SI9300117A - Polarized electromagnetic relay - Google Patents

Description

Polariziran elektromagnetni rele

Izum se nanaša na polariziran elektromagnetni rele s tuljavo in s znotraj tuljave nameščenim, z obema koncema iz tuljave izstopajočim jedrom, z dvema polovima čevljema, ki ob oblikovanju delovnih zračnih rež med seboj oklepata prvi konec jedra, z dvema pločevinastima odsekoma polov v podaljšku obeh polovih čevljev, ki sta nameščena v skupni ravnini izven tuljave in vzporedno k osi tuljave, s vzporedno k pločevinastima odsekoma polov ležečo pretočno pločevino, ki je magnetno sklopljena z jedrom, in s štiripolno razporeditvijo trajnih magnetov, ki je nameščena plosko med pločevinastima odsekoma polov in pretočno pločevino, pri čemer sta dva neenako polarizirana pola sklopljena s po enim sklopnim odsekom in oba nasproti ležeča pola s pretočno pločevino.

Tovrsten rele je znan iz EP-A-72 976. S štiripolnim magnetom poleg oz. nad tuljavnim navitjem se dobi že zelo velike polove ploskve, kar je ugodno posebno pri dolgi tuljavi z majhnim presekom. Z uporabo zelo ploskega magneta z zelo majhnim raztezkom v prednostni smeri, npr. feritnega magneta, se dobi ugodno izrabo prostora, ker poveča magnet gradbeno višino releja samo malo. Ker stoji za dolžino polovih pločevin in pretočne pločevine na razpolago celotna dolžina tuljave, se lahko izberejo prekrivno področje teh delov po eni strani in polove ploskve trajnega magneta po drugi strani ne glede na prostorske omejitve optimalno velike.

Pri znanem sistemu je paličasto jedro tuljave v tuljavi uporabljeno kot kotva. Vsekakor pa je njen presek železa v primerjavi z notranjim premerom cevi tuljave omejen, ker mora izvajati kotva svoje stikalne premike znotraj tuljave, s čemer mora torej ostajati zračna reža prosta za pomik kotve.

Naloga predloženega izuma je, da se naredi zgoraj navedeno načelo releja uporabljivo za stikanje višjih tokov in napetosti. V ta namen se naj posebno optimira magnetni krog, da bi se lahko povzročalo za višje tokove oz. napetosti tudi večje kontaktne sile. Istočasno naj bo konstrukcija izbrana tako, da se lahko doseže dobra izolacija med magnetnim krogom in kontaktnim sistemom.

Po izumu je ta naloga rešena pri releju uvodoma navedene vrste s tem, da je nameščeno jedro v tuljavi nepomično in da tvorijo polovi čevlji s razporeditvijo trajnih magnetov in pretočne pločevine kotvo, ki je ležajena vrtljivo v bližini drugega konca jedra okoli osi, kije navpična k osi tuljave.

Ker je pri releju po izumu jedro tuljave nepomično, se lahko naredi to v svojem magnetnem preseku optimalno veliko. Tudi stopnja učinka tuljave se s tem optimira.

Smotrno so pretočna pločevina, razpored trajnih magnetov in polovi čevlji povezani s pomočjo umetne snovi v enodelno kotvo. To se lahko doseže z zatično pritrditvijo delov v okvir iz umetne snovi ali prednostno z obrizganjem kovinskih delov z umetno snovjo. Na kotvi so lahko potem prioblikovani tudi aktivizacijski nastavki, s katerimi se stika na obeh straneh vsakokrat najmanj ena kontaktna vzmet.

Nadaljnja oblikovanja so podana v patentnih zahtevkih.

Izum bo v nadaljevanju pojasnjen na izvedbenih primerih na osnovi risbe. Tako prikazujejo sl. 1 po izumu oblikovan rele v posamičnih delih, sl. 2 glede na sl. 1 nekoliko spremenjeno izvedbeno obliko kotve, sl. 3 pogled na kotvo s sl. 1 ali sl. 2 od spodaj, sl. 4 prerez skozi prazno ohišje za rele po sl. 1 s spremenjenim podstavkom, sl. 5 podstavek s sl. 4 v tlorisu, sl. 6 do sl. 9 vsakokrat različne, glede na sl. 1 spremenjene magnetne sisteme za rele po izumu.

V sl. Iv eksplozijskem prikazu prikazan rele obsega tuljavni sklop 1 z vzdolž osi vtaknjenim jedrom 2, na tuljavnem sklopu zasučno nameščeno kotvo 3 in podstavek 4, v katerem so poleg tuljavnega sklopa in poleg kotve zasidrani na obeh straneh vsakokrat en par kontaktov z obema kontaktnima vzmetema 5 in 6 ter nepomičnima nasprotnima kontaktnima elementoma 7 in 8. V sl. 1 neprikazana kapa 9 (sl. 4) tvori s podstavkom 4 ohišje.

V posamičnem sestoji tuljavni sklop 1 iz tuljavnika 11 z navitjem 12, kije nameščeno med dvema prirobnicama 13 in 14. Prirobnica 13 ima na svoji spodnji strani nos 15, v katerega vprijema izvotlina 41 podstavka 4. Na prirobnici 14 je prioblikovan na gornji strani tečal 16 za kotvo 3. V prirobnici 14 so razen tega zasidrani priključni zatiči 17 tuljave. Tuljavnik 11 ima aksialno votlino 18, v katero se vtakne jedro 2. To jedro ima na svojem zadnjem koncu v področju tuljavne prirobnice 14 sklopni odsek 21 s povečanim presekom, ki omogoča boljši prehod pretoka med kotvo in jedrom.

Kotva 3 vsebuje kot sklop dva feromagnetna polova čevlja 31 in 32, ki zajemata po sestavitvi prednji konec 22 jedra in tvorita s tem dvojno delovno zračno režo. Na gornji strani sta na obeh polovih čevljih prioblikovana vsakokrat pločevinata odseka 3 la in 32a polov in zapognjena v skupno ravnino, da bi se tako zagotovilo velikoploskovni sklop s trajnim magnetom 33. Ta trajni magnet 33 je namagneten štiripolno, tako da ima proti obema pločevinastima odsekoma 3la in 32a polov obrnjena vsakokrat različno polarizirana pola N oz. S, medtem ko se vsakokrat pripadajoča nasprotna pola S oz. N sklopita na gornji strani s pretočno pločevino 34. Ta pretočna pločevina 34, ki sestoji prav tako kot oba polova čevlja 31 in 32 iz feromagnetne snovi, nalega po sestavitvi velikoploskovno na trajnem magnetu 33. Na svojem zadnjem koncu ima sklopni odsek 34a, ki se po sestavitvi dovede kar najbolj blizu do sklopnega odseka 21 jedra - ob zagotovitvi gibljivosti kotve. Za ležajenje kotve na tečaju 16 je v pretočni pločevini predvidena izvrtina 34b. Razen tega so na prednjem koncu pretočne pločevine oblikovane pločevinaste bradavice 34c, ki omogočajo za zagotovitev gibljivosti kotve drsni dotik med kotvo in kapo ohišja.

Kot je prikazano v sl. 1, se naložijo polovi čevlji 31 in 32, trajni magnet 33 in pretočna pločevina 34 drug na drugega in obdajo potem na straneh s stenami 35 iz umetne snovi tako, da nastane v sl. 1 tudi kot sklenjen sklop prikazana kotva 3. Ta s stenami 35 iz umetne snovi povezana kotva ima navzdol odprto votlino, tako da se lahko namesti kotva na tuljavni sklop 1 in ležaji na tečaju 16. Na stenah 35 iz umetne snovi so razen tega stransko prioblikovani aktivitacijski nastavki 36, ki so uporabljeni za aktivitacijo vsakokrat na vznoter prednapetih kontaktnih vzmeti 5 in 6. Razen tega so prioblikovane na spodnji strani sten 35 iz umetne snovi drsne bradavice 37, ki drsijo pri stikalnem gibanju kotve po podstavku 4 in ohranjajo s tem potrebno prožilno silo nizko.

Kontaktni vzmeti 5 in 6 imata vsakokrat kontaktna dela 51 oz. 61, medtem ko je imata nasprotna kontaktna elementa 7 in 8 prav tako kontaktna dela 71 oz. 81. Kontaktni vzmeti 5 in 6 sta povezani, npr. zvarjeni vsakokrat z enim nosilcem vzmeti oz. priključnim elementom 52 oz. 62, ki se pri montaži releja vtaktneta vsakokrat v preboje 42 podstavka. Za nasprotna kontaktna elementa 7 oz. 8 sta v podstavku prav tako predvidena preboja 43. Nadalje se pri montaži postavi tuljavni sklop 1 na podstavek, pri čemer se priključni vtiči 17 tuljave vtaknejo v ustrezne proboje 44. Na tuljavni sklop se postavi, kot že omenjeno, kotva, tako da pride tečaj 16 v tečajno izvrtino 34b. Zatem se namesti ustrezno sl. 4 kapa 9. Ohišje se lahko potem na spodnji strani na običajen način zatesni s pomočjo zalivne mase 10, kot je prav tako nakazano v sl. 4.

Sl. 2 prikazuje nekoliko spremenjeno izvedbeno obliko kotve. V tem primeru je izvedena pretočna pločevina 34 nekoliko ožje, medtem ko so stranske stene 35 podaljšane navzgor. V tem primeru so prioblikovane drsne bradavice 35a tudi na gornji strani stranskih sten 35, ki zagotavljajo na mestu prej opisanih pločevinastih bradavic 34c drsenje na kapi ohišja. V ostalem je kotva po sl. 2 grajena na enak način kot kotva po sl. 1.

Sl. 3 prikazujej pogled na kotvo s sl. 1 ali s sl. 2 s spodnje strani. Iz tega je razvidno, da imajo stranske stene 35 vedno samo majhno debelino, tako da preostaja velika notranja votlina 38, v katero bo nameščena tuljava releja. Pri tem pogledu od spodaj sta vidna tudi pločevinasta odseka 31a in 32a polov in v središčnem delu trajni magnet 33.

V sl. 4 je prikazan prerez skozi prazno ohišje, ki sestoji iz podstavka 4 in kape 9 ohišja, torej brez magnetnega sistema in kontaktov. Podstavek 4 po sl. 4 je glede na sl. 1 nekoliko spremenjen. Tako ima dodatno navzgor potegnjene stranske stene 45 in izolirajoče vmesne stene 46, ki ločujejo znotraj nameščen magnentni sistem (tuljavni sklop 1 in kotvo 3) od stransko nameščenih kontaktnih sistemov. V tlorisu je v sl. 5 ta podstavek s sl. 4 prikazan še enkrat. Pri tem se jasno razpoznajo vmesne stene 46, ki imajo vsakokrat izvotline 47 za prehod aktivizacijskih nastavkov 36. Tako se tvorijo vedno posebno ločene kontaktne komore 48. Kot je v sl. 4 nadalje prikazano, je v tem primeru opremljena tudi kapa 9 z dodatnimi ločilnimi stenami 91, ki se prekrivajo z vmesnimi stenami 46 podstavka in s tem zaradi daljših poti plazečih tokov povečujejo izolacijo med kontaktnimi komorami in magnetnim sistemom.

V sl. 6 do 9 so prikazane spremenjene izvedbene oblike za magnetni sistem, ki bi lahko torej nadomestile magnetni sistem s sl. 1, ki sestoji iz tuljavnega sklopa 1 in kotve 3. Ker gre pri tem samo za shematične prikaze, bi lahko strokovnjak brez nadaljnjega te konstrukcije popolnoma izpopolni.

Pri tem prikazuje sl. 6 še enkrat sistem, ki ustreza razen malenkostnih sprememb v glavnem sistemu s sl. 1. Samo pločevinasta odseka 31a in 32a polov sta glede na tamkajšnji prikaz nekoliko skrajšana. V sl. 6 kot tudi v nadaljnjih slikah so vrisani vsakokrat magnetni pretoki, pri čemer je vsakokrat od tuljave proizveden vzbujalni pretok označen s FE in od trajnega magneta proizveden trajni magnetni pretok FD. Puščice pomenijo pri pretoku trajnega magneta FD s polarizacijo trajnega magneta po sl. 1 vnaprej podano smer pretoka. Za vzbujalni pretok FE je prikazana v sl. 6 s puščicami smer pretoka pri vzbujanju z določeno smerjo toka. V tem primeru teče torej vzbujalni pretok na prednjem koncu jedra prek delovne zračne reže proti obema stranema v smeri proti obema polovima čevljema 31 in 32. V desni delovni zračni reži se prekriva torej s pretokom trajnega magneta FD pozitivno, v levi delovni zračni reži pa v nasprotju s tem negativno. To pomeni, da bo v prikazu po sl. 6 kotva pritegnjena na jedro prek polovega čevlja 32. Pri obratni smeri vzbujalnega pretoka FE preklopi kotva v nasprotno smer. Z ustrezno nesimetričnim namagnetenjem trajnega magneta se lahko doseže tudi monostabilno stikalno ponašanje.

Pri prikazu s sl. 7 je magnetni sistem spremenjen toliko, da je jedro 120 na svojem sprednjem koncu razširjeno v T obliki, da ima torej vsakokrat stranska kraka 121 in

122. Ustrezno prilagojena polova čevlja 131 in 132 tvorita s tem vsakokrat delovne zračne reže v področju stranskih sten. Nadaljevanja obeh polovih čevljev 131 in 132 sta potem kot pločevinasta odseka 131a in 132a polov sklopljena zopet na trajni magnet 33. Pri tovrstni konstrukciji se lahko dobijo večji magnetni preseki in sklopne ploskve na tuljavnem jedru T-oblike.

Pri izvedbeni obliki ustrezno sl. 8 je zopet predvideno razširjeno tuljavno jedro 220 T-oblike s stranskima krakoma 221 in 222. Polova čevlja 231 in 232 pa nimata v tem primeru samo pločevinastih odsekov 231a in 232a polov, temveč tudi dodatne sklopne odseke 231b (niso vidni) in 232b, ki sklapljajo vzbujalni pretok neposredno na zadnji konec jedra. Medtem ko je moral torej pri prej podanih izvedbenih primerih teči vzbujalni pretok vsakokrat skozi trajni magnet 33 k pretočni pločevini 34, bo ustrezno sl. 8 sklopljen neposredno na jedro prek odseka feromagnetnih polovih čevljev. Magnetni upor za vzbujalni pretočni krog se s tem zmanjša. Res pa se na ta način deloma kratko sklene tudi pretok trajnega magneta, tako da je potrebno višje magnetiziranje trajnega magneta 33. Ustrezno zaželeni karakteristiki je s tem potrebna optimizacija presekov in zračnih rež.

V primeru s sl. 9 so končno jedro 220 T-oblike in polova čevlja 231 in 232 zgrajeni na enak način kot pri primeru s sl. 8. Imajo torej zopet pločevinasta odseka 23la in 232a polov in sklopna odseka 231b in 232b za sklop z zadnjim koncem jedra. Glede na predhodni primer je sedaj predvidena spremenjena pretočna pločevina 234, katere sklopni odsek 234a je na sprednji strani kotve zapognjen proč. S tem ne poteka vračanje vzbujalnega pretoka od pretočne pločevine k pločevinastim odsekom polov v področju ležajenja kotve, temveč v področju delovnih zračnih rež. Tudi v tem primeru ne poteka vzbujalni pretok FE skozi trajni magnet 33, temveč prek stranskih zračnih rež neposredno k polovima čevljema 231 oz. 232.

Tudi v tem primeru je torej trajni magnet 33 deloma sklenjen na kratko, tako da je tudi tukaj potrebna višja magnetizacija trajnega magneta. Tudi v tem primeru se morajo prečni odseki in zračna reža optimizirati.

Kot je razvidno iz sl. 1, so kontakti oblikovani kot kontakti z lastnim tlakom, t.j., da sta kontaktni vzmeti 5 in 6 prednapeti vsakokrat glede na pripadajoč nasprotni kontaktni element 7 oz. 8 in da v mirovnem položaju nalegata na teh. Magnetni sistem ima torej samo funkcijo odpiranja kontaktov. Zanesljivo odpiranje kontaktov pa je pri visokih tokovih najbolj kritični pogoj. Pri kontaktih z lastnim tlakom je pri tem postopek odpiranja zato bolj učinkovit, ker udari že pospešen magnetni sistem na koncu svojega stikalnega gibanja ob kontaktne vzmeti in z višjo verjetnostjo tudi razklene eventualno zlepljene kontakte. AC 11-stikalna zmogljivost je tukaj višja kot pri obrnjenem sistemu. Dodatna prednost kontaktov z lastnim tlakom sestoji v tem, da imajo odpirala in zapirala enake mehanske predpogoje, s tem enake poteke gibanja, s čemer se doseže končno tudi enaka električna življenska doba pod bremenom. Kontakti se lahko naravnavajo z ustreznimi šablonami s popolnoma mehansko zapognitvijo vzmeti. Vzmetna sila kontaktne vzmeti z lastnim tlakom se lahko uporabi tudi za vračanje kotve releja. V posebnih primerih bi se lahko gradnja kontaktov spremenila tudi tako, da se tvori zapiralni kontakt z dodatnim volframovim predhodnim kontaktom.

Ker se sklepa pri prikazanem sistemu s sl. 1 vsakokrat en kontakt, medtem ko se drugi razklepa, se lahko z ustrezno vezavo tvori menjalnik. Za to nastane zaradi načela lastnega tlaka neke vrste prisilno vodenje, če ima magnetni sistem določen, toleriran potek. S tem je zagotovljeno, da ne more pri zavaritvi enega od kontaktov drugi skleniti, ker je magnetni sistem z zvarjenim kontaktom blokiran. S komorami, ki so druga od druge ločene, je tudi zagotovljeno, da ne more v primeru loma vzmeti enega od kontaktov nastati nekontrolirana premostitev na drugem kontaktu z odpadlimi kovinskimi deli.

Ločitev obeh kontaktov v ločenih komorah desno in levo od magnetnega sistema na sploh preprečuje vpliv produktov zgorevanja enega kontakta na stikalno ponašanje drugega. Tudi napetostna trdnost releja postaja s to kontaktno ločitvijo zaradi večjih razmikov bolj zanesljiva.

Predstavljivo bi bilo tudi, da se namesti magnetni sistem na podstavek asimetrično, da bi se oblikovalo na eni strani večji prostor za samo en kontakt z odpiralno ali zapiralno opremljenostjo. Izmere kontaktov in vzmeti se lahko zato za višje stikalne moči zvečajo. Izolacijske poti se s tem avtomatično povečajo. Pri tej gradnji bi se lahko realiziral tudi mostični kontakt.

Claims (11)

1. Polariziran elektromagnetni rele s tuljavo 12 in znotraj tuljave nameščenim, z obema koncema iz tuljave štrlečim jedrom 2, z dvema polovima čevljema 31, 32, ki ob oblikovanju delovnih zračnih rež med seboj oklepata prvi konec 22 jedra, z dvema pločevinastima odsekoma 3 la, 32a polov, ki sta nameščena v skupni ravnini izven tuljave in vzporedno k osi tuljave, z vzporedno k pločevinastim odsekom polov ležečo pretočno pločevino 34, ki je magnetno sklopljena z jedrom 2, in s štiripolno razporeditvijo trajnih magnetov, ki je razporejena plosko med pločevinastima odsekoma enega pola 3 la, 32a in pretočno pločevino 34, pri čemer sta dva različno polarizirana pola sklopljena s po enim sklopnim odsekom in oba nasproti ležeča pola s pretočno pločevino, označen s tem, da je jedro (2) nameščeno na tuljavi (12) nepomično in da tvorita polova čevlja (31, 32) z razporeditvijo (33) trajnih magnetov in pretočno pločevino (34) kotvo (3), ki je ležajena vrtljivo v bližini drugega konca (21) jedra okoli k osi tuljave navpične osi.

2. Rele po zahtevku 1, označen s tem, da je pretočna pločevina (34) povezana s trajnim magnetom (33) in polovima čevljema (31, 32) s pomočjo umetne snovi (35)v enodelno kotvo (3).

3. Rele po zahtevku 1 ali 2, označen s tem, da sta s kotvo (3) povezana na obeh straneh aktivizacijska nastavka (36) za aktivizacijo vsakokrat najmanj ene kontaktne vzmeti (5, 6).

4. Rele po enem od zahtevkov 1 do 3, označen s tem, da je na prirobnici tuljave (14) v bližini drugega konca (21) jedra prioblikovan k osi tuljave navpičen tečaj (16), ki vprijema v ležajno izvotlino (34b) kotve (3).

5. Rele po enem od zahtevkov 1 do 4, označen s tem, da sta na končnem odseku kotve (3), ki leži nasproti ležajenju, na spodnji strani in v danih pogojih na zgornji strani predvideni drsni bradavici (37; 34c), s pomočjo katerih je omogočeno drsno gibanje na podstavku (4) in v danih pogojih na kapi (9) ohišja.

6. Rele po enem od zahtevkov 1 do 5, označen s tem, da sta polova čevlja (31, 32) s svojima odsekoma zračnih rež (3la, 32a) na čelni strani kotno zapognjena od tuljave proti osi in zakrivljena, da bi tvorila s prvim koncem (22) jedra delovne zračne reže.

7. Rele po enem od zahtevkov 1 do 5, označen s tem, da tvorita s svojima pločevinastima odsekoma polov (131a, 132a) nad tuljavo ležeča polova čevlja (131, 132) vsakokrat medsebojno vzporedne in proti stranskim stenam stoječe delovne zračne reže in da je prvi konec jedra za oblikovanje delovne zračne reže razširjen v T-obliko (sl. 7 do 10).

8. Rele po zahtevku 6 ali 7, označen s tem, da tvorita polova čevlja (231, 232) vsakokrat stransko poleg tuljave sklopna odseka (231b, 232b) za vračanje vzbujalnega pretoka na drugi konec jedra.

9. Rele po enem od zahtevku 1 do 8, označen s tem, da je pretočna pločevina (34) sklopljena z drugim koncem jedra.

10. Rele po zahtevku 8, označen s tem, da je pretočna pločevina (234) sklopljena s prvim koncem jedra.

11. Rele po enem od zahtevkov 1 do 10, označen s tem, da je magnetni sistem izoliran z ločilnimi stenami (46; 91), ki so prioblikovane na podstavku (4) in/ali kapi (9), od na obeh straneh nameščenih kontaktnih stavkov (5,6,7, 8).

Za

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT:

MTEIUNA PISARNI

LJUBLJANA, t

22543-I-93-KA

POVZETEK

Polariziran elektromagnetni rele

Rele ima znotraj tuljave 12 nepomično nameščeno jedro in na enem koncu tuljave zasučno ležajeno kotvo, ki tvori z dvema polovima čevljema 31, 32 na drugem koncu tuljave s koncem jedra delovne zračne reže. Kotva ima dva pločevinasta odseka polov 31a, 32a, ki sta nameščena v podaljšku obeh polovih čevljev v skupni ravnini zunaj tuljave in vzporedno k osi tuljave in sta tam sklopljena na eno stran štiripolnega trajnega magneta. Oba nasproti ležeča pola trajnega magneta sta sklopljena na pretočno pločevino, ki tvori po svoji strani povratni sklop z jedrom.

S tem sistemom je dobljen polariziran rele, katerega magnetni preseki se lahko zelo dobro optimirajo, pri čemer se lahko z naravnavo trajnega magneta stikalna karakteristika dobro nastavi. Razen tega je možno, da se z ustreznimi izolacijskimi stenami magnetni sistem dobro loči od kontaktnih sistemov.