DE2819829C2

DE2819829C2 - Elektromagnetischer Antrieb

Info

Publication number: DE2819829C2
Application number: DE19782819829
Authority: DE
Inventors: Tsuneo Hitachi Kishi; Takanao Kurasawa; Minoru Sato; Isao Takahashi; Yoshio Yoshioka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-05-06
Filing date: 1978-05-05
Publication date: 1983-09-15
Also published as: CA1105552A; JPS53136670A; DE2819829A1; JPS5723979B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen auf einen elektromagnetischen Antrieb, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der AT-PS 89 870 bekannten Art.

Bei dem bekannten elektromagnetischen Antrieb haben die einander gegenüberliegenden Flächen des Kerns und des Ankers im Querschnitt die Form eines Kreisachtels, so daß sich die Ankerfläche über eine verhältnismäßig lange Strecke bewegen muß, bevor sie den Spalt schließt und die gegenüberliegende Endfläche des Kerns berührt. Der Innendurchmesser der Spule muß daher verhältnismäßig groß ausgebildet werden, damit sich der Anker in der beschriebenen Weise bewegen kann. Dies führt zu verhältnismäßig großen Abmessungen des elektromagnetischen Antriebs und zu verhältnismäßig langen Schaltzeiten. Die Schaltzeiten sind auch deshalb verhältnismäßig lang, weil die auf den dem Schenkel des Kerns gegenüberliegenden Schenkel des Ankers wirkende Kraft nicht senkrecht am Schenkel angreift, so daß die beim Anzug des Ankers zur Verfügung stehende Kraft nicht voll zur Erzeugung des Drehmoments ausgenutzt wird.

Aus der DE-PS 9 47 812 ist ferner ein elektromagnetischer Antrieb bekannt, bei dem zwei Elektromagneten zueinander seitlich versetzt angeordnet sind. In der Seitenprojektion ist ein Zwischenraum zwischen den beiden aufeinander zuweisenden Endflächen der Elektromagneten vorgesehen, in dem sich ein zentral gelagerter Anker befindet Die Schenkel des Ankers verlaufen schräg zu den Endflächen der Elektromagneten, so daß, abgesehen von den bei dieser Anordnung auftreten hohen Streuflüssen, die von den Elektromagneten erzeugte Kraft ebenfalls nicht senkrecht an den Schenkeln des Ankers angreift. Auch bei dieser bekannten Anordnung ist daher das erzeugte Drehmoment und damit die zum Anziehen des Ankers benötigte Zeit verhältnismäßig groß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Antrieb zu schaffen, bei dem die zum Anziehen des Ankers erforderliche Betätigungszeit möglichst kurz ist

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem gattungsgemäßen elektromagnetischen Antrieb erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Da bei dem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antrieb die auf den Anker wirkende Kraft senkrecht zu den einander gegenüberliegenden Flächen des Schenkels und des Ankers angreift, wird ein maximales Drehmoment erzeugt, so daß der Antrieb mit hohen Schaltgeschwindigkeiten arbeiten kann und kurze Schließzeiten und, beim Antrieb eines Öffners, kurze Trennzeiten erzielt werden.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfinduvg näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Vorderansicht einer ersten

Ausführungsform eines elektromagnetischen Antriebs, F i g. 2 im Diagramm den Verlauf des Erregerstroms

bei einem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antrieb verglichen mit einem bekannten,

Fig.3 das Schaltbild einer Erregerschaltung zur Erzeugung eines Erregerstroms mit dem im Diagramm der F i g. 2 gezeigten Verlauf,

Fig.4, 5 und 6 schematische Vorderansicht der wesentlichen Teile dreier weiterer Ausführungsbeispiele des elektromagnetischen Antriebs.

Der in F i g. 1 gezeigte elektromagnetische Antrieb 1 enthält einen im wesentlichen C-förmigen feststehenden oder ortsfesten Kern 10 mit einem ersten und zweiten Schenkel 12 bzw. 13, die eine Öffnung 11 begrenzen. Mit dem ortsfesten Kern 10 ist ein Anker 14 derart verbunden, daß sich sein eines Ende 15 über einen Spalt gegenüber dem zwe'ten Schenkel 13 des ortsfesten Kerns 10 befindet, während das andere Ende 16 des Ankers 14 den i;rsten Schenkel 12 des ortsfesten Kerns 10 über einen Spalt 17 teilweise übergreift. Der Anker 14 ist um eine zentral« Achse 18 derart schwenkbar, daß sein linden 16 und 15 gegen den ersten und zweiten Schenkel 12 bzw. 13 des ortsfesten Kerns 10 gedruckt oder von diesem weg bewegt werden können.

Die den Anker 14 schwenkbar tragende Achse 18 verläuft zwischen zwei Haltern 19, die an den Seilenflächen des ersten und zweiten Schenkels 12 bzw. 13 des ortsfesten Kerns 10 befestigt sind und die Öffnung 11 des ortsfesten Kerns 10 umgeben.

In Fig. 1 sind nur die vorderen Halter gezeigt; die anderen Halter mit gleicher Form und Größe befinden sich hinter den gezeigten.

Die Halter 19 sind an den Seitenflächen des zweiten Schenkels 13 des ortsfesten Kerns 10 mittels Schrauben 20 und am ersten Schenkel 12 des ortsfesten Kerns 10 mittels Befestigungseinrichtungen 21, beispielsweise mittels Schraube und Mutier befestigt. Die Achse 18 ist zwischen den Haltern 19 starr befestigt

Die Halter 19 bestehen beispielsweise aus nichtmagnetischem nichtrostendem Stahl.

An der Haltern 19 ist eine zylindrische Magnetspule

22 befestigt, die die übergreifenden Zonen (bei 23) der zugehörigen Teile des ersten Schenkels 12 des ortsfesten Kerns 10 und des zweiten Endes 16 des Ankers 14 umschließt, die unter Einschließung des Spaltes 17 einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Magnetspule 22 wird derart befestigt, daß zunächst die Halter 19 mit ihren jeweiligen Enden am zweiten Schenkel 13 des ortsfesten Kerns 10 mit Hilfe der Schrauben 20 und dann die Spule 22 an den Haltern 19 von deren anderen Enden befestigt werden. Darauf wird der erste Schenkel 12 des ortsfesten Kerns 10 zwischen die anderen Enden der Halter 19 eingesetzt. Die anderen Enden der Halter 19 werden am ersten Schenkel 12 des ortsfesten Kerns 10 mit Hilfe der Befestigungseinrichtungen 21 befestigt, während erster und zweiter Schenkel 12 bzw. 13 des ortsfesten Kerns 10 mittels einer Befestigungseinrichtung, beispielsweise einer Schraube 24 einteilig verbunden werden.

Im Betrieb wird der Magnetspule 22 des elektromagnetischen Antriebs 1 ein Erregerstrom zugeführt. Der durch diesen erzeugte Magnetfluß fließt durch den ortsfesten Kern 10 und erzeugt eine Anziehungskraft, die den Anker 14 in Richtung zum ortsfesten Kern 10 im Gegenuhrzeigersinn schwenken läßt. Es tritt praktisch der gesamte, von der Magnetspule 22 erzeugte Magnetfluß durch die einander gegenüberliegenden Flächen 23 des ortsfesten Kerns 10 und des Ankers 14 ohne Streuverluste hindurch. Da die einander übergreifenden Zonen wegen der übergreifenden Anordnung des ersten Schenkels 12 des ortsfesten Kerns 10 und des zugehörigen Endes 16 des Ankers 14 eine große Fläche

23 für den Magnetfluß an dieser Stelle bilden, ist der durch die Flächen 23 hindurchtretende Magnetfluß groß genug, um die auf den Anker 14 zum ortsfesten Kern 10 gerichtete Anzugskraft zu erhöhen.

Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer Prüfschaltung zum Nachweis der Vorteile des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antriebs 1 gegenüber einem bekannten Antrieb dieser Art. Die Schaltung der Fig. 3 enthält eine Spannungsquelle E einen Ein-Aus-Schalter Sl, einen Hilfsschalter 52, der mit dem Schaltunterbrecher gegenläufig arbeitet bzw. verriegelt ist, eine Magnetspule L, einen Kondensator C und einen Strombegrenzungs- und Entladewiderstand R. Der Hilfsschalter A 2 befindet sich in seiner geschlossenen Stellung, wenn der Schaltunterbrecher eingeschaltet ist. Beim Schließen des Schalters S1 auf einen Unterbrecher-Auslösebefehl wird gemäß F i g. 2 der Spule L ein Strom /zugeführt. In Fig. 2 ist auf der Abszisse die seit der Erregung der Spule L am Ursprung C⁴ vergangene Zeit aufgetragen. Durch die Erregung der Spule L erzeugt der elektromagnetische Antrieb einen Magnetfluß, so daß eine Anzugskraft entsteht und ein geeigneter Betätigungsmechanismus (nicht gezeigt) für den Schaltunterbrecher betätigt wird, wodurch der Schaltungsunterbreeher ausschaltet Darauf wird der Hilfsschalter 52 geöffnet und der Erregerstrom /abgeschaltet

Die gestrichelte Kennlinie A in Fig.2 zeigt den Verlauf des Erregerstroms / bei einem bekannten elektromagnetischen Antrieb, bei dem die Magnetspule

ίο 22 auf dem zweiten Schenkel 13 des ortsfesten Kerns 10 statt in der in F i g. 1 gezeigten Stellung befestigt ist Die ausgezogenen Kennlinie B zeigt den Verlauf des Erregerstroms / bei dem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antrieb der Fig. 1. Diese elektromagnetischen Antriebe sind mit Ausnahme der unterschiedlichen Anordnung der Magnetspulen vollständig gleich ausgebildet.

In Fig.2 sind auf der Abszisse und Ordinate die relativen Werte von Zeit und Strom aufgetragen.

Gemäß Fig.2 ist die zum Starten '!sr Bewegung des Ankers 14 erforderliche Zeit gegenü&c- der Kennlinie A um Δί kürzer. Nimmt man an, daß die zum Start der Bewegung des Ankers 14 erforderliche Zeit für die Kennlinie A gleich 10 sei. Dann ist die nacr. der Kennlinie B erforderliche Zeit nur etwa gleich 7. d. h_ daß die Zeitdauer um etwa 3, also 30% verringert werden kann. Ferner ist, weil die Induktivität der Magnetspule 22 infolge der Bewegung des Ankers 14 zum ortsfesten Kern 10 und die dpmit verbundene Verengung des Spaltes 17 zwischen diesen erhöht wird, der Maximalwert des Erregerstroms / für die Kurve B um Δί kleiner als für die Kurve A. Nimmt man an, daß dieser Maximalwert für die Kurve A gleich 10 ist, so ergibt sich für die Kurve B der Wert 6, d. h, der Wert

*> kann um etwa 4, nämlich 40% verringert werden.

Weil ferner die Magnetspule 22 und die einander übergreifenden Zonen (bei 23) in Fig. 1 den Spalt 17 zwischen dem ersten Schenkel 12 des ortsfester Kerns 10 und dem zugehörigen Ende 16 des Ankers 14 doppelt

umschließen, kann der Eintritt von Staub in den Spalt 17 sich or verhindert werden. Die Magnetspule 22 kann mit ihrem rechten Ende näher am Schenkel 12 des ortfesten Kerns 10 angeordnet werden, so daß der Eintritt von Staub in den Spalt 17 noch wirkungsvoller verhindert

wird.

Die Fig.4, 5 und 6 zeigen weitere Ausführungsformen des elektromagnetischen Antriebs.

Bei dem in Fig.4 gezeigten elektromagnetischen Antrieb sind die Enden 15 und 16 des Ankers 14 und die

'" zugehörigen Teile des zweiten und ersten Schenkels 13 bzw. 12 des ortsfesten Kerns 10 mit einander über den Spalt 17 gegenüberliegenden Flächen 23 versehen; diese werden von zwei unabhängigen Magnetspulen 30 und 31 umschlossen. Bei dieser Ausführungsform verhindern

⁵⁾ die Magnetspulen 30 und 31 zusammen mit den zugehörigen übergreifenden Zonen den Eintritt von Staub in den Spa't 17. Der elektromagnetische Antrieb der Fig.4 hat ähnliche Eigenschaften wie der der Fig. 1.

Bei dem in F i g. 5 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel des elektromagnetischen Antriebs umschließt eine einzige Magnetspule 33 die einander übergreifenden Zonen (bei 23) der Enden des Ankers 14 und des zweiten und ersten Schenkels 13 bzw. 12 des ortsfesten Kerns 10, zwischen denen sich der Spalt 17 befindet. Die Magnetspule 33 wird durch die Halter 19 aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise nichtrostendem Stahl gehalten, die an den Schenkeln 12 und 13

5 6

des ortsfesten Kerns 10 befestigt sind. Bei dem in F i g. 6 12 des ortsfesten Kerns 10 und dem zugehörigen Ende gezeigten vierten Ausführungsbeispiel des elektroma- 16 des Ankers 14 befindet sich ein sehr enger Spalt 35. gnetischen Antriebs 1 haben das Ende 15 des Ankers 14 Dieser kann während der Bewegung des Ankers 14 und der zweite Schenkel 13 des ortsfesten Kerns 10. praktisch konstant gehalten werden. Da er sehr schmal zwischen denen sich der Spalt 17 befindet, einander "> ist. kann bei gleicher Amperewindungszahl der Magnetübergreifende Zonen (bei 23). die von einer Magnetspu- spule 30 ein hohes Drehmoment erzeugt werden.
Ie 30 umschlossen sind. Zwischen dem ersten Schenkel

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromagnetischer Antrieb mit einem im wesentlichen C-förmigen ortsfesten Kern (10) mit einem ersten (12) und einem zweiten Schenkel (13), mit einem gegenüber dem ortsfesten Kern um eine zentrale, in der Öffnung (11) des ortsfesten Kerns (10) angeordnete Achse (18) schwenkbar gelagerten Anker (14), wobei der erste und/oder der zweite Schenkel (12, 13) eine Fläche aufweisen, die einer Fläche des Ankers (14) über einen Spalt (17) innerhalb einer Magnetspule (22) gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Schenkels und die dieser gegenüberliegende Ankerfläche in einer Ebene angeordnet sind, die zur Achse der Magnetspule (22) im wesentlichen parallel ist.

2. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (22) die einander gegenüberliegenden Rächen (23) nur des ersten Schenkels (12) des ortsfesten Kerns (10) und dee zugehörigen Teil des Ankers (14) unter Bildung eines Spalts zwischen diesen umschließt

3. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (30, 31, 33) die einander gegenüberliegenden Rächen (23) des ersten und zweiten Schenkels (12, 13) des ortsfesten Kerns (10) und die zugeordneten Teile des Ankers (14) unter Bildung von Spalten (17) zwischen diesen umschließt

4. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei voneinander unabhängigen Magnetspulen (30, 31) die einander gegenüberliegenden Flächen (23) umschließen.

5. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 1 J5 oder 2, dadurch gekenn^eichuet, daß ein Ende (16) des Ankers (14) unter Bildung eines Spalts (35) gegenüber einem Schenkel (12) des ortsfesten Kerns (10) angeordnet ist und daß die Magnetspule (30) die einander gegenüberliegenden Flächen (23) des anderen Endes (15) des Ankers (14) und des zugehörigen Teils des zweiten Schenkels (13) des ortsfesten Kerns (10) unter Bildung eines Spalts (17) zwischen diesen umschließt.

6. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (22; 30;33) oder -spulen (30,31) auf Trägern (Halter 19) bjfestigt sind, die sich zwischen dem ersten und zweiten Schenkel (12, 13) des ortsfesten Kerns (10) erstrecken.