EP1351262A2

EP1351262A2 - DC electromagnet

Info

Publication number: EP1351262A2
Application number: EP03003903A
Authority: EP
Inventors: Volker Lang; Rudolf Scholz
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2003-10-08
Anticipated expiration: 2023-02-21
Also published as: ES2312673T3; US20030189474A1; EP1351262A3; US6731191B2; EP1351262B1; ATE405939T1; DE10215018A1; DE50310337D1

Abstract

The armature (60) is guided (40) during its stroke. Its tip (64) points to the center of the yoke (10) bridging section (12). A V-shaped air gap (22) between them, is a defined by surfaces (15, 65) at an angle to the armature axis.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Elektromagneten aus geblechten Magnetteilen für den Einsatz in einem elektrischen Schaltgerät, insbesondere in einem Schütz mit einer Antriebsspule.The invention relates to a direct current electromagnet made of laminated magnetic parts for use in an electrical switching device, especially in a Contactor with a drive coil.

Gleichstrom-Elektromagnete, die insbesondere bei Schützen benutzt werden, gibt es in verschiedenen Formen. Wenn solche Elektromagnete zwei Polflächenpaare umfassen, beispielsweise bei einem U-förmigen Magnetjoch mit einem stabförmigen, das Magnetjoch schließenden Anker oder bei E-förmigen Magnetteilen, ist die relative Anpassung der Position der Polflächenpaare notwendig. Weiterhin liegen bei solchen Elektromagneten mindestens zwei Arbeitsluftspalte vor, wodurch die Größe der Verlustleistung mitbestimmt ist.DC electromagnets, which are used especially in contactors come in different forms. If such electromagnets two pairs of pole faces include, for example in a U-shaped magnetic yoke with a rod-shaped armature closing the magnetic yoke or with E-shaped magnetic parts, the relative adjustment of the position of the pole face pairs is necessary. Furthermore, there are at least two working air gaps in such electromagnets before, whereby the size of the power loss is also determined.

Aus den Schriften DE 35 05 724 C2 und US 4 700 165 gehen Anordnungen hervor mit je einem E-förmigen festehenden und einem E-förmigen beweglichen Magnetkern. Dabei sind drei Polflächenpaare und drei Arbeitsluftspalte vorhanden. Die geradlinige Relativbewegung der Magnetkerne zueinander ohne Verkippen der Magnetkerne muss durch Führungseinrichtungen gewährleistet werden. Insbesondere sind die Enden der seitlichen Schenkel der Magnetkerne mit abgeschrägten Flächen versehen, wodurch eine Selbstausrichtung zustande kommt.Arrangements emerge from the documents DE 35 05 724 C2 and US 4 700 165 with one E-shaped fixed and one E-shaped movable Magnetic core. There are three pairs of pole faces and three working air gaps. The linear relative movement of the magnetic cores to each other without tilting the magnetic cores must be guaranteed by guiding devices. In particular, the ends of the lateral legs of the magnetic cores are beveled Provide surfaces, which results in self-alignment.

Eine ähnliche Anordnung mit jeweils E-förmigen festehenden und beweglichen Magnetkernen ist aus der DE 28 44 361 A1 bekannt geworden. Bei dieser Anordnung sind ebenfalls die Enden der seitlichen Schenkel der Magnetkerne abgeschrägt und es werden ebenfalls Führungseinrichtungen eingesetzt, die die Relativbewegung der Magnetkerne zueinander stabilisieren.A similar arrangement, each with E-shaped fixed and movable Magnetic cores have become known from DE 28 44 361 A1. With this arrangement the ends of the lateral legs of the magnetic cores are also beveled and leadership facilities are also used to manage the Stabilize the relative movement of the magnetic cores to one another.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrom-Elektromagnet anzugeben mit vergleichsweise ähnlicher Verlustleistung und Funktionalität, mit vermindertem Kostenaufwand in der Herstellung, bzw. mit möglichst kleiner Anzahl Magnetteile und bei dem die Zahl der Polflächenpaare vermindert ist. The invention has for its object to provide a DC electromagnet with comparatively similar power loss and functionality, with reduced production costs, or with the smallest possible number Magnetic parts and in which the number of pole face pairs is reduced.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.The object is achieved by the features of the independent claim solved, while the dependent claims advantageous developments the invention can be seen.

Der Kern der Erfindung liegt darin, dass eine Konstruktion mit E-förmigen Magnetkörpern nicht verwendet wird. Es ist gegenüber den genannten Schriften des Standes der Technik nur ein einziger Arbeitsluftspalt vorhanden.The essence of the invention is that a construction with E-shaped magnetic bodies is not used. It is opposite the writings of the State of the art only a single working air gap is available.

Somit besteht die Erfindung darin, dass das feststehende Magnetjoch ring- oder C-förmig ausgebildet ist und einen Mittelsteg und zwei, vom Mittelsteg gewinkelt abstehende Magnetjochschenkel umfasst. Weiterhin ist zwischen dem freien Ende des bewegbaren prismatischen Ankers und der Mitte des Mittelstegs senkrecht zur Längsachse des Ankers ein einziger Arbeitsluftspalt ausgebildet; die beiden freien Schenkelenden des Magnetjochs sind nah an den Anker herangeführt, wo ein enger Durchtrittsspalt für den Anker gebildet ist.Thus, the invention is that the fixed magnetic yoke ring or Is C-shaped and has a central web and two angled from the central web protruding magnetic yoke legs. Furthermore is between the free end of the movable prismatic anchor and the center of the center bar perpendicular a single working air gap is formed to the longitudinal axis of the armature; the both free leg ends of the magnetic yoke are brought close to the anchor, where a narrow passage gap is formed for the anchor.

Der Anker wird bei seinem Verschiebungshub durch Führungseinrichtungen geleitet. Das freie Ende des Ankers ist auf den Mittelsteg des Magnetjochs gerichtet und die Flächen des Arbeitsluftspalts sind schräg gegen die Achse des Ankers ausgebildet.The armature is guided by guide devices during its displacement stroke. The free end of the armature is aimed at the central web of the magnetic yoke and the surfaces of the working air gap are oblique to the axis of the armature educated.

Der zwischen den freien Enden der Magnetjochschenkel und dem Anker ausgebildete enge Durchtrittsspalt stellt nur noch einen parasitären Luftspalt dar, dessen magnetischer Widerstand sich bei Verschiebungshubbewegungen nicht ändert.The one formed between the free ends of the magnet yoke legs and the armature narrow passage gap only represents a parasitic air gap, the magnetic resistance does not change during displacement stroke movements.

Es wird eine symmetrische Ausbildung des Arbeitsluftspalts bevorzugt, bei der die Flächen keilförmig liegen. Die Keilform des Arbeitsluftspalts ist am freien Ende des Ankers derart ausgebildet ist, dass die Keilspitze in der Symmetrieebene des Mittelstegs liegt und der Keil auf den Mittelsteg gerichtet ist. Korrespondierend dazu ist die Keilform des Arbeitsluftspalts am Mittelsteg als keilförmige Vertiefung ausgebildet. Der Arbeitsluftspalt ist mit mindestens einem Anschlag aus unmagnetischem Material versehen, wobei das Material bei geschlossenem Magnetkreis den Remanenzluftspalt bildet.A symmetrical formation of the working air gap is preferred, in which the surfaces are wedge-shaped. The wedge shape of the working air gap is at the free end of the armature is designed such that the wedge tip in the plane of symmetry of the center bar and the wedge is aimed at the center bar. corresponding in addition, the wedge shape of the working air gap on the central web is a wedge-shaped recess educated. The working air gap is at least with one stop provided non-magnetic material, the material when closed Magnetic circuit forms the remanent air gap.

Mit der Ausbildung symmetrischer, keilförmiger Flächen im Arbeitsluftspalt werden definierte Kraftverhältnisse zwischen Anker und Magnetjoch erzielt. Es kann kein Seitwärtskippen oder Rutschen an den Schrägflächen auftreten, da eine Art Selbstzentrierung vorliegt. Mit der Ausbildung der Keilform wird die wirksame Magnetfläche und damit die magnetische Energie im Luftspalt vergrößert, insbesondere bei großem Luftspalt.With the formation of symmetrical, wedge-shaped surfaces in the working air gap defined force ratios between armature and magnetic yoke. It can no sideways tipping or sliding on the inclined surfaces, as a kind Self-centering is present. With the formation of the wedge shape, the effective Magnetic area and thus the magnetic energy in the air gap increases, in particular with a large air gap.

Im folgenden wird unter "Jochprofil" der Innenraum verstanden, der durch die Innenflächen der Seitenschenkel und des Mittelstegs gebildet wird. Die dem Jochprofil zugewandte Fläche des Mittelstegs kann vorzugsweise ohne Erhebungen oder Einsprünge in das Jochprofil hinein ausgebildet sein. Als Alternative dazu ist am Mittelsteg des Magnetjochs ein Verlängerungssteg ausgebildet, welcher die keilförmige Vertiefung als Korrespondenz zum am Ende des Ankers ausgebildeten Arbeitsluftspalt trägt.In the following, "yoke profile" is understood to mean the interior, which is caused by the interior surfaces the side leg and the middle web is formed. The yoke profile facing surface of the central web can preferably be without elevations or projections into the yoke profile. As an alternative to that an extension web is formed on the central web of the magnetic yoke, which extends the wedge-shaped recess as correspondence to the one formed at the end of the anchor Working air gap carries.

Der Vorteil der beschriebenen Magnetanordnung liegt darin, dass gegenüber Anordnungen mit vergleichbarem Antriebsvolumen und vergleichbarer Verlustleistung höhere Kontaktdruckkräfte erreichbar sind. Weiterhin ist es von Vorteil, dass der Aufbau aus Stanz-Pakettier-Blechen erstellt wird, die geschweißt oder genietet sein können. Die Montage des Antriebs lässt sich einfach gestalten, da durch den symmetrischen Aufbau der Magnetanordnung nur wenige Kupplungselemente eingesetzt werden müssen. Insgesamt lässt sich also die Wirtschaftlichkeit der Herstellung verbessern.The advantage of the magnet arrangement described is that compared to arrangements with comparable drive volume and comparable power loss higher contact pressure forces can be achieved. It is also advantageous that the structure is created from stamped-packet-sheet metal that is welded or riveted could be. The assembly of the drive can be made easy because the symmetrical structure of the magnet arrangement only a few coupling elements must be used. Overall, the profitability of the Improve manufacturing.

Für die Montage der Antriebsspule wird bei einer der Ausführungsformen ein möglichst großer Freiraum geschaffen. Die Ausbildung des Arbeitsluftspalts ist auf diese Forderung (erste Ausbildungsform) derart abgestellt, dass die dem Magnetanker zugewandte gesamte Innenfläche des Querschenkels eine einzige Ebene bildet, die keine körperliche Ausformungen (Erhebung) hinein in das Jochprofil besitzt, wodurch das Einführen der Antriebsspule behindert werden würde. For the assembly of the drive coil in one of the embodiments the greatest possible freedom. The formation of the working air gap is based on this demand (first form of training) in such a way that the The entire inner surface of the transverse leg facing the magnet armature is a single one Level forms that no physical formations (elevation) into the Has yoke profile, which hinders the insertion of the drive coil would.

Zu dem erfindungsgemäßen Gegenstand werden Ausführungsformen vorgeschlagen, die sich in der Länge des eingesetzten Ankers bzw. in der Lage des Arbeitsluftspaltes in bezug auf den Mittelsteg des Magnetjochs unterscheiden.Embodiments are proposed for the subject matter according to the invention, which differ in the length of the anchor used or in the position of the Distinguish the working air gap with respect to the central web of the magnetic yoke.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren erläuterten beiden Ausführungsbeispielen. Es zeigen

Figur 1:: Magnetanordnung mit langem Anker und tief im Mittelsteg des Magnetjochs liegendem Arbeitsluftspalt und
Figur 2:: Magnetanordnung mit kürzerem Anker und am Mittelsteg des Magnetjochs mit verlängertem Steg ausgebildetem Arbeitsluftspalt.

Further details and advantages of the invention result from the following two exemplary embodiments explained with reference to figures. Show it

Figure 1:: Magnet arrangement with a long armature and working air gap deep in the central web of the magnet yoke and
Figure 2:: Magnet arrangement with a shorter armature and working air gap formed on the central web of the magnetic yoke with an extended web.

Die Magnetteile (Joch 10 und Anker 60) der Magnetanordnung bestehen aus Stanzblech-Paketen und haben rechteckigen Querschnitt. Die Pakete sind ohne Deckbleche vernietet (Niete 80), woraus sich der mechanische Zusammenhalt ergibt. Damit wird eine sehr wirtschaftliche Fertigung erreicht, die bei Herstellung aus Drehteilen (insbesondere bei der des Ankers) nicht möglich ist.The magnetic parts (yoke 10 and armature 60) of the magnet arrangement consist of Stamped sheet metal packages and have a rectangular cross-section. The packages are without Cover plates riveted (rivet 80), which results in mechanical cohesion results. A very economical production is thus achieved, that in production from turned parts (especially the one of the armature) is not possible.

In einem nicht dargestellten Gehäuse ist das feststehende, ring- oder C-förmige Magnetjoch 10 angeordnet, das zwei Seitenschenkel 11 umfasst, die senkrecht vom Mittelsteg 12 abstehen und somit parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Enden 14 der Seitenschenkel 11 sind nach innen zum Anker 60 hin abgewinkelt. Die Schenkelenden sind dicht an den Magnetanker herangeführt, wo sie einen engen Durchtrittsspalt 23 für den Anker bilden. Im Durchtrittsspalt ist zwischen Schenkelende und Anker je ein parasitärer Luftspalt vorhanden. Die Weite der Luftspalte beträgt wenige Zehntel mm. Die Einhaltung der Luftspaltweite während der Ankerbewegung sollte über präzise Führungselemente oder - vorzugsweise - durch eine Plättchenbelegung aus unmagnetischem Material gewährleistet werden. Die Material-Auflage (aus Folie oder Plättchen) erfolgt auf den Luftspaltflächen im Durchtrittsspalt auf den Magnetteilen 14,14',60. Mit reibungsmindernder Materialauflage kann die Reibung im Durchtrittsspalt 23 minimiert werden. Durch mit Bezugszeichen 40 angedeutete Führungseinrichtungen wird der Magnetanker während des Verschiebungshubs geleitet. In a housing, not shown, is the fixed, ring or C-shaped Magnetic yoke 10 is arranged, which comprises two side legs 11, which are perpendicular protrude from the central web 12 and are thus aligned parallel to one another. The Ends 14 of the side legs 11 are angled inward toward the armature 60. The ends of the legs are brought close to the magnetic armature, where they meet form narrow passage gap 23 for the anchor. In the passage gap is between There is a parasitic air gap in each leg end and anchor. The vastness of the Air gap is a few tenths of a mm. Compliance with the air gap width during the armature movement should have precise guide elements or - preferably - can be guaranteed by a platelet covering made of non-magnetic material. The material layer (made of foil or platelets) is placed on the air gap surfaces in the passage gap on the magnetic parts 14, 14 ', 60. With friction reducing Material support, the friction in the passage gap 23 can be minimized. By Guide means indicated by reference numeral 40 becomes the magnet armature headed during the displacement stroke.

Der Magnetanker 60 ist prismatisch oder stabförmig gestaltet. Sein freies Ende 64 ist auf die Mitte des Mittelstegs 12 des Magnetjochs gerichtet. Die Kopfseite 66 des Magnetankers 60 trägt eine Nut 80 zur Einführung von nicht dargestellten Kupplungselemente für den Antriebsmechanismus. Eine Rückstellkraft kann durch mindestens eine Feder erzeugt werden.The magnet armature 60 is prismatic or rod-shaped. Its free end 64 is directed towards the center of the central web 12 of the magnetic yoke. The head side 66 of the armature 60 carries a groove 80 for the introduction of not shown Coupling elements for the drive mechanism. A restoring force can be generated by at least one spring.

Der Magnetanker 60 wird von einer nicht dargestellten Antriebsspule mit Spulenkörper und Erregerwicklung umfasst. Die Magnetanordnung wird durch die Antriebsspule komplettiert, die den Raum (Joch- oder Innenprofil 300) zwischen Mittelsteg 12, Seitenschenkeln 11 und Schenkelenden 14 nahezu vollständig einnimmt, und in deren Inneren der Anker 60 in Richtung auf den Mittelsteg 12 des Magnetjochs bewegt wird. Der Magnetanker hat einen entsprechenden Hub im Arbeitsluftspalt 22. Die Form des Arbeitsluftspaltes 22 ist keilförmig oder dreieckförmig gestaltet.The magnet armature 60 is driven by a drive coil (not shown) with a coil body and excitation winding. The magnet assembly is powered by the drive coil completes the space (yoke or inner profile 300) between the central web 12, almost completely occupies side legs 11 and leg ends 14, and in the interior of the anchor 60 in the direction of the central web 12 of the Magnet yoke is moved. The magnetic armature has a corresponding stroke in the Working air gap 22. The shape of the working air gap 22 is wedge-shaped or triangular designed.

Die Magnetanordnung ist symmetrisch zu einer senkrechten Symmetrieebene des C-förmigen Magnetjochs ausgebildet.The magnet arrangement is symmetrical to a vertical plane of symmetry of the C-shaped magnetic yoke.

Das vom Magnetjoch 10 umspannte Jochprofil 300 ist quadratisch oder rechteckig ausgebildet. Der vom Jochprofil gebildete Querschnitt erlaubt in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 das ungehinderte Einschieben der nicht dargestellten Antriebsspule einschließlich Spulenkörper senkrecht zur Symmetrieebene des Magnetjochs.The yoke profile 300 spanned by the magnetic yoke 10 is square or rectangular educated. The cross section formed by the yoke profile allows in the embodiment 1 the unimpeded insertion of the not shown Drive coil including bobbin perpendicular to the plane of symmetry of the Yoke.

Um einen großen Freiraum für die Antriebsspule zu gewährleisten, ist der Arbeitsluftspalt derart ausgebildet, dass die dem Magnetanker zugewandte gesamte Innenfläche 17 des Querschenkels 12 eine solche Oberfläche bildet, über die keine Erhebung hinein in das Jochprofil 300 ragt.In order to ensure a large free space for the drive coil, there is the working air gap formed such that the total facing the magnet armature Inner surface 17 of the cross leg 12 forms such a surface over which no elevation projects into the yoke profile 300.

Die beiden Ausführungsformen nach Fig. 1 und Fig. 2 unterscheiden sich in der Länge des Ankers und der Lage des Arbeitsluftspaltes 22 und auch in der Größe des Wickelraums für die Antriebsspule. In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 besitzt das Jochprofil einen größeren Freiraum, da der Mittelsteg 12 mit einem kleinstmöglichen Querschnitt ausführbar ist. Auf dem Mittelsteg 12 des Magnetjochs ist ein Verlängerungssteg 13 ausgebildet. Zwischen Verlängerungssteg und dem freien Ende 64 des Ankers ist ein keilförmiger Arbeitsluftspalt ausgebildet, mit entsprechender Ausführung gemäß Fig. 1.The two embodiments according to FIG. 1 and FIG. 2 differ in the Length of the anchor and the position of the working air gap 22 and also in size of the winding space for the drive coil. In the embodiment according to FIG. 2 the yoke profile has a larger free space, since the central web 12 with a smallest possible cross section is executable. On the central web 12 of the magnetic yoke an extension web 13 is formed. Between the extension bar and a wedge-shaped working air gap is formed at the free end 64 of the armature, with the corresponding design according to FIG. 1.

In der DC-Elektromagnetanordnung nach Figur 1 sind die Schenkelenden 14 einstückig mit dem Magnetjoch 10 ausgebildet. Das gesamte Magnetjoch 10 besteht aus einheitlichen Stanzblechen, die mit Niete 80 zusammengehalten sind.In the DC electromagnet arrangement according to FIG. 1, the leg ends are 14 integrally formed with the magnetic yoke 10. The entire magnetic yoke 10 is made from uniform stamped sheets, which are held together with rivets 80.

In der Anordnung nach Figur 2 sind die Schenkelenden 14' aus magnetleitenden Stücken (Flussleitstücke) am Magnetjoch 10 ausgebildet und mit nicht näher dargestellten Verbindungen an den Seitenschenkeln 11 befestigt. Vorzugsweise können die Flussleitstücke 14' mit Kerben 114 in Nuten auf der Kopfseite der Seitenschenkel 11 eingelegt sein. Die mehrteilige Ausbildung ist notwendig, weil dadurch die Montage der Antriebsspule in das Magnetjoch hinein zeitlich vor dem Zusammenbau des Magnetjochs ermöglicht wird.In the arrangement according to Figure 2, the leg ends 14 'are made of magnetically conductive Pieces (flux guide pieces) formed on the magnetic yoke 10 and with not shown Connections attached to the side legs 11. Preferably can flow guide pieces 14 'with notches 114 in grooves on the head side of the side legs 11 be inserted. The multi-part training is necessary because of it the assembly of the drive coil in the magnetic yoke in time before Assembly of the magnetic yoke is made possible.

Mit Bezugszeichen 77 sind Flächen angezeigt, die mit Anschlagplättchen aus unmagnetischem Material (beispielsweise Kunststoff- oder Metallfolie) belegt sein sollten. Zwei Anschlagplättchen können symmetrisch am Anker oder am Magnetjoch oder an beiden angeordnet sein. Mit den Anschlagplättchen wird eine definierte Luftspaltdicke gebildet, die ein Aneinanderhaften ausschließt und wodurch die Antiremanenzfunktion des Luftspalts erfüllt wird.Numbers 77 indicate areas which are made of stop plates non-magnetic material (e.g. plastic or metal foil) should. Two stop plates can be symmetrical on the anchor or on the magnetic yoke or be arranged on both. A defined one is created with the stop plates Air gap thickness formed, which excludes sticking together and by the anti-retentive function of the air gap is fulfilled.

Claims

DC electromagnet arrangement made of laminated magnetic parts for use in an electrical switching device, in particular in a contactor with a drive coil,
comprising a fixed magnetic yoke (10) formed from a central web (12) and two legs (11),
the free ends (14, 14 ') of the magnetic yoke legs (11) being arranged at a distance from one another to form a narrow passage gap (23) for a movable, prismatic armature (60),
the armature (60) being guided by guide devices (40) during its displacement stroke,
wherein the free end (64) of the armature (60) is directed towards the central web (12) of the magnetic yoke (10), and between the free end (64) of the armature (60) and the center of the central web (12) perpendicular to the longitudinal axis of the armature (60) there is a working air gap (22), the surfaces (15, 65) of which are inclined towards the axis of the armature (60).

DC electromagnet arrangement according to claim 1, characterized in that the surfaces (15, 65) of the working air gap (22) are wedge-shaped.

DC electromagnet arrangement according to claim 2, characterized in that the wedge shape of the working air gap (22) on the armature (60) is formed such that the wedge tip extends in the plane of symmetry of the central web (12).

DC electromagnet arrangement according to claim 3, characterized in that the wedge tip is arranged in the direction of the central web (12).

DC electromagnet arrangement according to one of claims 2, 3 or 4, characterized in that the wedge shape of the working air gap (22) on the magnetic yoke (10) is designed as a wedge-shaped recess.

DC electromagnet arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the inner surface (17) of the central web (12) facing the yoke profile (300) is formed without elevations into the yoke profile (300).

DC electromagnet arrangement according to claim 5, characterized in that the working air gap (22) on the magnetic yoke is formed on an extension web (13) in the middle of the central web (12).

DC electromagnet arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the working air gap is provided with at least one stop plate (77) made of non-magnetic material.

DC electromagnet arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the leg ends (14) are formed in one piece with the magnetic yoke (10).

DC electromagnet arrangement according to one of claims 1 to 8, that the Leg ends (14 ') made of magnetically conductive pieces on the magnetic yoke (10) are.

DC electromagnet arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the free end faces of the magnet parts (14, 14 ', 60) facing the magnet armature are covered with a non-magnetic film.