CN101499354A - 一种电磁执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁执行器，包括：设置有通孔的固定板、包含冲杆和弹性元件的弹性执行部件、弹性限位部件和电磁铁部件。其中，弹性执行部件和弹性限位部件分别安装在固定板的两侧，弹性执行部件中的冲杆穿过固定板的通孔，向固定板的两侧延伸，弹性限位部件通过冲杆对弹性执行部件的平衡状态进行限位，使弹性元件产生驱动冲杆向远离固定板的方向进行运动的弹力，与弹性限位部件位于固定板同一侧的电磁体通电后，吸引弹性限位部件脱离对弹性执行部件的限位状态，弹性元件在弹力的作用下驱动冲杆向远离固定板的方向进行运动。本发明中提供的电磁执行器由于利用机械机构代替永磁体来保持执行器的平衡位置，因此提高了抗干扰能力。

Description

一种电磁执行器

技术领域

本发明涉及一种电磁执行器。

背景技术

在断路器、继电器以及保护开关等设备中，均设置有电磁执行器，用于在需要激励电力开关的操作机构时，触发电磁执行器中的冲杆产生一个冲击力。

以断路器为例，当断路器中的电子脱扣器发出要求断开电力线的信号时，在断路器内部的电力触头应该尽可能快的打开，这就要求电子脱扣器中的电磁执行器应该具有很短的响应时间并且能够产生足够大的驱动力和行程去触发电力开关中的操作机构，进而断开电力线。实际应用中，考虑到电力线出现故障时会导致强电磁场的产生，因此需要电磁执行器具有很好的抗电磁干扰能力，从而避免误动作。

传统的电磁执行器主要包括永磁体、弹簧、铁质冲杆和套在铁质冲杆上的线圈，在平衡状态下，使弹簧压缩产生一个驱动铁质冲杆运动的弹力，永磁铁则产生一个对抗该弹力的磁力，使永磁体表面和铁质冲杆表面之间的空隙保持为合适的空隙，当需要断开电力线时，冲击信号作用于线圈中，产生一个可抵消永磁体部分磁力的电磁力，此时，弹簧在弹力的作用下，驱动铁质冲杆激励电力开关的操作机构，进而断开电力线。

但由于永磁体本身的物理特性对环境温度和震动很敏感，同时由于电磁执行器是个电磁执行机构，电流的方向对电磁执行器的动作有着很重要的影响；此外，永磁体的磁场强度、弹簧、永磁体表面和铁质冲杆表面之间的空隙、甚至电镀层的微小变化都能影响释放铁质冲杆所需的电流，因此传统电磁执行器的抗干扰能力较差。

发明内容

本发明提供了一种电磁执行器，省略永磁体，以便提高执行器的抗干扰能力。

本发明所提供的电磁执行器，一个电磁铁部件，具有一个铁芯和一个包绕所述铁芯的线圈，用于通电时产生磁力；所述电磁执行器还包括：一个弹性执行部件，其包括：一个冲杆和一个弹性元件，所述冲杆在接近电磁铁部件处设置有一个挡板，所述冲杆与所述弹性元件安装在一起，使得所述弹性元件能够带动所述冲杆向远离上述电磁铁部件的方向运动。所述电磁执行器还包括：一个弹性限位部件，其包括：至少一个弹片、至少一个推杆和一个铁件，所述弹片具有一固定端和一自由端，所述弹片具有一个用于卡止所述挡板的限位结构；所述的推杆的一端可相对转动地连接在所述弹片上，所述推杆的另一端与所述铁件以这样的方式联动，当上述铁件受上述电磁铁部件的磁力的作用运动时，所述铁件的运动通过所述推杆推动所述弹片，使所述弹片的限位结构与所述挡板脱离接触。

根据本发明的一个方面，该电磁执行器进一步包括：一个带有通孔固定板，所述冲杆由该孔穿过所述的固定板，所述冲杆起始端上的挡板位于所述固定板的一侧，所述弹性元件位于所述固定板另一侧，所述冲杆的末端设置有可调螺母，使所述弹性元件置于所述可调螺母与所述固定板之间。另外，所述固定板朝向上述挡板的那个面上设置有一个垫圈。

上述电磁铁部件进一步包括：一个中间为套筒的工字形线圈架和壳体，其中，所述线圈架设置在所述壳体内的底部。

根据本发明的优选实施例，所述铁件设置在所述挡板与所述铁芯之间，当所述电磁铁部件通电时，产生的磁力吸引所述铁件向所述铁芯运动，经所述推杆驱动所述弹片向远离所述冲杆的方向摆动。进一步来说，所述推杆的端部有孔，一个环状件穿过该孔，所述环状件进一步连动地安装在所述的铁件上。

优选地，所述铁件设置有导向孔，所述电磁铁部件设置有导向轴，在磁力作用下所述铁件沿所述导向轴移动。

根据本发明的优选实施例，所述弹片的固定端固定在所述的固定板上，而其自由端延伸到电磁铁部件附近，所述限位结构设置在所述弹片朝向所述挡板的侧面上。特别是，所述弹性执行部件进一步包括一个弹片支架，其一端与所述线圈架的表面相接触，另一端与固定板朝向所述挡板的那个面相接触，所述弹片的固定端通过压紧在弹片支架与固定板之间实现固定。所述弹片支架具有设定的高度，弹片支架设置在壳体内。

在所述推杆与所述弹片及所述铁件连接完毕后，所述推杆与所述弹片之间的夹角为锐角。

优选地，所述弹片和所述推杆的数目相同，皆为二至十个。

从上述方案可以看出，本发明实施例中利用机械结构，即弹性限位元件控制冲杆保持在激励之前的平衡位置，并利用输入电磁铁部件的电流，使电磁铁部件产生一个合适的磁力打破冲杆的平衡位置，从而释放冲杆去激励电力开关的操作机构。该电磁执行器由于利用机械机构代替永磁体来保持执行器的平衡位置，在抗击如高温和震动等环境因素的干扰方面，具有较强的稳定性和可靠性。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中：

图1为本发明实施例中电磁执行器的各组成部分的结构图；

图2为本发明实施例中电磁执行器的结构剖视图；

图3为图2所示剖视图中的局部放大图。

图4为本发明实施例中电磁执行器去掉壳体后的内部结构立体图；

图5为本发明实施例中在磁力作用下解除冲杆束缚时电磁执行器的结构剖视图；

图6为图5所示剖视图中的局部放大图；

图7为本发明实施例中在冲杆在弹力作用下运动之后的结构剖视图。

具体实施方式

本发明实施例中的电磁执行器包括：设置有通孔的固定板、包含冲杆和弹性元件的弹性执行部件、弹性限位部件和电磁铁部件。其中，弹性执行部件和弹性限位部件分别安装在固定板的两侧，弹性执行部件中的冲杆穿过固定板的通孔，向固定板的两侧延伸，弹性限位部件通过冲杆对弹性执行部件的平衡状态进行限位，使弹性元件产生能驱动冲杆向远离固定板的方向进行运动的弹力，与弹性限位部件位于固定板同一侧的电磁体通电后，吸引弹性限位部件脱离对弹性执行部件的限位状态，弹性元件在弹力的作用下驱动冲杆向远离固定板的方向进行运动。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并结合实施例，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，为本发明实施例中电磁执行器的各组成部分的结构图。该电磁执行器包括：可调螺母1、弹性元件2、固定板3、冲杆4、弹片支架5、弹片6、垫圈7、铁件8、环状件9、推杆10、销钉11、线圈12、线圈架13、铁芯14和壳体15。

图2示出了本发明实施例中电磁执行器的沿冲杆4轴向的剖视图。图3为图2所示剖视图中的局部放大图。本说明书中以下所涉及的方向，包括竖直方向和水平方向，以及左、右、上、下和前、后等，均相对于图2所示剖视图对应的视角而言。

图4示出了本发明实施例中电磁执行器去掉壳体15后的内部结构立体图。结合图2至图4，可以看出，本实施例中的固定板3设置有通孔，且本实施例中的固定板3是通过壳体15进行固定的，固定板3与壳体15之间具有螺纹连接，能够使固定板3牢固的固定在壳体15上。当进行安装时，将壳体15固定安装在断路器等应用设备中。此外，固定板3也可以通过连接件固定在壳体15上，或者固定板3也可以通过其它方式进行固定，如直接在应用中进行固定。

本实施例中的弹性执行部件包括：冲杆4和弹性元件2。冲杆4的末端穿过固定板3的通孔，位于固定板3的上方。冲杆4的起始端设置有挡板16，位于固定板3的下方；弹性元件2设置在固定板2的上方，当弹性元件2被压缩后，能够在弹力的作用下带动冲杆4向远离固定板2的上方运动。具体实现时，本实施例中，为了使弹性元件2能够带动冲杆4向上方运动，在冲杆4的末端安装了可调螺母1，使弹性元件2位于可调螺母1与固定板3之间，弹性元件2的一端与固定板3接触，另一端与可调螺母1接触。当向下驱动冲杆4时，弹性元件2被可调螺母1与固定板3压缩，弹性元件3通过将弹力作用在所述可调螺母1上，由可调螺母1带动冲杆4向上方运动。此外，通过旋转可调螺母1，可以对压缩后的弹性元件2的弹力进行调节，实现方便灵活。

另外，除了本实施例中的方式，还可以将弹性元件2的上端固定在冲杆4的末端，或者通过安装在冲杆4末端的挡板等对弹性元件2进行限位。其中，弹性元件2可以为弹簧，也可以为弹片等弹性件。本实施例中，弹性元件2为弹簧。

进一步地，为了避免弹性元件2带动冲杆4向上方运动时，冲杆4起始端的挡板16与固定板3发生撞击，产生震动及噪音，并进一步地为了提高该电磁执行器的使用寿命，本实施例中在固定板3与冲杆4起始端之间设置有垫圈7。

如图2至图4所示，本实施例中的弹性限位部件包括：弹片6、推杆10和铁件8。弹片6的一端为固定端，固定在固定板3上，弹片6的另一端为自由端，并可在靠近冲杆4和远离冲杆4的方向上摆动，弹片6在靠近冲杆4的一侧设置有限位结构17。铁件8设置在冲杆4起始端的下方，并通过推杆10与弹片6的自由端相连，其中，推杆10的长度大于铁件8与弹片6之间的垂直距离，铁件8能够在弹片6的弹力作用下，通过推杆10维持在悬浮状态。

图2至图4中，弹性元件2处于被压缩状态，并且弹片6的限位结构17与冲杆4起始端设置的挡板16的上表面相接触，将冲杆4限位在触发操作机构之前的平衡位置，此时弹性元件2具有一个驱动冲杆4向上方运动的弹力。

其中，将弹片6的固定端固定在固定板3上时，可有多种固定方式，如可直接固定，也可设置一个夹板，将弹片6的一端夹紧在固定板3和夹板之间。其中，夹板可固定在壳体15上。本实施例中，设置有一个弹片支架5，其上端即为一个夹板结构。又因为本实施例中的弹片6和推杆10均为三个，因此为了使三个弹片6均匀分布，本实施例中弹片支架5的夹板上设置有缺口，以对弹片6的圆周位置进行定位，另外为了安装时的紧凑及牢固，相应的在固定板3的下表面上，对应于夹板缺口的位置设置有凸台，并且放置弹片6固定端折边的位置设置有凹槽，固定板3与夹板相配合后的空隙即为弹片6固定端的体积。具体实现时，弹片6的固定方式也可采用其它方式。设置夹板后，垫圈7相应地被放置在夹板与冲杆4起始端之间。

其中，铁件8通过推杆10与弹片6的自由端相连时，可有多种连接方式，本实施例中推杆10和弹片6之间通过销钉11相连，销钉11通过设置在推杆10一端的孔和弹片6自由端的孔将推杆10和弹片6连接在一起；而推杆10与铁件8之间则可通过环状件9相连，环状件9可以是钢丝等物件，环状件9穿过设置在推杆10另一端的孔，所述铁件8也连动地安装在环状件9上，例如套装在所述铁件的周缘，从而实现铁件8通过推杆10与弹片6相连。

如图2至图4所示，由线圈12和铁芯14构成的电磁铁部件位于铁件8的下方，并且与悬浮的铁件8之间保持设定的距离。

为了方便在壳体15中安装，并且确保安装时，电磁铁部件能够和悬浮的铁件8之间保持预定的距离，本实施例中采用的安装方式为：设置一个线圈支架13，该线圈支架13的中间为套筒，外形主视图像一个工字。进行安装时，将电磁铁部件中的线圈12绕在线圈架13的套筒上，电磁铁部件中的铁芯14设置在线圈架13的套筒内，线圈架13设置在壳体15内的底端。

为避免安装在线圈支架13上的电磁铁部件上下振动，本发明实施例中的弹片支架5上设置有支柱，且该支柱具有预设的长度，支柱下端设置在线圈架13的上表面上，并且能够保证悬浮的铁件8与电磁铁部件之间保持设定的距离。此外，也可直接将线圈支架13固定设置在壳体15内的底端。

当设置有本实施例中的电磁执行器的断路器、继电器以及保护开关等设备工作在正常状态时，电磁执行器保持在如2至图4中所示的静态平衡状态，冲杆4被可靠的固定住，即弹片6上的限位结构17能牢固地对冲杆4进行限位。

当断路器或保护开关中的电力线发生故障，或继电器需要触发时，该电磁执行器需要触发电力开关中的操作机构，此时，冲杆4应该被释放出去。具体实现时，根据触发信号，将电磁铁部件中的线圈12通电，电磁铁部件产生的磁力吸引铁件8迅速向下运动，铁件8带动推杆10驱动弹片6的自由端向远离冲杆4的方向摆动，实际应用中，也可设定摆动的角度，限位结构17与冲杆4起始端设置的挡板16脱离接触，从而解除对冲杆4的限位束缚。其中，为了使推杆10驱动弹片6的自由端向远离冲杆4的方向摆动，应使推杆10与弹片6之间的夹角呈锐角。如图5和图6所示，图5为本发明实施例中在磁力作用下解除冲杆4束缚时电磁执行器的结构剖视图，图6为图5所示剖视图中的局部放大图。图5和图6中，铁件8向下运动至电磁铁部件的铁芯14上，带动推杆10驱动弹片6向远离冲杆4的方向摆动了一定角度，并且限位结构17与冲杆4起始端设置的挡板16脱离了接触。

之后，解除限位束缚的冲杆4在弹性元件2的弹力作用下，迅速向上方运动，运动的冲杆4冲击电力开关的操作机构，从而使得断路器或保护开关中的电力线断开，或使得继电器触头触发。如图7所示，图7为本发明实施例中冲杆4在弹力作用下向上运动之后的结构剖视图。

本实施例中，为避免铁件8在恶劣条件下，例如震动条件下等条件下产生左右晃动，在铁件8上设置有导向孔，在电磁铁部件的铁芯14上设置有导向轴，当电磁铁部件通电时，产生的磁力能够吸引铁件8沿铁芯14的导向轴向下移动设定的距离。

由于触发信号为瞬时信号，因此电磁铁部件中的磁力瞬间降为0，弹片6在弹力作用下恢复原状，并带动推杆10驱动铁件8回复到平衡状态的悬浮状态，并再次和电磁铁部件保持设定的距离。当故障消除后，电力开关中的操作机构驱动冲杆4向下运动，弹性元件2重新处于被压缩状态，继续推进冲杆4使弹片6的限位结构17与冲杆4起始端设置的挡板16的上表面相接触，将冲杆4重新限位在触发操作机构之前的平衡位置。

其中，向下方驱动冲杆4时，为了使弹片6的限位结构17能够与冲杆4起始端设置的挡板16的上表面相接触，可在挡板16的下表面与侧表面之间设置一个导角，使限位结构17能够沿着该导角向上滑至挡板16的上表面。

本实施例中，固定板3和壳体15的材质可以为塑料，也可以为其它材料。并且实际应用中，弹片6和推杆10的数目也不限于本实施例中的三个，可以为任意多个。较佳地，弹片6和推杆10的数目取二至十个。

可见，本发明实施例中的电磁执行器主要包括：设置有通孔的固定板、由冲杆和弹性元件组成的弹性执行部件、由弹片、推杆和铁件组成的弹性限位部件以及电磁铁部件。其中，冲杆的末端穿过固定板的通孔，位于固定板的一侧，冲杆的起始端设置有挡板，位于固定板的另一侧；弹性元件设置在固定板朝向冲杆末端的一面，能够带动冲杆向冲杆末端远离固定板的方向运动。弹片的一端固定在固定板上，另一端为自由端，并可在靠近冲杆和远离冲杆的方向上摆动，弹片设置有限位结构，当将冲杆的起始端向远离固定板的方向驱动时，弹片的限位结构能够与冲杆起始端设置的挡板相接触，将冲杆限位在触发操作机构之前的平衡位置，此时，弹性元件被压缩，产生一个驱动冲杆向冲杆末端远离固定板方向的弹力，当弹片的自由端向远离冲杆的方向摆动时，限位结构能够与冲杆起始端设置的挡板脱离接触。铁件设置在挡板背向固定板的一侧，并通过推杆与弹片的自由端相连，其中，推杆的长度大于铁件与弹片的垂直距离。电磁铁部件设置在铁件背向固定板的一侧，当电磁铁部件通电时，产生的磁力能够吸引铁件向远离固定板的方向移动，使得铁件能够带动推杆驱动弹片向远离冲杆的方向摆动，冲杆解除限位束缚，向冲杆末端远离所述固定板方向运动。当电磁铁部件断电时，弹片恢复原状，并通过推杆驱动铁件回复到原位置。将冲杆的起始端向远离固定板的方向驱动，使弹片的限位结构与冲杆起始端设置的挡板重新接触，弹性元件重新处于被压缩的状态。

该电磁执行器中利用机械结构激励电力开关的操作机构，与传统设置永磁体的执行器相比，至少具有如下几个优点：

1、本发明实施例中，由于利用机械结构代替传统的永磁体来保持执行器的平衡位置，在抗击环境等因素例如高温和震动的干扰方面，具有稳定性和可靠性。

2、本发明实施例中，由于无需线圈产生与永磁体相反的电磁场，且也无需带有方向的触发信号，因此避免了线圈与触发信号线路板之间的误装配。

3、本发明实施例中，由于无需利用永磁体，从而也无需其它特殊的材料，例如铁等的屏蔽装置来屏蔽外部的磁场，从而可降低成本。

4、本发明实施例中，利用杠杆原理实现冲杆4的限位解束缚，即当铁件8通过推杆10驱动弹片6向远离冲杆4的方向摆动时，由于铁件8与弹片6之间的垂直距离比挡板16与弹片6之间的垂直距离要大，即力臂大，因此，推杆10可用一个较小的力来克服限位结构17与挡板16之间的摩擦力，与传统抵抗永磁体的线圈相比，本发明实施例中电磁铁部件中的线圈12可根据需要设置较少的匝数，从而降低成本，并减小电磁铁部件的体积；或者，线圈12的匝数保持不变，而降低线路板电容的容量，从而节省功耗。

5、本发明实施例中，由于可调螺母1和冲杆4之间的间距可调，因此弹性元件2被压缩后的弹簧力可调，进而使冲击操作机构的冲击力在一定范围内可调。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1、一种电磁执行器，包括：

一个电磁铁部件，具有一个铁芯(14)和一个包绕所述铁芯的线圈(12)，用于通电时产生磁力；其特征在于所述电磁执行器还包括：

一个弹性执行部件，其包括：一个冲杆(4)和一个弹性元件(2)，所述冲杆(4)在接近所述电磁铁部件处设置有一个挡板(16)，所述冲杆(4)与所述弹性元件(2)安装在一起，使得所述弹性元件(2)能够带动所述冲杆(4)向远离上述电磁铁部件的方向运动；

一个弹性限位部件，其包括：至少一个弹片(6)、至少一个推杆(10)和一个铁件(8)，所述弹片(6)具有一固定端和一自由端，所述弹片(6)上具有一个用于卡止所述挡板(16)的限位结构(17)；所述的推杆(10)的一端可相对转动地连接在所述弹片(6)上，所述推杆(10)的另一端与所述铁件(8)以这样的方式联动，当上述铁件(8)受上述电磁铁部件的磁力的作用运动时，所述铁件(8)的运动通过所述推杆(10)推动所述弹片(6)，使所述弹片的限位结构(17)与所述挡板(16)脱离接触。

2、如权利要求1所述的电磁执行器，其特征在于该电磁执行器进一步包括：一个带有通孔的固定板(3)，所述冲杆(4)由该孔穿过所述的固定板(3)，所述冲杆(4)起始端上的挡板(16)位于所述固定板(3)的一侧，所述弹性元件(2)位于所述固定板(3)的另一侧，所述冲杆(4)的末端设置有可调螺母(1)，使所述弹性元件(2)置于所述可调螺母(1)与所述固定板(3)之间。

3、如权利要求2所述的电磁执行器，其特征在于，所述固定板(3)朝向上述挡板(16)的那个面上设置有一个垫圈(7)。

4、如权利要求2所述的电磁执行器，其特征在于上述电磁铁部件进一步包括：中间为套筒的工字形线圈架(13)和壳体(15)，其中，所述线圈架(13)设置在所述壳体(15)内的底部。

5、如权利要求1所述的电磁执行器，其特征在于，所述铁件(8)设置在所述挡板(16)与所述铁芯(14)之间，当所述电磁铁部件通电时，产生的磁力吸引所述铁件(8)向所述铁芯运动，经所述推杆(10)驱动所述弹片(6)向远离所述冲杆(4)的方向摆动。

6、如权利要求1或5所述的电磁执行器，其特征在于，所述推杆(10)的端部有孔，一个环状件(9)穿过该孔，所述环状件(9)进一步连动地安装在所述的铁件(8)上。

7、如权利要求5所述的电磁执行器，其特征在于，所述铁件(8)设置有导向孔，所述电磁铁部件设置有导向轴，在磁力作用下所述铁件(8)沿所述导向轴移动。

8、如权利要求2所述的电磁执行器，其特征在于，所述弹片(6)的固定端固定在所述的固定板(3)上，而其自由端延伸到电磁铁部件附近，所述限位结构(17)设置在所述弹片(6)朝向所述挡板(16)的侧面上。

9、如权利要求4所述的电磁执行器，其特征在于所述弹性执行部件进一步包括一个弹片支架(5)，其一端与所述线圈架(13)的表面相接触，另一端与固定板(3)朝向所述挡板(16)的那个面相接触，所述弹片(6)的固定端通过压紧在弹片支架(5)与固定板(3)之间实现固定。

10、如权利要求1或5所述的电磁执行器，其特征在于，在所述推杆(10)与所述弹片(6)及所述铁件(8)连接完毕后，所述推杆(10)与所述弹片(6)之间的夹角为锐角。

11、如权利要求1所述的电磁执行器，其特征在于，所述弹片(6)和所述推杆(10)的数目相同，皆为二至十个。

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