DK164424B - Stoejfri elektromagnet - Google Patents

Description

DK 164424B

i

Den foreliggende opfindelse angår en elektromagnet med jævnstrømsforsyning af den type, der omfatter et fast magnetisk kredsløb, et bevægeligt magnetisk kredsløb, som sammen med det faste magnetiske kredsløb danner i det mindste to luftspalter med variabel 5 bredde, og som er forsynet med et af umagnetisk materiale fremstillet dæmpningselement, der tjener som arbejdsstillingsstop, som begrænser bredden af elektromagnetens luftspalter til en minimumsværdi i arbejdsstillingen. Sådanne elektromagneter er navnlig bestemt til anvendelser, som kræver støjfri funktion og kan indgå i 10 de mest forskellige apparater og navnlig i kontaktorer.

Det er generelt kendt, at natreguleringen af husholdningsvarmeanlæg såvel som apparater til styring af elektrisk strøm med høj effekt i arbejdsrum kræver anvendelse af støjfrie anordninger. Det forholder sig nu således ved disse anvende!sesty-15 per, at de styrede effektniveauer og isoleringskravene medfører, at statiske relæer eller kontaktorer endnu ikke er i stand til at erstatte elektromagnetiske kontaktorer.

Det er velkendt, at til sådanne anvendelser kan elektromagneter, som fødes med vekselstrøm, ikke direkte anvendes på grund af 20 lukkestødene og vibrationerne i den lukkede tilstand, som stadig forbliver alt for store.

Der er således blevet foretaget undersøgelser på kontaktorer med jævnstrømsforsyning (fødet med en ensrettet og filtreret vekselstrøm), hvis drivmoment er tilpasset så godt som muligt til 25 variationerne af modstandsmomentet under lukning, hvilket begrænser forøgelserne i drivkraft og derfor lukkestødene.

Fra US-A 2.738.451 kendes en elektromagnet af den omhandlede art. I dette patentskrift er omhandlet en elektromagnet med en hængslet kerne, dvs. en elektromagnet, hvor det bevægelige anker er 30 drejeligt monteret på den faste stator. Elektromagneten har et dæmpningselement, der er indrettet til at fastlægge en arbejdsstilling af elektromagneten og ved opnåelse af denne arbejdsstilling dæmpe de stød, som forårsages af det bevægelige anker, så at der ikke set ud fra et lydsynspunkt opstår kraftige og ubehagelige stød 35 ved lukkebevægelsen.

Ved denne kendte elektromagnet er de aktive pol flader ved hovedluftspal ten som følge af anbringelsen af dæmpningselementet reduceret af flader, der er relativt store, men danner en luftspalte, som har en relativt lille tiltrækningskraft. Af denne årsag

DK 164424 B

2 er elektromagneten forsynet med yderligere polflader, som er beliggende i nærheden af hinanden for at kompensere for dette tab i tiltrækningskraft.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en 5 elektromagnet af den indledningsvis angivne art, som har luftspalter „ med store aktive flader, og som muliggør store tiltrækningskrafter i arbejdsstillingen, uden at dæmpningselementets energi optagende evne af den grund begrænses.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved en elektromagnet af den 10 indledningsvis angivne art, som er ejendommelig ved, at det bevægelige magnetiske kredsløb er bevægeligt under translation i forhold til det faste magnetiske kredsløb, det faste og det bevægelige magnetiske kredsløb har en E-form omfattende en krop, et centralt ben og to sideben, hvor benene i det 15 ene kredsløb er på linie med og anbragt ende mod ende i forhold til de tilsvarende ben i det andet kredsløb for således at danne respektive luftspalter, at sidebenene i kredsløbene ved deres ender har affasede endeflader, som danner to laterale luftspalter, der er skråtstillet 20 i forhold til hinanden, at arbejdsstillingsdæmpningselementerne er anbragt på tappe, som findes på ydersiderne af sidebenene i det ene magnetiske kredsløb, hvilke tappe sammen med enderne af det andet magnetiske kredsløbs sideben danner små laterale luftspalter.

25 Det er således konstateret, at en kombination af en anordning af det bevægelige magnetiske kredsløb for udførelse af en translationsbevægelse og en udformning af de magnetiske kredsløb i overensstemmelse med en E-form med affasede endeflader på benene, som danner i forhold til hinanden skråtstillede luftspalter, har en 30 meget gunstig indvirkning på tiltrækningskrafterne i arbejdsstillingen. Samtidig sikres en god dæmpningsfunktion af dæmpningselementerne beliggende på tappene, som er anbragt på det ene magnetiske kredsløbs sideben. Eftersom det bevægelige magnetiske kredsløb er indrettet til at udføre en translationsbevægelse, giver det anled-35 ning til et problem ved centrering af de to magnetiske kredsløb i forhold til hinanden, og dette løses ved udformningen ifølge opfindelsen af de affasede flader, som er anbragt på magnetkredsløbenes ben. Herved opnås, at det bevægelige magnetiske kredsløb lige så sikkert kommer i arbejdsstillingen som ved et drejeligt anbragt

DK 164424 B

3 magnetisk kredsløb, men med helt andre muligheder for at anbringe aktive pol flader og derved forøge tiltrækningskrafterne i arbejdsstillingen, hvilket også er opnået ved, at de affasede ben har skråtstillede luftspalter, som har betydelige aktive flader.

5 Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. la og lb viser to på hinanden vinkelrette snit i en udførelsesform for en kontaktor med en elektromagnet ifølge opfindelsen, 10 fig. 2a og 2b to sidebilleder af den bevægelige enhed i kontaktoren vist i fig. 1, fig. 3a et sidebillede af den faste del af det magnetiske kredsløb, fig. 3b en detalje, som viser formen af tappe anbragt 15 på det faste magnetiske kredsløb, på hvilke arbejdsdæmperne er monteret, fig. 4 et diagram, som viser variationen af kræfterne som en funktion af vandringsafstandene af den bevægelige enhed af kontaktoren vist i fig. 1, 20 fig. 5a og 5b set forfra (fig. 5a) og set fra siden (fig. 5b) hvilestillingsdæmperen anvendt i kontaktoren i fig. 1, fig. 6a, 6b, 6c henholdsvis i et sidebillede, i et aksialt snit og i et billede ovenfra en 25 arbejdsstil!ingsdæmper, og fig. 7 et perspektivisk billede af det bevægelige og det faste magnetiske kredsløb i kontaktoren vist i fig. 1 med arbejdsstillingsdæmperne og med delene spredt ud fra hinanden.

30 Som vist i fig. la og lb har kontaktoren en sædvanlig opbygning af en trans!ationskontaktor omfattende i det indre af et hus 1: et fast magnetisk kredsløb 2 i form af et E, hvis krop 3 er fastgjort til en bundplade 4, som er fastgjort til huset 1, et bevægeligt magnetisk kredsløb 5 også i form af et E, hvis 35 ben 6,7 ligger på linie med benene henholdsvis 8 og 9 af det faste magnetiske kredsløb 2, idet de respektive ender af benene 6,7,8,9 af disse to magnetiske kredsløb vender mod hinanden og danner luftspalter 10,11, en spole 13, der er viklet omkring en rørformet spolekasse 14

DK 164424 B

4 og anbragt i rummet mellem benene 6,7,8,9 af det faste magnetiske kredsløb 2 og det bevægelige magnetiske kredsløb 5, fastgørelsesorganer til fastgørelse af spolekassen 14 for spolen 13 til det faste magnetiske kredsløb 2, 5 styreorganer til at styre det bevægelige magnetiske kredsløb 5 i spolekassen 14, en bevægelig kontaktbæreenhed 15 monteret på kroppen 16 af det bevægelige magnetiske kredsløb 5, og mindst én returfjeder 17 anbragt mellem den øverste skulder 18 10 af spolekassen 14 for spolen 13 og kroppen 16 af det magnetiske kredsløb 5.

Nærmere angivet er det faste magnetiske kredsløb i det viste eksempel fastgjort i spolen 13 ved hjælp af en cylindrisk stift 19, Naturligvis er opfindelsen ikke begrænset til et sådant arrangement.

15 Det faste magnetiske kredsløb 2 kan for eksempel på simpel måde inddrives i spolekassen 14 for spolen 13.

Til sin styring omfatter det bevægelige magnetiske kredsløb 5 en kile 21, der samvirker med en aksi al rille 22, som findes i spolekassen 14 for spolen 13.

20 En kortslutningsring 23, der med fordel er udført af metalplade af udstanset kobberlegering, er anbragt for at dæmpe overspændingerne ved elektromagnetens afbrydelse.

Formerne af luftspalterne 10 og 11 er bestemt ved udformningen for at tilpasse variationen af drivkraften til modstandskraften.

25 I det viste eksempel har enden af det centrale ben 9 af det faste magnetiske kredsløb således en V-formet konkavitet 24, hvori er indført enden 25 af det centrale ben 7 af det bevægelige magnetiske kredsløb 5, som følgelig har en i det væsentlige komplementær konveks V-form. Disse to komplementære former 24,25 danner en i det 30 væsentlige V-formet luftspalte 11.

På lignende måde omfatter hver af enderne af de to sideben 9 af det faste magnetiske kredsløb 2 en ydre afskrået flade 26,27, og hver af enderne af de to sideben 6 på det bevægelige magnetiske kredsløb 5 omfatter en indvendig afskrået flade 28,29, idet de ydre 35 afskråede flader 26,27 i det faste magnetiske kredsløb 2 samvirker med de indvendige afskråede flader 28,29 af det bevægelige magnetiske kredsløb 5 for således at danne to sideværts luftspalter 10, der er skråtstillet i forhold til hinanden.

Disse former af luftspalterne 10,11 har den fordel, at de er

DK 164424 B

5 lette at reproducere ved industriel masseproduktion på grund af anvendelsen af en metode til udskæring af tynde metalplader, der er samlet ved metoder, som er i og for sig traditionelle (nitning) til opnåelse af magnetiske kredsløb med vekselstrømsforsyning.

5 Som ovenfor nævnt viser 2a og 2b den bevægelige enhed af kontaktoren, hvor det bevægelige magnetiske kredsløb 6 er forbundet med kontaktbæreenheden 15 ved hjælp af en fastgørelsesstift 31. Returfjederen 17 er i den fuldstændigt afslappede tilstand. I arbejdsstillingen tjener den til at føre den bevægelige enhed 10 tilbage til hvilestillingen, hvilken stilling er vist i fig. la, lb, hvor oversiden af den bevægelige kontaktbæreenhed 15 ved enden af vandringen kommer til at ligge an mod en anlægsflade 32, som findes på den øverste væg af huset 1 under udligning af kontaktkræfterne (åben kontakt).

15 Som vist i fig. 3a omfatter det faste magnetiske kredsløb 2 to sideriller 33, der tjener til montering af det med snappasning i bundpladen 4 af huset 1. Denne bundplade har et U-formet tværsnit, som omgiver den nederste del af det faste magnetiske kredsløb 2, og hvis ben omfatter fremspring til indgribning i rillerne 33.

20 Organerne til dæmpning af åbnings- og lukkestødene omfatter: på den ene side en hvilestillingsdæmper 34 fremstillet af et stødabsorberende materiale, for eksempel af en silikoneelastomer fastgjort til oversiden af den bevægelige enhed 15, og som følgelig bliver trykket sammen imod anslagsfladen 32, som findes på oversiden 25 af huset 1, når den bevægelige enhed vender tilbage til hvilestillingen, og på den anden side to arbejdsstillingsdæmpere 35, der også er fremstillet af et eftergivende materiale, for eksempel af silikoneelastomer, og som er fastgjort til de to respektive sideben 8 af det 30 faste magnetiske kredsløb 2, og som enderne af sidebenene 6 af det bevægelige magnetiske kredsløb 5 kommer til at ligge an imod i arbejdsstillingen.

Disse organer er kompletteret med anlægselementer, såsom fremspring 36, der fortrinsvis er fremstillet af et termoplastisk 35 materiale og anbragt mellem kroppen 3 af det magnetiske kredsløb 2 og kroppen af bundpladen 4, hvilke fremspring tjener til at eliminere spillerummet mellem disse to dele og bidrager til at dæmpe kontaktorens lukkestød.

Som vist i fig. 5a og 5b er hvil esti 11ingsdæmperen 34 i form af

DK 164424 B

6 en plade fremstillet af en silikoneelastomer udført i tre dele 38,39,40 med rektangulær form og forbundet med hinanden ved hjælp af. forbindelseslapper 41, nemlig en central del 39 og to sidedele 38 og 40. Den centrale del 39 omfatter en central udskæring 39' til 5 fastgørelse af dæmperen 34 på oversiden af den bevægelige kontakt-bæreenhed 15 og to centreringssideflanger 42. Sidedelene 38 og 40 kan også hver omfatter en central centerings- og/eller fastgørelsesboring 43.

Naturligvis er opfindelsen ikke begrænset til denne bestemte 10 form af hvilestillingsdæmperen 34. Denne særlige form er tydeligvis kun en tilpasning af opfindelsen til formerne af den bevægelig kon-taktbæredel 15, og alle former af dele anvendt til dæmpning af returstødet kan anvendes inden for opfindelsens rammer.

Fig. 6a, 6b og 6c viser detaljerne af arbejdsstil!ingsdæmperne 15 35. Disse arbejdsstil!ingsdæmpere 35, hvoraf der i dette eksempel findes to, er hver dannet af en ring med et rektangulært tværsnit og fremstillet af en silikoneelastomer ved støbning. De er monteret på to respektive tappe 45 anbragt på ydersiderne af sidebenene 8 af det faste magnetiske kredsløb i det væsentlige ved foden af de afskråede 20 flader 26,27. Disse tappe 45 danner sammen med enderne af sidebenene 6 af det bevægelige magnetiske kredsløb små sideværts luftspalter 10', der er forskellige fra sideluftspal terne, som findes mellem fladen 6a og fladen 45' (fig. 3b).

Disse tappe 45 er tilvejebragt ved udskæring af magnetiske 25 metalplader under en passende vinkel 46 for at lette samlingen af ringene, som danner dæmperne 35.

Positionen og tykkelsen af disse dæmpere 35, som enden af benene 6 på det bevægelige magnetiske kredsløb 5 kommer til at ligge an imod, opfylder foruden dæmperrollen også antiremanensfunktionen 30 af luftspalterne 10,11, idet størrelsen af disse luftspalter er bestemt af den tykkelse, som den sammenpressede elastomer antager, når ankeret er presset derimod. Valget af en silikoneelastomer hidrører fra kravene om antiremanensdæmperens modstandsdygtighed over for elektromagnetens arbejdstemperatur, over for olierne, som · 35 anvendes til stansning af metalpladerne, og høj mekanisk modstandsdygtighed. Endvidere er ikke-vedhængningsegenskaberne (ikke-klæbning) for en sådan elastomer fordelagtig for i tide at sikre adskillesen af det bevæglige kredsløb, hvis der skulle ske en afbrydelse i strømforsyningen til elektromagneten. Det er klart, at

DK 164424 B

7 et hvilket som helst umagnetisk materiale med mekaniske dæmpningsegenskaber, og som er egnet med hensyn til kravene om holdbarhed og modstandsdygtighed over for de omgivende forhold, kan anvendes inden for opfindelsens rammer.

5 Fig. 4 viser arbejdsfunktionen for en kontaktor udstyret med en dæmper ifølge opfindelsen. I denne figur, som er et kraft diagram, der viser kraften F(N) som funktion af vandringen af den bevægelige enhed og af luftspalten, viser kurve Cj drivkraften for minimumsbetingelserne, som 10 sikrer lukning, kurve C2 repræsenterer den maksimale modstandskraft i relation til drivkraften vist i kurve Cj, kurve C'j viser drivkraften under gunstige lukkebetingelser, kurve C'2 viser modstandskraften i relation til drivkraften 15 repræsenteret ved kurve C'j, den lodrette med abscissen 0 svarer til enden af vandring uden sammentrykning af dæmperne, den lodrette Vj med abscissen 1 svarer til lukning af hovedkontakterne og yderligere kontakter, 20 den lodrette V2 med abscissen 2 svarer til åbningen af basis kontakterne, idet de yderligere kontakter åbner ved en vandringsafstand med abscissen V'2, der er lidt mindre end 2.

Under ugunstige lukkebetingelser (maksimale resulterende kræfter, minimumsforsyningsspænding) er forskellen mellem de positive 25 energier (bevægelse med drivkraft større end modstandskraften) og negative energier (modstandskræfter større end drivkraften, som overvindes af den kinetiske energi, der er akkumuleret i den bevægelige enhed) nødvendigvis positiv, da lukning af kontaktoren ellers ikke kan til sikres.

30 Oenne forskel i arealerne mellem kurverne 1 og 2, der er skra veret i modsatte retninger, afhængigt af om de er positive eller negative, er lig med arealet A til venstre for 0 af vandringsafstanden. Dæmperne 10,11 er således sammentrykket (0,08 mm ved denne anvendelse) under samtidig opvejning af energi forøgel sen, hvilket 35 således muliggør opnåelse af et resulterende stød på 0. Når ekstremt gunstige betingelser er til stede (kurver C'j og C'2) svarer sammenpresning af arbejdsstillingsdæmperne 10,11 til absorption af energien vist i zone B til venstre for 0 af vandringsafstanden. Det er tydeligt, at det er nødvendigt at træffe sådanne forholdsregler,

DK 164424 B

8 at variationer i sammenpresningen af dæmperne 10,11 ikke bringer kvaliteten af kontaktorerne F {lukkekontakterne) i fare eller indvirker for meget på kontaktorens frakoblingsværdier.

Ved den foreliggende anvendelse er disse betingelser opfyldt 5 tilfredsstillende, da overvandringen af kontakterne (ca. 1 mm) og af de langsgående luftspalter uden sammentrykning af dæmperne 10,11 (1 mm) forbliver store i forhold til sammentrykningen af dæmperne 10,11 (0,08 mm til 0,35 mm). Det er således tydeligt, at de viste former for dæmpere 10,11 kun er en bestemt anvendelse af opfindelsen, og at 10 en hvilken som helst specifik tilpasning forbliver inden for opfindelsens ramme.

Kontaktoren kan således, for eksempel som vist i fig. 7, omfatte en central dæmper 50 dannet af en støbt V-formet del fremstillet af en plade af umagnetisk eftergivende materiale og indsat i 15 den V-formede konkave udsparing 24 i det centrale ben 9 af det faste magnetiske kredsløb 2 (eller eventuelt på den konvekse del 25 af det centrale ben 7 på det bevægelige magnetiske kredsløb 5). Denne løsning kan navnlig anvendes i det tilfælde, hvor det ikke er ønskeligt at have den mekaniske anlægsflade af det bevægelige og det 20 faste magnetiske kredsløb 5,2 på disse kredsløbs sideben 6,8.

De skal imidlertid bemærkes, at der mere generelt findes tre tilfælde for placering af arbejdsstil!ingsdæmperne: a) alene i luftspalten 11, b) alene i luftspalten 10 og/eller i sideluftspalterne, 25 cf) både i luftspalten 11 og i luftspalten 10 og/eller luft spalten 10'.

I alle de omhandlede tilfælde er det endvidere altid muligt mellem alle de skrå ankerdele 27,29; 26,28,24,25 at tilvejebringe spalter fyldt med luft eller messing for at overvinde 30 remanenseffekterne.

35

Claims (2)

1. Elektromagnet med jævnstrømsforsyning af den type, der omfatter et fast magnetisk kredsløb (2), et bevægeligt magnetisk 5 kredsløb (5), som sammen med det faste magnetiske kredsløb danner i det mindste to luftspalter (10,11) med variabel bredde, og som er forsynet med et af umagnetisk materiale fremstillet dæmpningselement, der tjener som arbejdsstillingsstop, som begrænser bredden af elektromagnetens luftspalter til en minimumsværdi i arbejdsstil1 in-10 gen, kendetegnet ved, at: det bevægelige magnetiske kredsløb er bevægeligt under translation i forhold til det faste magnetiske kredsløb, det faste og det bevægelige magnetiske kredsløb har en E-form omfattende en krop (3,16), et centralt ben (9,7) og to sideben 15 (6,8), hvor benene (9,8) i det ene kredsløb er på linie med og anbragt ende mod ende i forhold til de tilsvarende ben (7,6) i det andet kredsløb for således at danne respektive luftspalter (10,11), at sidebenene (8) i kredsløbene ved deres ender har affasede endeflader (26,27), som danner to laterale luftspalter (10), der er 20 skråtsti 11 et i forhold til hinanden, at arbejdsstillingsdæmpningselementerne (35) er anbragt på tappe (45), som findes på ydersiderne af sidebenene (8) i det ene magnetiske kredsløb, hvilke tappe (45) sammen med enderne af det andet magnetiske kredsløbs sideben danner små laterale luftspalter.

2. Elektromagnet ifølge krav 1, hvor det centrale ben (9) i det ene af de magnetiske kredsløb (2) har en V-formet konkav del (24), og hvor det centrale ben (7) i det andet magnetiske kredsløb (5) har en V-formet konveks del (25), som indgriber i den konkave del (24), for således at danne en luftspalte (11), der også har form som et V, 30 kendetegnet ved, at den omfatter en central dæmper (50) dannet af en V-formet del, som er udført af et umagnetisk materiale, og som er monteret i den konkave del (24) eller på den konvekse del (25). 35