WO2011131167A2 - Bistabiler magnetaktor - Google Patents

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WO2011131167A2
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Jörg GASSMANN
Steffen Schnitter
Marcus Herrmann
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Johnson Electric Dresden Gmbh
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Priority to US13/639,730 priority patent/US8461951B2/en
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    • H01H51/22—Polarised relays
    • H01H51/2272—Polarised relays comprising rockable armature, rocking movement around central axis parallel to the main plane of the armature

Definitions

  • the invention relates to a bistable magnetic actuator with a polarized parallel circuit, wherein between the outer legs of a U-shaped soft iron yoke, a flat permanent magnet is integrated, which carries a soft iron middle leg and applied to the center leg rocker armature with a permanent magnetically generated magnetic flux, and wherein on each outer leg a separately controllable excitation winding Umschwenkimpulse for the rocker armature from a permanent magnetic self-holding pivotal position in the other provides.
  • a similar generic magnetic actuator is described in the state of the art in the utility model DE 20 2004 012 292 U1.
  • Bistable, bipolar magnetic actuators can assume two stable swing states when de-energized. They often consist of a parallel circuit of two magnetic circuits made of soft iron parts for guiding a magnetic flux, one or more electromagnetic excitation windings and at least one permanent magnet, which generates forces via one or more air gaps on a magnet armature in the two magnetic circuits and tie these powerless in two stable positions can.
  • the pivoting of the magnet armature is essentially determined by the interaction between the flux generated by the excitation windings and the permanent magnet fluxes by the soft magnetic parallel circuits.
  • a flat-type rocker arm mounted on the center leg is known in the prior art for the actuation of a gas exchange valve of an internal combustion engine.
  • An integrated in the middle leg Permanent magnet generates a holding force that holds the rocker armature in one of the two pivoting positions, without a current flow is required.
  • the invention has for its object to provide an energy-efficient bistable magnetic actuator with a simple low-weight and low-volume construction and high switching power density, which is particularly suitable for bistable relays high switching capacity.
  • the magnetic actuator according to the invention a particularly energy-efficient pivoting of the rocker armature is achieved from one pivotal position to the other, which is particularly advantageous for magnetic actuators, which must meet strict external conditions in space, power and control force.
  • adding magnetic fluxes are generated over the open armature air gap of that parallel circuit in which the actively controlled excitation winding is arranged according to the invention with a permanent magnetic magnetic flux opposing electromagnetic flux displaced the permanent magnet magnetic flux from the closed via the armature wing parallel circuit in the other parallel circuit.
  • a DC voltage pulse is applied to the excitation winding, which lies in the parallel circuit with the closed armature air gap, in such a way that the electromagnetic flux against the permanent magnetic magnetic flux acts, causing it commutes in the parallel circuit with the open armature air gap.
  • the resulting permanent magnetic force effect which is composed of the additional portion of the permanently magnetically generated inflow over the open armature air gap and from the commutated permanent magnetic magnetic flux, causes the switching of the rocker armature in its other stable switching position.
  • each of the two parallel magnetic circuits advantageously has a very low magnetic resistance with each closed armature air gap, since the permanent magnet arranged in the center leg is kept extremely flat due to its high coercive field strength and high remanence and thus represents a very low magnetic resistance.
  • the U-shaped yoke with its two outer legs is made in one piece, which additionally reduces the magnetic resistance over known arrangements with a composite U-shaped yoke.
  • the Wippankerlager works very efficiently by rolling friction on metallic surfaces.
  • Fig. 4 shows a magnetic actuator in an exploded view
  • Fig. 5 shows the armature in perspective view
  • Fig. 6 and Fig. 7 shows a variant of an asymmetric generation of a
  • FIGS. 1 - 3 the operation of a magnetic actuator is shown schematically.
  • the actuator has as a supporting part a U-shaped soft iron yoke, on the outer legs 2, 3 separately controllable exciter winding 4, 5 sit.
  • An extremely flat but strong permanent magnet 6 carries a Soft iron middle leg 7. This creates an E-shaped magnetic core.
  • On the middle leg 7 a slightly V-shaped bent rocker 8 is mounted.
  • the E-shaped magnetic core represents with the rocker armature starting from the center leg 7 is a parallel circuit of the armature air column.
  • At one end of the rocker arm 8 carries an actuator 9 for example, a contact system of a bipolar relay. In the position of the rocker armature 8 shown in FIGS.
  • a permanent magnetic magnetic flux 10 is formed in the left parallel circuit via the permanent magnet 6, the soft iron center leg 7, the left wing of the rocker armature 8, the left soft iron outer leg 2, the yoke 1 and back to the permanent magnet 6 off.
  • a permanent magnetic holding force acts on the left wing of the rocker armature 8 .
  • About the right parallel circuit flows a permanent magnet generated tributary 11, which has the tendency to reduce the air gap 12 between the right wing of the armature 6 and the left outer leg 3, so attract the right wing of the rocker armature 6.
  • this permanently magnetically generated tributary 11 is weaker than the permanent magnetic magnetic flux 11 on the left side of the magnetic actuator, since a comparatively low permanent magnetically generated tributary 11 sets through the open air gap 12 to the rocker armature 8 by its high magnetic resistance.
  • an electromagnetic flux 3 is briefly generated via the field current in the left parallel circuit.
  • the electromagnetic flux 13 is directed against the permanent magnetic magnetic flux 10 in the left parallel circle, as shown in FIG. 2 by arrows.
  • the permanent magnet generated magnetic flux 10 is displaced from the left parallel circuit in the right parallel circuit. He commutes in the right parallel circle and exerts on the right wing of the rocker armature 8 from a magnetic attraction, the rocker armature 8 in a clockwise direction to turn around.
  • Fig. 3 the second stable position of the rocker armature 8 is shown.
  • the permanent magnetically generated magnetic flux 10 in the now right parallel circle fixes the rocker armature 8 in this second pivoting position.
  • a permanently magnetically generated tributary flows through the open armature air gap 12.
  • a counterclockwise swinging takes place in an equivalent manner with pulse-like energization of the field winding 5.
  • the U-shaped soft iron yoke 1 is punched with its two yoke legs 2, 3 in one piece from a soft iron sheet and bent.
  • a permanent magnet 6 is arranged, which in turn carries a soft iron middle leg 7.
  • On the yoke legs 2, 3 sit energizing windings 4, 5, which are supported by an insulating body 14.
  • the excitation windings 4, 5 are suitably wound in a folded over at least one film hinge insulator 14 in a single operation to bring out the inner coil ends.
  • the four ends of the field windings 4, 5 are soldered to three winding terminals 15, the two inner winding ends being commonly connected to the middle terminal. In this way, the two field windings 4, 5 are separately controllable and flows in opposite directions from the excitation current.
  • On the middle leg 7 of the rocker armature 8 is cut-mounted.
  • Such an armature bearing is very low friction and therefore consumes only a small switching energy.
  • the magnetic force of the extremely thin but strong permanent magnet 6 is sufficient to hold all four ferromagnetic components 1, 6, 7 and 8, so a separate holder is not essential. Only the rocker armature 8 is guided laterally by the insulating body 14 and otherwise holds by the force of the permanent magnet 6.
  • a resilient actuator 9 On a wing of the rocker armature 8 is a resilient actuator 9 is arranged, which operates on a non-illustrated transmission element on a contact system of a switching relay. ever after switching position of the rocker armature 8 closes or opens the relay its primary circuit. But there are also other applications for almost any positioning tasks possible.
  • the magnetic actuator can be miniaturized very well and in particular builds very flat. Moreover, due to its few parts, it is inexpensive and lightweight. The switching from one switching position to the other requires, as set out to Figures 1 - 3, only little energy.
  • FIG. 5 again shows the magnetic actuator according to FIG. 4 in a perspective view in the assembled state, the same reference numerals being used from the preceding drawings.
  • the attached to the rocker arm 8 actuator 9 is designed resiliently and depending on the direction of the attacking force has two different spring characteristics. In order to obtain an actuation with an initial force> 0, it is advantageous that the resilient actuator 9 biased on the rocker armature 8 is attached.
  • one and the same parallel magnetic circuit arrangement can also be used to produce an asymmetrical reversing force.
  • a pivoting movement of a rocker armature is carried out in one direction with a greater force than a pivoting movement in the other direction.
  • This may be useful, for example, for relays of high switching capacity where a possible welding of an actuated relay contact is to be achieved or where an increased bias voltage is to be applied to a relay contact.
  • This is achieved according to the invention while maintaining the symmetry of the mechanical arrangement of the magnetic actuator by means of an asymmetrical arrangement of the field windings.
  • the rocker armature should be attracted by the right parallel circuit of a magnetic core and swing. This is the task from which It should be assumed that the rocker armature should apply a greater force to pivot than to the other side.
  • the permanent magnetic generated magnetic flux and the permanent magnet generated tributary are each symbolized by solid black arrows. They correspond to the permanent magnet fluxes drawn in FIG. 2, which means that the permanent magnetically generated magnetic flux in the left parallel circuit is stronger due to the closed magnetic circuit than the permanently magnetically generated tributary in the right parallel circuit, in which the armature air gap is to be overcome.
  • a DC pulse is given for the purpose of swinging the rocker armature.
  • the necessary wiring of the excitation windings 1 and 2, their winding direction and the polarity of the DC pulse symbolizes the lower representation of Figure 6.
  • the DC pulse generates an electromagnetic flux in the magnetic actuator, symbolized by the outlined small arrows, which closes on both parallel circuits in the right outer leg is rectified to permanent magnet generated tributary and is aligned in the left outer leg of the permanent magnetically generated magnetic flux.
  • the electromagnetically generated flux from coil 2 in contrast to the symmetrical winding, now supports the field currents which are rectified by the permanent-magnetically generated tributary flow and results such a significantly increased switching power.
  • the rocker arm pivots clockwise with greater force than symmetrically arranged windings. Since the permanent magnet is not penetrated by the coil flow, it can not be demagnetized accordingly.
  • the pivoting into the other pivoting position is to be explained with reference to FIG. 7, that is, the rocker armature is to be tightened by the left-hand magnetic circuit.
  • the permanent magnetic fluxes correspond to those of FIG. 3.
  • On the excitation windings 3 is given a DC voltage pulse in order to switch over the rocker armature.
  • the wiring of the field windings 3, the winding direction and the polarity of the DC pulse again symbolizes the lower diagram in Figure 7.
  • the DC pulse generates an electromagnetic flux in the right parallel circle, symbolized by the outlined small arrows, which closes on the center leg and the permanent magnet generated magnetic flux is aligned in the right parallel circle.
  • the permanent magnetically generated magnetic flux is displaced from the right outer leg into the left outer leg and adds there to the permanently magnetically generated tributary.
  • the rocker arm pivots counterclockwise, which now forms a permanently magnetically generated tributary on the right parallel circle and holds a permanent magnetically generated magnetic flux via the left parallel circle the rocker arm without power in another stable position. If the start of this movement is supported by an external force such as a spring, the coil 3 can be carried out with only a few turns.
  • this winding configuration can be realized as shown in FIGS. 6 and 7 by a winding process, starting at the middle winding connection via the left to the right winding connection.

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Abstract

Bei einem bistabilen Magnetaktor mit einem polarisierten Magnetkreis mit parallelen Arbeitsluftspalten, wobei zwischen den Außenschenkeln eines U-förmigen Weicheisenjochs ein flacher Permanentmagnet integriert ist, der einen Weicheisenmittelschenkel trägt und einen auf dem Mittelschenkel gelagerten Wippanker mit einem dauermagnetisch erzeugten Magnetfluss beaufschlagt, und wobei auf jedem Außenschenkel eine getrennt ansteuerbare Erregerwicklung Umschaltimpulse für den Wippanker von einer dauermagnetisch selbsthaltenden Schaltstellung in die andere liefert, kommutiert der dauermagnetisch erzeugte Magnetfluss durch den jeweils über den Wippanker geschlossenen Parallelkreis bei einem von der Erregerwicklung dieses Magnetkreises generierten elektromagnetischen Magnetfluss entgegengesetzter Richtung in den anderen parallelen Magnetkreis mit der elektromagnetisch unerregten Erregerwicklung und schaltet den Wippanker um.

Description

Bistabiler Magnetaktor
Die Erfindung betrifft einen bistabilen Magnetaktor mit einem polarisierten Parallelkreis, wobei zwischen den Außenschenkeln eines U-förmigen Weicheisenjochs ein flacher Permanentmagnet integriert ist, der einen Weicheisenmittelschenkel trägt und einen auf dem Mittelschenkel gelagerten Wippanker mit einem dauermagnetisch erzeugten Magnetfluss beaufschlagt, und wobei auf jedem Außenschenkel eine getrennt ansteuerbare Erregerwicklung Umschwenkimpulse für den Wippanker von einer dauermagnetisch selbsthaltenden Schwenkstellung in die andere liefert. Ein ähnlicher gattungsbildender Magnetaktor ist zum Stand der Technik in der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2004 012 292 U1 beschrieben.
Bistabile, bipolare Magnetaktoren können im stromlosen Zustand zwei stabile Schwenkzustände einnehmen. Sie bestehen häufig aus einer Parallelschaltung zweier magnetischer Kreise aus Weicheisenteilen zur Führung eines magnetischen Flusses, einer oder mehreren elektromagnetischen Erregerwicklungen und mindestens einem Permanentmagnet, welcher über einen oder mehrere Luftspalte auf einen Magnetanker in den beiden Magnetkreisen Kräfte erzeugt und diesen in beiden stabilen Lagen leistungslos fesseln kann. Das Umschwenken des Magnetankers wird im Wesentlichen von der Wechselwirkung zwischen dem von den Erregerwicklungen generierten Fluss und den dauermagnetischen Flüssen durch die weichmagnetischen Parallelkreise bestimmt.
Gemäß der bereits genannten gattungsgemäßen DE 20 20004 012 292 ist zum Stand der Technik für die Betätigung eines Gaswechselventils einer Verbrennungskraftmaschine ein auf dem Mittelschenkel wälzgelagerter Wippanker in flacher Bauart bekannt. Ein in den Mittelschenkel integrierter Permanentmagnet erzeugt eine Haltekraft, die den Wippanker in einer der beiden Schwenkstellungen hält, ohne dass ein Stromfluss erforderlich ist. Durch eine wechselweise Bestromung der beiden Erregerwicklungen mit wechselnder Polarität erfolgt ein wechselweises Umschwenken des Wippankers, indem der jeweilige zur bestromten Erregerwicklung gehörige Flügel des Wippankers infolge der Addition des dauermagnetisch erzeugten Nebenflusses über den offenen Ankerluftspalt und dem jeweils gleichgerichteten elektromagnetischen Fluss über den offenen Ankerluftspalt angezogen wird. Das Umschwenken erfolgt dabei entgegen der Haltekraft des dauermagnetisch erzeugten Magnetfluss durch den unbestromten Parallelkreis, der sich über den geschlossenen Ankerluftspalt ausgebildet und den Wippanker bis dahin in seiner Lage gefesselt hat.
Auf dem beschriebenen Prinzip beruhen viele bekannte Magnetaktoren für elektromagnetische Antriebssysteme mit einer umsteuerbaren oder mit zwei getrennt steuerbaren Erregerwicklungen, beispielsweise gemäß DE 6751 327 DE 1 938 723 U1 , DE 43 14 715 A1 , DE 696 03 026 T2, EP 0 197 391 B2. Es wird dabei immer die Erregerwicklung in demjenigen Parallelkreises bestromt, nach dessen Seite der Wippanker umschwenken soll, wobei der elektromagnetische Fluss gleichsinnig zum dauermagnetisch erzeugten Nebenfluss gerichtet ist. In jedem Fall muss aber die Haltekraft, die der dauermagnetisch erzeugte Magnetfluss auf den angezogenen Ankerflügel ausübt, überwunden werden, wozu ein erheblicher energetischer Aufwand erforderlich ist.
Es sind ferner aus beispielsweise DE 33 23 481 A1 gepolte bistable Relais mit einem einmaschigen Magnetkreis und einem mit einem Permanentmagnet bestückten drehbeweglichen H-Ankerzug bekannt, bei denen durch das Magnetfeld einer Erregerwicklung der H-Ankerzug in seine zwei Schaltstellungen verschwenkbar ist. Zum Schalten des Relais wird das Magnetfeld jeweils durch Anlegen eines Spannungsimpulses umgepolt, wodurch der H-Ankerzug in die jeweils andere Schaltstellung verschwenkt. Aber auch hier wird der elektromagnetische Fluss auf Seiten des umzuschaltenden H-Ankerzugs erzeugt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen energieeffizienten bistabilen Magnetaktor mit einfachem gewichts- und volumenarmen Aufbau und hoher Umschalt- Leistungsdichte zu schaffen, der sich insbesondere für bistabile Relais hoher Schaltleistung eignet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 erfüllt. Vorteilhafte Weiterbildungen geben die begleitenden Ansprüche an. Insbesondere soll in einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung mit ein und derselben Magnetkreisanordnung auch eine asymmetrische Umschwenkkraft erzeugbar sein.
Mit dem erfindungsgemäßen Magnetaktor wird ein besonders energieeffizientes Umschwenken des Wippankers von einer Schwenkstellung in die andere erreicht, was insbesondere für Magnetaktoren von Vorteil ist, welche strengen äußeren Rahmenbedingungen an Bauraum, Stellenergie und Stellkraft genügen müssen. Im Gegensatz zu den vorbekannten Aktoren, bei welchen aktive Reluktanzkräfte und damit Umschwenkkräfte durch vom Dauermagnet und der Erregerwicklung verursachte gleichgerichtete, sich addierende magnetische Flüsse über den offenen Ankerluftspalt desjenigen Parallelkreises erzeugt werden, in welchem die aktiv angesteuerte Erregerwicklung angeordnet ist, wird erfindungsgemäß mit einem dem dauermagnetischen Magnetfluss entgegen gerichteten elektromagnetischen Fluss der dauermagnetische Magnetfluss aus dem über den Ankerflügel geschlossenen Parallelkreis in den anderen Parallelkreis verdrängt. Hierzu wird an die Erregerwicklung, die im Parallelkreis mit dem geschlossenen Ankerluftspalt liegt, ein Gleichspannungsimpuls in der Weise gelegt, dass der elektromagnetische Fluss entgegen dem dauermagnetischen Magnetfluss wirkt, wodurch dieser in den Parallelkreis mit dem offenen Ankerluftspalt kommutiert. Die resultierende dauermagnetische Kraftwirkung, die sich aus dem zusätzlichen Anteil des dauermagnetisch erzeugten Nebenflusses über den offenen Ankerluftspalt und dem aus dem kommutierten dauermagnetischen Magnetfluss zusammensetzt, bewirkt das Umschalten des Wippankers in seine andere stabile Schaltstellung.
Es sei herausgestellt, dass jeder der beiden parallelen Magnetkreise vorteilhaft bei jeweils geschlossenem Ankerluftspalt einen sehr geringen magnetischen Widerstand besitzt, da der im Mittelschenkel angeordnete Permanentmagnet aufgrund seiner hohen Koerzitivfeldstärke und hohen Remanenz extrem flach gehalten ist und so einen sehr geringen magnetischen Widerstand darstellt. Das U-förmige Joch mit seinen beiden Außenschenkeln ist einteilig hergestellt, wodurch zusätzlich der magnetische Widerstand gegenüber bekannten Anordnungen mit einem zusammengesetzten U-förmigen Joch sinkt. Das Wippankerlager arbeitet durch Rollreibung auf metallischen Oberflächen sehr effizient.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 bis Fig. 3 Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Magnetaktors, Fig. 4 einen Magnetaktor in einer Explosionsdarstellung,
Fig. 5 den Magnetanker in perspektivischer Ansicht und
Fig. 6 und Fig. 7 eine Variante einer asymmetrischen Erzeugung einer
Umschaltkraft.
In den Figuren 1 - 3 ist die Wirkungsweise eines Magnetaktors schematisch dargestellt. Der Aktor hat als tragenden Teil ein U-förmiges Weicheisenjoch , auf dessen Außenschenkeln 2, 3 getrennt ansteuerbare Erregerwicklung 4, 5 sitzen. Ein extrem flacher, aber kräftiger Permanentmagnet 6 trägt einen Weicheisenmittelschenkel 7. Auf diese Weise entsteht ein E-förmiger Magnetkern. Auf dem Mittelschenkel 7 ist ein leicht V-förmig abgebogener Wippanker 8 gelagert. Der E-förmige Magnetkern stellt mit dem Wippanker ausgehend vom Mittelschenkel 7 eine Parallelschaltung der Ankerluftspalte dar. An einem Ende trägt der Wippanker 8 ein Betätigungsglied 9 für zum Beispiel ein Kontaktsystem eines bipolaren Relais. In der in Figur 1 und 2 gezeigten Stellung des Wippankers 8 bildet sich im linken Parallelkreis ein dauermagnetischer Magnetfluss 10 über den Permanentmagnet 6, den Weicheisen-Mittelschenkel 7, den linken Flügel des Wippankers 8, den linken Weicheisen-Außenschenkel 2, das Joch 1 und zurück zum Permanentmagnet 6 aus. Auf den linken Flügel des Wippankers 8 wirkt eine dauermagnetische Haltekraft. Über den rechten Parallelkreis fließt ein dauermagnetisch erzeugter Nebenfluss 11 , der das Bestreben hat, den Luftspalt12 zwischen dem rechten Flügel des Ankers 6 und dem linken Außenschenkel 3 zu verringern, also den rechten Flügel des Wippankers 6 anzuziehen. Dieser dauermagnetisch erzeugte Nebenfluss 11 ist jedoch schwächer als der dauermagnetische Magnetfluss 11 auf der linken Seite des Magnetaktors, da sich durch den offenen Luftspalt 12 zum Wippanker 8 durch dessen hohen magnetischen Widerstand ein vergleichsweise geringer dauermagnetisch erzeugter Nebenfluss 11 einstellt.
Wird jetzt gemäß Fig. 2 ein Spannungsimpuls auf die linke Erregerwicklung 4 gegeben, so wird über den Erregerstrom im linken Parallelkreis kurzzeitig ein elektromagnetischer Fluss 3 generiert. Bei entsprechender Wickelrichtung der Erregerwicklung 4 und Polarität des Spannungsimpulses ist der elektromagnetische Fluss 13 dem dauermagnetischen Magnetfluss 10 im linken Parallelkreis entgegen gerichtet, wie dies in Fig. 2 durch Pfeile dargestellt ist. Der dauermagnetische erzeugte Magnetfluss 10 wird vom linken Parallelkreis in den rechten Parallelkreis verdrängt. Er kommutiert in den rechten Parallelkreis und übt auf den rechten Flügel des Wippankers 8 eine magnetische Anziehungskraft aus, die den Wippanker 8 im Uhrzeigersinn umschwenken lässt. In Fig. 3 ist die zweite stabile Stellung des Wippankers 8 dargestellt. Der dauermagnetisch erzeugte Magnetfluss 10 im nunmehr rechten Parallelkreis fixiert den Wippanker 8 in dieser zweiten Schwenkstellung. Im linken Parallelkreis bildet sich wiederum ein dauermagnetisch erzeugter Nebenfluss über den offenen Ankerluftspalt 12 aus. Ein Umschwenken im Gegenuhrzeigersinn erfolgt in äquivalenter Weise unter impulsartiger Bestromung der Erregerwicklung 5.
In Figur 4 ist ein Magnetaktor für ein bistabiles Schaltrelais in einer Explosionszeichnung dargestellt. Das U-förmige Weicheisenjoch 1 ist mit seinen beiden Jochschenkeln 2, 3 einteilig aus einem Weicheisenblech gestanzt und gebogen. Auf den Mittelteil des Jochs ist ein Permanentmagnet 6 angeordnet, der seinerseits einen Weicheisenmittelschenkel 7 trägt. Auf den Jochschenkeln 2, 3 sitzen Erregerwicklungen 4, 5, die von einem Isolierkörper 14 getragen werden. Die Erregerwicklungen 4, 5 werden zweckmäßigerweise in einem über mindestens ein Filmscharnier zusammengeklappten Isolierkörper 14 in einem Arbeitsgang unter Herausführung der inneren Wicklungsenden gewickelt. Die vier Enden der Erregerwicklungen 4, 5 werden an drei Wicklungsanschlüssen 15 gelötet, wobei die beiden inneren Wicklungsenden gemeinsam an den mittleren Anschluss geführt sind. Auf diese Weise sind die beiden Erregerwicklungen 4, 5 getrennt steuerbar und gegensinnig vom Erregerstrom durchflössen. Auf dem Mittelschenkel 7 ist der Wippanker 8 schneidengelagert. Eine solche Ankerlagerung ist sehr reibungsarm und verbraucht demzufolge nur eine geringe Umschaltenergie. Die Magnetkraft des extrem dünnen, aber kräftigen Permanentmagneten 6 reicht aus, um alle vier ferromagnetischen Bauteile 1 , 6, 7 und 8 zu halten, weshalb eine gesonderte Halterung nicht unbedingt erforderlich ist. Lediglich der Wippanker 8 wird durch den Isolierkörper 14 seitlich geführt und hält sich ansonsten durch die Kraft des Permanentmagneten 6. An einem Flügel des Wippankers 8 ist ein federndes Betätigungsglied 9 angeordnet, welches über ein nicht näher dargestelltes Übertragungselement auf ein Kontaktsystem eines Schaltrelais arbeitet. Je nach Schaltstellung des Wippankers 8 schließt oder öffnet das Relais seinen primären Stromkreis. Es sind aber auch andere Anwendungen für nahezu beliebige Stellaufgaben möglich.
Der Magnetaktor lässt sich sehr gut Miniaturisieren und baut insbesondere sehr flach. Aufgrund seiner wenigen Einzelteile wird er überdies kostengünstig und leicht. Das Umschalten von einer Schaltstellung in die andere erfordert, wie zu den Figuren 1 - 3 dargelegt ist, nur wenig Energie.
In Figur 5 ist der Magnetaktor nach Fig. 4 nochmals in einer perspektivischer Ansicht im zusammengebauten Zustand dargestellt, wobei dieselben Bezugszeichen aus den voranstehenden Zeichnungen verwendet werden. Hervorzuheben ist, dass das am Wippanker 8 befestigtes Betätigungsglied 9 federnd gestaltet ist und je nach Richtung der angreifenden Kraft zwei verschiedene Federkennlinien aufweist. Um eine Betätigung mit einer initialen Kraft > 0 zu erhalten, ist dabei vorteilhaft das federnde Betätigungsglied 9 vorgespannt am Wippanker 8 befestigt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung nach den Figuren 6 und 7 ist mit ein und derselben parallelen Magnetkreisanordnung auch eine asymmetrische Umschwenkkraft erzeugbar. Mit dieser Variante wird erreicht, dass eine Schwenkbewegung eines Wippankers nach einer Richtung mit einer größeren Kraft ausgeführt wird als eine Schwenkbewegung nach der anderen Richtung. Dies kann zum Beispiel für Relais großer Schaltleistung nützlich sein, bei denen ein mögliches Verschweißen eines betätigten Relaiskontaktes gelöst werden soll oder bei denen eine erhöhte Vorspannung auf einen Relaiskontakt aufgebracht werden soll. Erreicht wird dies erfindungsgemäß unter Beibehalten der Symmetrie der mechanischen Anordnung des Magnetaktors mit Hilfe einer asymmetrischen Anordnung der Erregerwicklungen.
Gemäß Fig. 6 soll der Wippanker vom rechten Parallelkreis eines Magnetkerns angezogen werden und umschwenken. Es ist dies diejenige Aufgabe, von der angenommen werden soll, dass der Wippanker eine größere Kraft zum Umschwenken aufbringen soll als zur anderen Seite. Der dauermagnetisch erzeugte Magnetfluss und der dauermagnetisch erzeugte Nebenfluss sind jeweils durch vollschwarze Pfeile symbolisiert. Sie entsprechen den in Fig. 2 gezeichneten dauermagnetischen Flüssen, was bedeutet, dass der dauermagnetisch erzeugte Magnetfluss im linken Parallelkreis aufgrund des geschlossenen magnetischen Kreises stärker ist als der dauermagnetisch erzeugte Nebenfluss im rechten Parallelkreis, in welchem der Ankerluftspalt zu überwinden ist. Auf die Erregerwicklungen 1 und 2 wird zwecks Umschwenkens des Wippankers ein Gleichspannungsimpuls gegeben. Die notwendige Beschaltung der Erregerwicklungen 1 und 2, ihre Wickelrichtung sowie die Polung des Gleichspannungsimpulses symbolisiert die unteren Darstellung von Figur 6. Durch den Gleichspannungsimpuls wird ein elektromagnetischer Fluss im Magnetaktor erzeugt, symbolisiert durch die umrandeten kleinen Pfeile, der sich über beide Parallelkreise schließt, im rechten Außenschenkel zum dauermagnetisch erzeugten Nebenfluss gleichgerichtet ist und im linken Außenschenkel dem dauermagnetisch erzeugten Magnetfluss gegengerichtet ist. Zusätzlich zur Verdrängung des dauermagnetisch erzeugten Magnetfluss aus dem linken Parallelkreis, wie bereits zu den Figuren 1 - 3 erläutert, unterstützt nun, im Gegensatz zur symmetrischen Wicklung, der elektromagnetisch generierte Fluss aus Spule 2 durch seine dem dauermagnetisch erzeugten Nebenfluss gleichgerichteten Feldlinien denselben und es resultiert so eine erheblich gesteigerte Umschaltkraft. Der Wippanker schwenkt im Uhrzeigersinn mit stärkerer Kraft um, als bei symmetrisch angeordneten Wicklungen. Da der Dauermagnet nicht vom Spulenfluss durchsetzt wird, kann er demzufolge nicht entmagnetisiert werden.
Anhand der Figur 7 soll das Umschwenken in die andere Schwenkstellung erläutert werden, der Wippanker soll also vom linken Magnetkreis angezogen werden. Die dauermagnetische Flüsse entsprechen denjenigen zu Fig. 3. Auf die Erregerwicklungen 3 wird zwecks Umschaltens des Wippankers ein Gleichspannungsimpuls gegeben. Die Beschaltung der Erregerwicklungen 3, die Wickelrichtung sowie die Polung des Gleichspannungsimpulses symbolisiert wiederum die untere Darstellung in Figur 7. Durch den Gleichspannungsimpuls wird ein elektromagnetischer Fluss im rechten Parallelkreis erzeugt, symbolisiert durch die umrandeten kleinen Pfeile, der sich über den Mittelschenkel schließt und dem dauermagnetisch erzeugten Magnetfluss im rechten Parallelkreis gegengerichtet ist. Hierdurch wird der dauermagnetisch erzeugte Magnetfluss vom rechten Außenschenkel in den linken Außenschenkel verdrängt und addiert sich dort zu dem dauermagnetisch erzeugten Nebenfluss. Der Wippanker schwenkt im Gegenuhrzeigersinn um, wodurch sich nunmehr ein dauermagnetisch erzeugter Nebenfluss über den rechten Parallelkreis ausbildet und ein dauermagnetisch erzeugter Magnetfluss über den linken Parallelkreis den Wippanker leistungslos in einer anderen stabilen Lage hält. Wenn der Start dieser Bewegung durch eine äußere Kraft z.B. eine Feder unterstützt wird, kann die Spule 3 mit nur wenigen Windungen ausgeführt werden.
Auch für eine Wicklungskonfiguration mit einer Zusatzwicklung werden, wie zeichnerisch dargestellt, nur drei Wicklungsanschlüsse benötigt, wobei jeweils nur an zwei Pole ein Steuergleichspannungsimpuls gelegt wird. Zugleich ist diese Wicklungskonfiguration wie in Figur 6 und 7 dargestellt durch einen Wicklungsvorgang realisierbar, beginnend beim mittleren Wicklungsanschluss über den linken zum rechten Wicklungsanschluss.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
1 U-förmiges Weicheisenjoch
2 linker Jochschenkel
3 rechter Jochschenkel
4 linke Erregerwicklung
5 rechte Erregerwicklung
6 Permanentmagnet
7 Weicheisenmittelschenkel
8 Wippanker
9 Betätigungsglied
10 dauermagnetisch erzeugter Magnetfluss durch einen Parallelkreis
11 dauermagnetisch erzeugter Nebenfluss durch einen Parallelkreis
12 Ankerluftspalt
13 elektromagnetischer Fluss durch den Magnetkreis
14 Isolierkörper für die Erregerwicklungen
15 Wicklungsanschlüsse für die Erregerwicklungen

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Bistabiler Magnetaktor mit einem polarisierten Magnetkreis und parallelen Arbeitsluftspalten, wobei zwischen den Außenschenkeln eines U-förmigen Weicheisenjochs (1 ) ein flacher Permanentmagnet integriert ist, der einen Weicheisenmittelschenkel trägt und einen auf dem Mittelschenkel gelagerten Wippanker mit einem dauermagnetisch erzeugten Magnetfluss beaufschlagt, und wobei auf jedem Außenschenkel eine getrennt ansteuerbare Erregerwicklung Umschwenkimpulse für den Wippanker von einer dauermagnetisch selbsthaltenden Schwenkstellung in die andere liefert, gekennzeichnet durch eine Beschattung derart, dass der dauermagnetisch erzeugte Magnetfluss durch den jeweils über den Wippanker geschlossenen Magnetkreis bei einem von der Erregerwicklung dieses Magnetkreises generierten elektromagnetischen Magnetfluss mit einer zum dauermagnetisch erzeugten Magnetfluss entgegengesetzten Richtung in den parallel angeordneten Magnetkreiszweig mit der elektromagnetisch unerregten Erregerwicklung kommutiert und mit Unterstützung des dauermagnetisch erzeugten Nebenflusses in diesem Parallelkreis den Wippanker umschwenkt.
2. Bistabiler Magnetaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf einem der Außenschenkel eine zusätzliche Erregerwicklung aufgebracht ist, welche so geschaltet und gewickelt ist, dass sie gleichzeitig mit der Erregerwicklung auf dem anderen Außenschenkel erregt wird und für einen unterstützenden gleichgerichteten elektromagnetischen Fluss zum dauermagnetisch erzeugten Magnetfluss für das Umschwenken des Wippankers nach diesem Magnetkreis erzeugt und dadurch eine Kraftverstärkung in diese Richtung erhält.
3. Bistabiler Magnetaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendung in Schaltrelais großer Schaltleistung erfolgt.
4. Bistabiler Magnetaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das U-förmige Weicheisenjoch (1 ) einteilig aus einem Weicheisen-Stanz-Biegeteil hergestellt ist.
5. Bistabiler Magnetaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerwicklungen (4, 5) auf einem zweiteiligen über mindestens ein Folienscharnier verbundenen Isolierkörper (14) sitzen und in einem Arbeitsgang gewickelt sind.
6. Bistabiler Magnetaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein am Wippanker (8) befestigtes Betätigungsglied (9) federnd gestaltet ist und je nach Richtung der angreifenden Kraft zwei unterschiedliche Federkennlinien aufweist.
7. Bistabiler MagnetaktorF nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Betätigungsglied (9) vorgespannt am Wippanker (8) befestigt ist.
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