EP0297215B1

EP0297215B1 - Electromagnetic clapper arrangement

Info

Publication number: EP0297215B1
Application number: EP88104424A
Authority: EP
Inventors: Ernst Bürgi
Original assignee: Landis and Gyr Betriebs AG
Current assignee: Electrowatt Technology Innovation AG
Priority date: 1987-06-29
Filing date: 1988-03-19
Publication date: 1992-06-10
Anticipated expiration: 2008-03-19
Also published as: ATE77165T1; DK359688A; GR3005116T3; EP0297215A1; DK359688D0; NO882839L; DE3871864D1; NO882839D0; JPS6430130A; ES2031946T3

Abstract

A clapper arrangement (1) is described in which a gap (7) is provided obliquely in the interior of a coil (2), a coil core (3) and an armature tongue (6) being located opposite one another, the armature tongue (6) being permanently connected to an armature (5) and the armature (5) with the armature tongue (6) being able to move around a point of rotation (8) against the fixed parts of the magnetic circuit. Only the weight of the armature (5) with the armature tongue (6) is used as restoring force. The clapper arrangement (1) needs extremely low coil power for operation, contains its own power supply and is predominantly used in counting mechanisms with tariff switching or for forming maxima. It does not disturb the magnetic fields needed in the meter and can be produced inexpensively. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Klappankeranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an electromagnetic folding anchor arrangement according to the preamble of patent claim 1.

Klappankeranordnungen werden dort angewandt, wo der Erregungszustand einer elektrischen Spule in Lageänderungen von mechanischen Teilen umgewandelt werden sollen. Sie werden in Relais, Umschaltern und ähnlichen Baueinheiten, insbesondere aber zum Umschalten von Zählwerken in Mehrtarif-Elektrizitätszählern oder zum Nullstellen eines Zählwerks in Maximumzählern verwendet.Folding armature arrangements are used where the state of excitation of an electrical coil is to be converted into changes in the position of mechanical parts. They are used in relays, switches and similar units, but in particular for switching counters in multi-tariff electricity meters or for resetting a counter in maximum meters.

Klappankeranordnungen bestehen meist aus einem in rechteckiger Form angeordneten Kreis aus weichmagnetischem Material, der auf einem Schenkel die elektrische Spule trägt, die einen als Teil des magnetischen Kreises dienenden Spulenkern aufweist. In dem magnetischen Kreis befindet sich ferner ein als Anker verwendeter Schenkelteil, der auf einer Seite mit dem magnetischen Kreis durch ein Gelenk verbunden ist und auf der anderen Seite in Ruhestellung durch einen Spalt in einem Abstand von dem übrigen Teil des magnetischen Kreises gehalten wird. Der Spalt ist bei bekannten Anordnungen ausserhalb der Spule angeordnet, sein Abstand wird in Ruhestellung beispielsweise durch eine Feder eingehalten. Erzeugt die Spule ein Magnetfeld, so schliesst der Spalt gegen die Federkraft.Folding anchor arrangements usually consist of a circle arranged in a rectangular shape made of soft magnetic material, which carries the electrical coil on one leg, which has a coil core serving as part of the magnetic circuit. In the magnetic circuit there is also a leg part used as an armature, which is connected on one side to the magnetic circuit by a joint and on the other side is held at rest by a gap at a distance from the rest of the magnetic circuit. In known arrangements, the gap is arranged outside the coil; its distance is maintained in the rest position, for example by a spring. If the coil generates a magnetic field, the gap closes against the spring force.

Aus der US-PS 4 228 347 ist ein Impulszählwerk bekannt, bei dem je ein erster und ein zweiter Luftspalt vorhanden ist. Im Unterschied zum ersten Luftspalt, der radial zum Drehpunkt eines Ankers vorgesehen ist, ist der zweite Luftspalt tangential zum Drehpunkt des Ankers angeordnet. Bei einer Bewegung des Ankers bleibt der zweite Luftspalt annähernd konstant. Diese Anordnung linearisiert die resultierenden Kurven im Kraft-Weg-Diagramm des Ankers.A pulse counter is known from US Pat. No. 4,228,347, in which a first and a second air gap are present. In contrast to the first air gap, which is provided radially to the pivot point of an armature, the second air gap is arranged tangentially to the pivot point of the armature. When the armature moves, the second air gap remains approximately constant. This arrangement linearizes the resulting curves in the anchor's force-displacement diagram.

In der DE-OS 1 549 976 wird ein Zählwerk mit Nullstelleinrichtung beschrieben, bei dem eine solche Klappankeranordnung verwendet wird. Durch die Wirkung des von der Spule erregten Magnetfeldes wird ein zum Magnetkreis gehörender, ausserhalb der Spule liegender Anker, der mit einem Achslager an einem Rückschlussbügel angebracht ist, von einem Spulenkern angezogen. Am Anker ist eine schräg geschnittene Ankerzunge befestigt, die den Drehwinkel des Ankers ausgleicht und im angezogenen Zustand eine lückenlose Berührung des Ankers mit dem Spulenkern gewährleistet. Die Rückstellung wird über eine Feder vorgenommen. Durch mechanische Uebertragung wird durch die Bewegung dieser Klappankeranordnung eine Nullstellung des Zählwerks bewirkt. Die Anordnung benötigt eine merkliche Spulenleistung und erzeugt während des Oeffnens und Schliessens in ihrer Umgebung magnetische Streufelder.DE-OS 1 549 976 describes a counter with a zeroing device in which such a folding armature arrangement is used. Due to the effect of the magnetic field excited by the coil, an armature belonging to the magnetic circuit and lying outside the coil, which is attached to a return bracket with an axle bearing, is attracted to a coil core. A diagonally cut anchor tongue is attached to the anchor, which compensates for the angle of rotation of the anchor and ensures a complete contact of the armature with the coil core when tightened. The resetting is carried out via a spring. By mechanical transmission, the movement of this hinged armature arrangement causes the counter to be reset to zero. The arrangement requires a noticeable coil power and generates stray magnetic fields in its environment during opening and closing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klappankeranordnung zu schaffen, bei der eine möglichst geringe elektrische Leistung in der Spule ausreicht, um sicher mit der Anordnung arbeiten zu können, und bei der keine Rückwirkungen von magnetischen Feldern bei beispielsweise einem die Klappankeranordnung enthaltenden Elektrizitätszähler auftreten.The invention has for its object to provide a hinged armature arrangement in which the lowest possible electrical power in the coil is sufficient to work safely with the arrangement, and in which no repercussions of magnetic fields occur in, for example, an electricity meter containing the hinged armature arrangement.

Diese Aufgabe wird durch den Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 gelöst, die weiteren Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen.This object is achieved by the characterizing part of patent claim 1, the further claims relate to advantageous embodiments.

Ausführungsformen der Erfindung werden beispielhaft in der Zeichnung dargestellt.Embodiments of the invention are shown by way of example in the drawing.

Es zeigen:

Fig. 1: eine Klappankeranordnung in seitlichem Schnitt,
Fig. 2: dieselbe Klappankeranordnung wie in der Fig. 1 in Rückansicht mit abgenommenem Seitenteil und
Fig. 3: eine Aufsicht auf ein Kantenlager als Drehstelle zwischen Anker und Rückschlussbügel.

Show it:

Fig. 1: a hinged anchor arrangement in a lateral section,
Fig. 2: the same folding anchor arrangement as in Fig. 1 in rear view with the side part removed and
Fig. 3: a top view of an edge bearing as a pivot between the anchor and the return bracket.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Klappankeranordnung 1, in der ein magnetischer Kreis durch eine Spule 2 über einen Spulenkern 3, einen Rückschlussbügel 4 und einen Anker 5 mit einer Ankerzunge 6 erregbar ist. Wird der Kreis erregt, so wirkt zwischen der oberen Fläche der senkrecht auf dem Anker 5 stehenden Ankerzunge 6 und einer unteren Fläche des Spulenkernes 3, also durch einen Spalt 7 hindurch, eine Kraft, die versucht, die Höhe des Spaltes 7 zu verkleinern. Der Spalt 7 liegt innerhalb der Spule 2 so weit von deren Enden entfernt, dass die Aenderung des magnetischen Streufeldes, die sich beim Oeffnen und Schliessen des Spaltes 7 ergibt, infolge der Abschirmwirkung der Spule 2 sich nicht ausserhalb der Spule 2 in dem von der Klappankeranordnung 1 gesteuerten Vorrichtung auswirken kann. Der Spalt liegt ferner in einer gegen die Spulenachse schrägen Lage nahezu tangential zu einem Kreis, von dem ein Umfangsteil im Spalt 7 verläuft und dessen Mittelpunkt in einer Drehstelle 8 liegt, um die sich der Anker 5 mit der Ankerzunge 6 gegenüber dem Rückschlussbügel 4 dreht.1 and 2 show a hinged armature arrangement 1, in which a magnetic circuit through a coil 2 via a coil core 3, a yoke 4 and an armature 5 with a Anchor tongue 6 is excitable. If the circle is excited, a force acts to try to reduce the height of the gap 7 between the upper surface of the armature tongue 6 which is perpendicular to the armature 5 and a lower surface of the coil core 3, that is to say through a gap 7. The gap 7 is located so far from the ends of the coil 2 that the change in the magnetic stray field that occurs when opening and closing the gap 7, due to the shielding effect of the coil 2, is not outside the coil 2 in that of the hinged armature arrangement 1 controlled device can affect. The gap also lies in an oblique position relative to the coil axis, almost tangentially to a circle, a circumferential part of which extends in the gap 7 and whose center lies in a rotation point 8 about which the armature 5 with the armature tongue 6 rotates with respect to the back yoke 4.

Wird die Ankerzunge 6 mit dem Anker 5 durch Erregung des magnetischen Kreises durch die Spule 2 angezogen, so läuft der Anker 5 gegen einen an einem Klappankergehäuse 9 befindlichen Anschlag 10 auf, der Spalt 7 kann somit nicht völlig geschlossen werden. Es bleibt ein Restspalt von einigen zehntel Millimeteren offen. Hört die Erregung durch die Spule 2 auf, so geht der Anker 5 mit der Ankerzunge 6 durch sein Gewicht wieder in seine ursprüngliche Lage zurück, damit wirkt dieses Gewicht als Rückstellkraft.If the armature tongue 6 is attracted to the armature 5 by excitation of the magnetic circuit by the coil 2, the armature 5 runs against a stop 10 located on a hinged armature housing 9, the gap 7 can therefore not be closed completely. A residual gap of a few tenths of a millimeter remains open. If the excitation by the coil 2 ceases, the armature 5 with the armature tongue 6 returns to its original position due to its weight, so that this weight acts as a restoring force.

Mit 11 ist ein Mitnehmer bezeichnet, der die Bewegung des Ankers 5 auf eine durch die Klappankeranordnung zu steuernde Vorrichtung, wie beispielsweise einen Elektrizitätszähler, überträgt. Der Mitnehmer kann auch an einer anderen Stelle des Ankers 5 angebracht sein.With 11 a driver is designated, which transfers the movement of the armature 5 to a device to be controlled by the hinged armature arrangement, such as an electricity meter. The driver can also be attached to another location of the armature 5.

Zur Verbindung des festen Rückschlussbügels 4 mit dem beweglichen Anker 5 werden vorteilhaft nicht, wie üblich, Achsen mit Lagern verwendet. Die beiden Teile werden vielmehr durch Ineinanderfügen an geeignet verformten Stellen so verbunden, dass sie gegeneinander nur eine Drehbewegung ausführen können. Dabei ist es nicht notwendig, dass die Teile durch Federn oder andere Halt verleihende Fremdelemente an dieser Drehstelle 8 festgehalten werden. Beispielsweise ist in der Fig. 3 ein Kantenlager als Drehstelle 8 gezeigt, bei dem Lappen 4a des Rückschlussbügels 4 verkantet sind und den Anker 5 in dessen Nuten halten. Da der Anker 5 an zwei Punkten der Drehstelle 8 und bei Erregung der Spule 2 an dem Anschlag 10 aufliegt, befindet er sich dann in einer genau definierten Dreipunktlage.To connect the fixed yoke 4 to the movable armature 5, it is advantageous not, as usual, Axes with bearings used. Rather, the two parts are connected to one another at suitably deformed locations in such a way that they can only perform a rotational movement against one another. It is not necessary for the parts to be held at this pivot 8 by springs or other foreign elements that provide support. For example, an edge bearing is shown in FIG. 3 as a rotation point 8, in which the tabs 4a of the yoke 4 are tilted and hold the armature 5 in its grooves. Since the armature 5 rests at two points of the rotation point 8 and when the coil 2 is excited at the stop 10, it is then in a precisely defined three-point position.

Die durch diese Merkmale gekennzeichnete Klappankeranordnung benötigt zu ihrer Betätigung nur eine aussergewöhnlich kleine Spulenleistung.The hinged armature arrangement characterized by these features only requires an exceptionally small coil output to be actuated.

Der Spalt 7 befindet sich im Innern der Spule 2 und ist daher magnetisch gegen Streufelder, wie sie beispielsweise in einem Elektrizitätszähler auftreten können, gut abgeschirmt. Die für die Bewegung benötigten Magnetfelder müssen also nicht merklich über hohen, eventuell zu erwartenden Streumagnetfeldern liegen, die Spulenleistung kann somit klein sein. Die Aenderungen des Magnetfeldes im Spalt 7 im Innern der Spule 2 beeinflusst aber auch nicht die beispielsweise in einem Elektrizitätszähler auftretenden, für den Betrieb dieses Zählers notwendigen Magnetfelder.The gap 7 is located inside the coil 2 and is therefore magnetically well shielded against stray fields, such as can occur in an electricity meter, for example. The magnetic fields required for the movement therefore do not have to be noticeably above high, possibly to be expected stray magnetic fields, the coil power can thus be small. However, the changes in the magnetic field in the gap 7 inside the coil 2 also do not influence the magnetic fields that occur, for example, in an electricity meter and are necessary for the operation of this meter.

Weiter trägt zur Verringerung der Spulenleistung bei, dass der Spalt 7 nahezu tangential zu dem Kreis durch den Spalt um die Drehstelle 8 als Mittelpunkt liegt. Die Ankerzunge 6 nähert sich daher nach Erregung der Spule 2 nahezu tangential der Fläche des Spaltes 7 des Spulenkerns 3, die Spule benötigt nur eine sehr kleine Leistung, um den Anker 5 mit der Ankerzunge 6 anzuziehen.The fact that the gap 7 is almost tangent to the circle through the gap around the rotation point 8 as the center contributes to the reduction of the coil power. After excitation of the coil 2, the armature tongue 6 therefore approaches the surface of the gap 7 of the coil core 3 almost tangentially; the coil only requires very little power to attract the armature 5 with the armature tongue 6.

Um die notwendige Spulenleistung klein zu halten, darf im angezogenen Zustand die Spalthöhe zwischen dem Spulenkern 3 und der Ankerzunge 6 wenige zehntel Millimeter nicht übersteigen. Dabei nimmt die Ankerzunge 6 bei einem vorgegebenen Exemplar einer Klappankeranordnung 1 wegen ihrer oben erwähnten Dreipunktlage eine genau definierte Stellung ein. Bei der Montage wird daher der Spulenkern 3 durch Verstellen in Längsrichtung individuell auf den richtigen Abstand von der Ankerzunge 6 eingestellt.In order to keep the necessary coil power small, the gap height between the coil core 3 and the armature tongue 6 must not exceed a few tenths of a millimeter when tightened. The anchor tongue 6 assumes a precisely defined position in a given example of a hinged anchor arrangement 1 because of its three-point position mentioned above. During assembly, the coil core 3 is therefore individually adjusted to the correct distance from the armature tongue 6 by adjustment in the longitudinal direction.

Im Verlauf des Betriebes kann jedoch der Anschlag 10 etwas abgenutzt werden. Da sich aber bei Erregung der Spule 2 die Ankerzunge 6 tangential dem Spulenkern 3 nähert, wird erreicht, dass für kleine Aenderungen die Luftspalthöhe sehr wenig von Winkeländerungen des Ankers 5 gegenüber dem Spulenkern 3 abhängig ist und somit die magnetischen Verhältnisse gleich bleiben. Beide Merkmale tragen somit dazu bei, dass mit kleiner Spulenleistung gearbeitet werden kann.In the course of operation, however, the stop 10 can be worn somewhat. However, since when the coil 2 is excited, the armature tongue 6 tangentially approaches the coil core 3, it is achieved that, for small changes, the air gap height is very little dependent on changes in the angle of the armature 5 with respect to the coil core 3, and thus the magnetic conditions remain the same. Both features therefore help to work with low coil power.

Der Wegfall der Rückholfeder verkleinert ebenfalls die notwendige Spulenleistung, da sie nur noch das Gewicht des Ankers 5 und der Ankerzunge 6 anheben muss.The omission of the return spring also reduces the necessary coil power since it only has to lift the weight of the armature 5 and the armature tongue 6.

Wegen der geringen notwendigen Spulenleistung schlägt der Anker 5 nicht mit hoher Energie gegen den aus einem geeigneten Kunststoff, wie er für das gesamte Klappankergehäuse 9 verwendet wird, bestehenden Anschlag 10. Er wird vielmehr sanft aufgesetzt und prellt nicht. Daher und weil der Spalt 2 wegen des Anschlages 10 gar nicht völlig geschlossen werden kann, kann kein "Kleben" des Ankers 5 am Anschlag 10 oder der Ankerzunge 6 am Spulenkern 3 entstehen. Da die Ankerzunge 6 beim Abschalten des Stromes an der Spule 2 nicht von einem berührenden Spulenkern 3 getrennt werden muss, sondern aus einem zwar kleinen Abstand durch das Gewicht tangential abfällt, ist das durch Remanenz immer vorhandene magnetische Restfeld nicht in der Lage, die Ankerzunge mit dem Anker gegen sein Gewicht zu halten, der Klappanker löst sich sicher.Because of the low required coil power, the armature 5 does not strike with high energy against the stop 10, which is made of a suitable plastic, as is used for the entire hinged armature housing 9. Rather, it is placed gently and does not bounce. Therefore, and because the gap 2 cannot be completely closed due to the stop 10, the armature 5 cannot “stick” to the stop 10 or the armature tongue 6 to the coil core 3. Since the armature tongue 6 does not have to be separated from a contacting coil core 3 when the current on the coil 2 is switched off, but instead falls tangentially from a small distance due to the weight, this is always magnetic due to remanence Remaining field is unable to hold the anchor tongue with the anchor against its weight, the hinged anchor releases safely.

Da die Spulenleistung sehr klein gehalten werden kann, ist es möglich, ein elektrisches, stosspannungsfestes Netzgerät in das Klappankergehäuse 9 berührungssicher einzubauen. Das Netzgerät ist in einem aufsteckbaren Seitenteil 13 des Klappankergehäuses 9 untergebracht und besteht im dargestellten Falle aus vier zu einer Graetz-Schaltung zusammengeschlossenen Gleichrichterdioden 14 und zwei Vorwiderständen 12, die alle senkrecht angeordnet sind. Die Vorwiderstände 12 sind in der Fig. 2 dargestellt. Die vier Gleichrichterdioden 14 befinden sich hinter einer ebenfalls aufsteckbaren Trennwand 15.Since the coil output can be kept very small, it is possible to install an electrical, surge-proof power supply unit in the hinged armature housing 9 so that it is safe to touch. The power supply unit is accommodated in an attachable side part 13 of the hinged armature housing 9 and, in the case shown, consists of four rectifier diodes 14 connected to form a Graetz circuit and two series resistors 12, which are all arranged vertically. The series resistors 12 are shown in FIG. 2. The four rectifier diodes 14 are located behind a partition 15 that can also be plugged on.

Die beschriebene Klappankeranordnung benötigt eine kleine Spulenleistung zur Betätigung, wird kaum von äusseren Magnetfeldern gestört und stört selbst äussere Magnetfelder kaum. Sie enthält eine stosspannungs- und berührungssichere Stromversorgung und ist in einfacher Weise aufbaubar, kann also kostengünstig hergestellt werden.The hinged armature arrangement described requires a small coil power for actuation, is hardly disturbed by external magnetic fields and hardly disturbs even external magnetic fields. It contains a surge and shock-proof power supply and is easy to set up, so it can be manufactured inexpensively.

Claims

An electromagnetic clapper arrangement in which a magnetic circuit can be energised by a coil (2) by way of a coil core (3), a yoke loop (4) and an armature (5) with an armature tongue (6), wherein the magnitude of an inclined gap (7) between the armature tongue (6) and the coil core (3) is reduced against a return force, the armature (5) is mounted in a rotary location (8) on the side remote from the gap (7), wherein the gap (7) is disposed almost tangentially to a peripheral portion of a circle whose centre point is disposed at the rotary location (8) and the movement caused by a reduction in the gap (7) can be transferred to devices which are controllable by the clapper arrangement (1), characterised in that the gap (7) is within the coil (2).
A clapper arrangement according to claim 1 characterised in that the weight of the armature (5) with the armature tongue (6) acts as the sole return force.
A clapper arrangement according to claim 1 or claim 2 characterised in that upon excitation of the magnetic field by the coil (2) the armature (5) comes into contact with a stop (10) so that the gap (7) is not completely closed.
A clapper arrangement according to claim 1, claim 2 or claim 3 characterised in that the armature (5) is held fast in the rotary location (8) by simple shaping and interengagement into the fixed components of the magnetic circuit, free from further extraneous elements which afford a holding effect, and thereby the rotary location is fixed at two points.
A clapper arrangement according to claim 3 and claim 4 characterised in that upon excitation of the magnetic field by the coil (2) the armature (5) is held fast in a precisely defined three-point mounting condition at two points of the rotary location (8) and the stop (10).
A clapper arrangement according to claim 5 characterised in that when the coil (2) is energised the gap (7) is adjustable by displacement of the coil core (3) in the longitudinal direction to the correct spacing from the armature tongue (6).
A clapper arrangement according to at least one of the preceding claims characterised in that a feed portion for the power supply is incorporated into the clapper arrangement and is protected from contact.