CN113424288A - 一种切换设备的电磁驱动单元和切换设备 - Google Patents

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J·奥特
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Abstract

一种用于切换设备(1)的电磁驱动单元(10)包括具有第一、第二和第三磁路(111、112、113)的磁芯(11),每个磁路相对于电磁驱动单元(10)的纵轴(L)横向布置;和电枢(12),电枢(12)配置为可沿纵轴(L)在第一和第二状态之间移动。电磁驱动单元(10)还包括第一和第二磁线圈(14、15),该第一和第二磁线圈(14、15)被配置为由于第一和/或第二磁线圈(14、5)的激励而移动电枢(12),其中第一磁线圈(14)布置在第一和第二磁路(111、112)之间并且第二磁线圈(15)相对于纵轴(L)布置在第二和第三磁路(112、113)之间并且其中磁芯(11)和20磁线圈(14、15)被配置为相互配合,使得流动通过磁路(111、112、113)以在第一和第二状态之间移动电枢(12)的磁通量是可调节的。

Description

一种切换设备的电磁驱动单元和切换设备
技术领域
本公开涉及一种用于切换设备的电磁驱动单元和切换设备。
背景技术
切换设备或切换装置包括接触单元或切换部分和用于设置切换部分的切换状态的致动部分。通常,提供尤其是在短路的情况下快速断开是一个挑战。
文档EP 2590192 A1描述一种用于多极直流操作的切换。
本公开涉及一种用于切换设备的电磁驱动单元和一种用于切换交流和直流电流的切换设备。用于切换设备的电磁驱动单元及切换设备可用于电动出行领域。
发明内容
一个目的是提供一种用于切换设备的电磁驱动单元和一种能够实现快速切换的切换设备。
该目的由独立权利要求的主题来实现。附属权利要求中描述进一步发展和实施方式。
根据一方面,用于切换设备的电磁驱动单元包括具有第一、第二和第三磁路的磁芯,每个磁路相对于电磁驱动单元的纵轴横向布置并且在相应端处耦合到纵向磁性支柱以形成磁性框架结构。电磁驱动单元还包括电枢,该电枢被配置为可在第一状态和第二状态之间沿着纵轴移动。电磁驱动单元还包括第一和第二磁线圈,该第一和第二磁线圈被配置为由于第一和/或第二磁线圈的激励而移动电枢,其中第一磁线圈布置在第一和第二磁路之间并且第二磁线圈相对于纵轴布置在第二和第三磁路之间,并且其中磁芯和磁线圈被配置为相互配合,使得流动通过磁路以在第一和第二状态之间移动电枢的磁通量是可调节的。
通过使用所描述的电磁驱动单元,切换设备在低成本下是可行的,即使不使用额外的永磁体,该切换设备也能够通过远程控制在切换设备的接通和断开状态之间快速切换。电磁驱动单元实现用于快速切换动态的主动致动器,并且一方面被激活以实现对应于切换设备的接通状态的电枢的第一状态,并且另一方面被激活以实现对应于切换设备的断开状态的电枢的第二状态。电枢被配置为耦合到切换设备的接触桥以分别实现切换设备的第一状态和第二状态或接通状态和断开状态之间的切换。
由于电磁驱动单元的所述布置,可以调节流动通过彼此间隔开的第一、第二和第三磁路的预定或默认磁通量以主动控制电枢的运动。因此,致动器也被主动控制以设置相应切换设备的断开状态。因此,可以非常快速地执行保持电路的去激励和在断开方向上的运动。不需要使用与保持电路相关联的附加永磁体并且有助于电磁驱动单元的简单和清晰的配置。
各个磁线圈的激励由对其施加功率或电压引起,并且也可以称为各个线圈的磁化。因此,去激励也可以称为去磁化并且可以由从一个或多个磁线圈移除功率或电压引起。
根据实施方式,第一磁线圈被配置为相对于切换设备的组装配置面向接触单元并且由于激励将电枢移动到第一状态。此外,磁路被配置为使得第二磁路相对于纵轴布置在第一磁路和第三磁路之间。因此,相对于切换设备的组装配置,第一磁路被配置为面向接触单元并且第三磁路被配置为背对接触单元。磁路和第一磁线圈被配置为相互配合,使得由于第一磁线圈的激励,磁通量基本上流动通过第一磁路和第二磁路,并且磁力从第二磁路到第一磁路的方向作用。
电磁驱动单元的所述配置能够控制由第一和/或第二磁线圈产生的磁通量。第一磁线圈提供拉力以将电枢移动到第一状态,例如抵抗作用的弹簧力。第一磁路和第二磁路形成保持电路,并且有利地控制磁通量,使得流动通过第三磁路的磁通量尽可能低。
在进一步的实施方式中,第二磁线圈被配置为相对于切换设备的组装配置背离接触单元并且由于激励将电枢移动到第二状态,其中磁路和磁线圈被配置为相互配合,使得当第一磁线圈去激励而第二磁线圈被激励时,磁通量流动通过所有磁路,减少或消除保持力并产生与保持力相反的第二力,从而产生在从第一磁路到第二磁路的方向上作用的磁力以移动或保持电枢处于第二状态。
第二磁线圈实现断开线圈,特别是使电枢快速移动到第二状态,例如与作用的弹簧力合作。此外,激励第二磁线圈有助于使第一磁线圈去激励。因此,能够在不使用永磁体的情况下快速切换和设置断开状态。从第一或接通状态开始,电枢由于保持磁通量而与第一磁路接触。第一磁线圈的去激励或去磁化以及第二磁线圈的激励或磁化导致在磁路中产生与保持磁通量相反的磁通量。因此,电枢被迫远离第一磁路移动到第三磁路,并且在电枢的端部与第一磁路之间形成间隙。当电枢以其相对端接触第三磁路时,设置第二或断开状态,并且剩余的磁通量基本上流动通过与电枢相互作用的第二和第三磁路。因此,在断开机制开始时,磁通量流动通过所有磁路。而在断开状态被启用的最后,通过磁芯的磁通量被有利地控制,使得通过第一磁路的相应流量较低。
磁路通过基本平行于电磁驱动单元的纵轴布置的纵向支柱耦合,该纵轴也呈现对应组装的切换设备的纵轴。与纵轴交叉的第一和第三磁路实现与纵向支柱相关的磁性框架结构,其中第二磁路限定与第一和第三磁路基本平行且间隔开的中间支柱。
根据电磁驱动单元的另一个实施方式,第一磁路包括将第一磁路耦合到纵向磁性支柱的弯曲区域。相对于切换设备的组装状态面向接触单元的第一磁路的这种形成能够有利地调节穿过磁芯的磁通量以移动电枢。磁芯还可以包括具有弯曲区域、凹部和/或突起的轮廓,其布置在磁性框架结构处以有利地控制磁通量,从而实现切换设备的快速切换。
在另一个实施方式中,电枢包括在一端处的平坦极表面和在相对于纵轴的相对端处的倾斜极表面。平坦极表面被配置为与磁芯的平坦磁性表面相互作用以设置电枢的第一状态,并且倾斜极表面被配置为与磁芯的倾斜磁性表面相互作用以设置电枢的第二状态。电枢的极表面和磁芯的相应磁性表面相互作用的特定设计使得能够有利地控制电磁驱动单元和切换设备的功能。
用于切换设备的相应接通和断开状态的相反极表面的不同形成有助于电枢的相应的第一和第二状态的快速切换和快速移动以及可靠和稳定的保持。相对于第一状态或接通状态,平坦极和磁性表面能够实现强大的保持力,同时仅需要低保持力。为了从第一状态进入第二状态,倾斜极表面产生强磁通量,从而产生高拉力,进而导致电枢的更快运动,其中第二磁线圈的激励较低。因此,运动所需的电力更少。
根据一个实施方式,电枢可以在与磁芯的平坦表面相互作用的两端包括平坦极表面。或者,电枢可以包括在与磁芯的倾斜表面相互作用的两端的倾斜极表面。倾斜表面也可称为斜面。
在一个实施方式中,磁路被配置为使得第二磁路相对于纵轴布置在第一磁路和第三磁路之间并且包括两个分开的段,每个段在相对侧面向电枢并且由此限定相应段和具有预定宽度的电枢之间的非磁性间隙。优选地,间隙具有大于或等于0.2mm的宽度。优选地,间隙具有在0.2mm至0.4mm范围内的宽度。因此,第二磁路在朝向电枢的方向上从相对侧延伸到磁性框架结构的内部空间中。每个段的一端耦合到相应的磁性支柱,而另一个自由端靠近可移动电枢布置。这种配置有利地影响通过磁芯的磁通量和电枢的运动。段和电枢之间的非磁性间隙可以通过围绕电枢的绝缘层来实现,至少在其中它沿段移动的区域中。或者,可以将绝缘层施加到面向电枢的段上的表面。绝缘材料需要具有1或接近1的透磁率μr。它可以例如由塑料材料制成。
根据电磁驱动单元的另一个实施方式,在一端的电枢包括倾斜极表面,该倾斜极表面被配置为和磁芯的倾斜表面相互作用以设置电枢的第二状态,其中彼此面对的倾斜极表面和倾斜磁性表面在电枢的第二状态中限定电枢和磁芯之间的非磁性间隙。该间隙具有预定宽度。优选地,间隙在竖直方向上具有大于或等于0.5mm的宽度。优选地,在电枢的第二状态下,间隙的宽度在0.5mm至1.0mm的范围内。例如,间隙的宽度还可取决于倾斜极表面的角度。这种配置还有利地影响通过磁芯的磁通量和电枢的运动。
在本发明中认识到,所述间隙的几何关系,即a)第二磁路的段与电枢之间的间隙,b)相对于电枢的第一状态,电枢的平坦表面和磁芯之间的间隙,以及c)相对于电枢的第二状态,电枢的倾斜表面和磁芯之间的间隙有利地影响通过磁芯及其磁路的磁通量和电枢在其第一和第二状态下的移动和定位,从而能够在相应切换设备的接通和断开状态之间快速可靠地切换。
由于第一磁线圈的激励,电枢根据切换设备的接通状态移动或保持在第一状态。如果不再激励第一磁线圈但引入第二磁线圈的激励,则可实现保持电路的快速去激励,包括第一磁路和第一磁线圈等。以这种方式可以产生朝向断开状态的磁吸引力。该力可以是对倾向于持续作用在断开状态方向上的偏置弹簧的弹簧力的补充。因此,如果第一和第二磁线圈都没有激励,则保持切换设备的安全断开状态。
在示例性实施方式中,可以基于提前充电的电容器来启动第二磁线圈的激励。
在另一个示例性实施方式中,相对于电枢的第一状态,第二磁路的相应段和电枢之间的非磁性间隙以及电枢和磁芯之间的非磁性间隙被几何地相对于彼此配置。特别地,相对于电枢的第一状态,电枢和磁芯之间的间隙(即电枢和第一磁路之间的非磁性间隙)的宽度小于第二磁路的相应段和电枢之间的间隙的宽度。
根据电磁驱动单元的另一个实施方式,磁芯包括多个金属片,每个片都是电隔离和磁隔离的。磁芯的这种组装能够实现低成本的电磁驱动单元并且有助于使不希望的涡流的出现最小化。
所描述的电磁驱动单元可用于控制配置用于切换工作电流和短路电流的交流和直流切换装置。
在一个实施方式中,切换设备包括如上所述的电磁驱动单元和具有第一固定接触件和第二固定接触件、接触桥,以及被布置在接触桥处的第一可移动接触件和第二可移动接触件的接触单元的实施方式。在切换设备的接通状态下,第一固定接触件与第一可移动接触件接触,并且第二固定接触件与第二可移动接触件接触,并且在切换设备的断开状态下,第一固定接触件不与第一可移动接触件接触,并且第二固定接触件不与第二可移动接触件接触。电磁驱动单元的电枢与接触桥耦合以由于第一磁线圈的激励或去激励以及电枢沿纵轴的相应运动将切换设备设置在接通状态或断开状态下。第二磁线圈将有助于磁芯和第一线圈的至少一部分的去激励。
使用所描述的电磁驱动单元的切换设备的这种配置能够通过第一线圈的去激励和第二线圈的激励来使第一磁路主动去激励(即通过向第二线圈供电)导致短的断开时间,例如持续时间小于2ms,因此有助于安全操作,从而避免受伤或损坏。
还应理解,电磁驱动单元的所描述的特征和特性也相对于切换设备公开,反之亦然,如果适用的话。
在进一步的实施方式中,切换设备包括弹簧,该弹簧被配置为在将切换设备设置在断开状态的方向上使接触桥和/或电枢偏置。即使磁线圈没有被激励,这种永久作用的弹簧力也能够实现断开状态的可靠设置。弹簧力进一步支持由第二磁线圈由于激励而引发的磁力,并因此增加切换设备从接通状态到断开状态的切换操作的速度。
根据其他实施方式,切换设备包括具有用于熄灭在第一固定接触件和第一可移动接触件之间起源的第一电弧的第一对电弧室的第一灭弧设备,以及具有用于熄灭在第二固定接触件和第二可移动接触件之间起源的第二电弧的第二对电弧室的第二灭弧设备。
在另一个实施方式中,切换设备包括控制单元,该控制单元的输出端耦合到电磁驱动单元的至少一个控制输入端,其中控制单元被配置为将切换设备设置为接通状态或断开状态,取决于由控制单元的输出提供的控制信号,以便激励一个或两个磁线圈并控制电枢的运动。例如,控制电路被配置为根据在控制单元处接收到的紧急信号将切换设备设置在断开状态。因此,控制信号可以是通过断开电源来对第一磁线圈去激励或去磁化以及通过施加电源来对第二磁线圈进行激励或磁化从而同时启动快速断开的命令。
附图说明
以下对实施方式的图的描述可以进一步示出和解释切换设备的电磁驱动单元和切换设备的方面。具有相同结构和相同效果的部分、设备和电路分别带有等效参考符号出现。就部分、设备或电路在不同图中其功能方面彼此对应来说,其说明对于每一个后面的图来说不再重复。为了清楚起见,元件可能不会在所有图中都带有相应的参考符号。
图1A显示具有处于第一位置的电磁驱动单元的切换设备的实例;
图1B显示具有处于第二位置的电磁驱动单元的切换设备;
图2A显示具有处于第一位置的电磁驱动单元且线圈被移除的切换设备;和
图2B显示具有处于第二位置的电磁驱动单元且线圈被移除的切换设备;和
图3显示用于切换设备的电磁驱动单元的实例;和
图4显示切换设备的电磁驱动单元的其他实例;
具体实施方式
图1A示出切换设备1的实例。切换设备1通过接触单元20提供切换功能和通过电磁驱动单元10提供驱动功能。在下文中解释断路器功能。切换设备20包括第一固定接触件21和第二固定接触件22、第一可移动接触件231和第二可移动接触件232,以及接触桥23。接触桥23可以被命名为切换桥。第一可移动接触件231和第二可移动接触件232固定在接触桥23上。
如图1A和图2A所示,在切换设备1的第二断开状态中,第一固定接触件21不接触第一可移动接触件231,且第二固定接触件22不接触第二可移动接触件232。
图1B和图2B显示在切换设备1的第一接通状态中,第一固定接触件21接触第一可移动接触件231,且第二固定接触件22接触第二可移动接触件232。
由于磁线圈14、15的激励和电枢12沿切换设备1的纵轴L的运动,接触桥23耦合到电磁驱动单元10的电枢12以将切换设备1设置在第一或接通状态或第二或断开状态。
因此,电枢12被配置为可沿纵轴L在对应于切换设备的接通状态(见图1B和2B)的第一状态和对应于切换设备的断开状态(见图1A和2A)的第二状态之间移动。
图1A显示包括具有两个磁线圈14和15的电磁驱动单元(10)的处于断开状态的切换设备1的示意图。图1B显示具有两个磁线圈14和15的处于接通状态的切换设备1的示意图。线圈14和15从图2A和2B中的对应视图中移除,以显示磁芯11的磁性框架结构及其磁路111、112、113的可能实施方式。
接触件单元20还包括用于熄灭在第一固定接触件21和第一可移动接触件231之间产生的第一电弧的第一灭弧设备24和用于熄灭在第二固定接触件22和第二可移动接触件232之间产生的第二电弧的第二灭弧设备25。切换设备1可以包括电弧引导设备27,该电弧引导设备27可以包括永磁系统和一个或多个电弧引导元件26,这些电弧引导元件被耦合到接触桥23并且被配置为将产生的电弧引导到相应的灭弧设备24、25。
电磁驱动单元10包括通常由铁磁材料制成的磁芯11,具有第一、第二和第三磁路111、112、113,每个磁路相对于纵轴L横向布置并且在各端耦合到纵向磁性支柱116、117以形成磁性框架结构。电磁驱动单元10还包括第一和第二磁线圈14、15,第一和第二磁线圈14、15被配置为由于第一和/或第二磁线圈14、15的激励移动电枢12,其中第一磁线圈14布置在第一和第二磁路111、112之间并且第二磁线圈15相对于纵轴L布置在第二和第三磁路112、113之间。磁芯11和磁线圈14、15被配置为相互配合使得流动通过磁路111、112、113以在第一和第二状态之间移动电枢12的预定磁通量是可调节的。
第一磁路111面向接触单元20,而第三磁路113背向接触单元20。因此,第二磁路112实现延伸到磁性框架结构的内部空间中的中间腹板。第一磁路111可以在其端部包括弯曲部分,弯曲部分耦合到相应的磁性支柱116和117。关于所示的实施方式,磁路111、112、113被配置为基本上垂直并且磁性支柱116、117被配置为基本上平行于纵轴L。相比之下,磁路111、112、113被配置为彼此平行。
电枢12包括在面向接触单元20的一端处的平坦极表面125和在远离接触单元20的相对端处的倾斜极表面124。平坦极表面125被配置为当处于电枢12的第一状态时与布置在第一磁路111处的磁芯11的平坦磁性表面115相互作用。倾斜极表面124被配置为当处于电枢12的第二状态时与在第三磁路113处形成为凹槽的磁芯11的倾斜磁性表面114相互作用。电枢12的极表面124和125与磁芯11的相应磁性表面114和115相互作用的特定设计能够有利地控制电磁驱动单元10和切换设备1的操作。
分别相对于第一状态或接通状态,平坦极表面125和平坦磁性表面115使得仅需要低保持力的强保持力成为可能。为了从第一状态到第二状态,倾斜极表面124产生强磁通量,导致高拉力,这继而导致电枢12更快运动,其中第二磁线圈15的激励低。因此,运动所需的电力更少。
此外,第二磁路112包括至少两个分开的段1121和1122,每个段在相对侧处面向电枢12,从而在相应段1121、1122和电枢12之间限定间隙1123。这种间隙1123具有预定宽度,优选地在0.2mm至0.4mm的范围内。这种具有面向可移动电枢12的自由端的分段的第二磁路112有利地影响通过磁芯11的磁通量和电枢12的运动以及切换设备1的快速切换。
彼此面对的倾斜极表面124和倾斜磁性表面114在电枢12的第二状态下在电枢12和磁芯11的第三磁路113之间限定具有预定宽度的另一间隙17(参见图1A和2A)。在电枢12的第二状态下,间隙17可以具有大于0.5mm,优选地在0.5mm至1.0mm的范围内的宽度。这种配置还有利地影响通过磁芯11的磁通量和电枢12的运动。
极124、125和磁路111、113之间的间隙例如被实现为气隙,或由具有1或接近1的相对透磁率μr的任何磁性无关材料实现。为了将间隙保持在第一和第二状态,可以使用具有所需厚度的间隔件18(也参见图3和图4),并且还可以由相对透磁率μr为1或接近1的材料制成。
由非磁性材料制成的间隔件也可用于间隙(或多个间隙)1123,以将间隙保持在预定或最小距离。
因此,间隙将被称为非磁性间隙。
由于第一磁线圈14的激励,电枢12被移动或保持在切换设备1的第一(接通)状态。特别地,所描述的间隙1123和17的几何配置,即第二磁路112的段1121、1122与电枢12之间的间隙1123以及电枢12的倾斜表面114、124和磁芯11的第三路径113相对于电枢12的第二状态之间的间隙17有利地影响通过磁芯11及其磁路111、112、113的磁通量。由于间隙17大于间隙1123,主磁通量被引接通过第二磁路112。因此,只有一小部分磁通量通过第三磁路113,导致第三磁路113和电枢12之间的保持力低,同时第一磁路111和电枢12之间的拉力大。这使得能够在切换设备1的断开和接通状态之间进行可靠的切换。
第一磁线圈14和第一和第二磁路111、112形成保持电路,能够使用低保持力安全且可靠地保持处于第一状态的电枢12的位置,但由于平坦极表面125和平坦磁性表面115而能够实现相对强的保持力。
当通过第一磁线圈14的电流停止并且线圈不再被激励时,同时在与第一磁线圈14中的电流流动方向相反的方向上开始通过第二磁线圈15的电流,导致如图4所示的激励,可以实现保持电路的快速去激励。根据所描述的间隙17的尺寸,由此可以获得在朝向断开状态的方向上的磁吸力。此外,偏置弹簧的弹簧力可以在朝向断开状态的方向上恒定地作用在接触桥23和/或电枢12上。因此,如果第一和第二磁线圈14和15两者都没有激励,则保持切换设备1的安全断开状态。
图3显示处于断开状态的电磁驱动单元10的实施方式的另一示意图,以说明磁芯11的磁性框架结构及其磁路111、112、113的进一步配置。间隔件18布置在电枢12的纵向端部以确保非磁性间隙19、17在第一和第二状态下保持其各自的距离,避免电枢12和磁芯11之间的直接接触。此外,电磁驱动单元10可以包括一个或多个阻尼元件126以抵消由于电枢12冲击到磁芯11上而引起的振动。此外,出于质量减少的原因,电枢12可以包括一个或多个凹部122,导致电枢12的更快的加速或速度或迫使电枢12运动所需的更低的激励。
图4显示处于接通状态的电磁驱动单元10的实施方式的另一个示意图,以说明磁芯11的磁性框架结构及其磁路111、112、113的另一可能配置。电枢12分别在每个纵向端包括倾斜极表面124和125。磁芯11还包括形成在第一磁路111和第三磁路113处的互补的倾斜磁性表面114和115,第一磁路111和第三磁路113被配置为分别与电枢12的倾斜极表面124、125相互作用。
磁芯11的倾斜磁性表面114和115由延伸到磁性框架结构的内部空间中的相应突起形成。它们包括在相应的第一或第三磁路111、113的方向上的相应锥形轮廓和连接该锥形部分的平坦部分。相互作用表面114和124和/或115和125的锥形部分和/或较长和较短平坦部分或甚至没有平坦部分的不同角度也可以实现上述特性。
可以在两端使用间隔件18以在相应的第一和第二状态下为非磁性间隙19、17提供足够的距离。
在示例性实施方式中,第二状态下的间隙17可以大于电枢12和第二磁路112之间的间隙1123,并且间隙1123可以大于第一状态下的间隙19。因此,用于间隙17的间隔件18可以比围绕电枢12的横向侧上的间隔件(即用于间隙1123)厚,在第一状态下,后者又可以比用于间隙19的间隔件18厚。
在示例性实施方式中,间隙17的间隔件18可以具有>0.5mm的厚度,优选地在0.5至1mm之间,间隙1123的间隔件可以具有0.2-0.4mm的厚度,并且间隙19的间隔件18可以具有小于0.2mm,例如在0.05至0.18mm之间的厚度。
此外,图示两种不同的磁通量MFON和MFOFF。磁通量MFON与保持操作模式有关以能够安全且可靠地保持电枢12的第一状态和切换设备1的相应接通状态。磁通量MFOFF与切换操作模式有关以启用电枢12的第二状态和切换设备1的相应断开状态。
保持操作模式被配置为使得磁通量MFON流动通过第一磁路111、流动通过磁性支柱116的一部分或第一和第二磁路112之间的磁性支柱117的一部分,流动通过第二磁路112并与电枢12相互作用的相应段1121或1122,流动通过倾斜极表面125和倾斜磁性表面115回到第一磁路111以闭合相应的磁性回路。没有磁通量或至少有非常低的磁通量流动通过第三磁路113,从而能够通过强保持力结合相对低的保持力来安全且可靠地保持接通状态。
各个磁线圈14的磁场方向在所描绘的元件内部进一步被指示。
用于从接通状态切换到断开状态的切换操作模式通过在与线圈14中的电流方向相反的指定方向中接通线圈15中的电流来配置,从而产生磁通量MFOFF。磁通量MFOFF流动通过第三磁路113,并且流动通过磁性支柱116、117。这里,一部分磁通量分支进入第二磁路112,另一部分通过磁性支柱116、117流入磁路111,通过倾斜磁性表面115、倾斜极表面125流入电枢12。这里,它与通过第二磁路112的分支磁通量相遇,通过间隙1123进入电枢12。磁通量MFOFF的回路由从电枢12到第三磁路113的间隙17闭合。将通过第三磁路113的磁通量划分为第二磁路112和第一磁路111取决于非磁性间隙1123和非磁性间隙19的尺寸。
在接通线圈15中的电流的同时,可以断开线圈14中负责磁通量MFON的电流。然而,磁通量MF0N不会立即消失。通过以与第一磁线圈14中的电流方向相反的方向在第二磁线圈15中提供电流,由第二磁线圈产生的磁通量MFOFF具有与第一磁路111中的磁通量MF0N的方向相反的方向。这导致第一磁路111中的磁通量更快地返回到0,从而更快地降低电枢12在第一(接通)位置中的保持力。
因此,由于沿朝向第三磁路113的方向作用在电枢上的相对强的磁力,磁通量MFOFF能够快速切换到断开状态。此外,磁通量MFOFF有助于由第一磁线圈14产生的第一磁路111中的磁通量MFON的去激励,这进一步有利地影响切换设备1快速切换到断开状态。
磁通量MFON和MFOFF由磁芯11的特定磁框架结构实现,特别是由于磁路111、112和113与磁线圈14、15相配合的设计。
尤其是,间隙17和1123的尺寸以及面向第一磁路111的电枢12的纵向端部之间的另一间隙19的尺寸允许通过磁芯11的期望磁通量MFON和MFOFF的精确配置。
所描述的电磁驱动单元10能够实现持续时间可能小于2ms的快速断开动作并且因此有助于安全操作并且在过电流或短路的情况下避免伤害或损坏。特别地,磁芯11和磁线圈14、15的配合配置能够有利地控制磁通量和作用磁力。
用于切换设备1的相应接通和断开状态的电枢12的相对极表面124和125的几何形状进一步有助于快速断开和快速移动以及可靠和稳定地保持电枢的第一和第二状态12。
元件符号
1 切换设备
10 电磁驱动单元
11 磁芯
111 第一磁路
112 第二磁路
1121 第二磁路的段
1122 第二磁路的段
1123 间隙(在电枢和第二磁路之间)
113 第三磁路
114 倾斜磁性表面
115 平坦磁性表面
116 磁性支柱
117 磁性支柱
12 电枢
122 凹部
124 倾斜极表面
125 平坦极表面
126 阻尼元件
14 第一磁线圈
15 第二磁线圈
17 间隙(在电枢和第三磁路之间)
18 间隔件
19 间隙(在电枢和第一磁路之间)
20 接触单元
21 第一固定接触件
22 第二固定接触件
23 接触桥
231 第一可移动接触件
232 第二可移动接触件
24、25 灭弧设备
26 电弧引导元件
27 电弧引导设备
MFON 磁通量
MFOFF 磁通量。

Claims (16)

1.一种用于切换设备(1)的电磁驱动单元(10),包括:
-具有第一、第二和第三磁路(111、112、113)的磁芯(11),每个磁路相对于所述电磁驱动单元(10)的纵轴(L)横向布置并在各自的端部耦合到纵向磁性支柱(116、117)以形成磁性框架结构,
-电枢(12),所述电枢(12)被配置为可沿所述纵轴(L)在第一状态和第二状态之间移动,和
-第一和第二磁线圈(14、15),所述第一和第二磁线圈(14、15)被配置为由于所述第一和/或第二磁线圈(14、15)的激励移动所述电枢(12),
其中所述第一磁线圈(14)布置在所述第一和第二磁路(111、112)之间,并且所述第二磁线圈(15)相对于所述纵轴(L)布置在所述第二和第三磁路(112、113)之间,并且其中所述磁芯(11)和所述磁线圈(14、15)配置为相互配合,使得流动通过所述磁路(111、112、113)以使所述电枢(12)在所述第一和第二状态之间移动的磁通量(MFON、MFOFF)是可调节的,其中所述电枢(12)在一端包括相对于所述纵轴(L)的倾斜极表面(124),所述倾斜极表面(124)被配置为与所述磁芯(11)的倾斜磁性表面(114)相互作用以设置电枢(12)的第二状态,并且
其中在所述电枢(12)的第二状态下,在所述电枢(12)和所述磁芯(11)之间的倾斜极表面(124)与倾斜磁性表面(114)之间限定具有预定宽度的间隙(17)。
2.根据权利要求1所述的电磁驱动单元(10),包括:
其中所述第一磁线圈(14)被配置为相对于所述切换设备(1)的组装配置面向接触单元(20)并且由于激励将所述电枢(12)移动到第一状态,和
其中所述磁路(111、112、113)被配置为使得所述第二磁路(112)相对于所述纵轴(L)布置在所述第一和第三磁路(111、113)之间,并且所述第一磁路(111)被配置为面向所述接触单元(20),并且所述第三磁路(113)被配置为背向所述接触单元(20),并且所述磁路(111、112、113)和所述第一磁线圈(14)被配置为相互配合,使得由于所述第一磁线圈(14)的激励,所述磁通量基本上流动通过所述第一和第二磁路(111、112),并且磁力在从所述第二磁路(112)到所述第一磁路(111)的方向上作用以移动或保持所述电枢(12)处于第一状态。
3.根据权利要求1或2所述的电磁驱动单元(10),包括:
其中所述第二磁线圈(15)被配置为相对于所述切换设备(1)的组装配置背离所述接触单元(20)并且由于激励将所述电枢(12)移动到所述第二状态,和
-其中所述磁路(111、112、113)被配置为使得所述第二磁路(112)相对于所述纵轴(L)布置在所述第一和第三磁路(111、113)之间,并且所述第一磁路(111)被配置为面向所述接触单元(20),并且所述第三磁路(113)被配置为背向所述接触单元(20),并且所述磁路(111、112、113)和所述磁线圈(14、15)被配置为相互配合,使得当所述第一磁线圈(14)去激励并且所述第二磁线圈(15)被激励时,所述磁通量流动通过所述磁路(111、112、113),产生在从所述第一磁路(111)到所述第二磁路(112)的方向上作用的磁力以移动或保持所述电枢(12)处于第二状态。
4.根据权利要求2或3所述的电磁驱动单元(10),
其中所述第一磁路(111)包括将所述第一磁路(111)耦合到所述纵向磁性支柱(116、117)的弯曲区域。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电磁驱动单元(10),
其中所述电枢(12)包括在一端的平坦极表面(125)和在相对于所述纵轴(L)的相对端的倾斜极表面(124),并且
其中所述平坦极表面(125)被配置为与所述磁芯(11)的平坦磁性表面(115)相互作用以设置所述电枢(12)的第一状态,并且所述倾斜极表面(124)被配置为与所述磁芯(11)的倾斜磁性表面(114)相互作用以设置所述电枢(12)的第二状态。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电磁驱动单元(10),
其中所述磁路(111、112、113)被配置为使得所述第二磁路(112)相对于所述纵轴(L)布置在所述第一和第三磁路(111、113)之间并且包括两个在相对侧处面向所述电枢(12)的分开的段(1121、1122),并且
其中所述第二磁路(112)的相应段(1121、1122)和所述电枢(12)之间的非磁性间隙(1123)具有预定宽度。
7.根据权利要求6所述的电磁驱动单元(10),
其中所述第二磁路(112)的相应段(1121、1122)和所述电枢(12)之间的间隙(1123)具有大于或等于0.2mm的宽度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电磁驱动单元(10),
其中,相对于所述电枢(12)的第二状态,所述电枢(12)和所述磁芯(11)之间的间隙(17)具有大于或等于0.5mm的宽度。
9.结合权利要求6,根据权利要求1至8中任一项所述的电磁驱动单元(10),
其中在所述电枢(12)的第二状态中,所述第二磁路(112)的相应段(1121、1122)和所述电枢(12)之间的间隙(1123)的宽度小于所述电枢(12)和所述磁芯(11)之间的间隙(17)。
10.根据权利要求9所述的电磁驱动单元(10),
其中,相对于所述电枢(12)的第一状态,所述电枢(12)和所述磁芯(11)之间的非磁性间隙(17)的宽度小于所述第二磁路(112)的相应段(1121、1122)和所述电枢(12)之间的间隙(1123)的宽度。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电磁驱动单元(10),
其中所述磁芯(11)包括多个金属片,每个金属片都是电隔离和磁隔离的。
12.一种切换装置(1),包括:
-根据权利要求1至11中任一项所述的电磁驱动单元(10),以及
-具有第一和第二固定接触件(21、22)、接触桥(23)和被布置在所述接触桥(23)处的第一和第二可移动接触件(231、232)的接触单元(20),
其中在所述切换设备(1)的接通状态中,所述第一固定接触件(21)接触所述第一可移动接触件(231),且所述第二固定接触件(22)接触所述第二可移动接触件(232),
其中在所述切换设备(1)的断开状态中,所述第一固定接触件(21)不接触所述第一可移动接触件(231),且所述第二固定接触件(22)不接触所述第二可移动接触件(232),
-其中所述电磁驱动单元(10)的电枢(12)耦合到所述接触桥(23)以将所述切换设备(1)设置在由于所述第一磁线圈(14)的激励的接通状态或由于所述第一磁线圈(14)的去激励和所述电枢(12)沿所述纵轴(L)的相应运动的断开状态。
13.根据权利要求12所述的切换设备(1),包括
弹簧,所述弹簧被配置为在将所述切换设备(1)设置在断开状态的方向上使所述接触桥(23)和/或所述电枢(12)偏置。
14.根据权利要求13所述的切换设备(1),其中所述电磁驱动单元(10)的电枢(12)耦合到所述接触桥(23)以将所述切换设备(1)设置在由于所述第二磁线圈(15)的激励的断开状态,产生在所述偏置弹簧的弹簧力的方向上作用的磁力。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的切换设备,包括:
-第一灭弧设备(24),所述第一灭弧设备包括用于熄灭在所述第一固定接触件(21)和所述第一可移动接触件(231)之间起源的第一电弧的第一对电弧室,和
-第二灭弧设备(25),所述第二灭弧设备包括用于熄灭在所述第二固定接触件(22)和所述第二可移动接触件(232)之间起源的第二电弧的第二对电弧室。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的切换设备(1),包括:
具有耦合到所述电磁驱动单元(10)的至少一个控制输入端的输出端的控制单元,其中所述控制单元被配置为将所述切换设备(1)设置在接通状态或断开状态,取决于由所述控制单元的输出端提供的控制信号以控制所述磁线圈(14、15)并因此控制所述电枢(12)的运动,并且
其中所述控制电路被配置为将所述切换设备(1)设置在断开状态。
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