CN106716590A - 电磁致动器和包括这种致动器的电接触器 - Google Patents
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Abstract
用于操纵电接触器的电磁致动器(2)包括固定部分(4),其包括:至少一个线圈(44A,44B),居中在纵轴(X2)上,用于产生磁场;至少一个芯部(46A,46B),用于集中磁通量,该芯部装配在线圈内,并具有用于磁通量的扇出板(464),该扇出板限定出垂直于纵轴的主动表面(S464);以及至少一个磁通量返回元件(42)。该致动器还包括电枢(6)和至少一个构件(8A,8B),电枢在由磁场诱导的负载的作用下,在第一位置和第二位置之间相对于固定部分(4)沿纵轴(X2)平移地移动,第一位置远离主动表面(S464),第二位置靠近该表面,至少一个构件用于使电枢(6)弹性返回至第一位置和第二位置中的预定位置。扇出板(464)具有至少一个肋(468),用于闭合扇出板和电枢(6)之间的磁场线,其中,该肋在电枢侧相对于主动表面(S464)突出,并布置在扇出板的边缘(466)的高度处。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于操作电接触器的电磁致动器以及一种包括这种致动器的电接触器。
背景技术
在电磁致动器的领域中,例如从FR-A-2979745中已知使用线圈来产生磁场,以控制弹簧负载可移动电枢。操作电枢所需的电磁功率很高,尤其由于电枢和扩散板之间的大空气间隙,扩散板构造为到插入每个线圈中的芯部的延伸件。减小该功率的一种方法涉及增加扩散板和电枢的主动匹配表面积。这关联运动质量(即电枢的质量)的增加以及复位弹簧的尺寸过大,以保证符合耐冲击性能要求。该弹簧的尺寸过大导致所需的电磁功率增加。这由此导致事与愿违。另一潜在方式涉及减小复位弹簧的弹簧常数。这消弱了致动器的耐冲击性能,这是不可接受的。
发明内容
本发明尤其意在通过公开新的电磁致动器来矫正这些缺点,其中,改进了可移动电枢的操作,而不会明显增加致动器的尺寸。
为此,本发明涉及一种用于操作电接触器的电磁致动器,其中,所述致动器包括固定部分,其包含居中在纵轴上的用于产生磁场的至少一个线圈、用于集中磁通量的至少一个芯部以及至少一个磁能量返回元件,该芯部装配在线圈内,并具有用于磁场的扩散板,该扩散板限定出垂直于纵轴的主动表面。该致动器还包括电枢和至少一个弹性返回构件,电枢可响应于由磁场诱导的负载在第一位置和第二位置之间相对于固定部分沿纵轴平移地移动,第一位置远离主动表面,第二位置靠近该表面,至少一个弹性返回构件用于使电枢恢复到在第一位置和第二位置之中的预定位置。扩散板具有用于在扩散板和电枢之间闭合磁场线的至少一个肋,其中,该肋相对于电枢侧上的主动表面突出,并布置在扩散板的一个边缘的高度处。
由于本发明,所述肋减小了扩散板和可移动电枢之间的平均空气间隙,由此允许有效地控制电枢的位置,同时在恒定功率下增加由线圈产生的磁场。实际上,肋的几何形状允许减小运动质量,结果在等同功率下增加磁负载,从而允许减小操作电枢所需的磁负载的强度。在本申请的为具有固定和移动衬垫的电致动器的致动器的背景下,本发明还允许增加在冲击这些衬垫之前存储的电磁能量。作为减小的空气间隙的结果,磁通路完全包围在扩散板和可移动电枢之间,从而导致电磁力的增加。
根据本发明的有利但非必须方面,这种类型的电磁致动器可以任意技术上允许的组合合并下列特性中的一个或多个:
-在垂直于平移轴线的平面中,电枢的尺寸与其纵向于所述肋接近于主动表面的移动兼容,以达到第二位置。
-固定部分包括两个线圈,芯部装配在每个线圈中,其中,每个芯部的扩散板具有至少一个肋,其布置在其与另一扩散板相对的边缘的高度处。
-肋在其所布置的高度上在该边缘的整个长度范围内延伸。
-肋与扩散板一体地形成。
-固定部分包括空气间隙间隔件,其尺寸与其在主动表面上邻近肋的定位兼容。
-肋的高度(平行于电枢的平移轴线测量)和电枢的厚度(平行于该方向测量)之间的比例在0.1至1.0的范围内,优选地从0.2至0.9。
-肋的高度(平行于电枢的平移轴线测量)和电枢的冲程(限定在其第一和第二位置之间)之间的比例在0.1至1.5的范围内,优选地从0.2至0.9。
-肋的宽度(平行于主动表面并垂直于肋所布置的边缘测量)和电枢的冲程(限定在其第一和第二位置之间)之间的比例在0.1至1.2的范围内,优选地从0.2至0.7。
本发明还涉及一种电接触器,包括固定衬垫和由电枢驱动的可移动衬垫,电枢与致动器相关联,其特征在于,电枢具有上述类型。
附图说明
通过在下面参考附图描述电致动器和电接触器的一个实施方式(举例而言)及其原理来便于理解本发明,并且澄清其其它优点,附图中:
-图1示出根据本发明的电磁致动器的透视图;
-图2示出在图1中表示的致动器的分解透视图;
-图3示出表示在图1所示平面截面III中,在图1和2所示致动器的可移动电枢和固定部分之间的磁场线的分布的图表;
-图4与图3类似,除了是根据现有技术的致动器;
-图5示出合并图1和2所示致动器的电接触器的截面图。图5的平面截面与图1的平面III一致;
-图6以较大的比例示出图5中的圆形区域VI的视图;
-图7以较大的比例示出图5中的圆形区域VII的视图;
-图8根据可移动电枢关于扩散板的位置,示出表示由图1和2所示致动器的弹簧施加的机械力以及首先存在于该致动器其次存在于根据现有技术的另一致动器中的磁力的图表;
-图9以较大比例示出图8中的矩形区域的视图。
具体实施方式
图1和2示出电磁致动器2,其设计用于合并在图5所示电接触器200中。致动器2包括固定部分4和电枢6,电枢可在致动器2的纵轴X2上关于固定部分4平移地移动。
固定部分4包括基板42、两个相同的线圈44A和44B、两个相同的芯部46A和46B以及空气间隙间隔件48。基板42合并两个相同的孔口422A和422B,每个孔口居中在轴线X2A或X2B上,平行于纵轴X2。因为线圈和芯部是相同的,仅详细描述线圈44A和芯部46A。线圈44A限定出插口442,绕组444绕插口缠绕,布置在两个端板446之间。用于线圈44A的插口442居中在轴线X2A上,而用于线圈44B的插口442居中在轴线X2B上。芯部46A合并腿部462,其设计成穿过线圈44A的插口442,并接合基板42中的孔口422A。每个腿部46A或46B的腿部462从扩散板464延伸,扩散板限定出垂直于纵轴X2A的表面S464。
扩散板464是矩形的。466代表板464的边缘。在芯部46A和46B的两个扩散板464在线圈44A和44B中和基板42中到位的情况下,芯部46A的扩散板464的边缘466与芯部46B的扩散板464相对布置。同样地,芯部46B的扩散板464的边缘466与芯部46A的扩散板464相对布置。在图2所示图中,芯部46A的边缘466是其相关联扩散板464的上边缘,而芯部46B的边缘466是下边缘。
从表面S464突出的肋468在电枢6的方向上沿扩散板464的边缘466布置。肋468具有两个支柱4682,其功能是将芯部46A和46B定位在致动器2内。
弹簧8A布置在芯部46A的表面S464和电枢6之间。类似地,弹簧8B布置在芯部46B的表面S464和电枢6之间。空气间隙板48通过两个孔口482A和482B穿孔以使弹簧8A和8B通过。
可移动电枢6以空气间隙板48间的支撑布置而在第一位置P0和第二位置P1之间平行于纵轴X2平移地移动,第一位置远离空气间隙板48和扩散板464,其中,该位置在图5至7中表示,第二位置靠近主动表面S464。在该第二位置,可移动电枢定位在肋468之间。字母C表示可移动电枢6在这两个位置P0和P1之间的冲程。
L6代表电枢6的垂直于纵轴X2和平行于包围轴线X2A和X2B的平面测量的长度。I6代表电枢6的垂直于轴线X2和长度L6测量的宽度。电枢6的厚度同e6表示,其平行于轴线X2测量。芯部46A和46B的肋部468之间的距离由d468表示,其垂直于纵轴X2并平行于包围轴线X2A和轴线X2B的平面测量。长度L6比距离d468短,从而允许电枢6接合在芯部46A和46B的肋468之间,并接近表面S464移动。因此,电枢6可在轴线X2上沿每个肋468滑动。
L48代表空气间隙板48的平行于长度L6测量的长度。长度L48比距离d468短,从而允许空气间隙板48在芯部46A和46B的肋468之间装配到表面S464。
H468代表肋468的从表面S464平行于轴线X2在支柱4682外部测量的高度。高度H468和厚度e6之间的比例在0.1至1.0的范围内,优选地从0.2至0.9。此外,高度H468和电枢6的冲程C之间的比例在0.1至1.5的范围内,优选地从0.2至0.9。
I468代表肋468的平行于主动表面S464并垂直于相邻边缘466在支柱4682外部测量的宽度。宽度I468和电枢6的冲程C之间的比例在0.1至1.2之间,优选地从0.2至0.7。实际上,肋的宽度是其感应水平、负载增加和电枢质量增加之间的折衷。
例如,在冲程C等于5.5mm的情况下,高度H468从1至5mm,宽度I468从1至4mm。
芯部46A和46B具有例如通过金属烧结形成的一体构造。作为变型,扩散板464和肋468具有一体构造,并例如通过焊接装配到腿部462。根据另一变型例,芯部46A和48B的腿部462、扩散板464和肋468分离地形成,然后例如通过焊接组合为组件。
62A和62B代表可移动电枢6的平行于其宽度I6的边缘。
在图3中,为了附图的清楚,未示出空气间隙板48以及弹簧8A和8B。图3示出磁场线Lm,由于由线圈44A和44B产生的磁场,磁场线在可移动电枢6及芯部46A和46B之间行进。在该附图中可观察到,磁场线Lm的闭环穿过基板42,基板由此构成磁通量返回元件。Lmf代表连接的磁场线,其在一侧在芯部46A的边缘62A和肋468之间行进,在另一侧在芯部46B的边缘62B和肋468之间行进。连接的磁场线Lmf穿过空气间隙E,该空间间隙E明显不如根据现有技术的致动器的可移动电枢6’和扩散板464’之间的空间间隙E’深,如图4所示。因此,在接触器200操作的某些阶段期间,与现有技术相比,肋468允许电枢6与芯部46A和46B之间的电磁场的强度增加。由小空气间隙产生的磁场允许有效地控制可移动电枢6在轴线X2上的纵向位置。
这些改进在维持致动器2的总体覆盖区的同时实现,如从图3和4的比较中可看出。
在图5、6和7中,致动器2集成在电接触器200中。电接触器200包括第一固定轨道202,其从阻挡电导体的区域204延伸,并承载固定接触衬垫206。接触器200还包括第二固定轨道212,其在连接电导体的区域214和固定接触衬垫216之间延伸。电接触器200还包括两个可移动接触衬垫208和218,它们安装在可移动桥210上。平行于轴线X2且在可移动电枢6的方向上,该可移动桥210被弹簧220加载。可移动接触保持器222插入可移动桥210和可移动电枢6之间。每个轨道202和212形成电流路径。
在图8中,位置P0代表第一位置,其关于表面S464远离可移动电枢6。位置P1代表第二和更靠近位置,在该位置,可移动电枢6与空气间隙板48接触。在该图中,位置P2代表中间位置,在中间位置,可移动衬垫208和218接合固定衬垫206和216,从位置P0离开到位置P1。在图8中,位置P0和P1之间的距离代表冲程C。
从位置P0开始,在可移动电枢6通过由与线圈44A和44B相关联的磁场产生的磁力移动的情况下,由弹簧8A和8B产生的抵抗机械力以线性方式增加,如曲线C1的右手部所示。从位置P2,可移动电枢6的连续移动导致可移动接触保持器222和可移动桥210的分离以及弹簧220的压缩,弹簧220的弹簧常数与弹簧8A和8B的弹簧常数组合。曲线C1由此从位置P2向前呈现比在位置P0和P2之间更陡的斜率。电接触的全面确立由位置P3表示,从位置P3,弹簧8A和8B以及弹簧220继续被压缩,直到达到位置P1。
在图8和9中,曲线C2表示由根据现有技术的致动器施加的磁力,曲线C3表示由根据本发明的致动器施加的磁力。由于肋468,曲线C3在位置P0和P3之间位于曲线C2上方。换言之,磁力在有肋468的情况下比在没有肋的情况下更强。相反地,当其接近位置P1时,曲线C3移动下曲线C2下方。换言之,在衬垫208和218与衬垫206和216接合之后,用在根据本发明的致动器2中的磁力比用在根据现有技术的致动器中的磁力更小。总之,添加这些肋468允许在位置P0和P3之间在必要时产生额外磁力,并且在位置P3和P1之间在不需要该力时减小。
观察到,肋468在边缘466的整个长度范围内延伸,从而允许它们在可移动电枢6的整个宽度I6范围内参与到闭合场线。然而,作为变型,肋468的长度可以中继,或者可以仅在相邻边缘466的一部分范围内延伸。
迄今相对于双线圈和双肋致动器描述了本发明。其可应用于单线圈致动器,在该情况下,磁能量返回元件(对应于附图所示示例中的基板42)的几何形状相应地调节。
根据一个未示出的实施方式,类似于肋468的肋可设置在扩散板464的三个相邻边缘上,排除与另一扩散板最靠近的边缘。换言之,根据该未示出变型例,本发明可具有最多六个肋。迄今描述的实施方式和变型例可以组合以创建本发明的新实施方式。
Claims (10)
1.一种用于操作电接触器(200)的电磁致动器(2),所述致动器包括:
-固定部分(4),包括:
-至少一个线圈(44A,44B),居中在纵轴(X2)上,用于产生磁场;
-至少一个芯部(46A,46B),用于集中磁通量,该芯部装配在线圈内,并具有用于磁场的扩散板(464),该扩散板限定出垂直于纵轴的主动表面(S464);以及
-至少一个磁通量返回元件(42),
-电枢(6),响应于由磁场诱导的负载,在第一位置(P0)和第二位置(P1)之间相对于固定部分沿纵轴平移地移动,第一位置远离主动表面,第二位置靠近该表面;
-至少一个弹性返回构件(8A,8B),用于使电枢恢复至第一位置和第二位置中的预定位置,
其特征在于,所述扩散板(464)具有至少一个肋(468),用于闭合扩散板和电枢之间的磁场线(Lm),其中,该肋在电枢侧相对于主动表面(S464)突出,并布置在扩散板的一个边缘(466)的高度处。
2.如权利要求1所述的致动器,其特征在于,所述电枢(6)的在垂直于平移轴线(X2)的平面中的尺寸(L6,I6)兼容其纵向于所述肋(468)的接近主动表面(S464)的移动,以达到第二位置(P1)。
3.如上述权利要求中任一项所述的致动器,其特征在于,所述固定部分(4)包括两个线圈(44A,44B),芯部(46A,46B)装配在每个线圈上,其中,每个芯部的扩散板(464)具有至少一个肋(468),其布置在与另一扩散板相对的边缘(466)的高度处。
4.如上述权利要求中任一项所述的致动器,其特征在于,所述肋(468)在其所布置的高度处在边缘(466)的整个长度范围内延伸。
5.如上述权利要求中任一项所述的致动器,其特征在于,所述肋(468)与扩散板(464)一体地形成。
6.如上述权利要求中任一项所述的致动器,其特征在于,所述固定部分(4)包括空气间隙间隔件(48),其尺寸(L48)兼容其在主动表面(S464)上邻近所述肋(468)的定位。
7.如上述权利要求中任一项所述的致动器,其特征在于,所述肋(468)的平行于电枢(6)的平移轴线(X2)测量的高度(H468)与电枢的平行于该方向测量的厚度(e6)之间的比例在0.1至1.0的范围内,优选从0.2至0.9。
8.如上述权利要求中任一项所述的致动器,其特征在于,所述肋(468)的平行于电枢(6)的平移轴线(X2)测量的高度(H468)与电枢的限定在其第一和第二位置(P0,P1)之间的冲程(C)之间的比例在0.1至1.5的范围内,优选从0.2至0.9。
9.如上述权利要求中任一项所述的致动器,其特征在于,所述肋(468)的平行于主动表面(S464)并垂直于所述肋(468)所布置的边缘(466)测量的宽度(I468)与电枢(6)的限定在其第一和第二位置(P0,P1)之间的冲程(C)之间的比例在0.1至1.2的范围内,优选从0.2至0.7。
10.一种电接触器(200),包括固定衬垫(206,216)和由电枢(6)驱动的可移动衬垫(208,218),电枢与致动器(2)相关联,其特征在于,所述致动器(2)具有前述权利要求中任一项所述的类型。
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