EP1372176A1 - Aktor für Niederspannungsschalter - Google Patents

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EP1372176A1
EP1372176A1 EP02405465A EP02405465A EP1372176A1 EP 1372176 A1 EP1372176 A1 EP 1372176A1 EP 02405465 A EP02405465 A EP 02405465A EP 02405465 A EP02405465 A EP 02405465A EP 1372176 A1 EP1372176 A1 EP 1372176A1
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EP
European Patent Office
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air gap
jacket
cap
actuator
circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02405465A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Hirsbrunner
Tudor Dr. Baiatu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/32—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part
    • H01H71/327—Manufacturing or calibrating methods, e.g. air gap treatments
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    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/32—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part
    • H01H71/321—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements
    • H01H71/322—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements with plunger type armature

Definitions

  • the present invention relates to the field of low voltage switches and in particular the switch for protecting low voltage lines, Motors, apparatus and systems from the consequences of short-circuit currents. It affects an actuator or magnetic release for low-voltage switches according to the generic term of claim 1 and a method for its production according to the preamble of claim 6.
  • Circuit breakers, line and motor protection switches and overcurrent relays feature in general a thermal overload release with a bimetal and an electromagnetic Short-circuit release with one impact coil and one in the event of a short-circuit greatly accelerated impact anchor.
  • Such actuators or magnetic triggers for the Instant tripping ranges of low voltage residual current circuit breakers include one polarized relay or an adhesive relay, in which the magnetic flux of a Permanent magnets at rest, i.e. when not excited, via a magnetic armature and closes via a magnetic return circuit. This river is enough to Hold anchor against the force of a tensioned spring.
  • Counterexcitation in a trip winding it is possible to block the flow through the magnet armature repeal and displace on a magnetic shunt, leaving the anchor drops by the spring force and opens a circuit, for example.
  • EP-A 0 187 055 describes a magnetic release as a polarized electromagnetic relay with an armature axially movable between a blocking position and a release position shown.
  • the armature and one surrounding it under a radial air gap and its Moving ferromagnetic cylinders are part of a magnetic one Hold circuit.
  • magnetic triggers are activated by demagnetizing the Permanent or permanent magnets calibrated. When using rare earth magnets this is only possible with difficulty due to the high coercive field strength. To be a strong one Avoid fluctuations in the response or trigger sensitivity must also The shape of the brittle permanent magnets adhered to strict manufacturing tolerances become.
  • the object of the present invention is to provide a low-voltage switch, the trigger point can be easily calibrated. This task is accomplished by one Actuator for low voltage switch with the features of claim 1 and a Process for its production with the features of claim 6 solved.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • the essence of the invention is one in an actuator in a magnetic holding circuit adjustable air gap. This makes it easy to compare Manufacturing tolerances and an adjustment of the trigger to a required holding force possible. Because the air gap weakens the magnetic flux in the holding circuit and So that the holding force results, a magnetic circuit feeding the can Permanent magnet can be magnetized accordingly up to its saturation.
  • the Holding magnetic circuit two mutually displaceable components, which preferably both have a thread and can be moved relative to one another by turning.
  • the movable components are then preferred in their Fixed position. This is done in particular by means of laser welding.
  • a permanent magnet 1 is in contact via its two magnetic poles 10, 11 with a plurality of components made of magnetic material, by means of which, in the idle state, a magnetic holding circuit with a magnetic holding flux ⁇ H shown in broken lines is closed between said poles.
  • the components include an armature 2, which encloses a compression spring 20 in its interior, a face-side pole plate 3, which is penetrated by the armature 2, a jacket 4 and a return cap 5.
  • the armature 2 is coaxially surrounded by a release coil 6, outside which in turn is the jacket 4.
  • the return cap 5 leads to a first pole 10 of the permanent magnet 1.
  • a second pole 11 of the permanent magnet 1 is magnetically coupled both to the armature 2 and to the jacket 4 via a shunt plate 7.
  • the main part of the holding flow ⁇ H runs over the pole plate 3 as shown, a smaller part runs over the shunt plate 7.
  • the return cap 5 does not directly connect to the permanent magnet 1, but rather leaves a variable main air gap 50 between the cap and the magnet open.
  • the main air gap 50 reduces the magnetic coupling between the cap and the magnet, and magnetic stray fields arise which no longer belong to the magnetic holding circuit.
  • the remaining magnetic holding flux ⁇ H which continues to flow in the closed holding circuit and thus determines the magnetic holding force between the armature 2 and the pole plate 3, decreases. This corresponds to a reduction in the magnetization of the permanent magnet 1 with unrestricted magnetic coupling between the return cap 5 and the permanent magnet 1.
  • the actuator in a low-voltage switch is normally operated by a separate tripping current which, for example, in a with the tripping coil 6th connected electronic control circuit flows.
  • a separate tripping current which, for example, in a with the tripping coil 6th connected electronic control circuit flows.
  • the Tripping coil 6 in the circuit to be protected and an overcurrent as Actuate trip current.
  • a magnetic field is generated in the coil 6, which by the magnetization in the armature 2 caused by the permanent magnet 1 is greatly reduced.
  • the holding force i.e. the force acting on the ferromagnetic armature 2, which it in Holding circle wants to keep, reduced, and the force of the tensioned compression spring 20 can Release anchor 2 from its shown rest position and push it to the right.
  • the actuator is not shown in the rest position, but in a triggered position, ie with the spring 20 relaxed and an armature 2 released from the permanent magnet 1.
  • a magnetic shunt circuit with a magnetic shunt flux ⁇ N shown in dashed lines is closed between the poles of the permanent magnet 1.
  • a further secondary air gap 70 is provided in the magnetic shunt circuit. In the present case, this is located between the jacket 4 and the shunt plate 7 and serves to reinforce the influence of the main air gap 50.
  • a variation of the leakage flux and thus the holding force is done by moving Yield cap 5 and permanent magnet 1.
  • This is done with at least partially rotationally symmetrical Actuators, for example, by the cap 5 as indicated in FIG on the inside and the jacket 4 on the outside are each provided with a thread 51.
  • the cap 5 can be coated on the outside with a Thread 51 may be provided and screwed into the jacket 4. said Can move, especially in the case of angular actuator cross-sections, via a pure translational movement take place.
  • the jacket 4 is suitably produced via a so-called deep drawing process, i.e. a deformation of a suitably tailored one Sheet metal part.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung hat einen Aktor oder Magnetauslöser für Niederspannungsschalter oder Leitungsschutzschalter zum Gegenstand, dessen Haltemagnetkreis einen Hauptluftspalt (50) aufweist. Dadurch wird auch bei vollständig magnetisiertem Dauermagneten (1) der magnetische Fluss (ΦH) des Haltemagnetkreises soweit reduziert, dass im Auslösefall eine Auslösefeder (20) einen Anker (2), welcher teil des Haltemagnetkreises ist, bewegen kann. Die Einstellung des Hauptluftspaltes (50) erfolgt durch Verschieben einer Rückschlusskappe (5) relativ zum Dauermagneten (1), bevorzugt über ein Gewinde (51). <IMAGE>

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Niederspannungsschalter und insbesondere der Schalter zum Schutz von unter Niederspannungen stehenden Leitungen, Motoren, Apparaten und Anlagen vor den Folgen von Kurzschlussströmen. Sie betrifft einen Aktor oder Magnetauslöser für Niederspannungsschalter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
STAND DER TECHNIK
Leistungsschalter, Leitungs- und Motorschutzschalter sowie Überstromrelais weisen im allgemeinen einen thermischen Überlastauslöser mit einem Bimetall und einen elektromagnetischen Kurzschlussauslöser mit einer Schlagspule und einem im Kurzschlussfall stark beschleunigten Schlaganker auf. Derartige Aktoren oder Magnetauslöser für den Sofortauslösebereich von Niederspannungs-Fehlerstromschutzschaltem umfassen ein polarisiertes Relais oder ein Haftrelais, bei welchem sich der magnetische Fluss eines Dauermagneten im Ruhezustand, d.h. im nichterregten Zustand, über einen Magnetanker sowie über einen magnetischen Rückschlusskreis schliesst. Dieser Fluss reicht aus, um den Anker gegen die Kraft einer gespannten Feder zu halten. Mittels einer sogenannten Gegenerregung in einer Auslösewicklung ist es möglich, den Fluss durch den Magnetanker aufzuheben und auf einen magnetischen Nebenschluss zu verdrängen, so dass der Anker durch die Federkraft abfällt und beispielsweise einen Stromkreis öffnet.
In der EP-A 0 187 055 ist ein Magnetauslöser als polarisiertes elektromagnetisches Relais mit einem axial zwischen einer Sperrlage und einer Auslöselage beweglichen Anker dargestellt. Der Anker sowie ein ihn unter einem radialen Luftspalt umgebender und seine Bewegung führender ferromagnetischer Zylinder sind Teil eines magnetischen Haltekreises.
In der Regel werden Magnetauslöser mittels Auf- beziehungsweise Entmagnetisieren des Permanent- oder Dauermagneten kälibriert. Bei Verwendung von Seltenerdmagneten ist dies wegen der hohen Koerzitivfeldstärke nur erschwert möglich. Um ein starkes Schwanken der Ansprech- oder Auslöseempfindlichkeit zu vermeiden, müssen zudem bei der Formgebung der spröden Dauermagneten strenge Fertigungstoleranzen eingehalten werden.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Niederspannungsschalter zu schaffen, dessen Auslösepunkt einfach kalibriert werden kann. Diese Aufgabe wird durch einen Aktor für Niederspannungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Kern der Erfindung ist es, bei einem Aktor in einem magnetischen Haltekreis einen einstellbaren Luftspalt vorzusehen. Dadurch ist auf einfache Weise ein Abgleich von Fertigungstoleranzen und eine Justierung des Auslösers auf eine geforderte Haltekraft möglich. Da der Luftspalt eine Abschwächung des magnetischen Flusses im Haltekreis und damit der Haltekraft zur Folge hat, kann ein den magnetischen Haltekreis speisender Permanentmagnet entsprechend bis zu seiner Sättigung magnetisiert werden.
In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Aktors umfasst der Haltemagnetkreis zwei gegeneinander verschiebbare Komponenten, welche vorzugsweise beide ein Gewinde aufweisen und durch Drehen relativ zueinander bewegt werden können.
Nach erfolgter Einstellung des Luftspaltes im Haltemagnetkreis beziehungsweise des Auslösepunktes werden die beweglichen Komponenten bevorzugt in ihrer dannzumaligen Position fixiert. Dies geschieht insbesondere mittels Laserschweissen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und im Längsschnitt
  • Fig. 1 einen Aktor in Ruheposition,
  • Fig.2 einen Aktor in ausgelöster Position, und
  • Fig.3 einen Aktor mit einer in den Mantel einschraubbaren Rückschlusskappe.
    • Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst. Grundsätzlich sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
    In Fig. 1 ist schematisch ein Längsschnitt durch einen um eine strichpunktiert eingezeichnete Achse rotationssymmetrischen Aktor oder Magnetauslöser nach der Erfindung gezeigt. Ein Dauermagnet 1 steht über seine beiden magnetischen Pole 10,11 mit mehreren Komponenten aus magnetischem Material in Kontakt, durch welche im Ruhezustand ein magnetischer Haltekreis mit einem gestrichelt dargestellten magnetischen Haltefluss ΦH zwischen besagten Polen geschlossen wird. Zu den Komponenten gehören ein Anker 2, welcher in seinem Inneren eine Druckfeder 20 umschliesst, eine stimseitige Polplatte 3, welche durch den Anker 2 durchdrungen wird, ein Mantel 4 und eine Rückschlusskappe 5. Der Anker 2 ist koaxial von einer Auslösespule 6 umgeben, ausserhalb derer wiederum sich der Mantel 4 befindet. An den Mantel 4 anschliessend führt die Rückschlusskappe 5 zu einem ersten Pol 10 des Dauermagneten 1. Ein zweiter Pol 11 des Dauermagneten 1 ist sowohl mit dem Anker 2 als auch über eine Nebenschlussplatte 7 mit dem Mantel 4 magnetisch gekoppelt. Der Hauptanteil des Halteflusses ΦH verläuft wie eingezeichnet über die Polplatte 3, ein kleinerer Anteil führt über die Nebenschlussplatte 7.
    Erfindungsgemäss schliesst die Rückschlusskappe 5 nicht unmittelbar an den Dauermagneten 1 an, sondern lässt einen variablen Hauptluftspalt 50 zwischen Kappe und Magnet offen. Durch den Hauptluftspalt 50 ist die magnetische Kopplung zwischen Kappe und Magnet reduziert, es entstehen magnetische Streufelder, welche nicht mehr zum magnetischen Haltekreis gehören. Der verbleibende magnetische Haltefluss ΦH, welcher weiterhin im geschlossenen Haltekreis fliesst und somit die magnetische Haltekraft zwischen dem Anker 2 und der Polplatte 3 bestimmt, nimmt ab. Dies entspricht einer Reduktion der Magnetisierung des Dauermagneten 1 bei uneingeschränkter magnetischer Kopplung zwischen Rückschlusskappe 5 und Dauermagnet 1.
    Die Betätigung des Aktors in einem Niederspannungsschalter erfolgt normalerweise durch einen separaten Auslösestrom, welcher beispielsweise in einer mit der Auslösespule 6 verbundenen elektronischen Steuerschaltung fliesst. Bei Schutzschaltern kann die Auslösespule 6 in den zu schützenden Stromkreis geschaltet sein und ein Überstrom als Auslösestrom fungieren. Sobald ein Momentanwert des Auslösestromes einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wird in der Spule 6 ein Magnetfeld erzeugt, welches die durch den Dauermagenten 1 hervorgerufene Magnetisierung im Anker 2 stark reduziert. Dadurch wird die Haltekraft, d.h. die auf den ferromagnetischen Anker 2 wirkende Kraft, die ihn im Haltekreis halten will, reduziert, und die Kraft der gespannten Druckfeder 20 vermag den Anker 2 aus seiner gezeigten Ruheposition zu lösen und nach rechts zu stossen.
    In Fig.2 ist der Aktor nicht in der Ruheposition, sondern in einer ausgelösten Position, d.h. mit entspannter Feder 20 und einem vom Dauermagneten 1 gelösten Anker 2 gezeigt. Zwischen den Polen des Dauermagneten 1 ist ein magnetischer Nebenschlusskreis mit einem gestrichelt dargestellten magnetischen Nebenfluss ΦN geschlossen. Zusätzlich zum erwähnten Hauptluftspalt 50 ist im magnetischen Nebenschlusskreis ein weiterer Nebenluftspalt 70 vorgesehen. Dieser befindet sich im vorliegenden Fall zwischen dem Mantel 4 und der Nebenschlussplatte 7 und dient zur Verstärkung des Einflusses des Hauptluftspaltes 50.
    Eine Variation des Streuflusses und damit der Haltekraft erfolgt durch ein Verschieben von Rückschlusskappe 5 und Dauermagnet 1. Dies geschieht bei zumindest teilweise rotationssymmetrischen Aktoren beispielsweise, indem wie in Fig.2 angedeutet die Kappe 5 innenseitig und der Mantel 4 aussenseitig je mit einem Gewinde 51 versehen sind. Alternativ dazu und wie in Fig.3 angedeutet kann die Kappe 5 aussenseitig mit einem Gewinde 51 versehen sein und in den Mantel 4 eingeschraubt werden. Besagtes Verschieben kann, insbesondere bei eckigen Aktorquerschnitten, auch über eine rein translatorische Bewegung erfolgen. Nach erfolgter Justierung des Halteflusses wird die Position der Rückschlusskappe 5 fixiert, indem sie beispielsweise mit dem Mantel 4 verklebt oder verschweisst wird.
    Die Herstellung beispielsweise des Mantels 4 erfolgt geeigneterweise über einen sogenannten Teifziehvorgang, d.h. eine Verformung eines geeignet zugeschnittenen Blechteiles.
    BEZUGSZEICHENLISTE
    1
    Dauermagnet
    10,11
    magnetische Pole
    2
    Anker
    20
    Druckfeder
    3
    Polplatte
    4
    Mantel
    5
    Rückschlusskappe
    50
    Hauptluftspalt
    6
    Auslösespule
    7
    Nebenschlussplatte
    70
    Nebenluftspalt

    Claims (7)

    1. Aktor für Niederspannungsschalter, mit einem Dauermagneten (1), einem beweglichen Anker (2), einer Auslösespule (6) und einer Druckfeder (20), wobei der magnetische Fluss des Dauermagneten (1) über einen den Anker (2) umfassenden Haltemagnetkreis und einen Nebenschlusskreis geschlossen ist, und wobei durch Bestromung der Auslösespule (6) der magnetische Fluss (ΦH) durch den Anker (2) zumindest teilweise kompensierbar und letzterer dadurch mittels der Druckfeder (20) bewegbar ist,
      dadurch gekennzeichnet, dass im Haltemagnetkreis ein Hauptluftspalt (50) zur Einstellung einer Haltekraft vorhanden ist.
    2. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltemagnetkreis einen Mantel (4) und eine Rückschlusskappe (5) aufweist, und dass letztere zur Einstellung des Hauptluftspaltes (50) gegenüber dem Dauermagneten (1) bewegbar ist.
    3. Aktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mantel (4) und Rückschlusskappe (5) kreiszylinderförmig ausgebildet und über ein Gewinde (51) verbunden sind.
    4. Aktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (51) laserverschweisst ist.
    5. Aktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Nebenschlusskreis ein weiterer Nebenluftspalt (70) vorgesehen ist.
    6. Verfahren zur Herstellung eines Aktors mit einem Haltemagnetkreis umfassend einen Mantel (4) und eine in oder auf den Mantel (4) geschraubte Kappe (5) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Schraubbewegung der Kappe (5) ein Hauptluftspalt (50) im Haltemagnetkreis eingestellt wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass anschliessend an die Einstellung des Hauptluftspaltes die Kappe (5) und der Mantel (4) verschweisst werden.
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