CN102522271B - 断路器用脱扣电磁铁 - Google Patents
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Abstract
一种断路器用脱扣电磁铁，属于低压电器技术领域。包括一U型的轭铁和一衔铁，衔铁的一端作为转动支点、另一端为吸合端，其特点是：所述的轭铁在面向衔铁吸合端的一端具有主磁极和辅助磁极，所述的主磁极与衔铁的吸合端配合而产生使衔铁向轭铁作吸合运动的第一转矩，所述的辅助磁极延设在主磁极的侧部，该辅助磁极从衔铁吸合端的外围沿衔铁吸合方向的反方向延伸，并与衔铁的吸合端配合而产生比第一转矩小的吸合或分离的第二转矩。优点：电磁铁的轭铁设有专门降低初始电磁吸力的辅助磁极，有效地降低了电磁铁的初始输出力，在电磁铁吸合的最后阶段又能输出足够大的输出输出力，解决了大电流断路器采用电磁铁检测电流的设计难度和动作可靠性。
Description
技术领域
本发明属于低压电器技术领域，具体涉及一种断路器用脱扣电磁铁。
背景技术
低压断路器普遍采用电磁铁来检测故障电流并推动断路器脱扣分闸，一般的电磁铁如拍合式电磁铁具有U型的轭铁和可转动的衔铁。这种电磁铁在小电流断路器中应用相当多，但应用在大电流断路器（如额定电流1600A以上）上时，存在一些困难。一方面，要满足在衔铁吸合的最后阶段能输出足够的力使断路器机构能解锁动作，一般衔铁和轭铁所构成的磁通路的铁心截面积需要足够大，以使得在吸合最后阶段磁路不会提前饱和而削弱电磁铁的输出力；另一方面，在未吸合时，由于断路器额定电流比较大，因此轭铁与衔铁之间的吸力也比较大，电磁铁容易在低脱扣整定电流值时就发生动作，难以设定高脱扣整定电流值，造成一些实际应用上的困难。因此急需一种电磁铁，既能保证在吸合最后阶段能提供足够的输出，又能降低起始电磁吸力。
目前所知的降低初始电磁吸力的办法有：一是加大衔铁与轭铁之间的工作气隙，可以降低初始电磁吸力，但是容易造成工作行程过长，增加后级机械传动的设计难度并且会影响小型化设计；二是增加施加于衔铁上的弹簧反力，但是容易造成机械系统内部应力变大和吸合最后阶段输出力同步降低的缺点；三是在磁路中增加固定气隙，但是也会造成吸合最后阶段输出力降低的缺陷。因此目前尚未见到能简单有效的解决上述问题的技术方案。
为此，本申请人进行了积极而有效的尝试，找到了解决上述技术问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本发明的目的是要提供一种结构简单，既能有效降低初始电磁吸力、又能保证在吸合最后阶段提供足够输出力的断路器用脱扣电磁铁。
本发明的目的是这样来达到的，一种断路器用脱扣电磁铁，包括一个U型的轭铁和一个用于与轭铁相配合的衔铁，所述衔铁的一端作为转动支点、衔铁的另一端为吸合端，其特点是：所述的轭铁在面向衔铁吸合端的那端具有一主磁极和一辅助磁极，所述的主磁极与衔铁的吸合端配合而产生使衔铁向轭铁作吸合运动的第一转矩，所述的辅助磁极延设在主磁极的侧部，该辅助磁极从衔铁吸合端的外围沿衔铁吸合方向的反方向延伸，并与衔铁的吸合端配合而产生比第一转矩小的吸合或分离的第二转矩。
在本发明的一个具体实施例中，所述的主磁极上具有第一吸合面，所述的衔铁的吸合端上相应地形成有第二吸合面，通过第一吸合面与第二吸合面的配合而使轭铁与衔铁之间产生第一吸力；所述的辅助磁极上具有第三吸合面，所述的衔铁的吸合端上相应地形成有第四吸合面，通过第三吸合面与第四吸合面的配合而使轭铁与衔铁之间产生第二吸力。
在本发明的另一个具体实施例中，所述的第一吸合面与所述的第三吸合面之间大致呈L形设置，而所述的第二吸合面与所述的第四吸合面之间同样大致呈L形设置。
在本发明的又一个具体实施例中，所述的脱扣电磁铁还包括第一支架、第二支架、销轴、限位件、传动轴和反力弹簧，所述的轭铁固定在第一支架和第二支架之间，所述的衔铁通过销轴转动地连接在第一支架和第二支架之间；所述的限位件固定在第一支架上，用于与所述的衔铁相配合；所述的传动轴相对于第一支架可旋转地固定，当所述的衔铁受电磁吸力产生位移时能够带动传动轴作旋转运动；所述的反力弹簧的一端与第一支架连接，所述的反力弹簧的另一端与所述的衔铁连接。
在本发明的再一个具体实施例中，所述的传动轴包括轴本体、悬臂和驱动销，所述的悬臂的一端固定在轴本体上，所述的悬臂的另一端上固定有驱动销，所述的驱动销用于与所述的衔铁连接。
在本发明的还有一个具体实施例中，所述的衔铁上开设有用于与所述的驱动销配合而实现连接的腰形孔。
在本发明的还有一个具体实施例中，所述的脱扣电磁铁还包括第一外壳、第二外壳，所述的第一外壳和第二外壳包覆在所述的第一支架、第二支架、轭铁、销轴、限位件、衔铁、传动轴和反力弹簧外，且第一外壳通过第一螺钉与第一支架固定，所述的第二外壳通过第二螺钉与第一外壳相固定。
本发明采用上述技术方案后，具有的有益效果：电磁铁的轭铁设有专门降低初始电磁吸力的辅助磁极，有效地降低了电磁铁的初始输出力，在电磁铁吸合的最后阶段又能输出足够大的输出力，解决了大电流断路器采用电磁铁检测电流的设计难度和动作可靠性。
附图说明
图1为本发明所述的直流电磁铁在吸合状态下的立体结构示意图。
图2为本发明所述的直流电磁铁在未吸合状态下的立体结构示意图。
图3为本发明在另一侧方向上的立体结构示意图。
图4为本发明所述的传动轴的立体结构示意图。
图5为本发明安装于断路器内部的一应用例结构示意图。
图6为图5的局部立体分解图。
图7为本发明在第一、第二支架外部装配有第一、第二外壳后的立体结构简图。
图8为本发明所述的轭铁、衔铁配合的平面结构图。
图9为本发明脱扣电磁铁在未吸合时的电磁系统图。
图10为本发明脱扣电磁铁在吸合时的电磁系统图。
图中：1.第一支架；2.第二支架；3.轭铁、31.主磁极、301.第一吸合面、32.辅助磁极、302.第三吸合面、361.主气隙、362.辅助气隙；4.销轴；5.限位件；6.衔铁、61.腰形孔、601.第二吸合面、602.第四吸合面；7.第一轴承；8.传动轴、81.驱动销、82.悬臂、83. 轴本体；9.第二轴承；10.反力弹簧；11.第一外壳；12.第二外壳；13.第一螺钉；14.第二螺钉；15.断路器主母线；F1.第一吸力；F2.第二吸力;M1.第一转矩;M2.第二转矩；Ф1.主磁通；Ф2.辅助磁通。
具体实施方式
为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明技术方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。
请参阅图1、图2、图3、图4和图7、图8，一种断路器用脱扣电磁铁，包括第一支架1、第二支架2、轭铁3、销轴4、限位件5、衔铁6、传动轴8、反力弹簧10、第一外壳11和第二外壳12。所述的轭铁3呈U型，该U型的轭铁3包括主磁极31、辅助磁极32，其中：主磁极31具有第一吸合面301，辅助磁极32具有第三吸合面302，且第三吸合面302与第一吸合面301之间大致呈L形设置；轭铁3固定在第一支架1和第二支架2之间，在轭铁3的中间具有中空的型腔。所述的衔铁6具有第二吸合面601和第四吸合面602，所述的第四吸合面602与所述的第二吸合面601之间大致呈L形设置；衔铁6通过销轴4转动地连接在第一支架1和第二支架2之间，使衔铁6可以绕销轴4自由转动，在衔铁6上开设有腰形孔61。所述的限位件5固定在第一支架1上，用于与所述的衔铁6相配合，具体是：由限位件5对衔铁6起限位作用，使衔铁6只能在图1所示位置与图2所示位置之间转动。所述的反力弹簧10的一端与第一支架1连接，反力弹簧10的另一端与所述的衔铁6连接，使衔铁6在自由状态时紧靠在限位件5上。所述的传动轴8包括轴本体83、悬臂82和驱动销81，所述的悬臂82的一端固定在轴本体83的一端上，悬臂82的另一端上固定有驱动销81，所述的驱动销81插入衔铁6上的腰形孔61中，当衔铁6受电磁吸力在图1所示位置和图2所示位置之间运动时，通过驱动销81可拉动悬臂82绕轴本体83作旋转运动，所述的轴本体83的另一端加工成楔形，方便对外传递扭力，在轴本体83长度方向的两端还分别安装有能够使传动轴8灵活转动的第一轴承7、第二轴承9。在安装时，所述的第一外壳11和第二外壳12包覆在所述的第一支架1、第二支架2、轭铁3、销轴4、限位件5、衔铁6、传动轴8和反力弹簧10外，且第一外壳11通过第一螺钉13与第一支架1固定，所述的第一外壳12通过第二螺钉14与第一外壳11相固定，所述的传动轴8通过第一轴承7、第二轴承9转动地安装在所述的第一外壳11上。
请继续参阅图1、图2、图3、图4、图7并结合图5、图6、图8、图9、图10，叙述本发明的工作过程：
本发明断路器用脱扣电磁铁如图8、图9、图10所示，所述的轭铁3包括主磁极31、辅助磁极32，主磁极31具有第一吸合面301，辅助磁极32具有第三吸合面302；所述的衔铁6具有第二吸合面601、第四吸合面602，所述的第一吸合面301与第二吸合面601之间形成有主气隙361，所述的第三吸合面302与第四吸合面602之间形成有辅助气隙362，断路器主回路通电后，由于电磁感应原理，在轭铁3、衔铁6、主气隙361中形成主磁通Ф1，而在轭铁3、衔铁6、辅助气隙362中形成辅助磁通Ф2，主磁通Ф1在主磁极31与衔铁6的吸合端之间的主气隙361中产生第一吸力F1，由第一吸力F1产生使衔铁6向轭铁3作吸合运动并可使衔铁6绕轴销4旋转的第一转矩M1，辅助磁通Ф2在辅助磁极32与衔铁6的吸合端之间的辅助气隙362中产生第二吸力F2，根据杠杆原理，第二吸力F2产生比第一转矩M1小的吸合或分离的第二转矩M2。电磁铁初始吸合时，主气隙361与辅助气隙362都存在一定的开距，由于辅助磁通Ф2的旁路作用，减小了主磁通Ф1，从而使第一吸力F1减小，进而减小了第一转矩M1，由于第二转矩M2较小，对第一转矩M1的影响较小，从而降低了电磁铁初始输出转矩。在电磁铁吸合的最后阶段，主气隙361减小到较小值，而辅助气隙362仍保持一定的开距，所以此时电磁铁的主磁通Ф1增加至较大值，而辅助磁通Ф2减小到较小值，此时第一吸力F1增加至较大值，而第二吸力F2减小到较小值，从而获得较大的第一转矩M1，且第二转矩M2由于第二吸力F2较小而忽略，保证了电磁铁在吸合的最后阶段能输出较大的输出转矩。调整辅助磁极的大小，则可在不影响电磁铁吸合最后阶段输出转矩的前提下减小电磁铁初始输出转矩，适用于较大脱扣电流的断路器过流保护用脱扣电磁铁。
断路器用脱扣电磁铁如图5、图6所示安装于断路器内部，断路器主母线15穿过轭铁3中间的型腔。如图1、2所示，脱扣电磁铁装置由轭铁3、衔铁6组成磁路系统，当断路器主母线15通过直流电流时，则在轭铁3与衔铁6之间的工作气隙中产生电磁场，轭铁3对衔铁6产生电磁吸力。当断路器主母线15中的电流很小时，产生的电磁吸力相对也很小，由于反力弹簧10的拉力作用，衔铁6不动作；随着电流的增加，电磁吸力也越来越大，当电磁吸力增加到大于反力弹簧10拉力时，衔铁6动作，其位置由图2所示位置向图1所示位置转动，同时衔铁6上的腰形孔61拉动传动轴8上的驱动销81向上运动，使悬臂82绕轴本体83作顺时针转动，通过轴本体83上另一端的楔形端对外传递扭力。此扭力可通过断路器的传动机构施加于断路器的分闸机构上，使断路器分闸，达到过流保护的作用。
综上所述，本发明提供了一种结构简单，既能有效降低初始电磁吸力、又能保证在吸合最后阶段提供足够输出力的断路器脱扣电磁铁，该技术方案达到了发明目的，体现了申请人所述的技术效果。
Claims (6)
1.一种断路器用脱扣电磁铁，包括一个U型的轭铁(3)和一个用于与轭铁(3)相配合的衔铁(6)，所述衔铁(6)的一端作为转动支点、衔铁(6)的另一端为吸合端，其特征在于：所述的轭铁(3)在面向衔铁(6)吸合端的一端具有一主磁极(31)和一辅助磁极(32)，所述的主磁极(31)与衔铁(6)的吸合端配合而产生使衔铁(6)向轭铁(3)作吸合运动的第一转矩M1，所述的辅助磁极(32)延设在主磁极(31)的侧部，该辅助磁极(32)从衔铁(6)吸合端的外围沿衔铁(6)吸合方向的反方向延伸，并与衔铁(6)的吸合端配合而产生比第一转矩M1小的吸合或分离的第二转矩M2；所述的脱扣电磁铁还包括第一支架(1)、第二支架(2)、销轴(4)、限位件(5)、传动轴(8)和反力弹簧(10)，所述的轭铁(3)固定在第一支架(1)和第二支架(2)之间，所述的衔铁(6)通过销轴(4)转动地连接在第一支架(1)和第二支架(2)之间；所述的限位件(5)固定在第一支架(1)上，用于与所述的衔铁(6)相配合；所述的传动轴(8)相对于第一支架(1)可旋转地固定，当所述的衔铁(6)受电磁吸力产生位移时能够带动传动轴(8)作旋转运动；所述的反力弹簧(10)的一端与第一支架(1)连接，所述的反力弹簧(10)的另一端与所述的衔铁(6)连接。
2.根据权利要求1所述的断路器用脱扣电磁铁，其特征在于所述的主磁极(31)上具有第一吸合面(301)，所述的衔铁(6)的吸合端上相应地形成有第二吸合面(601)，通过第一吸合面(301)与第二吸合面(601)的配合而使轭铁(3)与衔铁(6)之间产生第一吸力F1；所述的辅助磁极(32)上具有第三吸合面(302)，所述的衔铁(6)的吸合端上相应地形成有第四吸合面(602)，通过第三吸合面(302)与第四吸合面(602)的配合而使轭铁(3)与衔铁(6)之间产生第二吸力F2。
3.根据权利要求2所述的断路器用脱扣电磁铁，其特征在于所述的第一吸合面(301)与所述的第三吸合面(302)之间大致呈L形设置，而所述的第二吸合面(601)与所述的第四吸合面(602)之间同样大致呈L形设置。
4.根据权利要求1所述的断路器用脱扣电磁铁，其特征在于所述的传动轴(8)包括轴本体(83)、悬臂(82)和驱动销(81)，所述的悬臂(82)的一端固定在轴本体(83)上，所述的悬臂(82)的另一端上固定有驱动销(81)，所述的驱动销(81)用于与所述的衔铁(6)连接。
5.根据权利要求4所述的断路器用脱扣电磁铁，其特征在于所述的衔铁(6)上开设有用于与所述的驱动销(81)配合而实现连接的腰形孔(61)。
6.根据权利要求1所述的断路器用脱扣电磁铁，其特征在于所述的脱扣电磁铁还包括第一外壳(11)、第二外壳(12)，所述的第一外壳(11)和第二外壳(12)包覆在所述的第一支架(1)、第二支架(2)、轭铁(3)、销轴(4)、限位件(5)、衔铁(6)、传动轴(8)和反力弹簧(10)外，且第一外壳(11)通过第一螺钉(13)与第一支架(1)固定，所述的第二外壳(12)通过第二螺钉(14)与第一外壳(11)相固定。
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