DE2640340A1

DE2640340A1 - Magnetisches daempfungssystem fuer induktions-wattstundenzaehler

Info

Publication number: DE2640340A1
Application number: DE19762640340
Authority: DE
Inventors: Harold Lloyd Stucker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-09-10
Filing date: 1976-09-08
Publication date: 1977-03-24
Also published as: CA1053334A; MX3702E; US4030031A; CH609462A5; JPS5241773A; GB1549865A; BR7606017A; FR2324008A1

Description

1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Magnetisches Dämpfungssystem für Induktions-Wattstundenzähler

Die Erfindung betrifft ein sogenanntes magnetisches Dämpfungssystem für Induktions-Wattstundenzähler für Wechselstrom und ihre Hauptaufgabe besteht in der Schaffung eines neuartigen und verbesserten magnetischen Dämpfungssystems.

Magnetische Dämpfungssysteme, welche "harte" oder Dauermagnete besitzen, sind seit einigen Jahren mit Geräten verwendet worden, welche drehbare elektrisch leitende scheibenförmige Armaturteile besitzen, die von elektromagnetischen Flussfeldern angetrieben werden. Sie wurden beispielsweise bei integrierenden Wattstunden-Zählern verwendet, welche die Summe des Verbrauchs an elektrischer Energie messen. Bekanntlich dämpfen oder verzögern und regeln solche magnetische Dämpfungssysteme in diesen Geräten die Drehzahl der Scheiben-Armatur. Die Scheibendrehzahl ergibt sich aus der Kraft, welche in der Scheibe durch die Wechselwirkung von Flussfeldern entsteht, welche durch Induktionsmagnete erzeugt

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werden, die durch die Spannung und die Stromstärke aktiviert werden, welche der Schaltung zugeführt werden, während Energie-Verbrauch gemessen wird.

Im Stand der Technik sind viele Beispiele für verschiedenartige Bauformen und Systeme von magnetischen Dämpfungssystemen für elektromagnetisch angetriebene Scheibenarmaturen in Induktions-Watt Stundenzählern und Einzelheiten über ihren Mechanismus und ihre Arbeitsweise bekannt. An besseres Verständnis solcher bekannten Lösungswege und der durch die vorliegende Erfindung geschaffenen Verbesserungen ergibt sich aus der Beschreibung der Abbildungen.

Die Figur 1 ist eine Vorderansicht eines Teils einer konventionellen Bauform eines Induktions-Wattstundenzählers für Wechselstrom, in den eine magnetische Dämpfungseinrichtung und das Dämpfungssystem gemäss der Erfindung eingebaut ist.

Die Figur 2 zeigt eine Seitenansicht des Teils des Zählers nach Figur 1, teilweise im Schnitt entlang der Linie 2-2 der Figur 1 und zeigt die magnetische Dämpfungseinrichtung und das System in einer Ausführungsform der Erfindung.

Die Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Paars der magnetischen Einheiten, welche in der magnetischen Dämpfungseinrichtung und dem System nach der Erfindung enthalten sind.

Es folgt nachstehend die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform. Die Figur 1 zeigt einen Teil eines Induktions-Wattstundenzählers 1o für Wechselstrom in konventioneller Bauform. Die elektromagnetischen Spannungs- und Stromspulen und andere Bauteile des Zählers, beispielsweise die Grundplatte und der Glasdeckel sind konventionell und werden nicht gezeigt. Ein Zählerrahmen oder Gestell 12 besteht aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise aus Metalldruckguss oder aus organischem

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Kunststoff, und enthält hauptsächlich eine Tragstruktur oder einen Rahmen für die Befestigung bestimmter Bestandteile des Zählers. Der Rahmen 12 ist in dem Zähler durch geeignete Einrichtungen befestigt, beispielsweise ist er durch Schrauben 14 mit einer nicht gezeigten Zählergrundplatte verbunden. In dem Rahmen 12 ist ein allgemein horizontal verlaufender Schlitz oder Ausschnitt 16 vorgesehen zur Aufnahme der Zählerscheibe 18, von der ein beträchtlicher Teil durch den Schlitz 16 des Rahmens verläuft.

Die Zählerscheibe 18 umfasst ein elektrisch leitendes scheibenförmiges Armaturteil, das in geeigneter Weise zur Drehung auf der Welle 2o befestigt ist. Wie in Figur 2 gezeigt sind die oberen und unteren Enden der Welle 2o oder anderer geeigneter Teile derselben in passenden Lagereinrichtungen 22 und 22' drehbar gelagert oder befestigt, beispielsweise in bekannten Lagersteinen oder einem magnetischem Aufhängesystem oder einer Kombination derselben.

Die Scheibenarmatur 18 wird konventionellerweise im wesentlichen horizontal angeordnet und von einer im wesentlichen vertikalen Welle 2o in der dargestellten Weise getragen, um ein optimales Gleichgewicht und ein Mindestmass an Reibung oder Schwerkrafthemmung zu erhalten. Die Scheibenarmatur 18 wird vorzugsweise vor dem Rahmen 12 des Zählers 1o so gehaltert, dass ein beträchtlicher Abschnittsteil derselben sich nach rückwärts durch die Schlitzöffnung 16 in dem Rahmen im wesentlichen wie in der Abbildung gezeigt erstreckt und die Lagerhalterungen 22 und 22·, welche die Scheibenwelle 2o tragen, mit der Vorderseite des Rahmens verbunden sind. Das auf diese Weise drehbar gehalterte elektrisch leitende Scheibenarmaturteil 18 wird in konventioneller Weise durch Flusswechselfelder angetrieben, welche von einem System von Elektromagneten für Wechselstrom (nicht gezeigt) erzeugt werden, welche der Scheibenarmatur zugeordnet sind und entsprechend den vorbekannten Induktionswattstunden-Zählersystemen und/oder Einrichtungen für Wechselstrom Spannungspulen und Stromspulen enthalten. Bekanntlich treibt die zu messende und daher durch

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die Zählerschaltung geleitete Energie indirekt die Scheibenarmatur 18 an und deren Drehzahl ist abhängig von der verbrauchten Leistung. Die Umdrehung der Scheibenarmatur wird gezählt und auf den Skalen 24 eines Zählers angezeigt, der üblicherweise über Zahnräder von der Welle 2o angetrieben wird. Entsprechend den vorbekannten Zählerbauformen dient der Zähler zur Registrierung und Anzeige der Menge der verbrauchten elektrischen Energie.

Die beschriebenen konventionellen Bauformen von Induktions-Wattstundenzählern für Wechselstrom enthalten normalerweise eine magnetische Dämpfungseinrichtung oder ein System, das ein Dämpfungsdrehmoment auf die durch den Fluss induzierte Drehung der Scheibenarmatur ausübt, um die Drehzahl und jegliche Unregelmässigkeiten in der Drehzahl zu dämpfen und Vibrationen oder plötzliche Veränderungen bei der Drehung einzuschränken.

Die Erfindung ist besonders auf ein neuartiges und verbessertes magnetisches Dämpfungssystem und Gerät für Induktions-Wattstundenzähler für Wechselstrom gemäss der vorstehenden Beschreibung gerichtet, wie sie häufig in der Industrie verwendet werden.

Das neuartige Dämpfungssystem für die drehbare Scheibenarmatur gemäss der Erfindung umfasst ein gegenüberstehendes Paar von beabstandeten Dämpfungsmagneteinheiten 26 und 26 * , welche an jeder Seite der Scheibenarmatur 18 gegenüberstehend zueinander angeordnet sind, so dass sich die zwischengefügte Scheibenarmatur 18 in dem Spalt oder Zwischenraum zwischen den beabstandeten Magneteinheiten 26 und 26' drehen kann.

Die erfindungsgemässen Magneteinheiten 26 und 26' sind nahezu gleich zu einander mit Ausnahme der entgegengesetzten Polarität ihrer jeweiligen Magnete und in der bevorzugten Bauform der Dicke oder Masse des den Fluss leitenden Überbrückungsteils. Nachstehend wird der Ausdruck "magnetische Einheiten 26" benutzt, wenn von den beiden Einheiten 16 und 16' die Rede ist. In ähn-

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licher Weise gilt dies für andere doppelt vorhandene Bauteile, beispielsweise die Bauteile 28 und 28', 3o und 3o' usw.

Die Dämpfungsmagneteinheiten 26 umfasen jeweils einen Dauermagneten 2 8 mit relativ kleiner Grosse oder Masse. Die erfindungsgemässen Dauermagnete 2 8 enthalten Magnetmaterialien, die hauptsächlich aus den Legierungen von Kobalt und Metallen der seltenen Erden bestehen, beispielsweise Samarium^COrSm. Andere für die Dauermagnete 28 geeignete Legierungsmaterialien aus Kobalt und seltenen Erden sind an sich bekannt. Jede Dämpfungs-Magneteinheit 26 umfasst eine Anordnung zur Einfügung des Dauermagneten 28 aus einer Legierung von KobaH^ind seltenen Erden in eine magnetische Einheit oder zusammengesetzte Struktur. Die Anordnung zum Aufbau der magnetischen Einheit besteht aus einer Kombination des Dauermagneten aus Legierungen von Kobalt und seltenen Erden mit einem oder mehreren Bauteilen aus einem billigem nicht-dauermagnetischem Cweichmagnetisehern) Material, beispielsweise Eisen oder Weicheisen, welches denmagnetischen Fluss leitet.

In den Anordnungen, welche die Magneteinheiten bilden, sind Dauermagnete 28 durch geeignete Einrichtungen, beispielsweise einen Klebstoffjdurch Hartlöten oder durch Vernieten an einem weichmagnetischen Brückenteil oder Stab 3o befestigt, welcher aus Weicheisen oder einem äquivalenten weichmagnetische , den Magnetfluss leitenden Metall besteht. Das magnetische Brückenteil 3o enthält ein vorstehendes Teil oder einen Schenkel 32, der aus einem weichmagnetischem verlängerten Teil der Hauptmasse des ,uagne ti sehen Brückenteils 3o gebildet sein kann oder aus einem getrennten weichmagnetischen Bauteil gemäss der Abbildung in Figur bestehen kann, welches an dem magnetischen Brückenteil 3o durch geeignete Mittel befestigt ist, einschliesslich eines Klebers, einer Hartlötung oder Nieten usw. Jeder Dauermagnet 28 sollte von seinem entsprechendem vorstehenden Teil 32 seines entsprechenden Brückenteils 3o gemäss der Darstellung in den Figuren 2 und 3 getrennt sein, wobei der Magnet 2 8 in der Nähe

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oder an einem Ende des Brückenteils 3o angeordnet ist und der entsprechende vorstehende Teil 32 in der Nähe oder an dem Ende seines entsprechenden Brückenteils 3o gegenüberstehend zu dem entsprechendem Magneten 28 angeordnet ist. Der vorstehende Teil 32 besitzt vorzugsweise die gleichen Abmessungen wie der Dauermagnet 28 und ist wie in den Abbildungen dargestellt, symmetrisch zu dem selben angeordnet.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind für jeden Dauermagneten 28 Temperatur-Kompensationseinrichtungen vorgesehen. Die Temperatur-Kompensations-Einrichtungen für jede Magneteinheit 26 umfassen jeweils magnetische Nebenschluss- oder Kurzschlusseinrichtungen aus relativ dünnen Streifen 34 oder Bändern aus einem Metall (in Figur 2 nicht sichtbar, in Figur 3 sichtbar), wobei das Metall einen negativen Temperaturkoeffizient der Permeabilität besitzt und an dem Hauptteil des jeweiligen Dauermagneten 28 befestigt ist. Die Temperaturkompensationsnebenschlussteile 34 bedecken mindestens zwei gegenüberliegende Seiten oder Oberflächen des Magneten 28 nahezu vollständig und sind an denselben durch geeignete Mittel befestigt, beispielsweise mittels eines Klebers, einer Hartlötstelle oder mittels Nieten. In der bevorzugten Ausführungsform sind mit dem Dauermagneten 28 zwei Streifen aus dem Temperaturkompensationmaterial verbunden, wobei ein Streifen an jeder Kante des Magneten befestigt ist, die senkrecht zu einer Linie von dem Mittelpunkten der Scheibenarmatur 18 durch den Mittelpunkt des Magneten 28 läuft. Die Nebenschlussteile 34 können jedoch auch so angeordnet werden, dass sie die Dauermagneten 28 an 4 Seiten umschliessen.

Die Nebenschlusseinrichtungen zur Temperaturkompensation gemäss der Erfindung bestehen aus Eisen-Nickel-Legierungen mit einer magnetischen Permeabilität, welche mit ansteigender Temperatur sinkt. Beispiele solcher Materialien sind bekannt.

Das magnetische Dämpfungssystem und Gerät gemäss der Erfindung

fü.r durch elektromagnetischen Fluss angetriebene Scheibenarmaturen in Induktions-Wattstundenzählern für Wechselstrom umfasst ein gegenüberstehendes Paar vom Magneteinheiten in der beschriebenen Anordnung. Die gepaarten Magneteinheiten 26 und 26' werden in einem vorgegebenen Abstand so angeordnet, dass man einen geeigneten Spalt oder Zwischenraum erhält für die Drehbewegung der hineinragenden Scheibenarmatur 18 in diesem Zwischenraum. Die gepaarten Magneteinheiten 26 und 26' werden so zusammengebaut und aneinander angepasst, dass entgegensetzte Pole ihrer jeweiligen Magneten 28 und 28' einander gegenüberstehen, so dass ein Nordpol unmittelbar gegenüberstehend oder benachbart zu einem Südpol angeordnet ist. Weiterhin werden die gepaarten und beabstandeten Magneteinheiten 26 und 26' so symmetrisch ausgerichtet, dass die Magneten 28 und 28' einander gegenüberstehen und die vorstehenden Teile 32 und 32* des magnetischen Brückenteils einander getrennt mit nahezu gleichem Verlauf gegenüberstehen, wie dies in der Abbildung dargestellt ist.

Die zusammengebauten Magneteinheiten 26 und 26' in der vorstehend beschriebenen Anordnung werden in passende Aussparungen oder Taschen 36 und 36' eingebaut, welche in dem Rahmen 12 so ausgebildet sind, dass sich auf jeder Seite des horizontalen Schlitzes 16 eine Tasche befindet. Die magnetischen Einheiten können mit Press-Sitz in die Hohlräume eingesetzt werden oder in diesen durch einen geeigneten Kleber oder mechanische Mittel befestigt werden.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die^nagnetisehen Oberbrückungsteile 3o und 3ο¹ in jeder Anordnung aus einem gepaarten Satz von Einheiten 26 und 26' mit verschiedener Grosse oder Masse ausgestattet, beispielsweise gemäss der Darstellung in Figur 3 mit verschiedener Dicke. Dadurch wirken sie mit einem einstellbaren Teil 38 zum Überbrücken oder Kurzschliessen des Magnetflusses zusammen, wodurch der Magnetfluss durch den Luftspalt zwischen den magnetischen Einheiten verändert

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werden kann, um eine gewisse Beweglichkeit und Genauigkeit für die Einstellung und den Abgleich der Magneteinheiten 26 zu erhalten. Das Brückenteil 3ο¹ benachbart zu dem einstellbaren Nebenschlussteil 38 sollte eine geringere Masse besitzen, beispielsweise zwischen 1/4 und etwa 3/4 der Masse des anderen Brückenteils 3Ojund sollte vorzugsweise eine solche Abmessung besitzen, dass es in der Nähe der Sättigung arbeitet, so dass das einstellbare Nebenschlussteil 38 einen Teil des Flussfeldes führt, wobei die Grosse dieses Teils proportional ist zu seiner relativen Nähe zum benachbarten Brückenteil.

Das Teil 3 8 umfasst ein Stück aus einem weichmagnetischem, den Fluss leitenden Material, beispielsweise aus Weicheisen, das benachbart zu mindestens einem oder beiden Magneteinheiten 26 und 26' angeordnet ist und von der jeweiligen Magneteinheit 26 wegbewegt oder auf sie zubewegt werden kann. Das Teil 38 ist mit einem Feingewinde ausgestattet und schraubenförmig, so dass das Kurzschliessen des Magnetflusses leicht vergrössert oder verkleinert werden kann, um die Intensität des Magnetflusses durch die Scheibenarmatur 18 einzustellen und abzugleichen.

Die beschriebene Anordnung und Zusammenfügung der Magneteinheiten 26 in dem erfindungsgemässen Magnetdämpfungssystem und Gerät ergibt eine geschlossene Schleife oder ein kreisförmiges Flussfeld, das in hohem Masse symmetrisch und gleichförmig ist und durch das angepasste Paar von Magneteinheiten 26 durch den dazwischenliegenden Luftspalt verläuft und dadurch zweimal die sich dazwischen drehende zwischengefügte Scheibenarmatur 18 durchsetztdnd durch dieselbe in entgegengesetzten Richtungen verläuft. Der stärkere symmetrische und gleichförmige Verlauf des Magnetflusses verringert die Empfindlichkeit des Dämpfungseffektes in Folge von Änderungen in der Lage der Scheibenarmatur 18 oder plötzlicher Änderungen ihrer Bewegung. Weiterhin erzeugt das durch die Erfindung ausgeführte Zweipol-System etwa das Zweieinhalbfache des Dämpfungsdrehmomentes eines Einpolsystems bei gleichem Wert oder Amplitude des Magnetflusses.

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Claims

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Patentansprüche

' 1.)/ Magnetisches Dämpfungssystem in einem Induktions-Wattstunden- ^ ' zähler, wobei der Zähler eine drehbar gehalterte elektrisch leitende Scheibenarmatur besitzt, welche von Wechselfluss feldern angetrieben wird, die durch einen Wechselstrom-Elektromagnet erzeugt werden, wobei das Magnetdämpfungssystem ein gegenüberstehendes Paar von beabstandeten Dämpfungsmagneteinheiten umfasst und jede Dämpfungsmagneteinheit allgemein parallel zu einer entsprechenden Seite der Scheibenarmatur und im Abstand der selben und gegenüberstehend zu anderen Dämpfungsmagneteinheit angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmagneteinheiten jeweils eine Anordnung(26)umfassen, welche ein weichmagnetisches, den Fluss leitendes Brückenteil .'(3o) enthält, das allgemein parallel zu der Scheibenarmatur (18) ausgerichtet ist, sowie ein Dauermagnet (2 8) aus einer Legierung von Kobalt und seltenen Erden, der an dem Brückenteil (3o) befestigt ist und sich von demselben allgemein senkrecht in Richtung der Scheibenarmatur (18) erstreckt, ein weichmagnetischer, den Fluss leitender Ansatz oder vorstehendes Teil (32) auf dem Brückenteil (3o), welcher sich von dem Brückenteil aus beabstandet und symmetrisch zu dem Dauermagnet (28) in der gleichen Richtung wie derselbe erstreckt und etwa die gleichen Abmessungen wie der Dauermagnet besitzt, wobei die Dauermagneten (28) miteinander gegenüberstehend so ausgerichtet sind, dass ungleiche Magnetpole einander gegenüberstehen, und die vorstehenden Teile (32) miteinander gegenüberliegend so ausgerichtet sind, dass ein Magnetflussfeld in geschlossener Schleife durch das gegenüberstehende Paar von Dämpfungsmagneteinheiten (26) vorhanden ist und zweimal in entgegensetzten Richtungen durch die zwischengefügte Scheibenarmatur (18) verläuft.
2.) Magnetdämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Dauermagnet (28) mit einem für den magnetischen

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Fluss leitenden Nebenschluss (34) zur Temperaturkompensation ausgestattet ist.
3.) Magnetdämpfungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Nebenschluss (34) zur Temperaturkompensation ein relativ dünnes Teil aus einem für den Magnetfluss leitenden Material mit einem negativen Temperaturkoeffizienten der Permeabilität besitzt und in der gleichen Richtung wie sein jeweiliger Dauermagnet verläuft.
4.) Magnetdämpfungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das dünne Stück aus magnetisch leitendem Material auf mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten seines jeweiligen Dauermagneten aufgebracht und mit demselben verbunden ist.
5.) Magnetdämpfungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Teil aus flussleitendem Magnetmaterial nahezu vollständig seine angrenzende Seite des jeweiligen Dauermagneten bedeckt.
6.) Magnetdämpfungssystem nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenschlussteile (34) zur Temperaturkompensation aus einer Eisen-Nickel-Legierung bestehen.
7.) Magnetdämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ein einstellbares weichmagnetisches den Fluss leitendes Nebenschlussteil (38) benachbart zu mindestens einer der Magneteinheiten (26) besitzt.
8.) Magnetdämpfungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es einen einstellbaren weichmagnetischen den Fluss leitenden Nebenschlussteil (38' enthält, welcher in der Nähe eines ersten weichmagnetischen Brückenteils (3o) angeordnet ist, wobei diese erste weichmagnetische Brückenteil (3o) wesentlich verringte Abmes-

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sungen im Vergleich zu dem zweiten weichmagnetischen Brückenteil (3o) besitzt.
9.) Magnetdämpfungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste weichmagnetische Brückenteil (3o) eine Dicke entsprechend etwa 1/4 bis 3/4 der Dicke des zweiten weichmagnetischen Brückenteils besitzt.

1ο.) Magnetdämpfungssystem nach einem der Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete Magnete aus Kobalt-Samarium sind.

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