DE602004005243T2

DE602004005243T2 - ELECTROMECHANICAL ACTUATOR

Info

Publication number: DE602004005243T2
Application number: DE602004005243T
Authority: DE
Inventors: Christian Bataille; Stephane Follic; Didier Vigouroux
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2024-12-17
Also published as: EP1697955B1; WO2005066989A1; FR2864329B1; ATE356419T1; ES2281847T3; DE602004005243D1; PL1697955T3; FR2864329A1; EP1697955A1

Abstract

The actuator has a magnetic circuit made of ferromagnetic material with a fixed part (20) and a vane (30) which is movable between open and closed positions due to electrical current circulating in a field coil (10) and causing circulation of magnetic flux in the circuit. The flux crosses many times through an inner space of the coil in the open position and crosses once the inner space of the coil in the closed position. An independent claim is also included for an electrical switch apparatus including an electromechanical actuator.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromechanisches Betätigungselement für ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere vom Typ Einschalter, Relais oder Schaltschütz, dessen Magnetschaltung einmal oder mehrere Male die Erregerspule des Betätigungselements durchquert. Dieser Typ von Betätigungsgerät ist besonders dazu geeignet, in MEMS-Technologie hergestellt zu werden. Die Erfindung betrifft auch ein Schaltgerät, das mit einem solchen Betätigungselement ausgestattet ist.The The present invention relates to an electromechanical actuator for a electrical switching device, in particular of the type Einschalter, relay or contactor whose Magnetic circuit once or several times the excitation coil of the actuating element crosses. This type of actuator is special suitable in MEMS technology to be manufactured. The invention also relates to a switching device that with such an actuator Is provided.

Ein elektrisches Schaltgerät besitzt feste Kontakte, die mit mobilen Kontakten zusammenwirken, um die Zuführung einer elektrischen Ladung, die stromabwärts zu dem Gerät angeschlossen ist, umzuschalten. Die Bewegung der mobilen Kontakte erfolgt im Allgemeinen mit einem elektromechanischen Betätigungselement oder Elektromagneten. Dieses Betätigungselement umfasst üblicherweise eine Magnetschaltung aus ferromagnetischem Material, wie beispielsweise Eisen, bestehend aus einem festen Teil und einem beweglichen Teil, die durch einen Magnetspalt getrennt sind. Der bewegliche Teil, auch bewegliche Platte genannt, ist an die mobilen Kontakte des Schaltgeräts gekoppelt und verschiebt sich zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position unter der Wirkung eines elektrischen Steuerstroms, der in einer Steuerspule, auch Erregerspule genannt, zirkuliert. Die offene Position entspricht einem maximalen Magnetspalt zwischen dem festen Teil und dem beweglichen Teil der Magnetschaltung, und die geschlossene Position entspricht einem minimalen Magnetspalt.One electrical switching device has strong contacts that interact with mobile contacts, around the feeder an electrical charge, which is connected downstream to the device is to switch. The movement of the mobile contacts takes place in Generally with an electromechanical actuator or electromagnet. This actuator usually includes a magnetic circuit of ferromagnetic material, such as Iron, consisting of a fixed part and a moving part, which are separated by a magnetic gap. The moving part, also called movable plate, is connected to the mobile contacts of the switchgear coupled and shifts between an open position and a closed position under the action of an electrical control current, which circulates in a control coil, also called exciter coil. The open position corresponds to a maximum magnetic gap between the fixed part and the movable part of the magnetic circuit, and the closed position corresponds to a minimum magnetic gap.

Die Magnetschaltung durchquert den Raum, der sich im Inneren der Wicklung der Erregerspule befindet. Wenn ein elektrischer Steuerstrom in der Spule zirkuliert, entsteht nun auf gut bekannte Weise ein Magnetstrom in der Magnetschaltung, der dazu führt, den Magnetspalt zu verringern und somit den beweglichen Teil zum festen Teil der Magnetschaltung zu ziehen und von der offenen Position in die geschlossene Position überzugehen. Bei Verschwinden des elektrischen Stroms verschwindet der Magnetstrom, und der bewegliche Teil kann wieder in die offene Position unter der Wirkung von beispielsweise elastischen Mitteln, beispielsweise einer Rückstellfeder, zurückkehren.The Magnetic circuit traverses the space that is inside the winding the exciter coil is located. When an electrical control current in As the coil circulates, a magnetic current now arises in a well-known manner in the magnetic circuit, which leads to reduce the magnetic gap and thus the moving part to the fixed part of the magnetic circuit to move and move from the open position to the closed position. When the electric current disappears, the magnetic current disappears, and the moving part can return to the open position below the effect of, for example, elastic means, for example a return spring, to return.

Die von einem elektromechanischen Betätigungselement bereitgestellte Kraft muss natürlich an den Leistungsstrom angepasst sein, der in der zu steuernden elektrischen Ladung zirkuliert, um ihre Versorgungsschaltung rasch und in aller Sicherheit zu optimierten Kosten öffnen und schließen zu können.The provided by an electromechanical actuator Force has to be natural be adapted to the power current in the electrical to be controlled Charge circulates to their supply circuit quickly and in all To be able to open and close security at optimized costs.

Die Anziehungskraft des beweglichen Teils zum festen Teil der Magnetschaltung ist im Wesentlichen proportional zum Quadrat der Amperewindungen (d.h. elektrischer Steuerstrom der Spule multipliziert mit der Anzahl von Windungen der Spule), die den Magnetstrom erzeugen. Sie ist auch praktisch umgekehrt proportional zum Quadrat des Magnetspalts der Magnetschaltung. In offener Position muss die Anziehungskraft zu Beginn der Rückstellphase stark genug sein, um den beweglichen Teil der Magnetschaltung anzuziehen und die mechanische Widerstandskraft trotz eines maximalen Magnetspalts zu überwinden. Dies erfordert somit viele Amperewindungen, die durch eine große Windungszahl der Spule und/oder einen starken elektrischen Steuerstrom erzielt wird. Bei Annäherung an die geschlossene Position hingegen ruft die Verringerung des Magnetspalts eine Erhöhung der Anziehungskraft hervor, und es ist somit keine große Anzahl von Amperewindungen mehr erforderlich.The Attraction of the moving part to the fixed part of the magnetic circuit is essentially proportional to the square of ampere turns (i.e., electrical control current of the coil multiplied by the number of turns of the coil) which generate the magnetic current. she is also practically inversely proportional to the square of the magnetic gap the magnetic circuit. In the open position must be the attraction strong at the beginning of the reset phase be enough to attract the moving part of the magnetic circuit and to overcome the mechanical resistance despite a maximum magnetic gap. This therefore requires many Amperewindungen, by a large number of turns achieved the coil and / or a strong electrical control current becomes. When approaching on the other hand, the reduction of the Magnetic gaps an increase of attraction, and so it is not a large number Ampere turns more necessary.

Üblicherweise kann dieses Phänomen berücksichtigt werden, wenn ein starker Rufstrom in Rufphase für die Verschiebung des beweglichen Teils von der offenen Position in die geschlossene Position und dann ein geringerer Haltestrom angewandt werden, der für die Phase des Haltens des beweglichen Teils in der geschlossenen Position ausreichend ist. Eine weitere bekannte Lösung besteht darin, die Anzahl von Windungen der Spule zu variieren, wobei beispielsweise zwei Spulen in Serie für die Rufphase verwendet werden, und dann eine Spule für die Haltephase geshuntet wird. Dennoch erfordern solche Vorrichtungen entweder elektronische oder mechanische und elektrische Mittel (wie Hilfskontakte), um den elektrischen Steuerstrom oder die Anzahl von Windungen in Abhängigkeit von der Position des beweglichen Teils zu variieren.Usually can this phenomenon considered when a strong ringing current in call phase for the displacement of the moving part from the open position to the closed position and then on lower holding current is applied, which is for the phase of holding the movable part in the closed position is sufficient. Another known solution is to vary the number of turns of the coil, For example, where two coils are used in series for the calling phase, and then a coil for the holding phase is shunted. Nevertheless, such devices require either electronic or mechanical and electrical means (such as Auxiliary contacts) to the electrical control current or the number of turns in dependence to vary from the position of the moving part.

Das Dokument US-BI-6 225 880 beschreibt ein elektromechanisches Betätigungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The Document US-B-6 225 880 describes an electromechanical actuator according to the preamble of claim 1.

Überdies ist bereits bekannt (siehe insbesondere die Patentanmeldung FR-AI-2 847 071), die Amperewindungen, die den Magnetstrom erzeugen, nicht durch Vervielfachen der Anzahl von Windungen der Spule zu erhöhen, sondern durch Vervielfachen der Anzahl von Durchgängen des Magnetstroms im Inneren der Erregerspule. Wenn somit die Magnetschaltung die Wicklung der Spule zweimal anstatt nur ein einziges Mal durchquert, ist dies gleichwertig mit einer Verdoppelung der Anzahl von Windungen der Spule selbst. Aus diesem Grund wird vorteilhafterweise eine Anziehungskraft erhalten, die mit einem Faktor vier bei einer selben Anzahl von Windungen der Spule multipliziert ist, sowie eine selbe elektrische Steuerstromstärke, wobei nur die Struktur der Magnetschaltung verändert wird, sofern die Sättigung der Magnetschaltung nicht erreicht ist.moreover is already known (see in particular the patent application FR-AI-2 847 071), the ampere turns that generate the magnetic current, not but multiply by multiplying the number of turns of the coil by multiplying the number of passes of the magnetic current inside the exciter coil. Thus, when the magnetic circuit winding the Spool is traversed twice instead of just once, this is equivalent to doubling the number of turns of the coil itself. For this reason, advantageously, an attraction obtained by a factor of four for a same number of Windings of the coil is multiplied, as well as a same electrical Control current, whereby only the structure of the magnetic circuit is changed, provided the saturation the magnetic circuit is not reached.

Es wäre somit besonders vorteilhaft, einfach die Anzahl von Amperewindungen der Magnetschaltung je nach der Position der beweglichen Platte zu variieren, um die für die Bewegung zum Verschließen des elektro mechanischen Betätigungselements erforderliche Anziehungskraft zu optimieren, ohne dazu Mittel zu benötigen, um den Steuerstrom oder die Anzahl von Windungen der Spule zu variieren.It would be like that particularly advantageous, simply the number of Amperewindungen the To vary the magnetic circuit according to the position of the movable plate, around the for the movement to close the electro-mechanical actuator to optimize required appeal, without having to resort to funds need, to vary the control current or the number of turns of the coil.

Dazu beschreibt die Erfindung ein elektromechanisches Betätigungselement für ein elektrisches Schaltgerät, umfassend eine Erregerspule, die von einer Wicklung, die um einen Innenraum gespult ist, gebildet ist, eine Magnetschaltung aus ferromagnetischem Material, umfassend einen festen Teil und eine Platte, die zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position unter der Wirkung eines elektrischen Stroms, der in der Spule zirkuliert und die Zirkulation eines Magnetstroms in der Magnetschaltung hervorruft, beweglich ist. Erfindungsgemäß durchströmt der Magnetstrom mehrmals den Innenraum der Spule in offener Position und durchströmt einmal den Innenraum der Spule in geschlossener Position.To the invention describes an electromechanical actuator for a electrical switching device, comprising an excitation coil, which is wound by a winding Interior is wound, is formed, a magnetic circuit of ferromagnetic Material comprising a solid part and a plate between an open position and a closed position under the Effect of an electric current circulating in the coil and causes the circulation of a magnetic current in the magnetic circuit, is mobile. According to flows through the magnetic current several times the interior of the coil in the open position and flows through once the interior of the coil in the closed position.

Weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervor, die sich auf eine als Beispiel angeführte Ausführungsart bezieht, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, wobei:Further Features and benefits are detailed below Description, which refers to an exemplary embodiment referred to in the accompanying drawings, wherein:

1 ein Ausführungsbeispiel eines elektromechanischen Betätigungselements gemäß der Erfindung in Draufsicht entlang einer Achse YY darstellt, 1 FIG. 4 shows an embodiment of an electromechanical actuating element according to the invention in a plan view along an axis YY, FIG.

die 2 und 3 das Beispiel aus 1 in offener Position bzw. geschlossener Position in Seitenansicht entlang einer Achse XX zeigen,the 2 and 3 the example 1 in an open position or in a closed position in a side view along an axis XX,

die 4a, 4b schematisch den Weg des Magnetstroms darstellen, der in der Magnetschaltung des Betätigungselements aus 1 in offener bzw. geschlossener Position zirkuliert,the 4a . 4b schematically represent the path of the magnetic current, in the magnetic circuit of the actuator off 1 circulated in open or closed position,

5 für das Betätigungselement aus 1 eine vereinfachte Ansicht der Kurve darstellt, die die Kraft in Abhängigkeit vom Weg der beweglichen Platte des Betätigungselements zeigt, 5 for the actuator 1 Figure 5 is a simplified view of the curve showing the force versus the travel of the movable plate of the actuator;

6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Betätigungselements zeigt. 6 shows a further embodiment of an actuating element according to the invention.

Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 umfasst ein elektromechanisches Betätigungselement eines Schaltgeräts eine herkömmliche Erregerspule 10, die von einer Wicklung von Windungen gebildet ist, die um einen Innenraum 15 gespult sind. Das Betätigungselement umfasst auch eine Magnetschaltung aus ferromagnetischem Material, umfassend einen festen Teil 20 und eine bewegliche Platte 30, die sich zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position verschieben kann. Die offene Position entspricht einem maximalen Magnetspalt e1 zwischen dem festen Teil 20 und der beweglichen Platte 30, und die geschlossene Position entspricht einem minimalen Magnetspalt e2 zwischen dem festen Teil 20 und der beweglichen Platte 30. Dieser minimale Magnetspalt e2 wird entweder durch mechanische Mittel, die den beweglichen Teil 30 daran hindern, sich zur Gänze an den festen Teil 20 anzulegen, oder durch ein nicht ferromagnetisches Material mit einer Dicke e2 bewahrt, das eine der Flächen abdeckt, die gegenüber der Magnetschaltung angeordnet sind. Trotz der Richtung der Pfeile der Achse YY in 1 ist die bewegliche Platte 30 dennoch punktiert in 1 dargestellt.With reference to the 1 to 3 For example, an electromechanical actuator of a switching device includes a conventional exciter coil 10 that is formed by a winding of turns that surround an interior 15 are spooled. The actuator also comprises a magnetic circuit of ferromagnetic material comprising a fixed part 20 and a movable plate 30 which can shift between an open position and a closed position. The open position corresponds to a maximum magnetic gap e1 between the fixed part 20 and the movable plate 30 , and the closed position corresponds to a minimum magnetic gap e2 between the fixed part 20 and the movable plate 30 , This minimum magnetic gap e2 is either by mechanical means, which is the moving part 30 prevent it from fully adhering to the fixed part 20 to be applied, or by a non-ferromagnetic material having a thickness e2 covering one of the surfaces, which are arranged opposite to the magnetic circuit. Despite the direction of the arrows of the axis YY in 1 is the moving plate 30 yet dotted in 1 shown.

Wenn ein elektrischer Steuerstrom in der Spule 10 zirkuliert, entsteht ein Magnetstrom in der Magnetschaltung, der eine Kraft hervorruft, die dazu neigt, den Magnetspalt zu verringern, d.h. die bewegliche Platte 30 an den festen Teil 20 der Magnetschaltung anzunähern. Beim Verschwinden des elektrischen Stroms kann die umgekehrte Bewegung durch verschiedene Rückstellmittel, wie eine Rückstellfeder, erzielt werden.When an electrical control current in the coil 10 A magnetic current is generated in the magnetic circuit which causes a force tending to reduce the magnetic gap, ie, the movable plate 30 to the solid part 20 to approximate the magnetic circuit. When the electric current disappears, the reverse movement can be achieved by various return means, such as a return spring.

Der feste Teil 20 der Magnetschaltung umfasst ein erstes Ende 21, einen Mittelabschnitt 23, der mit dem ersten Ende 21 durch einen ersten Teil der Magnetschaltung 41, 42, 43, der den Innenraum 15 der Spule 10 durchquert, verbunden ist, und umfasst ein zweites Ende 22, das mit dem Mittelabschnitt 23 durch einen zweiten Teil der Magnetschaltung 45, 46, 47, der vom ersten Teil getrennt ist, verbunden ist, der ebenfalls den Innenraum 15 der Spule 10 durchquert. Der Mittelabschnitt 23 befindet sich somit zwischen den beiden Enden 21, 22, und die beiden Enden 21, 22 sind beiderseits der Spule 10 angeordnet.The solid part 20 the magnetic circuit comprises a first end 21 , a middle section 23 that with the first end 21 through a first part of the magnetic circuit 41 . 42 . 43 that the interior 15 the coil 10 traverses, is connected, and includes a second end 22 that with the middle section 23 through a second part of the magnetic circuit 45 . 46 . 47 , which is separated from the first part, is also connected to the interior 15 the coil 10 crosses. The middle section 23 is thus located between the two ends 21 . 22 , and the two ends 21 . 22 are on both sides of the coil 10 arranged.

Nach einer in 1 dargestellten Ausführungsart umfasst der feste Teil 20 ein erstes, ein zweites und ein drittes Element, wobei jedes Element im Wesentlichen U-förmig mit einer zentralen Basis, umgeben von zwei Seitenschenkeln, ist. Der Querschnitt dieser Elemente kann entweder rechteckig, wie in den 2 und 3 dargestellt, oder kreisförmig sein. Der erste Schenkel 41 des ersten Elements trägt das erste Ende 21 des festen Teils 20 der Magnetschaltung. Die zentrale Basis 42 des ersten Elements durchquert den Innenraum 15 der Spule 10. Der erste Schenkel 43 des zweiten Elements ist dem zweiten Schenkel des ersten Elements gemeinsam. Die zentrale Basis 44 des zweiten Elements liegt außerhalb der Spule 10 und trägt den Mittelabschnitt 23 des festen Teils 20 der Magnetschaltung. Der erste Schenkel 45 des dritten Elements ist dem zweiten Schenkel des zweiten Elements gemeinsam. Die zentrale Basis 46 des dritten Elements durchquert den Innenraum 15 der Spule 10, und der zweite Schenkel 47 des dritten Elements trägt das zweite Ende 22 des festen Teils 20 der Magnetschaltung.After a in 1 illustrated embodiment includes the fixed part 20 a first, a second and a third element, each element being substantially U-shaped with a central base surrounded by two side legs. The cross section of these elements can be either rectangular, as in the 2 and 3 represented, or be circular. The first leg 41 of the first element carries the first end 21 of the solid part 20 the magnetic circuit. The central base 42 of the first element passes through the interior 15 the coil 10 , The first leg 43 of the second element is common to the second leg of the first element. The central base 44 the second element is outside the coil 10 and carries the middle section 23 of the solid part 20 the magnetic circuit. The first leg 45 of the third element is common to the second leg of the second element. The central base 46 of the third element the interior 15 the coil 10 , and the second leg 47 of the third element carries the second end 22 of the solid part 20 the magnetic circuit.

Die bewegliche Platte ist in Drehung zwischen der offenen und geschlossenen Position beweglich. Sie hat beispielsweise parallelflache Form mit einer flachen Seite 31, die zum festen Teil 20 ausgerichtet ist. Das erste Ende 21, das zweite Ende 22 und der Mittelabschnitt 23 der Magnetschaltung sind zu der Fläche 31 der beweglichen Platte 30 ausgerichtet und derart angeordnet, dass sie sich, wenn die bewegliche Platte 30 in geschlossener Position ist, alle im Wesentlichen in gleichem Abstand zu der Innenseite 31 der beweglichen Platte 30 befinden, der dem minimalen Magnetspalt e2, wie in 3 dargestellt, entspricht. Die Abmessungen der Platte 30 sind ausreichend, um zum Großteil die Enden 21, 22 und den Mittelabschnitt 23, wie in 1 dargestellt, abzudecken. Vorzugsweise sind die Enden 21, 22 und der Mittelabschnitt 23 der Magnetschaltung in Bezug auf den übrigen festen Teil 20 der Magnetschaltung überhöht, so dass in geschlossener Position der von der beweglichen Platte 30 kommende Magnetstrom ausschließlich über das erste Ende 21, das zweite Ende 22 und den Mittelabschnitt 23 der Magnetschaltung verläuft.The movable plate is movable in rotation between the open and closed positions. For example, it has a parallelepiped shape with a flat side 31 that the solid part 20 is aligned. The first end 21 , the second end 22 and the middle section 23 the magnetic circuit are to the surface 31 the movable plate 30 aligned and arranged so that when the movable plate 30 in the closed position, all substantially equidistant from the inside 31 the movable plate 30 are the minimum magnetic gap e2, as in 3 represented, corresponds. The dimensions of the plate 30 are sufficient to most of the ends 21 . 22 and the middle section 23 , as in 1 shown to cover. Preferably, the ends are 21 . 22 and the middle section 23 the magnetic circuit with respect to the rest of the fixed part 20 the magnetic circuit is increased, so that in the closed position of the movable plate 30 coming magnetic current exclusively over the first end 21 , the second end 22 and the middle section 23 the magnetic circuit runs.

In der in 2 dargestellten offenen Position hingegen ist der Abstand e1 zwischen der beweglichen Platte 30 und jedem Ende 21, 22 des festen Teils 20 der Magnetschaltung geringer als der Abstand e3 zwischen der beweglichen Platte 30 und dem Mittelabschnitt 23. Im Falle des beschriebenen Beispiels geht dies auf die Tatsache zurück, dass die Platte 30 in Drehung um eine Achse beweglich ist, die den Enden 21, 22 näher als dem Mittelabschnitt 23 ist. Weitere mechanische Lösungen wären offensichtlich möglich, um diese Abstandsabweichung zwischen e1 und e3 zu erzielen. Daraus folgt, dass in offener Position der Magnetstrom, der ganz allgemein immer den kürzesten Weg nimmt, von der beweglichen Platte 30 zu dem festen Teil 20 nur durch den Magnetspalt verläuft, der zwischen der beweglichen Platte 30 und den beiden Enden 21, 22 erzeugt wird.In the in 2 On the other hand, the open position shown is the distance e1 between the movable plate 30 and every end 21 . 22 of the solid part 20 the magnetic circuit is less than the distance e3 between the movable plate 30 and the middle section 23 , In the case of the example described, this is due to the fact that the plate 30 is movable in rotation about an axis which is the ends 21 . 22 closer than the middle section 23 is. Other mechanical solutions would obviously be possible to achieve this distance deviation between e1 and e3. It follows that in the open position the magnetic current, which generally always takes the shortest path, from the movable plate 30 to the solid part 20 only through the magnetic gap that runs between the movable plate 30 and the two ends 21 . 22 is produced.

Die Funktion des Betätigungselements wird nun beschrieben. Ausgehend von der in 2 dargestellten offenen Position wird ein elektrischer Steuerstrom in die Spule 10 geschickt und ruft so den Beginn der Rufphase hervor. Der erzeugte Magnetstrom nimmt den kürzesten Weg zwischen dem festen Teil 20 und der beweglichen Platte 30 der Magnetschaltung, der dem Abstand e1 zwischen der beweglichen Platte 30 und den beiden Enden 21, 22 entspricht. Folglich verläuft zu Beginn der Rufphase kein Magnetstrom zwischen der beweglichen Platte 30 und dem Mittelabschnitt 23 des festen Teils 20 angesichts der Abweichung zwischen den Abständen e1 und e3.The function of the actuator will now be described. Starting from the in 2 shown open position is an electrical control current in the coil 10 sent and thus calls forth the beginning of the call phase. The generated magnetic current takes the shortest path between the fixed part 20 and the movable plate 30 the magnetic circuit, the distance e1 between the movable plate 30 and the two ends 21 . 22 equivalent. Consequently, no magnetic current passes between the movable plate at the beginning of the calling phase 30 and the middle section 23 of the solid part 20 considering the deviation between the distances e1 and e3.

Der vom Magnetstrom B genommene Weg ist somit in 4a schematisch dargestellt, wobei die für die Pfeile B gewählte Richtung willkürlich ist und nur von der Richtung des Stroms der Spule abhängt. Die punktierte Linie entspricht dem Durchgang des Magnetstroms B durch den beweglichen Teil 30. Es ist somit leicht in 4a festzustellen, dass der Weg des Magnetstroms folgender ist: 30, e1, 21, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 22, e1, 30. Der Magnetstrom B muss somit sehr wohl zweimal den Innenraum der Spule 10 über die Basen 42, 46 durchqueren, um sich auf der beweglichen Platte 30 wieder zu schließen.The path taken by the magnetic current B is thus in 4a shown schematically, wherein the direction chosen for the arrows B is arbitrary and depends only on the direction of the current of the coil. The dotted line corresponds to the passage of the magnetic current B through the movable part 30 , It is thus easy in 4a determine that the path of the magnet current is: 30 , e1, 21 . 41 . 42 . 43 . 44 . 45 . 46 . 47 . 22 , e1, 30 , The magnet current B must therefore be twice the interior of the coil 10 over the bases 42 . 46 traverse to get on the moving plate 30 to close again.

Im Zuge der Annäherung der Platte 30 während der Rufphase verringert sich die Abweichung zwischen den Abstanden e1 und e3 progressiv, um zum einzigen Wert e2 zu gelangen, der dem Magnetspalt der geschlossenen Position aus 3 entspricht. In dieser Position verläuft der Fluss B ebenso zwischen dem beweglichen Teil 30 und den beiden Enden 21, 22 wie zwischen dem beweglichen Teil 30 und dem Mittelabschnitt 23, wie durch die punktierten Linien der 4b dargestellt.In the course of the approach of the plate 30 during the calling phase, the deviation between the distances e1 and e3 progressively decreases to arrive at the single value e2 corresponding to the magnetic gap of the closed position 3 equivalent. In this position, the river B also runs between the moving part 30 and the two ends 21 . 22 as between the moving part 30 and the middle section 23 as indicated by the dotted lines of the 4b shown.

In dieser Anordnung kann angenommen werden, dass die beiden Enden 21, 22 und der Mittelabschnitt 23 magnetisch „kurzgeschlossen" sind, so dass der Weg des Magnetstroms B folgender ist: 30, e2, 21/23, 41/45, 42/46, 43/47, 22/23, e2, 30. Der Magnetstrom B durch quert somit sehr wohl ein einziges Mal den Innenraum der Spule 10 durch die Basen 42, 46, die als parallel und somit einem einzigen die Spule 10 durchquerenden Element gleichsetzbar anzusehen sind.In this arrangement, it can be assumed that the two ends 21 . 22 and the middle section 23 are magnetically "shorted" so that the path of the magnetic flux B is: 30 , e2, 21 / 23 . 41 / 45 . 42 / 46 . 43 / 47 . 22 / 23 , e2, 30 , The magnetic current B thus very probably crosses the interior of the coil once 10 through the bases 42 . 46 that is considered parallel and thus a single the coil 10 crossing element are to be regarded as equable.

5 stellt schematisch ein Diagramm der an die bewegliche Platte 30 angelegten Kräfte in Abhängigkeit von ihrem Weg während der Schließphase dar. Auf der Abszisse entsprechen die Symbole F und O den geschlossenen bzw. offenen Positionen der Platte 30. Die vertikale Linie 54 entspricht der Position, in der die beweglichen Kontakte, die mit der beweglichen Platte 30 verbunden sind, mit den festen Kontakten des Schaltgeräts in Kontakt treten; wobei sich der Weg des Zusammendrückens der Kontakte somit links von dieser Linie 54 befindet. 5 schematically shows a diagram of the movable plate 30 applied forces depending on their path during the closing phase. On the abscissa the symbols F and O correspond to the closed and open positions of the plate 30 , The vertical line 54 corresponds to the position in which the moving contacts, with the movable plate 30 connected to the fixed contacts of the switching device in contact; whereby the way of compressing the contacts is thus left of this line 54 located.

Eine erste Kurve 50 zeigt die Antriebskraftkurve, die mit einem Betätigungselement erzielt wird, dessen Strom ständig zweimal die Spule durchquert. Eine zweite Kurve 51 zeigt eine Kraftkurve mit einem gleichwertigen Betätigungselement, dessen Strom ständig die Spule ein einziges Mal durchquert. Es ist offensichtlich festzustellen, dass die Kurve 50 immer über der Kurve 51 verläuft, da die erzeugte Kraft logischerweise immer mit einem Betätigungselement, das die Spule ständig zweimal durchquert, größer ist. Eine dritte Kurve 52 entspricht der tatsächlichen Kurve des erfindungsgemäßen Betätigungselements, das in dem Beispiel der 1 bis 3 beschrieben ist. In offener Position ist die Kurve 52 mit dem Weg 50 gleichzusetzen, entfernt sich dann progressiv, um sich mit der Kurve 51 in geschlossener Position auszurichten. Diese Entfernung ist progressiv, da, wie vorher angeführt, im Zuge der Annäherung der Platte 30 während der Rufphase die Abweichung zwischen den Abständen e1 und e3 progressiv kleiner wird, um zu dem einzigen Wert e2 zu gelangen.A first turn 50 shows the driving force curve, which is achieved with an actuator whose current constantly passes through the coil twice. A second turn 51 shows a force curve with an equivalent actuator whose current constantly passes through the coil once. It is obvious to note that the curve 50 always above the curve 51 Logically, since the generated force is always greater with an actuator that constantly passes through the coil twice. A third turn 52 corresponds to the actual curve of the actuating element according to the invention, which in the example of 1 to 3 is described. In open position is the curve 52 with the way 50 equate, then progressively moves away to deal with the curve 51 to align in the closed position. This distance is progressive because, as previously stated, as the plate approaches 30 during the calling phase, the deviation between the distances e1 and e3 progressively decreases to arrive at the single value e2.

5 zeigt auch in punktierten Linien die Widerstandskraft 53 des Betätigungselements. Es ist festzustellen, dass zur Überwindung der Widerstandskraft 53 in offener Position mit einer herkömmlichen Lösung ein Betätigungselement gemäß der Kurve 50 hätte verwendet werden müssen, da die Antriebskraft 51 geringer als die Widerstandskraft 53 in dieser offenen Position ist. Umgekehrt ergibt diese Kurve 50 in der geschlossenen Position eine nicht notwendige sehr große Kraft, die insbesondere zu heftigen mechanischen Stößen am Ende der Rufphase sowie zu einem unnötig hohen Verbrauch in der Haltephase der geschlossenen Position führen kann. Die Erfindung hat somit den Vorteil, dass sie die mechanischen Stöße beim Schließen verringert und die Abfallspannung besser kontrolliert. 5 also shows the resistance in dotted lines 53 of the actuating element. It should be noted that to overcome the resistance 53 in the open position with a conventional solution an actuator according to the curve 50 should have been used as the driving force 51 less than the resistance 53 in this open position. Conversely, this curve yields 50 in the closed position an unnecessary large force, which can lead in particular to violent mechanical shocks at the end of the calling phase and to an unnecessarily high consumption in the holding phase of the closed position. The invention thus has the advantage that it reduces the mechanical impact when closing and controls the waste voltage better.

Dank der Erfindung ermöglicht es die Kurve 52 hingegen, die erforderliche Antriebskraft zur Überwindung der Widerstandskraft 53 unabhängig von der Position der beweglichen Platte zu optimieren, ohne zusätzliche elektrische oder elektronische Mittel zu erfordern, wobei nur auf die Anordnung der Magnetschaltung eingewirkt wird. Durch Eingreifen in die verschiedenen Parameter der Magnetschaltung, nämlich unter anderem den Wert der Abstände e1, e2, e3, die Form und die Abmessungen der verschiedenen Elemente der Magnetschaltung kann offensichtlich die gewünschte ideale Kurve 52 für das Betätigungselement in Abhängigkeit von seiner Anwendung verfeinert werden.Thanks to the invention, it allows the curve 52 on the other hand, the required driving force to overcome the resistance 53 regardless of the position of the movable plate to optimize, without requiring additional electrical or electronic means, with only the arrangement of the magnetic circuit is acted upon. By intervening in the various parameters of the magnetic circuit, namely among other things the value of the distances e1, e2, e3, the shape and dimensions of the various elements of the magnetic circuit can obviously the desired ideal curve 52 be refined for the actuator depending on its application.

Das bei der Erfindung beschriebene Betätigungselement kann in herkömmlicher Technologie hergestellt sein, aber die MEMS-Technologie (Micro Electro-Mechanical System) ist auch besonders gut für die Herstellung eines solchen Betätigungselementes geeignet. Die Herstellung durch Aufbringung von aufeinander folgenden Schichten in einem iterativen Verfahren eignet sich nämlich gut für die Herstellung einer Magnetschaltung und einer Spule mit der beschriebenen Form. Mit dieser MEMS-Technologie könnten die Rückstellmittel, die die Widerstandskraft erzeugen, durch elastische Verformung eines der Teile erhalten werden. Überdies könnte ein elektrisches Gerät nun ein oder mehrere Betätigungselemente umfassen, um die gewünschte Unterbrechungskraft zu erreichen.The in the invention described actuator can in conventional Technology be made, but the MEMS technology (Micro Electro-Mechanical System) is also very good for the production of such an actuating element suitable. The production by application of successive layers in fact, in an iterative process, it is well suited for the production of a magnetic circuit and a coil having the described shape. With this MEMS technology could the return means, which generate the resistance, by elastic deformation of a the parts are obtained. moreover could an electrical device now one or more actuators include to the desired To reach interruption power.

Die in 6 dargestellte Variante zeigt ein weiteres Beispiel für eine Anordnung des festen Teils 20' der Magnetschaltung, die es ermöglicht, drei getrennte Durchgänge durch den Innenraum der Spule 10' an Stelle von zwei zu erzeugen. In diesem Fall umfasst der feste Teil nun zwei Mittelabschnitte 23', 24', die in geschlossener Position derart angeordnet sind, dass sie sich im selben Abstand zu der beweglichen Platte 30' wie die beiden Enden 21', 22' des festen Teils befinden. Wie vorher erklärt, durchquert der Magnetstrom nun nur ein einziges Mal den Innenraum der Spule über drei „parallele" Durchgänge. In der offenen Position hingegen sind die Mittelabschnitte 23', 24' weiter von der beweglichen Platte 30' entfernt als die beiden Enden 21', 22'. Der Magnetstrom verläuft nun nur zwischen der beweglichen Platte und den beiden Enden des festen Teils, wodurch der Magnetstrom gezwungen ist, dreimal den Innenraum der Spule zu durchqueren, wie deutlich in 6 zu sehen ist. Die Multiplikationswirkung ist nun offensichtlich größer.In the 6 illustrated variant shows another example of an arrangement of the fixed part 20 ' the magnetic circuit, which allows three separate passes through the interior of the coil 10 ' instead of producing two. In this case, the fixed part now comprises two middle sections 23 ' . 24 ' which are arranged in the closed position such that they are at the same distance from the movable plate 30 ' like the two ends 21 ' . 22 ' of the fixed part. As previously explained, the magnet current now traverses the interior of the coil only once through three "parallel" passages, while in the open position, the middle sections are 23 ' . 24 ' further from the movable plate 30 ' removed as the two ends 21 ' . 22 ' , The magnetic current now passes only between the movable plate and the two ends of the fixed part, whereby the magnetic current is forced to traverse three times the interior of the coil, as clearly in 6 you can see. The multiplication effect is obviously bigger now.

Es versteht sich, dass, ohne über den Rahmen der Erfindung hinauszugehen, weitere Varianten und Verbesserungen im Detail sowie der Einsatz von gleichwertigen Mitteln vorstellbar sind.It understands that, without over go beyond the scope of the invention, other variants and improvements in detail and the use of equivalent means conceivable are.

Claims

Electromechanical actuating element for an electric switching device, comprising an exciting coil ( 10 ), by a winding around an interior ( 15 ) is formed, a magnetic circuit of ferromagnetic material, comprising a solid part ( 20 ) and a plate ( 30 ) between an open position and a closed position under the action of one in the coil ( 10 ) circulating electrical current, which causes the circulation of a magnetic current in the magnetic circuit, is movable, characterized in that the magnetic current several times the interior ( 15 ) of the coil ( 10 ) in open position and once the interior ( 15 ) of the coil ( 10 ) in the closed position.

Electromechanical actuator according to claim 1, characterized in that the actuating element in MEMS technology is made.

Electromechanical actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the circulating in the magnetic circuit magnetic current twice the interior ( 15 ) of the coil ( 10 ) in open position.

Electromechanical actuator according to claim 3, characterized in that the fixed part ( 20 ) of the magnetic circuit has a first end ( 21 ), a middle section ( 23 ), with the first The End ( 21 ) through a first the interior ( 15 ) of the coil ( 10 ) and a second end ( 22 ) which is connected to the middle section ( 23 ) through a second the interior ( 15 ) of the coil ( 10 ) crossing part is connected.

Electromechanical actuator according to claim 4, characterized in that in the open position the distances (e1) between the movable plate ( 30 ) and the first end ( 21 ) or the second end ( 22 ) of the magnetic circuit is smaller than the distance (e3) between the movable plate ( 30 ) and the middle section (s) ( 23 ) of the magnetic circuit.

Electromechanical actuator according to claim 5, characterized in that in the closed position the movable plate ( 30 ) at a substantially equal distance (e2) to the first end ( 21 ), to the second end ( 22 ) and the middle section (s) ( 23 ) of the magnetic circuit is arranged.

Electromechanical actuator according to claim 6, characterized in that the plate ( 30 ) is rotatable.

Electromechanical actuator according to claim 7, characterized in that the fixed part ( 20 ) of the magnetic circuit comprises a first, a second and a third element, wherein each element is substantially U-shaped with a central base surrounded by two side legs. - wherein the first leg ( 41 ) of the first element the first end ( 21 ) of the fixed part ( 20 ) carries the magnetic circuit, and the central base ( 42 ) of the first element the interior ( 15 ) of the coil ( 10 ), - wherein the first leg ( 43 ) of the second element is common to the second leg of the first element, the central base ( 44 ) of the second element outside the coil ( 10 ) and the middle section ( 23 ) of the fixed part ( 20 ) carries the magnetic circuit, - wherein the first leg ( 45 ) of the third element is common to the second leg of the second element, the central base ( 46 ) of the third element the interior ( 15 ) of the coil ( 10 ), and the second leg ( 47 ) of the third element the second end ( 22 ) of the fixed part ( 20 ) carries the magnetic circuit.

Electromechanical actuator according to claim 8, characterized in that the first end ( 21 ) the second end ( 22 ) and the middle section ( 23 ) of the magnetic circuit with respect to the remaining fixed part ( 20 ) of the magnetic circuit are excessive.

Electrical switching device comprising fixed contacts, which interact with mobile contacts, characterized that there is at least one electromechanical actuator according to one of previous claims includes, whose movable plate connected to the mobile contacts is.