DE3932274C2

DE3932274C2 - Polarisierte elektromagnetische Vorrichtung

Info

Publication number: DE3932274C2
Application number: DE3932274A
Authority: DE
Inventors: Shigeharu Ootsuka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-09-29
Filing date: 1989-09-27
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2009-09-28
Also published as: US4940958A; DE3932274A1; JPH0291901A; JP2552179B2

Description

Die Erfindung betrifft eine polarisierte elektromagneti sche Vorrichtung nach dem Oberbegriff des An spruchs 1.

Die Fig. 4A und 4B zeigen den Aufbau einer derartigen konventio nellen polarisierten elektromagnetischen Vorrichtung, wie sie beispielsweise in der offengelegten japanischen Schrift JP 63-79304 A1 oder in US-4730 175 offenbart ist. Fig. 4A stellt die beweg liche Kernbaugruppe in Ruhestellung und Fig. 4B im angezoge nen Zustand dar. Die Pfeile zeigen das Fließen des Magnetflus ses an.

In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen U-förmigen stationären, unbeweglichen Kern und 2 eine L-förmi ge Polplatte. Mit 4 ist ein beweglicher Kernbolzen bzw. eine Spindel bezeichnet, der eine erste bewegliche Kernplatte 5 und eine zweite bewegliche Kernplatte 5a hat, die beide an den Endflächen des Kernbolzens so befestigt sind, daß eine beweg liche Kernbaugruppe gebildet wird.

Mit 6 ist eine elektromagnetische Spule und mit 7a ein Permanentmagnet bezeichnet. Eine der Polflächen des Perma nentmagneten 7 ist in Kontakt mit dem mittleren Abschnitt des U-förmigen unbeweglichen Kerns 1 angeordnet, während die ande re Polfläche in Kontakt mit dem zentralen Abschnitt der L-för migen Polplatte 2 angeordnet ist.

P stellt einen ersten magnetischen Spalt dar, der zwi schen dem Schenkel des U-förmigen unbeweglichen Kerns 1 und der ersten beweglichen Kernplatte 5 gebildet wird. Q bezeich net einen zweiten magnetischen Spalt, der zwischen der ersten beweglichen Kernplatte 5 und dem Schenkel der L-förmigen Pol platte 2 gebildet wird. R₁ ist ein dritter magnetischer Spalt, der zwischen der zweiten beweglichen Kernplatte 5a und dem anderen Schenkel des U-förmigen unbeweglichen Kerns 1 ge bildet wird.

Wenn die elektromagnetische Spule 6 nicht erregt ist, wirkt die größte Anziehungskraft, die durch den Fluß des Per manentmagneten 7 erzeugt wird, wie in Fig. 4A durch unterbro chene Pfeillinien angezeigt, über den ersten magnetischen Spalt P. Die bewegliche Kernbaugruppe spürt daher eine Kraft in Y-Richtung und wird zu dem Schenkel des U-förmigen unbeweg lichen Kerns 1 hin angezogen, so daß sie in Ruhestellung ge halten wird.

Wenn in diesem Zustand die elektromagnetische Spule 6 er regt wird, wird ein magnetischer Fluß erzeugt, wie er mit den durchgezogenen Pfeillinien in Fig. 4A dargestellt ist. Im er sten magnetischen Spalt P gleichen sich der Fluß (unterbroche ne Pfeillinien) des Permanentmagneten 7 und der Fluß (durchge zogene Pfeillinien) der elektromagnetischen Spule 7 aus und reduzieren die anziehende Kraft. Im zweiten Q und im dritten R₁ magnetischen Spalt wird durch den Permanentmagneten 7 und die elektromagnetische Spule 6 eine vereinigte anziehende Kraft erzeugt. Die vereinigte anziehende Kraft, die am zweiten und dritten Spalt (Q, R₁) wirkt, ist größer als die anzie hende Kraft am ersten Spalt P. So wird die bewegliche Kernbau gruppe in X-Richtung bewegt, bis sie in Kontakt mit dem ande ren Schenkel des U-förmigen unbeweglichen Kerns 1 kommt.

Die bewegliche Kernbaugruppe wird nun durch den in Fig. 4B mit durchgezogenen Pfeillinien und unterbrochenen Pfeilli nien dargestellten Fluß im angezogenen Zustand gehalten.

Als Beispiel sei ein Schaltschütz betrachtet. Ein Schalt schütz weist, obwohl hier nicht gezeigt, eine Ausschaltfeder und eine Feder zur Erzeugung des Kontaktandrucks auf. Der Fe derdruck dieser Federn wirkt in Y-Richtung als rücktreibende Kraft.

Wenn im angezogenen Zustand die elektromagnetische Spule 6 nicht mehr erregt wird, wird die bewegliche Kernbaugruppe in Y-Richtung bewegt und kehrt in den Ruhezustand zurück, weil die rücktreibende Kraft größer als die anziehende Kraft des vom Permanentmagneten 7 erzeugten Flusses festgesetzt ist.

Bei einer solchen konventionellen polarisierten elektro magnetischen Vorrichtung bei der die bewegliche Kernbaugruppe eine erste bewegliche Kernplatte 5 und eine zweite bewegliche Kernplatte 5a aufweist, die jeweils an den Endflächen des be weglichen Kernbolzens 4 befestigt sind, kann die gesamte be wegliche Kernbaugruppe nicht in die elektromagnetische Spule 6 eingebaut werden. Daher ist es notwendig, zuerst den bewegli chen Kernbolzen 4 durch die elektromagnetische Spule 6 zu schieben und dann die erste bewegliche Kernplatte 5 oder die zweite bewegliche Kernplatte 5a an dem beweglichen Kernbolzen 4 zu befestigen. Dies erschwert das Zusammenbauen.

Weitere Vorrichtungen, deren Kernbaugruppen mit jeweils zwei Polplatten (entsprechend den in Fig. 4A dargestellten Kernplatten 5 und 5a) versehen sind, sind aus GB 2 112 212 A, FR 2 569 299 A1, CH 448 240, FR 2 554 960 A1, EP 0 174,238 A2 und FR 2 573 567 A1 bekannt. Die zuletzt genannte Druckschrift offenbart eine Vorrichtung, bei der der bewegliche Kernbolzen in nicht-magnetischen Buchsen gelagert ist, die an der unbe weglichen Kernbaugruppe befestigt sind.

Eine elektromagnetische Vorrichtung, deren bewegliche Kernbaugruppe lediglich eine einzige Kernplatte aufweist, ist in DE 35 05 377 A1 offenbart. Bei dieser Vorrichtung weist die stationäre Kernbaugruppe jedoch einen Topfkern auf, was zu einem relativ großen Bauvolumen führt.

Schließlich ist aus EP 0 086 121 A1 noch eine Vorrichtung bekannt, die relativ kleine bewegliche Kernplatten aufweist. Dies bedingt jedoch einen komplizierten Aufbau mit einem Per manentmagneten innerhalb des beweglichen Kerns.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine polarisier te elektromagnetische Vorrichtung bereitzustellen, die leicht zusammengebaut werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung.

Bei der erfindungsgemäßen polarisierten elektromagnetischen Vorrichtung ist eine der Polflächen eines Permanentmagneten in Kontakt mit dem mittleren Abschnitt des nahezu U-förmigen unbeweglichen Kerns angeordnet, während die andere Polfläche in Kontakt mit dem zentralen Abschnitt einer L-förmigen Polplatte angeordnet ist. Dabei wird die bewegliche Kernbaugruppe durch den be weglichen Kernbolzen gebildet, der durch das Loch der innerhalb der L-förmigen Polplatte angeordneten elektromagnetischen Spule durchreicht und an dessen einem Ende eine bewegliche Kernplat te befestigt ist, die zwischen dem zweiten Schenkel des unbe weglichen Kerns und dem Schenkel der L-förmigen Polplatte an geordnet ist, wobei die andere Endfläche des beweglichen Kern bolzens in das Polstück eingesteckt ist.

Von der Seite der Ruhestellung zur Seite der angezogenen Stellung, wird ein erster, ein zweiter und ein dritter magne tischer Spalt gebildet, zwischen dem zweiten Schenkel des un beweglichen Kerns und der beweglichen Kernplatte, zwischen des beweglichen Kernplatte und dem Schenkel der L-förmigen Pol platte und zwischen der Endfläche des beweglichen Kernbolzens und dem ersten Schenkel des unbeweglichen Kerns, entsprechen derweise.

In dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt der zwischen dem mittleren Abschnitt des unbeweglichen Kerns und dem zentralen Abschnitt der L-förmigen Polplatte eingefügte Permanentmagnet einen mag netischen Fluß, der auf den ersten magnetischen Spalt so ein wirkt, daß die bewegliche Kernplatte zum zweiten Schenkel des unbeweglichen Kerns hin angezogen wird und so in Ruhestellung gehalten wird.

Wenn in dieser Lage an die elektromagnetische Spule eine Spannung angelegt wird, wird ein magnetischer Fluß durch die Spule erzeugt und der Fluß des Permanentmagneten und der Fluß, der von der Spule erzeugt wird, gleichen sich im ersten magne tischen Spalt so aus, daß die anziehende Kraft reduziert wird.

Andererseits wird im zweiten und dritten Spalt die durch den Permanentmagneten und durch die Spule erzeugte vereinigte anziehende Kraft größer als die anziehende Kraft im ersten Spalt, so daß die bewegliche Kernplatte zum Schenkel der L-förmigen Polplatte und die Endfläche des beweglichen Kern bolzens zum ersten Schenkel des unbeweglichen Kerns hin ange zogen wird. Sie bleiben dort im angezogenen Zustand.

In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und in Fig. 4 der Stand der Technik dargestellt.

Fig. 1 stellt eine Schnittzeichnung dar, die einen mag netischen Schaltschütz als ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung zeigt.

Die Fig. 2A und 2B stellen Schnittzeichnungen dar, die den Aufbau des obigen Ausführungsbeispiels zeigen.

Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Polstück zeigt.

Die Fig. 4A und 4B sind Schnittzeichnungen, die den Aufbau einer konventionellen polarisierten magnetischen Vor richtung zeigen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher be schrieben.

Fig. 1 ist ein Schnittbild, das als ein Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung einen magnetischen Schalt schütz zeigt.

In der Figur stellt das Bezugszeichen 1 einen U-förmigen unbeweglichen Kern dar; 2 eine L-förmige Polplatte; 3 ein Pol stück; 4 einen beweglichen Kernbolzen; 5 eine erste bewegliche Kernplatte; 6 eine elektromagnetische Spule; 7 einen Perma nentmagneten; 8 einen Spulenhalter; 11 ein Verbindungsstück; 15 eine Drehachse für das Verbindungsstück 11; 12 einen Ver bindungsstift, der den beweglichen Kernbolzen 4 und das Ver bindungsstück 11 miteinander verbindet; 9a und 9b Abstandshal ter, um den Hub und die anziehende Kraft einzustellen; und 10 einen Riegel, der von dem Verbindungsstück 11 bewegt wird, um den im magnetischen Schaltschütz auf dem beweglichen Kontakt träger angebrachten beweglichen Kontakt zu bewegen. Mit 13 ist ein Gehäuse bezeichnet, das den Elektromagneten und Kontakte enthält; und 14 bezeichnet eine Rückstellfeder, um die beweg liche Kernbaugruppe von der angezogenen in die Ruhelage zu rückzubewegen.

Im folgenden wird die Arbeitsweise erklärt.

Fig. 1 zeigt die Vorrichtung in der Ruhelage. Wenn in dieser Lage die Spule erregt wird, wird, wie durch den Pfeil angegeben, der bewegliche Kernbolzen 4 in X-Richtung gezogen und auch der Riegel 10 von dem Verbindungsstück 11 in X-Rich tung bewegt.

In diesem Moment schließen der bewegliche und der unbe wegliche Kontakt des magnetischen Schaltschützes und leiten Elektrizität.

Wenn andererseits die Spule nicht mehr erregt wird, be wegt die Rückstellfeder 14 den beweglichen Kernbolzen zurück in die Ruhelage.

Die Fig. 2A und 2B sind Querschnitte, die den Aufbau der polarisierten elektromagnetischen Vorrichtung als ein Aus führungsbeispiel der Erfindung zeigen. Fig. 2A illustriert die bewegliche Kernbaugruppe in der Ruhelage, Fig. 2B im an gezogenen Zustand.

Die Pfeile stellen das Fließen des magnetischen Flusses dar.

In der Figur ist mit 1 ein U-förmiger unbeweglicher Kern bezeichnet, dessen erster Schenkel nahezu bis zum Mittelteil reicht. Mit 2 ist eine L-förmige Polplatte benannt, und 3 stellt ein ringförmiges Polstück dar, das an der Fuge der er sten Schenkel der gegenüber angeordneten U-förmigen unbewegli chen Kerne 1 zentriert ist.

Mit 4 ist ein beweglicher Kernbolzen bezeichnet, der an seiner einen Endfläche eine erste bewegliche Kernplatte 5 be festigt hat, während die andere Endfläche in das Polstück 3 eingeschoben ist, um die bewegliche Kernbaugruppe zu bilden. Die erste bewegliche Kernplatte 5 ist zwischen dem zweiten Schenkel des U-förmigen unbeweglichen Kerns 1 und dem Schenkel der L-förmigen Polplatte 2 angeordnet.

6 ist eine elektromagnetische Spule. 7 ist ein Permanent magnet, der zwischen dem U-förmigen unbeweglichen Kern 1 und der L-förmigen Polplatte 2 angebracht ist, wobei seine Polflä chen in Kontakt mit dem mittleren Abschnitt des U-förmigen un beweglichen Kerns 1 und mit dem zentralen Abschnitt der L-för migen Polplatte 2 angeordnet sind.

Mit P ist ein erster magnetischer Spalt benannt, der zwi schen dem zweiten Schenkel des U-förmigen unbeweglichen Kerns und der ersten beweglichen Kernplatte 5 gebildet wird. Mit Q ist ein zweiter magnetischer Spalt benannt, der zwischen der ersten beweglichen Kernplatte 5 und dem Schenkel der L-förmi gen Polplatte 2 gebildet wird. Ein dritter magnetischer Spalt, der zwischen der Endfläche des beweglichen Kernbolzens 4 und dem ersten Schenkel des U-förmigen unbeweglichen Kerns 1 ge bildet wird, ist mit R benannt. S bezeichnet einen vierten magnetischen Spalt, der zwischen dem Polstück 3 und dem Außen umfang des beweglichen Kernbolzens 4, der in das Polstück 3 eingeschoben ist, gebildet wird.

Wenn in der polarisierten elektromagnetischen Vorrichtung mit dem obigen Aufbau die elektromagnetische Spule 6 nicht er regt ist, wird durch den Fluß des Permanentmagneten 7, wie in Fig. 2A durch unterbrochene Pfeillinien angezeigt, die größte anziehende Kraft im ersten magnetischen Spalt P erzeugt. Die bewegliche Kernbaugruppe wird dann in Y-Richtung bewegt und zu dem zweiten Schenkel des U-förmigen unbeweglichen Kerns 1 hin angezogen, so daß sie in Ruhelage gehalten wird.

Wenn die elektromagnetische Spule 6 erregt wird, wird der in Fig. 2A mit durchgezogenen Pfeillinien angezeigte magneti sche Fluß erzeugt. Im ersten magnetischen Spalt P gleichen sich der Fluß des Permanentmagneten (unterbrochene Pfeilli nien) und der Fluß der elektromagnetischen Spule 6 (durchgezo gene Pfeillinien) einander aus und reduzieren die anziehende Kraft an dem ersten Spalt P. Im zweiten, dritten und vierten Spalt Q, R und S wird andererseits die gemeinsame anziehende Kraft, die vom Permanentmagneten 7 und von der Spule 6 erzeugt wird, größer als die anziehende Kraft im ersten Spalt P, wo durch die bewegliche Kernbaugruppe in X-Richtung getrieben wird, bis sie mit dem ersten Schenkel des U-förmigen unbeweg lichen Kerns 1 in Kontakt kommt. Die bewegliche Kernbaugruppe bleibt dann durch den mit durchgezogenen und unterbrochenen Pfeillinien in Fig. 2B bezeichneten Fluß zum ersten Schenkel des unbeweglichen Kerns 1 hin angezogen.

Die anziehende Kraft im dritten magnetischen Spalt R ist bei diesem Ausführungsbeispiel kleiner als bei einer konven tionellen Vorrichtung, weil die Fläche der dem Spalt zugewand ten Stirnfläche des beweglichen Kernbolzens 4 kleiner ist. Der Fluß, der den vierten magnetischen Spalt S überbrückt, trägt jedoch zusätzlich zu der Kraft bei, die das in den magneti schen Ring 3 eingefügte Ende des beweglichen Kernbolzens 4 weiter in den Ring hineinzieht. Insgesamt ist die Kraft, die bestrebt ist, die bewegliche Kernbaugruppe in X-Richtung zu bewegen, größer als bei einer konventionellen Vorrichtung.

Bei einem Schaltschütz zum Beispiel erzeugen die Rück stellfeder und die Kontakt-Andruckfeder zusammen eine rück treibende Kraft in Y-Richtung. Wenn die Spule 6 nicht mehr er regt wird, während sich die bewegliche Kernbaugruppe im ange zogenen Zustand befindet, veranlaßt die rücktreibende Kraft, die höher als die durch den Fluß des Permanentmagneten 7 ver ursachte anziehende Kraft festgelegt wird, daß die bewegliche Kernbaugruppe in Y-Richtung zur Ruhelage zurückkehrt.

Fig. 3 zeigt den Aufbau des Polstücks 3, das aus magne tischem Material mit einem Loch in der Mitte gebildet ist, in das der bewegliche Kernbolzen 4 eingefügt wird. Der Durchmes ser des Loches im Polstück ist etwas größer als der des beweg lichen Kernbolzens 4, so daß ein vierter Spalt S dazwischen gebildet wird. Da es erwünscht ist, daß der vierte Spalt S so schmal wie möglich ist, wird er kleiner als der dritte Spalt R festgelegt, zum Beispiel 1/3 bis 2/3 von R.

Das Polstück kann entweder als ein kreisförmiger Ring wie in Fig. 3A gezeigt, oder geteilt wie in Fig. 3B ausgebildet sein.

Wenn der Endbereich des beweglichen Kernbolzens 4, der in den magnetischen Ring 3 eingefügt wird, eine quadratische Form hat, um den Fluß zu erhöhen, muß die Form des Polstücks ent sprechend geändert werden.

Das Polstück 3 ist an den ersten Schenkeln des unbewegli chen Kerns 1 mit Gewindeschrauben befestigt.

Die Vorteile der elektromagnetischen Vorrichtung entspre chend der vorliegenden Erfindung lassen sich wie folgt zusam menfassen. Da die bewegliche Kernplatte nur an einer Endfläche des beweglichen Kernbolzens befestigt ist, um die bewegliche Kernbaugruppe zu bilden, ist es möglich, die gesamte bewegli che Kernbaugruppe in die elektromagnetische Spule einzubrin gen. Dies erleichtert das Zusammenbauen. Da die andere Endflä che des beweglichen Kernbolzens in das an dem unbeweglichen Kern befestigten Polstück eingeführt ist, ist weiterhin die anziehende Kraft größer als die mit einer konventionellen Vor richtung erreichbare.

Da die zweite Endfläche des beweglichen Kernbolzens nicht mit einer beweglichen Kernplatte versehen ist, ist außerdem der für die Spulenwindungen verfügbare Platz größer als bei einer konventionellen Vorrichtung. Dies wiederum erlaubt eine Erhöhung der Amperewindungszahl (magnetomotorische Kraft) der Spule, was zu einer Erhöhung der anziehenden Kraft beiträgt.

Claims

1. Polarisierte elektromagnetische Vorrichtung, umfassend
einen U-förmigen unbeweglichen Kern (1), der, einander gegenüberliegend, einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweist,
eine zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel ange ordnete elektromagnetische Spule (6),
eine bewegliche Kernbaugruppe (4, 5) mit einem riegel förmigen beweglichen Kern (4), der sich durch die Spule (6) hindurch erstreckt, und
eine Rückstellfeder (14), deren Kraft die bewegliche Kernbaugruppe (4, 5) betätigt, wenn die elektromagnetische Spule (6) nicht erregt ist, und gegen deren Kraft die beweg liche Kernbaugruppe (4, 5) betätigt wird, wenn die elektroma gnetische Spule (6) erregt ist,
gekennzeichnet durch
ein auf dem ersten Schenkel des magnetischen unbewegli chen Kerns (1) angeordnetes magnetisches Polstück (3), das mit einem Loch (20) versehen ist, in das sich der bewegliche Kern (4) bei Bewegung in Richtung des ersten Schenkels hin einschiebt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen Permanentmagneten (7) mit einem ersten und einem zweiten Pol, wobei der erste Pol in Kontakt mit einer inneren Oberfläche des unbeweglichen Kerns (1) steht,
eine Polplatte (2), die mit dem zweiten Pol in Kontakt steht und die zusammen mit dem zweiten Schenkel des unbeweg lichen Kerns (1) einen ersten Zwischenraum (P, Q) bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Kernplatte (5) an einem ersten Ende des rie gelförmigen beweglichen Kerns (4) befestigt ist und sich in den ersten Zwischenraum (P, Q) hinein erstreckt, wobei sich der riegelförmige bewegliche Kern (4) in sei ner longitudinalen Richtung zu einer ersten Position in der die bewegliche Kernplatte (5) von dem zweiten Schenkel ange zogen wird und mit ihm in Kontakt steht, verschiebt, wenn die elektromagnetische Spule (6) nicht erregt ist, und sich durch das Loch (20) des Polstücks (3) zu einer zweiten Position, in der sein zweites Ende von dem ersten Schenkel angezogen wird und mit ihm in Kontakt steht, verschiebt, wenn die elektroma gnetische Spule (6) erregt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der riegelförmige bewegliche Kern (4) mit dem Polstück (3) in dem Loch (20) einen zweiten Zwischenraum (S) bildet, wenn das zweite Ende von dem ersten Schenkel angezogen ist und mit ihm in Kontakt steht, und
daß der riegelförmige bewegliche Kern (4) mit dem ersten Schenkel einen dritten Zwischenraum (R) bildet, wenn er sich in der ersten Position befindet,
wobei der zweite Zwischenraum (S) kleiner ist als der dritte Zwischenraum (R).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine bewegliche Kernplatte (5), die an einem Ende des riegelförmigen beweglichen Kerns (4) befestigt ist und von dem zweiten Schenkel angezogen wird und mit ihm über eine Kontaktfläche, die größer ist als die Querschnittsfläche des riegelförmigen beweglichen Kerns (4) in Kontakt steht, wenn die elektromagnetische Spule (6) nicht erregt ist, wobei sich der riegelförmige bewegliche Kern (4) in das Loch (20) des Polstücks (3) hinein schiebt und von dem ersten Schenkel an gezogen wird und mit ihm in Kontakt steht, wenn die elektro magnetische Spule (6) erregt ist.