CN102176393B - 一种带有永久磁铁的自适应交直流通用电磁机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有永久磁铁的自适应交直流通用电磁机构，该电磁机构包括一个动铁心、一个静铁心、一个线圈系统、一个轭铁系统、一个永久磁铁及其极帽。通过引入永久磁铁来提供电磁机构的初始反力，解决了有反力弹簧时机械可靠性不高的问题，同时优化了吸力和反力特性的配合关系，有利于提高动铁心的运动速度和电磁机构的灵敏性；动铁心形状为圆台和圆柱体的组合体，或棱柱和棱台的组合体，圆柱体或棱柱部分可有凹槽，通过与电磁机构中其他部件的参数配合，可从根本上解决带有永久磁铁的交直流电磁机构动作特性受线圈系统电流方向或永久磁铁极性影响这一技术瓶颈问题，以应用于低压交、直流电器的短路电流感测，机构解锁或动触头推开执行部件。
Description
技术领域：
本发明涉及用于低压交、直流电器的短路电流感测，机构解锁或动触头推开的、带永久磁铁的电磁机构。
背景技术：
在现有技术中，电磁机构是开关电器中常用的执行部件。其典型结构包括一个动铁心、一个静铁心、一个线圈系统、一个反力弹簧、一个轭铁系统及其他附件。当流过线圈系统的电流达到一定值时，作用在动铁心上的电磁吸力将克服反力弹簧的作用，开始向静铁心运动，并压缩或拉长弹簧，也就是说，随着动铁心向静铁心运动，作用在动铁心上的反力越来越大，这不利于动铁心的快速运动，并及时执行相应的机构解锁或动触头推开等动作。
目前，国内外带永久磁铁的电磁机构多用于直流电力系统，如直流线圈控制的接触器磁系统、用于控制真空断路器的新型电控操作机构，一般是用永久磁铁来提供动铁心在吸合位置的保持力(如中国发明专利200310105896、200510096055、200610104936、200710018279)。但是这些应用中的电磁机构一般需要反力弹簧以保证断电时动铁心回到释放位置，而且永久磁铁的极性安装方式与线圈的电流方向为固定式配合关系，使用时必须严格按照设计的极性配合关系进行安装，在生产或零件更换过程中如有差错，电磁机构的动作特性将发生大的变化，从而引起严重的事故。
对于交流电磁机构来说，如带有永久磁铁，当永久磁铁的极性安装方式确定后，线圈系统中电流的方向变化通常会引起交流电磁机构动作特性的变化，使得此类电磁机构的动作特性不稳定。
发明内容：
鉴于现有技术中存在的问题提出本发明专利，因此，本发明专利的一个目的是从根本上解决了带有永久磁铁的交直流电磁机构动作特性受线圈系统电流方向或永久磁铁极性影响这一技术瓶颈问题，并便于规模化生产。
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种带有永久磁铁的自适应交直流通用电磁机构，该电磁机构包括一个动铁心、一个静铁心、一个线圈系统、一个轭铁系统、一个永久磁铁和极帽，所述动铁心由圆柱体和连接在圆柱体端部的圆台构成，或者动铁心由棱柱体和连接在棱柱体端部的棱台构成。
所述圆柱体或棱柱体上设置有凹槽。
所述电磁机构，用于交流电力系统时，当永久磁铁极性安装方式一定时，可保证电流绝对值一旦达到动铁心的触动电流时，动铁心即开始运动；当用于直流电力系统时，当接线端子极性一定时，电磁机构的动作特性与永久磁铁极性安装方式无关。
本发明提出的带有永久磁铁的自适应交直流通用电磁机构，不仅没有反力弹簧，而是采用永久磁铁提供动铁心的初始反力，这样当流过线圈的电流达到一定值时，一旦作用在动铁心上的电磁吸力超过永久磁铁的反作用力时，动铁心即可开始运动，而且在动铁心向静铁心运动过程中，永久磁铁的反作用力随着其与动铁心距离的增大急剧减小，从而使得动铁心的运动主要取决于作用在其上的电磁吸力的大小，这样可以有效提高动铁心的运动速度，以及电磁机构的灵敏性。
更为重要的是，本发明通过动铁心形状的设计，即圆台和圆柱体的组合体，或棱柱和棱台的组合体，圆柱体或棱柱部分可有凹槽，可在线圈系统电流方向或永久磁铁极性安装方式发生变化时，可自适应地保持动铁心触动电流基本不变，从而有效地实现了交直流通用，以及电磁机构的高容错性设计，降低了电磁机构动作特性在生产及维护过程受到影响的风险，提高了产品的可靠性。此外，动铁心设计和制造工艺难度并没有显著增大。
附图说明：
图1a是本发明的电磁机构外形三维视图；
图1b是本发明的动铁心三维示意图；
图2是电磁机构外形正视图；
图3是圆柱形动铁心时线圈电流与电磁力之间的关系曲线；
图4是圆柱形动铁心时线圈电流方向对电磁机构动作特性影响的电流、电压实验结果；
图5是本发明的动铁心正视图；
图6是动铁心形状为圆台和圆柱体的组合体时线圈电流与电磁力之间的关系曲线。
其中：1为永久磁铁；2为极帽；3为固定附件；4为轭铁系统；5为线圈系统；6为静铁心；7为动铁心。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1-2，本发明该电磁机构包括一个动铁心7、一个静铁心6、一个线圈系统5、一个轭铁系统4、一个永久磁铁1及其极帽2、固定附件3。当流过线圈系统的电流时，作用在动铁心上有两个力，一个是动、静铁心之间由于线圈电流励磁后产生的电磁吸力F1，其数值随着电流的增加而增大；一个是永久磁铁产生的吸力F2，其数值与电流值无关，仅取决于永久磁铁的特性以及电磁机构的结构。F1和F2两个力的方向相反，随着电流的增大，一旦当F1和F2相等时，动铁心即开始运动，对应的线圈电流成为初始触动电流。
图3给出了动铁心的形状是圆柱形时，线圈电流与电磁力之间的关系，可以看出，当线圈电流方向一定的条件下，永久磁铁的极性分别为9.14A/m和-9.14A/m时，也就是说极性安装方式相反时，相同电流下产生的电磁吸力数值相差很大，特别是作用在动铁心上的合力为零时对应的电流分别为1250A左右和超过2000A。同理，当永久磁铁极性一定的条件下，线圈电流方向改变后，作用在动铁心上的力也会有同样大的差别，动铁心的初始触动电流同样差别很大。因此，不管用于交流电力系统还是直流电力系统，动铁心形状时圆柱形时动铁心的初始触动电流均会受到线圈电流方向或永久磁铁极性安装方式的影响，造成电磁系统工作特性不稳定等问题。
图4给出了当本发明提到的永磁机构用于动触头推开、动铁心为圆柱形时，线圈电流与动静触头之间电压的波形。可以看出，当线圈电流第一个半波时，动静触头没有被推开，而在第二个电流半波时才被推开。然而，第一个半波的电流峰值明显高于第二个半波电流峰值，根据前面的分析，由于线圈电流励磁后产生的作用在动铁心上的电磁吸力F1是随着电流的增加而增大。由此可以看出，第一个半波电流为正时、较大的电流下，作用动铁心上的合力比第二个半波电流为负、较小的电流下作用在动铁心上的合力还要小，这也就说明了电流方向对动铁心初始触动电流的影响。
而采用图1(b)和图5所示的具有圆台和圆柱体的组合体特征的动铁心时，可以改变圆台的直径的d1、高度ht，以及凹槽的深度dc、长度lc、高度hc等，来消除线圈电流方向或永久磁铁极性安装方式对动铁心初始触动电流的影响。图6给出了该动铁心形状、某一确定的结构参数配合下线圈电流与电磁力之间的关系，可以看出，相同电流时，永久磁铁的极性对动铁心的初始触动电流几乎没有影响。同时，动铁心具有棱柱和棱台的组合体、棱柱部分可有凹槽等特征时也可以达到同样的效果。
在具体产品设计时，不仅可通过改d1、ht、dc、lc、hc等来消除线圈电流方向或永久磁铁极性安装方式对动铁心初始触动电流的影响，而且也可以通过上述参数的优化配合，调节动铁心的初始动作电流，进行电磁机构的系列化设计。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (2)
1.一种带有永久磁铁的自适应交直流通用电磁机构，该电磁机构包括一个动铁心、一个静铁心、一个线圈系统、一个轭铁系统、一个永久磁铁和极帽，其特征在于：所述动铁心由圆柱体和连接在圆柱体端部的圆台构成，或者动铁心由棱柱体和连接在棱柱体端部的棱台构成，所述电磁机构，用于交流电力系统时，当永久磁铁极性安装方式确定时，保证电流绝对值一旦达到动铁心的触动电流时，动铁心即开始运动；当用于直流电力系统时，当接线端子极性一定时，电磁机构的动作特性与永久磁铁极性安装方式无关。
2.如权利要求1所述自适应交直流通用电磁机构，其特征在于：所述圆柱体或棱柱体上设置有凹槽。
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