CN108074781B - 一种双永磁三相交流接触器的电磁系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双永磁三相交流接触器的电磁系统，包括铁芯、两永磁体、线圈和衔铁；铁芯上对称设置有两凸台并形成U型结构；永磁体位于两凸台之间，平行充磁且充磁方向相反，两永磁体的端部分别与两凸台的侧壁接触；线圈为两个且分别套设在两凸台上，所述线圈位于所述永磁体的下端；衔铁位于所述铁芯的正上方、且能实现与所述凸台端面的靠近或远离；衔铁上设有弹性部件，弹性部件使所述衔铁有朝所述铁芯方向运动的趋势。本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统，降低了三相交流接触器的吸合安匝数，减少触点回跳，降低接触器功耗，提高了接触器的电寿命。

Description

一种双永磁三相交流接触器的电磁系统

技术领域

本发明涉及一种三相交流接触器，特别涉及一种双永磁三相交流接触器的电磁系统。

背景技术

三相交流接触器在航天、国防及民用领域中有着广泛的应用，起到控制、保护和调节的作用，是电气装置中最基本的器件之一。为了提高接触器的灵敏度、减小功耗、缩小体积、减轻重量，通常在接触器内部使用永磁体。含有永磁体的三相交流接触器，当线圈通电时，永磁体处于电磁磁通回路内，具有去磁危险，同时由于永磁磁通的存在，减小了电磁效率，使接触器功耗上升、灵敏度下降。不含有永磁体的三相交流接触器，吸合电压高，吸合过程中存在触点回跳现象，不仅影响了接触器长期工作的动作可靠性，而且会加重触点电弧烧蚀，不利于接触器寿命的提高。

发明内容

【1】要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种吸合安匝数低、触点回跳少、动作可靠性与电寿命高的双永磁三相交流接触器的电磁系统。

【2】解决问题的技术方案

本发明提供一种双永磁三相交流接触器的电磁系统，包括：

铁芯1，所述铁芯1上对称设置有两凸台101并形成U型结构；

两永磁体，位于两所述凸台之间，两所述永磁体平行充磁且充磁方向相反，两所述永磁体的端部分别与两所述凸台的侧壁接触；

线圈2，所述线圈为两个且分别套设在两所述凸台101上，所述线圈位于所述永磁体的下端；

衔铁4，所述衔铁位于所述铁芯的正上方、且能实现与所述凸台端面的靠近或远离；所述衔铁上设有弹性部件，所述弹性部件使所述衔铁有朝所述铁芯方向运动的趋势。

进一步的，一所述永磁体的长度大于另一所述永磁体的长度。

进一步的，两所述永磁体的上端面与两所述凸台的上端面位于同一平面内。

进一步的，所述永磁体由钕铁硼制成。

进一步的，所述衔铁与两所述永磁体均为长方体。

进一步的，所述永磁体包括同轴设置的第一永磁体31和第二永磁体32，且所述第一永磁体的长度大于所述第二永磁体的长度，所述第一永磁体的S极与所述第二永磁体的S极接触，所述第一永磁体、所述第二永磁体的N极与所述凸台的侧壁接触。

进一步的，所述衔铁转动地位于所述铁芯的上方，且所述衔铁的转动轴线平行于两所述凸台的连线。

进一步的，所述铁芯包括长方体的铁芯本体，所述铁芯本体的上表面对称设置有两所述凸台，所述凸台包括由上而下依次连接的第一凸台体104、第二凸台体103和第三凸台体102，所述第一凸台体与所述第三凸台体的截面为矩形，所述第二凸台体的截面为等腰梯形，且所述凸台的端面与所述铁芯本体的端面位于同一平面。

进一步的，所述线圈包括线圈骨架及缠绕在所述线圈骨架上的线圈本体。

【3】有益效果

本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统，降低了三相交流接触器的吸合安匝数，减少触点回跳，降低接触器功耗。由于永磁体的存在，且一永磁体的长度大于另一永磁体，所以从整体上一方面增大了吸合过程中吸力，从而降低了吸合安匝数；另一方面进一步增大了吸合状态下的保持力，从而有利于降低保持安匝数，从而减小接触器的功耗，同时由于保持力大，避免衔铁回跳，从而减少由于衔铁回跳造成的触点回跳，提高接触器的电寿命。

附图说明

图1为本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统的结构示意图；

图2为本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统的另一角度结构示意图；

图3为本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统的主视图；

图4为本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统的线圈安装示意图；

图5为本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统的永磁体的安装示意图；

图6为本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统的永磁体的安装主视图；

图7为本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统的磁通回路的结构示意图；

图8为本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统的吸力曲线图；

图9为本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统的衔铁动作过程仿真曲线图；

图10为本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统的线圈电流动态过程仿真曲线图。

具体实施方式

下面结合附图，详细介绍本发明实施例。

参阅图1至图10，本发明提供一种双永磁三相交流接触器的电磁系统，包括铁芯1、永磁体、线圈2和衔铁4，

铁芯1，参阅图1至图6，用于安装线圈，在该铁芯1上对称设置有两个凸台101，该铁芯上的两凸台形成一个U型结构，凸台的顶面即为极面；

具体的，本实施例中的铁芯包括长方体的铁芯本体，在铁芯本体的上表面对称设置有两个凸台，两个凸台与铁芯本体形成一个U型结构，凸台包括由上而下依次连接的第一凸台体104、第二凸台体103和第三凸台体102，第一凸台体与第三凸台体的截面为矩形，而第二凸台体的截面为等腰梯形，且凸台的端面与铁芯本体的端面位于同一平面，即第一凸台体、第二凸台体、第三凸台体与铁芯本体的端面均位于同一平面内，本实施例中的铁芯由硅钢制成。

永磁体，参阅图3至图7，用于充磁，该永磁体为两个，均为长方体结构，该永磁体由钕铁硼制成，两永磁体平行设置，且两永磁体的同极接触，另一端分别与凸台的侧壁接触，即两永磁体平行充磁且充磁方向相反，本实施例中，永磁体包括同轴设置的第一永磁体31和第二永磁体32，且第一永磁体的长度大于第二永磁体的长度，两者宽度和高度相等，即两者横截面、横截面积相同，第一永体的S极与第二永体的S极接触，第一永体、第二永体的N极与凸台的侧壁接触，第一永磁体的长度大于第二永磁体的长度，因此从整体上一方面增大了吸合过程中吸力，从而降低了吸合安匝数；另一方面进一步增大了吸合状态下的保持力，从而有利于降低保持安匝数，从而减小接触器的功耗，同时由于保持力大，避免衔铁回跳，从而减少由于衔铁回跳造成的触点回跳，提高了接触器的电寿命；本实施例中，两永磁体的上端面与两凸台的上端面位于同一平面内，因此，当吸合时，衔铁的下端面与永磁体、凸台的上端面接触，保持力大。

线圈2，参阅图1至图4，用于通电产生电流并产生磁场，该线圈为两个且分别套设在两个凸台101上，即每个凸台上均套设有一个线圈，本实施例中，线圈套设在第二凸台体与第三凸台体外，套设在两凸台上的两线圈的电流方向相反，线圈通电，磁化铁芯，产生磁力；该线圈包括线圈骨架及缠绕在该线圈骨架上的线圈本体。

衔铁1，参阅图1至图3，为长方体结构，衔铁位于铁芯的正上方、且能实现与凸台端面的靠近(吸合时)或远离(释放时)，在衔铁上设有弹性部件，如弹簧等，该弹性部件使该衔铁具有朝铁芯方向运动的趋势，即该弹性部件使衔铁具有靠近铁芯的趋势；

衔铁靠近凸台且距离最小时，即吸合时，衔铁的下底面与永磁体的上表面、凸台的上端面接触(贴合)；该结构降低了吸合安匝数，减少了触点回跳，并降低了接触器功耗。

该衔铁的运动方式包括以下两种：

实施例一，衔铁转动地位于铁芯的正上方，且衔铁的转动轴线平行于两凸台的连线，当衔铁与凸台靠近至最小距离(吸合)时，衔铁的下底面平行于凸台的上端面，且与永磁体和凸台的上表面贴合接触；释放时，随着两者的距离变大，衔铁下底面与凸台上端面之间的夹角也逐渐增大；本实施例中，衔铁释放时的转动角度为6.9度。

实施例二，衔铁滑配在铁芯的正上方，即直线移动安装，铁芯的移动方向垂直于凸台的上端面；且当衔铁与凸台吸合时，天铁与永磁体、凸台的上表面贴合接触；释放时，随着两者的距离变大，衔铁下底面与凸台上端面始终平行。

以下对本发明的工作原理和过程做简要阐述，以衔铁转动安装为例；

本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统含有永磁体31、永磁体32，其是电磁系统的关键部分。电磁系统磁通包括线圈2产生的电磁磁通和永磁体产生的永磁磁通，当线圈2通电时，接触器内部磁场方向如图7所示，此时电磁吸力开始增大，当电磁吸力大于弹簧的反力时，衔铁开始转动，直至衔铁与铁芯相接触到达吸合位置，完成吸合过程；

当线圈2断电时，电磁吸力下降，当吸力值小于反力值时，衔铁在反力与吸力共同作用下返回至释放位置，完成释放过程。

衔铁4和铁芯1的运动关系为：

释放位置：衔铁4绕着转轴与铁芯相背离方向旋转，衔铁底面与铁芯上表面呈一定角度；

吸合位置：衔铁4绕着转轴与铁芯相接近方向旋转，衔铁底面与铁芯之间距离减小。

电磁系统含有永磁，电磁系统存在电磁磁通和永磁磁通，磁通路径如下：

电磁磁通路径为：铁芯1→衔铁与铁芯(左端凸台)间工作气隙→衔铁4→衔铁与铁芯(右端凸台)间工作气隙→铁芯1；

永磁磁通路径为：

第二永磁体32的N极→铁芯1→铁芯间(两凸台之间)气隙→第二永磁体32的S极；

第二永磁体32的N极→铁芯1→衔铁与铁芯间工作气隙→衔铁4→衔铁与第二永磁体间气隙→第二永磁体32的S极；

第一永磁体31的N极→铁芯1→铁芯间(两凸台之间)气隙→第一永磁体31的S极；

第一永磁体31的N极→铁芯1→衔铁与铁芯间工作气隙→衔铁4→衔铁与第一永磁体间气隙→永磁体31的S极。

本发明中对不同的安匝数的吸力绘制曲线，参阅图8，其中，A为弹簧等弹性部件的反力曲线，B为吸合安匝数为16000时的吸力曲线，C为释放安匝数为2700时的吸力曲线；

安匝是磁动势的单位，等于线圈匝数与线圈通过的电流的乘积，安匝数越大，产生的磁场越强；

例如：如果1圈绕组通过10安的电流，那么绕10圈绕组只要通过1A的电流，其场强就是相等的。

从图8中也可明显看出，吸合时，随着衔铁位移的增大，吸力呈线性稳步增大，因此可看出该发明运行稳定。

同时对采用本发明的接触器衔铁动作过程进行模拟仿真，并生成曲线，参阅图9-1，从图中可以看出，水平线为线圈未通电时的衔铁的角度，通电时，在0.04-0.06秒内，衔铁完成吸合动作，以线性的方式从-3.1度转致3.8 度，即转过6.9度，响应速度快，吸合时间端，衔铁动作过程中无弹跳，延长了接触器的电寿命。

图9-2是对上述曲线的数据采集表，从表中可以看出，在0.2秒时，通电，衔铁开始吸合动作，且衔铁的最初角为-3.1度，在0.22秒(即通过0.02秒)时，衔铁转动至-3.09度，在0.23秒(即再通过0.01秒)时，衔铁转动至-2.12度，在0.24秒(即再通过0.01秒)时，衔铁转动至1.06度，在0.25秒(即再通过0.01秒)时，衔铁转动至3.8度，与铁芯接触，从而完成吸合动作，从表中可以看出，在短短0.05秒内，衔铁从最初的-3.1度转动至3.8度的最终吸合角度，吸合时间短。

同时对本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统的线圈电流动态过程进行仿真并生成曲线，参阅图10-1，在0.05s-0.07s内，电流从0以线性升至31.42A，而后线圈内电流保持为31.42A，从图中可以看出电流稳定上升，可靠性高，电流无明显波动，稳定性能好。

图10-2是对上述曲线的数据采集表，从表中可以看出，在0.2秒时，开始通电，此时线圈内瞬时电流为0.0001A，在0.21秒(即通过0.01秒)时，线圈内电流为18.61A，在0.22秒(即再通过0.01秒)时，线圈内电流为26.42A，在0.23秒(即又通过0.01秒)时，线圈内电流为29.18A，在0.24秒(即再通过0.01秒)时，线圈内电流为29.29A，在0.3秒(即再通过0.06秒)时，线圈内电流达到最大值，即为31.42A，并在通电状态下保持上述电流，从上述数据中可以明显看出电流稳定上升，可靠性高，电流无明显波动，稳定性能好。

磁场强度计算公式：H＝N×I/Le

式中：H为磁场强度，单位为A/m；N为励磁线圈的匝数；I为励磁电流(测量值)，单位为A；Le为有效磁路长度，单位为m，磁场强度与匝数及励磁电流成正比，与有效磁路长度成反比。

本发明双永磁三相交流接触器的电磁系统，降低了三相交流接触器的吸合安匝数，减少触点回跳，降低接触器功耗。由于永磁体的存在，且一永磁体的长度大于另一永磁体，所以从整体上一方面增大了吸合过程中吸力，从而降低了吸合安匝数；另一方面进一步增大了吸合状态下的保持力，从而有利于降低保持安匝数，从而减小接触器的功耗，同时由于保持力大，避免衔铁回跳，从而减少由于衔铁回跳造成的触点回跳，提高接触器的电寿命。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种双永磁三相交流接触器的电磁系统，其特征在于，包括：

铁芯(1)，所述铁芯(1)上对称设置有两凸台(101)并形成U型结构；

两永磁体，位于两所述凸台之间，两所述永磁体平行充磁且充磁方向相反，两所述永磁体的端部分别与两所述凸台的侧壁接触；

线圈(2)，所述线圈为两个且分别套设在两所述凸台(101)上，所述线圈位于所述永磁体的下端；

衔铁(4)，所述衔铁位于所述铁芯的正上方、且能实现与所述凸台端面的靠近或远离；所述衔铁上设有弹性部件，所述弹性部件使所述衔铁有朝所述铁芯方向运动的趋势；

两所述永磁体的上端面与两所述凸台的上端面位于同一平面内；

所述永磁体包括同轴设置的第一永磁体(31)和第二永磁体(32)，且所述第一永磁体的长度大于所述第二永磁体的长度，所述第一永磁体的S极与所述第二永磁体的S极接触，所述第一永磁体、所述第二永磁体的N极与所述凸台的侧壁接触；

所述衔铁转动地位于所述铁芯的上方，且所述衔铁的转动轴线平行于两所述凸台的连线。

2.如权利要求1所述的双永磁三相交流接触器的电磁系统，其特征在于：所述永磁体由钕铁硼制成。

3.如权利要求1所述的双永磁三相交流接触器的电磁系统，其特征在于：所述衔铁与两所述永磁体均为长方体。

4.如权利要求1所述的双永磁三相交流接触器的电磁系统，其特征在于：所述铁芯包括长方体的铁芯本体，所述铁芯本体的上表面对称设置有两所述凸台，所述凸台包括由上而下依次连接的第一凸台体(104)、第二凸台体(103)和第三凸台体(102)，所述第一凸台体与所述第三凸台体的截面为矩形，所述第二凸台体的截面为等腰梯形，且所述凸台的端面与所述铁芯本体的端面位于同一平面。

5.如权利要求1所述的双永磁三相交流接触器的电磁系统，其特征在于：所述线圈包括线圈骨架及缠绕在所述线圈骨架上的线圈本体。