ITMI20012717A1 - Rele' elettromagnetico per un interruttore di bassa tensione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad un relè elettromagnetico per un interruttore di bassa tensione, ossia per applicazioni con tensioni di esercizio fino a 1000 V, avente caratteristiche migliorate.

Più particolarmente, la presente invenzione si riferisce ad un relè elettromagnetico del tipo a soglia di intervento regolabile ad alto gradiente di campo che presenta, rispetto ai relè di tipo noto, un range di regolazione più esteso e lineare.

È noto che negli impianti elettrici di bassa tensione, in particolare per applicazioni di tipcr industriale, caratterizzati da tensioni d'esercizio inferiori ai 1000 Volt e da correnti elettriche di valore nominale relativamente elevato le quali danno origine a potenze considerevoli, sono generalmente impiegate delle apparecchiature di protezione ed interruzione della corrente, note come interruttori automatici di potenza.

In funzione delle applicazioni, tali apparecchiature comprendono uno o più poli elettrici che costituiscono la parte di interruzione dell'interruttore e comprendono ciascuno almeno una camera d'arco e due contatti elettrici, di cui uno fisso ed uno mobile, reciprocamente accoppiabili/disaccoppiabili tra loro; a loro volta, i contatti sono elettricamente connessi al conduttore di fase o di neutro associato al polo stesso, mediante opportuni terminali di connessione.

Ciascun polo elettrico è inoltre provvisto di un opportuno sensore di corrente che è normalmente costituito o da un trasformatore amperometrico il cui avvolgimento primario è rappresentato dal conduttore a cui il polo stesso è collegato, o alternativamente da un relè magnetico la cui bobina di avvolgimento è comunque rappresentata dal conduttore stesso.

Tali relè magnetici possono essere considerati essenzialmente come dei trasduttori a due stadi, capaci cioè di trasformare inizialmente l'energia elettrica in energia magnetica ed infine l'energia magnetica in energia meccanica. Infatti, la parte sensibile di un relè magnetico comprende un elettromagnete avente una piastrina in materiale ferromagnetico la quale assoggetta un opportuno leverismo ad azioni meccaniche, dipendenti dal valore del campo magnetico generato dall'elettromagnete, tale ~campo magnetico dipendendo a sua volta dall'intensità di corrente circolante nel relativo conduttore elettrico. Le azioni meccaniche ingenerate nel leverismo sono poi opportunamente dirette in ingresso ad una unità di protezione che determina l'apertura o lo sgancio di sicurezza dell'interruttore.

Attualmente, i relè magnetici impiegati negli interruttori di bassa tensione possono essere o di tipo fisso, o di tipo regolabile, quest'ultimo essendo il caso della presente invenzione.

Nel caso specifico, i relè regolabili consentono la taratura della soglia d'intervento dell'unità di protezione dell'interruttore nell'ambito di un determinato intervallo; allo stato attuale della tecnica, le modalità con cui si regola la soglia di intervento, pur permettendo di ottenere dei dispositivi in grado di assolvere adeguatamente alle funzionalità richieste, presentano alcuni aspetti critici

In particolare, la taratura della soglia dei relè magnetici avviene, mediante l'utilizzo di opportuni mezzi di regolazione, andando ad agire sul circuito magnetico del relè stesso il quale è costituito sostanzialmente da due parti, di cui una parte fissa comprendente un elemento ferromagnetico, un nucleo ed una bobina, ed una parte mobile comprendente una piastrina anch'essa realizzata in materiale ferromagnetico.

Le soluzioni note utilizzate per la regolazione della soglia d'intervento sono sostanzialmente due e sfruttano di volta in volta in maniera distinta tra loro, due diversi fenomeni fisici: una prima soluzione, comunemente denominata variazione del traferro, prevede di agire sulla distanza geometrica tra la piastrina mobile ed il nucleo; la seconda soluzione, comunemente denominata variazione dell'accoppiamento magnetico, prevede invece di agire sullo slittamento parallelo tra la piastrina magnetica mobile e la parte fissa. In entrambi i casi, la regolazione consiste nel modificare progressivamente la posizione relativa tra la piastrina ferromagnetica della parte mobile e la parte fissa dell'elettromagnete rendendo più o meno efficiente il fenomeno di conversione dell'energia magnetica prodotta dall'elettromagnete in energia meccanica ingenerata nel leverismo che aziona il dispositivo di apertura o sgancio di sicurezza dell'interruttore.

Uno degli inconvenienti principali dell'arte nota deriva dal fatto che con tali soluzioni si ha una risposta non sufficientemente uniforme alle modifiche apportate al circuito magnetico, poiché ad uguali variazioni della conformazione del circuito magnetico corrispondono incrementi disomogenei nei vari stadi del campo di regolazione; in altre parole, la sensibilità del relè tende a variare in modo non lineare lungo il campo di regolazione, evidenziando un progressivo decadimento di affidabilità soprattutto nelle zone estreme del campo di regolazione.

È in particolare quest'ultimo aspetto che nella pratica comune si traduce in una forzata limitazione del campo utile di taratura ed ha un impatto particolarmente negativo soprattutto in applicazioni su interruttori di taglia modesta dove spazi limitati per l'alloggiamento dei relè rendono necessaria una forte miniaturizzazione, rendendo ancora più significativa tale limitazione.

Infine, dato che in un interruttore la taratura normalmente avviene contemporaneamente su più relè tramite un unico organo di comando, lievi differenze di movimento a livello dei dispositivi di regolazione contemporanea possono tradursi in significativi sbilanciamenti di taratura tra i relè di ciascun polo e causare disuniformità nell'intervento del dispositivo di protezione.

Compito precipuo della presente invenzione è quello realizzare un relè elettromagnetico a soglia di intervento regolabile per un interruttore di bassa tensione, che permetta di ovviare agli inconvenienti precedentemente descritti, ed in particolare che consenta una taratura della soglia di intervento estremamente efficace ed ottimizzata rispetto ai relè regolabili di tipo noto.

Nell'ambito di questo compito, un primo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un relè elettromagnetico a soglia di intervento regolabile per un interruttore di bassa tensione, che consenta di estendere notevolmente il campo utile di regolazione della soglia d'intervento, anche in relè di dimensioni ridotte.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un relè elettromagnetico a soglia di intervento regolabile per un interruttore di bassa tensione che consenta di ottenere, in modo semplice ed affidabile, una risposta estremamente precisa ed uniforme nella taratura della soglia di intervento.

Ancora un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare un relè elettromagnetico a soglia di intervento regolabile per un interruttore di bassa tensione che presenti un ridotto numero di parti ed un elevato grado di affidabilità, con prestazioni funzionali migliorate.

Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un relè elettromagnetico a soglia di intervento regolabile per un interruttore di bassa tensione che sia di facile realizzazione ed a costi contenuti.

Questo compito, nonché questi scopi ed altri che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un relè elettromagnetico a soglia di intervento regolabile per un interruttore di bassa tensione, comprendente un circuito magnetico avente una parte fissa comprendente un elemento fisso realizzato in materiale ferromagnetico, un nucleo, ed almeno una bobina di avvolgimento, ed una parte mobile avente una piastra mobile realizzata in materiale ferromagnetico, detta piastra mobile essendo disposta almeno parzialmente affacciata a detto elemento fisso con la bobina interposta fra detta piastra mobile e detto elemento fisso, detta piastra mobile essendo operativamente collegata a mezzi di regolazione della soglia di intervento;

caratterizzato dal fatto che detta piastra mobile e/o detto elemento fisso presentano un corpo sagomato atto a permettere, mediante intervento su detti mezzi di regolazione, una taratura della soglia di intervento tramite variazione contemporanea sia del traferro esistente tra la piastra mobile e l'elemento fisso sia dell'accoppiamento magnetico esistente tra la piastra mobile stessa ed il nucleo.

Vantaggiosamente, il relè magnetico secondo l'invenzione presenta una geometria che consente di sfruttare contemporaneamente il diverso effetto di più fenomeni fisici che si producono in diverse zone del circuito magnetico, e cioè la variazione del traferro e dell'accoppiamento magnetico, permettendo di ottenere, rispetto ai relè noti, una notevole estensione del campo di regolazione della soglia d'intervento con grande precisione ed affidabilità di comportamento nell'ambito del range di regolazione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva del relè secondo la presente invenzione, illustrata a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 è una vista prospettica in esploso illustrante la parte fissa e la parte mobile del relè secondo l'invenzione, disaccoppiate tra loro;

la figura 2 è una vista prospettica illustrante il relè di figura 1 con la parte fissa e la parte mobile assemblate;

la figura 3 è una vista prospettica illustrante il relè di figura 2 in un diverso stato di regolazione della soglia;

la figura 4 è una vista prospettica illustrante tre relè magnetici secondo l'invenzione accoppiati ad un unico sistema di regolazione della soglia di intervento; e

la figura 5 è un diagramma qualitativo illustrante un confronto tra l'andamento della riluttanza magnetica in funzione dello spostamento della piastra mobile nel relè secondo l'invenzione rispetto a relè di tipo noto sfruttanti separatamente le soluzioni per la regolazione della soglia.

Con riferimento alle figure citate, il relè magnetico a soglia di intervento regolabile per un interruttore di bassa tensione, indicato complessivamente dal numero di riferimento 100, comprende un circuito magnetico avente una parte fissa che comprende almeno una bobina 1, un nucleo magnetico 2 ed un elemento fisso 3 realizzato in materiale ferromagnetico, tipicamente una piastra ferromagnetica, ed una parte mobile avente una piastra mobile 4 realizzata anch'essa in materiale ferromagnetico, che è operativamente collegata a mezzi di regolazione della soglia di intervento. Detti mezzi di regolazione, illustrati a titolo di esempio in figura 4 dal numero di riferimento 10, comprendono, in funzione delle esigenze e/o delle necessità applicative, un sistema a cremagliera, o un cursore, o una vite, o una manopola etc.

Vantaggiosamente, nella forma di realizzazione del relè 100 secondo l'invenzione, la piastra mobile 4 e/o l'elemento fisso 3 presentano un corpo sagomato atto a permettere, mediante intervento su detti mezzi di regolazione 10, una taratura della soglia di intervento tramite variazione contemporanea sia del traferro esistente tra la piastra mobile 4 e l'elemento fisso 3, sia dell'accoppiamento magnetico esistente tra la piastra mobile 4 stessa ed il nucleo 2.

Preferibilmente, nel relè 100 secondo l'invenzione, la piastra mobile 4 presenta un corpo sagomato atto a permettere, durante la taratura della soglia di intervento, una variazione contemporanea sia del traferro sia dell'accoppiamento magnetico; a sua volta, l'elemento fisso 3 presenta un corpo sagomato atto a permettere, durante la taratura della soglia di intervento, una variazione del traferro, interagendo in questo con il corpo sagomato della piastra mobile 4, secondo quanto risulterà in dettaglio dalla descrizione seguente.

In particolare, come illustrato nelle figure 1-4, la piastra mobile 4 presenta un corpo sagomato sostanzialmente ad U che viene disposto, in fase di assemblaggio delle varie parti del relè, con la concavità rivolta verso l'elemento fisso 3, in modo che almeno una parte della sua superficie si trovi affacciata alla superficie dell'elemento 3 stesso, e la bobina 1 ed il nucleo 2 siano tra essi interposti.

Come illustrato in dettaglio in figura 1, la porzione centrale 5 del corpo ad U presenta, lungo il bordo 6 posizionato in corrispondenza del nucleo 2, una porzione scaricata 7; preferibilmente, tale porzione scaricata 7 presenta un profilo sagomato geometricamente coniugato con il profilo del nucleo 2. In questo modo la geometria reciproca tra la porzione 7 stessa ed il nucleo 2 permette di ottimizzare la linearità nel campo di regolazione. Nel caso specifico illustrato nelle figure, la porzione 7 presenta preferibilmente un profilo curvilineo; alternativamente, in funzione delle specifiche necessità applicative e/o della forma del profilo del nucleo 2, la porzione scaricata 7 potrebbe essere diversamente configurata purché in modo compatibile con l'applicazione. Inoltre, almeno uno dei due rami laterali, rispettivamente 8 e 9, di detto corpo ad U presenta, visto lateralmente, un profilo a sviluppo sostanzialmente obliquo. Vantaggiosamente, nella forma di realizzazione del relè 100 secondo l'invenzione, entrambi i rami laterali 8 e 9 del corpo ad U presentano un profilo a sviluppo obliquo. Nella forma di realizzazione illustrata, la piastra mobile 4 è connessa ad una ulteriore piastra sagomata 20 realizzata in materiale non ferromagnetico; tale piastra 20 è collegata in modo mobile ad un ulteriore componente 30 solidale all'elemento fisso 3, mediante una molla 21 ed una coppia di elementi di aggancio 22 che si accoppiano con corrispondenti perni 14 definiti sull'elemento 30 stesso. Infine, la piastra 20 è provvista di un'estremità sagomata 23 atta ad interagire operativamente con mezzi di sgancio (non illustrati da figure) dell'interruttore.

A sua volta, l'elemento fisso 3 presenta una porzione centrale sostanzialmente piana 11 in corrispondenza della quale sono disposti la bobina 1 ed il nucleo 2, e preferibilmente una coppia di alette laterali 12 e 13 che si protendono trasversalmente dalla porzione centrale piana 11, in corrispondenza dei fianchi della bobina 1. Vantaggiosamente, almeno una delle due alette 12 e 13 presenta, vista lateralmente, un profilo a sviluppo sostanzialmente obliquo; preferibilmente, entrambe le alette 12 e 13 dell'elemento fisso 3 presentano profili a sviluppo obliquo. Tali profili, come illustrato in figura 2, sono disposti affacciati e sostanzialmente paralleli ciascuno ad un corrispondente profilo obliquo della piastra mobile 4.

In pratica, in fase di regolazione della soglia di intervento, l'azione sui mezzi di regolazione provoca lo scorrimento, in un piano sostanzialmente orizzontale, della piastra mobile 4 rispetto all'elemento fisso 3; ne consegue che la piastra mobile 4 passa ad esempio da una posizione iniziale illustrata in figura 2 ad una finale illustrata in figura 3. In questo modo, grazie alla presenza della porzione scaricata 7 si ha una variazione dell'accoppiamento magnetico esistente tra la piastra mobile 4 stessa ed il nucleo magnetico 2; inoltre, si ha contemporaneamente l'allontanamento dei rami obliqui 8 e 9 della piastra 4 dai corrispondenti profili obliqui delle alette 12 e 13, il che permette di aumentare il traferro.

In tal modo si sfruttano contemporaneamente ed in maniera vantaggiosamente sinergica tra loro le variazioni del traferro e dell'accoppiamento del circuito magnetico del relè, il che permette di raggiungere, rispetto a soluzioni di tipo noto, valori più elevati di riluttanza magnetica in un ambito di sostanziale linearità; ciò è illustrato qualitativamente in figura 5 in cui è rappresentato schematicamente l'andamento della riluttanza magnetica in funzione della posizione della parte mobile, rispettivamente, nel caso di un relè in cui la regolazione della soglia avvenga solo per variazione del traferro (curva A), solo per variazione dell'accoppiamento magnetico (curva B), e nel relè 100 secondo l'invenzione (curva C).

Ciò in definitiva permette di ottenere, grazie alla sovrapposizione opportunamente calibrata degli effetti sopramenzionati, una risposta estremamente efficace e lineare con aumentata affidabilità della regolazione magnetica ed estensione del campo utile di regolazione della soglia oltre la quale l'unità di protezione dell'interruttore è chiamata ad intervenire.

Il relè 100 secondo l'invenzione è particolarmente adatto all'impiego, singolarmente o congiuntamente con ulteriori relè 100, in un interruttore automatico di potenza di bassa tensione, sia esso di tipo standard, limitatore di corrente, unipolare o multipolare, a contatti semplici o doppi per ogni polo etc. Pertanto, un ulteriore aspetto della presente invenzione è costituito da un interruttore automatico di potenza caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un relè elettromagnetico 100 del tipo precedentemente descritto.

Si è in pratica constatato come il relè secondo 1'invenzione permetta di assolvere il compito nonché gli scopi prefissati fornendo una serie di vantaggi significativi rispetto ai relè dell'arte nota. In aggiunta ai vantaggi precedentemente illustrati, è inoltre da sottolineare che il relè è realizzabile in modo economico ed è caratterizzato da un'estrema facilità d'impiego pratico; inoltre, esso presenta migliorate doti di affidabilità e grande precisione nell'ambito della soglia di intervento, riscontrabili anche in applicazioni ove si hanno relè a miniaturizzazione molto spinta o si utilizzano più relè con regolazione effettuata contemporaneamente tramite un unico dispositivo, come ad esempio illustrato in figura 4.

Il relè così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. Così, ad esempio, i reuni laterali della piastra mobile 4 e/o le alette dell'elemento fisso 3 potrebbero avere una profilatura obliqua non perfetteunente rettilinea, ad esempio leggermente arcuata. Inoltre, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, e le forme contingenti potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Relè elettromagnetico a soglia di intervento regolabile per un interruttore di bassa tensione, comprendente un circuito magnetico avente una parte fissa comprendente un elemento fisso realizzato in materiale ferromagnetico, un nucleo, ed almeno una bobina di avvolgimento, ed una parte mobile avente una piastra mobile realizzata in materiale ferromagnetico, detta piastra mobile essendo disposta almeno parzialmente affacciata a detto elemento fisso con la bobina interposta tra detta parte mobile e detto elemento fisso, detta parte mobile essendo operativamente collegata a mezzi di regolazione della soglia di intervento; caratterizzato dal fatto'che detta piastra mobile e/o detto elemento fisso presentano un corpo sagomato atto a permettere, mediante intervento su detti mezzi di regolazione, una taratura della soglia di intervento tramite variazione contemporanea sia del traferro esistente tra la piastra mobile e l'elemento fisso sia dell'accoppiamento magnetico esistente tra la piastra mobile stessa ed il nucleo.
2. 2. Relè elettromagnetico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta piastra mobile presenta un corpo sagomato atto a permettere, durante la taratura della soglia di intervento, una variazione contemporanea sia del traferro sia dell'accoppiamento magnetico.
3. 3. Relè elettromagnetico secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto elemento fisso presenta un corpo sagomato atto a permettere, durante la taratura della soglia di intervento, una variazione del traferro.
4. 4 . Relè elettromagnetico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta piastra mobile è disposta, rispetto a detto elemento fisso, in modo regolabile per scorrimento in un piano sostanzialmente orizzontale.
5. 5. Relè elettromagnetico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta piastra mobile presenta un corpo sagomato sostanzialmente ad U disposto con la concavità rivolta verso detto elemento fisso, la porzione centrale di detto corpo ad U presentando, lungo il bordo disposto in corrispondenza del nucleo, una porzione scaricata.
6. 6. Relè elettromagnetico<' >secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta porzione scaricata presenta un profilo geometricamente coniugato con il profilo del nucleo.
7. 7. Relè elettromagnetico secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzato dal fatto che almeno un reuno laterale di detto corpo ad U presenta un profilo sostanzialmente obliquo.
8. 8. Relè elettromagnetico secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che entrambi i rami laterali di detto corpo ad U presentano un profilo sostanzialmente obliquo.
9. 9. Relè elettromagnetico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto elemento fisso presenta una porzione centrale sostanzialmente piana in corrispondenza della quale sono disposti la bobina ed il nucleo, ed una coppia di alette laterali che si protendono trasversalmente dalla porzione centrale piana in corrispondenza dei fianchi della bobina, almeno una di dette due alette avendo un profilo obliquo.
10. 10. Relè elettromagnetico secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che entrambe le alette di detto elemento fisso presentano profili obliqui affacciati ciascuno ad un corrispondente profilo obliquo della piastra mobile.
11. 11. Interruttore automatico di potenza, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un relè elettromagnetico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti.