CN101356614B - 电磁驱动单元和机电开关装置 - Google Patents

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Abstract

一种电磁驱动单元(201)，包括轭(210)和可移动的电枢(215)。所述轭(210)和所述电枢(215)具有匹配的形状，使得当激励所述电磁驱动单元(201)时，所述电枢(215)适于至少部分越过所述轭(210)。本专利申请还包括针对一种机电开关装置的独立权利要求。

Description

电磁驱动单元和机电开关装置
技术领域
本发明涉及电磁驱动单元设计技术，且进一步涉及机电开关装置。
背景技术
图1说明常规电磁驱动单元1的截面，所述电磁驱动单元1包括：轭10，其具有围绕中间柱12放置的线圈11；以及电枢15。当电流(优选由控制单元99控制)被引导穿过线圈11时，轭10被磁化，且因此将电枢15朝其自身拉动，直到电枢15的外极柱16、17碰到轭10的外极柱13、14。
通常要求这种电磁驱动单元需要经受数百万次的操作循环(在操作循环中电磁驱动单元被激励并接着被去激励)，尤其是当这种电磁驱动单元被用于机电开关装置中时(尤其是用于接触器)。返回参看图1，其中还显示了简化的机电开关装置50，其中电磁驱动单元用于驱动可移动的接触块21(这些接触块21优选放置在一个可移动的接触桥20上)接触和离开固定接触块6，以便(例如)在端子5a与5b之间接通或断开一个电流通路。电枢15优选经由一棒7带动接触桥20。
为了避免在可移动的接触块与固定接触块之间形成电弧，电磁开关装置的接触件需要相对快速地移动。电枢15的拉力必须克服弹性阻尼部件27(例如，接触弹簧)的强作用力。因此电枢15与轭10的碰触会引起材料疲劳，尤其是在碰触点(在图1中用标号18表示)周围的材料疲劳。为了补偿所述碰触，一般会使用一个阻尼系统(该系统优选具有弹性阻尼部件27)。
通过例如以DE 10 331 339 A1中提出的方式使电枢更轻，可以带来一些优点，因为这样可减少由碰触引起的冲击。在这种实施方案中，尤其如果与EP 1 101 233中提出的解决方案结合，那么电枢可至少部分由粉末磁性材料制成，并通过使用适当的聚合物(例如，环氧树脂)进一步硬化。这种解决方案的另一个优点是，电枢和轭的形状的具有更佳的通用性，这与电枢和轭由通常的金属片制成从而仅具有简单形状的现有解决方案形成对比。上述这种解决方案的缺点在于，所提出的用于轭和电枢的材料是脆弱的，且因此不足以抵抗冲击，因此严重限制了电磁驱动单元的预期使用寿命，且因而不是很适合用于机电开关装置。
美国专利6,533,240B1揭示了一种电磁驱动单元，其包括轭、线圈和可移动电枢，通过轭和电枢具有的匹配的形状，使得当激励线圈时，所述电枢适于至少部分越过轭。
发明内容
本发明的第一目的是减少当激励电磁驱动单元时轭与电枢之间的冲击。该目的可用如权利要求1所述的电磁驱动单元实现。
本发明的第二目的是提供一种具有增长的预期使用寿命的机电开关装置。该目的可用如权利要求6所述的机电开关装置实现。
从属权利要求描述了本发明的各种有利方面。
如果在包括轭、线圈和可移动电枢的电磁驱动单元中，所述轭和电枢具有匹配的形状，使得当激励所述线圈时，所述电枢适于至少部分越过所述轭，那么可避免或至少减轻由于冲击而引起的应力。此外，当轭包括柱或边缘以用于容纳线圈时，且如果电枢呈现有适于让所述柱或边缘至少部分穿透到所述电枢中的至少一个开口，那么就可减轻或避免柱与电枢之间的冲击，同时仍能使用足够大小的线圈来与轭一起产生足够强的磁场以可靠地驱动电枢。此外，电枢能够进一步朝轭移动。
如果轭包括一个或两个外极柱或一个边缘，其使电枢能移动通过响应的极柱，就能够减轻或完全避免冲击。
如果电枢包括从电枢的顶部朝轭延伸的边缘，且包括适于在电磁驱动单元受到激励后到达轭的基底水平面的至少一个区域，就能够获得电枢的相对大的移动，同时仍减轻或完全避免冲击的负面效应。
特别有利的是，当电枢或轭包含磁性粉末材料，优选由合成材料(例如聚合物，尤其是环氧树脂)加以支撑时，本发明可得以实施。
一种机电开关装置，尤其是接触器或除了接触器之外还包括其它单元(例如断路器)的多功能装置，所述机电开关装置包括：至少一个固定接触块；至少一个可移动接触块，其可与所述至少一个固定接触块接触或分离，以用于接通或断开电流通路；以及根据本发明的第一目的的电磁驱动单元，使得所述电磁驱动单元适于对施加到线圈的电压作出响应而将所述可移动接触块移位，由于减轻了由电磁驱动单元的激励导致的冲击的负面效应，电枢和轭可具有延长的使用寿命，所以可改进所述机电开关装置的使用寿命。
所述至少一个可移动接触块和所述至少一个固定接触块可适于限制电枢在电磁驱动单元受到激励后的移动，进而减轻轭与电枢之间的冲击。或者或除此之外，所述机电开关装置可包括至少一个挡件，其适于限制电枢在电磁驱动单元受到激励后的移动。
附图说明
在以下内容中，参考附图中所示的实例更详细地论述本发明的优选实施例，附图中：
图1显示机电开关装置中的常规电磁驱动单元的截面；
图2显示当电流通路断开时，根据本发明第二方面的机电开关装置中的根据本发明第一方面的电磁驱动单元的截面；以及
图3如图2所示，但是此时电流通路接通。
相同的标号在整个说明书指示相似的结构元件。
具体实施方式
图2显示了包括轭210、线圈11和可移动电枢215的电磁驱动单元201的截面。轭210和电枢215具有匹配的形状，使得当由控制单元99激励电磁驱动单元201时，电枢215适于至少部分(优选通过滑动)越过所述轭210，且使得轭210与电枢215之间的碰撞可被避免。
优选如图3所示，通过可移动接触块21和固定接触块6在其彼此接触时限制电枢215的移动。附接到持有可移动接触块21的接触桥20的棒207向电枢215施加限制力。
优选的是，轭210包括用于容纳线圈11的柱212。那么电枢215就可呈现有适于让所述柱212至少部分穿透到所述电枢215中的至少一个开口270。以此方式，当朝轭210拉动电枢215时，电枢可在少得多的或最少的接触下越过轭，使得电枢215处与轭210的碰触可被避免。
轭210可包括一个或两个外极柱213、214，其使电枢215能移动通过响应的极柱213、214。
电枢215可包括从电枢215的顶部280朝轭210延伸的柱216、217，这些柱包括适于在线圈11受到激励后到达轭210的基底290水平面的至少一个区域R。
然而，在本发明的优选实施例中，电枢215具有桶形铁芯的形状，其具有圆形的横截面，所述边缘因此取代了柱216、217。
电枢215或轭210可包含磁性粉末材料，且可选的还包含合成材料，优选为聚合物，尤其是环氧树脂。所述磁性粉末材料能够烧结。在DE 10 331 339A1中和EP 1 101 233中可找到用于制造电枢215或轭的特别有利的材料和方法。磁性粉末材料通常在mr＞5000的范围中展示了高的导磁率。对于合成材料，例如聚合物，导磁率可在μr≈1的范围中。所得的电枢215或轭210因此可具有在μr∈[50，150]的范围中的导磁率。优选的是，电枢215和轭210两者都由相同材料制成。
磁性电路的尺寸优选适于提供接触力以用于朝轭210拉动电枢215，在已使用注射制模制成所述电枢215和轭210时，所述接触力也足够大。
图2和3还显示了机电开关装置250，其在图2和3的实例中是接触器。
或者，机电开关装置可以是包括接触器的多功能装置。在这两种情况下，接触器优选适于在100V与1000V之间的低电压电平下通断电流。
机电开关装置250包括：至少一个固定接触块6；至少一个可移动接触块21，其可与所述至少一个固定接触块6接触或分离，以用于接通或断开电流通路5a、5b；以及电磁驱动单元201。所述电磁驱动单元201适于对施加到线圈11的电压作出响应而将所述可移动接触块21移位。可例如通过经由绕组的末端施加电压而将电压施加给线圈。
图2和3仅展示机电开关装置250的简化型式。在许多应用中，要求两相或三相电流几乎同时通断。因此，机电开关装置250可包括至少一个可移动接触件21和至少一个固定接触件6来用于每一相。为了增加机械开关的稳定性并避免接触件燃烧，通常成对地提供可移动接触块21和固定接触块6；优选在坚固的接触桥20上承载可移动接触块21，所述接触桥将不会由于棒207施加的力而变形。
还可以采用所述至少一个可移动接触块和所述至少一个固定接触块以限制电枢215在线圈受到激励后的移动。作为替代或除此之外，所述机电开关装置250可进一步包括至少一个挡件，其适于限制电枢215在电磁驱动单元201受到激励后的移动。

Claims (10)

1.一种电磁驱动单元(201)，其包括一个轭(210)、一个线圈(11)和一个可移动电枢(215)，所述轭(210)和所述电枢(215)具有匹配的形状，使得当所述线圈(11)受到激励时，所述电枢(215)适于至少部分越过所述轭(210)，其特征在于：
所述轭(210)包括用于容纳线圈(11)的一个柱(212)或一个边缘，且所述电枢(215)呈现有适于让所述柱(212)或所述边缘至少部分穿透到所述电枢(215)中的至少一个开口(270)，所述轭(210)包括一个或两个外极柱(213、214)或一个边缘，其使所述电枢(216、217)能移动通过响应的外极柱(213、214)。
2.根据前述权利要求1所述的电磁驱动单元(201)，其中：所述电枢(216、217)包括一个从所述电枢(215)的顶部(280)朝所述轭(210)延伸的边缘(216、217)，且包括适于在所述线圈(11)受到激励后到达所述轭(210)的基底(290)水平面的至少一个区域(R)。
3.根据前述权利要求1或2所述的电磁驱动单元(201)，其中：所述电枢(215)或所述轭(210)包含磁性粉末材料。
4.根据前述权利要求3所述的电磁驱动单元(201)，其中：所述电枢(215)或所述轭(210)进一步包含合成材料。
5.根据前述权利要求4所述的电磁驱动单元(201)，其中：所述合成材料为聚合物。
6.根据前述权利要求5所述的电磁驱动单元(201)，其中：所述聚合物为环氧树脂。
7.一种机电开关装置(250)，所述机电开关装置(250)包括：
i)至少一个固定接触块(6)；
ii)至少一个可移动接触块(21)，其可与所述至少一个固定接触块(6)接触或分离，以用于接通或断开一个电流通路(5a、5b)；以及
iii)根据前述权利要求中任一权利要求所述的电磁驱动单元(201)，其中所述电磁驱动单元(201)适于对施加到所述线圈(11)上的一个电压作出响应而将所述可移动接触块(21)移位。
8.根据权利要求7所述的机电开关装置(250)，其中：所述至少一个可移动接触块(21)和所述至少一个固定接触块(6)适于限制所述电枢(215)在所述电磁驱动单元(201)受到激励后的移动。
9.根据权利要求7或8所述的机电开关装置(250)，其进一步包括：至少一个挡件，其适于限制所述电枢(215)在所述电磁驱动单元(201)受到激励后的移动。
10.根据权利要求7或8所述的机电开关装置(250)，其中所述机电开关装置(250)是接触器或包括接触器的多功能装置。
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