DE3932583C2

DE3932583C2 - AC-excited switching magnet

Info

Publication number: DE3932583C2
Application number: DE19893932583
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Ing Klar
Original assignee: Individual
Current assignee: KLAR, FRITZ, DIPL.-ING., 01445 RADEBEUL, DE
Priority date: 1988-12-12
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1999-02-18
Anticipated expiration: 2009-09-30
Also published as: FR2640414A1; FR2640414B1; DE3932583A1; DD277998A1

Description

Die Erfindung betrifft einen wechselstromerregten Schaltmagnet mit einem Magnetanker, einem Magnetkern und einer Erregerwick lung, wie sie vornehmlich als Antriebsmagnete in Schaltgerä ten, wie Motorschützen, Verwendung finden.The invention relates to an AC-excited switching magnet with a magnetic armature, a magnetic core and an exciter wick tion, primarily as drive magnets in switchgear such as motor contactors are used.

Ein derartiger Schalt magnet ist beispielweise aus der DE 18 34 102 U1 bekannt.Such a shift magnet is known for example from DE 18 34 102 U1.

Der Aufbau solcher Schaltmagnete mit den Hauptelementen Mag netanker, Magnetkern und Erregerwicklung ist grundsätzlich einfach, läßt aber bei der endgültigen Gestaltung eine Fülle von Ausführungsmöglichkeiten zu, die sich bezüglich der Feldausnutzung gravierend unterscheiden.The construction of such switching magnets with the main elements Mag Netanker, magnetic core and excitation winding is fundamental simple, but leaves an abundance in the final design from execution options to those regarding Make a serious distinction between field utilization.

Eine gewisse Einschränkung der Ausführungsvielfalt ergibt sich bei wechselstromerregten Schaltmagneten allerdings dadurch, daß bei jedem tragenden Polpaar mindestens ein Pol als Spalt pol mit Dämpferwicklung ausgeführt werden muß und die erfor derlichen Makro- und Mikrogeometrie aller tragenden Polflächen nur mittels Schleifbearbeitung erreichbar ist. Mit Rücksicht auf diese Bearbeitung sind daher die Schaltmagnetteile (Anker, Kern) vorteilhafterweise so gestaltet, daß sich bei jedem Teil für die zu bearbeitenden Polflächen eine gemeinsame Bearbei tungsebene ergibt.There is a certain restriction in the variety of designs with AC solenoids, however, that with each supporting pole pair at least one pole as a gap pole must be executed with damper winding and the requ macro and micro geometry of all load-bearing pole faces can only be reached by grinding. With consideration The switching magnet parts (armature, Kern) advantageously designed so that each part a common machining for the pole faces to be machined level results.

Solche Schaltmagnete können dann auch, gegebenenfalls unter Weglassung der Dämpferwicklung, über eine Ansteuerschaltung, z. B. eine herkömmliche Sparschaltung, mit Gleichstrom erregt werden.Such switching magnets can then, if necessary, under Omission of the damper winding, via a control circuit, e.g. B. a conventional economy circuit, excited with direct current become.

Im Laufe der Entwicklung haben sich bestimmte Bauformen für Schaltmagnete herausgebildet. So ist bei Schützen kleiner Lei stung ein symmetrischer, zweimaschiger Flußkreis mit einer un mittelbar mit dem gemeinsamen Flußzweig verketteten Erreger spule vorherrschend. Die Erregerspule und der mittlere gemein same Flußpfad werden dabei so ausgebildet, daß sich in der An fangslage des Magnetankers das durch den Arbeitsluftspalt zwi schen den Wirkflächen (Polflächen) von Magnetanker und Magnet kern abgegrenzte Feldvolumen innerhalb der Spule befindet. Bei Schützen mittlerer und großer Leistung sind ein- und zweima schige symmetrische Flußkreise üblich, wobei zur Erzielung des geforderten Kraftaufkommens bei der hier immer mehr prakti zierten unmittelbaren Magnetanker-Traversenkopplung die Mag netanker überwiegend als Flachanker ausgebildet werden. Die Erregerspulen umschließen dann bei der einmaschigen Ausführung als mehr oder weniger röhrenförmige Gebilde die Polstümpfe des Magnetkerns. Sinngemäß gilt das auch für die zweimaschige Ausführung bezüglich der Erregerspule über dem Mittelschenkel des Magnetkerns.In the course of development, certain designs have become available Switching magnets formed. So with shooters is little lei a symmetrical, two-meshed flow circle with an un pathogen linked indirectly to the common river branch coil prevailing. The excitation coil and the middle one mean same river path are formed so that in the An Starting position of the magnet armature through the working air gap between between the active surfaces (pole surfaces) of the magnet armature and magnet core delimited field volume is located within the coil. At Protectors of medium and high power are one and two Schige symmetrical flow circles usual, whereby to achieve the required force with the more and more practi graced the Mag netankers are mainly designed as flat anchors. The Excitation coils then enclose in the single-mesh version as more or less tubular structures the pole stumps of the magnetic core. The same applies analogously to the two-mesh Version regarding the excitation coil over the middle leg of the magnetic core.

Ergänzend muß hier auf die Ausführung dreiphasig erregter Hub magnete, sogenannter Drehstrommagnete, gemäß beispielsweise der DE 18 34 102 U1, hingewiesen werden. Wegen des Verket tungsprinzips der drei phasenverschobenen magnetischen Flüsse benötigen die einzelnen Polpaare keinen eigenen magnetischen Rückschluß. Aus den einphasigen Urtypen hat sich folglich eine Bauform mit einem, von den drei Teilflüssen gemeinsam benutz ten, meist flachen Magnetkern herausgebildet. Im Gegensatz zu jener bei den einphasig erregten Schaltmagneten abfallenden Kraft-Weg-Kennlinie ist bei den Hubmagneten im Idealfall eine über große Hübe konstante Kraft erwünscht. Die Erregerspulen müssen daher jeweils den Arbeitsluftspalt und soweit wie mög lich noch die Anker- und Kernschenkel überdecken. Dabei lassen sich die Einzelspulen für die dreiphasige Erregung zwar zu ei ner Einheit zusammenfassen, z. B. durch eine gemeinsame Kunststoffumhüllung, aber ein solcher Spulensatz kann keines wegs ohne Demontage des Ankers respektive Kerns ausgewechselt werden. In addition, the three-phase excitation stroke must be carried out here magnets, so-called three-phase magnets, according to, for example DE 18 34 102 U1. Because of the Verket principle of the three phase-shifted magnetic fluxes the individual pole pairs do not need their own magnetic Conclusion. The one-phase archetype consequently has one Design with one of the three sub-rivers shared ten, mostly flat magnetic core formed. In contrast to that falling with the single-phase excited solenoids The force-displacement characteristic curve is ideally one for the solenoids Constant force desired over long strokes. The excitation coils Therefore, the working air gap and as far as possible Lich still cover the anchor and core legs. Let it go the individual coils for the three-phase excitation to egg summarize ner unit, e.g. B. by a common Plastic coating, but none of these coils can replaced without dismantling the anchor or core become.

Der zunehmend weltweite Einsatz der Schaltgeräte zwingt nun alle exportierenden Hersteller, geeignete technische Lösungen für eine schnelle Anpassung einzelner Geräte oder ganzer Anla gen an lokal sehr unterschiedliche Steuerstromkreise mit bei spielsweise anderer Amplitude oder Kurvenform der Spannung (Umrichterspeisung) oder anderer Frequenz zu finden.The increasing worldwide use of switchgear is now forcing all exporting manufacturers, suitable technical solutions for quick adaptation of individual devices or entire system on very different control circuits for example, different amplitude or curve shape of the voltage (Converter supply) or other frequency.

Teilweise hat man sich hier mit der Entwicklung von Sonderspu len, sogenannter Doppelspannungs- und/oder Doppelfrequenzspu len, beholfen. Solche Lösungen sind aber immer als Kompromiß anzusehen, der insbesondere bei Geräten mittlerer und großer Leistung mit funktionell gehobenen Ansprüchen nicht eingegan gen werden kann.In some cases you have developed the special spu len, so-called double voltage and / or double frequency spu len, help. Such solutions are always a compromise to look at, especially in devices of medium and large Performance with functionally high demands not accepted can be gen.

Im allgemeinen hilft nur ein Spulen- oder Gerätewechsel, wobei sich der Gerätewechsel wegen der relativ hohen Montagekosten als ökonomisch nachteilig erweist.In general, only a coil or device change helps the device change because of the relatively high assembly costs proves to be economically disadvantageous.

Bei der gemäß DE 21 40 807 B1 beschriebenen Lösung wird ein Wechsel des Spulensatzes nach Lösen einer Kernlagerstelle und Herausklappen des Magnetkerns mit aufliegender Erregerwicklung nach hinten in Richtung der Gerätetiefe ermöglicht. Nachteilig ist, daß diese Arbeiten im allgemeinen nicht im Einbauzustand der Geräte möglich sind und bestimmte konstruktive und ferti gungstechnische Maßnahmen zu einer definierten Wiederherstel lung der funktionell an sich hoch belasteten Magnetkernlage rung erfordern.In the solution described in DE 21 40 807 B1, a Changing the coil set after loosening a core bearing and Fold out the magnetic core with the excitation winding resting on it allows towards the back in the direction of the device depth. Disadvantageous is that this work is generally not in the installed state the devices are possible and certain constructive and ferti technical measures for a defined restoration the functionally highly loaded magnetic core layer require.

Weitere Konstruktionen der jüngeren Gerätegeneration etwa ge mäß DE 32 20 040 C2 erlauben einen Spulenwechsel im Einbauzustand der Gerä te und sind so gestaltet, daß der Magnetkern einschließlich der Erregerspule über einen Schnappmechanismus in eine kasset tenförmige Gehäuseöffnung eingeschobem werden kann. Der Spu lenwechsel verläuft in umgekehrter Reihenfolge. Als nachteilig erweist sich dabei die Manipulation mit dem schweren Magnet kern und das Lösen zusätzlicher, lagesichernder Verbindungen zwischen dem Spulenkörper und dem Kassetteneinschub bzw. zwi schen Spulenkorpus und Magnetkern. Der konstruktive Aufwand für diese Lösungen ist vergleichsweise hoch. So wird bei spielsweise für das Gehäuse ein Sonderprofil aus Leichtmetall verwendet.Other designs of the younger generation of devices such as ge according to DE 32 20 040 C2 allow a spool change when the device is installed te and are designed to include the magnetic core the excitation coil via a snap mechanism in a cassette ten-shaped housing opening can be inserted. The Spu Changing the oil is in reverse order. As a disadvantage the manipulation with the heavy magnet proves itself core and the loosening of additional, position-securing connections between the bobbin and the cassette insert or between bobbin and magnetic core. The construction effort for these solutions is comparatively high. So at for example for that Housing uses a special profile made of light metal.

Im Sinne einer ausreichenden Zukunftssicherheit soll der Spu lenwechsel auch von mehr elektronisch als elektromechanisch geschultem Personal ohne engere Beziehungen zur inneren Funk tion eines Schaltgerätes ausführbar sein. Selbstverständlich soll zugleich auch der Zugang zur Erregerwicklung im Falle ei nes Fehlers (Unterbrechung, Windungsschluß) bedeutend erleich tert werden. Damit verlieren aufwendige konstruktive Maßnah men, wie etwa das Einbetten der Erregerwicklung in Kunststoff zur Verhütung von Ausfällen, an Bedeutung.In the sense of sufficient future security, the Spu Oil changes from more electronic than electromechanical trained personnel without closer relationships to internal radio tion of a switching device to be executable. Of course at the same time, access to the pathogen development in the case of egg nes error (interruption, short circuit) significantly easier be tert. This means that complex constructive measures are lost such as embedding the field winding in plastic to prevent failures, in importance.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Herausarbeitung einer solchen Struktur nach Form und Lage der aktiven Teile eines Schaltmagneten, die ein ausreichendes Kraftaufkommen gewähr leistet und einen problemlosen Spulenwechsel auch im Einbauzu stand des Schaltgerätes erlaubt.The object of the invention is to work out a such structure according to the shape and location of the active parts of a Switching magnets that ensure sufficient force performs and a problem-free spool change also in the installation status of the switching device allowed.

Dazu wird die Erregerwicklung so gestaltet, daß sie aus schließlich den Arbeitsluftraum, gegeben durch die Flächenab messungen der magnetischen Pole und den Arbeitsluftspalt in der Ankeranfangslage (unerregter Zustand), bei einem oder je dem der magnetischen Polpaare ganz oder teilweise (geringere Spulenbreite) umschließt. Dadurch entsteht eine klare, räumli che Trennung der drei Hauptelemente Magnetanker, Magnetkern und Erregerwicklung. Durch hier nicht näher angegebene Füh rungs- und/oder Lagerelemente läßt sich dann ein gehäusefe ster, kassettenförmiger Einschubraum für die Erregerwicklung schaffen. Die Einschubrichtung ist dabei in der Arbeitsebene des Magnetsystems zunächst frei wählbar, wobei aber wegen der vielfach geforderten Anreihbarkeit der Schaltgeräte in der Schaltanlage die Einschubrichtung in Richtung der Strombahnen liegen sollte.For this purpose, the excitation winding is designed so that it is off finally the working air space, given by the areas measurements of the magnetic poles and the working air gap in the anchor initial position (unexcited state), with one or each that of the magnetic pole pairs in whole or in part (lower Coil width). This creates a clear, spatial che separation of the three main elements magnetic armature, magnetic core and excitation winding. By Füh not specified here tion and / or bearing elements can then be housed stere, cassette-shaped insertion space for the excitation winding create. The direction of insertion is in the working level of the magnet system can be freely selected, but because of the the switchgear in the Switchgear the direction of insertion in the direction of the current paths should be.

Bei Aufteilung der Erregerwicklung in zwei Teilspulen können diese entweder einzeln oder vorzugsweise als eine durch hier nicht näher angegebene Konstruktionselemente zu einer als Kas settenspule zu bezeichnenden Einheit im Einschubraum der Kas sette Aufnahme finden und bei Bedarf ausgetauscht werden, ohne daß innere elektrische Verbindungen gelöst werden müssen.When dividing the excitation winding into two sub-coils this either individually or preferably as one through here Construction elements unspecified to a as Kas unit coil to be designated unit in the slot of the Kas Find a nice shot and be replaced if necessary without that internal electrical connections must be disconnected.

Die einmal mit der Gerätefertigung erzielte oder gegebe nenfalls justierte Lage und gegenseitige Zuordnung der Schalt magnetteile bleibt bei einer solchen Umrüstung unberührt. Es ist sogar möglich, die Geräteprüfung mit speziellen Prüfspulen vorzunehmen und die Geräte erst vor dem Versand oder bei der Schaltanlagenmontage mit den gerade erforderlichen und geson dert geprüften Kassettenspulen zu komplettieren.The one once achieved or given with the device production if necessary, adjusted position and mutual assignment of the switching Magnetic parts remain unaffected by such a conversion. It it is even possible to test the device with special test coils and the devices only before shipping or at the Switchgear assembly with the just required and geson to complete tested cassette reels.

Die vorgeschlagene geometrische Struktur ist nicht auf einen einmaschigen symmetrischen Flußkreis beschränkt, sondern ist auch sinngemäß auf zweimaschige oder unsymmetrisch verkettete einmaschige Flußkreise übertragbar.The proposed geometric structure is not one single-mesh symmetrical flow circle is limited, but is also analogously to two-mesh or asymmetrically linked single-meshed river circles transferable.

Bei vorteilhafter Nutzung der gestalterischen Möglichkeiten, gegeben durch die Polbreite, Polteilung und Paketdichte, er gibt indessen der einmaschige Flußkreis mit symmetrischer Wicklungsverkettung eine besonders kompakte Bauform, die sich dem Raumangebot und dem Kraftbedarf bei Schützen großer Lei stung überraschend gut anpassen läßt und den bisher bekannten Lösungen auch hinsichtlich der Realisierung eines ausreichen den Gleichstromschaltvermögens überlegen ist. Der Kernschnitt ist in jedem Fall ein einfaches Schnitteil und auch beim An kerschnitt ist vielfach eine verschachtelte Anordnung möglich. Insgesamt ist daher mit einer weit besseren Stoffausnutzung als bei herkömmlichen Schaltmagnetkonturen zu rechnen.With advantageous use of the design options, given by the pole width, pole pitch and packet density, he gives the single-mesh flow circle with symmetrical Winding interlinking is a particularly compact design that can the space available and the power required by shooters of large lei stung surprisingly well adapted and the previously known Solutions with regard to the realization of a sufficient is superior to DC switching capacity. The core cut is in any case a simple cut part and also with the on a nested arrangement is often possible. Overall, therefore, with a far better use of material than to be expected with conventional switching magnet contours.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachstehend anhand eines einmaschigen Fluß kreises näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigtAn embodiment of the invention will now be based on a single-mesh flow circle are explained in more detail. In the accompanying drawing shows

Fig. 1 eine Seitenansicht mit geschnittener Erregerwicklung, Fig. 1 is a side view with cut excitation winding,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen stilisierten Schaltmagneten nach der Erfindung. Fig. 2 is a plan view of a stylized switching magnet according to the invention.

Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszei chen versehen.The same parts are in both figures with the same reference number Chen provided.

Der in der Zeichnung dargestellte Schaltmagnet besteht im wesentlichen aus einem U-förmigen Magnetanker 1, einem flachen Magnetkern 2 und der aus zwei Teilspulen bestehenden Erreger wicklung 3, die dann durch entsprechende Konstruktionselemente als Kassettenspule ausgebildet ist. Die Kassettenspule ist dabei so gestaltet, daß die Erregerwicklung nur den Arbeits luftraum des Magneten in der Anfangslage, also bei unerregtem Magnetanker 1, umschließt. Dies bewirkt zum einen eine optima le Kraftanpassung und zum anderen erlaubt diese Lösung einen bezüglich des Magnetankers 1 und des Magnetkerns 2 ungehinder ten Wechsel der Kassettenspule. Hierzu werden im Schaltgerät zweckmäßigerweise hier nicht näher dargestellte Führungsele mente für die Kassettenspule vorgesehen.The switching magnet shown in the drawing consists essentially of a U-shaped armature 1 , a flat magnetic core 2 and the two-coil excitation winding 3 , which is then formed by appropriate construction elements as a cassette coil. The cassette reel is designed so that the excitation winding only encloses the working air space of the magnet in the initial position, that is, when the armature 1 is not excited. On the one hand, this causes an optimal force adjustment and, on the other hand, this solution allows an unhindered change of the cassette reel with respect to the magnet armature 1 and the magnet core 2 . For this purpose, guide elements are not expediently provided here for the cassette reel in the switching device.

Die Einschubrichtung der Kassettenspule erfolgt zweckmäßiger weise dabei in Richtung der Strombahnen, um einen Wechsel der Kassettenspule auch bei in Schaltanlagen aneinandergereihten Geräten zu ermöglichen.The direction of insertion of the cassette reel is more expedient point in the direction of the current paths to change the Cassette reel also in rows in switchgear Devices.

Claims

1. AC-excited switching magnet with a magnet armature, a magnetic core and an excitation winding, characterized in that the excitation winding ( 3 ) is only the working air space, given by the area dimensions of the magnetic poles and the working air gap in the armature start position, for one or each of the completely or partially encloses magnetic pole pairs.

2. AC-excited switching magnet according to claim 1, characterized in that the excitation winding ( 3 ) is designed as a cassette coil.

3. AC-excited switching magnet according to claim 2, characterized characterized in that in the area of the working air space of the Switching magnets in a switchgear housing a cassette-shaped miger slide-in space with guide and / or bearing elements for the cassette reel is present.

4. AC-excited switching magnet according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cassette coil is exchangeable, without loosening internal electrical connections and without changing the position and assignment of the magnetic parts le ( 1 , 2 ) to each other.