CZ2000994A3

CZ2000994A3 - Elektromagnetický akční mechanismus

Info

Publication number: CZ2000994A3
Application number: CZ2000994A
Authority: CZ
Inventors: Arend Jan Willem Lammers
Original assignee: Holec Holland N. V.
Priority date: 1997-09-18
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2000-08-16
Also published as: DK1012857T3; JP2001516941A; CA2304184A1; ATE311656T1; CA2304184C; RU2216806C2; EP1012857A1; DE69832625D1; AR020584A1; NO321950B1; HUP0003878A3; ES2252852T3; TR200000748T2; HU223167B1; CN1309812A; PL339347A1; WO1999014769A1; SK286820B6; TW393656B; KR100568906B1

Description

Elektromagnetický akční mechanismus

Oblast techniky

Vynález se týká elektrického akčního mechanismu, který pohybuje kontaktem do polohy zapnuto-vypnuto a zahrnuje kontaktní vystavovací tyč, která se může pohybovat v podélném směru mezi první polohou, odpovídající stavu vypnuto, a druhou polohou, odpovídající stavu zapnuto, dále zahrnuje jádro zhotovené ze zmagnetovatelného materiálu, které je připojeno ke kontaktní vystavovací tyči, dále zahrnuje spínací cívku spolupracující s jádrem, dále pólový nástavec zhotovený ze zmagnetovatelného materiálu, jehož čelní strana, obrácená směrem k jádru, se v první poloze kontaktní vystavovací tyče nachází v jisté vzdálenosti, vytvořené vzduchovou mezerou, od zmíněnému povrchu jádra, které se pohybuje kolmo na směr vystavování, a v druhé poloze se dostává těsně k povrchu zmíněného jádra, dále zahrnuje jádro kotvy magnetu zhotoveného ze zmagnetovatelného materiálu, které slouží k uzavření obvodu magnetického toku spínací cívky přes pólový nástavec a jádro, dále zahrnuje zařízení trvalého magnetu, které slouží k udržení kontaktní vystavovací tyče v první poloze, dále zahrnuje pružinu, která předběžně zatěžuje zmíněnou kontaktní tyč v druhé poloze směrem k první poloze.

Dosavadní stav techniky

Akční mechanismus tohoto druhuje znám z patentové přihlášky GB-SA-2,289,374. Existuje mnoho původních úvah, které jsou vzhledem k elektromagnetickým akčním mechanismům velmi důležité, a týkají se bezpečnosti spínání a životnosti vakuového spínače používaného v síti se středním napětím:

1. Sepnutí by mělo proběhnout rychle, aby při oblouku mezi kontaktními povrchy byla omezena možnost poškození mechanismu.

2. Udržení sepnutého stavu by se mělo dosáhnout dostatečně vysokým kontaktním tlakem, jelikož jinak by nadměrný kontaktní odpor vedl ke ztrátám, vlivem rozptýlení, mezi kontakty a rovněž k jejich vzájemnému svaření. Stává se to při vysokých zkratových proudech.

3. Rozpojení kontaktů se děje při vysoké úrovní impulsů, a to za účelem oddělení svařených kontaktů.

4. Rozpojení kontaktů se děje se značnou rychlostí, aby se tím omezil rozsah hoření kontaktů způsobený vzniklým elektrickým obloukem.

5. Z důvodu provozní spolehlivosti hnacího mechanismu by se mělo uvažovat o co nejmenším množství zúčastněných komponent. K selhání spínače obecně přispívá selhání hnacího mechanismu.

6. Pro maximální využití dostupné spínací kapacity je někdy vhodné realizovat rozpojení v konkrétním bodě voltampérové charakteristiky.U třífázového systému se body rozpojení mohou lišit u každé fáze, přičemž vzor spínání se rovněž může měnit v každý okamžik v závislosti na podmínkách.

V minulosti bylo prvních pět uvedených bodů splněno mechanickými systémy, které pracovaly na základě energie pružin. Tyto systémy rovněž umožňovaly dosažení konstantních časů zpoždění. Nicméně u nich ještě docházelo příležitostně k selhání.

Zmíněná britská patentová přihláška se týká bistabilního akčního mechanismu, který pracuje se sestavou permanentních magnetů, cívkou a pružinou. Jakmile se do cívky zavede proud, kontakt se pohybuje do uzavřeného nebo sepnutého stavu. Pole cívky generované proudem je orientováno do stejného směru jako magnetické pole permanentního magnetu. Celková magnetická síla snadno vyvolává buzení, přitom je zapotřebí pouze malý proud k tomu, aby se kontakty dostaly do stavu sepnuto. Ve stavu sepnuto je pružina stlačená a kontaktní vystavovací tyč je udržovaná v dané poloze pomocí permanentních magnetů. Pole permanentních magnetů vyvolává sílu působící na kontaktní vystavovací tyč, která je větší než síla pružiny a je orientována proti síle pružiny. Po dosažení stavu, ve kterém jsou kontakty sepnuty, může se proud procházející cívkou přerušit.

Aby se kontakty mohly posunout do stavu sepnuto nebo rozpojeno, zavede se do cívky impuls elektrického proudu, který vyvolá pole, které směřuje proti poli permanentních magnetů. Síla působící na kontaktní vystavovací tyč, která byla vyvolaná polem permanentních magnetů je tím částečně omezena, takže kontaktní vystavovací tyč je jednak tlačena energií pružiny do polohy rozpojeno, a kromě toho její působení je zpomaleno zbytkovou silou generovanou permanentními magnety.

Z těchto důvodů známé akční mechanismy nesplňují požadavky vynálezce na to, aby rozpojení probíhalo rychle. Může se to připsat na vrub skutečnosti, že magnetický tok, při pohybu kontaktů do polohy rozpojeno, je snižován příliš pomalu v době, kdy jsou kontakty ve stavu sepnuto,

-3 V

Cas sepnutí akčního mechanismu je definován jako čas od počátku buzení spínací cívky až do okamžiku ve kterém se kontakty aktivované akčním mechanismem dostanou do vzájemného kontaktu. V případě akčního mechanismu pro aktivaci kontaktů, které jsou vhodné pro spínání vysokých výkonů, má zmíněný čas sepnutí velmi velkou hodnotu a není reprodukovatelný. Vlivem vysoké vlastní indukce spínací cívky akčního mechanismu proud stoupá k maximálně dosažitelné hodnotě jen zvolna. Je-li v době narůstání proudu tažná síla akčního mechanismu dostatečně velká k tomu, aby překonala opačnou sílu přítomnou ve stavu vypnuto (jako výsledek, mimo jiného, tření, pružiny vypínání, teploty atd ), začíná se pohyblivá část akčního mechanismu, to znamená kontaktní vystavovací tyč, pohybovat. Okamžik, kdy tomu dojde závisí, mimo jiného, na tolerancích intensity proudu a na tření.

Čas sepnutí, to je moment od kterého je zapnut proud, až do okamžiku kdy se kontakty skutečně uzavřou, se velmi těžko předvídá a proto je proměnný a nelze ho reprodukovat.

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je poskytnout akční mechanismus typu, který byl zmíněn v úvodní části, u kterého se autoři vyhnuly zmíněným problémům, a to pomocí prostředků, které jsou schopné spínače vypnout velmi rychle, zapnout spínače v ovládaném okamžiku, a pokud by se to požadovalo, udržet vakuové spínače ve dvou stabilních stavech.

Tohoto cíle je dosaženo, podle prvního aspektu tohoto vynálezu, tím, že je zařazena vypínací cívka, která je, pro účely pohybu kontaktní-vystavovací tyče z druhé polohy do první polohy, buzena tak, aby eliminovala magnetické pole zařízení permanentního magnetu, a to alespoň dočasně, a aby se obvod magnetického toku zařízení permanentního magnetu oddělil od obvodu spínací cívky.

Následkem toho, že magnetický obvod permanentního magnetu a magnetický obvod spínací cívky jsou od sebe odděleny, dráha toku permanentních magnetů může být kratší a tím mohou být menší i magnety. Tím, že jsou magnety menší, jejich vliv při vypínání trvá kratší dobu , a tím se dosahuje větší vypínací rychlosti. Kromě toho, zmíněné oddělení drah toku umožňuje, aby se spínací cívka využívala optimálně. Navíc se, podle tohoto vynálezu, ve stavu zapnuto získává větší zadržovací síla.

Je nutné poznamenat, že mezinárodní patentová přihláška WO 95/07542 popisuje bistabilní elektromagnetický akční mechanismus, u kterého se používá permanentní magnet, pohyblivé jádro a dvě cívky. Tento akční mechanismus má rovněž nevýhodu v tom, že je • · • · • · • · · · fc·· fcfc fc

magnetický tok vždy uzavřen přes permanentní magnet, který funguje jako vzduchová mezera pro pole vycházející z cívek. Výsledkem je, že toto známý akční mechanismus není dostatečně účinný.

Další vylepšení a provedení prvního aspektu tohoto vynálezu jsou popsány v závislých nárocích.

Druhý aspekt tohoto vynálezu se týká elektromagnetického akčního mechanismu určeného k pohybu kontaktu do stavu zapnuto nebo vypnuto, který zahrnuje kontaktní vystavovací tyč, která se může přemístit v podélném směru mezi první polohou, odpovídající stavu vypnuto, a druhou polohou, odpovídající stavu zapnuto, dále zahrnuje jádro vyrobené ze zmagnetovatelného materiálu, které je připojeno ke kontaktní-vystavovací tyči, dále zahrnuje spínací cívku, která spolupracuje s jádrem, dále pólový nástavec zhotovený ze zmagnetovatelného materiálu, jehož čelní strana směřuje směrem k jádru , a to v první poloze kontaktní-vystavovací tyče, a je od povrchu jádra, které se pohybuje kolmo na měr přesunu, vzdáleno na hodnotou vzduchové mezery, přitom se v druhé poloze dostává co nejblíže k povrchu jádra, dále zahrnuje jádro kotvy magnetu zhotovené ze zmagnetovatelného materiálu, které slouží k uzavření magnetického toku spínací cívky přes pólový nástavec a jádro, přičemž je charakteristické tím, že se přítomné uzamykací zařízení na kontaktní vystavovací tyči pohybuje do uzamčeného stavu v okamžiku, kdy kontaktní vystavovací tyč zaujme první polohu, přitom k uvolnění dochází po předem stanovené době, po kterou se dodává do spínací cívky proud, přičemž tato doba je delší než doba vzrůstu síly na kontaktnívystavovací tyči, která se požaduje k překonání opačné síly vyskytující se v první poloze kontaktní vystavovací tyče.

Vynález je založen na uzamčení pohyblivé části, konkrétně kontaktní vystavovací tyče akčního mechanismu v první poloze, což se projevuje tím, že proud ve spínací cívce může narůstat, a to až do okamžiku, kdy intenzita tohoto proudu je dostatečná k zahájení pohybu pohyblivé části ihned po odemčení uzamykacího zařízení. Okamžik začátku pohybu je pak určen nikoliv intenzitou proudu ve spínací cívce, ale spíše odemčením uzamykacího zařízení.

Další zlepšení a provedení tohoto vynálezu jsou popsána v závislých nárocích.

kterých:

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude dále popsán mnohem podrobněji s odvoláním na přiložené výkresy, na • ·

4 · · • 44

-5• 4 444 obr. 1 znázorňuje řez podél osy vystavovací tyče akčního mechanismu podle tohoto vynálezu, a to u spojených kontaktů ve stavu vypnuto, obr. 2 znázorňuje boční pohled na akční mechanismus ve zmíněném stavu vypnuto, obr.3 znázorňuje příčný řez akčním mechanismem ve stavu zapnuto, obr.4 znázorňuje boční pohled na akční mechanismus z obr.3, obr.5 znázorňuje řez podél osy vystavovací tyče u provedení akčního mechanismu podle tohoto vynálezu, a to u spojených kontaktů ve stavu vypnuto, a dále s elektromagnetickým uzamykacím zařízením, obr.6 znázorňuje boční pohled na akční mechanismus z obr.5 ve stavu vypnuto, obr. 7 znázorňuje příčný řez jiným provedením akčního mechanismu podle tohoto vynálezu, a to ve stavu zapnuto a s mechanickým uzamykacím zařízením, obr. 8 znázorňuje boční pohled na akční mechanismus z obr. 7, obr. 9 znázorňuje graf spínacího proudu jako funkci času, a to u známého akčního mechanismu a akčního mechanismu podle tohoto vynálezu

Příklady provedení vynálezu

Provedení akčního mechanismu podle tohoto vynálezu a znázorněného na obrázcích, zahrnuje kontaktní-vystavovací tyč I, která může pohybovat kontaktem 2_do uzavřeného nebo zapnutého stavu (obr.4) a do otevřeného nebo vypnutého stavu (obr.2), Pro tento účel je kontaktní-vystavovací tyč je namontována tak, aby se mohla přesunovat v podélném směru mezi první polohou kontaktu 2, odpovídající stavu vypnuto, a druhou polohou kontaktu 2, odpovídající stavu zapnuto. U tohoto provedení je kontakt 2 uložen v tzv. „vakuové láhvi:“.

Kromě toho je do akčního mechanismu zařazena pružina 3, která je u kontaktů ve stavu zapnuto stlačena, přitom tlačí jednotlivé kontaktní kusy kontaktu 2 proti sobě, a to za účelem získání požadovaného kontaktního tlaku. Kromě toho, kontaktní stlačovací pružina 3, je-li kontakt 2 ve stavu zapnuto, působí na vystavovací tyč 1 stálou zátěží, a to ve směru její první polohy.

Jádro 4, které spolupůsobí se sestavou spínacích cívek 5_, je připojeno ke kontaktní vystavovací tyči I. Cívky 5 obklopují jádro a pólový nástavec 6. Jádro a pólový nástavec jsou vyrobeny ze zmagnetovatelného materiálu V první poloze, to znamená, je-li kontakt 2 v poloze vypnuto (obr,l), je mezi povrchy jádra 4 a pólového nástavce 6, které jsou obráceny k sobě, vzduchová mezera di . Jestliže se má akční mechanismus pohybovat ze stavu vypnuto, první poloha kontaktní vystavovací tyče 1 (obr. 1), do stavu zapnuto, druhá poloha ·· 4444 ·· ···· ·· ·«

4 4 ··· ···· • · ··* 4 · ··· 4 4 4 « , ·· · · · · ·»····

- 6 - · · · ·· · · · · 4 ·· ··· 44 444 ·· ·» kontaktní vystavovací tyče I (obr. 3), je sestava cívek 5_ buzena po krátkou dobu s tím výsledkem, že se jádro 4 pohybuje směrem dopředu k pólovému nástavci 6 až do okamžiku, kdy se k sobě obrácené povrchy jádra a pólového nástavce dostanou k sobě co nejblíže. Výsledkem je, že předem zatížená pružina 3 je dále zatěžována (obr.4).

Jelikož úvahy o energetické účinnosti vedly ke krátkodobému buzení, měla by se vystavovací tyč držet v druhé poloze proti síle kontaktní stlačovací pružiny 3. K tomuto účelu se poskytuje zařízení permanentního magnetu, které v zobrazeném provedení zahrnuje permanentní magnety 7. Severojižní orientace permanentních magnetů probíhá příčně vůči ose vystavovací tyče 1. Permanentní magnety 7 spolupůsobí s kotvou 8, která u zobrazeného provedení zahrnuje dva prvky kotvy 9, které jsou orientovány příčně k ose vystavovací tyče a jsou vyrobeny ze zmagnetovatelného materiálu. Obr.3 znázorňuje vystavovací tyč drženou ve stavu zapnuto, druhá poloha vystavovací tyče I, a to pomocí přitažlivosti mezi magnetem 7 a prvky kotvy 9. Na obr.3 je obvod II připojeného magnetického toku schematicky znázorněn nepřerušovanou čárou, která je z důvodu jasnosti nakreslena pouze u pravého permanentního magnetu 7. Obvod magnetického toku cívek 5 je schematicky znázorněn pouze na pravé straně čárou I. Části jádra kotvy magnetu, které budou popsány později, zajišťují uzavření magnetických toků I a Π,

Je jasné, že obvody magnetických toků I a II spínacích cívek 5 a permanentního magnetu 7, jsou od sebe odděleny.

Permanentní magnety jsou rozmístěny tak, že jejich přitažlivá sílaje zanedbatelná dokonce i při vzduchové mezeře která je menší jak 0,5 mm. Výsledkem je, že neovlivňují pohyb akčního mechanismu do polohy vypnuto.

Oproti známých akčním mechanismům, přidržovací systém akčního mechanismu, podle tohoto vynálezu, kterému se dává přednost, zahrnuje permanentní magnety 7, přičemž prvky kotvy 9jsou zhotoveny takovým způsobem, že tok permanentních magnetů dvakrát křižuje efektivní vzduchovou mezeru (obvod toku II) . Výsledkem je skutečnost, že získaná přidržovací síla má dvakrát vyšší hodnotu. Při vypnutí má přidržovací síla, jako taková, nepříznivý účinek na pohyb do polohy vypnuto. U této konstrukce dvojitá vzduchová mezera znamená, že síla, kterou permanentní magnety při vypínání působí na kotvu, se při zvětšování vzduchové mezery velmi rychle zmenšuje, a tím nepříznivý vliv rychle mizí.

Obvod magnetického toku I spínací cívky 5 prochází jádrem 4, pólovým nástavcem 6 a jádrem kotvy 10.

Zařízení permanentního magnetu rovněž zahrnuje prvky vedení toku 11,12 , které vedou magnetický tok prvkem kotvy 9.

9999

9

999

9

-799 999

9 « »

Přednost se dává tomu, aby jádra kotvy 10 a prvky vedení toku 11. 12 byly vyrobeny jako jednotlivé entity, čímž se vyloučí potřeba spojení mezi vzduchovými mezerami di a d2 . Kromě toho, jádro 4 a prky kotvy 9 zahrnují samostatnou jednotku, přičemž jádro a prvek kotvy jsou spojeny pomocí spojovacího kusu 13. Tento spojovací kus 13 má menší příčný rozměr než jádro 4 a prvky kotvy 9.

Akční mechanismus se vypíná pomocí vypínací cívky 14, která je umístěná tak, že po nabuzení působí magnetické pole, které je generováno jako výsledek tohoto buzení, proti magnetickému poli permanentních magnetů.

Buzení ve formě impulsů je již dostatečné. Vypínací energie je poskytována uvolňováním pružiny kontaktu 3, a pokud je to přijatelné, další vypínací pružinou.

U znázorněného provedení je zařazen bočník 15, s jehož pomocí lze zefektivnit přidržovací sílu přidržovacího systému a citlivost vypínací cívky 6 (dráha toku ΠΙ). Je nutné poznamenat, že existující akční mechanismy mají nadměrně pomalé vypínání. Je to dáno kompromisem mezi efektivností využívání magnetických obvodů, vzduchových mezer a rozptylu toku, a použitím permanentních magnetů a počtem ovládacích cívek. Tyto nedostatky jsou zde řešeny. Výhody elektromagnetického bistabilního akčního mechanismu podle tohoto vynálezu jsou následující:

1. Vysoká přidržovací síla ve stavu zapnuto.

2. Vysoká vypínací rychlost.

3. Optimální využití permanentního magnetu vlivem oddělených magnetických obvodů, použití dvojitých vzduchových mezer pro obvod permanentního magnetu.

Druhý aspekt tohoto vynálezu je vysvětlen na základě použití bistabilního akčního mechanismu znázorněného na obr.5-8. Je nutné zdůraznit, že se tento vynález může použít u každého typu akčního mechanismu.

Provedení akčního mechanismu, podle tohoto vynálezu, zahrnuje kontaktní vystavovací tyč 1 která je schopná pohybovat kontaktem 2 do stavu zapnuto (zavřený stav) (obr.8) nebo vypnuto (otevřený stav) (obr.6). Pro tento účel je kontaktní vystavovací tyč namontována tak, aby byla schopna přesunu v podélném směru, a tím se mohla pohybovat mezi první polohou, odpovídající u kontaktu 2 stavu vypnuto, a druhou polohou, odpovídající u kontaktu 2 stavu zapnuto. U tohoto provedení je kontakt zabudován do tzv. „vakuové láhve“. Akční mechanismus zahrnuje pružinu kontaktu 3 , která je při stavu zapnuto (obr.8) stlačená, čímž díly kontaktu 2 tlačí proti sobě, aby se tím získal požadovaný kontaktní tlak. Kontaktní pružina 3 , ve stavu kontaktu 2 zapnuto, působí tlakem na vystavovací tyc i ve směru první polohy.

·· ···· • 4 • 4 44

-84 · · » · 4 • 4 444 •4 4444

4 4

4 444 • 4 4

4 4

4 4 44

Jádro 4, které spolupůsobí se sadou spínacích cívek 5, je připevněno ke kontaktní vystavovací tyči I. Cívky 5 obklopují jádro a pólové nástavce 6. Jádra a pólový nástavec jsou vyrobeny ze zmagnetovatelného materiálu. V první poloze, to znamená ve stravu kontaktu 2 vypnuto (obr.5), povrchy jádra 4 a pólových nástavců 6, které jsou obráceny směrem k sobě, mají mezi sebou vzduchovou mezeru di . Má-li se akční mechanismus pohybovat ze stavu vypnuto, první poloha kontaktní vystavovací tyče i (obr.5), dostavu zapnuto, druhá poloha kontaktní vystavovací tyče 1 (obr.7), je sada cívek 5 krátce buzena s výsledkem, že se jádro 4 pohybuje směrem k pólový nástavcům 6 až do okamžiku, kdy se k sobě obrácené povrchy jádra a pólových nástavců 6 dostanou co nejblíže. Výsledkem je, že předem zatížení pružina 3 je dále zatěžována (obr. 8).

Jelikož úvahy o energetické efektivnosti vedly k výběru krátké doby buzení, musí se vystavovací tyč přidržet v druhé poloze, a to proti síle pružiny 3. Pro tento účel je mechanismus vybaven permanentním magnetem, který u zobrazeného provedení zahrnuje permanentní magnety 7. Severojižní orientace těchto permanentních magnetů probíhá v příčném směru k ose vystavovací tyče 1. Permanentní magnety 7 spolupůsobí s kotvou 8, která u zobrazeného provedení zahrnuje dva prvky kotvy 9, orientované příčně vůči ose vystavovací tyče, a jsou rovněž vyrobeny ze zmagnetovatelného materiálu. Podle obr.7 je vystavovací tyč držena ve stavu zapnuto, druhá poloha vystavovací tyče 1 (obr. 7), a to pomocí přitažlivosti mezi magnetem 7 a prvky kotvy 9. Na obr. 7 je připojený obvod II magnetického pole znázorněn plynulou čárou , a je z důvodu zjednodušení nakreslen jen u pravého permanentního magnetu 7. Obvod magnetického toku cívek 5 je znázorněn pouze na pravé straně čárou I. Části jádra kotvy magnetu, které budou popsány později, zajišťují, že obvody I, II magnetického toku jsou uzavřeny.

Je zřejmé, že obvody I, H magnetického toku spínacích cívek 5 a permanentního magnetu, jsou od sebe zcela odděleny.

Permanentní magnety jsou rozmístěny tak, že je jejich přitažlivá díla zanedbatelná, a to dokonce i se vzduchovou mezerou menší než 0,5 mm. Výsledkem je, že neovlivňují pohyb akčního mechanismu do stavu vypnuto. Oproti známým akčním zařízením, přidržovací systém akčního mechanismu podle tohoto vynálezu a u provedení, kterému se dává přednost, zahrnuje permanentní magnety 7 a prvky kotvy 9 , a je vytvořen tak,, že tok permanentních magnetů dvakrát prochází přes účinnou vzduchovou mezeru (obvod II toku). Výsledkem je získání dvojnásobné přidržovací síly. Při vypínání má přidržovací síla nepříznivý vliv na pohyb do stavu vypnuto. U této konstrukce dvojitá vzduchová mezera znamená, že síla, φφ φφφφ φ φ φ φ φφφφ φ φ φ φ φ · φφ φφφ φφ φφ φ * φ φ φ φ φ · φ · φ φ • φ φ φ • φ φ φ

-9ΦΦ φφφφ • ♦ φ φ φ φ φφ φ φ · · • φ φ φφ ··· kterou permanentní magnet při vypínání působí na kotvu se velmi rychle zmenšuje (při zvětšování vzduchové mezery), takže nepříznivý vliv velmi rychle mizí.

Obvod I magnetického toku spínacích cívek 5 probíhá jádrem 4, pólovým nástavcem 6 a jádrem kotvy 10.

Zařízení permanentního magnetu rovněž zahrnuje prvky vedení toku H, 12, které vedou magnetický tok směre ke kotvě a přes prvek kotvy 9.

Přednost se dává tomu, aby jádro kotvy a prvky vedení toku 11,12 byly vyrobeny jako samostatné entity, čímž mizí potřeba spojení mezi vzduchovými mezerami di a d2 .

Kromě toho, jádro 4 a prvky kotvy 9 zahrnují samostatnou jednotku, kdy jádro a prvek kotvy jsou spojeny pomocí spojovacího kusu 13. Tento spojovací kus 13 má menší příčný rozměr než jádro 4 a prvky jádra 9.

Akční mechanismus se vypíná pomocí vypínací cívky 14, která je umístěná tak, že po vybuzení působí generované výsledné magnetické pole proti magnetickému poli permanentních magnetů. Impulsní.buzení jejíž dostačující. Energie vypínání je dána uvolněním pružiny kontaktu 3 , a pokud je to žádoucí, i další vypínací pružinou.

Na obr. 9 je spínací proud I známého akčního mechanismu vyznačen podél ordináty a čas t je vyznačen podél úsečky.

V čase to je ke kontaktům spínací cívky přivedeno napětí, přičemž spínací proud procházející spínací cívkou se zvyšuje zvolna, tak jak je to znázorněno nepřerušovanou čárou, a to do okamžiku, kdy spínací proud I v čase ti dosáhne úrovně li jejíž hodnota je spojena se silou opačného směru (která se má překonat) v době, kdy je akční mechanismus ve stavu vypnuto, a to s cílem pohybovat akčním mechanismem do stavu zapnuto. V čase ti začíná zapínací pohyb kontaktů aktivovaný akčním mechanismem, jehož kontakty se právě dostaly do vzájemného styku v čase Í2 . Po čase Í2 se začíná spínací proud Lopět zvyšovat na maximální hodnotu. Síla působící v opačném směru závisí, mimo jiné, na následujících faktorech: na tření v akčním mechanismu a na rozpínací pružině, přičemž tyto faktory jsou náchylné ke změnám, zvláště při změnách teploty.

Zmíněné vlivy mohou způsobit zvýšení hodnoty opačné síly, odpovídající hodnotě I₂ spínacího proudu. Po zavedení napětí na spínací cívku v čase t₀ se spínací proud začne opět zvyšovat tak, jak je to naznačeno nepřerušovanou čárou a bude se dále zvyšovat podle tečkované čáry. Úrovně I2 buded dosaženo při hodnotě času Í3 , po které začne pohyb akčního mechanismu do stavu zapnuto. V čase ts se kontakty, které se mají aktivovat akčním mechanismem, dostanou do styku. Čas sepnutí, který je spojený s proudem li se proto rovná hodnotě Í2 -to, zatímco v případě hodnoty I2 , se čas sepnutí rovná ts -to , čímž se čas sepnutí φφ φφφ· φ φ • φφφ

-10•Φ φφφφ • · φ φ • · φ φφ φ

9 9 9 9 9 • 9 9 9 9

ΦΦΦ ΦΦ φφφ • Φ ΦΦ • · Φ · • · Φ 9

9 9 9

9 9 9 může měnit a není reprodukovatelný. Navíc, napětí spojené s časem sepnutí se může rovněž měnit, takže při nižší hodnotě napětí spínací proud sleduje, podle příkladu, křivku vyznačenou čárkovaně. Z uvedeného grafu je vidět, že při prahové hodnotě L se začíná akční mechanismus pohybovat do stavu zapnuto v čase U , zatímco při prahové hodnotě I₂ tento pohyb do stavu zapnuto nastane v čase té . Zdá se, že čas sepnutí akčního mechanismu rovněž závisí na značném rozsahu spínacího napětí.

Relativně vysoká změna času sepnutí při malých změnách prahové hodnoty a/nebo přivedeného napětí, sloužícího k sepnutí akčního mechanismu, je redukována skutečností, podle tohoto vynálezu, že se použije uzamykací zařízení 16, které funguje na kontaktní vystavovací tyči I. Uzamykací zařízení se pohybuje do stavu uzamčeno tehdy, když vystavovací tyč zaujme první polohu, která u akčního mechanismu odpovídá stavu vypnuto. Jestliže je spínací napětí (nebo proud) sepnuto, zůstává uzamykací zařízení 16 ve stavu uzamčeno, a to až do uplynutí předem stanovené doby od okamžiku sepnutí spínacího proudu. Tato doba je větší než doba nárůstu síly působící na kontaktní vystavovací tyč, která je potřebná k překonání opačné síly vyskytující se v první poloze kontaktní vystavovací tyče L Jinými slovy, tato doba je například větší než U -to , kde té je maximální doba, kterou je možné očekávat při kumulativním působení vzájemně se zesilujících vlivů.

Tato doba může být stanovena jako funkce spínacího proudu a vyprší tehdy, když proud procházející spínací cívkou dosáhne hodnoty, která je vyšší než hodnota potřebná k překonání opačné síly vyskytující se v první poloze kontaktní vystavovací tyče 1. Začátek pohybu do stavu zapnuto je proto závislý na měnící se opačné síle akčního mechanismu, který se nachází ve stavu vypnuto. U jiného provedení má tato doba nezávislou pevnou hodnotu trvání, která je větší než t₆ -to, Kde je t>tó, I větší, a proto i síla je větší. Při srovnání se situací bez použití uzamykání stačí použít menší spínací cívku, jelikož spínací cívka je lépe využívána.

Chování stavu zapnuto při odemčení je vidět v pravé části křivky na obr.9, ke je odemykací impuls emitován v čase ti o , kde ti i -ti o je čas odezvy sepnutí při odemykání.

Čas odezvy je mnohem kratší a mnohem reprodukovatelnější než čas odezvy v případě akčního mechanismu bez odemykání. Spínací doby ti ₂ a ti ₂ ’, spojené s proudy spínací cívky, které se mění vlivem tolerancí, leží mnohem blíže k sobě, než je tomu u t₂ a Í5 , které představují spínací doby bez uzamykání.

Obr. 5 a 6 znázorňují elektromagnetickou verzi uzamykacího zařízení 16, zatímco obr.7 a 8 zobrazují mechanickou verzi tohoto zařízení.

0000 • 0 • 000

0000 • · • 0·0

- 11 0 0 0 0 0 0 00 000

00

0 0 0

0 0 · •0 000 00 0 0 0 0 0 0 0 0 ·· 000 00 00

Uzamykací zařízení 16 na obr.5 a 6 zahrnuje permanentní magnet 17, který je umístěný v pevné poloze, tak jak je to znázorněno šrafovanou plochou. V poloze vypnuto na obr.5 a 6 se prvek kotvy 9 nachází proti pólovým destičkámlj, takže ve stavu vypnuto je magnetický obvod permanentního magnetu uzavřen přes pólové destičky 18 a prvek kotvy 9. Výsledkem je, že je prvek kotvy držen na místě, stejně jako připojené jádro 4 a kontaktní vystavovací tyč 1. Uzamykací zařízení zahrnuje, kromě jiného, cívku 19 s vinutím 20, přitom jádro cívky se nachází proti pólovým destičkám 18.

Po zavedení proudu do spínacích cívek 5 je akční mechanismus držen ve stavu vypnuto (obr.5 a 6), a proto je i kontaktní vystavovací tyč I držena v první poloze, přičemž kontakty 2, aktivované zmíněnou tyčí, zůstávají oddělené. Po zapnutí proudu proud ve spínací cívce 5 vzrůstá. Akční mechanismus i tehdy, když opačně působící síla vzrůstá, zůstává ve stavu vypnuto, a to do okamžiku (po předem stanovené době sledující čas sepnutí spínacího proudu), kdy je proud zaveden do vinutí 20 cívky 19, kdy má tento proud takovou velikost a směr, že pole permanentního magnetu 17 je eliminováno. Pod vlivem spínacího proudu spínacích cívek 5, se může kontaktní vystavovací tyč I pohybovat do stavu akčního mechanismu zapnuto, ve kterém je kontakt 2 uzavřen. Stav akčního mechanismu zapnuto, s uzavřeným kontaktem 2 , je znázorněn na obr.7 a 8. Tyto obrázky znázorňují akční mechanismus s mechanickým uzamykacím zařízením. Délka času se vybírá tak, aby byla delší, než délka času narůstání tažné síly akčního mechanismu, při kterém se pohyblivé díly akčního mechanismu začínají pohybovat. Časová délka se může odvodit z hodnoty spínacího proudu, nebo může mít pevnou hodnotu.

Mechanické uzamykací zařízení 16 z obr.7 a 8 zahrnuje dva uzamykací prvky, které do sebe v první poloze kontaktní vystavovací tyče 1 zapadají a drží kontaktní vystavovací tyč pevně v této poloze. Jeden uzamykací prvek je tvořen (u provedení na obr.7 a 8) úchytkou 21, která je připevněná k prvku kotvy 9. Druhý uzamykací prvek má v tomto případě podobu příchytky 22, která se může otáčet okolo čepu 23. Příchytka 22 je předen zatížena ve znázorněné poloze tlačnou pružinou 24. Poloha příchytky 22 se může měnit pomocí ovládacího zařízení, které je v tomto případě vytvořeno schematicky zobrazeným pomocným akčním mechanismem.

Jestliže se akčním mechanismem pohybuje do stavu vypnuto tím, že se do vypínací cívky 14 zavede proud, úchytka 21 a příchytka 22 do sebe zapadnou, a to pomocí hákovitého volného konce úchytky a příchytky. Jestliže se do spínací cívky 5 zavede proud s cílem zapnout akční mechanismus, spojení mezi úchytkou a příchytkou 21,22 se udrží do doby, kdy se na pomocný akční mechanismus 25 zavede napětí nebo proud, a to s cílem umožnit

- 12• fl ···· • flfl • · · ·♦ • · · · • · · ·· ··· ·· ···· • » · • · ·Α· fl · · • · · ·· «flfl • · · · • flfl · • flfl fl • · flfl fl • flfl · • fl ·· příchytce 22 otočit se doprava, až se úchytka 21 uvolní. Tato konstrukce uzamykacího zařízení 16 u akčního mechanismu rovněž udržuje stav vypnuto do doby, kdy po uplynutí jistá doby, která je větší než čas narůstání síly na kontaktní vystavovací tyč I, která je potřebná k překonání opačně působící síly, která se vyskytuje v první poloze kontaktní vystavovací tyče.

Zde může být zmíněný časový úsek rovněž odvozen od proudu dodávaného do spínací cívky, nebo může mít nezávislou a pevnou hodnotu.

Ovládací proud pro pomocný akční mechanismus 25 nebo vinutí 20 cívky 19 může být odvozen použitím komparátoru (není znázorněn), u kterého je spínací proud přiveden na jeden vstup komparátoru, zatímco porovnávací proud je přiveden na druhý vstup, přičemž porovnávací proud je větší než je hodnota potřebná k překonání opačně působící síly v první poloze kontaktní vystavovací tyče 1. Ovládací proud pro pomocný akční mechanismus 25 nebo vinutí 20 cívky 19, volitelně po zesílení nebo zpracování, může být přiveden na výstup komparátoru.

U provedení s pevným časovým úsekem lze použít časový spínač (není zobrazen) s předem nastavenou pevnou časovou hodnotou, jejíž délka se může zvolit v souladu sjiž uvedenými úvahami. Časový spínač se uvede v činnost tehdy, když spínací proud pro spínací cívku je zapnut, přičemž konec časového úseku se může dokonce nacházet až za okamžikem, ve kterém spínací proud dosáhl maximální hodnoty.

Claims

1. Elektromagnetický akční mechanismus sloužící k pohybu kontaktu /2/ do stavu zapnuto nebo vypnuto zahrnuje kontaktní vystavovací tyč /1/, kterou lze přemístit v podélném směru mezi první polohou, která odpovídá stavu vypnuto, a druhou polohou, která odpovídá stavu zapnuto, dále zahrnuje jádro /4/ vyrobené ze zmagnetovatelného materiálu a je připevněno ke kontaktní vystavovací tyči /1/, dále zahrnuje spínací cívku /5/, která spolupůsobí s jádrem /4/, dále zahrnuje pólový nástavec /6/ zhotovený ze zmagnetovatelného materiálu, a jehož čelní strana obrácená k jádru /4/, v první poloze kontaktní vystavovací tyče /1/, je umístěna na vzdálenost vzduchové mezery /di / od toho povrchu jádra /4/, který je orientován kolmo na směr přemístění, a v druhé poloze se nachází co nejblíže k zmíněnému povrchu jádra, dále zahrnuje jádro kotvy magnetu /10/ zhotovené ze zmagnetovatelného materiálu a sloužící k uzavření obvodu magnetického toku spínací cívky pólovým nástavcem /6/ a jádrem 4, dále zahrnuje zařízení permanentního magnetu /8/, které slouží k udržení kontaktní vystavovací tyče /1/ v první poloze, dále zahrnuje pružinu /3/, která předem zatěžuje kontaktní vystavovací tyč v její druhé poloze a směrem k první poloze, přičemž je charakteristické tím, že je přítomna vypínací cívka, kteráje z důvodu pohybu kontaktní vystavovací tyčí /1/ z druhé polohy do první polohy buzena, a to s cílem alespoň dočasně eliminovat magnetické pole zařízení permanentního magnetu, a dále je charakteristické tím, že obvod magnetického toku zařízení permanentního magnetu je od spínací cívky /5/ oddělen.

2. Akční mechanismus podle nároku 1,vyznačující se tím, že prvek kotvy /9/ se pohybuje příčně k ose kontaktní vystavovací tyče /1/ a je vyroben ze zmagnetovatelného materiálu, je připojen ke kontaktní vystavovací tyči, přičemž zařízení permanentního magnetu zahrnuje prvky vedení toku /11, 12/, které vedou magnetický tok směrem do a přes prvek kotvy /9/.

3. Akční mechanismus podle nároku 1 nebo 2, v y z n a č u j í c í se t í m , že zařízení permanentního magnetu zahrnuje alespoň jeden permanentní magnet ΙΊΙ, který je uspořádán tak, že jeho severojižní orientace je příčná vůči ose kontaktní vystavovací tyče /1/, dále se vyznačuje tím, že prvky vedení toku /11,12/ jsou umístěny na straně severního pólu a jižního pólu magnetu /7/, přičemž prvky mají povrchy, které jsou kolmé k ose kontaktní vystavovací tyče /1/, která se v první poloze nachází ve vzdálenosti vzduchové

00 000· • 0 0 • 0 0 00 • 0 0 • 0 0

00 000 •0 0000

0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 ·

0· 000

- 14„3JJtoo© • 0 · 0 0 0 0 0 0 0 0 0 • ·· 0 mezery /d₂ / od prvku kotvy /9/, a která se v druhé poloze nachází proti zmíněnému prvku, a dále tím, že vypínací cívka /14/je umístěna v rovině kolmé k ose kontaktní vystavovací tyče /1/, a na té straně prvků vedení toku (11, 12/, které leží proti prvku kotvy /9/, kde vnitřní povrch vypínací cívky /14/ se nachází v jedné řadě se stranou permanentního magnetu ΠΙ, který je orientován směrem ke kontaktní vystavovací tyči /1/.

4. Akční mechanismus podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že jádra kotvy magnetu /10/ spínacích cívek a prvky vedení toku /11,12/ zařízení permanentního magnetu tvoří samostatnou jednotku.

5. Akční mechanismus podle nároku 2,3 nebo 4, vyznačující se tím, že jádro /4/ a prvek kotvy /9/ sestává ze samostatné jednotky, přičemž jádro a prvek kotvy spojuje spojovací kus /13/.

6. Akční mechanismus podle nároku 5, vyznačující se tím, že spojovací kus /13/ má menší příčný rozměr než jádro /4/ a prvek kotvy /9/.

7. Akční mechanismus podle nároku 4, 5 nebo 6, vyznačující se tím, že nachází-li se kontakt /2/ ve stavu zapnuto, vzduchová mezera /di / mezi jádrem /4/ a pólovým nástavcem /6/ je minimální, ale není nulová.

8. Akční mechanismus podle nároku 2až 7, vyznačující se tím, že magnetický bočník /15/je uložen v obvodu magnetického toku /11/ permanentního magnetu.

9. Akční mechanismus podle jednoho z nároků 1 až 5, v y z n a č u j í c í se t í m , že pružina je alespoň částečně vytvořena z kontaktní tlačné pružiny.

10. Elektromagnetický akční mechanismus pro pohyb kontaktu /2/ do stavu zapnuto nebo vypnuto zahrnuje kontaktní vystavovací tyč /1/, kterou lze přemístit v podélném směru mezi první polohou, která odpovídá stavu vypnuto, a druhou polohou, která odpovídá stavu zapnuto, dále zahrnuje jádro /4/vyrobené ze zmagnetovatelného materiálu a je připevněno ker kontaktní vystavovací tyči /1/, dále zahrnuje spínací cívku /5/, která spolupůsobí s jádrem /4/, dále zahrnuje pólový nástavec /6/ zhotovený ze

-15................íjteoo -W/ • · · ··· ·»*· * * · ·· ♦ · ··» · « · * ·· ··♦· ·««·»* • · · ·· · *··· ·· ··· ·· ··· ·· ·» zmagnetovatelného materiálu, a jehož čelní strana obrácená k jádru /4/ v první poloze kontaktní vystavovací tyče /1/, je umístěna na vzdálenost vzduchové mezery /di / od toho povrchu jádra /4/, který je orientován kolmo na směr přemístění, a v druhé poloze se nachází co nejblíže k zmíněnému povrchu jádra, dále zahrnuje jádro kotvy magnetu /10/ zhotovené ze zmagnetovatelného materiálu a sloužící k uzavření obvodu magnetického toku spínací cívky pólovým nástavcem /6/ a jádrem 4,, a je charakteristické tím, že existuje uzamykací zařízení /16, která působí na kontaktní vystavovací tyč /1/, pohybuje se uzamčeného stavu jestliže kontaktní vystavovací tyč /1/ zaujímá první polohu, a které je po předem stanoveném časovém úseku odemčeno, a to po okamžiku, kdy je do spínací cívky /5/ přiveden proud, přičemž zmíněný časový úsek je delší než čas narůstání síly na kontaktní vystavovací tyči /1/, která je potřebná k překonání síly působící v opačném směru, a která se vyskytuje v první poloze kontaktní vystavovací tyče.

11. Akční mechanismus podle nároku 10, vyznačující se tím, že zmíněný časový úsek vyprchá, když proud procházející spínací cívkou /5/ dosáhne hodnoty, která je vyšší než hodnota potřebná k překonání síly působící v opačném směru, a která se vyskytuje v první poloze kontaktní vystavovací tyče /1/.

12. Akční mechanismus podle nároku 10 nebo 11, v y z n a č u j í c í se t í m , že zmíněný časový úsek má nezávislé pevné trvání.

13. Akční mechanismus podle nároku 10,11 nebol2, v y z n a č u j í c í se t í m , že uzamykací zařízení /16/ zahrnuje permanentní magnet /17/, který drží kontaktní vystavovací tyč /1/ v první poloze, a dále cívku /19/, která slouží k eliminaci pole permanentního magnetu /17/.

14. Akční mechanismus podle nároku 13, v y z n a č u j í c í se tím, že je zařazen komparátor, na jehož jeden vstup je zaveden spínací proud spínací cívky /5/, přičemž porovnávací signál je zaveden na jeho druhý vstup, přitom výstup z komparátoru je připojen k cívce /19/.

15. Akční mechanismus podle nároku 13, vyznačující se tím, že cívka /19/je ovládána časovým spínačem s pevně nastavenou dobou trvání.

·· »«·· • » · • · · ·· • ♦ · • · te • te ♦ » · • ♦ «>

• · · • · >

$ Uoo

16. Akční mechanismus podle nároku 10, 11 nebo 12, vyznačující se tím, že uzamykací zařízení /16/ zahrnuje dva prvky, které se v prvé poloze kontaktní vystavovací tyče /1/ navzájem spojují a drží kontaktní vystavovací tyč pevně v této poloze, dále je zařazeno ovládací zařízení, které, po uplynutí jisté doby, oba uzamykací prvky rozpojí.

17. Akční mechanismus podle nároku 13, vyznačující se tím, že ovládacím zařízením je elektromagnetický pomocný akční mechanismus.

18. Akční mechanismus podle nároku 16 nebo 17, vyznačující se tím, že je zařazen komparátor, na jehož jednoho vstupuje zaveden spínací proud spínací cívky /5/, a do druhého vstupu je zaveden porovnávací signál, přičemž jeho výstup je připojen k ovládacímu zařízení.

19. Akční mechanismus podle nároku 16 nebo 17, vyznačující se tím, že ovládací zařízení je ovládáno časovým spínačem s pevně nastavenou dobou trvání.