EP0996135A2 - Antrieb für das bewegliche Kontaktstück eines elektrischen Schaltgerätes - Google Patents

Antrieb für das bewegliche Kontaktstück eines elektrischen Schaltgerätes Download PDF

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EP0996135A2
EP0996135A2 EP99119946A EP99119946A EP0996135A2 EP 0996135 A2 EP0996135 A2 EP 0996135A2 EP 99119946 A EP99119946 A EP 99119946A EP 99119946 A EP99119946 A EP 99119946A EP 0996135 A2 EP0996135 A2 EP 0996135A2
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EP
European Patent Office
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drive according
permanent magnets
armature
coils
movable
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99119946A
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English (en)
French (fr)
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EP0996135A3 (de
Inventor
Thomas Dipl. Ing Betz
Harry Dr. Ing. Reinold
Ralf Dipl. Ing. Riel
Christian Dr. Ing. Reuber
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ABB Technology AG
Original Assignee
ABB T&D Technology AG
ABB Patent GmbH
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Publication date
Application filed by ABB T&D Technology AG, ABB Patent GmbH filed Critical ABB T&D Technology AG
Publication of EP0996135A2 publication Critical patent/EP0996135A2/de
Publication of EP0996135A3 publication Critical patent/EP0996135A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H01H33/6662—Operating arrangements using bistable electromagnetic actuators, e.g. linear polarised electromagnetic actuators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/42—Driving mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/26—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor
    • H01H2003/268—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor using a linear motor

Definitions

  • the invention relates to a drive for the movable contact piece of an electrical switching device, for. B. a high-voltage circuit breaker, in particular an SF 6 circuit breaker, a load break switch or the like.
  • Such drives can hydraulically move, particularly in circuit breakers Press the contact piece.
  • an energy store is provided that after a shutdown sequence in which he discharged at least for the most part will be excited again.
  • the energy store can be used as a gas spring energy store be formed, which is divided by a movable partition, wherein compressible gas on one side of the partition and on the other side the intermediate wall hydraulic fluid is present.
  • the gas is compressed by means of pumped hydraulic fluids; with a shutdown sequence the gas relaxes and drives the hydraulic fluid into a corresponding one Piston-cylinder arrangement with which the movable contact piece is actuated.
  • a mechanical spring accumulator can also be used are, the spring arrangement tensioned in the same way as the gas, d. H. pressed together becomes; in the event of a switch-off action, the spring energy is applied to the hydraulic fluid transmitted, whereby the piston-cylinder arrangement is actuated again.
  • Disconnector e.g. B. switch disconnectors, in which a circuit under load must be operated mostly by means of a spring-loaded arrangement.
  • electric motors can also be used, since these are mostly only a rotating drive, at least slower than a circuit breaker with a lower force density.
  • a magnetic drive has recently been developed in which a closed Yoke is provided in which an anchor can move; this magnetic drive, however is mainly for vacuum interrupters because of the low armature stroke intended.
  • the object of the invention is to provide a drive of the type mentioned in the introduction, in which, with optimal control, the structure is simple, the wear and the maintenance are low and for which special monitoring devices such as those at hydraulic drives are required can be avoided.
  • This object is achieved in that the fixed part cylindrical tube, on the inside of which coils for generating a magnetic Are arranged moving field, is formed, whereas the movable part as inside of the tube movably sliding anchor is formed by the traveling field is driven.
  • a first embodiment of the invention can be that the anchor, that is the movable part has at least one permanent magnet, the north and South poles are aligned axially.
  • Ring magnets must be arranged so that the poles of the same name face each other.
  • An iron ring can be arranged between two permanent magnets.
  • the anchor has at least two permanent magnets, whose north and south poles alternate radially outwards and are directed inwards.
  • the anchor can also have a guide rod here, on which the permanent magnets are lined up in disk form.
  • the permanent magnets are arranged at such a distance from one another, that a desired magnetic induction curve, e.g. B. a sinusoidal Course along the axis is achieved.
  • the permanent magnets are plastic-bonded and have a low flux density have, they can be used in particular for switch disconnectors or disconnectors become.
  • the iron sections lead with introduced Movement to changes in inductance within the stator coils, for position detection can be used.
  • the invention is particularly simplified in that both the stator as well as the anchor, that is to say the movable part, composed of segments could be.
  • a different one is used to achieve different force densities Number of segments for the movable part mechanically arranged one behind the other; in the same way, to achieve different travels, that is Drive strokes, a different number of stator segments mechanically one behind the other be arranged.
  • the segment length is s and the achievable force with a segment for the moving part is designated K1
  • the entire Anchors have a length of n x s and the stator of m x s, where n and m are different Mean segment numbers; the number of segments in the stator would be greater than that at anchor.
  • the total travel distance is then (m - n) x s and the force density n x K1.
  • the arrangement with permanent magnets works accordingly on the synchronous principle, where a high power yield when using the disc-shaped permanent magnets and when using plastic-bonded permanent magnets lower flux density an average power yield is achieved.
  • the anchor acts as an anchor rod is designed and serves as a short-circuit cage
  • the power yield is comparatively low and the so-called rise time longer, so that such a drive construction for Disconnector and / or earth switch drives can be used.
  • the particular advantage of the configuration according to the invention is that a Uniform fixed part, i.e. a uniform stator for all switching tasks can be used; the adaptation to the respective switching device and the respective Switching task is achieved by suitable design of the moving part.
  • the inside part is the fixed part whereas the tubular outer part is movable; the inside can fixed part also carry the coils; however, there is a cheaper solution in that the coils are arranged on the inside of the tubular part.
  • the drive 10 shown in FIG. 1 for a shown only schematically Circuit breaker 11 has a fixed part 12 in the form of a cylindrical tube, in which grooves 13, 14, 15 and 13a, 14a and 15a are introduced, in which Coils 16, 17 and 18 are located, the coil sections with 16a, 16b, 17a, 17b and 18a, 18b are designated.
  • the flow in the coil sections 16a, 17a and 18a Currents perpendicular to the plane of the drawing away from the viewer, whereas in the coil sections 16b, 17b and 18b the currents perpendicular to the plane of the drawing towards the viewer flow to.
  • a movable part 20 Within the cylindrical tube is a movable part 20, the one has rod-shaped core 21 made of soft iron, on which two permanent magnets 22nd and 23 are arranged which are at a distance D from one another. Within the through the distance D a soft iron disc 24 is arranged.
  • FIG. 3 shows such an embodiment.
  • the two disc-shaped permanent magnets 22 and 23 are assigned to one another such that the permanent magnet 22 with its south pole to the core 21 and the permanent magnet 23 with its north pole to Core 21 are directed (Fig. 1).
  • the iron disc 24 the axial thickness of which is small compared to the axial thickness of the Permanent magnets, essentially causes a kind of asymmetry with the position positions of the armature 20 can be detected.
  • FIG. 1 A total of six pills for taking up the coils are shown in FIG. 1; Of course more pills can be arranged; in the same way the anchor 20 wear more than two permanent magnets.
  • This configuration is a three phase Arrangement of the coils, which is preferred because a for controlling A large number of control components are readily available commercially and are known.
  • FIG. 2 now shows a perspective view of the fixed part 12 in shape a cylindrical tube.
  • the closed field lines with the reference number 30 are designated; these field lines run from the fixed part into the Permanent magnets, back through the core 21 through the permanent magnets the fixed part 12.
  • the permanent magnets 22 and 23 can be designed as conventional permanent magnets with a high flux density, then a drive force F (see FIG. 1) can be generated with a fixed part of the same design, which is expedient for circuit breaker drives, in particular SF 6 switch drives. If the permanent magnets are plastic-bonded and have a lower flux density, then such drives can be used to drive load switches and disconnectors.
  • FIG. 5 shows another embodiment of the invention. It has a stator 50, which is cylindrically hollow, on the inner surface of which grooves 51, 52, 53 and 54, 55 and 56 Vietnamese are introduced. In the grooves 51 to 53 there are coils 57, 58 and 59, in which the current in the arrangement shown in FIG. 5 in the drawing plane flows into it.
  • These coils are circular and assigned to the individual phases R, S and T, where coil 57 of phase R, coil 58 of phase S and coil 59 of Phase T is assigned.
  • the coil 60 is the phase R
  • the coil 61 is the phase S
  • the coil 62 is the Assigned to phase T.
  • the movable part is an armature 65, which is a non-magnetic guide rod 66 has arranged on the disc or ring-shaped permanent magnets 67 and 68 are, the permanent magnets are aligned axially and the same Poles, here the south poles of the two permanent magnets 67 and 68 face each other.
  • An annular iron disk is assigned to the north pole of the permanent magnet 67 69; there is one between the two permanent magnets 67 and 68 another iron disk 70 and the north pole of the permanent magnet 68 is also one Assigned iron disc 71.
  • the magnetic lines run as in Fig. 5:
  • the flux lines 72 generated by the permanent magnet 67 run in the permanent magnet from the south pole to the north pole, from there through the iron disk 69 and through the air gap 73 into the stator, in the stator back to the iron part 70 and back into the south pole of permanent magnet 67.
  • the field lines 74 generated by the permanent magnet 68 are reversed through the permanent magnet 68.
  • the field lines 72 run in the drawn position and representation counterclockwise and the field lines 74 clockwise.
  • a traveling field is generated, which is the anchor 65, that is to say the movable part 65 drives in the direction of arrow F, thereby making a movable Contact piece can be driven.
  • FIG. 6 shows a perspective view of the armature 65. This can be seen here hollow rod 66 on which the iron disk 71, the permanent magnet 68 furthermore the iron disk 70 as well as the permanent magnet 67 and the iron disk 69 are applied.
  • the iron rings 80, 81, 82 are designed as pole pieces for the permanent magnets.
  • Segments can be formed, such a segment for the stator that the grooves 51, 52nd and 53 with the corresponding coils 57, 58 and 59, and a further segment with the grooves 54, 55 and 56 and the coils 60, 61 and 62; from this segment arrangement can combine any number of segment parts in one unit become.
  • the stator can also be assembled in the same way become; on the anti-magnetic guide rod 66 are simply in corresponding Wisely and in appropriate numbers put on the different rings, of which each form a permanent magnet and an associated iron part; to Production of a stator with several permanent magnets would then only be two To provide types of elements or segments.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für das bewegliche Kontaktstück eines elektrischen Schaltgerätes, z. B. eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere eines SF6-Leistungsschalters, eines Lasttrennschalters oder dgl., mit einem feststehenden Teil und einem mit dem beweglichen Kontaktstück verbundenen bewegbaren Teil. Dabei soll das feststehende Teil des Antriebes (12) ein zylindrisches Rohr sein, an dessen Innenseiten Spulen (16, 17, 18) zur Erzeugung eines Wanderfeldes angeordnet sind, wogegen das feststehende Teil als innerhalb des Rohres (12) und innerhalb der Spulen (16, 17, 18) gleitender Anker (20) ausgebildet ist, der von dem Wanderfeld angetrieben wird zur Betätigung des beweglichen Kontaktstückes eines Schaltgerätes. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für das bewegliche Kontaktstück eines elektrischen Schaltgerätes, z. B. eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere eines SF6-Leistungsschalters, eines Lasttrennschalters oder dgl.
Derartige Antriebe können insbesondere bei Leistungsschaltern hydraulisch das bewegliche Kontaktstück betätigen. Zu diesem Zweck ist ein Energiespeicher vorgesehen, der nach einer Ausschaltsequenz, bei der er wenigstens zum größten Teil entladen wird, wieder gespannt wird. Der Energiespeicher kann als Gasfeder-Energiespeicher ausgebildet sein, der durch eine bewegbare Zwischenwand unterteilt ist, wobei auf der einen Seite der Zwischenwand komprimierbares Gas und auf der anderen Seite der Zwischenwand Hydraulikfluid vorhanden ist. Zur Aufladung des Energiespeichers wird mittels nachgepumpten Hydraulikfluids das Gas komprimiert; bei einer Ausschaltsequenz entspannt sich das Gas und treibt das Hydraulikfluid in eine entsprechende Kolben-Zylinderanordnung, mit der das bewegliche Kontaktstück betätigt wird.
Anstatt eines Gasspeichers kann auch ein mechanischer Federspeicher verwendet werden, dessen Federanordnung in gleicher Weise wie das Gas gespannt, d. h. zusammengedrückt wird; bei einer Ausschalthandlung wird die Federenergie auf das Hydraulikfluid übertragen, wodurch wieder die Kolben-Zylinderanordnung betätigt wird.
Insbesondere bei Mittelspannungsschaltanlagen, das sind Schaltanlagen zwischen ca. 12 kV bis 36 kV, werden auch reine Federspeicher vorgesehen, deren Federenergie direkt oder über ein Getriebe auf das bewegliche Kontaktstück nach Lösen einer Verklinkungsanordnung zum Ausschalten übertragen wird.
Trennschalter, z. B. Lasttrennschalter, bei denen eine Schaltung unter Last vorgenommen werden muß, werden meist mittels einer Federspeicheranordnung betätigt. Für Erdungsschalter oder Schalter lediglich zur Erzielung einer Trennstrecke, die nicht unter Last schalten, können auch Elektromotoren angewendet werden, da diese meist nur einen drehenden, jedenfalls im Vergleich zum Leistungsschalter langsameren Antrieb mit kleinerer Kraftdichte benötigen.
Diejenigen Antriebe, die mit einer Hydraulikanordnung betätigt werden, sind zuverlässig; da bei längerer Benutzung eines solchen Antriebes im Hydrauliksystem jedoch Leckagen auftreten können, sind besondere Maßnahmen zur Überwachung der Dichtigkeit der Hydraulikanordnung notwendig. Bei sog. Gasfederspeichern ist darüber hinaus auch die Dichtigkeit der Gasfeder zu überprüfen, was meist beim Aufladen der Gasspeicherfeder automatisch vorgenommen wird. Bei Federspeichern ist der Antrieb mechanisch komplex; der Wartung ist besondere Aufmerksamkeit zu widmen und bei Federspeichern, darüber hinaus auch bei Antrieben, bei denen eine Federanordnung ohne Zwischenschaltung von Hydraulikfluid auf das bewegliche Kontaktstück einwirkt, ist der Verschleiß relativ hoch.
In neuerer Zeit ist ein Magnetantrieb entwickelt worden, bei dem ein geschlossenes Joch vorgesehen ist, in dem sich ein Anker bewegen kann; dieser Magnetantrieb allerdings ist wegen des geringen Ankerhubes im wesentlichen für Vakuumschaltkammern vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem bei optimaler Ansteuerung der Aufbau einfach, der Verschleiß und die Wartung gering sind und bei denen besondere Überwachungseinrichtungen, wie sie bei hydraulischen Antrieben erforderlich sind, vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das feststehende Teil ein zylindrisches Rohr, an dessen Innenseite Spulen zur Erzeugung eines magnetischen Wanderfeldes angeordnet sind, ausgebildet ist, wogegen das bewegliche Teil als innerhalb des Rohres beweglich gleitender Anker ausgebildet ist, der von dem Wanderfeld angetrieben wird.
Der erfindungsgemäße Vorteil bei einer derartigen Anordnung besteht darin, daß je nach Schaltaufgabe das feststehende Teil unverändert bleiben kann, wogegen das bewegliche Teil modifiziert wird.
Eine erste Ausgestaltung der Erfindung kann dahingehen, daß der Anker, das heißt das bewegliche Teil, wenigstens einen Permanentmagneten aufweist, deren Nord- und Südpole axial ausgerichtet sind.
Wenn zwei und mehr Permanentmagnete vorgesehen sind, dann können diese als Ringmagnete so angeordnet sein, daß gleichnamige Pole sich gegenüber stehen.
Zwischen je zwei Permanentmagneten kann ein Eisenring angeordnet sein.
Dadurch wird erreicht, daß die magnetischen Feldlinien durch das feststehende Teil und darüber hinaus durch den Permanentmagneten mit den daran anschließenden Abschnitten der Eisenteile hindurchlaufen, wobei insbesondere an den Stegen zwischen jeweils zwei Nuten eine Flußverstärkung aufgrund einer Feldlinienkonzentration stattfindet. Dadurch wird eine hohe Kraftdichte erzeugt, so daß ein baumäßig kurzer Antrieb hergestellt werden kann.
Wenn als Prinzip das Synchronprinzip plus ein Transversalflußanker eingesetzt wird dann wird hierdurch die höchste Kraftausbeutung erzeugt.
Die Herstellung einer solchen Anordnung ist sehr einfach; das bewegliche Teil besteht aus einer Führungsstange aus antimagnetischem Material, auf die die in axialer Richtung magnetisierten Permanentmagnetscheiben abwechselnd mit Eisenscheiben aufgebracht sind. Diese Eisenscheiben dienen ebenfalls zur Flußverstärkung und bewirken im Luftspalt eine Flußverstärkung.
Es besteht dabei auch die Möglichkeit, die Spulen ringförmig in die Nuten einzusetzen, so daß die Spulen ringförmig das bewegliche Teil umgeben. Dabei werden gleichnamige Phasen miteinander verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besitzt der Anker wenigstens zwei Permanentmagnete, deren Nord- und Südpol wechselweise radial nach außen und nach innen gerichtet sind. Auch hier kann der Anker eine Führungsstange aufweisen, auf der die Permanentmagnete in Scheibenform aufgereiht sind. Bei der radialen Magnetisierung werden die Permanentmagnete in solchem Abstand zueinander angeordnet, daß ein gewünschter magnetischer Induktionsverlauf, z. B. ein sinusförmiger Verlauf entlang der Achse erzielt ist.
Wenn die Permanentmagnete kunststoffgebunden sind und eine niedrige Flußdichte aufweisen, können sie insbesondere für Lasttrennschalter oder Trennschalter verwendet werden.
Bei den oben angegebenen Anordnungen führen die Eisenabschnitte bei eingeleiteter Bewegung zu Induktivitätsänderungen innerhalb der Statorspulen, die zur Positionserfassung benutzt werden können.
Eine besondere Vereinfachung erfährt die Erfindung dadurch, daß sowohl der Stator als auch der Anker, das heißt das bewegliche Teil, aus Segmenten zusammengesetzt sein können. Zur Erzielung unterschiedlicher Kraftdichte wird eine unterschiedliche Anzahl von Segmenten für das bewegliche Teil mechanisch hintereinander angeordnet; in gleicher Weise kann zur Erzielung unterschiedlicher Verfahrwege, das heißt Antriebshübe, eine unterschiedliche Anzahl von Statorsegmenten mechanisch hintereinander angeordnet sein. Wenn die Segmentlänge s sei und die erzielbare Kraft mit einem Segment für das bewegliche Teil mit K1 bezeichnet ist, dann kann der gesamte Anker eine Länge von n x s und der Stator von m x s aufweisen, wobei n und m unterschiedliche Segmentzahlen bedeuten; die Segmentzahl im Stator wäre größer als diejenige im Anker. Der gesamte Verfahrweg beträgt dann (m - n) x s und die Kraftdichte n x K1.
Wenn die scheibenförmigen Permanentmagnete, die radial magnetisiert sind, abwechselnd mit scheibenförmigen Eisenabschnitten aufgereiht sind, dann führen diese Eisenabsehnitte bei eingeleiteter Bewegung zu Induktivitätsänderungen innerhalb der Statorspulen, die zur Positionserfassung benutzt werden können.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Anordnung mit Permanentmagneten arbeitet demgemäß nach dem Synchronprinzip, wobei bei Verwendung der scheibenförmigen Permanentmagnete eine hohe Kraftausbeute und bei der Verwendung von kunststoffgebundenen Permanentmagneten mit niedrigerer Flußdichte eine mittlere Kraftausbeute erzielt wird.
Wenn das sog. Asynchronprinzip genutzt wird, bei dem der Anker als Ankerstange ausgebildet ist und als Kurzschlußkäfig dient, ist die Kraftausbeute vergleichsweise gering und die sog. Anregelzeit höher, so daß eine derartige Antriebskonstruktion für Trenner- und/oder Erderschalterantriebe verwendet werden kann.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht darin, daß ein einheitliches feststehendes Teil, also ein einheitlicher Stator für alle Schaltaufgaben verwendet werden kann; die Anpassung an das jeweilige Schaltgerät und die jeweilige Schaltaufgabe wird durch geeignete Ausgestaltung des beweglichen Teiles erreicht.
Dadurch, daß eine weitere Modularisierung nur noch die einzelnen Segmente umfaßt, bestimmt die Anzahl der Stator- und Ankersegmente die erzielbare Kraft und den Verfahrweg.
Selbstverständlich ist es möglich, die oben angegebene Erfindung auch dann einzusetzen und zu verwenden, wenn der innen befindliche Teil das feststehende Teil ist, wogegen das rohrförmige Außenteil beweglich ist; dabei kann das innen befindliche feststehende Teil auch die Spulen tragen; eine günstigere Lösung jedoch besteht darin, daß die Spulen an der Innenseite des rohrförmigen Teiles angeordnet sind.
Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1
eine Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebes,
Fig. 2
eine perspektivische Darstellung eines feststehenden Teiles für den Antrieb gemäß Fig. 1,
Fig. 3 und 4
unterschiedliche Ankervarianten,
Fig. 5
eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebes,
Fig. 6
eine Ausführungsform für einen Anker, und
Fig. 7
eine weitere Ausführungsform des Ankers.
Der in der Fig. 1 dargestellte Antrieb 10 für einen lediglich schematisch dargestellten Leistungsschalter 11 besitzt ein feststehendes Teil 12 in Form eines zylindrischen Rohres, in dem Rillen 13, 14, 15 sowie 13a, 14a und 15a eingebracht sind, in denen sich Spulen 16, 17 und 18 befinden, deren Spulenabschnitte mit 16a, 16b, 17a, 17b und 18a, 18b bezeichnet sind. In den Spulenabschnitten 16a, 17a und 18a fließen die Ströme senkrecht zur Zeichenebene vom Betrachter weg, wogegen in den Spulenabschnitten 16b, 17b und 18b die Ströme senkrecht zur Zeichenebene auf den Betrachter zufließen.
Innerhalb des zylindrischen Rohres befindet sich ein bewegliches Teil 20, das einen stangenförmigen Kern 21 aus Weicheisen besitzt, auf dem zwei Permanentmagnete 22 und 23 angeordnet sind, die in einem Abstand D zueinander liegen. Innerhalb des durch den Abstand D befindlichen Bereiches ist eine Weicheisenscheibe 24 angeordnet.
Die Fig. 3 zeigt eine solche Ausgestaltung. Auf dem stangenförmigen Kern 20 befinden sich die beiden scheibenförmigen Permanentmagnete 22 und 23, wobei die beiden Permanentmagnete derart einander zugeordnet sind, daß der Permanentmagnet 22 mit seinem Südpol zum Kern 21 und der Permanentmagnet 23 mit seinem Nordpol zum Kern 21 gerichtet sind (Fig. 1). Der Abstand D wird so gewählt, daß eine geeignete Verteilung der radial verlaufenden magnetischen Induktion erzeugt wird. Bei Abstand D = 0 würde ein rechteckförmiger Verlauf erzeugt; je nach Abstand kann ein sinusförmiger Verlauf erreicht werden.
Die Eisenscheibe 24, deren axiale Dicke klein ist gegenüber der axialen Dicke der Permanentmagnete, bewirkt im wesentlichen eine Art Asymmetrie, mit der Positionsstellungen des Ankers 20 detektiert werden können.
In der Fig. 1 sind insgesamt sechs Pillen zur Aufname der Spulen dargestellt; selbstverständlich können auch mehr Pillen angeordnet sein; in gleicher Weise kann der Anker 20 mehr als zwei Permanentmagnete tragen. Diese Ausgestaltung ist eine dreiphasige Anordnung der Spulen, die deshalb bevorzugt wird, weil zur Ansteuerung eine Vielzahl von Ansteuerkomponenten im Handel leicht erhältlich und bekannt sind.
Die Fig. 2 zeigt nun eine perspektivische Ansicht des feststehenden Teiles 12 in Form eines zylindrischen Rohres.
Wenn nun die Spulen 16, 17 und 18 in geeigneter Weise angesteuert werden, dann erzeugen diese ein Wanderfeld, dessen geschlossene Feldlinien mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet sind; diese Feldlinien verlaufen aus dem feststehenden Teil hin in die Permanentmagnete, durch den Kern 21 wieder durch die Permanentmagnete zurück in den feststehenden Teil 12.
Die Permanentmagnete 22 und 23 können als übliche Permanentmagnete mit hoher Flußdichte ausgebildet sein, dann kann bei gleich ausgebildetem feststehenden Teil eine Antriebskraft F (siehe Fig. 1) erzeugt werden, die für Leistungsschalterantriebe, insbesondere SF6-Schalterantriebe zweckmäßig ist. Wenn die Permanentmagnete kunststoffgebunden sind und eine niedrigere Flußdichte aufweisen, dann können solche Antriebe zum Antrieb von Last- und Trennschaltern dienen.
Das eben beschriebene Prinzip nutzt das sog. Synchronprinzip aus. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, das Asynchronprinzip einzusetzen. Zu diesem Zweck wird z. B. eine elektrisch leitfähige hohle Ankerstange 31 ins Innere des feststehenden Teils eingesetzt, die als Kurzschlußkäfig dient, und in der Wirbelströme induziert werden, die dem Wanderfeld entgegengesetzt gerichtet sind. Derartige Antriebe bzw. Ausgestaltungen mit niedriger Kraftausbeute können ohne weiteres als Trenner- oder Erderschalterantriebe verwendet werden.
Damit wird erreicht, daß man zwecks Anpassung an die entsprechende Schaltaufgabe das feststehende Teil belassen und nur die beweglichen Teile entsprechend einsetzen muß. Dies bedeutet eine große Vereinfachung, da nur noch die beweglichen Teile auf die Schaltaufgabe anzupassen sind.
Die Fig. 5 zeigt eine andere Ausgestaltung der Erfindung. Sie besitzt einen Stator 50, der zylindrisch hohl ausgebildet ist, an dessen Innenfläche Nuten 51, 52, 53 bzw 54, 55 und 56..... eingebracht sind. In den Nuten 51 bis 53 befinden sich Spulen 57, 58 und 59, in denen der Strom in der in der Fig. 5 gezeigten Anordnung in die Zeichenebene hineinfließt.
Diese Spulen sind kreisringförmig und den einzelnen Phasen R, S und T zugeordnet, wobei die Spule 57 der Phase R, die Spule 58 der Phase S und die Spule 59 der Phase T zugeordnet ist.
In den Nuten 54, 55 und 56 befinden sich den Spulen 57 bis 59 entsprechende Spulen 60, 61 und 62, in denen der Stromfluß so gewählt ist, daß der Strom aus der Zeichenebene herausfließt, in der in Fig. 5 gewählten Darstellung.
Dabei ist der Spule 60 die Phase R, der Spule 61 die Phase S und der Spule 62 die Phase T zugeordnet.
Verbunden sind in entsprechender Weise, damit der Stromfluß erreicht wird, wie in der Fig. 5 dargestellt, die Spulen 57 und 60; 58 und 61 sowie 59 und 62.
Das bewegliche Teil ist ein Anker 65, der eine nicht magnetische Führungsstange 66 aufweist, auf der scheiben- bzw. ringförmige Permanentmagnete 67 und 68 angeordnet sind, wobei die Permanentmagnete axial ausgerichtet sind und sich die gleichnamigen Pole, hier die Südpole der beiden Permanentmagnete 67 und 68 gegenüber stehen. Dem Nordpol des Permanentmagneten 67 zugeordnet ist eine ringförmige Eisenscheibe 69; zwischen den beiden Permanentmagneten 67 und 68 befindet sich eine weitere Eisenscheibe 70 und dem Nordpol des Permanentmagneten 68 ist ebenso eine Eisenscheibe 71 zugeordnet.
Aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung verlaufen die Magnetlinien so wie in der Fig. 5 dargestellt: die durch den Permanentmagneten 67 erzeugten Flußlinien 72 verlaufen im Permanentmagneten vom Südpol zum Nordpol, von dort durch die Eisenscheibe 69 und durch den Luftspalt 73 in den Stator, im Stator zurück zu dem Eisenteil 70 und wieder in den Südpol des Permanentmagneten 67.
Die durch den Permanentmagneten 68 erzeugten Feldlinien 74 verlaufen umgekehrt durch den Permanentmagneten 68. Mit anderen Worten: die Feldlinien 72 verlaufen in der gezeichneten Lage und Darstellung entgegen dem Urzeigersinn und die Feldlinien 74 im Urzeigersinn.
Durch geeignete Ansteuerung der Spulen 57, 58 und 59 bzw. 60, 61 und 62 sowie weiterer Spulen wird ein Wanderfeld erzeugt, welches den Anker 65, das heißt also das bewegliche Teil 65, in Pfeilrichtung F antreibt, wodurch auf diese Weise ein bewegliches Kontaktstück angetrieben werden kann.
Die Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung des Ankers 65. Man erkennt die hier hohl ausgebildete Stange 66, auf der die Eisenscheibe 71, der Permanentmagnet 68 weiterhin die Eisenscheibe 70 sowie der Permanentmagnet 67 und die Eisenscheibe 69 aufgebracht sind.
Die Fig. 7 zeigt eine alternative Ausführung des Ankers; die Eisenringe 80, 81, 82 sind als Polschuhe für die Permanetmagnete ausgebildet.
Man kann Segmente bilden, für den Stator ein solches Segment, das die Nuten 51, 52 und 53 mit den entsprechenden Spulen 57, 58 und 59 enthält, sowie ein weiteres Segment mit den Nuten 54, 55 und 56 und den Spulen 60, 61 und 62; von dieser Segmentanordnung kann eine beliebige Anzahl von Segmentteilen in einer Einheit zusammengefaßt werden. In gleicher Weise kann auch der Stator zusammengesetzt werden; auf die antimagnetische Führungsstange 66 werden einfach in entsprechender Weise und in entsprechender Anzahl die verschiedenen Ringe aufgesetzt, von denen jeweils ein Permanentmagnet und ein zugehöriges Eisenteil eine Einheit bilden; zur Herstellung eines Stators mit mehreren Permanentmagneten wären dann lediglich zwei Arten von Elementen oder Segmenten vorzusehen.

Claims (13)

  1. Antrieb für das bewegliche Kontaktstück eines elektrischen Schaltgerätes, z. B. eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere eines SF6-Leistungsschalters, eines Lasttrennschalters oder dgl., mit einem feststehenden Teil und einem mit dem beweglichen Kontaktstück verbundenen bewegbaren Teil, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Teil (12) ein zylindrisches Rohr, an dessen Innenseiten Spulen (16, 17, 18) zur Erzeugung eines magnetischen Wanderfeldes angeordnet sind, ausgebildet ist, wogegen das bewegliche als innerhalb des Rohres (12) gleitender Anker (20, 31) ausgebildet ist, der von dem Wanderfeld angetrieben wird.
  2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker wenigstens einen Permanentmagneten aufweist, deren Nord- und Südpole wechselweise nach außen und nach innen gerichtet sind.
  3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei und mehr Permanentmagneten diese als Ringmagnete so angeordnet sind, daß gleichnamige Pole sich gegenüber stehen.
  4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei Permanentmagneten ein Eisenring angeordnet ist.
  5. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (20) wenigstens zwei Permanentmagnete aufweist, deren Nord- und Südpol wechselweise nach außen und nach innen gerichtet sind.
  6. Antrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (20) eine Führungsstange (21) aufweist, auf der die Permanentmagnete (22, 23) in Scheibenform aufgereiht sind.
  7. Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (22, 23) in solchem Abstand zueinander angeordnet sind, daß ein gewünschter magnetischer Induktionsverlauf, z. B. ein sinusförmiger Verlauf, entlang der Achse erzielt ist.
  8. Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß kunststoffgebundene Permanentmagnete niedriger Flußdichte vorgesehen sind.
  9. Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereich zwischen den Permanentmagneten (22, 23) eine Scheibe (24) aus weichmagnetischem Eisen eingesetzt ist, die zur Positionsbestimmung dient.
  10. Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Rohres (12) Rillen (13, 14...) eingebracht sind, in denen die Spulen (16, 17, 18) eingesetzt sind.
  11. Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß drei Spulen (16, 17, 18) vorgesehen sind.
  12. Antrieb nach einem der Ansprüche 1, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker als rohrförmige Ankerstange (31) ausgebildet ist und als Kurzschlußkäfig dient.
  13. Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Teil (12) das bewegliche Teil und der Anker (20, 31) das feststehende Teil ist.
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