DE2555774A1

DE2555774A1 - Drehmechanismus, insbesondere zur verwendung in einem gleichstrom-, gleichspannung- oder relais-messwerk

Info

Publication number: DE2555774A1
Application number: DE19752555774
Authority: DE
Inventors: Endre Dipl Ing Tarjan
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-11-14
Filing date: 1975-12-11
Publication date: 1977-05-18
Also published as: GB1558382A; CH598685A5; DE7539521U

Description

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11».11.1975

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Drehmechanismus, insbesondere zur Verwendung in einem Gleichstrom-, Gleichspannung- oder Relais-Messwerk.

Die Erfindung betrifft einen Drehmechanismus, insbesondere zur Verwendung in einem Gleichstrom-, Gleichspannung- oder Relais-Messwerk, mit einem Statorteil und einem relativ zu diesem drehbeweglichen Rotorteil.

Für Gleichstrom- und Gleichspannungsmessungen werden gewöhnlich Drehspul-Messwerke oder Dreheisen-Messwerke verwendet. Solche Messwerke sind in "Elektrische und wärmetechnische Messungen" (Hartmann 4 Braun, Prankfurt/Main) eingehend beschrieben.

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Beim Drehspul-Messwerk ist im homogenen Feld eines Dauermagneten eine Spule drehbar gelagert. Wird durch diese Strom geschickt, so entsteht ein der Stromstärke proportionales Drehmoment. Die Drehspule und der daran befestigte Zeiger drehen sich soweit, bis die Gegenkraft von Spiralfedern dem Drehmoment der Spule das Gleichgewicht hält. Drehspul-Messwerke sind jedoch teuer, nur beschränkt überlastbar und für hohe Spannungen nicht geeignet. Ferner ist ihre Wirkung von Spiralfedern abhängig und sie eignen sich nicht gut zur Verwendung in einem Relais-Messwerk.

Beim Dreheisen-Messwerk befinden sich in einer Ringspule zwei Eisenkerne, von denen der eine an der Spule, der andere an der Zeigerachse befestigt ist. Diese werden von dem durch die Spule fliessenden Strom gleichnamig magnetisiert und stossen sich gegenseitig ab. Als Gegenkraft dient auch hier die Federspannung einer Spiralfeder. Dreheisen-Messwerke haben einen relativ hohen Eigenverbrauch und eignen sich daher nicht für kleine Gleichströme und -spannungen. Ihre Wirkung ist ebenfalls von Spralfedern abhängig, und sie eignen sich zur Verwendung als Relais-Messwerke ebenfalls nicht gut.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Messwerke 7u vermeiden, und einen Drehmechanismus der eingangs

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genannten Art zu schaffen, der eine einfache Konstruktion und keine störungsanfällige Teile besitzt.

Der Drehmechanismus zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, dass der Statorteil ein aus weichmagnetischem

Material bestehender Eisenkern ist, mit einer oder mehreren mit Strom erregbaren Spulen, dass der Rotorteil ein mindestens einen Permanentmagneten aufweisender, in einem Luftspalt des Eisenkernes angeordneter, spulenloser Magnetkörper mit mehreren Polen ist, dass die eine Hälfte der Pole Nordpole und die andere Hälfte Südpole sind, und dass durch Erregung der Spulen auf den Magnetkörper einwirkende Drehmomente erzeugbar sind, die bezüglich ihrer Grössenwerte von den Erregungsströmen oder -Spannungen abhängig sind und entsprechende magnetisch gebremste Verdrehungen des Magnetkörpers bewirken.

Der erfindungsgemässe DrehmeChartismus besitzt die Vorteile, dass er keine Spiralfeder und keine Drehspule aufweist und damit an Einfachheit, Betriebssicherheit und Kostenersparnis gewinnt. Er ist ferner stark übar*lastbar, leicht isolierbar und damit für hohe Spannungen geeignet. Letztlich ist er elektrisch und magnetisch einstellbar, durch Wahl der Anzapfungen, durch vertikale Verstellung der Magnetkörperachse relativ zum Eisenkern, oder durch einen am Eisenkern quer zur Symmetrieachse desselben anbringbaren magnetischen Shunt.

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Als Anwendungsgebiete für den erfindungsgemässen Drehmechanismus kommen in Betracht Maximal- und Minimalrelais, Spannungs- und Strommessinstrumente für Gleichstrom oder mit vorgeschaltetem Gleichrichter für Wechselstrom, Aussteuerungsanzeiger, Rückstrom- oder Rückspannungsanzeiger oder -relais und mit Wechselstrom erregte Vibratoren.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Messwerk mit einem Drehmechanismus mit einer einzigen Erregerspule;

Fig. 2 ein Messwerk mit einem Drehmechanismus mit zwei Erregerspulenj

Fig. 3 ein Relais-Messwerk mit einem zur Betätigung eines elektrischen Kontaktsystems ausgebildeten Drehmechanismus.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Fig. 1 weist der Drehmechanismus einen Statorteil auf, mit einem Eisenkern 1 aus weichmagnetischem Material und einer mit Gleichstrom oder Wechselstrom erregbaren, mehrere Anzapfungen aufweisenden Spule 2. Der Eisenkern 1, der aus

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massivem, lamelliertem oder gesintertem Eisen sein kann, ist etwas U-förmig ausgebildet und weist zwei Polschuhe 3 und auf, mit einem zwischen diesen ausgebildeten Luftspalt 5.

Ein relativ zum Statorteil drehbar gelagerter Rotorteil besteht aus einem spulenlosen Magnetkörper 6 aus permanentmagnetischem Material mit vier Polen, von denen zwei Nordpole und zwei Südpole sind. Es können auch mehrere als Nord- und Südpole in gleichen Anzahlen verteilte Pole vorgesehen sein. Der Magnetkörper 6 besteht vorzugsweise aus einem magnetischem Material hohen Energieproduktes, beispielsweise aus Recoma- (Schutzmarke BBC) Material und kann aus mehreren Einzelmagneten zusammengesetzt oder eine polarisierte Magnetscheibe sein.

Ein Zeiger 8 ist auf dem Magnetkörper 6 so befestigt, dass er zusammen mit diesem um dessen Drehachse herum ausschlägt und den Ausschalg auf einer Skala 9 anzeigt. Die Teilungen der Skala 9 können Winkel-, Strom- und/oder Spannungseinheitsteilungen sein. Die Anschlagstifte 10 dienen der Begrenzung der Verdrehung des Magnetkörpers 6 bei Stromüberlastung des Messwerkes.

In nicht erregtem Zustand des Eisenkernes 1 verweilt der

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Magnetkörper 6 in seiner Ruhelage. In dieser ist er relativ zum Eisenkern 1 so positioniert, dass seine Pole relativ zur Symmetrieachse 7 des Luftspaltes 5 symmetrisch angeordnet sind, und dass jedem Polschuh 3 und 4 des Eisenkernes 1 ein N-S Polpaar des Magnetkörpers 6 so gegenübersteht, dass sich die magnetischen Kraftlinien 11 am kürzesten Weg schliessen und den Magnetkörper 6 dabei festhalten.

Wenn die Spule 2 mit konstantem Gleichstrom oder konstanter Gleichspannung erregt wird, wird ein Drehmoment erzeugt, welches auf den Magnetkörper 6 einwirkt und eine Verdrehung desselben und damit einen Ausschalg des Zeigers 8 hervorruft. Das Drehmoment und der Zeigerausschalg sind dem Erregerstrom, bzw. der Erregerspannung proportional, so dass der Zeigerausschlag bei geeigneter Eichung des Messwerkes ein Mass des angelegten Stromes bzw. der angelegten Spannung darstellt. Das erzeugte Drehmoment wird durch ein zufolge der magnetischen Kräfte zwischen dem Eisenkern 1 und dem Magnetkörper 6 auftretendes resistierendes Drehmoment im Gleichgewicht gehalten, welches auf den sich verdrehenden Magnetkörper 6 eine Bremswirkung ausübt und bei Aufhebung der Erregung den Magnetkörper in seine Ruhelage zurückführt. Diese Rückführung geschieht selbsttätig, ohne Mitwirkung einer Spiralfeder und die Begrenzung des Zeigerausschlages bei etwaiger StromÜber-

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lastung des Messwerkes wird mittels Anschlagstiften auf einfache Weise bewerkstelligt. Es ist auch eine magnetische und elektrische Einstellbarkeit des Mechanismus gewährleistet, durch Wahl der Anzapfungen, durch vertikale Verstellung der Drehachse, d.h. des Magnetkörpers relativ zum Eisenkern oder durch einen am Eisenkern quer zur Achse 7 anbringbaren magnetischen Shunt.

Wenn der Erregerstrom ein sich ändernder Gleichstrom ist, schwankt der Winkelausschlag des Magnetkörpers 6 und damit des Zeigers 8 relativ zum Eisenkern 1 nach Massgabe der Variation des Erregerstromes. Dabei können der maximale und der minimale Wert und die Schwankungen des Stromes leicht erfasst werden.

Wenn die Spule 2 mit Wechselstrom oder -spannung erregt wird, verläuft die Verdrehung des Magnetkörpers ähnlich wie bei der Erregung mit sich änderndem Gleichstrom, mit dem Unterschied, dass der Magnetkörper.zwei voneinander versetzte Ruhelagen besitzt, zwischen welchen er hin und her schwankt. Durch zweckmässige Wahl der Erregungsbedingungen kann eine mit gewünschter Frequenz verlaufende Hin- und Herverdrehung des Magnetkörpers und damit eine Vibratorwirkung erzielt werden.

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In der Pig. 2 ist der Rotorteil ein Magnetkörper 6 mit einer 4-polig magnetisierten Magnetscheibe und der Statorteil ein mit zwei Erregerspulen 2 versehener Eisenkern 1. Bei gleichzeitiger Speisung der beiden Spulen mit Gleichstrom bwz. -spannung wird das erzeugte Drehmoment und damit der Zeigerausschlag der jeweiligen algebraichen Summe der Erregerströme proportional. Demzufolge kann die Anordnung für Summenstrom bwz. Summenspannungsmessung sowie für Differenzstrom- bzw. Differenzspannungsmessung verwendet werden. Die Anordnung erlaubt ferner eine elektrische Blockierung des Drehmechanismus durch einen Sperrstrom durch eine der beiden Spulen.

Eine der Spulen 2 kann zum besonderen Zweck vorgesehen sein, Dem Eisenkern 1 eine Vormagnetisierung zu verleihen. In diesem Fall spricht der Magnetkörper auf denjenigen vorbestimmten Wert des Erregerstromes oder der Erregerspannung an, der die Vormagnetisierung aufhebt, und damit die Ansprechschwelle des Drehmechanismus bestimmt. Durch zweckmässige Wahl der Vormagnetisierung ist die Ansprechschwelle des Drehmechanismus nach Bedarf festlegbar.

Wenn der Drehmechanismus nach der Fig. 2 mit Wechselströmen bzw. -spannungen erregt wird, wird das^r erzeugte Drehmoment

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der jeweiligen Vektorsumme der Erregerströme bzw. -spannungen proportional. Durch zweckmässige Wahl der Erregungsbedingungen kann auch bei dieser Ausführungsform eine mit gewünschter Frequenz stattfindende Hin- und Herverdrehung des Magnetkörpers und damit eine Vibratorwirkung erzielt werden.

Der Drehmechanismus nach der Fig. 3 ist demjenigen nach der Fig. 2 ähnlich, und unterscheidet sich von diesem dadurch, dass er zur Verwendung in einem Relais-Messwerk ausgebildet ist und zu diesem Zweck anstelle des Zeigers 8 und der Skala 9 einen mit dem Magnetkörper fest verbundenen und sich zusammen mit diesem verdrehenden Hebel 12 aufweist, der eine Kontaktfeder eines elektrischen Kontaktsystemes 13 betätigt. Das Kontaktsystem 13 kann verschiedene Kontakte, wie z.B. Oeffnungskontakte, Schliesskontakte, Umschaltkontakte und/oder Kippkontakte aufweisen und zur Erfüllung seiner Funktion mit oder ohne Zeitverzögerung ausgebildet sein. Dieser Drehmechanismus kann ebenfalls mit einer oder mehreren Erregerspulen funktionieren, wobei es im letzteren Fall wiederum möglich ist, dem Eisenkern 1 eine Vormagnetisierung zu verleihen und damit die Ansprechschwelle des Drehmechanismus festzulegen.

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Claims

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1.) Drehmechanismus, insbesondere zur Verwendung in einem Gleichstrom-, Gleichspannung- oder Relais-Messwerk, mit einem Statorteil und einem relativ zu diesem drehbeweglichen Rotorteil, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorteil ein aus weichmagnetischem Material bestehender Eisenkern ist, mit einer oder mehreren mit Strom erregbaren Spulen, dass der Rotorteil ein mindestens einen Permanentmagehten aufweisender^ in einem Luftspalt des Eisenkernes angeordneter, spulenloser Magnetkörper mit mehreren Polen ist, dass die eine Hälfte der Pole Nordpole und die andere Hälfte Südpole sind, und dass durch Erregung der Spulen auf den Magnetkörper einwirkende Drehmomente erzeugbar sind, die bezüglich ihrer Grössenwerte von den Erregerströmen oder -spannungen abhängig sind und entsprechende, magnetisch gebremste Verdrehungen des Magnetkörpers bewirken.

2. Drehmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im nicht erregten Zustand des Eisenkerns der Magnetkörper in seiner Ruhelage verweilt, in welcher er relativ zum Eisenkern so positioniert ist, dass jedem Polschuh des Eisenkerns mindestens ein N-S Polpaar des Magnetkörpers

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derart gegenübersteht, dass sich die magnetischen Kraftlinien am kürzesten Weg schliessen und den Magnetkörper dabei festhalten, wobei die Pole des Magnetkörpers relativ zur Symmetrieachse des Luftspaltes symmetrisch angeordnet sind.

3. Drehmechanismus nach Anspruch 1, bei welchem der Eisenkern zwei oder mehrere Spulen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Spulen eine dem Eisenkern eine Vormagnetisierung verleihende Spule ist, dass der Magnetkörper auf denjenigen vorbestimmten Wert des Erregerstromes oder der Erregerspannung anspricht, der die Vormag^netisierung des Eisenkerns aufhebt, und dass durch zweckmässige Wahl der Vormagnetisierung die Ansprechschwelle des Drehmechanismus festlegbar ist.

4. Drehmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erregung der Spulen mit Gleichstrom das erzeugte Drehmoment der jeweiligen algebraischen Summe der Erregerströme oder -spannungen proportional ist, und dass Aenderungen des Drehmoments entsprechende Aenderungen der Winkelstellung des Magnetkörpers bewirken.

5. Drehmechanismus nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen

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auf dem Magnetkörper fest angeordneten Zeiger, der bei Verdrehung des Macnetkörpers ausschlägt und das Ausmass des Ausschlages auf einer Teilungen aufweisenden Skala anzeigt.

6. Drehmechanismus nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungen Winkel-, Strom- und/oder Spannungseinheitsteilungen sind.

7. Drehmechanismus nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Begrenzung der Verdrehung des Magnetkörpers.

8. Drehmechanismus nach Anspruch 1 insbesondere zur Verwendung in einem Relais-Messwerk, gekennzeichnet durch einen Hebel, der mit dem Magnetkörper fest verbunden ist und ein elektrisches Kontaktsystem betätigt.

9. Drehmechanismus nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktsystem zur Erfüllung seiner Funktion mit oder ohne Zeitverzögerung ausgebildet ist und Oeffnungskontakte, Schliesskontakte, ümschaltkontakte und/oder Kippkontakte aufweist.

10. Drehmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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dass bei Erregung der Spulen mit Wechselstrom oder -spannung das erzeugte Drehmoment der jeweiligen Vektorsumme
der Erregerströme oder -spannungen proportional ist, und
dass durch zweckmässige Wahl der Erregungsbedingungen eine Hin- und Herverdrehung des Magnetkörpers und damit eine
Vibratorwirkung erzielbar ist.

11. Drehmechanismus nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Eisenkern aus massivem, lamelliertem oder gesintertem Eisen.

12. Drehmechanismus nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Magnetkörper aus permanentmagnetisehern Material hohen Energieproduktes.

BBC Aktiengesellschaft
Brown, Boveri & Cie.

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