CN101501804A - 电磁驱动单元和机电开关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机电开关装置(250)，特别是一种接触器或包括接触器的多功能装置，所述机电开关装置包括至少一个固定接触零件(6)、至少一个可往复于所述至少一个固定接触零件(6)之间而移动以用于断开或闭合电流路径(5a、5b)的可移动接触零件(21)，以及包括轭(210)和线圈(11)及可移动衔铁(215)的电磁驱动单元(201)，其中所述电磁驱动单元(201)适于响应于施加到所述线圈(11)的电压而移位所述可移动接触零件(21)。所述至少一个可移动接触零件(21)和所述至少一个固定接触零件(6)适于在激活所述电磁驱动单元(201)之后限制所述衔铁(215)的移动。

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的领域，且进一步涉及机电开关装置。
背景技术
图1绘示常规电磁驱动单元1的一个部分，其包括一个具有环绕中间支脚12而放置的线圈11的轭10，以及衔铁15。当优选受控制单元99控制的电流被引导而穿过线圈11时，轭10被磁化，并因此将衔铁15朝其自身拉动，直到衔铁15的外部支柱支脚16、17扣合到轭10的外部支柱支脚13、14上为止。
一般要求此类电磁驱动单元需要持续数百万个激活然后停用电磁驱动单元的操作循环，特别是在用于机电开关装置尤其是接触器中时。返回参看图1，其还图示了简化的机电开关装置50，其中电磁驱动单元用于驱动优选放置在可移动接触桥20上的可移动接触零件21，使其往复于固定接触零件6之间，以便闭合或断开电流路径，例如端子5a与5b之间的电流路径。衔铁15优选经由杆7来移动接触桥20。
为了避免移动接触零件与固定接触零件之间起电弧，电磁开关装置的接触件需要相对快速移动。衔铁15的拉力必须克服弹性阻尼部件27(例如接触弹簧)的较大力。因此，所引起的衔铁15向轭10的扣合会导致特别是在接触点周围发生材料疲劳，图1中用参考标号18来指示所述现象。为了补偿所述扣合，通常使用优选具有弹性阻尼部件27的阻尼系统。
例如用DE 10 331 339 A1中提出的方式使衔铁更轻的做法提供了某一优点，因为用此方式可减轻扣合所导致的冲击。在此类实施方案中，特别是如果与EP 1 101 233中提出的解决方案配合，衔铁可至少部分地由粉末状磁性材料制成，并进一步通过使用比如环氧树脂等合适的聚合物来硬化。在先前解决方案中，衔铁和轭是由只允许简单形状的钉住的金属薄片制成，与先前解决方案相比，此类解决方案的另一优点是衔铁和轭的形状有更好的通用性。
上述类型的解决方案的一个缺点是针对轭和衔铁提议的材料易碎，且因此对冲击的抵抗力不够，因此严重地限制了电磁驱动单元的预期使用寿命，因而不太适合用于机电开关装置中。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种预期使用寿命增长的机电开关装置。通过根据权利要求1所述的机电开关装置可实现此目的。
附属权利要求描述了本发明的各种有利方面。
机电开关装置，特别是接触器或除了接触器外还包括其它单元(例如断路器)的多功能装置，包括至少一个固定接触零件、至少一个可往复于所述至少一个固定接触零件之间而移动以用于闭合或断开电流路径的可移动接触零件，以及电磁驱动单元。所述电磁驱动单元适于响应于施加到线圈的电压而移位所述可移动的接触零件。
如果所述至少一个可移动接触零件和所述至少一个固定接触零件适于在激活电磁驱动单元之后限制衔铁的移动，那么可减轻轭与衔铁之间的冲击。除此之外，机电开关装置还可包括至少一个止挡件，其适于在激活电磁驱动单元之后限制衔铁的移动。
如果在包括轭、线圈和可移动衔铁的电磁驱动单元中，轭与衔铁具有匹配的形状，使得当线圈被激活时，衔铁适于至少部分地横穿轭，那么可避免或至少减轻因冲击导致的应力。
如果轭包括用于容纳线圈的支脚或边缘，且如果衔铁展示出至少一个适于让所述支脚或边缘至少部分地穿透衔铁的开口，那么可减轻或避免支脚与衔铁之间的冲击，同时仍能够使用尺寸足以导致对于轭形成足够强的磁场以可靠地驱动衔铁的线圈。此外，衔铁可进一步朝轭移动。
如果轭包括一个或两个外部支柱支脚或边缘，使得衔铁能移动经过相应的支柱支脚，那么可减轻或完全避免冲击。
如果衔铁包括从衔铁的顶部朝轭延伸的边缘，且包括至少一个适于在激活电磁驱动单元后到达轭的底座的水平面的区域，那么可实现衔铁的相对较大移动，同时仍减轻或完全避免冲击的不良影响。
特别有利地，可在衔铁或轭包括粉末状磁性材料且所述材料优选经过例如聚合物尤其是环氧树脂等合成材料的强化的情况下执行本发明。
如果在包括轭、线圈和可移动衔铁的电磁驱动单元中，轭与衔铁具有匹配的形状，使得当线圈被激活时，衔铁适于至少部分地横穿轭，那么可避免或至少减轻因冲击导致的应力。
附图说明
下文中，参照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绘示机电开关装置中的常规电磁驱动单元的一个部分；
图2绘示当电流路径为断开时根据本发明的第二方面的机电开关装置中的根据本发明的第一方面的电磁驱动单元的一个部分；以及
图3与图2相似，但电路路径是闭合的。
在整个描述内容中，相同的参考标号指代相似的结构元件。
具体实施方式
图2绘示电磁驱动单元201的一个部分，其包括轭210、线圈11和可移动衔铁215。
至少一个可移动接触件21和至少一个固定接触件6适于在激活线圈11之后限制衔铁215的移动。此外，机电开关装置250可进一步包括至少一个止挡件，其适于在电磁驱动单元201被激活之后限制衔铁215的移动。
轭210和衔铁215可具有匹配的形状，使得当电磁驱动单元201被控制单元99激活时，衔铁215适于至少部分地横穿轭210(优选通过滑动)，因此可避免轭210与衔铁215之间的冲撞。
如图3所示，可移动接触件21与固定接触件6在彼此接触时限制衔铁215的移动。接触桥20承载可移动接触件21，杆207附接到接触桥20上，杆207对衔铁215施加限制力。
优选地，轭210包括用于容纳线圈11的支脚212。接着，衔铁215可展示出至少一个开口270，该开口适于让支脚212至少部分地穿透衔铁215。以此方式，当将衔铁215朝轭210拉动时，衔铁215可以少得多的接触来横穿轭210，或者至少使得可避免衔铁215扣合到轭210上。
轭210可包括一个或两个外部支柱支脚213、214，其使得衔铁215能够移动经过相应的支柱支脚213、214。
衔铁215可包括从衔铁215的顶部280朝轭210延伸的支脚216、217，从而包括至少一个区域R，该区域适于在激活线圈11后到达轭210的一个底座290的水平面。
然而，在本发明的优选实施例中，衔铁215的形状为一个具有圆形截面的壶形铁芯，因此用边缘来代替支脚216、217。
衔铁215或轭210可包括粉末状磁性材料，且任选地还包括合成材料(优选是聚合物，尤其是环氧树脂)。所述粉末状磁性材料可被烧结。关于制造衔铁215或轭的特别有利的材料和方法，可参阅DE 10 331 339 A1和EP 1 101233。粉末状磁性材料通常展示出较高的导磁率，在mr>5000的范围内。对于例如聚合物等合成材料，导磁率可在μr≈1的范围内。因此，所得的衔铁215或轭210可具有在μr∈[50，150]范围内的导磁率。优选地，衔铁215与轭210两者由相同材料制成。
磁性电路的尺寸优选适于提供将衔铁215朝轭210拉动的接触力，所述接触力在已使用注塑来制造衔铁215或轭210时也足够大。
图2和图3还绘示机电开关装置250，其在图2和图3的实例中为接触器。
在另外一种情况下，机电开关装置可为包括一个接触器的多功能装置。在两种情况下，接触器均优选适于在100V与1000V之间的低电压电平下开关电流。
机电开关装置250包括至少一个固定接触件6、至少一个可在所述至少一个固定接触件6之间往复移动以用于断开或闭合一个电流路径5a、5b的可移动接触件21，以及一个电磁驱动单元201。电磁驱动单元201适于响应于一个施加到线圈11的电压而移位所述可移动接触件21。例如可通过经由绕组末端施加电压而向线圈施加电压。
图2和图3仅绘示了机电开关装置250的简化版本。在许多应用中，需要几乎同时开关两个或三个电流相位。因此，机电开关装置250可包括用于每一相位的至少一个可移动接触件21和至少一个固定接触件6。为了提高机械开关的稳定性并避免接触件烧毁，通常成对地提供可移动接触件21和固定接触件6；优选在稳固的接触桥20上承载可移动接触件21，所述稳固的接触桥20将不会因杆207施加的力而变形。

Claims (9)

1.一种机电开关装置(250)，特别是一个接触器或一个包括一个接触器的多功能装置，所述机电开关装置包括：
i)至少一个固定接触件(6)；
ii)至少一个可移动接触件(21)，所述可移动接触件可在所述至少一个固定接触件(6)之间往复移动以用于断开或闭合一个电流路径(5a、5b)；以及
iii)一个电磁驱动单元(201)，所述电磁驱动单元包括一个轭(210)、一个线圈(11)以及一个可移动衔铁(215)，其中所述电磁驱动单元(201)适于响应于一个施加到所述线圈(11)的电压而移位所述可移动接触件(21)；
其特征在于，所述至少一个可移动接触件(21)和所述至少一个固定接触件(6)适于在所述电磁驱动单元(201)被激活之后限制所述衔铁(215)的移动。
2.根据权利要求1所述的机电开关装置(250)，其特征在于，所述装置进一步包括至少一个止挡件，所述止挡件适于在所述电磁驱动单元(201)被激活之后限制所述衔铁(215)的移动。
3.根据权利要求1或2所述的机电开关装置(250)，其特征在于，所述轭(210)和所述衔铁(215)具有匹配的形状，使得当所述线圈(11)被激活时，所述衔铁(215)适于至少部分地穿过所述轭(210)。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的机电开关装置(250)，其特征在于，所述轭(210)包括一个用于容纳所述线圈(11)的支脚(212)或边缘，且所述衔铁(215)展示出至少一个开口(270)，该开口适于让所述支脚(212)或边缘至少部分地穿透所述衔铁(215)。
5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的机电开关装置(250)，其特征在于，所述轭(210)包括一个或两个外部支柱支脚(213，214)或一个边缘，所述支脚或者边缘使得所述衔铁(216，217)能够移动经过相应的支柱支脚(213，214)。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的机电开关装置(250)，其特征在于，所述衔铁(216，217)包括一个边缘(216，217)，所述边缘从所述衔铁(215)的一个顶部(280)朝所述轭(210)延伸，且所述衔铁包括至少一个区域(R)，该区域适于在所述线圈(11)被激活后到达所述轭(210)的一个底座(290)的水平面。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的机电开关装置(250)，其特征在于，所述衔铁(215)或所述轭(210)包括粉末状磁性材料。
8.根据权利要求7所述的机电开关装置(250)，其特征在于，所述衔铁(215)或所述轭(210)进一步包括一种合成材料，其优选是聚合物，特别是环氧树脂。
9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的机电开关装置(250)，其特征在于，所述机电开关装置(250)是一个接触器或一个包括一个接触器的多功能装置。
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