ITMI962328A1

ITMI962328A1 - Attuatore magnetico

Info

Publication number: ITMI962328A1
Application number: IT96MI002328A
Authority: IT
Inventors: Carlo Cereda; Giorgio Moriconi; Giulio Secondo
Original assignee: Abb Research Ltd
Priority date: 1996-11-11
Filing date: 1996-11-11
Publication date: 1998-05-11
Also published as: PT871192E; IT1287151B1; CN1182273A; US6084492A; ES2241025T3; EP0871192B1; EP0871192A3; ITMI962328A0; EP0871192A2; CN1141719C

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: Attuatore magnetico

Riassunto del trovato

Attuatore bistabile a magnete permanente comprendente un giogo magnetico (1), almeno un magnete permanente (6, 7) ed un'armatura in materiale ferromagnetico (3) mobile assialmente tra una prima ed una seconda posizione, e mezzi (4, 5) per spostare l'armatura (3), alla quale tramite la biella di comando (2) è collegato un carico meccanico, tra una prima ed una seconda posizione. Il giogo (1) è formato da due parti (10, 20) montate in posizione affacciata e separate da due traferri (8, 9) e le parti terminali (31, 32) dell'armatura in materiale ferromagnetico sono atte ad inserirsi nei due traferri (8, 9).

(Figura 1)

Descrizione del trovato

La presente invenzione riguarda un attuatore (elettro)magnetico, in particolare per l'azionamento di interruttori in reti di distribuzione dell'energia elettrica.

Più. precisamente l'invenzione riguarda un attuatore di tipo bistabile, ossia dotato di due posizioni fisse, ciascuna delle quali può essere mantenuta in modo permanente, e comprendente almeno un magnete permanente. Preferibilmente l'attuatore secondo l'invenzione trova applicazione per il comando di un interruttore del tipo in atmosfera di gas inerte (SF6) .

Gli attuatori elettromagnetici bistabili, grazie alla presenza di magneti permanenti nella loro struttura, sono in grado di esercitare una notevole forza di ritenuta nelle due posizioni, e tale forza deve essere superata per portare in movimento l'elemento attuatore.

E' quindi necessario generare un forte campo magnetico, di norma mediante avvolgimenti, per vincere quello dei magneti permanenti e dare origine ad una forza di distacco sufficientemente elevata.

Documenti dello stato anteriore della tecnica, descrivono un attuatore bistabile a magnete permanente comprendente un giogo magnetico a struttura laminare, almeno un magnete permanente, un'armatura mobile assialmente tra una prima ed una seconda posizione, e mezzi per spostare l'armatura tra una prima ed una seconda posizione. Il luogo delle caratteristiche forza/posizione è mostrato in figura 3.

Un problema degli attuatori magnetici deriva dalla caratteristica meccanica forza/posizione richiesta dal carico meccanico da movimentare, e quindi dalle forze di attrito associate all'interruttore che viene azionato e che devono essere superate per il corretto funzionamento di tali dispositivi.

Queste forze sono composte da forze statiche e dinamiche che agiscono in alcuni tratti della corsa dell'armatura, quindi intervengono nella movimentazione dei carichi, soprattutto degli interruttori in SFg. Anche se in effetti il problèma dell'attrito è legato all'interruttore piuttosto che all'attuatore stesso.

Inoltre le forze di attrito non sono in generale simmetriche, il che comporta la necessità di avere caratteristiche diverse dell'attuatore nel passaggio dalla posizione di aperto a quella di chiuso e viceversa.

Per superare questi inconvenienti, i noti attuatori prevedono un sovradimensionamento che influisce negativamente sui costi dell'attuatore, rendendo spesso più economico il ricorso ad attuatori meccanici tradizionali a molle.

Scopo della presente invenzione è quello di risolvere il problema tecnico sopra illustrato, superando le limitazioni della tecnica anteriore, ed in particolare di realizzare un attuatore magnetico bistabile dotato di una desiderata e modificabile caratteristica forza di commutazione/posizione con un'adeguata forza di tenuta nelle posizioni terminali, risultando allo stesso tempo di costo contenuto.

Questi scopi vengono conseguiti mediante l'invenzione che consiste in un attuatore caratterizzato per il fatto che il giogo è formato da due parti, montate in posizione affacciata e separate da due traferri.

Ulteriori vantaggiose caratteristiche formano oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

In particolare, l'invenzione prevede la presenza di traferri in aria nel circuito magnetico, le cui dimensioni possono essere variate in modo agevole durante la fase di progettazione per ottenere le desiderate caratteristiche. Ad esempio, può essere privilegiato l'ottenimento di una forza iniziale di azionamento massima, oppure di una forza che raggiunga il suo massimo a metà manovra o che sia minima in una posizione e massima nell'altra, e così via. Un'altra caratteristica facilmente ottenibile agendo sulla sola struttura geometrica dell'attuatore, è quella della asimmetria di comportamento della forza di azionamento nella manovra, in una direzione rispetto all'altra.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni allegati, relativi a forme realizzative preferite, in cui: la figura 1 mostra in sezione trasversale un attuatore concepito secondo l'invenzione;

la figura 2 mostra alcune delle caratteristiche forza/posizione di dispositivi secondo l'invenzione, e la figura 3 mostra la caratteristica forza/posizione di un dispositivo della tecnica anteriore.

Con riferimento alla figura 1 l'attuatore secondo l'invenzione comprende un giogo magnetico l, un'armatura 3 mobile all'interno dello spazio definito dal giogo, e una biella 2 fissata all'armatura e atta a movimentare la parte mobile di un interruttore per eseguire la manovra di apertura e chiusura.

Il giogo 1 è formato da due parti di nucleo 10 e 20, ciascuno a forma di E, con i due bracci orizzontali, rispettivamente 11 e 21 (12, 22) che sono uguali fra loro, e preferibilmente più stretti dei bracci centrali 13 e 23. Le due parti di nucleo 10, 20 sono montate su un supporto (non mostrato) in modo che le superiici terminali dei bracci orizzontali risultino affacciate ma separate da distanze 2c e 2c'. Si formano così due traferri 8, 9 in aria eventualmente di lunghezza uguale (nel caso c=c') entro i quali possono inserirsi le estremità dell'armatura, come verrà illustrato nel seguito.

Sulle superfici affacciate dei due bracci intermedi 13, 23 sono montati due magneti permanenti, rispettivamente 6 e 7, che assicurano la forza di ritenuta per il funzionamento bistabile e all'interno del giogo 1 sono inoltre previsti due avvolgimenti 4 e 5.

Le bobine o avvolgimenti 4 e 5, inseriti rispettivamente tra i bracci intermedi 13, 23 e i bracci esterni il, 12 e 21, 22 del giogo·1, forniscono la forza di azionamento quando vengono alimentati con una corrente unidirezionale di tipo impulsivo.

L'armatura 3 comprende un corpo centrale di forma sostanzialmente parallelepipeda di larghezza m, e due parti terminali in materiale ferromagnetico 31 e 32, atte ad inserirsi in uno dei due traferri 8, 9 in corrispondenza delle dette due posizioni stabili. Tali parti terminali possono essere più strette del corpo centrale 3, ossia presentano un gradino di larghezza a (a').

La parte terminale 31 dell'armatura ha un'altezza b ed una larghezza (m-2a), e la parte terminale 32 dell'armatura ha un'altezza b' ed una larghezza (m-2a'), mentre lo spessore o la profondità di entrambi è sostanzialmente uguale allo spessore del giogo 1.

Secondo l'invenzione, la somma tra la differenza di larghezza (2a) ad una estremità dell'armatura, e l'estensione (2c) del traferro destinata ad accogliere tale estremità è costante. In altri termini, per ciascun traferro, la somma della (m-2a) o (m-2a') della porzione terminale dell'armatura con la lunghezza del corrispondente traferro (c o c') è pari ad una costante prestabilita. Espresso in forma sintetica:

Consentendo così un'estrema flessibilità di realizzazione. L'armatura può essere formata come un pezzo pieno di materiale ferromagnetico, oppure preferibilmente con una struttura laminata, mediante lamierini sovrapposti.

Secondo forme realizzative alternative, una o entrambe le parti terminali dell'armatura possono avere la stessa larghezza del corpo, ossia a ed a' possono essere pari a zero, e l'armatura può quindi assumere una forma parallelepipeda. La larghezza dei traferri 8 e 9 risulta corrispondentemente aumentata per accogliere queste modificate forme delle porzioni terminali.

La disposizione dell'invenzione che prevede i traferri 8 e 9 consente una concentrazione del flusso prodotto dalle bobine 4 e 5, ed il movimento dell'armatura inizia da posizioni stabili. Quando la parte di partenza dell'armatura (alta o bassa, con riferimento alla figura) è sufficientemente vicina ai bracci della posizione di arrivo (bassa o alta), si ottiene così un aumento della forza di distacco, riducendo la lunghezza del traferro all'inizio del movimento. Le posizioni iniziali sono imposte da due inserti di materiale non ferromagnetici 50 e 51 che hanno dimensioni d e d' in generale diverse, e da determinarsi in maniera opportuna sulla base della caratteristica meccanica ricercata.

Inoltre, si ottiene una contemporanea diffusione del flusso generato dai magneti permanenti nella posizione stabile. Quando la porzione terminale dell'armatura è sufficientemente inserita nel traferro della posizione di partenza, ciò consente di ottenere una forza di ritenuta relativamente bassa.

Claims

Rivendicazioni 1. Attuatore bistabile a magnete permanente, comprendente un giogo magnetico (1), almeno un magnete permanente (6, 7) ed un'armatura (3) mobile assialmente tra una prima ed una seconda posizione, mezzi per spostare l'armatura (3) tra una prima ed una seconda posizione, caratterizzato dal fatto che il giogo (1) è formato da due parti (10, 20) montate in posizione affacciata e separate da due traferri (8, 9).
2. Attuatore, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'armatura comprende un corpo centrale (3) di forma preferibilmente parallelepipeda, le cui parti terminali (31, 32) sono atte ad inserirsi in uno dei due traferri (8, 9) in corrispondenza delle dette due posizioni.
3. Attuatore, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'armatura comprende un corpo centrale (3) di forma preferibilmente parallelepipeda e due parti terminali (31, 32) più strette atte ad inserirsi in uno dei due traferri (8, 9) in corrispondenza delle due posizioni.
4. Attuatore, secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che ciascuna delle due parti di giogo (10, 20) è formata da un nucleo avente forma di E, con due bracci esterni orizzontali (11, 12; 21, 22) e un braccio intermedio (13; 23), e che i traferri (8; 9) sono definiti tra le rispettive superfici affacciate dei bracci esterni (11, 12; 21, 22).
5. Attuatore, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che per ciascun traferro, la somma della larghezza (m-2a; m-2a') della parte terminale dell'armatura con la lunghezza del corrispondente traferro (c; c') è pari ad una costante da definire.
6. Attuatore, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le lunghezze (2c; 2c') dei traferri (8, 9) sono uguali.
7. Attuatore, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le larghezze (m-2a; m-2a') delle parti terminali (31, 32) dell'armatura sono uguali.
8. Attuatore, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere due magneti permanenti (6, 7), che ciascuno dei magneti permanenti è montato sulla superficie di uno dei bracci intermedi (13,;
9. Attuatore, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i mezzi per spostare 1'armatura (3) comprendono due . avvolgimenti (4, 5) alloggiati rispettivamente tra i bracci intermedi (13; 23) e i bracci esterni (11, 12; 21, 22) del giogo (1).
10. Attuatore, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i nuclei (10, 11) e l'armatura (3) hanno struttura laminare.
11. Attuatore, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere due inserti (50, 51) di materiale non ferromagnetico per l'impostazione delle posizioni iniziali dell'armatura.