CN104718593A - 用于中压真空断路器的电磁致动器 - Google Patents

用于中压真空断路器的电磁致动器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于中压真空断路器(2)的电磁致动器(1)，所述电磁致动器包括在铁磁性框架(5)中由至少一个轴(4)引导的至少一个移动式铁磁性柱塞(3)，其中，至少一个永磁体(6)布置在铁磁性框架(5)的内部延伸区域处，并且其中，至少一个线圈(7)至少部分地布置在铁磁性框架(5)内，并且至少一个永磁体(6)在线圈下方区域(A)中垂直于至少一个轴(4)延伸。

Description

用于中压真空断路器的电磁致动器
技术领域
本发明涉及一种用于中压真空断路器的电磁致动器，所述电磁致动器包括在铁磁性框架中由至少一个轴引导的至少一个移动式铁磁性柱塞，其中，至少一个永磁体布置在铁磁性框架的内部延伸区域处，并且其中，至少一个线圈至少部分地布置在铁磁性框架内。
此外，本发明涉及一种用于中压设备的真空断路器，所述真空断路器包括至少一个这样的电磁致动器。
背景技术
通常将电磁致动器结合到中压至高压的断路器中。特别地，中压断路器被定级为在高电流水平下的1KV和72KV之间。这些特定的断路器通过在真空容器中形成并且熄灭电弧来阻断电流。在真空容器内容纳有一对相应的电力开关触头。新式的真空断路器具有比旧式的空气断路器长的预期寿命。尽管真空断路器替代了空气断路器，但本发明不仅能够应用于真空断路器，还能够应用于空气断路器，或具有填充有六氟化硫气体(作为真空的替代)的腔室的新式SF6断路器。
为致动断路器，通常使用具有高的力密度的双稳态电磁致动器，其使真空灭弧室的电触头中的一个电触头运动，以便实现阻断电力的目的。由此，在电磁致动器的移动式衔铁以及真空灭弧室内的轴向移动式电触头之间设置有机械连接。使真空灭弧室的触头彼此紧压的力是对于真空断路器的性能而言的重要设计参数。为利用电磁致动器均衡该力，所述致动器的静态保持力足够高是必要的。
专利文件EP 0 721 650 B1公开了一种双稳态永磁体致动器，其包括具有叠层结构的磁轭、至少一个永磁体以及能够在所述磁轭内沿第一方向轴向往复运动的衔铁。所述致动器构造成用于在衔铁处于第一位置时提供第一低磁阻通量路径和第一高磁阻通量路径。此外，所述致动器构造成用于在所述衔铁处于第二位置时提供第二低磁阻通量路径和第二高磁阻通量路径。布置了用于在第一位置和第二位置之间驱动所述衔铁的装置。一部分永磁体和衔铁存在于所述磁轭的每个叠层限定的平面内，并且其中，所述致动器的构造由此能够通过添加额外的磁轭叠层并且相应地增加磁体和衔铁在垂直于叠层的平面的第二方向上的线性尺寸来增加流通过致动器的永磁体通量。
专利文件DE 101 46 899 A1公开了一种双稳态电磁致动器，其尤其是用于真空阻断腔室的驱动装置。所述双稳态电磁致动器包括磁轭、至少一个永磁体、至少一个线圈以及至少一个位移式衔铁。衔铁产生第一磁通量。所述磁轭是这样一种方式：使得衔铁被保持在一个位置中，并且线圈产生致动衔铁的第二磁通量。永磁体位于磁轭和固定式磁路返回元件之间，使得磁通量流通通过磁路返回元件。此外，在磁轭外的衔铁至少部分地覆盖磁轭的前表面，其中，所述前表面垂直于衔铁的位移方向延伸。
专利文件EP 1 843 375 A1公开了一种电磁致动器(例如用于中压开关的电磁致动器)，其包括具有线圈和移动式磁轭的磁芯，其中，所述电磁致动器的磁芯是矩形的，并且所述移动式磁轭是与磁芯的磁回路一致的圆形磁轭。所述电磁致动器直接布置在中压开关的真空开关腔室的下面，使得所述电磁致动器不需要杠杆机构并且以免偏斜，并且使所述电磁致动器直接作用在中压开关的触头杆上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在不损失永磁体的静态保持力的情况下减薄了永磁体的厚度的电磁致动器。该目的通过独立权利要求1的主题实现。另外的示例性实施例展现在从属权利要求以及下文的描述中。
根据本发明，至少一个永磁体在线圈下方区域中垂直于至少一个轴延伸。所述至少一个永磁体的该设计在永磁体材料的所需量方面实现了改进，由于永磁体材料包括珍贵稀有的合金元素，因此永磁体材料是昂贵的。通过减少永磁体材料的厚度可以以更高效的方式使用永磁体材料，其中，这意味着减小所述静态保持力。然而该静态保持力的相对减小率比所使用的磁性材料的厚度或量的相对减少率要低。作为示例，将现有技术的致动器中的永磁体的厚度减小20％可以导致静态保持力的减少率仅为10％。为使得使用更薄的永磁体可行，需要通过仅沿第三方向进一步扩展永磁体的面积(而不是整个二维形状)来补偿静态保持力的损失。至少一个永磁体沿第三维度的扩展必定将增加永磁体材料的所需量，但是厚度的减少将导致所述永磁体材料的所需量大量减少。关于永磁体材料的量的减少，所减小的厚度具有过比例效应，而所述永磁体材料在第三维度上的额外扩展仅具有比例效应。由于电磁致动器的总尺寸将不会增加(原因在于所需的空间在电磁致动器的线圈的绕组突出部之间无论如何都是存在的)，因此该扩展是有利的。
优选地，至少一个通量引导件具有三角形的截面，并且布置成一个表面在至少一个永磁体处，而另一表面在铁磁性框架处，以便将至少一个永磁体的延伸部分与铁磁性框架连接在一起。所述至少一个通量引导件引导磁通量进入磁回路，并且所述至少一个磁通量引导件可以是铁磁性框架的一体化部分，或者其可以实现成为安装在铁磁性框架上的额外的、单独部分。
根据优选的实施例，将至少一个通量引导件布置在至少一个永磁体和至少一个移动式铁磁性柱塞之间。
根据另外的优选的实施例，将至少一个通量引导件于铁磁性框架的周向区域处布置于至少两个永磁体之间。
由于电磁致动器的总尺寸将不会增加(原因在于所需的空间在电磁致动器的线圈的绕组突出部之间无论如何都是存在的)，因此至少一个通量引导件的该布置是有利的。
由此，在有利的实施例中，致动器为矩形并且至少一个永磁体比至少一个线圈的内部开口宽，即，磁体在至少一个线圈的绕组头部区域(或下方区域)中延伸，即，致动器的总尺寸没有增加，并且至少一个永磁体的通量借助至少一个通量引导件8a和/或8b被引导至致动器的其他铁磁性部分，使得所述通量以另外的方式从所述绕组头部下方的侧部集中至延伸通过至少一个线圈的内部开口的部分，这样可以减少对于致动器的静态保持力的特定值而言所需的永磁体材料的量。
附图说明
当结合附图的内容考虑时，根据本发明详细的描述，本发明的上述方面以及其他方面将变得明了。
图1显示了根据本发明的实施例的由单个电磁致动器通过中间轴装置操作的中压真空断路器的纵向截面示意图，
图2是在图1中显示的具有两个线圈的电磁致动器的透视图，该图具有通量引导件的另外的细节视图，以及
图3是根据本发明的另外的实施例的具有一个线圈的电磁致动器的透视图，该图具有通量引导件的另外的细节视图。
在附图中使用的附图标记以及它们的意义以总结的形式列举在附图标记清单中。
具体实施方式
如图1所示的中压真空断路器2主要包括具有内嵌的上电端子14和下电端子15的绝缘壳体13，上电端子14和下电端子15形成用于中压电路的电开关。由此，上电端子14连接至安装在真空灭弧室9内的相应的固定式上电触头11。相应的移动式下电触头10安装成可以关于真空灭弧室9运动。下电端子15连接至相应的移动式下电触头10。移动式下电触头10可以通过中间轴装置12在接通开关位置和断开开关位置之间运动。
提供了铜质材料的柔性导体16以便将下电端子15和移动式下电触头10电连接在一起。中间轴装置12将双稳态电磁致动器1的机械能从内部联通至真空灭弧室9的绝缘壳体13。双稳态电磁致动器1包括移动式铁磁性柱塞3，所述铁磁性柱塞在铁磁性框架5中由两个轴4引导。永磁体6布置在铁磁性框架5的内部延伸区域处以产生磁通量，使得移动式铁磁性柱塞3被牢固地保持在两个端部位置中的一个端部位置处。内部通量引导件8a布置在永磁体6和移动式铁磁性柱塞3之间。两个线圈7中的一个线圈位于铁磁性框架5的顶部处，而另一个线圈位于铁磁性框架的底部处，所述两个线圈部分地布置在铁磁性框架5内，并且可以用于更改磁通量，使得移动式铁磁性柱塞3可以从顶部位置运动至底部位置。移动式铁磁性柱塞3位于顶部位置处代表中压真空断路器2的断开位置。
移动式铁磁性柱塞3在顶部处与铁磁性框架5连接在一起形成对于永磁体6的磁场而言的低磁阻路径。相比而言，位于移动式铁磁性柱塞3的底部处的间隙代表对于永磁体6的磁场而言的高磁阻路径。由此，由于移动式铁磁性柱塞与铁磁性框架5的连接，因此磁场线几乎全部流通穿过移动式铁磁性柱塞3的顶部。永磁体6产生滞后的吸引力，该吸引力通过中间轴装置12传递至到真空灭弧室9的移动式下电触头10处。
需要两个线圈7用于开关转换，其中，底部线圈7的额外的磁能补偿所述间隙的高磁阻，将磁场线向移动式铁磁性柱塞3的底部引导。移动式铁磁性柱塞3的顶部处的保持力衰减，同时在移动式铁磁性柱塞3的底部处的吸引力增强。当底部线圈7中的电流超出特定水平时，移动式铁磁性柱塞3开始向底部运动。当移动式铁磁性柱塞3抵达最终位置时，底部线圈7中存余的电流有助于该闭锁过程。底部线圈7中的电流不是必须的，只要中压真空断路器2可以保持在接通位置处即可。中压真空断路器2可以通过接通顶部线圈电流来断开，其中，移动式铁磁性柱塞3运动至顶部位置。
图2显示了图1中所示的具有两个线圈7的双稳态电磁致动器1的透视图，其中，通量引导件8a和通量引导件8b的另外的细节视图应当有助于理解。移动式铁磁性柱塞3在铁磁性框架5中由两个轴4引导，其中，铁磁性框架5部分地包围移动式铁磁性柱塞3。此外，两个线圈7包围移动式铁磁性柱塞3。永磁体6在线圈下方区域(coiloverhang area)A中垂直于轴4延伸。该延伸可以存在于致动器的一侧处，或存在于致动器的两侧处，即，也存在于相对的线圈下方区域处。该延伸也可以是非对称的，即，其可以在一个线圈下方区域处较大，而在相对的线圈下方区域处较小。两个内部通量引导件8a(图中可见的一个内部通量引导件，以及在该示例中在致动器的另一侧并且在该图中不可见的相对的一个内部通量引导件)布置在永磁体6中的每一个永磁体和移动式铁磁性柱塞3之间，以便将延伸的永磁体6的通量集中并且将该通量引导进柱塞3。四个外部通量引导件8b具有三角形截面并且布置成一个表面位于永磁体6处而另一个表面位于铁磁性框架5处，以便(机械地并且磁力地)将至少一个永磁体6的延伸部分与铁磁性框架5连接在一起。
图3是根据本发明的另外的实施例的具有一个线圈7的电磁致动器1的透视图，其中，通量引导件8a和通量引导件8b的额外的细节视图应当有助于理解。移动式铁磁性柱塞3在铁磁性框架5中由轴4引导。线圈7用于更改磁通量，以使得移动式铁磁性柱塞3可以从远离铁磁性框架5的位置向铁磁性框架5运动。对于接通操作而言，线圈7中的电流以增加永磁体6的磁通量的方式被引导。在接通位置中，未显示的断开弹簧也由电磁致动器1提供能量。为断开电磁致动器1，线圈7被反向通电使得永磁体6的磁通量衰减。电磁致动器1减小的保持力将不再足以克服来自负载以及未显示的断开弹簧的外力，从而电磁致动器1将断开。内部通量引导件8a(图中可见的一个内部通量引导件，以及在该示例中在致动器外侧并且在该图中不可见的相对的一个内部通量引导件)布置在两个永磁体6之间，并且在铁磁性框架5的周向区域(girthed area)处连接至铁磁性框架5的中央部分的侧部。四个外部通量引导件8b具有三角形截面并且布置成一个表面在永磁体6处而另一个表面在铁磁性框架5处，以便(机械地并且磁力地)将至少一个永磁体6的延伸部分与铁磁性框架5连接在一起。
尽管在附图和上述的描述中已经详细说明了本发明，但是所述说明和描述应当被认为是说明性或示例性的而不是限制性的；本发明不局限于所公开的实施例。根据研究附图、说明书以及所附的权利要求，本领域普通技术人员可以理解并且实现对所公开的实施例而言的其他变型，并且实践所要求的发明。尤其地，布置在铁磁性框架5处的通量引导件8a和8b可以是铁磁性框架5的一体化部分，并且它们还可以具有矩形形状。
在权利要求中，术语“包括”并不排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一个”以及“一种”不排除多个的情况。在彼此不同的从属权利要求中列举的特定数值的实际情况并不表示这些数值的组合不能用于获得有益效果。在权利要求中的任何附图标记不应被看作限制范围。
附图标记
1 电磁致动器
2断路器
3 移动式铁磁性柱塞
4 轴
5 铁磁性框架
6 永磁体
7 线圈
8a 内部通量引导件
8b 外部通量引导件
9 真空灭弧室
10 移动式下电触头
11 固定式上电触头
12 中间轴装置
13 绝缘壳体
14 上电端子
15 下电端子
16 柔性导体
A 线圈下方区域

Claims (10)

1.一种用于中压真空断路器(2)的电磁致动器(1)，所述电磁致动器包括在铁磁性框架(5)中由至少一个轴(4)引导的至少一个移动式铁磁性柱塞(3)，其中，至少一个永磁体(6)布置在所述铁磁性框架(5)的内部延伸区域处，并且其中，至少一个线圈(7)至少部分地布置在所述铁磁性框架(5)内，
其特征在于，所述至少一个永磁体(6)在所述至少一个线圈的下方区域(A)中垂直于所述至少一个轴(4)延伸。
2.根据权利要求1所述的电磁致动器(1)，
其特征在于，至少一个内部通量引导件(8a)布置在所述至少一个永磁体(6)和所述至少一个移动式铁磁性柱塞(3)之间。
3.根据权利要求1所述的电磁致动器(1)，
其特征在于，所述至少一个移动式铁磁性柱塞(3)在铁磁性框架(5)中由所述至少一个轴(4)引导，其中，铁磁性框架(5)部分地包围所述至少一个移动式铁磁性柱塞(3)。
4.根据权利要求1所述的电磁致动器(1)，
其特征在于，至少一个内部通量引导件(8a)在铁磁性框架(5)的周向区域处布置在至少两个永磁体(6)之间。
5.根据权利要求1所述的电磁致动器(1)，
其特征在于，至少一个外部通量引导件(8b)具有三角形或矩形的截面，并且布置成一个表面在所述至少一个永磁体(6)处而另一个表面在铁磁性框架(5)处，以便将所述至少一个永磁体(6)的延伸部分和铁磁性框架(5)连接在一起。
6.根据之前的权利要求中的任意一个权利要求所述的电磁致动器(1)，
其特征在于，所述至少一个内部通量引导件(8a)或至少一个外部通量引导件(8b)是铁磁性框架(5)的一体化部分。
7.根据之前的权利要求中的任意一个权利要求所述的电磁致动器(1)，
其特征在于，至少一个内部通量引导件(8a)或至少一个外部通量引导件(8b)是能够安装在铁磁性框架(5)上的、与铁磁性框架(5)分开的部件。
8.根据之前的权利要求中的任意一个权利要求所述的电磁致动器(1)，
其特征在于，所述至少一个移动式铁磁性柱塞(3)和/或铁磁性框架(5)是矩形的。
9.根据之前的权利要求中的任意一个权利要求所述的电磁致动器(1)，
其特征在于
致动器(1)是矩形的，并且
所述至少一个永磁体(6)比所述至少一个线圈(7)的内部开口宽，即，永磁体(6)在至少一个线圈(7)的绕组头部的区域(或下方区域)中延伸，即，致动器(1)的总体尺寸没有增加，并且
所述至少一个永磁体(6)的通量借助至少一个通量引导件(8a和/或8b)被引导至致动器的其他铁磁性部分(3、5)，使得所述通量以另外的方式从所述绕组头部的下方的侧部集中至延伸穿过所述至少一个线圈(7)的内部开口的部分，从而使得对于致动器(1)的静态保持力的特定值而言所需的永磁体材料的量能够被减少。
10.一种中压真空断路器(2)，所述中压真空断路器包括真空灭弧室(9)，所述真空灭弧室内布置有移动式下电触头(10)以及固定式上电触头(11)；以及根据权利要求1至8中的任意一个权利要求所述的电磁致动器(1)，所述电磁致动器用于产生操作力，其中，所述操作力通过中间轴装置(12)传递至真空灭弧室(9)。
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