DE19901120A1

DE19901120A1 - Magnetischer Antrieb für eine Betätigungseinrichtung, insbesondere ein Schaltgerät

Info

Publication number: DE19901120A1
Application number: DE1999101120
Authority: DE
Inventors: Hauke Peters
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 2000-07-20

Abstract

Es wird ein magnetischer Antrieb mit Permanentmagneten für eine Betätigungseinrichtung, insbesondere ein Schaltgerät, mit folgenden Merkmalen vorgeschlagen: DOLLAR A a) der magnetische Antrieb weist ein Gehäuse (2, 3, 4) mit zwei sich beabstandet gegenüberliegenden Scheiben (5, 6) auf, DOLLAR A b) im Raum zwischen beiden Scheiben (5, 6) ist ein mit einer Betätigungsstange (7) verbundener, gegenüber dem Gehäuse (2, 3, 4) translatorisch beweglicher Anker (8) angeordnet, wobei die Betätigungsstange das Gehäuse durchbricht und vom Gehäuse gelagert/geführt wird und die beiden Endlagen des Ankers bzw. der Betätigungsstange durch die Scheiben begrenzt werden, DOLLAR A c) beide Scheiben (5, 6) und der Anker (8) weisen mehrere sektorförmige Permanentmagnete auf, wobei jeweils benachbarte Permanentmagnete unterschiedliche magnetische Polung haben und die derart gebildete magnetische Polteilung für beide Scheiben und den Anker gleich ist, DOLLAR A d) mit Hilfe einer Drehvorrichtung (9) erfolgt eine Verdrehung von Gehäuse (2, 3, 4) und Anker (8) relativ zueinander um jeweils eine magnetische Polteilung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Antrieb für eine Betätigungsein richtung, insbesondere ein Schaltgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung kann beispielsweise bei Leistungsschaltern mit Vakuumkammern oder ande ren Schaltgeräten mit geringem Energiebedarf verwendet werden.

Elektrische Schaltanlagen zur Energieverteilung bestehen aus einer anwendungsspezi fischen Kombination verschiedener Schaltgeräte, darunter auch Leistungsschalter zum Ein- und Ausschalten von Nenn- und Fehlerströmen der Schaltanlage. Zum Öffnen und Schließen der Schaltkontakte eines Leistungsschalters ist ein Antriebssystem erforder lich, das genügend Energie für ein sicheres Betätigen der Kontakte im Kurzschlußfall zur Verfügung stellt und beim Ausschalten von Kurzschlußströmen eine ausreichende Kontaktgeschwindigkeit erzeugt, um die dielektrischen Beanspruchungen der wieder kehrenden Spannung zu beherrschen.

In Elektrie, Berlin 46 (1992) 4 wird ausgeführt, daß als Antriebsprinzipien Druckluftan triebe, Federkraftantriebe und hydraulische Antriebe bekannt sind. Bei diesen Antrieben wird die Energie für die Schalthandlungen in Federanordnungen bereitgestellt. Zur Steuerung und Auslösung der Schalthandlungen sind aufwendige mechanische Verrie gelungen, Klinken und Hebel erforderlich.

Andere Entwicklungen bedienen sich des Magnetantriebes mit Permanentmagneten und elektrischen Spulen. Die Energie für das Umsteuern des Antriebes von der einen in die andere Stellung muß von Kondensatoren bereitgestellt werden. Zur Auslösung ist eine Leistungselektronik erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Antrieb für eine Betäti gungseinrichtung, insbesondere ein Schaltgerät der eingangs genannten Art anzuge ben, der sehr einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungs gemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der ma gnetische Antrieb durch eine einfache Drehvorrichtung von der einen in die andere Endstellung (Umschaltung) gebracht werden kann. Die für die Ein- und Ausschaltung erforderliche Energie wird von den Permanentmagneten zur Verfügung gestellt. Die Drehvorrichtung kann beispielsweise unter Einsatz eines einfaches Zugmagneten reali siert werden, der über einen Schalter aktiviert werden kann. In beiden Endstellungen hält sich der Antrieb durch die auftretenden magnetischen Anziehungskräfte selbst, d. h. ohne jede Zuführung von Energie von außen. Es sind weder mechanische Ver klinkungen noch zusätzliche elektrische Auslösevorrichtungen oder Kondensatoren oder Leistungselektroniken erforderlich.

Der magnetische Antrieb erlaubt auch einen Handbetrieb durch Betätigung der Dreh vorrichtung ohne jede Hilfsenergie.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich net.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des bistabilen magnetischen Antriebs,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des bistabilen magnetischen Antriebs.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform des bistabilen magnetischen Antriebs darge stellt. Der magnetische Antrieb 1 weist ein Gehäuse 2 mit Deckel 3 und Bodenplatte 4 auf. Sowohl Deckel 3 als auch Bodenplatte 4 sind mit jeweils einer permanentmagneti schen Scheibe 5 bzw. 6 versehen. Jede permanentmagnetische Scheibe 5 bzw. 6 wird aus mehreren - im Ausführungsbeispiel aus zwölf - sektorförmigen Permanentmagne ten gebildet, wobei benachbarte Permanentmagnete jeweils unterschiedliche magneti sche Polung aufweisen. Der von einem Sektor eingenommene Winkelbereich gibt die magnetische Polteilung vor. Die Polteilung ist für beide Scheiben 5, 6 gleich. Auch ist die Anordnung der Permanentmagnete der Scheiben 5, 6 gegeneinander derart, daß sich kein Winkelversatz ergibt, sondern sich die Grenzen der magnetischen Pole direkt gegenüber liegen.

Sowohl Deckel 3 und Bodenplatte 4 als auch die beiden permanentmagnetischen Scheiben 5 und 6 weisen jeweils zentrale Bohrungen auf, durch die eine Betätigungs stange 7 greift. Die gegenüber dem feststehenden Gehäuse 2 translatorisch bewegli che Betätigungsstange 6 ist mit einem Schaltgerät verbunden und betätigt dessen Schaltkontakte. Die gegenüber dem Gehäuse 2 mit Deckel 3, Bodenplatte 4 und Scheiben 5 und 6 drehbewegliche Betätigungsstange 7 ist fest mit einem zwischen den permanentmagnetischen Scheiben 5, 6 angeordneten, zylinderförmigem, permanent magnetischem Anker 8 verbunden. Dieser permanentmagnetische Anker 8 wird eben falls aus mehreren - im Ausführungsbeispiel aus zwölf - sektorförmigen Permanentma gneten gebildet, wobei benachbarte Permanentmagnete ebenfalls jeweils unterschied liche magnetische Pole aufweisen. Die magnetische Polteilung entspricht der Polteilung der Scheiben 5, 6.

In den Ausführungsbeispielen wird der permanentmagnetische Anker aus zwei Lagen von sektorförmigen Permanentmagneten gebildet, nämlich einer Unterlage und einer Oberlage. Jeweils zwei übereinander liegende Permanentmagnete weisen unterschied liche magnetische Pole auf, so daß magnetische Anziehungskräfte zwischen ihnen be stehen. In weiteren Ausführungsformen können abweichend hiervon alternativ auch einlagige, dreilagige, vierlagige usw. Anker 8 realisiert werden.

Die Betätigungsstange 7 ist außerhalb des Gehäuses 2 mit einer Drehvorrichtung 9, bestehend aus einem Hebel 10 und einem Zweistellungs-Hubmagnet 11 verbunden. Der sich bei Betätigung der Drehvorrichtung 9 ergebende Drehwinkel entspricht exakt der magnetischen Polteilung.

Wie bereits vorstehend erwähnt, ist die Betätigungsstange 7 nicht nur rotatorisch, son dern auch translatorisch beweglich, wobei die beiden Endlagen und der Hub zwischen den Endlagen durch den Anker 8 bestimmt werden. In einer ersten (oberen) Endlage befindet sich der Anker 8 nahe der Scheibe 5 und in einer zweiten (unteren) Endlage befindet sich der Anker 8 nahe der Scheibe 6. In keiner der Endlagen berührt der Anker 8 jedoch eine der Scheiben 5, 6, es stellt sich vielmehr stets ein Luftspalt 12 zwischen Anker 8 und Scheibe 5 bzw. zwischen Anker 8 und Scheibe 6 ein.

In Fig. 1 ist ein Schaltzustand gezeigt, wie er beispielsweise dem Einschaltzustand der Schaltkontakte des Schaltgerätes entspricht. Im Einschaltzustand ist der Anker 8 ledig lich durch den Luftspalt 12 von der Scheibe 5 getrennt. Jeweils ungleichnamige ma gnetische Pole liegen sich direkt gegenüber, so daß sich magnetische Anziehungs kräfte zwischen Anker 8 und Scheibe 5 einstellen. Hinsichtlich der Lage des Ankers 8 zur Scheibe 6 ist erkennbar, daß sich jeweils gleichnamige magnetische Pole direkt gegenüber liegen, so daß sich magnetische Abstossungskräfte zwischen Anker 8 und Scheibe 6 einstellen. Aufgrund der magnetischen Kräfte wird der Einschaltzustand oh ne jede Verriegelung oder Verklinkung gehalten.

Für die Umschaltung vom Einschaltzustand in den Ausschaltzustand wird der Zwei stellungs-Hubmagnet 11 während einer kurzen Zeitspanne (Impuls) eingeschaltet, so daß sich die Betätigungsstange 7 mit Anker 8 um eine magnetische Polteilung nach links oder rechts verdreht. Dadurch ändert sich die Polfolge des Ankers 8 gegenüber den Scheiben 5, 6. Der Anker 8 wird folglich von der Scheibe 6 angezogen und von der Scheibe 5 abgestoßen, d. h. es ergibt sich eine Längsbewegung der Betätigungsstange 7 zur Scheibe 6 hin, der Antrieb schaltet um. Vor Erreichen der Endlagen wird der An ker 8 über nicht dargestellte Dämpfungseinrichtungen abgebremst. Aufgrund der ma gnetischen Kräfte wird der Ausschaltzustand ohne jede Verriegelung oder Verklinkung gehalten.

Da wie bereits erwähnt Lagerung und Führung des Ankers 8 derart ausgestaltet sind, daß zwischen dem Anker 8 und den Scheiben 5, 6 in den Endstellungen jeweils ein Luftspalt 12 bleibt, muß beim mittels der Drehvorrichtung 9 initiierten Umschalten keine Flächenreibung überwunden werden. Hierdurch kann die Drehvorrichtung 9 vorteilhaft relativ leistungsschwach gestaltet sein.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform des bistabilen magnetischen Antriebs darge stellt. Bei dieser Ausführungsform wird das Gehäuse 2 mit Deckel 3, Bodenplatte 4 und den beiden Scheiben 5, 6 für die Umschaltung um jeweils eine Polteilung gedreht, wäh rend die Betätigungsstange 7 mit dem Anker gegen Verdrehen gesichert ist. Der Hebel 10 ist nicht an der Betätigungsstange 7, sondern am Deckel 3 montiert. Die Funktions weise ist prinzipiell gleichartig wie zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1 erläutert, da bei der Umschaltung ebenfalls eine Änderung der Polfolge des Ankers 8 gegenüber den Scheiben 5, 6 erfolgt.

Claims

1. Magnetischer Antrieb mit Permanentmagneten für eine Betätigungsein richtung, insbesondere ein Schaltgerät, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der magnetische Antrieb weist ein Gehäuse (2, 3, 4) mit zwei sich beabstandet ge genüberliegenden Scheiben (5, 6) auf,
b) im Raum zwischen beiden Scheiben (5, 6) ist ein mit einer Betätigungsstange (7) verbundener, gegenüber dem Gehäuse (2, 3, 4) translatorisch beweglicher Anker (8) angeordnet, wobei die Betätigungsstange das Gehäuse durchbricht und vom Gehäuse gelagert/geführt wird und die beiden Endlagen des Ankers bzw. der Betätigungsstange durch die Scheiben begrenzt werden,
c) beide Scheiben (5, 6) und der Anker (8) weisen mehrere sektorförmige Permanent magnete auf, wobei jeweils benachbarte Permanentmagnete unterschiedliche magneti sche Polung haben und die derart gebildete magnetische Polteilung für beide Scheiben und den Anker gleich ist,
d) mit Hilfe einer Drehvorrichtung (9) erfolgt eine Verdrehung von Gehäuse (2, 3, 4) und Anker (8) relativ zueinander um jeweils eine magnetische Polteilung.

2. Magnetischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (8) aus mehreren Lagen von Permanentmagneten gebildet ist, wobei übereinan der liegende Permanentmagnete unterschiedliche Pole aufweisen.

3. Magnetischer Antrieb nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Drehvorrichtung (9) aus einem Zweistellungs-Hubmagneten (11) gebildet ist, welcher über einen Hebel (10) mit der Betätigungsstange (7) oder dem Gehäuse (2, 3, 4) verbunden ist.

4. Magnetischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Lagerung und Führung der Betätigungsstange bzw. des Ankers derart gestaltet sind, daß in beiden Endlagen der Betätigungsstange (7) jeweils ein Luftspalt (12) zwischen der Scheibe (5, 6) und dem Anker (8) bleibt.

5. Magnetischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Dämpfungseinrichtung zum Abbremsen des An kers (8) bzw. der Betätigungsstange (7) während der Endphasen der Längsbewegun gen vorgesehen sind.