DE3242667T1

DE3242667T1 - Schaltmagnet

Info

Publication number: DE3242667T1
Application number: DE823242667T
Authority: DE
Inventors: John L. 45371 Tipp City Ohio Myers
Original assignee: LEDEX Inc VANDALIA OHIO US; Ledex Inc Vandalia Ohio; Ledex Inc
Current assignee: LUCAS LEDEX Inc VANDALIA OHIO US
Priority date: 1981-05-01
Filing date: 1982-04-19
Publication date: 1983-05-05
Also published as: CA1169905A; DE3242667C2; EP0077816B1; EP0077816A4; GB2109165A; GB2109165B; WO1982003943A1; US4442418A; JPS58500733A; JPH0220122B2; EP0077816A1

Description

Patentanwälte'.." EOsotfeen TiafenS. .Attorneys 3 742667

München Stuttgart

. 3-

28. Dezember 1982

LEDEX, INC.

801 Scholz Drive

Vandalia, Ohio 45377 /V.St.A.

Unser Zeichen: L 1148

Schaltmagnet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaltmagnet und insbesondere auf einen Magnet, in dem Permanentmagnete dazu benutzt werden, einen Anker über längere Zeitperioden in einer zurückgezogenen Ruhestellung zu halten, und der außerdem eine elektrische Spule enthält, die so betätigbar ist, daß der effektive Magnetfluß des Magneten neutralisiert wird, damit sich der Anker in eine zweite stabile Stellung bewegen kann. Die elektrische Spule kann auch durch Umkehrung des durch sie fließenden Stroms so betätigt werden, daß der Anker veranlaßt wird, sich in seine erste stabile Stellung zurückzubewegen.

Wie bekannt ist, wird in einem solchen Schaltmagnet üblicherweise von einem sich durch einen oder in einem Arbeitsluftspalt bewegenden Anker oder von einem sich schließenden Luftspalt mit festem Pol Gebrauch gemacht,

Schw/Gl

und üblicherweise ist ein Nebenschlußweg oder ein sekundärer Flußweg einschließlich eines festen Luftspalts vorgesehen. Der sekundäre Flußweg mit dem festen Luftspalt hat einen doppelten Zweck. Er bestimmt erstens den Punkt,

p- an dem der Magnet durch Anlegen eines gegebenen Stroms

an die elektrische Spule ausgelöst oder freigegeben wird. Er bildet zweitens einen Flußpfad für die elektrische Spule, der parallel zu dem Flußpfad verläuft, der von dem Pol und dem Rahmen durch den Anker gebildet wird; jQ er schützt außerdem den Permanentmagnet gegen eine Entmagnetisierung.

Gewöhnlich machen Schaltmagnete von einem einzigen, axial ausgerichteten Haltemagnet Gebrauch, der im Raum zwisehen einem Teil des Rahmens und einem festen Pol angebracht ist. Üblicherweise ist der Pol selbst mit einem querverlaufenden Abschnitt oder einem Ringabschnitt ausgestattet, der nahe bei dem Rahmen endet und dazwischen einen Luftspalt festlegt, damit der Nebenschlußweg entsteht. Dieser Nebenschlußweg ist jedoch üblicherweise bezüglich des magnetischen Widerstandes nicht einstellbar. Da die Haltemagnete üblicherweise aus Kobalt bestehen, sind sie außerdem relativ teuer.

Die Erfindung betrifft einen Schaltmagnet, bei dem billige Magnete verwendet werden können, die über relativ große Oberflächenbereiche arbeiten, so daß große Flächen für den Magnetfluß zur Verfügung stehen und die Flußdichte auf relativ niedrigen Werten gehalten wird. Der nach der Erfindung ausgebildete Schaltmagnet hat einen variablen Spalt in einem Nebenschlußkreis, mit dessen Hilfe der Freigabepunkt des Ankers in bezug auf den an die elektrische Spule angelegten Strom und bezüglich anderer Parameter ausgewählt und gesteuert werden kann.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein allgemein U-förmiger offener Rahmen benutzt, der

flache Rahmenseitenteile aufweist. Die Innenflächen der Rahmenseitenteile sind großflächig und nehmen flache, billige Permanentmagnete auf, die die Haltekraft für den Magnet liefern. Innerhalb des Rahmens ist ein PoI-stück untergebracht. Das Polstück weist flache Arbeitsflächen auf, die in Gegenüberlage zu den inneren Rahmen flächen angeordnet sind. Die allgemein flachen, dickenorientierten, billigen Magnete, beispielsweise keramische Magnete, sind in den Zwischenräumen zwischen dem Rahmen und dem Polstück untergebracht.

Ein Ende des Rahmens, das dem Anker gegenüberliegende Ende, ist zur Aufnahme einer Verschlußplatte offen, die an das Polstück und an daran angebrachte Magnete angrenzt, jedoch davon durch dazwischengefügtes, nichtmagnetisches Material im Abstand gehalten ist, so daß ein wirksamer Luftspalt oder Magnetflußspalt in einem Nebenschlußweg entsteht. Dieser Spalt ist vorzugsweise durch eine geeignete Auswahl der Dicke eines Beilag-Stücks, nämlich des nichtmagnetischen Materials, veränderlich.

Mit Hilfe der Erfindung soll somit ein kostengünstiger Schaltmagnet geschaffen werden, bei dem von zwei billigen, dickenorientierten Magneten Gebrauch gemacht wird. Der mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Schaltmagnet soll einen allgemein C-föfmigen oder U-förmigen Rahmen aufweisen und mit einem veränderlichen Nebenschlußweg zur Bestimmung seines Arbeitspunkts ausgestattet sein.

Der mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Schaltmagnet soll einen oder mehrere allgemein flache Permanentmagne te enthalten, die die magnetische Kraft über relativ große Flächen verteilen, damit die Flußdichte an jeder Stelle reduziert wird, so daß kostengünstige keramische Magnete anstelle relativ teurer Kobaltmagnete oder noch teurerer Seltene-Erd-Magnete verwendet werden können.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Schaltmagnets nach der Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 von Fig.

Der in der Zeichnung dargestellte Schaltmagnet nach der Erfindung enthält einen allgemein U-förmigen offenen Rahmen 10 aus Weicheisen oder einem anderen geeigneten ferromagnetischen Material. Der allgemein ü-förmige Rahmen 10 weist ein geschlossenes Vorderende 12 auf, in dem eine kreisförmige Öffnung 13 gebildet ist, durch die sich ein axial in einer magnetisch leitenden Lagerbüchse 18 erstreckender Anker 15 erstreckt. Der Rahmen enthält zwei parallele, im Abstand voneinander verlaufende flache Rahmenteile 20 und 21.

Die Lagerbüchse 18 ist von der vorderen Öffnung des Rahmens aufgenommen, und sie bildet eine Basis zum magnetischen Koppeln des Ankers mit dem Rahmen. Innerhalb des Rahmens 10 ist eine ringförmige Erregerspule 25 angebracht, die in der Mitte eine Ankerausnehmung aufweist, die das innere Ende des Ankers 15 aufnimmt. Die Lagerbüchse 18 ist mit einem Flansch 28 versehen, der gegen das geschlossene Ende 12 des Rahmens 10 stößt, und sie erstreckt sich in Form eines nach innen ragenden Abschnitts 29 axial in die Ausnehmung, so daß sie einen ringförmigen Träger für ein Ende der Erregerspule 25 bildet. Das innere Ende der Erregerspule 25 wird zweckmäßigerweise von einem festen Polstück 30 gehalten, das ebenfalls aus Weicheisenmaterial hergestellt ist. Das feste Polstück 30 weist einen zylindrischen Vorderabschnitt 31 auf, der von der Ausnehmung der Erregerspule 25 aufgenommen ist und der mit einer allgemein ebenen Polfläche 32 endet. Die Polfläche 32 bildet mit dem

Innenende des Ankers 15 einen Arbeitsluftspalt; in Fig. ist der Anker in der geschlossenen Stellung dargestellt. Der Anker 15 ist mit einem Bund 35 versehen, der innerhalb der Spulenausnehmung beweglich ist und eine Vorrichtung bildet, die einen Anschlag definiert, wenn der Bund 35 mit dem angrenzenden, nach innen ragenden Abschnitt 29 der Lagerbüchse in Eingriff kommt, wodurch die ausgelöste Stellung des Ankers 15 festgelegt wird.

IQ Das Polstück 30 erstreckt sich vom zylindrischen Abschnitt 31 aus nach hinten, und es weist gegenüberliegende flache Magnetaufnahmeflächen 33 und 34 auf, die in Fig. 2 am besten zu erkennen sind. Die Flächen 33 und 34 liegen im Abstand von entsprechend gegenüberliegenden ebenen Innenflächen 35 und 36 der Rahmenteile 20 und 21.

Die Magnetvorrichtung für den erfindungsgemäßen Schaltmagnet enthält zwei billige, allgemein ebene oder rechtwinklige Keramikmagnete 40 und 41, die einerseits zwisehen den Polflächen 33 und 35 und andererseits zwischen den Rahmenflächen 34 und 36 angebracht sind. Die Magnete 40 und 41, die längs ihrer kürzeren Abmessung polarisiert sind, sind als dickenpolarisierte Magnete bekannt, so daß die größeren ebenen Flächen, die von den Ober- und Unterseiten der Magnete gebildet sind, die Magnetpolflächen sind. Wenn die Magnete 40 und 41 die in Fig. 1 dargestellten Positionen einnehmen, berühren sie vergleichsweise große Flächenbereiche des Rahmens 10 und des Polstücks 30, so daß eine beträchtliche Fläche vorhanden ist, über die sich der Magnetfluß durch den Rahmen und durch das Polstück mit relativ niedriger Dichte ausbreiten kann. ·

Mittel zur Bildung eines sekundären Nebenschlußwegs enthalten eine ferromagnetische hintere Verschlußplatte 50, die eine rechtwinklige Form hat. Die Verschlußplatte ist so bemessen, daß sie in dichtem Abstand von den

Innenflächen der Enden der Rahmenteile 20 und 21 angebracht werden kann, und sie wird mit Hilfe von Bolzen mittels einer oder mehrerer Abstandsglieder im Abstand von der ebenen Hinterfläche des Polstücks 30 gehalten.

Die Verschlußplatte 50 wird auch mit Hilfe von zwei Bolzen 54 festgehalten, die sich durch die Rahmenteile 20 und 21 erstrecken.

Die Abstandsglieder 55 bestehen aus nichtmagnetischem Plattenmaterial wie Kunststoff, Messing oder dergleichen, und sie können so ausgewählt sein, daß sie eine ausreichende Dicke zum Festlegen eines magnetischen Spalts mit einem bestimmten Ausmaß haben, damit die Haltekraft der Magnete 40 und 41 bezüglich des Ankers 15 gesteuert oder der Auslösepunkt des Magnets festgelegt wird.

Die von den Permanentmagneten 40 und 41 gebildeten Flußwege sind in Fig. 1 mit unterbrochenen Pfeilen 60 und dargestellt. Sie enthalten einen Hauptflußweg 60 durch den Längsabschnitt der ebenen Rahmenteile 20 und 21, durch das Ende 12 und die Lagerbüchse 18, durch den nicht als Arbeitsluftspalt wirkenden Luftspalt mit dem Anker 15, durch den Anker und den zylindrischen Abschnitt 31 des Polstücks, das Polstück 30 und durch die Magnete 4 0 und 41. Ein sekundärer Nebenschlußweg 61 für den Magnetfluß verläuft durch das Polstück 30, die Magnete, die Rahmenteile 20 und 21 und die hinten angebrachte Verschlußplatte 50; die Wirksamkeit dieses Nebenschlußwegs kann durch Einstellen der Dicke der nichtmagnetischen Abstandsglieder 55 zwischen der Verschlußplatte 50 und dem Polstück 30 eingestellt werden.

Die von den Magneten 40 und 41 erzeugte Haltekraft wird im erfindungsqemäßen Schaltmagnet wirksam ausgenutzt, 3E> und es können billige Keramikmagnete benutzt werden, die den Anker 15 in seiner zurückgezogenen Ruhestellung halten, die in der Zeichnung dargestellt ist. Wenn der

Magnet ausgelöst werden soll, wird an die Erregerspule ein elektrischer Stromimpuls in der Weise angelegt, daß der durch den Rahmen und durch den Anker sowie durch die Spule verlaufende, von den Magneten verursachte Fluß genügend abgeschwächt wird, daß sich der Anker unter dem Einfluß einer Feder oder einer anderen Kraft in Vorwärtsrichtung bewegen kann. Der Fluß wird normalerweise durch die Magnete selbst nicht vollständig umgekehrt, so daß die Magnete nicht entmagnetisiert werden. Wenn sich der Anker 15 in seiner vorderen, bewegten Stellung befindet, ist der Arbeitsspalt zwischen dem Anker und der Polfläche 32 beträchtlich, und der Hauptteil des Flusses der Permanentmagnete 4 0 und 41 verläuft durch die Verschlußplatte 50; der variable Spalt ist von den Abstands- gliedern 55 gebildet. Die Erregerspule 25 kann auch in herkömmlicher Weise durch Umkehrung des hindurchfließenden Stroms dazu benutzt werden, den Anker in seine dargestellte Ausgangsposition zurückzubewegen.

Es ist gezeigt worden, daß mit Hilfe der Erfindung ein kostengünstiger und wirksamer Schaltmagnet geschaffen wird. Der von den Abstandsgliedern 55 gebildete variable Spalt kann in einfacher Weise zur Steuerung des Schaltpunkts des Magneten eingestellt werden. Die Verwendung von zwei allgemein rechtwinkligen Permanentmagneten mit großen, ebenen Polflächen, die jeweils entsprechende ebene Flächen des Polstücks 30 und der Rahmenteile 20 und 21 berühren, erlaubt die Verwendung kostengünstiger

Magnete.
30

Die hier beschriebene Vorrichtung stellt zwar eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar, doch ist zu erkennen, daß die Erfindung nicht auf die genaue Form der Vorrichtung beschränkt ist, sondern daß im Rahmen der Erfindung ohne weiteres Abwandlungen vorgenommen werden können.

Claims

Patentarawualte.' ■ . ^.urhpean. PaikfM Attorneys 32 A 2667

München Stuttgart

-Λ-

28. Dezember 1982

LEDEX, INC.

Scholz Drive

Vandalia, Ohio 45377 /V.St.A.

Unser Zeichen: L 1148

Patentansprüc h e

hj. Schaltmagnet, gekennzeichnet durch einen offenen Rahmen mit allgemein parallelen Rahmenseitenteilen und
einem Ende, einer Vorrichtung in dem Ende, die eine
zur Hindurchführung eines Ankers geeignete öffnung
bildet, eine in dem Rahmen angebrachte Spule, die

eine ringförmige Ankerausnehmung bildet, einen in der Rahmenöffnung axial beweglich aufgenommenen Anker mit einem innerhalb der Ausnehmung der Spule liegenden
Innenende, ein in dem Rahmen angebrachtes Polstück

mit einem Vorderabschnitt, das in einem Ende der Spule aufgenommen ist und einen Arbeitsluftspalt mit dem Anker bildet, sowie einem Hinterabschnitt, der außerhalb der Spule aufgenommen ist und zwei Magnetaufnahmeflächen bildet, die im Abstand von gegenüberliegenden Innenflächen an den Rahmenseitenteilen verlaufen, zwei dickenorientierte Magnete in den Zwischenräumen
zwischen den Pol flächen und den angrendenden Flächen
der Rahmenseitenteile in Kontakt mit diesen angebracht

Schw/Gl

sind und eine anfängliche Haltekraft liefern, die den Anker angrenzend an das Polstück zu halten versucht, und eine Verschlußplatte, die im Ende des Rahmens in magnetischem Kontakt mit den Rahmenteilen und im Abstand von dem Polstück angebracht ist und einen sekundären Flußweg bildet, durch den ein Hauptteil des Flusses der Spule verlaufen kann, wenn diese erregt ist.
2. Schaltmagnet nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein nichtmagnetisches Abstandsglied zwischen der Verschlußplatte und dem Polstück zur Festlegung des dazwischen befindlichen Magnetflußspalts.
3. Schaltmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Anker eine ein Anschlagteil bildende Vorrichtung angebracht ist, daß in der öffnung zur Aufnahme des Ankers eine Lagerbüchse angebracht ist und daß das Anschlagteil mit der Lagerbüchse in der vorderen Stellung des Ankers in Eingriff bringbar ist.
4. Schaltmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete billige Keramikmagnete sind.
5. Schaltmagnet, gekennzeichnet durch einen Rahmen mit im Abstand voneinander befindlichen Rahmenseitenteilen, eine Spule in dem Rahmen, die eine ringförmige Ankerausnehmung bildet, einen axial beweglich an dem Rahmen angebrachten Anker mit einem von der Spulenausnehmung aufgenommenen Innenende, ein in dem Rahmen angebrachtes Polstück, das einen in einem Ende der Spule aufgenommenen Abschnitt aufweist, der mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt bildet, und das einen außerhalb der Spule aufgenommenen weiteren Abschnitt aufweist, der zwei Magnetaufnahmeflächen bildet, die im Abstand von einander gegenüberliegenden Innenflächen der Rahmenteile verlaufen, zwei in den Zwischenräumen zwischen den Polstückflächen und den angrenzen-

den Flächen der Rahmenteile in Kontakt mit diesen angebrachte Keramikmagnete zur Erzeugung einer anfänglichen Haltekraft, die den Anker angrenzend an das Polstück zu halten versucht, und eine Verschlußplatte, die magnetisch mit den Rahmenteilen in Kontakt steht und im Abstand von dem Polstück angebracht ist und einen sekundären Flußpfad erzeugt, durch den ein Hauptteil des Flusses der Spule verläuft, wenn diese erregt ist.
6. Schaltmagnet nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein nichtmagnetisches Abstandsglied zwischen der Verschlußplatte und dem Polstück zur Festlegung des dazwischen befindlichen Magnetflußspalts.
7. Schaltmagnet, gekennzeichnet durch einen allgemein U-förmigen Rahmen mit im Abstand voneinander verlaufenden, allgemein parallelen, flachen Rahmenseitenteilen, eine in dem Rahmen angebrachte Spule, die eine Ankerausnehmung bildet, einen an dem Rahmen axial beweglich angebrachten Anker mit einem in der Spulenausnehmung aufgenommenen Innenende, ein in dem Rahmen angebrachtes Polstück, das einen in einem Ende der Spule aufgenommenen Abschnitt aufweist, der mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt bildet, und das einen außerhalb der Spule aufgenommenen weiteren Abschnitt aufweist, der zwei ebene Magnetaufnahmeflächen bildet, die im Abstand von einander gegenüberliegenden flachen Innenflächen der Rahmenteile angebracht sind, zwei rechtwinklige, dickenorientierte Keramikmagnete, die unter Ausfüllung der Zwischenräume zwischen den ebenen Polstückflächen und den angrenzenden ebenen Innenflächen der Rahmenteile in Kontakt mit diesen angebracht sind, damit eine anfängliche Haltekraft erzeugt wird,

3^ die den Anker angrenzend an das Polstück zu halten versucht, eine rechtwinklige Verschlußplatte, die mit den Rahmenteilen magnetisch in Kontakt steht, und eine

nichtmagnetische Abstandsvorrichtung zwischen der Verschlußplatte und dem Polstück, die die Platte im Abstand von dem Polstück hält und einen sekundären Flußpfad bildet, durch den ein Hauptteil des Flusses der Spule verlaufen kann, wenn diese erregt ist.