner anchor 22 arranged.

Wie in 2 gezeigt, ist der äußere Anker 21 in der unteren Halteposition. Das heißt, die doppel-T-förmige Konstruktion liegt am unteren Ende des Jochs 1 an. Der innere Anker 22 weist noch einen Spalt zum äußeren Anker 21 auf. Im Normalfall ist in diesem Schaltzustand der innere Anker 22 im Anschlag mit dem unteren Anschlagteil der doppel-T-förmigen Konstruktion.As in 2 shown is the outer anchor 21 in the lower holding position. That is, the double T-shaped construction is at the lower end of the yoke 1 at. The inner anchor 22 still has a gap to the outer anchor 21 on. Normally, in this switching state, the inner armature 22 in abutment with the lower stop part of the double-T-shaped construction.

Die obere Aktorspule 3 und die untere Aktorspule 4 werden, je nach Notwendigkeit, geschaltet, wobei im Prinzip die jeweils gegenüberliegende Aktorspule den Anker aus der gegenüberliegenden bistabilen Endlage ablöst und in Richtung auf die bestromte Spule beschleunigt. Ein zu erwartender Schaltvorgang in der Darstellung der 2 würde darin bestehen, dass die obere Aktorspule 3 bestromt wird und ein Magnetfeld aufbaut. Dies würde einen Hub der Hubstange 9 zur Folge haben, der aus dem Gehäuse nach oben bzw. außen gerichtet ist.The upper actuator coil 3 and the lower actuator coil 4 are switched as needed, in principle, the respective opposing actuator coil, the anchor from the opposite bistable end position detaches and accelerates in the direction of the energized coil. An expected switching operation in the representation of 2 would be that the upper actuator coil 3 is energized and builds up a magnetic field. This would be a stroke of the lifting rod 9 result, which is directed out of the housing upwards or outwards.

Die 3.1, 3.2 und 3.3 stellen eine Abfolge der Bestromung bei einer Hubbewegung der Hubstange 9 dar. Dargestellt sind jeweils die Aktoren 7, die aus einem hohlzylinderförmigen Joch mit entsprechend darin geführtem, zweigeteilten Anker aufgebaut sind. Sichtbar ist weiterhin die obere Aktorspule 3 und die untere Aktorspule 4. In 3.1 ist die Bestromung gleich Null. In der 3.2 ist die untere Aktorspule 4 bestromt. Gleiches gilt für die 3.3, in der die untere Aktorspule 4 bestromt ist.The 3.1 . 3.2 and 3.3 provide a sequence of energization during a lifting movement of the lifting rod 9 The actors are shown in each case 7 , which are constructed of a hollow cylindrical yoke with correspondingly guided, two-part anchor. Visible is still the upper actuator coil 3 and the lower actuator coil 4 , In 3.1 the current is zero. In the 3.2 is the lower actuator coil 4 energized. The same applies to the 3.3 in which the lower actuator coil 4 energized.

Von der 3.1 bis zur 3.3 ist somit ein Ablösevorgang des inneren und des äußeren Ankers aus der oberen, stabilen Endposition bis zum Status des abgelösten, inneren und äußeren Ankers dargestellt.Of the 3.1 to 3.3 Thus, a detachment operation of the inner and the outer armature from the upper, stable end position is shown to the status of the detached, inner and outer anchor.

In 3.1 ist dargestellt, dass die Haltekraft F₀ zusammengesetzt ist aus der Kraft F₁ zwischen dem äußeren Anker 21 und dem Joch 1 sowie der Kraft F₂ vom inneren zum äußeren Anker. Die obere und die untere Aktorspule sind stromlos und das Magnetfeld zum Halten des Ankers in der stabilen Position im oberen Bereich wird durch die Permanentmagnete 5 geliefert.In 3.1 is shown that the holding force F ₀ is composed of the force F ₁ between the outer anchor 21 and the yoke 1 and the force F ₂ from the inner to the outer anchor. The upper and lower actuator coils are de-energized and the magnetic field for holding the armature in the stable position in the upper region is through the permanent magnets 5 delivered.

Die Darstellung entsprechend 3.2 ist mit einer bestromten, unteren Aktorspule 4 verbunden, wobei der innere Anker 22 sich bereits vom oberen Teil der doppel-T-förmig ausgebildeten äußeren Ankers 21 gelöst hat. Der innere Anker 22 wandert, angezogen vom Magnetfeld der unteren Aktorspule 4, entsprechend seiner Beweglichkeit, innerhalb des äußeren Ankers 21 nach unten bis er auf den unteren Anschlag des doppel-T-förmig ausgebildeten äußeren Ankers (21) trifft.The presentation accordingly 3.2 is with a powered, lower actuator coil 4 connected, with the inner anchor 22 already from the upper part of the double-T-shaped outer anchor 21 has solved. The inner anchor 22 moves, attracted by the magnetic field of the lower actuator coil 4 , according to his agility, within the outer anchor 21 down to the lower stop of the double T-shaped outer anchor ( 21 ) meets.

Ist entsprechend 3.2 der innere Anker vom äußeren Anker gelöst, so wirkt lediglich als obere Haltekraft F_o die Kraft F₁ zwischen äußerem Anker 21 und dem Joch 1.Is appropriate 3.2 the inner armature detached from the outer armature, the force F ₁ between outer armature only acts as an upper holding force F _o 21 and the yoke 1 ,

Hat entsprechend 3.3 der innere Anker 22 an der unteren Seite des äußeren Ankers 21 aufgesetzt, so löst sich dieser äußere Ankers 21 aus der oberen, stabilen Position, sodass keine nach oben gerichtete Haltekraft F_o mehr vorhanden ist.Has accordingly 3.3 the inner anchor 22 on the lower side of the outer anchor 21 put on, so this outer anchor dissolves 21 from the upper, stable position, so that no upward holding force F _o longer exists.

Entsprechend 3.3 weisen der innere Anker 22 und der äußere Anker 21 eine relative Positionierung auf, die bis zur unteren, stabilen Endstellung beibehalten wird. Beim Erreichen dieser stabilen Endstellung kann die Bestromung der unteren Aktorspule 4 aufgehoben werden und das Magnetfeld der Permanentmagneten 5 sorgt für die Fixierung in dieser stabilen Lage.Corresponding 3.3 have the inner anchor 22 and the outer anchor 21 a relative positioning, which is maintained up to the lower, stable end position. When reaching this stable end position, the energization of the lower actuator coil 4 be canceled and the magnetic field of the permanent magnets 5 ensures the fixation in this stable position.

In 3.1 ist die Grundkonfiguration zu sehen. Hier liegt kein Strom an. Der Magnetfluss des oder der Permanentmagnete 5 baut die Haltekraft sowohl zwischen innerem und äußerem Anker sowie auch zwischen äußerem Anker und dem Gehäuse bzw. dem Joch 1 auf. Die Haltekraft hält beispielsweise einen Leistungsschalter einer zu schaltenden Anlage, die über mechanische Stangen mit dem Magnetaktor verbunden ist. Somit lässt sich mit einem bistabilen Aktor genauso ein Schalter stabil in seinen Endlagen arretieren.In 3.1 is the basic configuration to see. There is no electricity here. The magnetic flux of the permanent magnet (s) 5 builds the holding force both between the inner and outer armature as well as between the outer armature and the housing or the yoke 1 on. The holding force holds, for example, a circuit breaker of a system to be switched, which is connected via mechanical rods to the solenoid actuator. Thus, with a bistable actuator as well as a switch can stably lock in its end positions.

In 3.2 wird gezeigt, wie ein angelegter Strom in einer entsprechenden Aktorspule zunächst die Haltekraft des inneren Ankers zum äußeren aufhebt. Der innere Anker 22 trennt sich vom äußeren Anker 21 und wird nach unten beschleunigt. Erst wenn er, wie in 3.3 dargestellt, am unteren Ende des äußeren Ankers 21 anliegt, verliert dieser äußere Anker 21 auch die Haltekraft und wird nach unten beschleunigt. Die Bewegung des inneren Aktors hat damit den Fluss der Permanentmagnete vom oberen Haltepunkt aufgehoben und so die große Haltekraft des äußeren Ankers aufgehoben.In 3.2 It is shown how a applied current in a corresponding actuator coil first lifts the holding force of the inner armature to the outer. The inner anchor 22 separates from the outer anchor 21 and is accelerated down. Only when he, as in 3.3 shown at the lower end of the outer anchor 21 is present, loses this outer anchor 21 also the holding force and is accelerated down. The movement of the inner actuator has thus canceled the flow of permanent magnets from the upper breakpoint and so lifted the large holding force of the outer armature.

Der Kern der Erfindung liegt in der konstruktiven Teilung des Ankers in zwei Teile, einem inneren und einem äußeren Teil. Die zu aktuierende Mechanik, beispielsweise einer Schaltanlage, ist nur mit dem äußeren Anker 21 verbunden. Die Permanentmagnete sind dagegen am inneren Anker 22 befestigt. Der innere Anker hat mit dem äußeren Anker lediglich mechanischen und magnetischen Kontakt. Der äußere Anker wirkt mit dem Joch zusammen. Die Aufteilung des Ankers eines Magnetaktors in zwei Teile hat den wesentlichen Vorteil, dass der Anker mit wenig Energieaufwand zu schalten ist und dass diese Bewegung den Schaltvorgang oder Ablösevorgang aus einer stabilen Halteposition für den äußeren, größeren Anker ebenfalls vereinfacht. Die Umschaltung des Magnetflusses durch die anfängliche Bewegung des inneren Aktors 22 ermöglicht eine besonders schnelle und energieeffiziente Aktuierung des bistabilen Magnetaktors.The essence of the invention lies in the structural division of the anchor in two parts, an inner and an outer part. The mechanism to be actuated, for example a switchgear, is only with the outer armature 21 connected. The permanent magnets, however, are on the inner armature 22 attached. The inner armature has only mechanical and magnetic contact with the outer armature. The outer anchor interacts with the yoke. The division of the armature of a magnetic actuator in two parts has the significant advantage that the armature is to switch with little energy and that this movement also simplifies the switching process or detachment process from a stable holding position for the outer, larger anchor. The switching of the magnetic flux through the initial movement of the inner actuator 22 enables a particularly fast and energy-efficient actuation of the bistable magnetic actuator.

Claims

Magnetic actuator ( 7 ) for producing a linear movement, comprising: - a hollow-cylindrical, closed housing which has a yoke ( 1 ), each having a central passage ( 8th ) on each end face of the housing, for guiding a lifting rod ( 9 ), - a two-part anchor with an outer and an inner anchor ( 21 . 22 ), wherein - the outer anchor ( 21 ) in one piece with the lifting rod ( 9 ), is formed and via the lifting rod ( 9 ) is connected to a system to be switched, - the inner armature ( 22 ), the outer anchor ( 21 ) annularly in the region of the housing at least partially encloses, has an inner cross section, so that inner and outer armature ( 22 . 21 ) axially relative to each other between stops on the outer armature ( 21 ) are movable, and - the stops for fixing the outer anchor ( 21 ) in a stable position in the housing, on the outer anchor ( 21 ) are present, and - at least one upper and at least one lower actuator coil ( 3 . 4 ) are present for the respective generation of a magnetic field for moving the armature in a stable position.

Magnetic actuator ( 7 ) according to claim 1, wherein the magnetic actuator is rotationally symmetrical.

Magnetic actuator according to one of the preceding claims, wherein the mechanical connection between the magnetic actuator ( 7 ) to a medium-voltage switchgear each stable end position is adjustable.

Magnetic actuator according to one of the preceding claims, characterized in that a displacement between the outer and the inner armature ( 21 . 22 ) is executable with low energy consumption.

Magnetic actuator according to one of the preceding claims, characterized in that in a stable end position, both the force between the inner and outer armature as well as between outer armature and housing or yoke by the magnetic field of the permanent magnets ( 5 ) is constructed.

Method for operating a magnetic actuator ( 7 ) according to any one of claims 1-5, wherein a switching operation of the magnetic actuator ( 7 ), starting from a stable end position of the armature at an upper and lower holding force (F _o , F _u ) by the energization of the respective opposing actuator coil ( 3 . 4 ) and the construction of an associated magnetic field is initiated.

A method according to claim 6, characterized in that when energizing an actuator coil ( 3 . 4 ) first the inner anchor ( 22 ) from the outer anchor ( 21 ) and is accelerated in the direction of the activated actuator coil and in a second step, when the inner armature ( 22 ) on an opposite stop of the double-T-shaped outer anchor ( 21 ), the holding force of the outer armature ( 21 ) at the yoke ( 1 ) is overcome and this also in the direction of the activated actuator coil ( 3 . 4 ) is accelerated.