EP2881963B1 - Relais-Magnetantrieb - Google Patents

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EP2881963B1
EP2881963B1 EP13196315.9A EP13196315A EP2881963B1 EP 2881963 B1 EP2881963 B1 EP 2881963B1 EP 13196315 A EP13196315 A EP 13196315A EP 2881963 B1 EP2881963 B1 EP 2881963B1
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armature
relay
permanent magnet
magnetic drive
plate
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Kauschwitz Marco
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Gruner AG
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Gruner AG
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H51/22—Polarised relays
    • H01H51/2227—Polarised relays in which the movable part comprises at least one permanent magnet, sandwiched between pole-plates, each forming an active air-gap with parts of the stationary magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H3/46—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using rod or lever linkage, e.g. toggle
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/64—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact
    • H01H50/645—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact intermediate part making a resilient or flexible connection
    • H01H50/646—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact intermediate part making a resilient or flexible connection intermediate part being a blade spring
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/22—Polarised relays
    • H01H51/2272—Polarised relays comprising rockable armature, rocking movement around central axis parallel to the main plane of the armature
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/24—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with resilient mounting
    • H01H1/26—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with resilient mounting with spring blade support
    • H01H2001/265—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with resilient mounting with spring blade support having special features for supporting, locating or pre-stressing the contact blade springs

Definitions

  • the present invention relates to a relay magnetic drive with a umpolbaren magnetic coil with a magnetic circuit, at the two yoke legs a permanent magnet exhibiting armature is pivotally mounted between two end positions, wherein the permanent magnet between two armature plates of the armature is arranged with their projecting beyond the permanent magnet Plate ends abut in the two end positions of the armature respectively at the two yoke legs.
  • a relay with such a relay magnetic drive is for example by the DE 10 2007 011 328 A1 known.
  • the relay magnetic drive is used in a closing or interrupting the circuit between two relay contacts contact spring whose one end of the spring is electrically conductively attached to the first relay contact, the other, free spring end either in a voltage applied to the second relay contact, closed relay position or in a to deflect from the second relay contact lifted, open relay position.
  • relay magnetic drive is in the US-A-2013/229246 disclosed.
  • the inventive taper of the protruding anchor plate ends causes a bunching of the magnetic field lines, which leads to a higher holding force between the anchor plate and yoke legs.
  • the drive characteristic can be increased sufficiently enough without having to use expensive rare earth materials for the permanent magnet.
  • the end face of the anchor plates is in each case at most half as large as the cross-sectional area of the non-tapered middle plate region of the anchor plates.
  • the anchor plates with their non-tapered central plate region can partially protrude beyond the permanent magnet.
  • thicker armature plates and / or a thicker permanent magnet are preferably used in order to reduce strong stray fluxes and thus allow the magnetic flux to flow mainly through the center of the armature plates.
  • the thickness ratio of anchor plate to permanent magnet is at least 45%.
  • the plate ends each taper over two planar inclined surfaces, which continue up to the end face.
  • the plate ends may, for example, also taper over concave or convex curved surfaces.
  • the invention also relates to a relay having at least one contact spring closing or interrupting the circuit between two relay contacts and having a magnetic drive as described above for deflecting the at least one contact spring.
  • Relay 1 shown comprises two relay contacts 2, 3 and a circuit between the two relay contacts 2, 3 closing or interrupting contact spring 4, which is designed as an electrically conductive leaf or flat spring.
  • One end of the contact spring 4 is electrically conductive to the in Fig. 1 fixed upper relay contact 2, while the other, free end 5 carries a contact button 6 and 7 is deflectable by means of a magnetic drive.
  • the contact spring 4 is in the closed relay position ( Fig. 1 a) deflected downwards such that its contact button 6 abuts against a contact button 8 of the lower relay contact 3, and in the open relay position ( Fig. 1b ) so deflected upward that its contact button 6 is lifted from the contact button 8 of the lower relay contact 3.
  • the magnetic drive 7 comprises a umpolbare magnetic coil 9 with a magnetic circuit, at the two yoke legs 10, an armature (armature rocker) 11 with a permanent magnet 12 (FIG. Fig. 2 ) is pivotally mounted.
  • the permanent magnet 12 is arranged between two armature plates 13 , which with their over the permanent magnet 12 projecting plate ends 13 a ( Fig. 2 ) abut each of the yoke legs 10 in the two switching positions of the armature 11.
  • the magnetic coil 9 and the pivotable between its two switching positions armature 11 form a H-anchor suit.
  • the armature 11 has a radially projecting arm 14 which engages under the contact spring 4 in the deflection direction (double arrow 15) with a lower projection 16 and engages over an upper projection 17 .
  • the contact spring 4 in the deflection 15 between the two projections 16, 17 is arranged.
  • an additional leaf spring 18 is attached from spring steel whose free end is overlapped by the upper projection 17.
  • the armature 11 takes with the lower projection 16, the contact spring 4 in the opening direction of the relay 1, ie upwards, and with the upper projection 17 by means of the additional leaf spring 18, the contact spring 4 in the closing direction of the relay 1, ie down, with.
  • the contact spring 4 is coupled to the armature 11 in the opening and closing direction.
  • the contact spring 4 is formed as a multilayer leaf spring with a laterally projecting from its plane arc portion 19 .
  • the magnetic field of the magnetic coil 9 is reversed, whereby the armature 11 is pivoted and thereby the contact spring 4 is deflected.
  • the closed relay position ( Fig. 1a ) is the contact spring 4 deflected by the upper projection 17 of the downwardly pivoted arm 14 down to the contact of their contact button 6 to the contact button 8 of the lower relay contact 3.
  • the contact pressure of the contact button 6 to the contact button 8 of the lower relay contact 3 is given by the pressing force of the leaf spring 18 compressed by the armature 11.
  • the leaf spring 18 counteracts the deflection of the contact spring 4 in the opening direction, resulting in a bounce-reduced closing of the relay 1 leads.
  • the open relay position the contact spring 4 is deflected by the lower projection 16 of the upwardly pivoted arm 14 upwards and thereby the contact button 6 is lifted from the contact button 8 of the lower relay contact 3.
  • the projecting plate ends 13a of the anchor plates 13 taper towards their respective end face 20 and on their longitudinal center plane 21 and on the longitudinal center plane of the armature 11.
  • the anchor plates 11 each have a central plate portion 13b , which may also extend beyond the permanent magnet 12 addition.
  • the plate ends 13a each taper over two planar oblique surfaces 22, which - here, for example only, at about 45 ° - connect to the central plate region 13b and continue up to the end surface 20.
  • the end faces 20 are at most half as large as the cross-sectional area of the central plate portion 13b.
  • the tapered plate ends 13a cause a bundling of the magnetic field lines, which leads to a higher holding force between the armature plate 13 and yoke leg 10.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Relais-Magnetantrieb mit einer umpolbaren Magnetspule mit einem Magnetkreis, an dessen zwei Jochschenkeln ein einen Permanentmagneten aufweisender Anker schwenkbar zwischen zwei Endstellungen gelagert ist, wobei der Permanentmagnet zwischen zwei Ankerplatten des Ankers angeordnet ist, die mit ihren über den Permanentmagneten überstehenden Plattenenden in den beiden Endstellungen des Ankers jeweils an den beiden Jochschenkeln anliegen.
  • Ein Relais mit einem solchen Relais-Magnetantrieb ist beispielsweise durch die DE 10 2007 011 328 A1 bekannt geworden. Der Relais-Magnetantrieb dient dazu, bei einer den Stromkreis zwischen zwei Relaiskontakten schließenden oder unterbrechenden Kontaktfeder, deren eines Federende an dem ersten Relaiskontakt elektrisch leitend befestigt ist, das andere, freie Federende entweder in eine an dem zweiten Relaiskontakt anliegende, geschlossene Relaisposition oder in eine von dem zweiten Relaiskontakt abgehobene, geöffnete Relaisposition auszulenken.
  • Ein weiteres Beispiel von Relais-Magnetantrieb ist in der US-A-2013/229246 offenbart.
  • Es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Relais-Magnetantrieb der eingangs genannten Art weiter zu optimieren und insbesondere noch leistungsstärker zu machen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Verjüngung der überstehenden Ankerplattenenden bewirkt eine Bündelung der magnetischen Feldlinien, die zu einer höheren Haltekraft zwischen Ankerplatte und Jochschenkel führt. Durch diese Maßnahme kann die Antriebskennlinie ausreichend genug gesteigert werden, ohne teure Seltenerdwerkstoffe für den Permanentmagneten verwenden zu müssen.
  • Bevorzugt ist die Stirnfläche der Ankerplatten jeweils höchstens halb so groß wie die Querschnittfläche des nicht-verjüngten mittleren Plattenbereichs der Ankerplatten. Dabei können die Ankerplatten mit ihrem nicht-verjüngten mittleren Plattenbereich teilweise über den Permanentmagneten überstehen.
  • Im Vergleich zu bekannten Ankern werden bevorzugt dickere Ankerplatten und/oder ein dickerer Permanentmagnet eingesetzt, um starke Streuflüsse zu reduzieren und so dem magnetischen Fluss die Möglichkeit zu geben, hauptsächlich durch das Zentrum der Ankerplatten zu fließen. Vorteilhaft beträgt das Dickenverhältnis von Ankerplatte zu Permanentmagnet mindestens 45%.
  • Vorzugsweise verjüngen sich die Plattenenden jeweils über zwei plane Schrägflächen, die sich bis zur Stirnfläche fortsetzen. Alternativ können sich die Plattenenden beispielsweise auch über konkav oder konvex gekrümmte Flächen verjüngen.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Relais mit mindestens einer den Stromkreis zwischen zwei Relaiskontakten schließenden oder unterbrechenden Kontaktfeder und mit einem wie oben beschriebenen Magnetantrieb zum Auslenken der mindestens einen Kontaktfeder.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform ist nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
  • Es zeigen:
    • Fign. 1a, 1b
    ein Relais mit einem erfindungsgemäßen Magnetantrieb in einer geschlossenen Relaisposition (Fig. 1a) und in einer geöffneten Relaisposition (Fig. 1b); und
    Fig. 2
    eine perspektivische Detailansicht eines in Fig. 1 gezeigten Ankers.
  • Das in den Fign. 1a, 1b dargestellte Relais 1 umfasst zwei Relaiskontakte 2, 3 und eine den Stromkreis zwischen den beiden Relaiskontakten 2, 3 schließende oder unterbrechende Kontaktfeder 4, welche als elektrisch leitende Blatt- oder Flachfeder ausgebildet ist. Das eine Ende der Kontaktfeder 4 ist elektrisch leitend an dem in Fig. 1 oberen Relaiskontakt 2 befestigt, während das andere, freie Ende 5 einen Kontaktknopf 6 trägt und mittels eines Magnetantriebs 7 auslenkbar ist. Die Kontaktfeder 4 ist in der geschlossenen Relaisposition (Fig. 1 a) derart nach unten ausgelenkt, dass ihr Kontaktknopf 6 an einem Kontaktknopf 8 des unteren Relaiskontakts 3 anliegt, und in der offenen Relaisposition (Fig. 1b) derart nach oben ausgelenkt, dass ihr Kontaktknopf 6 vom Kontaktknopf 8 des unteren Relaiskontakts 3 abgehoben ist.
  • Der Magnetantrieb 7 umfasst eine umpolbare Magnetspule 9 mit einem Magnetkreis, an dessen zwei Jochschenkeln 10 ein Anker (Ankerwippe) 11 mit einem Permanentmagneten 12 (Fig. 2) schwenkbar gelagert ist. Der Permanentmagnet 12 ist zwischen zwei Ankerplatten 13 angeordnet, die mit ihren über den Permanentmagneten 12 überstehenden Plattenenden 13a (Fig. 2) in den beiden Schaltstellungen des Ankers 11 jeweils an den Jochschenkeln 10 anliegen. Die Magnetspule 9 und der zwischen seinen beiden Schaltstellungen verschwenkbare Anker 11 bilden einen H-Ankeranzug. Der Anker 11 hat einen radial abstehenden Arm 14, der die Kontaktfeder 4 in deren Auslenkrichtung (Doppelpfeil 15) mit einem unteren Vorsprung 16 untergreift und mit einem oberen Vorsprung 17 übergreift. Mit anderen Worten ist die Kontaktfeder 4 in Auslenkrichtung 15 zwischen den beiden Vorsprüngen 16, 17 angeordnet. Am freien Ende 5 der Kontaktfeder 4 ist eine zusätzliche Blattfeder 18 aus Federstahl befestigt, deren freies Ende vom oberen Vorsprung 17 übergriffen ist.
  • Der Anker 11 nimmt mit dem unteren Vorsprung 16 die Kontaktfeder 4 in Öffnungsrichtung des Relais 1, d.h. nach oben, und mit dem oberen Vorsprung 17 mittels der zusätzlichen Blattfeder 18 die Kontaktfeder 4 in Schließrichtung des Relais 1, d.h. nach unten, mit. Mit anderen Worten ist die Kontaktfeder 4 mit dem Anker 11 in Öffnungs- und Schließrichtung bewegungsgekoppelt. Die Kontaktfeder 4 ist als eine mehrschichtige Blattfeder mit einem seitlich aus ihrer Ebene vorstehenden Bogenabschnitt 19 ausgebildet.
  • Zum Schalten des Relais 1 wird das Magnetfeld der Magnetspule 9 umgepolt, wodurch der Anker 11 verschwenkt und dadurch die Kontaktfeder 4 ausgelenkt wird. In der geschlossenen Relaisposition (Fig. 1a) ist die Kontaktfeder 4 durch den oberen Vorsprung 17 des nach unten geschwenkten Arms 14 nach unten bis zur Anlage ihres Kontaktknopfes 6 an den Kontaktknopf 8 des unteren Relaiskontakts 3 ausgelenkt. Der Anpressdruck des Kontaktknopfes 6 an den Kontaktknopf 8 des unteren Relaiskontakts 3 ist durch die Druckkraft der vom Anker 11 zusammengedrückten Blattfeder 18 gegeben. In der geschlossenen Relaisposition wirkt die Blattfeder 18 der Auslenkung der Kontaktfeder 4 in Öffnungsrichtung entgegen, was zu einem prellreduzierten Schließen des Relais 1 führt. In der offenen Relaisposition ist die Kontaktfeder 4 durch den unteren Vorsprung 16 des nach oben geschwenkten Arms 14 nach oben ausgelenkt und dadurch der Kontaktknopf 6 vom Kontaktknopf 8 des unteren Relaiskontakts 3 abgehoben.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt, verjüngen sich die überstehenden Plattenenden 13a der Ankerplatten 13 in Richtung auf ihre jeweilige endseitige Stirnfläche 20 und auf ihre Längsmittelebene 21 bzw. auf die Längsmittelebene des Ankers 11. Zwischen den beiden verjüngten Plattenenden 13a weisen die Ankerplatten 11 jeweils einen mittleren Plattenbereich 13b auf, der sich auch noch über den Permanentmagneten 12 hinaus erstrecken kann. Die Plattenenden 13a verjüngen sich jeweils über zwei plane Schrägflächen 22, die sich - hier lediglich beispielhaft unter ca. 45° - an den mittleren Plattenbereich 13b anschließen und sich bis zur Stirnfläche 20 fortsetzen. Die Stirnflächen 20 sind höchstens halb so groß wie die Querschnittfläche des mittleren Plattenbereichs 13b. Die verjüngten Plattenenden 13a bewirken eine Bündelung der magnetischen Feldlinien, die zu einer höheren Haltekraft zwischen Ankerplatte 13 und Jochschenkel 10 führt.
  • Im Vergleich zu bekannten Ankern, bei denen die Ankerplatten jeweils 1,25mm dick und der Permanentmagnet 3,0mm dick ist, also das Dickenverhältnis von Ankerplatte zu Permanentmagnet ca. 41,6% beträgt, wurden sowohl dickere Ankerplatten 13 (1,5mm) als auch ein dickerer Permanentmagnet 12 (3,2mm) verwendet, wodurch das Dickenverhältnis von Ankerplatte 13 zu Permanentmagnet 12 ca. 46,9% beträgt. Durch diese Maßnahme werden starke Streuflüsse reduziert, so dass der magnetische Fluss hauptsächlich durch das Zentrum der Ankerplatten 13 fließt und dadurch die Haltekraft zwischen Ankerplatte 13 und Jochschenkel 10 weiter erhöht ist.

Claims (6)

  1. Relais-Magnetantrieb (7) mit einer umpolbaren Magnetspule (9) mit einem Magnetkreis, an dessen zwei Jochschenkeln (10) ein einen Permanentmagneten (12) aufweisender Anker (11) schwenkbar zwischen zwei Endstellungen gelagert ist, wobei der Permanentmagnet (12) zwischen zwei Ankerplatten (13) des Ankers (11) angeordnet ist, die mit ihren über den Permanentmagneten (12) überstehenden Plattenenden (13a) in den beiden Endstellungen des Ankers (11) jeweils an den beiden Jochschenkeln (10) anliegen, wobei sich die Plattenenden (13a) der Ankerplatten (13) in Richtung auf ihre jeweilige Stirnfläche (20) verjüngen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Bündelung der magnetischen Feldlinien die in den beiden Endstellungen des Ankers (11) jeweils an den beiden Jochschenkeln (10) anliegenden Plattenenden (13a) der Ankerplatten (13) sich in Richtung auf ihre Längsmittelebene (21) verjüngen.
  2. Relais-Magnetantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (19) der Ankerplatten (13) jeweils höchstens halb so groß wie die Querschnittfläche des nicht-verjüngten mittleren Plattenbereichs (13b) der Ankerplatten (13) ist.
  3. Relais-Magnetantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (13) mit ihrem nicht-verjüngten mittleren Plattenbereich (13b) teilweise über den Permanentmagneten (12) übersteht.
  4. Relais-Magnetantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass das Dickenverhältnis von Ankerplatte (13) zu Permanentmagnet (12) mindestens 45% beträgt.
  5. Relais-Magnetantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Plattenenden (13a) jeweils über zwei Schrägflächen (22) verjüngen, die sich bis zur Stirnfläche (20) fortsetzen.
  6. Relais (1) mit mindestens einer den Stromkreis zwischen zwei Relaiskontakten (2, 3) schließenden oder unterbrechenden Kontaktfeder (4) und mit einem Magnetantrieb (7) zum Auslenken der mindestens einen Kontaktfeder (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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