DE102017101623A1

DE102017101623A1 - Replacement power supply device

Info

Publication number: DE102017101623A1
Application number: DE102017101623.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Laufenberg; Thomas Schiepp
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-01-27
Publication date: 2018-08-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ersatzstromversorgungsvorrichtung mit einer als Reaktion auf eine Aktivierung elektrisch betätigbarer Schaltermittel (12; 50) mit einem Verbraucher verbindbaren elektrischen Energiequelle, insbesondere unterbrechungsfreie und/oder Pufferstromversorgungsvorrichtung, wobei die Schaltermittel stationäre Spulenmittel (22a, 22b; 46, 48) und relativ dazu als Reaktion auf eine Bestromung der Spulenmittels bewegbar und zur Schalterbetätigung ausgebildete Ankermittel (12, 50) aufweisen, wobei die mit Kontaktmitteln (34a, 34b, 32; 58a - 58c, 60) für die Schalterbetätigung versehenen und/oder zum Öffnen oder Schließen von Kontaktmitteln ausgebildeten Ankermittel Permanentmagnetmittel (14, 18; 52) aufweisen, die zum magnetisch abstoßenden Zusammenwirken mit stationären, zumindest abschnittsweise von den Spulenmitteln umschlossenen Kernmitteln (24; 42, 44) als Reaktion auf die Bestromung ausgebildet sind, wobei die in einem Durchmesser gegenüber den Permanentmagnetmitteln reduzierte Ankerstößelmittel (13; 56) aufweisenden Ankermittel zwischen einer ersten Ankeranschlagposition an den Kernmitteln und einer bezogen auf die Ankerstößelmittel axial gegenüberliegend und/oder versetzt vorgesehenen zweiten Ankeranschlagposition bidirektional bewegbar geführt und durch Wirkung der Permanentmagnetmittel bistabil an den Ankeranschlagpositionen haltbar sind.The invention relates to an alternative power supply device comprising an electrical energy source connectable to a consumer in response to activation of electrically actuatable switch means (12; 50), in particular uninterruptible and / or buffer power supply means, said switch means comprising stationary coil means (22a, 22b; 46,48) and relative in response to an energization of the coil means movable and designed to switch actuation anchor means (12, 50), wherein the contact means (34a, 34b, 32; 58a - 58c, 60) provided for the switch operation and / or opening or closing of An armature means formed by contact means has permanent magnet means (14, 18, 52) which are designed to magnetically repel interaction with stationary core means (24, 42, 44) at least partially enclosed by the coil means in response to the energization, the diameters being opposite to those of the coil means permanent ma net reduced anchor tappet means (13; 56), between a first armature stop position on the core means and a second armature stop position axially oppositely and / or offset relative to the armature tappet means are bidirectionally movably guided and bistable at the armature stop positions by action of the permanent magnet means.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ersatzstromversorgungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine derartige Vorrichtung ist etwa in Form gängiger sogenannter unterbrechungsfreier Stromversorgungsvorrichtungen (USV) allgemein bekannt und weist eine für einen Versorgungsfall, etwa das Unterbrechen einer Netzspannungsversorgung, vorgesehene elektrische Energiequelle auf, die mittels der elektrisch betätigbaren Schaltermittel, üblicherweise realisiert in Form eines Relais, in einem solchen Unterbrechungsfall auf den elektrischen Verbraucher aufgeschaltet wird, um insoweit die weitere elektrische Energieversorgung dieses Verbrauchers sicherzustellen.The present invention relates to an alternative power supply device according to the preamble of the main claim. Such a device is generally known in the form of common so-called uninterruptible power supply devices (UPS) and has a for a supply case, such as the interruption of a mains voltage supply, provided electrical energy source, by means of electrically actuated switch means, usually realized in the form of a relay in one such an interruption case is switched to the electrical consumer to ensure the extent of the further electrical power supply of this consumer.

Neben der für den beabsichtigten Ersatzzweck geeigneten Ausgestaltung der Energiequelle kommt es bei gattungsgemäßen Ersatzstromversorgungsvorrichtungen insbesondere erfolgskritisch darauf an, die das Aufschalten der Energiequelle auf den Verbraucher bewirkenden Schaltermittel so auszugestalten, dass diese, bei häufig großen Strömen und/ oder hohen Spannungen, in kürzest möglicher Zeit die Verbindung zwischen dem Verbraucher und der elektrischen Energiequelle herstellen. Zusätzlich herausfordernd, im Hinblick auf eine als allgemein bekannt vorauszusetzende Realisierung solcher Schaltermittel mittels eines Relais, ist der Umstand, dass die Betätigung der Schaltermittel auf einen (im Regelfall unerwarteten) Ausnahmezustand beschränkt ist, was bedeutet, dass über häufig lange Zeiträume die Schaltermittel unbetätigt ruhen (wobei möglicher Alterungs- oder Degradationseffekte auftreten können), um dann in einem Störfall kurzfristig und funktionstreu betrieben werden zu müssen.In addition to suitable for the intended replacement purpose embodiment of the power source it comes in generic replacement power supply devices in particular critical to the switching of the power source to the consumer effecting switch means so that these, often with large currents and / or high voltages, in the shortest possible time establish the connection between the consumer and the electrical energy source. In addition, challenging, in view of a well-known implementation of such switch means by means of a relay, is the fact that the operation of the switch means is limited to a (usually unexpected) emergency, meaning that over often long periods the switch means will be inoperative (whereby possible aging or degradation effects may occur), in order to then have to be operated in the event of a fault at short notice and functionally correct.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, derartige gattungsgemäße und stationäre Spulenmittel sowie relativ dazu als Reaktion auf eine Bestromung dieser Spulenmittel zur Schalterbetätigung bewegbare Ankermittel aufweisende Ersatzstromversorungsvorrichtung im Hinblick auf ihr Betriebsverhalten, insbesondere für eine Notstrom-/Pufferspannungsversorgung, zu verbessern, dabei kurze Schaltzeiten und schnelle Schaltreaktionen in Verbindung mit einer Tauglichkeit für hohe Ströme bzw. Spannungen sicherzustellen und insbesondere auch die Voraussetzungen dafür zu schaffen, dass trotz langen unbetätigten bzw. Ruheperioden gleichwohl zuverlässig und reaktiv die Schalterbetätigung erfolgen kann.Object of the present invention is therefore to improve such generic and stationary coil means and relative thereto in response to energization of these coil means for switch actuation movable anchor means having spare power supply device with regard to their performance, especially for an emergency / Pufferspannungsversorgung, while short switching times and To ensure rapid switching reactions in conjunction with a suitability for high currents or voltages and in particular to create the conditions that despite long unoperated or rest periods nevertheless reliable and reactive switch operation can take place.

Die Aufgabe wird durch die Ersatzstromversorgungsvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved by the replacement power supply device having the features of the main claim; advantageous developments of the invention are described in the subclaims.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise sind zunächst die als Reaktion auf die Bestromung der stationären Spulenmittel bewegbaren und den Kontaktmitteln zugeordneten Ankermittel mit Permanentmagnetmitteln versehen, welche so zum (magnetischen) Zusammenwirken mit den Spulenmitteln sowie diesen stationär zugeordneten Kernmitteln ausgebildet sind, dass als Reaktion auf die Bestromung ein Spulenmagnetfeld magnetisch abstoßend auf die Permanentmagnetmittel (genauer: auf das durch diese gebildete Permanentmagnetfeld) wirkt und insoweit dann die Ankerbewegung zur elektrischen Kontaktgabe der Kontaktmittel auslöst.In an advantageous manner according to the invention, the armature means, which are movable in response to the energization of the stationary coil means and associated with the contact means, are provided with permanent magnet means which are designed for (magnetic) cooperation with the coil means as well as the core means stationarily associated therewith in response to the energization Coil magnetic field magnetically repulsive to the permanent magnet means (more precisely: on the permanent magnetic field formed by this) acts and in that respect the armature movement then triggers the electrical contact of the contact means.

Die Erfindung nimmt insoweit den scheinbaren Nachteil höherer bewegter Massen der Ankermittel (nämlich durch das ankerseitige Vorsehen der Permanentmagnetmittel), verbunden mit potentiell zusätzlichem Bauteileaufwand, in Kauf, um das vorteilhafte Verhalten ankerseitiger Permanentmagneten, nämlich kurze Schaltzeiten und schnelle Schaltreaktionen durch das erfindungsgemäße Abstoßen, für den vorliegenden Einsatzkontext der (unterbrechungsfreien) Ersatzstromversorgung zu nutzen.In this respect, the invention accepts the apparent disadvantage of higher moving masses of the anchor means (namely, by the armature-side provision of the permanent magnet means), associated with potentially additional component costs, for the advantageous behavior of anchor-side permanent magnets, namely short switching times and rapid switching reactions due to the repulsion according to the invention to use the existing operational context of the (uninterruptible) backup power supply.

Dieser Vorteil wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung zusätzlich dadurch unterstützt bzw. in einem vorteilhaften kurzen Anker-Bewegungshub (und damit Schaltweg) weitergebildet, als die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Ankermittel in Form (bevorzugt langgestreckter) Ankerstößelmittel und der dazu im Durchmesser verbreiterten Permanentmagnetmittel das Ausgestalten großflächiger magnetischer Abstoßungsflächen (nämlich zwischen einer kernseitigen Stirnfläche der Permanentmagnetmittel und einer ankerseitigen End- bzw. Stirnfläche der Kernmittel) gestattet, während die Ankerstößelmittel, üblicherweise endseitig, das Ausbilden geeigneter elektrisch kontaktierbarer bzw. für den Zweck der Verbindung der elektrischen Energiequelle ausgestalteter Kontakte (Kontaktmittel) gestatten.This advantage is additionally supported in the context of the present invention or further developed in an advantageous short armature movement stroke (and thus switching path), as the inventive design of the anchor means in the form (preferably elongated) Anerstößelmittel and the enlarged diameter in the permanent magnet means the design of a larger area magnetic repulsion surfaces (namely between a core-side end face of the permanent magnet means and an armature-side end face of the core means), while the armature tappet means, usually end, the formation of suitable electrically contactable or for the purpose of connection of the electrical energy source ausgestalteter contacts (contact means) allow.

Dabei ist erfindungsgemäß die konkrete Realisierung dieser Kontaktmittel nahezu beliebig möglich und insbesondere auch abhängig von einem jeweiligen Einsatzzweck und Anwendungskontext gestaltbar; neben einer unmittelbaren Realisierung etwa eines Schalterkontakts an oder auf den Ankerstößelmitteln (dann zum geeigneten Zusammenwirken mit einem stationären Gegenkontakt zum Bewirken eines Ein- Aus-Schalters) ist es insbesondere auch möglich, eine Umschalterfunktionalität zu realisieren; auch können die Ankerstößelmittel so ausgebildet sein, dass diese nicht unmittelbar, sondern indirekt das Schließen oder Öffnen eines mit den Kontaktmitteln realisierten Kontakts bewirken. Auch ist eine derartige Betätigung der Schaltermittel nicht notwendigerweise mechanisch und/oder berührend, so kann es insbesondere auch von Weiterbildungen der Erfindung umfasst sein, die Ankermittel berührungslos mit etwa magnetisch betätigbaren Kontaktmitteln zusammenwirkend vorzusehen (etwa in Form gängiger Reed-Kontakte), wobei hier, insoweit synergistisch, auch wiederum das Permanentmagnetfeld der ankerseitigen Permanentmagneten für eine derartige Kontaktgabe genutzt werden kann.In this case, according to the invention, the concrete realization of these contact means is almost arbitrarily possible and, in particular, can also be designed as a function of a respective intended use and application context; In addition to an immediate implementation of, for example, a switch contact on or on the anchor plunger means (then for suitable interaction with a stationary counter contact for effecting an on-off switch), it is also possible to realize a switch functionality; The armature tappet means may also be designed such that they do not directly but indirectly cause the closing or opening of a contact realized with the contact means. Also, such an actuation of the switch means is not necessarily mechanical and / or touching, so it may in particular also be included by developments of the invention, the anchor means Non-contact with about magnetically actuated contact means cooperatively provide (for example in the form of common reed contacts), in which case synergistically, in turn, the permanent magnetic field of the armature permanent magnets can be used for such a contact.

Die erfindungsgemäße bistabile Ausgestaltung der Ersatzstromversorgungsvorrichtung dergestalt, dass, stromlos stabil, die Ankermittel (durch Wirkung der Permanentmagnetmittel) an den Ankeranschlagpositionen halten (haften), ermöglicht nicht nur stabile und kontaktsichere Stell- und Schaltpositionen der Ankermittel, auch benötigt auf diese Weise etwa der einem Aktivierungs- bzw. Verbindungszustand der elektrischen Energiequelle zuzuordnende zweite Ankeranschlag (zweite Ankeranschlagposition), diese Position stromlos stabil zu halten, ohne dass es einer (dauerhaften) Bestromung der Spulenmittel bedarf; insoweit genügt zum Herstellen dieses Verbindungszustands zur Energiequelle ein die Ankerbewegung von der ersten Anschlagposition (üblicherweise auch als Ruheposition gewählt) zur zweiten Ankeranschlagposition bewirkender Bestromungsimpuls.The inventive bistable design of the replacement power supply device such that, hold electromagnetically stable, the anchor means (by action of the permanent magnet means) at the anchor stop positions (adhere), not only allows stable and contact-safe control and switching positions of the anchor means, also needed in this way about the one Activation or connection state of the electrical energy source to be assigned second anchor stop (second anchor stop position) to keep this position currentless stable, without the need for a (permanent) energization of the coil means; To that extent, sufficient to produce this connection state to the energy source, the armature movement from the first stop position (usually also selected as rest position) to the second anchor stop position causing energization pulse.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen bidirektionalen Bewegbarkeit der Ankermittel würde dann eine weitere (typischerweise auch bevorzugt impulsförmige) Bestromung die Ankermittel wieder zurück in die erste Ankeranschlagposition versetzen und insoweit dann, etwa bei einem Wieder-Aktivieren regulärer Energiequellen, die erfindungsgemäße Ersatzstromversorgungsvorrichtung in einen Ruhezustand zurückführen, bevor eine erneute Auslösung erfolgen kann.In the context of the bidirectional mobility of the anchoring means according to the invention, a further (typically preferably pulse-shaped) energization would then return the armature means back to the first armature stop position and then, for example upon re-activation of regular energy sources, return the backup power supply device according to the invention to an idle state a re-triggering can take place.

Diese bidirektionale Bewegbarkeit der Ankermittel ist einerseits elegant und mit geringem Aufwand realisierbar, indem die Spulenmittel eine zum Umpolen angesteuerte oder ansteuerbare Spule aufweisen. Ein derartiges Umpolen ist dann in besonders einfacher Weise durch entsprechende, einer solchen Spule vorgeschaltete Ansteuerelektronik realisierbar: Dabei ist es nicht zwingend notwendig, dass eine solche Spule dann die einzige Spule im Rahmen der erfindungsgemäßen Spulenmittel sein muss, oder aber dass diese (umpolbare) Spule lediglich einen einzigen Spulenkörper aufweist. Vielmehr wird der Fachmann entsprechend dem jeweils gewünschten bzw. erforderlichen Kraft- und Beschleunigungsverhalten im Aktivierungsfall und einem notwendigen Schalthub geeignete Varianten einrichten.This bidirectional mobility of the anchor means is on the one hand elegant and can be realized with little effort by the coil means having a reversed polarity or controllable coil. Such a polarity reversal can then be implemented in a particularly simple manner by means of appropriate control electronics connected upstream of such a coil: It is not absolutely necessary for such a coil to be the only coil in the coil means according to the invention, or for this coil to be reversible only has a single bobbin. Rather, the person skilled in the art will set up suitable variants according to the respective desired or required force and acceleration behavior in the case of activation and a necessary switching stroke.

Dabei ist gleichwohl im Rahmen der eine Umpolung der Spule vorsehenden Erfindungsvariante die Lösung bevorzugt, auf axial gegenüberliegenden Seiten der Spule und/oder einer dieser Spule zugeordneten Kernbaugruppen jeweils Permanentmagnetmittel, weiter bevorzugt jeweils in Form scheibenförmiger Permanentmagnete, vorzusehen, welche - durch die Spule hindurch - mittels der Ankerstößelmittel verbunden sind. Auf diese Weise entsteht im Hinblick auf das erfindungsgemäß vorteilhafte Abstoßen ein in beide Bewegungsrichtungen der Ankermittel vorteilhaftes schnelles Schaltverhalten, sodass gemäß dieser Erfindungsvariante nicht nur das Aufschalten der elektrischen Energiequelle im Unterbrechungs- und Störfall mit hoher Geschwindigkeit erfolgt, sondern diese Verbindung dann auch gleichermaßen schnell - durch Umpolung der Spule - wieder gelöst werden kann, indem gegenüberliegende Permanentmagnetmittel gleichermaßen abstoßend wirken.Nevertheless, in the context of the polarity reversal of the coil providing invention variant, the solution is preferably on each of axially opposite sides of the coil and / or a coil associated core assemblies each permanent magnet means, more preferably each in the form of disc-shaped permanent magnets provide, which - through the coil - are connected by means of Ankerstößelmittel. In this way, with regard to the inventively advantageous repulsion arises in both directions of movement of the anchor means advantageous fast switching behavior, so according to this invention variant not only the connection of the electrical energy source in the event of interruption and failure occurs at high speed, but this connection then equally fast - by reversing the polarity of the coil - can be solved again by opposing permanent magnet means equally repulsive effect.

Gleichermaßen bevorzugt im Rahmen vorteilhafter Weiterbildungen ist es, einen axial zwischen zwei Spulen gebildeten (aufgespannten) Raum als Ankerbewegungsraum auszugestalten, wobei hier dann die Ankeranschlagpositionen durch jeweilige, aufeinander gerichtete Stirnflächen der zwei Spulen (bzw. zugehöriger stationärer Kernbaugruppen) gebildet werden. Um insoweit eine Betätigung (axial im Regelfall außenliegender) Kontaktmittel zu ermöglichen, ist weiterbildend vorgesehen, mit mindestens einer dieser Spulen (weiter bevorzugt axial) die Ankerstößelmittel zu durchdringen, sodass dann wiederum, weiter bevorzugt endseitig an den Ankerstößelmitteln, geeignete Kontaktbetätigungen (wie oben in verschiedenen Varianten beschrieben) erfolgen können.Equally preferred in the context of advantageous developments is to design an axially formed between two coils (clamped) space as the armature movement space, in which case the anchor stop positions are formed by respective successive faces of the two coils (or associated stationary core assemblies). In order to enable actuation (axially as a rule outboard) of contact means, provision is made for at least one of these coils (more preferably axially) to penetrate the anchor plunger means, so that in turn, more preferably terminally to the anchor plunger means, suitable contact actuations (as in above described different variants) can be done.

Gerade die Ausbildung eines Ankerbewegungsraums zwischen zwei Spulen eröffnet zusätzlich die Möglichkeit, durch geeignete Spulenansteuerung (welche weiter bevorzugt impulsförmig bzw. geeignet pulsweitenmoduliert sein kann), die Ankermittel in eine Zwischenposition zwischen der ersten und der zweiten Ankeranschlagsposition zu bringen, was etwa dann sinnvoll ist, wenn, in der Art eines Umschalters, die erfindungsgemäßen Kontaktmittel bei den Ankeranschlagpositionen jeweils definierte Kontaktsituationen einnehmen. In einer derartigen Zwischenposition könnte dann beispielsweise der Betriebszustand erzeugt werden, dass kein Kontakt geschlossen ist.Especially the formation of an armature movement space between two coils additionally opens up the possibility of bringing the armature means into an intermediate position between the first and the second armature stop position by suitable coil activation (which can be further pulse-shaped or suitably pulse-width modulated, which makes sense, for example). if, in the manner of a change-over switch, the contact means according to the invention occupy respectively defined contact situations at the anchor stop positions. In such an intermediate position, for example, the operating state could then be generated such that no contact is closed.

In erfindungsgemäß vorteilhafter und die Erfindung weiterbildender Weise können die Permanentmagnetmittel als Permanentmagnetkörper nahezu beliebig ausgestaltet bzw. in jeweils benötigte Formen und Konturen gebracht werden. Gleichwohl hat es sich weiterbildend vorteilhaft als bevorzugt herausgestellt, die Permanentmagnetmittel, in der Art einer Permanentmagnetscheibe, flach und scheibenförmig auszugestalten und diese axial ein- oder beidends und vorteilhaft flächig von Flussleitmitteln in Form geeigneter Metallscheiben einzufassen (wofür es dann zum Vermeiden eines permanentmagnetischen Kurzschlusses sinnvoll ist, die Permanentmagnetmittel axial bzw. achsparallel magnetisiert auszurichten). Eine derartige geschichtete Scheibenanordnung gestattet dann das einfache und vorteilhafte Ausgestalten eines Arbeitsluftspalts zu einem (radial umgebenden) magnetisch leitenden Gehäuseabschnitt, sodass insoweit ein magnetischer Flusskreis über einen solchen magnetisch flussleitenden Gehäuseabschnitt vorteilhaft geschlossen werden kann.In accordance with the invention and further developing the invention, the permanent magnet means can be designed as a permanent magnet body almost arbitrarily or brought into any required shapes and contours. Nevertheless, it has turned out to be advantageously advantageous to design the permanent magnet means, in the manner of a permanent magnet disc, flat and disk-shaped and enclose them axially one or both ends and advantageously flat by flux conductors in the form of suitable metal discs (for which purpose it is then useful to avoid a permanent magnetic short circuit is the Align permanent magnet means axially or axially parallel magnetized). Such a layered disk arrangement then permits the simple and advantageous design of a working air gap to a (radially surrounding) magnetically conductive housing section, so that insofar as a magnetic flux circuit can be advantageously closed via such a magnetically flow-conducting housing section.

Aufgrund der spröden Materialeigenschaften gängiger Permanentmagnetmaterialien ist es zusätzlich weiterbildend vorteilhaft, nicht nur die (bevorzugt scheibenförmig ausgebildeten) Permanentmagnetmittel axial ein- oder beidends von den Flussleitscheiben einzufassen, auch kann besonders bevorzugt eine solche Anordnung radial außen- bzw. randseitig von einer weiter bevorzugt ringartigen (und selbst magnetisch nicht leitenden) Verkapselung eingefasst sein, damit etwa in einem Anschlagbetrieb das Anschlagen bzw. Aufprallen der Ankermittel mit den Permanentmagnetmitteln an einem Kernbereich zu keinen impulsbedingten Beschädigungen des Permanentmagnetmaterials führt.Due to the brittle material properties of common permanent magnet materials, it is additionally advantageous not only to surround the (preferably disc-shaped) permanent magnet means axially or at both ends of the flow guide disks, also particularly preferably such an arrangement radially outside or at the edge of a more preferably ring-like ( and even magnetically non-conductive encapsulation be enclosed so that approximately in a stop operation, the striking or bouncing of the anchor means with the permanent magnet means at a core region leads to no pulse-induced damage to the permanent magnet material.

Unabhängig davon (oder auch in Verbindung mit derartigen Kapsel- und Schutzmaßnahmen) können ergänzend Maßnahmen vorgesehen sein, welche einen Ankermittelanschlag am gegenüberliegenden Ende (etwa der zweiten Ankeranschlagposition) dämpfen. Dies kann einerseits in ansonsten bekannter Weise durch das Vorsehen mechanischer Mittel, wie etwa Federn, Dämpfungskörpern oder der gleichen geschehen, ergänzend oder alternativ durch geeignete elektronische Ansteuerung der Spulenmittel, welche etwa, im Rahmen der die Bewegung bewirkenden Bestromung, nach einem ersten beschleunigenden Impuls kurz vor einem Auftreffen der Ankermittel am (gegenüberliegenden) Anschlag eine umgepolte Bestromung oder der gleichen elektronischen Dämpfungs- bzw. Bremseffekt erzeugen.Regardless of (or in conjunction with such capsule and protective measures) may be provided in addition measures which dampen an anchor stop means at the opposite end (such as the second anchor stop position). This can happen on the one hand in an otherwise known manner by the provision of mechanical means such as springs, damping bodies or the same, in addition or alternatively by suitable electronic control of the coil means, which, for example, within the movement causing energization, after a first accelerating pulse shortly generate an inverted current or the same electronic damping or braking effect before striking the anchor means on the (opposite) stop.

Wiederum unabhängig davon oder in Verbindung mit diesen Maßnahmen kann zusätzlich das Abstoßungs- bzw. Beschleunigungsverhalten der Ankermittel als Reaktion auf die Bestromung beeinflusst werden durch Kraftspeichermittel, etwa zwischen den Ankermitteln und einem Kernbereich geeignet vorgesehenen Federmitteln, welche die Ankermittel bereits in der vorgesehenen Bewegungsrichtung vorspannen und insoweit eine (permanentmagnetische) Haftkraft, mit welcher die Ankermittel an der ersten Anschlagsposition halten bzw. haften, zum Zweck einer verbesserten Beschleunigung herabsetzen.Again, regardless of or in conjunction with these measures, the repulsion or acceleration behavior of the anchor means in response to the energization can additionally be influenced by force storage means, such as between the anchor means and a core portion suitably provided spring means, which already bias the anchor means in the intended direction of movement and insofar as a (permanent magnetic) adhesive force with which the anchor means hold or adhere to the first stop position, reduce for the purpose of improved acceleration.

Wiederum in Verbindung mit den vorbeschriebenen weiterbildenden Maßnahmen, alternativ auch isoliert, ist es im Rahmen weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen, den Ankermitteln Mittel zur Ankerpositions- bzw. Ankerbewegungserfassung zuzuordnen, mit dem Zweck, etwa eine (erfolgte) Ankerbewegung und damit die beabsichtigte Kontaktgabe zuverlässig detektieren zu können. Während es sich im Hinblick auf die erfindungsgemäßen ankerseitigen Permanentmagnetmittel anbietet, derartige Positions- bzw. Bewegungserfassungsmittel stationär und zum magnetischen Zusammenwirken mit den Permanentmagnetmitteln vorzusehen, kann es alternativ, insbesondere auch beim Vorsehen einer Mehrzahl von Spulenmitteln, sinnvoll sein, eine derartige Bewegungs- bzw. Positionsdetektion dadurch vorzunehmen, dass in einer (aktuell) unbestromten Spule die durch die Anker- und Permanentmagnetbewegung induzierte Spannung gemessen und für die Erfassungszwecke ausgewertet wird.Again in conjunction with the above-described further development measures, alternatively also isolated, it is provided within the scope of further advantageous embodiments of the invention, the anchor means allocate means for Ankerpositions- or anchor movement detection, with the purpose, such as a (made) anchor movement and thus the intended contact to detect reliably. While it is appropriate, with regard to the armature-side permanent magnet means according to the invention, to provide such position or movement detection means stationary and for magnetic interaction with the permanent magnet means, it may alternatively be useful, in particular also when providing a plurality of coil means, such a movement or Position detection carried out by measuring the voltage induced by the armature and permanent magnet motion in a (currently) de-energized coil and evaluated for the detection purposes.

Im Ergebnis ermöglicht es die vorliegende Erfindung in überraschend einfacher und eleganter Weise, das vorteilhafte Beschleunigungs- und Bewegungsverhalten von durch Abstoßung angetrieben und Permanentmagnetmittel aufweisenden Ankermitteln für die Zwecke einer Ein-/Ausschaltung von Ersatzstromquellen zu nutzen. Zusätzlich gestattet die vorliegende Erfindung das einfache und betriebssichere Realisieren nicht nur einer bidirektionalen Ankerbewegung, sondern sorgt, aufgrund permanentmagnetischer Haftkräfte an jeweiligen Anker-Anschlagspositionen, auch für eine einfache und stromlose Bistabilität.As a result, the present invention makes it possible in a surprisingly simple and elegant manner to utilize the advantageous acceleration and movement behavior of repulsion-driven and permanent magnet means having anchoring means for the purpose of switching on / off of backup power sources. In addition, the present invention permits simple and reliable implementation of not only bidirectional armature movement, but also provides for easy and currentless bistability due to permanent magnetic adhesion forces at respective armature abutment positions.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen;Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings;

Diese zeigen in:

1 eine schematische Längsschnittansichtansicht durch die Ersatzstromversorgungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit zwei axial beidseits der zentral vorgesehenen Spulenmittel vorgesehenen Permanentmagnetscheiben und
2 eine schematische Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher zwei Spulen einen Ankerbewegungsraum für die Ankermittel zwischen sich aufspannen und jeweilige Ankeranschlagpositionen samt einer möglichen Mittelposition definieren.

These show in:

1 a schematic longitudinal sectional view through the spare power supply device according to a first embodiment of the invention with two axially on both sides of the centrally provided coil means provided permanent magnet discs and
2 a schematic longitudinal sectional view of a second embodiment of the invention, in which two coils span an armature movement space for the anchor means between them and define respective anchor stop positions including a possible center position.

Die Schemaansicht der 1 zeigt im Längsschnitt ein hohlzylinderisches, magnetisch leitendes Gehäuse 10 in welchem eine Ankereinheit 12, aufweisend ein Paar von jeweils endseitig an einem langgestreckten Ankerstößel 13 vorgesehenen Permanentmagnetscheiben 14 bzw. 18 gehalten sind, welche jeweils wiederum axial von metallischen Flussleitscheiben 16 bzw. 20 eingefasst sind. Mittels dieser Flussleitscheiben wird ein permanentmagnetischer Flusskreis zum umgebenden Gehäuse gebildet, wobei die Ankereinheit 12 antreibende magnetische Arbeit durch Bestromung einer Spulenanordnung aus (auf nicht gezeigten Spulenträgern gehaltenen) Spulenwicklungen 22a, 22b entsteht. Genauer gesagt übt die Wicklung 22a über einen zugeordneten stationären Kernabschnitt 26 (als Teil stationärer und sich durch die Spulenanordnung erstreckender Kernmittel 24) eine magnetische Kraft auf die gegenüberliegende Permanentmagnetscheibe 14 aus, während, axial gegenüberliegend, die Kern-Stirnfläche 28 mit der Permanentmagnetscheibe 18 zusammenwirken kann. Um zudem jeweils getrennte bzw. einander nicht beeinflussende magnetische Flusskreise der jeweiligen Wicklungen 22a, 22b zu ermöglichen, ist im mittleren Bereich mittels des sich radial erstreckenden Jochkernabschnitts 30 eine Verbindung von der Kernbaugruppe 24 zum umliegenden Gehäuse 10 magnetisch leitend geschaffen.The schema view of 1 shows in longitudinal section a hollow cylindrical, magnetically conductive housing 10 in which an anchor unit 12 comprising a pair of each end to an elongated anchor tappet 13 provided permanent magnet discs 14 respectively. 18 are held, which in turn each axially of metallic flow guide disks 16 respectively. 20 are enclosed. By means of these flux guide becomes a permanent magnetic circuit formed to the surrounding housing, wherein the armature unit 12 driving magnetic work by energizing a coil assembly (held on spool carriers not shown) coil windings 22a . 22b arises. More specifically, the winding 22a has an associated stationary core portion 26 (As part of stationary and extending through the coil assembly core means 24), a magnetic force on the opposite permanent magnet disc 14 out, while, axially opposite, the core end face 28 with the permanent magnet disc 18 can interact. In addition, each separate or non-influencing magnetic flux circuits of the respective windings 22a 22b is in the middle region by means of the radially extending yoke core section 30 a connection from the core assembly 24 to the surrounding housing 10 created magnetically conductive.

Wie die Schemaansicht der 1 zusätzlich verdeutlicht, ist (hier) einends der Stößel 13 mit einem Schaltkontakt 32 verbunden, welcher in der schematisch gezeigten Weise eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen 34a, 34b schließen bzw. öffnen kann; die Schemadarstellung der 1 verdeutlicht bei der gezeigten rechtsseitigen Position der Ankermittel 12 insoweit den geöffneten Schalterzustand der Baugruppe 32, während die gestrichelte Linie, bei entsprechend linksseitig verschobener Ankereinheit 12, einen geschlossenen Kontaktzustand symbolisiert.Like the schema view of 1 additionally clarified, is (here) one of the plunger 13 with a switching contact 32 connected, which in the manner schematically shown an electrical connection between the terminals 34a . 34b can close or open; the schema representation of 1 clarified in the illustrated right-hand position of the anchor means 12 insofar as the opened switch state of the module 32 , while the dashed line, in accordance with the left-side shifted anchor unit 12 , symbolizes a closed contact state.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass die Betriebsposition der 1 einem den Kontakt 32 öffnenden Ruhezustand der Vorrichtung entspricht. Entsprechend ist eine mittels der Anschlüsse 34a, 34b ermöglichte elektrische Verbindung zu einer (nicht gezeigten) elektrische Energiequelle, etwa einer für Zwecke der Notstrom- bzw. Pufferversorgung geeignet eingerichteten Batterie, unterbrochen.In the exemplary embodiment shown, it is assumed that the operating position of the 1 one the contact 32 opening resting state of the device corresponds. Accordingly, one is by means of the connections 34a . 34b enabled electrical connection to a (not shown) electrical energy source, such as a suitable for emergency backup or buffer supply battery, interrupted.

Im Fall einer Aktivierung und entsprechend einem beabsichtigtem Schließen des Kontakt 32 erfolgt eine Bestromung der Spulenwicklung 22b so, dass der daraufhin erzeugte elektromagnetische Fluss abstoßend auf die Permanentmagnetscheibe 18 wirkt. Genauer gesagt ist diese abstoßende Kraft so groß, dass nicht nur eine (permanentmagnetische) Haftkraft der Permanentmagnetscheibe 18 am Kernabschnitt 28 überwunden wird, vielmehr verdängt der elektromagnetische Fluss der bestromten Spule 22b diesen permanentmagnetischen Fluss und treibt den Anker in der Figurenebene nach links in Richtung des offenen Endes des Gehäuses 10. Der Stößel 13 nimmt bei dieser Ankerbewegung den Schaltkontakt 32 mit, sodass eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktanschlüssen 34a, 34b geschlossen werden kann.In the case of activation and according to intentional closure of the contact 32 energization of the coil winding 22b takes place so that the subsequently generated electromagnetic flux is repulsive to the permanent magnet disk 18 acts. More specifically, this repulsive force is so great that not only a (permanent magnetic) holding force of the permanent magnet disc 18 at the core section 28 is overcome, but instead displaces the electromagnetic flux of the energized coil 22b this permanent magnetic flux and drives the anchor in the plane of the figure to the left towards the open end of the housing 10 , The pestle 13 takes the switch contact with this armature movement 32 with, so that an electrical connection between the contact terminals 34a . 34b can be closed.

Zusätzlich kann bei diesem Betrieb die Spulenwicklung 25a so bestromt werden (und zwar entweder gemeinsam mit einer Bestromung der Wicklung 22b, jedoch bei unterschiedlicher Bewicklungsrichtung, alternativ auch durch gesonderte Bestromung), dass der elektromagnetische Fluss durch die Spulenwicklung 22a eine anziehende Wirkung auf die Permanentmagnetscheibe 14 ausübt, insoweit ein rechtseitigen Bereich des Gehäuses fließender Magnetfluss zusätzlich die Ankerbewegung unterstützt.In addition, in this operation, the coil winding 25a be energized (either together with an energization of the winding 22b , but with different winding direction, alternatively by separate energization) that the electromagnetic flux through the coil winding 22a an attractive effect on the permanent magnet disc 14 Exercises, as far as a right-side region of the housing flowing magnetic flux additionally supports the armature movement.

Kommt dann die Permanentmagnetscheibe 14 (mit beidseits anliegenden Flussleitscheiben 16 ) zum Anschlag am zugehörigen Kern- Stirnbereich 26, ist insoweit die den Kontakt 32 schließende (zweite) Ankeranschlagposition erreicht. Zusätzlich sorgt eine permanentmagnetische Anziehung zwischen der Permanentmagnetscheibe 14 und dem Kernabschnitt 26 dafür, dass selbst in einem unbestromten Zustand der Spuleneinheiten die Ankereinheit 12 stromlos stabil in dieser Anschlagposition verbleibt, sodass insbesondere auch stabil der Kontakt 32 geschlossen bleibt, bis durch umgekehrtes Bestromen der Spule 22a (für ein Abstoßen), ggf. unterstützt durch ein Anziehen der Spulenwicklung 22b, dann wiederum eine umkehrte Ankerbewegung zurück in die Ausgangssituation der 1 erfolgt, wodurch dann der Kontakt 32 geöffnet wird. Auch diese Position ist durch das erläuterte permanentmagnetische Haften der Scheibe 18 am Kernabschnitt 28 stromlos stabil.Then comes the permanent magnet disc 14 (with flow guide disks on both sides 16 ) to stop at the associated core end region 26, so far as the contact 32 closing (second) anchor stop position reached. In addition, a permanent magnetic attraction between the permanent magnet ensures 14 and the core section 26 that even in a de-energized state of the coil units, the armature unit 12 remains stable in this stop position without current, so that in particular stable contact 32 remains closed until by reversely energizing the coil 22a (for a repulsion), possibly supported by a tightening of the coil winding 22b , then turn an inverted anchor movement back to the starting position of the 1 takes place, whereby then the contact 32 is opened. This position is also explained by the permanent magnetic adhesion of the disc 18 at the core section 28 currentless stable.

Die schematische Darstellung der 2 illustriert eine alternative Ausführungsform der Ersatzstromversorgungsvorrichtung, wobei hier eine Ankereinheit 50, bestehend aus einer einzelnen auf einem langgestreckten Stößel 56 gehaltenen Permanentmagnetscheibe 52, wiederum mit axial beiseitigen Flussleitscheiben 54 zwischen Anschlagpositionen bewegt werden kann, welche axial einends (in der 2 linksseitig) durch einen Kernabschnitt 42 und gegenüberliegend durch einen Kernabschnitt 44 bestimmt werden. Wiederum sind diese Kernabschnitte magnetisch flussleitend mit einem hohlzylinderischen Außengehäuse 40 verbunden, sodass, wie im Ausführungsbeispiel der 1, eine prinzipiell radialsymetrische Anordnung entsteht.The schematic representation of 2 illustrates an alternative embodiment of the replacement power supply device, here an anchor unit 50 consisting of a single on an elongated plunger 56 held permanent magnet disc 52 , again with axial flow control disks on both sides 54 between stop positions can be moved, which axially at one end (in the 2 left side) through a core section 42 and opposite through a core section 44 be determined. Again, these core sections are magnetically flux-conducting with a hollow cylindrical outer casing 40 connected, so that, as in the embodiment of 1 , a principle radially symmetrical arrangement arises.

Jeweils außenliegende Spulen 46 bzw. 48 erzeugen als Reaktion auf eine Bestromung eine jeweils abstoßend auf die Permanentmagnetscheibe 52 wirkende Kraft, wobei die jeweils gegenüberliegende Spule, bei geeigneter Beschaltung bzw. geeignet gepolter Bestromung, zusätzlich anziehend wirken kann. Der Stößel 56 erstreckt sich beidends durch in den Spulen 46 bzw. 48 (genauer: diesen zugeordnete und nicht im Details gezeigte Spulenträger) gebildete axiale Lagerdurchbrüche, sodass, entsprechend einem jeweiligen Bestromungszustand, die Permanentmagnetmittel 52 der Ankereinheit 50 im zwischen den Kernabschnitten 42 und 44 axial aufgespannten Ankerbewegungsraum 45 bewegt werden können. Each outer coils 46 respectively. 48 generate in response to an energization each repulsive to the permanent magnet disc 52 acting force, wherein the respective opposite coil, with appropriate wiring or suitable polarized current, can additionally attract. The pestle 56 extends at both ends in the coils 46 and 48 (more precisely, these associated and not shown in detail coil carrier) formed axial bearing breakthroughs, so that, corresponding to a respective Bestromungszustand, the permanent magnet means 52 the anchor unit 50 in between the core sections 42 and 44 axially clamped armature movement space 45 can be moved.

Das Ausführungsbeispiel der 2 zeigt zudem einen Schaltkontakt 60, der, wiederum einends endseitig am Stößel 56 befestigt, zum Verbinden eines Kontakt 58a in der Art des Umschalters mit zwei alternativen Kontakten 58b und 58c verbunden werden kann. Dies ermöglicht, über das Ein-/Ausschaltverhalten der 1, zusätzliche Verbindungs- und Schaltfunktionalitäten, wobei die gestrichelte Linie 62 in 2 eine zusätzliche Weiterbildungsmöglichkeit erläutert, nämlich eine möglich Mittelposition der Permanentmagnetscheibe 42 im Ankerbewegungsraum 45, außerhalb jeglichen Anschlags sowohl am Kernabschnitt 42, als auch am Kernabschnitt 44. Eine derartige Zwischenposition, welche insoweit dann den Anschluss 58a sowohl vom Anschluss 58b als auch vom Anschluss 58c trennt, lässt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere durch eine gepulste bzw. impulsförmige (umgepolte) Bestromung der Wicklungen 46 und 48 erreichen.The embodiment of 2 also shows a switching contact 60 , which, in turn, at one end of the pestle 56 attached, for connecting a contact 58a in the way of the switch with two alternative contacts 58b and 58c can be connected. This allows, via the on / off behavior of the 1 , additional connection and switching functionalities, where the dashed line 62 in 2 an additional training opportunity explained, namely a possible center position of the permanent magnet disc 42 in the armature moving space 45, outside of any stop both at the core portion 42 , as well as at the core section 44 , Such an intermediate position, which in this respect then the connection 58a both from the connection 58b as well as from the connection 58c separates, can be in the illustrated embodiment, in particular by a pulsed or pulsed (reversed polarity) energization of the windings 46 and 48 to reach.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind rein exemplarisch und zeigen lediglich plausible Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Ersatzstromversorgungsvorrichtung zu realisieren. Dabei sind sowohl zahlreiche Varianten der mechanischen und/oder geometrischen Ausgestaltung der Vorrichtungen möglich, auch über die konkreten radialsymmetrischen Ausführungsbeispiele der 1 und der 2 hinaus, wie auch stationäre Spulenanordnungen und ankerseitige Permanentmagnetanordnungen geeignet variiert werden können.The illustrated embodiments are purely exemplary and show only plausible ways to implement the inventive replacement power supply device. Both numerous variants of the mechanical and / or geometric design of the devices are possible, also on the concrete radially symmetrical embodiments of the 1 and the 2 In addition, as well as stationary coil assemblies and armature-side permanent magnet arrangements can be suitably varied.

Claims

A back-up power supply device having an electrical energy source connectable to a consumer in response to activation of electrically operable switch means (12; 50), in particular uninterruptible and / or buffer power supply means, said switch means comprising stationary coil means (22a, 22b; 46,48) and relatively thereto in response to an energization of the coil means movable and designed for switch actuation anchor means (12, 50), characterized in that provided with contact means (34a, 34b, 32; 58a - 58c, 60) for the switch operation and / or opening or closing of contact means permanent magnet means (14, 18, 52), which are designed for magnetically repulsive interaction with stationary, at least partially surrounded by the coil means core means (24, 42, 44) in response to the energization, wherein in a diameter relative to the permanent magnet means reduced anchor tappet means (13; 56), are bidirectionally movably guided between a first armature stop position on the core means and a second armature stop position provided axially opposite and / or offset with respect to the armature tappet means and bistable at the armature stop positions by the action of the permanent magnet means.

Device after Claim 1 , characterized in that the coil means comprise a reversible or reversible coil for reversing polarity, wherein the replacement power supply device is arranged so that the magnetic repulsion causes the switching operation.

Device after Claim 2 , characterized in that the anchor means comprise two on axially opposite sides of the coil (22a, 22b) and / or one of these associated core assembly (24), preferably disc-shaped permanent magnet assemblies (14, 18) by means of which axially through the coil means extending therethrough Anerstößelmittel are interconnected.

Device according to one of Claims 1 to 3 characterized in that the coil means comprise at least two separate and / or opposite polarity bidirectional driven or controllable coils (46, 48) axially spaced apart an armature movement space (45) for the anchor means between them and the armature stop positions against the Coils are formed.

Device after Claim 4 characterized in that the armature tappet means (56) extend through at least one of the coils and are preferably sized to extend into and / or extend through the at least two coils in the first and second armature abutment positions.

Device after Claim 4 or 5 , characterized in that the coil means are connected and / or controlled so that the anchor means in an axial intermediate position (62) between the first and the second anchor stop position are movable and durable there, in particular by a pulse-shaped and / or pulse-width modulated current supply of at least two coils.

Device according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the one axially magnetized and preferably a disc-shaped permanent magnet body (14, 18, 52) having permanent magnet means axially at least one end, more preferably at both ends, with magnetic flux guide means (16, 20, 54) are provided.

Device after Claim 7 , characterized in that radially outwardly and / or peripherally of the disc-shaped permanent magnet body and the disk-shaped flux guide means for enclosing and / or encapsulating the permanent magnet body, preferably in the form of a circumferential ring, are provided.

Device according to one of Claims 1 to 8th characterized by damping means for a stop and / or impact damping of the anchor means at the second anchor stop position, which are preferably realized by the coil means upstream electronic drive means and / or by means for mechanical damping.

Device according to one of Claims 1 to 9 characterized by means for Ankerpositions- and / or movement detection, which are preferably designed for magnetic interaction with the permanent magnet means.