CN100367430C - 电磁致动器 - Google Patents

Abstract

用于控制开关的至少一个活动触点到合闸位置或者开闸位置的电磁致动器。该电磁致动器(1)具有用于使活动极身(3)和固定极身(4)朝着彼此移动的第一磁路，和与第一磁路分离、并具有永久磁体(9)和保持板(10)的第二磁路。开闸线圈(15)用来抵消第二磁路中的磁场，于是致动器(1)能返回到开闸位置。在致动器(1)的轴向，所述开闸线圈(15)被置于比永久磁体(9)更靠近保持板(10)的位置，结果致动器更具有效率的工作成为可能。此外，致动器由易于生产并易于装配的圆柱体元件组成。

Description

电磁致动器

技术领域

本发明涉及一种用于控制开关的至少一个活动触点为合闸位置或者开闸位置的电磁致动器，其中所述电磁致动器具有第一磁路、第二磁路，其中第一磁路具有合闸线圈(switching-on coil)并用于使活动极身和固定极身朝着彼此移动直到到达合闸位置，第二磁路与第一磁路分离，具有永久磁体和被连接到活动极身的保持板，用于当合闸线圈没有被激励时抵抗任何弹簧或其它力以将所述致动器保持在合闸位置，该第二磁路还具有开闸线圈用来抵消第二磁路中的磁场，于是致动器能返回到开闸位置。所述第二磁路包括所述永久磁体、所述保持板、所述开闸线圈和封闭第二磁路的磁路体(circuit body)，其中在从开闸位置进入合闸位置的运动过程中，所述第二磁路在所述磁路体和所述保持板之间提供一个逐渐增加的吸力。

在另一方面，本发明涉及一种用于生产电磁致动器的方法，和一种用于在具有开关的至少一个活动触点的开关设备中固定致动器比如按照本发明的致动器的组件。

背景技术

这种类型的电磁致动器在国际专利申请WO99/14769中被公开。由于分离的磁路，就开关速度和必需的开关能量而言，所述致动器是最优的。然而，在这个公开文献中所述的致动器在致动器的操作使用和致动器的生产两个方面甚至还能作出改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种与现有技术相比，生产更容易、成本更低并且在使用时有更高效率的电磁致动器。

按照本发明，提供一种与前序中描述的类型一致的电磁致动器，其中在该致动器的轴向，所述开闸线圈和永久磁体相比被置于更靠近保持板的位置。与从WO99/14769专利申请中得知的致动器相比，由于永久磁体和开闸线圈的这个改进位置，开闸线圈的操作更为有效，结果本致动器的开闸动作所需的能量更少。

电磁致动器的另一个例子在美国专利申请US-A-5864274中被公开。这种类型的致动器包括带永久磁体的一个圆柱形软铁容器(vessel)，永久磁体被设置成与软铁容器的内壁形成磁分路间隙。磁通传导盘的颈部被电流绕组围绕。一个磁性吸引杆盘(po1edisk)位于软铁容器的颈部。一个导电环被紧固到所述杆盘。杆盘启动机械的和/或电的安全设备。这个系统通过被发送到电流绕组的电流脉冲启动。这个致动器不包括合闸线圈，并且在没有线圈的外部驱动时，致动器返回到它的通常位置，其中极紧靠着磁通传导盘(的颈部)停止。如上所述，这个致动器被设置用来在短时间内相对快速地推离杆盘，这是通过促使磁通量远离杆盘并且使用短路传导环以提供一个推力实现的。这可以通过由软铁容器、永久磁体、磁通传导盘和杆盘组成的磁路实现，其中永久磁体的直径小于软铁容器的直径(永久磁体位于软铁容器内)。

然而，在本发明中，开闸动作是通过由开闸线圈产生的磁通量抵消永久磁体的磁通量被启动的，其中永久磁体的磁通量正在支持所述保持板并与开闸线圈产生的磁通量处于同样的磁通量路径中。这使得与US-A5864274所给出的位置相比，允许将永久磁体放在一个更加径向朝外的位置，于是保证活动的极身(合闸线圈的初级电路(primary circuit)的一部分)不影响致动器的第二磁路。由于支持装置的元件(永久磁体、配合件等)能够与合闸装置的零件(特别是相对较大的活动极身)基本上被同轴放置，这允许制造一个更加紧凑的致动器，并且所需要长度更短。

在另一个实施例中，永久磁体的是盘状的磁体，其磁极方向平行于盘状磁体的轴线。这种类型的永久磁体易于生产并且成本低，特别是与WO99/14769中描述的在径向方向需要一个磁极方向的永久磁体相比。此外，因为第二磁路运行路径不同以及轴向公差比径向更容易消除，所以此盘状的永久磁体的制造公差可以更大。

在另一个实施例中，致动器包括基本为圆柱体的元件。组成致动器的圆柱体元件一般用本身已经公知的技术是易于生产的，例如使用车床。致动器的圆柱体结构与本领域的状况相比，在产生磁路和致动器占用的空间量方面也更有效率。另外，各种元件可以通过例如(螺钉)紧固件和/或压配被容易地组装。

在另一个实施例中，致动器包括在第一和第二磁路中由钢比如高速切削钢制成的圆柱体元件。这种材料比通常惯用的磁性镀锡钢板更便宜并易于加工。确实，这导致磁效率的损失，但是这能容易地被弥补并且在价值上没有超过所实现的经济效应。

在另一个实施例中，电磁致动器包括被连接到活动极身的活动轴，该轴可以通过滑动轴承相对于固定极身移动。滑动轴承的使用赋予致动器与环境隔离的优点，于是可磁化的材料和/或其它的污染物不能在极身上聚集。

此外，在本电磁致动器的另一个实施例中，活动的极身只能在轴向通过滑动轴承相对于磁路体移动。这种简单又便宜的安装通过致动器的圆柱体构造可以实现。

因此也为了防止来自外部的可磁化颗粒或者其它的污染物在第二磁路中的空气间隙中聚集，致动器设置有一个隔开位于磁路体(此处磁路体封闭永久磁体和保持板之间的第二磁路)和保持板之间的空气间隙的防尘盖。再次，这样的防尘盖，其当然必须提供致动器内的不同元件的可能移动的空间，由于圆柱体构造的缘故，因此该防尘盖的安装是容易且便宜的。

在另一方面，本发明涉及一种用于装配根据本发明的致动器的方法，其中圆柱体元件中的至少两个通过螺纹紧固件被相互固定。由于圆柱体构造，这通过在圆柱体元件内制出适当的孔是非常容易实现的。

作为一种选择，或者对于致动器的特定零件，在另一个实施例中，圆柱体元件中至少两个能通过压配被彼此固定。这是特别有益处的，例如如果两个元件必须在生产过程中在轴向对准。例如，在根据US-A5864274的致动器中，磁通量传导盘和软铁容器的边缘需要被对准，例如通过加工该盘和/或软铁容器的边缘。这种加工是额外的步骤，它将增加致动器的成本。此外，铁件可被永久磁体吸引，该铁件再次移动将是困难的。在按照本发明的这个实施例制造的致动器中，接头件(adapter body)连同外壳和固定件通过永久磁体被固定到外壳上的方式形成封闭第二磁路的磁路体，该接头件可与固定件对准，于是在合闸位置时这两个零件精确地靠着保持板对接。通过这种方式，对于接触表面惯用的研磨操作变得多余。

在已知的致动器中，例如在US-A5864274中所述的，永久磁体必须被置于容器形状的主体内，但是不能接触该容器的内壁。这是非常麻烦的制造步骤，不但对于正确的定位，而且因为存在磁体被巨大的力推到容器底部的可能性，可能导致永久磁体断裂。在本发明中，永久磁体通过移动被放置在合适的位置，在这之后所述对准可以发生。

在另一方面，本发明涉及一种用于在具有开关的至少一个活动触点的开关设备中固定一个致动器的组件，该致动器为例如按照本发明的致动器，其中致动器的轴向的轴线基本上垂直于用于操作开关的至少一个活动触点的控制装置的运动方向。由于这种结构，开关设备能有效利用可利用的空间被制造出来。应当指出，在现有技术中(例如见上述专利公开文本WO99/14769或美国专利公开文本US-A2002/0093408)，致动器的运动方向平行于开关的触点的运动方向。当然，按照本发明的致动器也能以这种方式使用。

在另一个实施例中，所述组件还包括在致动器的运动与操作设备的运动之间具有预定传动比的传动装置，其中操作设备的运动用于操作开关的至少一个活动触点。例如，如果在所述组件中的一个致动器驱动三个活动开关触点，预定传动比在1∶2至1∶2.5之间，并且当与传统的真空开关一起使用时，优选为1∶2.2。该传动比使得实现致动器(和/或开关设备)的有效设计成为可能，利用该有效设计，设计规格比如开关时间、开关线圈所需的能量、以及另外的能量储存装置(接触加压弹簧、补偿弹簧等)被优化。

附图说明

现在将在参照附图的多个说明性实施例的基础上更详细地论述本发明，其中

图1是电磁致动器的一个实施例的横截面视图；

图2是带驱动元件与固定元件的电磁致动器的装配透视图。

具体实施方式

电磁致动器1的一个实施例的横截面视图如图1所示。致动器1具有可被连接到(直接或者间接)开关(未示出)的移动触点的活动轴2。例如，专利公开文本WO99/14769中公开了用于在中电压设备中操作开关的致动器，本发明的致动器同样适用于该中电压设备，该专利必须被认为已经在此被引为参考。

致动器1包括被连接到活动轴2的第一(活动的)极身3和被连接到外壳5的第二(固定的)极身4。活动轴2可以通过滑动轴承6相对第二极身4移动。其中具有合闸线圈8的第一线圈支架7被置于第一极身3和第二极身4之间的空气间隙的位置。通过使电流流过合闸线圈8，产生流经外壳5、第一极身3、第二极身4和第一与第二极身3、4之间的空气间隙的磁场(第一和第二极身3，4以及外壳5由导磁材料制成)。由于在第一和第二极身3、4之间产生的吸力，结果活动轴2移动到左边(并且因此打开被连接到致动器的开关)。

为了在没有激励合闸线圈8所需的能量的情况下而将致动器1保持在这种合闸位置，设置分离的第二磁路(也见上述专利公开文本WO99/14769)。在所示实施例中，第二磁路包括一个盘状环形式的永久磁体9，其N/S极方向平行于盘状环的轴线。与现有技术相比，这使得该永久磁体9的生产更简单并更便宜，而且还使得对公差更加不敏感。在所示的实施例中，活动轴2被连接到保持板10(例如如图所示用紧固螺钉11)。该永久磁体9借助于固定件13(以及例如通过螺纹紧固件16)被连接到外壳5。圆柱体形式的接头件12提供从永久磁体9的一极经过外壳5、接头件12、保持板10和固定件13到永久磁体9的另一极的磁路的闭合。因此第二磁路包括永久磁体9、保持板10和磁路体，所述磁路体包含外壳5的一部分、固定件13和封闭第二磁路的接头件12。为了获得这个磁路，在永久磁体9和接头件12之间以及在固定件13和接头件12之间存在空气间隙。第一极身3只能在轴向通过滑动轴承14相对于接头件12移动。

一旦致动器1借助于合闸线圈8被激励，保持板10将移动到图中的左侧，结果保持板10和固定件13之间的空气间隙以及保持板10和接头件12之间的空气间隙会变得更小。当所述空气间隙足够小时，第二磁路的吸力变得非常大，这对于促使致动器1进入合闸位置起了实质作用。在所述合闸位置(其中空气间隙实际上已经完全消失)，作用在保持板上的吸力足以抵抗作用在相反方向上的任何力并将致动器1保持在这个位置。

如专利公开文本WO99/14769所讨论和说明的，合闸线圈8的磁路和永久磁体9被完全分开。

为了关闭致动器，设置开闸线圈15，它也被安装在线圈支架中。所述开闸线圈15的尺寸被制造成在正确启动的情况下抵消永久磁体9的磁场，于是已经被储存在待操作的开关的接触加压弹簧中和可选择的附加开闸弹簧(未示出)中的能量足以向后充分地移动活动轴2。

与在公开文本WO99/14769中所示的致动器相比，开闸线圈15和永久磁体9的位置已经被颠倒。由于在本致动器1中的关闭线圈15的位置，后者更有效率地工作，结果它能被制作得更小，并且在操作中，为了获得同样的关闭动作，它需要更低的动力进给。

与在专利公开文本WO99/14769中所示的致动器相比，在本致动器1中的第二磁路更长，结果磁阻更高。然而，通过使用更强大的永久磁体9，这能容易地被补偿。由于永久磁体9的选择位置和第二磁路的组成，永久磁体9可以是简单的盘状的磁体，其N/S极方向平行于它的轴线，与之对照，在WO99/14769中所需要的圆柱状永久磁体的N/S极方向沿径向延伸。本发明的永久磁体9因此更容易生产并且成本更低。

在如上所述的实施例中，致动器1包括组成致动器1的圆柱体结构的所有零件。因此，外壳5、第一极身3、第二固定极身4、保持板10、接头件12和固定件13能通过简单地加工(例如在车床上)导磁材料比如高速切削钢来进行生产。高速切削钢具有比通常被采用的磁性镀锡钢板更便宜的优点。虽然高速切削钢的磁性比磁性镀锡钢板的差，但通过使用更适当的材料能使它容易地适应。永久磁体9可以是易于生产或者易于得到的盘状磁体。第二固定极身4、永久磁体9和固定件30通过例如螺纹紧固件16、17能够容易地被安装到外壳5上。

接头件12优选具有圆柱形状，于是通过压配，它能被安装在外壳5中。优选的是，这在最后被完成，于是接头件12相对固定件13的正确位置能够自动获得(就是说，当致动器1处于被激励位置时，接头件12和固定件13的端部紧靠着保持板10精确地对接)。

由于外壳5以及在活动轴2和第二极身4之间的精确配合(滑动轴承6)，第一和第二极身3、4的磁极表面受到适当保护以免受外部影响。特别的是，由于磁性吸引和在其处可能引起的故障，可以防止金属颗粒进入致动器1。

为了在致动器1的另一侧上得到同样类型的保护，只要安装一个套筒形状的盖子19就够了。这个盖子可以通过压配被安装在外壳5周围。在这种情况中，优选的是，防尘盖为保持板10提供充分的移动空间，并且在盖子中空气没有被压缩(例如通过在保持板10中开孔)。通过所述孔的特制的大小和定位，它也非常可能使速度衰减或者吸取或吹走灰尘颗粒。

本致动器1的圆柱体结构给出了一个非常坚固的结构、磁力线的均匀分布和一种免维护的结构。

在具有开关的一个或者多个活动触点的开关设备中，致动器1能被用于启动该开关的一个或者多个活动触点。在下面的在图2中简要示出的说明性实施例中，论述了一个用于装配在开关设备中的、按照本发明并具有固定装置和传动装置的致动器1的组件。应当指出，下述的结构也适用于其它类型的致动器1。

所述固定装置包括两个被平行布置并相互对称的保持板20、21，所述板可以通过本身已知的加工技术例如折边和钻孔被容易地制造。

借助于安装销18(也见图1)，致动器1被安装在保持板20、21的两个凸缘部分。致动器1的轴线(以及因此活动轴2的运动方向)沿着第一方向(图2中活动轴2的纵向方向)定向。由于具有传动装置，因此致动器1的活动轴2基本上垂直于第二方向(图2中的竖直方向)运动。第二方向是用于移动开关的移动极的接触杆的运动方向。这使得该设备的非常紧凑的结构成为可能。

传动装置包括下述零件。活动轴2通过第一连接杆22和枢轴节23被连接到第一传动件24。所述第一传动件24基本上具有三角形形状，枢轴节23位于其一角。第一传动件24被连接到保持板20、21，于是在相对的一角借助于销紧固件25，它能转动。用于开关之一的接触杆可以被连接到另一角，并且安装有销26，该销连同保持板20、21中的开口27共同保证该销只能沿第二方向运动。

通过改变一方面即销紧固件25和销26之间的距离和另一方面即销紧固件25和枢轴节23之间的距离之间的比值，得到一个从致动器1的活动轴2到用于开关的接触杆的运动的可伸缩(scalable)传动比是可能的。所述传动比一方面取决于所需的速度(开关的开、关速度)，更低的传动比产生更高的速度，而另一方面取决于致动器1必须产生和吸收的力，更高的传动比使得吸力更大。

在图2所示的说明性实施例中，一个致动器1被用于驱动开关的三个活动触点。通过使用另一个传动杆29这是可能的，所述传动杆29使用另一个销紧固件28被连接到第一传动件24。所述传动杆29通过另外的销紧固件28以相同的方式被连接到另外两个传动件30，所述两个传动件被连接到保持板20、21，于是使用另外的销紧固件31，它们能够转动。用于其它开关的接触杆通过销32能被连接到另外的传动件30的剩余角，该销32能在保持板20，21中的开口33中垂直运动。对于本领域中的普通技术人员应当清楚的是，可以采用对这种结构的改变，例如通过在中间设置第一传动件24，而另外的传动件30在其任一侧。

已经发现，在按照本发明的单个致动器1和开关的三个待操作的活动触点的情况中，传动比具有特定的最佳值。这个最佳值落在1∶2至1∶2.5的范围内，例如1∶2.2。因此令人惊讶的是，希望一个致动器1和开关的三个活动触点的组合得到的比值比1∶3的比值低。

一个附属的优点是，由于致动器相对较长的行程，在第二磁路中的空气间隙中产生的吸力相对更迅速地降低，结果，得到更快速的开闸时间。

对于本领域中的普通技术人员应当清楚的是，上述实施例只是为了说明本发明的例子。修改和改变被认为包括在本发明由附属权利要求所限定的保护范围内。

Claims (13)

1.一种用于操作开关的至少一个活动触点到合闸位置或者开闸位置的电磁致动器，其中

电磁致动器(1)具有带有合闸线圈(8)的第一磁路，用于使活动极身(3)和固定极身(4)朝着彼此移动直到到达合闸位置，

第二磁路，其与第一磁路分离，具有永久磁体(9)和被连接到活动极身(3)的保持板(10)，用于当合闸线圈(8)没有被激励时抵抗任何力以保持致动器(1)处于合闸位置，

和开闸线圈(15)，用来抵消第二磁路的磁场，于是致动器(1)能够返回到开闸位置，其特征在于，

在致动器(1)的轴向，所述开闸线圈(15)被置于比永久磁体(9)更靠近保持板(10)的位置，

和所述第二磁路包括永久磁体(9)、接头件(12)和用于将永久磁体(9)安装到所述接头件(12)和保持板(10)的固定件(13)，并且其中永久磁体(9)被置于所述接头件(12)的径向外侧。

2.如权利要求1所述的电磁致动器，其特征在于，所述永久磁体(9)是盘状磁体，其磁极方向平行于该盘状磁体(9)的轴线。

3.如权利要求1所述的电磁致动器，其特征在于，致动器(1)的元件(2-15)为圆柱体。

4.如权利要求3所述的电磁致动器，其特征在于，致动器(1)还包括外壳(5)，其中活动极身(3)、固定极身(4)、外壳(5)、保持板(10)、接头件(12)和固定件(13)为圆柱体并且由钢制成。

5.如权利要求1-4中任一项所述的电磁致动器，其特征在于，电磁致动器(1)包括被连接到活动极身(3)的活动轴，该轴(2)通过滑动轴承(6)能相对于所述固定极身(4)移动。

6.如权利要求3或4所述的电磁致动器，其特征在于，活动极身(3)通过滑动轴承(14)能相对于用于关闭磁路(5，12，13)的磁路体移动。

7.如权利要求1-4中任一项所述的电磁致动器，其特征在于，致动器(1)具有一个防尘盖(19)，该防尘盖将保持板(10)和用于关闭磁路(5，12，13)的磁路体的磁极端面  与外侧空间隔离。

8.一种用于装配如权利要求1-4中任一项所述的致动器的方法，其特征在于，固定极身(4)、永久磁体(9)和固定件(13)通过螺纹紧固件(16，17)被彼此固定。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，接头件(12)和外壳(5)通过压配合被彼此固定。

10.一种用于在具有开关的至少一个活动触点的开关设备中固定如权利要求1至4中任一项所述的致动器的组件，其特征在于，致动器(1)的轴向的轴线基本上垂直于操作开关的至少一个活动触点的操作设备的运动方向。

11.如权利要求10所述的组件，其特征在于，还包括传动装置(20-32)，该传动装置在致动器(1)的运动与操作开关的至少一个活动触点的操作设备的运动之间具有传动比。

12.如权利要求11所述的组件，其特征在于，一个致动器驱动开关的三个活动触点，并且所述传动比在1∶2至1∶2.5之间。

13.如权利要求12所述的组件，其特征在于，所述传动比为1∶2.2。