EP1430490A1

EP1430490A1 - Elektromagnetischer aktuator

Info

Publication number: EP1430490A1
Application number: EP02779327A
Authority: EP
Inventors: Wenkai Shang; Christian Reuber
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2001-09-24
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-06-23
Anticipated expiration: 2022-09-10
Also published as: WO2003030188A1; CN1285085C; DE10146899A1; CN1557007A; EP1430490B1

Abstract

Es wird ein bistabiler elektromagnetischer Aktuator, insbesondere ein Antrieb für eine Vakuumschaltkammer beschrieben, der mit einem Joch, mit wenigstens einem Permanentmagneten, mit wenigstens einer Spule, mit wenigstens einem bewegbaren Anker ausgebildet ist, so dass ein magnetischer erster Fluss durch den Anker und das Joch erzeugt wird, so dass der Anker in einer Stellung festgehalten wird, wobei die Spule einen zweiten magnetischen Fluss erzeugt, mit dem der Anker betätigt wird. Der Permanentmagnet ist zwischen dem Joch und einem feststehendem Rückschlusselement angeordnet, so dass die magnetischen Flüsse über das Rückschlusselement verlaufen. Weiter überdeckt der Anker ausserhalb des Jochs eine Stirnseite des Jochs, die senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung verläuft, wenigstens teilweise.

Description

ELEKTROMAGNETISCHER AKTUATOR

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator, insbesondere einen elektromagnetischen Antrieb für ein Schaltgerät, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige elektromagnetische Antriebe sind unter anderem aus der WO 95/07542 bekannt geworden. Die Fig. 1 zeigt im Prinzip einen derartigen bekannten elektromagnetischen Antrieb 10, der ein umlaufendes Joch 11 aufweist, das zwei parallel verlaufende Längsstege 12 und 13 sowie jeweils einen Quersteg 14 und 15 aufweist. Etwa in der Mitte besitzen die Längsstege 12 und 13 sich gegenüberliegende Polschuhe 16 und 17, an denen Permanentmagnete 18 und 19 befestigt sind. Zwischen den Permanentmagneten 18 und 19 befindet sich ein Anker 20, an dem eine Stange 21 bzw. 22 aus nicht magnetischem Material angebracht bzw. befestigt ist, die je eine Öffnung 23 und 24 in den Querstegen 14 und 15 durchgreift. Zwischen den Polschuhen 16 und 17 bzw. den Permanentmagneten 18 und 19 und dem Quersteg 14 bzw. dem Quersteg 15 befindet sich je eine Spule 25, 26. Je nach Erregung der Spule 25 oder 26 kann der Anker 20 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung bewegt werden, wobei der Luftspalt 27, der die Abmessung d aufweist, in dieser Stellung minimiert ist. Wenn die Spule 25 erregt wird, dann wird der Anker in Pfeilrichtung P angetrieben, bis seine dem Quersteg 14 zugewandte Stirnfläche an der Innenfläche des Querstegs 14 anliegt.

Auf diese Weise wird ein gut funktionierender bistabiler elektromagnetischer Antrieb für ein Schaltgerät gebildet, insbesondere für Vakuum- Leistungsschalter. Die hierbei getroffenen Maßnahmen zur Vermeidung von Wirbelströmen sowohl im Joch 11 als auch im Anker 20 sind bereits in einer anderen Patentanmeldung berücksichtigt (Deutsche Patentanmeldung 197 09 089.3).

Bei einer Ausgestaltung ist lediglich die Stange 21 vorgesehen; die Stange 22 ist für einen elektromagnetischen Antrieb für eine Vakuumkammer nicht erforderlich und könnte höchstens zur Führung des Ankers 20 dienen.

Die Kraft, mit der der Anker 20 an den unteren oder oberen Quersteg angezogen wird, ist von der Wirkungsfläche abhängig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektromagnetischen Aktuator der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.

Die Kraft, mit der der bzw. die Anker vom Joch angezogen werden, ist durch die Vergrößerung der wirksamen Fläche ebenfalls deutlich erhöht.

Wie die Anordnung zur Erhöhung der Fläche getroffen sein kann, ist den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die bisherigen Beschreibungen legen eine bistabile Ausgestaltung mit zwei Ankern, je einer auf den beiden Stirnseiten der Joche, zugrunde. In einer anderen Ausgestaltung ist es möglich, einen monostabilen Aktuator mit nur einem Anker zu bauen. Dieselbe Spule wird dann sowohl für die Einschaltung als auch - bei umgekehrter Stromrichtung - für die Ausschaltung verwendet. Der Antrieb wird über eine Feder in der Aus- Position gehalten, wenn er nicht eingeschaltet ist. . o 10108

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 2 und 3 unterschiedliche Ausgestaltungen eines elektromagnetischen Antriebs,

Fig. 4 eine grafische Darstellung von Kraftverläufen für einen Antrieb nach dem Stand der Technik und einem Antrieb gemäß der Erfindung,

Fig. 5 bis 9 weitere Ausführungsformen der Erfindung, mit zwei Ankern,

Fig. 10 bis 20 je einen elektromagnetischen Antrieb mit einem Anker,

Fig. 21 einen erfindungsgmäßen elektromagnetischen Antrieb gemäß einer ersten Ausführungsform mit zwei Ankern als rechteckförmige Ausgestaltung der Fig. 9, Fi. 22 eine perspektivischen Darstellung einer zylindrischen Ausgestaltung der Fig. 9, Fig. 23 eine Ausführung eines elektromagnetischen Antriebes mit zwei

Spulen und unterschiedlichen Ankern und Fig. 24 die Anwendung eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen

Antriebes mit einem Anker für den Antrieb einer Vakuumschaltkammer.

Es sei nun Bezug genommen auf die Fig. 2.

Ein erfindungsgemäßer Antrieb 30 besitzt zwei langgestreckte Jochteile 31 und 32, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Etwa in der Mitte besitzen beide Jochteile 31 und 32 Polschuhe 33 und 34, die als Vorsprünge aufeinander zuweisen; an der Innenfläche der Polschuhe 33 und 34 sind Permanentmagnete 35 und 36 befestigt. Zwischen den Permanentmagneten 35 und 36 befindet sich ein Rückschlußelement 37 aus magneti- schem Material, welches ortsfest den beiden Jochteilen 31 und 32 zugeordnet ist. Das Rückschlußelement 37 besitzt eine zentrale Bohrung 38, die parallel zum Verlauf der Jochteile 31 und 32 und parallel auch zum Verlauf des Rückschlußelementes ausgerichtet ist und dort mittig im Rückschlußelement 37 sitzt. Die Bohrung 38 ist durchgriffen von einer Stange 39 aus nicht magnetischem Material, an der Anker 40 und 41 befestigt sind. Die Anker 40 und 41 überdecken die benachbarten Stirnflächen der Jochteile 31 und 32.

Von den Stirnflächen 42 und 43 gehen Rücksprünge 44 und 45 aus, die dann stufig in die Polschuhe 33 und 34 übergehen. Die zwischen dem Rückschlußelement 37 und den Rücksprüngen 44 bzw. 45 gebildeten Räume 46 und 47 dienen zur Aufnahme je einer Spule 48 und 49.

Die Fig. 2 zeigt den elektromagnetischen Antrieb, bei dem der Anker 41 gegen die Stirnflächen 43 a und 43 b der Jochteile 31 und 32 anliegt.

Während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ein Luftspalt lediglich zwischen dem Anker 20 und dem unteren bzw. oberen Quersteg 15, 14 gebildet ist, erhält man bei der vorliegenden Ausführungsform einen Luftspalt 50 zwischen dem Rückschlußelement 37 und dem Anker 41 und je einen Luftspalt 51 und 52 zwischen der Stirnfläche 43 b bzw. 43 a und dem Anker 41. Dadurch erhält man eine Vergrößerung der Anzugsfläche und eine Vergrößerung der Anzugskraft des Magnetankers in der in Fig, 2 dargestellten Stellung. Wenn nun die Spule 48 betätigt wird, dann wird der Anker 40 gegen die Stirnflächen 42 a und 42 b des Joches angezogen und man erhält auch dort drei Luftspalte (ohne Bezugsziffern): die Luftspalte zwischen dem Anker 40 und den Stirnflächen 42 a und 42 b und den Luftspalt zwischen dem Anker 40 und dem Rückschlußelement 37. Damit wird die Haltekraft um einen Faktor „(Fläche am Luftspalt 50 + Fläche am Luftspalt 51 + Fläche am Luftspalt 52) geteilt durch - Fläche am Luftspalt 50" vergrößert, bis maximal um 100 %. Beide Anker 40 und 41 bewegen sich aufgrund ihrer Verbindung mit der Stange 39 mit gleicher Geschwindigkeit und sind so aneinander angepaßt, daß der Abstand zwischen den Ankern 40, 41 und den zugehörigen Stirnflächen am Joch und an dem Rückschlußelement in beiden Stellungen jeweils abwechselnd gleich ist. Selbstredend könnte der Abstand zwischen dem Anker 41 und den Jochteilen 31 und 32 und dem Rückschlußelement 37 unterschiedlich zu dem Abstand des Ankers 40 von den Jochteilen 31 und 32 und dem Rückschlußelement 37, entsprechend den Erfordernissen.

Wenn die dem Anker 41 zugeordneten Luftspalte 51 , 50 und 52 in der angezogenen Stellung kleiner sind als die dem Anker 40 zugeordneten Luftspalte, dann ist die Haltekraft in dieser angezogenen Stellung größer als dann, wenn der Anker 40 angezogen hat. Eine derartige Bemessung könnte z. B. dann notwendig sein, wenn die von der Anwendung erforderte Kraft in der Ein- und der Aus- Position unterschiedlich ist.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Der Antrieb 55 besitzt zwei Jochteile 56 und 57, die zusätzlich zu den Rücksprüngen 44 und 45 (die hier die gleiche Bezugsziffer haben sollen, um die Ähnlichkeit darzustellen) weitere Rücksprünge 58 und 59 aufweisen, in denen die Anker 40 bzw. 41 aufgenommen sind; man könnte auch sagen, daß an den Jochteilen 56 und 57 axial verlaufende Arme 60, 61 bzw. 62, 63 vorgesehen sind, die die Anker 40 bzw. 41 auf ihrem gesamten Bewegungsweg überdecken. Dadurch wird zusätzlich zu den Luftspalten 51 und 52 ein Luftspalt 64 bzw. 65 zwischen der Außenumfangsfläche des Ankers 41 und den Armen 62 und 63 gebildet; entsprechende Luftspalte 66 und 67 befinden sich auch zwischen den Armen 60 und 61 und dem Anker 40. Dadurch wird die Kraft bei größeren Abständen des Ankers 40 von den Jochteilen 56 und 57 erhöht, wobei je nach Aufgabe und Erfordernis der Abstand d variiert werden kann.

Die Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung der Anzugskraft F über den Bewegungsweg W des Ankers. Die durchgezogene Linie L 1 zeigt den Kraft- Wegverlauf der Ausgestaltung nach Fig 1. Die Anzugskraft beträgt Fi für den Anker in der in Fig. 1 dargestellten Stellung und F₂ für die andere Stellung.

Die strichlierte Linie L 2 zeigt den Kraft- Wegverlauf für die Ausgestaltung gemäß Fig. 2. Man erkennt, daß im jeweils angezogenen Zustand eine Kraft F₂ gemessen wird, die etwa doppelt so groß ist wie die Kraft F-t ; sie kreuzt die Linie L 1 bzw. L 2, was darauf zurückzuführen ist, daß die Anzugskraft in einem bestimmten Abstand kleiner wird als die Anzugskraft bei der Ausführung gemäß Fig. 1. Die dritte Linie L₃ liegt oberhalb der Linie L₂ im positiven bzw. im negativen Bereich; die Anzugskraft F₃ entspricht etwa der Anzugskraft F₂ und im Unterschied zum Verlauf der Linie L 2 fällt die Anzugskraft nicht so steil ab wie die Anzugskraft gemäß der Linie L₂was den Vorteil eines höheren Arbeitsvermögens mit sich bringt. Man erkennt, daß die beiden Spalte 64 und 65 bzw. 66 und 67 zu einer Verbesserung der Kraft- Weg- Linie beitragen.

Der Antrieb 70 (Fig. 5) ist in seiner Konstruktion unterschiedlich zum Antrieb gemäß der Fig. 3. Hier sind die beiden Jochteile 31 und 32 an beiden Stirnenden von je einem C- förmigen Körper 71 , 72 umgriffen, wobei die aufeinander zuweisenden freien Enden der Anker 71 und 72 je einen Luftspalt 77, 78 und 79 und 80 mit der zugehörigen Außenfläche der beiden Jochteile 31 , 32 bilden.

Bei der Ausgestaltung des Antriebs 81 gemäß der Fig. 6 sind bei ansonsten gleicher Struktur lediglich U-förmige Anker 82 und 83 vorgesehen, wobei die Innenflächen der Schenkel 84, 85, 86 und 87 auf ihrer Gesamtheit mit den Jochteilen 31 und 32 zusammen wirken können, wodurch gegebenenfalls gegenüber der Anordnung gemäß Fig. 5 eine weitere Beeinflussung der Anzugskräfte ermöglicht wird.

Die Fig. 7 zeigt eine Variante der Anordnung der Fig. 3.

Der Antrieb 90 besitzt zwei U-förmige Anker 91 und 92, die hinter einen Rücksprung 93 bzw. 94 und 95 bzw. 96 mit Armen 97, 98 bzw. 99 bzw. 100 greifen.

Eine Variante der Anordnung gemäß Fig. 7 zeigt die Fig. 8. Die Jochteile besitzen Rücksprünge 101, 102 und 103 und 104. Die zugehörigen Anker 105 und 106 sind etwa U-förmig ausgebildet mit Schenkeln 107, 108 sowie 109 und 110, die in die Rücksprünge 101 , 102 bzw. 103, 104 eingreifen. Darüber hinaus besitzen die Anker 105, 106 die Schenkel 107, 108 bzw. 109, 110 überragenden Fortsätze 11 , 112, 113 und 114, die mit den zugehörigen Stirnflächen der Jochteile 115 und 116 zur Bildung je eines Luftspaltes 117 und 118 zwischen dem Anker 113 und den Jochteilen 115, 116 und dem Anker 111 und den entsprechenden Stirnflächen der Jochteile 115 und 116 bilden.

Die Fig. 9 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit zwei Ankern. Der Antrieb besitzt insgesamt die Bezugsziffer 120 und umfaßt zwei Jochteile 121 und 122, die eine E-Form mit Schenkeln 123 und 124 bzw. 125 und 126 im Bereich ihrer freien Enden sowie mittig dazwischen je einen als Polschuh dienenden Steg 127 und 128 aufweisen. An den Innenflächen der Stege 127 und 128 befinden sich die Permanentmagnete 129 und 130. Beidseitig zu den Stegen zwischen den Schenkeln 123 und den Stegen 127 bzw. 125 und 127 bzw. 124 und 128 bzw. 126 und 128 sind Spulen 131 und 132 angeordnet. Zwischen den beiden Permanentmagneten befindet sich ein Rückschlußelement 133 mit einer Zentralbohrung 134, durch die eine Stange 135 aus nicht magnetischem Material hindurchgreift. Die freien Enden der Stangen sind mit T-förmigen Ankern 136 und 137 fest verbunden; der Längssteg 138 und 139 greift zwischen die Spulen 131 und 132 wenigstens teilweise ein, wobei in der Fig. 9 dargestellten Stellung das freie Ende des Längssteges 139 gegen die benachbarte Stirnfläche des Rückschlußelementes 133 anliegt und dort einen Luftspalt 140 damit bildet. Die Querstege 141 und 142 bilden dann jeweils einen Luftspalt 143 und 144 mit den Außenflächen der Schenkel 125 und 126 bzw. 145 und 146; darüber hinaus sind zwischen den freien Enden der Schenkel 125 bzw. 126 und dem Längssteg 139 bzw. zwischen den freien Enden der Schenkel 123 und 124 und dem Längssteg 138 Luftspalte 147 und 148 bzw^'. 149 und 150 vorgesehen.

Bei den Antrieben, die oben beschrieben sind, sind immer zwei Anker vorgesehen, mit zwei Spulen. Als eine andere Ausgestaltung können, wie im folgenden dargestellt ist, auch Antriebe mit nur einem Anker und einer Spule verwendet werden. Diese monostabile Anordnung besitzt die Vorteile von reduziertem Materialeinsatz, kleinerer^' Bauform und eines einfacheren Aufbaus. Demgegenüber stehen die Nachteile der erforderlichen Ausschaltfeder, der zusätzlich erforderlichen Haltekraft, um die Ausschaltfeder in der Ein-Position gespannt halten zu können, der erforderlichen Ansteuerung der Spule in beiden Stromrichtungen sowie der höheren Beanspruchung des Permanentmagnetmaterials auf Entmagnetisierung bei der Ausschaltung. ö

Zu den monostabilen Antrieben wird auf die Fig. 10 Bezug genommen. Der hier beschriebene Antrieb 200 besitzt zwei etwa U-förmige Jochteile 201 und 202. In dem durch die U-Form der beiden Jochteile 201 und 202 gebildeten Raum 203 und 204 ist eine Spule 205 eingesetzt; der Antrieb 200 besitzt weiterhin einen T-förmigen Anker, der dem Anker 136 entspricht und hier die Bezugsziffer 206 trägt. An einem Quersteg

207 ist ein Längssteg 208 angeformt, der zwischen die anderen Schenkel 209 und 21.0 sowie zum Teil in die Spule 205 eingreift. An den in der Zeichnung unteren Schenkeln 201 und 202, an deren freien Enden, schließen sich Permanentmagnete 210 und 211 an und zwischen diesen beiden Permanentmagneten, ebenfalls teilweise in die Spule hineinragend ist ein Rückschlußelement 212 vorgesehen. Damit sind mehrere Luftspalte vorgesehen: zum einen zwischen dem Quersteg 207 und den äußeren Flächen der Schenkel 209 und 210, dann zwischen den freien Enden der Schenkel 209 und 210 und dem Längssteg 208 sowie zwischen dem freien Stirnende des Längsstegs

208 und dem Rückschlußelement.

Das Prinzip dieses mono-stabilen Aktuators lässt sich auf alle Ausgestaltungen nach den Fig. 2, 3 sowie 5 bis 8 anwenden.

Die Fig. 11 zeigt einen Antrieb 220 mit einem U-förmigen Joch 221. An der Innenseite des Quersteges 222 ist ein Permanentmagnet 223 angebracht, und an diesem Permanentmagneten 223 ist ein Rückschlußelement 224 befestigt, so daß dadurch eine E- Form gebildet ist mit den Schenkeln 225 und 226, wobei das Rückschlußelement 224 zusammen mit dem Permanentmagneten 223 als Mittelschenkel von einer Spule 227 umfaßt ist.

Hierzu ist ein Anker 228 vorgesehen, der C-förmig ausgebildet ist, wobei zwischen den aufeinander zuweisenden Schenkelenden 229 der C-Form und der Außenfläche des Schenkels 225 bzw. 230 und 226 sowie zwischen den freien Enden der Schenkel 225 und 226 und dem Rückschlußelement 224 und dem Anker jeweils ein Luftspalt gebildet ist.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 12 besitzt der Antrieb 231 ein U-förmiges Joch 232, an dessen Schenkelenden Rücksprünge 233 und 234 vorgesehen sind; in diese Rück- y

Sprünge greift ein langgestreckt ebener Anker 235 ein, wodurch einerseits zwischen der Außenumfangsfläche des Ankers 235 und dem Rücksprung 233 und 234 und der Breitseitenfläche des Ankers 235 und den Stufungen 236 und 237 sowie dem Rückschlußelement 224 jeweils ein Luftspalt gebildet ist.

Dabei sollen gleiche Bezugsziffern darauf hindeuten, daß hier gleiche Funktionen erfüllt sind.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 13 ist der Unterschied gegenüber der der Fig. 11 darin zu sehen, daß der Anker 240 U-förmig ist und mit seinen Schenkeln 241 und 242 die Schenkel 225 und 226 des Joches 222 umfaßt.

Die Fig. 14 zeigt einen einspuligen Antrieb, bei dem das Joch 250 U-förmig ausgebildet ist, wobei Schenkel 251 und 252 der Ausbildung der Stirnflächen bzw. Stirnenden der Joche 215 und 216 der Fig. 8 gleichen; da der Anker die gleiche Form hat wie derjenige des Antriebs nach Fig. 8, hat der in Fig. 14 dargestellte Anker die gleiche Bezugsziffer 105 erhalten.

Die Fig. 15 entspricht der Ausführung nach der Fig. 7, so daß auf die dortige Beschreibung hingewiesen ist. Der Unterschied besteht darin, daß das Joch 260 mit seinen Schenkeln 261 und 262 U-förmig ausgebildet und die freien Schenkelenden einen Rücksprung 263 und 264 aufweisen, in die der Anker 91 in der in Fig. 7 dargestellten Weise hineingreift.

Die Ausführungsformen gemäß den Figuren 16 bis 20, denen ein Permanentmagnet fehlt, besitzen im wesentlichen ein dreischenkeliges, E-förmiges Joch, wobei eine Spule den inneren Schenkel umfaßt; der hierbei vorgesehene Anker ist entweder U-förmig und greift in einen Rücksprung an der Außenseite; bei der Ausgestaltung nach der Fig. 19 greifen zwei Fortsätze zwischen die äußeren Schenkel in einen inneren Rücksprung (siehe Fig. 14), und bei der Ausführung nach der Fig. 18 ist der Anker ein langgestreckt ebenes Bauteil. Die perspektivische Darstellung gemäß Fig. 21 kommt der Ausführung gemäß Fig. 9 nahe; es handelt sich dabei um sich gegenüberliegende Jochteile 121 und 122, mit den Spulen 131 und 132 sowie den Ankern 136 und 137; dazwischen befindet sich, wie aus der Fig. 21 dargestellt, das Rückschlußelement 133. Zwischen den beiden Ankern 136 und 137 ist die Stange 135 aus nicht magnetischem Material angeordnet.

Die gleiche oder äquivalente Konstruktion kann auch, wie aus der Fig. 22 ersichtlich ist, so sein, daß das Joch, die Anker, die Spulen und das Rückschlußelement je eine Kreiszylinderform bilden. Man kann sich vorstellen, daß alle die Antriebe, die in den Figuren 1 bis 20 dargestellt sind, auch zylinderförmig ausgebildet sein können. Das gleiche gilt auch für die weiter unten beschriebenen Antriebe gemäß Figuren 23 und 24.

Es sei nun Bezug genommen auf die Fig. 23. Dort ist ein Zweianker- und Zweispulenantrieb dargestellt, der der Ausführung gemäß Fig. 9 gleicht, wobei der Anker 137 gemäß Fig. 9 durch einen Anker 270 ersetzt ist, so daß den Luftspalten 271 und 272 zwischen dem benachbarten Schenkel 273 und 274 und dem Anker 270 entsprechende Aufmerksamkeit gewidmet werden muß. Der Antrieb besitzt dabei die beiden E- förmigen Jochteile 277 und 278; der Anker 279 ist T-förmig. Der Anker 279 entspricht dabei dem Anker 136.

Die Ausführungsform gemäß der Fig. 24 zeigt die Anwendung eines Antriebs mit einer Spule 300 und zwei U-förmigen Jochteilen 301 und 302. An den freien Enden der Schenkel 304 und 306 sind Permanentmagnete 307 und 308 befestigt und dazwischen befindet sich ein Rückschlußelement 309, welches von einer Stange 310 in einer Zentralbohrung 311 durchgriffen ist und im Bereich der Spule 300 mit einem T-förmigen Anker verbunden ist, der die Bezugsziffer 136 trägt, um zu zeigen, daß die Ausgestaltung ähnlich ist wie bei der Ausführung gemäß Fig. 9, mit dem Unterschied, daß lediglich eine Spule vorgesehen ist.

Die Stange 310 ist über das Federelement 311 mit dem beweglichen Kontaktstängel 312 einer Vakuumschaltkammer 313 verbunden, wobei das freie Ende der Stange 310 eine Erweiterung 314 aufweist, die in einem Fangkorb 315 gefangen ist, wobei zwi- sehen der Erweiterung 314 und dem Boden 316 eine Feder 317 angeordnet ist, die als Kontaktdruckfeder dient.

Die Vakuumkammer ist in an sich bekannter Weise aufgebaut: Sie besitzt einen Zylinderkörper 318 aus Keramik, der an seinen beiden Stirnenden jeweils durch einen Dek- ke! 319 und 320 abgeschlossen ist. Das in den Zylinder 313 hineinragende Ende des Kontaktstengel 312 trägt das bewegliche Kontaktstück 321 und zwischen dem Deckel 320 und dem beweglichen Kontaktstück 323 ist ein Falgenbalg 322 angeordnet, der einerseits mit dem Deckel 320 und andererseits mit dem Kontaktstück 321 vakuumdicht verbunden ist. Der Deckel 319 ist von einem feststehendem Kontaktstengel 323 vakuumdicht durchgriffen, an dessen freiem Ende das feststehende Kontaktstück 324 befestigt ist. Mit 325 ist eine Stromzu- oder Abführung bezeichnet; diejenige, die mit dem beweglichen Kontaktstengel 312 verbunden ist, ist nicht dargestellt; sie ist beispielsweise durch ein bewegliches Kupferlitzenband gebildet.

Zwischen dem Bereich der Jochteiie 301 und 302 und dem Fangkorb 315 besitzt die Stange eine daran befestigte Platte 326; an dieser Platte 326 greift ein Ende einer Druckfeder 327 an, dessen anderes Ende auf einer ortsfesten Ebene abgestützt ist. Wenn die Kontaktstücke 321 und 324 in Einschaltstellung verbracht werden sollen, dann wird die Spule 300 erregt, so daß der Anker 136 in das Innere der beiden Jochteile 301 und 302 hineingezogen wird, gemäß Pfeilrichtung P. Dadurch wird die Feder 327 zusammengedrückt und speichert demgemäß Energie. Über die Kontaktdruckfeder 317 wird auf die Kontaktstücke 321 und 324 eine bestimmte Kontaktkraft aufgebracht.

Wenn der Schalter ausgeschaltet werden soll, dann wird die Spule 300 mit umgekehrter Stromrichtung erregt. Dadurch wird der Anker entgegen der Pfeilrichtung P bewegt. Dies wird durch die Feder 327, die einen Energiespeicherfeder ist, unterstützt.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 24 ist ein Antrieb vorgesehen, der lediglich eine Spule aufweist. Selbstverständlich kann jeder Antrieb vorgesehen sein, der in den Figuren 1 bis 23 dargestellt ist, das heißt auch ein Antrieb mit zwei Spulen.

Claims

Patentansprüche

1. Bistabiler elektromagnetischer Aktuator, insbesondere Antrieb für eine Vakuumschaltkammer, mit einem Joch, mit wenigstens einem Permanentmagneten, mit wenigstens einer Spule, mit wenigstens einem bewegbaren Anker, so daß ein magnetischer erster Fluß durch den Anker und das Joch erzeugt wird, so daß der Anker in einer Stellung festgehalten wird, wobei die Spule einen zweiten magnetischen Fluß erzeugt, mit dem der Anker betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet zwischen dem Joch und einem feststehendem Rückschlußelement angeordnet ist, so daß die magnetischen Flüsse über das Rückschlußelement verlaufen, und daß der Anker außerhalb des Jochs eine Stirnseite des Jochs, die senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung verläuft, wenigstens teilweise überdeckt.

2. Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Joch zwei Jochkörper aufweist, die etwa mittig je einen Polschuh besitzen, die aufeinander zuweisen, an denen je ein Permanentmagnet angebracht ist.

3. Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Joch, Anker, Magnete rechteckförmig ausgeführt sind.

4. Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Joch zylinderringförmig ist und innen eine Leiste geringeren Durchmessers aufweist, an deren Innenseite ein ringförmiger Permanentmagnet befestigt ist, und das sowohl als auch das Rückschlußelement zylinderförmig ausgebildet sind.

5. Aktuator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker die Stirnseite des Jochs vollständig überdeckt.

6. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch im Bereich seiner Stirnseite einen stufigen Rücksprung aufweist, in der Anker hineinpaßt.

7. Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der stufige Rücksprung an der Innenseite des Jochs angeordnet ist.

8. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker die Stirnseite und teilweise die Außenseite des Jochs umfaßt.

9. Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker einen C- förmigen Querschnitt aufweist, wobei die aufeinander zuweisenden Schenkelenden das Joch auf dessen Außenseite umfassen.

10: Aktuator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker napfförmig ist.

11. Aktuator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker auf der Innenseite der Napfwand einen Vorsprung als umlaufende Rippe trägt.

12. Aktuator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker in einem Rücksprung an der Außenseite des Jochs eingreift.

13. Aktuator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker mittig einen Vorsprung aufweist, mit dem er in das Joch teilweise eintaucht.

14. Aktuator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei an sich gegenüberliegenden Enden des Jochs befindliche Anker vorgesehen sind, die mittels einer das Rückschlußelement durchgreifenden Stange aus nicht magnetischem Material miteinander verbunden sind.

15. Aktuator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich ein Anker und eine Spule vorgesehen sind, daß das Magnetjoch O-förmig ist und der Permanentmagnet sowie das Rückschlußelement mittig zwischen den Schenkeln am Jochsteg befestigt ist, wobei sich der Permanentmagnet zwischen dem Rückschlußelement und dem Jochsteg befindet, so daß der Aktuator monostabil ist.

16. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch E-förmig ist.

17. Aktuator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich 1 Anker vorgesehen ist, daß das Joch topfförmig ausgebildet ist.

18. Aktuator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet und das Rückschlußelement am Topfboden in der Mitte befestigt ist, wobei sich der Permanentmagnet zwischen dem Rückschlußelement und dem Topfboden befindet.

19. Aktuator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden des Topfes ein Vorsprung angeformt ist und an seinem Ende den Permanentmagneten trägt, wobei der Vorsprung gleichzeitig als Rückschlußelement dient.

20. Aktuator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Wirbelströmen geeignete Maßnahmen getroffen sind, wie Lamel- lierung, Schlitzung oder Segmentierung.