CN101771329B - 筒式双稳态永磁致动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种筒式双稳态永磁致动器，该双稳态致动器包括：筒体，其通过卷绕薄板从而形成有内部空间而形成；移动体，其安装在筒体中，并能够沿筒体的纵向作往复运动；第一和第二线圈，其通过在第一和第二线圈之间插入移动体而分别安装在筒体的两个端部附近；以及永磁体，其安装在第一和第二线圈之间。

Description

筒式双稳态永磁致动器

技术领域

本发明涉及一种筒式双稳态永磁致动器，并且尤其涉及一种在电力设备中用于操作断路器或开关的致动器。

背景技术

应用于电力设备中的致动器通常采用弹簧机构、液压致动器和气压致动器。但是，由于这样的致动器需要诸多组件，而且为了实现转向力(steeringeffort)需要控制机械能，因而结构复杂，并且需要维修和维护。

为解决这些问题，在电力设备中采用了一种利用永磁体和电能的致动器，以代替现有机构。永磁致动器配置为使得其移动体(mover)由于永磁体的磁能被保持在一段行程上，并且电能被施加在线圈上以使移动体移动一段行程。

取决于移动体被保持在预设位置的机构，永磁致动器可被分成双稳态型和单稳态型两类。双稳态型永磁致动器被配置为由于永磁体而能够将移动体保持在行程的两端中的每一端，而单稳态型永磁致动器则配置成将移动体只能保持在行程的两端中的一端。由于双稳态型永磁致动器的移动体在断开或闭合电力设备时通过永磁体的磁能被保持在预设位置，所以其比需要单独保持机构的单稳态型永磁致动器更为有利，因为双稳态型不需要比如弹簧的机械组件就能够执行闭合/断开操作。

图1示出了一个根据现有技术的双稳态型永磁致动器的例子。该致动器包括：上部筒体10，其具有槽，槽中布置有线圈；中间板12，其定位于上部筒体10的下侧；以及下部筒体14，其定位于中间板12的下侧。在中间板12中安装有具有中央部的内筒体16，移动体插入所述中央部中，而永磁体20则安装在该内筒体16的边缘的上表面。

在此，安装移动体22以在上部筒体10和下部筒体14之间上下往复运动。导轴24和26分别被连接到移动体22的上、下表面。导轴24和26被插在分别形成于上、下部筒体10和14之中的导向孔中。开路弹簧(open spring)28安装在导轴26的下部。开路弹簧28配置如下：当移动体22定位于下侧时，开路弹簧28被压缩，以便向上对移动体12施加弹力。

上部线圈30和下部线圈32分别被安装在上部筒体10和下部筒体14中。

在下文中将对致动器的操作加以描述。如图1所示，在与下部筒体14相接触的状态下，移动体22受到由永磁体20产生的磁通的作用而被保持在与下部筒体14相接触的状态。在这一状态下，在将电流施加到上部线圈30时，一个向上的磁力就被施加到移动体22上。如果磁力变大，则如图2所示的那样，移动体22被向上移动以与上部筒体10相接触。在这一刻，由永磁体20产生的磁通流量发生变化。相应地，移动体22被永磁体20的磁通保持在向上移动到的位置上。

相反地，当移动体22受永磁体磁力的作用而被保持定位在如图2所示的位置时，则在将电流施加到下部线圈32时，移动体22就会被施以向下的磁力。如果所施加的向下的力变得大于永磁体20的力，则如图1所示的那样，移动体22接着被向下移动以与下部筒体14相接触。这种接触状态由永磁体20的磁力维持。在致动器与外部电力设备(例如断路器或开关)相连接的情况下，当手动打开该电力设备的触点时，受到开路弹簧28施加弹性能的移动体施相应地向上移动。

但是，构成现有技术下的致动器的主要部件，也就是说上部筒体、下部筒体、中间板以及内筒体需被机械加工成中空筒形，因此就增加了机械加工的成本。此外，由于装配到筒体上的永磁体形成为具有大外径的环形，因而也增加了生产磁体所需的成本。

而且，这些筒形的部件应当组装在同样的轴线上，这在组装中会带来麻烦。另外，一个永磁体吸引移动体。因此，磁体具有极大的磁力，从而在组装过程中会有吸引其他部件的问题。

发明内容

因此，为克服现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种能够容易地进行生产而且降低生产成本的双稳态型永磁致动器。

本发明的另一个目的是提供这样一种双稳态永磁致动器，其通过采用数个各具有较弱磁力的永磁体的方式，解决了在组装过程中由于永磁体的磁力而发生的问题，从而能够改善组装过程。

如在此具体体现且公开描述的那样，为了实现上述以及其他优点并且依照本发明的目的，提供的双稳态型致动器包括：筒体，其通过卷绕薄板从而形成有内部空间而形成；移动体，其安装在筒体中，并能够沿筒体的纵向往复运动；第一和第二线圈，其通过在第一和第二线圈之间插入移动体而分别安装在筒体的两个端部附近；以及永磁体，其安装在第一和第二线圈之间。

在本发明的一个方案中，形成致动器外形的筒体可以不通过机械加工形成，而是由板材卷成，从而不再需要单独的机械加工。

这里，致动器可以进一步包括由多个薄板层压而成并固定在筒体中的中间板，而永磁体则可以固定到该中间板上。中间板也可以由以对原材料进行冲压(stamping)(冲裁(blanking))而不是机械切割的方式大量生产的层压板形成，从而使得生产变得容易。

这里，中间板可以具有矩形的外形。而且，中间板可以具有多边形或闭合曲线等规定形状。

另外，中间板可以具有通孔，移动体能够穿过该通孔插入，而且可以设置多个永磁体，以固定到所述通孔的内表面。采用多个永磁体使得每个永磁体的磁力可以小于保持移动体所需的磁力，这样就能够在组装过程中减轻处理永磁体的困难。

这里，在多个永磁体的表面可以分别附有磁通吸引板，每一磁通吸引板可以由多个薄板经层压形成。

在本发明的另一个方案中，提供的双稳态型致动器包括：第一和第二筒体，其各自通过卷绕薄板从而形成有内部空间而形成；中间板，其布置在所述第一和第二筒体之间，所述中间板具有连接到所述第一和第二筒体的内部空间的通孔；移动体，其安装在所述第一和第二筒体以及中间板之内，并能够沿着所述筒体的纵向往复运动；第一和第二线圈，其通过在第一和第二线圈之间插入移动体而分别安装在所述第一和第二筒体上；永磁体，其安装在中间板中；以及固定部件，其配置用于维持所述第一和第二筒体以及中间板之间的连接状态。

这里，中间板可以由多个薄板经层压形成，并具有矩形外形。

永磁体可以安装在中间板的通孔之内。另外，可以设置多个永磁体，以布置到中间板的通孔之内。这里，每一永磁体的磁力可以小于保持移动体所需的最小磁力。另外，在多个永磁体的表面可以分别附有磁通吸引板，每一磁通吸引板可以由多个薄板经层压形成。

固定部件可以包括分别布置在第一和第二筒体之外的第一和第二固定板，以及配置用于在第一和第二固定板之间施加引力的固定构件。固定构件可以包括在第一和第二固定板之间延伸的固定轴，以及固定在固定轴两端的固定螺母。

根据具有此种结构的本发明的方案，筒体不是通过机械加工的，而是通过卷绕薄板而形成的，因此，由于不需要机械加工而使得生产变得容易。另外，代替一个具有强磁力的永磁体，而是采用多个各具有弱磁力的永磁体的方式，减轻了处理永磁体的困难，从而改善了组装。

下面，结合附图对本发明进行详细说明，这样，本发明的上述及其他目的、特性、方案以及有益之处将更加显而易见。

附图说明

本文中所包括的用于对本发明提供进一步理解因而合并于此、构成本说明书一部分的附图描绘了本发明的若干实施例，其与说明书一起用于解释本发明的原理。

在图中：

图1和图2是示出根据现有技术的双稳态型永磁致动器的内部结构的横截面图；

图3是示出根据本发明的双稳态型永磁致动器的一个实施例的立体图；

图4是图3所示实施例的分解立体图；以及

图5是图3所示实施例的横截面图。

具体实施方式

现在将参考附图，对根据本发明的一个实施例的双稳态型永磁致动器进行详细描述。

参考图3，该图示出了根据本发明的一个实施例的致动器100。致动器100可包括第一和第二固定板102和104，通过在该两块固定板之间顺序地插入第一筒体110、中间板120和第二筒体130，这两块固定板分别被固定在最上端和最下端。

这里，第一筒体110、中间板120和第二筒体130可以被第一和第二固定板102和104固定从而防止分离。4个固定螺栓106可分别布置在第一和第二固定板102和104之间每一顶点附近。接着，固定螺母108可以与固定螺栓106的端部相连接，从而在第一和第二固定板102和104之间施加引力。

这里，第一和第二筒体110和130中的每一个都可以对平板以筒形进行多次卷绕而配置为具有筒形；而中间板120可以通过对多个矩形平板进行层压的方式被配置，所述中间板用于固定稍后将解释的永磁体。第一筒体110、中间板120和第二筒体130被连接到一起，从而实现根据一个实施例的致动器100的外形。套管140可以固定地布置在第一固定板102的中央部，并且移动体的上轴的端部可以插进该套管140中，以使移动体的运动更为平稳。

在下文中，将参考图4对根据一个实施例的致动器的内部结构进行描述。

移动体150可以被安装成能够在第一和第二筒体110和130的内部空间以及在由穿过中间板120形成的通孔122所限定的内部空间中上下运动。上轴152和下轴154可以连接在移动体150的两端上，间隙环(gap ring)156可以插入上轴152中。间隙环156可以使移动体150与上部磁心(upper core)以预定的间隙间隔开，所述上部磁心将在后文解释。

同时，线轴160可插入第一和第二筒体110和130的每一个中，上部线圈162和下部线圈166可分别卷绕在线轴160上。进一步地，上部磁心164和下部磁心168可分别插入线轴160的端部。上部和下部磁心164和168可通过施加到上部线圈162和下部线圈166上的电流而得以磁化，从而用于移动移动体150。

用于压焊(press-welding)每一永磁体的永磁体固定构件170可以被安装到中间板120的内部空间的各顶点附近。每一永磁体固定构件170可以具有基本矩形的形状，而且在其角上形成有突出部172。通过将突出部172插入形成在中间板120的顶点附近的相应的槽124中，使得永磁体固定构件170能够稳定地固定到中间板120中。

永磁体180可插入到相邻的永磁体固定构件170之间。永磁体180可被固定在被一对永磁体固定构件170所挤压的状态中。磁通吸引板182可被附到每一永磁体180朝向中间板120的中心的表面上。磁通吸引板182可通过对多个各具有一个形成为弓形形状的侧面的平板进行层压而形成，以用于吸引由永磁体180产生的磁通。

在图3和图4所示的实施例中，中间板被配置成定位在两个筒体之间，但是，无需受该实施例的限制，可以考虑可将中间板安装到其中一个筒体中的另一个实施例。

在下文中，将参考图5对根据一个实施例的致动器的操作进行描述。

参考图5，由于每一永磁体180的磁力的作用，移动体150被保持在紧密粘附于下部磁心168的状态。在这一状态下，当对上部线圈162施加电流时，上部磁心164被磁化，从而对移动体150施以磁力。如果这一磁力逐渐增大到大于每一永磁体180的磁力，则移动体150就被移向上部磁心164。相应地，在间隙环156与上部磁心164相接触的状态下，移动体150能够被每一永磁体180的磁力保持在向上移动的状态。

这里，在上部磁心164和移动体150之间会由于间隙环156而形成空气间隙(air gap)，因此，使得移动体150被保持在上部位置的力要小于使移动体150保持在下部位置的力。

与此相反，如果在移动体150被保持在上部位置的状态下对下部线圈166施加电流，则下部磁心168被磁化，从而对移动体150施以向下的磁力。如果下部磁心168的磁力被增加到比使得移动体150保持在上部位置的每一永磁体180的磁力更大，则移动体150就被向下移动以返回至图5所示的状态。此后，即便施加在下部线圈166的电流被阻止，每一永磁体180的磁力被施加在下部磁心168上，所以移动体150能够被维持在图5所示的状态中。

前面提到的实施例及优点仅是示例性的，其不应被解释为对本公开的限制。本教导能够很容易地应用到其他类型的设备上。本说明书的目的是描述权利要求书的范围，而不是对其作限制。许多可替代方案、修改以及变例对于本领域内的技术人员来说是显而易见的。描述于此的示例性实施例的特点、结构、方法以及其他特征可以以不同的方式组合，从而获得另外的和/或可替代的示例性实施例。

由于这些特性可以以多种形式表现而不会与它们的特征相悖，因而应当明白，除另有说明的情况之外，上述实施例未受前面说明中的任何细节所限制，它们在所附权利要求限定的范围内应当得到宽泛的解释，因此，所有落入权利要求所限定的范围或者与此范围等效的界限之内的改变和修改均应被认为已包含在所附权利要求之中。

Claims (9)

1.一种双稳态型致动器，其包括：

筒体，其通过卷绕薄板从而形成有内部空间而形成；

移动体，其安装在所述筒体中，并能够沿所述筒体的纵向往复运动；

第一和第二线圈，其通过在第一和第二线圈之间插入所述移动体而分别安装在所述筒体的两个端部附近；

中间板，其固定在所述筒体中并通过对多个薄板进行层压而形成；以及

多个永磁体，其固定到所述第一和第二线圈之间的所述中间板上，其中所述中间板具有矩形的外形并且设置有通孔，所述移动体通过该通孔插入；

其中多个所述永磁体固定到所述通孔的内表面，并且

其中在多个所述永磁体的表面上分别附有磁通吸引板，每一块磁通吸引板都是通过对多个薄板进行层压而形成的。

2.一种双稳态型致动器，其包括：

第一和第二筒体，其各自通过卷绕薄板从而形成有内部空间而形成；

中间板，其布置在所述第一和第二筒体之间，所述中间板具有连接到所述第一和第二筒体的内部空间的通孔；

移动体，其安装在所述第一和第二筒体以及所述中间板内，并能够沿着所述第一和第二筒体的纵向往复运动；

第一和第二线圈，其通过在第一和第二线圈之间插入所述移动体而分别安装在所述第一和第二筒体上；

永磁体，其安装在所述中间板中；以及

固定部件，其配置为维持所述第一和第二筒体以及中间板之间的连接状态，

其中，所述固定部件包括分别布置在所述第一和第二筒体之外的第一和第二固定板，以及配置为在所述第一和第二固定板之间施加引力的固定构件。

3.根据权利要求2所述的致动器，其中，所述中间板通过对多个薄板进行层压而形成。

4.根据权利要求3所述的致动器，其中，所述中间板具有矩形的外形。

5.根据权利要求2所述的致动器，其中，所述永磁体安装在所述中间板的通孔之内。

6.根据权利要求5所述的致动器，其中，设置多个所述永磁体，以布置在所述中间板的通孔之内。

7.根据权利要求6所述的致动器，其中，在多个所述永磁体的表面上分别附有磁通吸引板，每一块磁通吸引板都是通过对多个薄板进行层压而形成的。

8.根据权利要求6所述的致动器，其中，每一永磁体的磁力小于保持所述移动体所需的最小磁力。

9.根据权利要求2所述的致动器，其中，所述固定构件包括：

固定轴，其在所述第一和第二固定板之间延伸；以及

固定螺母，其固定到所述固定轴的两端。

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