CN1141719C - 电磁式致动器 - Google Patents

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Abstract

一种双稳定永久磁铁型的致动器，它包括一个磁轭(1)；至少一个永久磁铁(6，7)；一个由铁磁体材料制成、可在第一位置和第二位置之间轴向移动的衔铁(3)；以及移动衔铁(3)的绕组(4，5)，通过在第一位置和第二位置之间的一个致动连杆(2)将机械负载与衔铁相连接。磁轭(1)是由安装在相互面对位置上并由两个气隙(8，9)分开的第一部分和第二部分(10，20)构成。由铁磁体材料制成的衔铁的端部(31，32)适合于进入该两个气隙(8，9)。

Description

电磁式致动器
本发明涉及一种电磁式致动器或者磁性致动器，尤其涉及一种用于在电力分配网中致动电路断电器的电磁式致动器。
具体说，本发明涉及一种双稳定型，即具有两个都可永久保持的固定位置以及至少包括一个永久磁铁的致动器。本发明的致动器较理想是用来致动一种气体绝缘(SF6)的电路断电器。
双稳定电磁式致动器，借助其结构中存在永久磁铁，可以在两个位置上施加有相当大的夹持力，而为了移动致动件就必须克服这个力。
由此必需产生一个强磁场(通常借助于线圈)，以克服永久磁铁的磁场并产生足够强的分开力。
已有技术的文本揭示一种永久磁铁型的双稳定致动器，它包括一个具有叠片结构的磁轭、至少一个永久磁铁、一个可在一第一稳定位置和一第二稳定位置之间轴向移动的衔铁和用于使衔铁在所述第一位置和第二位置之间移动的装置。其力/位置特性轨迹绘制在图3上。已有技术的致动器通常着重解决需要有大的夹持力而导致的一些问题，而并未考虑与摩擦力相关联的问题。
磁性致动器的一个问题起因于由被致动的机构所产生的机械力/位置特性，尤其起因于与被致动的断电器相联系、对于所述装置准确工作所必须克服的摩擦力。
所述摩擦力是静力和/或动力，并且可能只出现在衔铁行程的某些特定部分上。由于气体绝缘的电路断电器中的这种类型的电触点的存在，摩擦力特别明显地存在于这种型式的电路断电器中。
另外，所述摩擦力一般并不是对称的，因而这就要求当致动器从其打开位置向闭合位置移动及反向移动时必需有不同的致动器特性，而夹持力却较不重要。
由于这些原因，传统的致动器往往太大；这不利地影响到致动器成本提高，由此常常采用传统的弹簧负载式的机械致动器来使它成本降低些。
本发明的目的是解决上述技术问题，克服已有技术的限制，特别是提供一种双稳定电磁式致动器，它由于末端位置上的合适的夹持力而具有可满足要求的转换/定位的力的特性，并且同时成本又较低。
这个目的是通过由一个致动器组成的本发明实现的，其特点是磁轭是由两部分构成，该两部分彼此面对面地安装并被两个气隙分开。
另外一些有利的特点在所附的权利要求书中予以描述。
具体说，本发明提供存在于磁路中的气隙，为了获得所需要的特性，在设计的过程中可以容易地改变气隙的尺寸。例如，可以优先实现最大初始致动力，或者这样一个力：沿致动方向的一半处达到其最大值或者在一个位置上为最小值而在另一个位置上为最大值，等等。
仅仅通过改变致动器的几何结构就可容易实现的另一个特点是在相对于一个方向的另一个方向上致动的过程中致动力发生变化的不对称性。
再有一个特点是还可以根据需要来调整夹持力。
现参照本发明的较佳的但并无限制意义的实施例的附图来具体说明本发明，在这些附图中：
图1是本发明的一个致动器的横剖视图；
图2绘制出本发明的一个致动器的部分力/位置特性曲线；
图3绘制出已有技术的一个致动器的力/位置特性曲线。
参照图1，本发明的致动器包括一磁轭1、一可在磁轭所限定的空间内移动的衔铁3和一固定在衔铁上、适合于移动电路断电器的移动部分以断开和闭合断电器的连杆2。
该磁轭1由两个铁心件10和20构成，其每一个呈E形；标号分别为11和21(12，22)的两个水平臂是相同的并最好是比中央臂13和23窄。
磁轭的两个铁心件10、20安装在一个支座(未图示)上，使水平臂的端面彼此面对但分开距离2c和2c’。因此，构成两个气隙8，9，它们可具有同样的长度(如果c＝c’)并且衔铁的两端部可进入其中，如在下文中说明的那样。
标号分别为6和7的两个永久磁铁配装在两个中间臂13和23的相对的表面上因而保证双稳定工作的夹持力；在磁轭1内还有两个绕组4和5。
分别嵌置在中间臂13、23和磁轭1的外臂11、12及21、22之间的线圈或绕组4和5在它们被供给直流电时便提供致动力。
该衔铁3包括其形状基本象一个平行六面体以及其宽度为m的一个中央体，和由铁磁体材料制成并适合在所述两个稳定位置上进入两个气隙8、9之一中的两个端部31和32。所述的两个端部可比中央体窄，即它们有一个具有宽度a(a’)的台肩。
衔铁3的端部31的高度为b和宽度为(m-2a)，衔铁的端部32的高度为b’和宽度为(m-2a’)，而两者的厚度或者深度基本等于磁轭1的厚度。可以修改端部31和32(即a，a’，b和b’)的形状和尺寸，以使端部31，(32)和臂11，21(12，22)之间分别具有所需要的气隙。
按照本发明，在衔铁3的一端上的宽度差(2a)和容纳该端的气隙宽度(2c)之和为常数。换句话说，对于各气隙8和9来说，衔铁端部的(m-2a)或者(m-2a’)和相应间隙(c或者c’)的长度之和等于预定的常数。
以公式概括为：
m-a+c＝K，以及
a+c＝K1
因此这就允许在施行时具有非常的灵活性。
该衔铁3可制作成由铁磁材料或者最好由叠置铁片的层压结构制成的实心部分。
按照一些替代的实施例，衔铁3两端中的一个或者二个的宽度可以与中央体的宽度相等，即a和a’可等于零，并且衔铁可采用平行六面体的形状。气隙8和9的宽度可以相应地增大以容纳具有这些经改变的形状的端部。
其中磁轭的两个E形部分不相互接触而被气隙8和9分开的本发明的这种布置可集中由线圈4和5产生的磁通量。当衔铁处在下部稳定位置时，如图1所示，端部31足够接近臂11，21，由此减少触发移动(即分离)所需要的能量；同时，由永久磁铁所产生的夹持力比较小并且是距离(m-2c’)的函数。因此，通过合适地确定衔铁和两端部的尺寸，就可根据需要使致动器满足要求。这种致动器同样适用于当衔铁处在上部稳定位置时的情况。初始位置由非铁磁体材料制成的两个镶嵌件50和51调整，其尺寸d和d’一般是不同的并且必须根据所要求的力/位置特性合适地确定。
在各权利要求中涉及的技术特征后面都用在括号内的标号表示，这些标号仅仅是为了更清楚地理解权利要求的内容，因而这些标号并不是对权利要求各技术特征范围的限制。

Claims (8)

1.一种双稳定的永久磁铁型的致动器，它包括一个磁轭(1)、至少一个永久磁铁(6，7)、一个可在所述磁轭内的两个稳定位置之间轴向移动的衔铁(3)以及使衔铁(3)在所述两个稳定位置之间移动的装置，其特征在于，所述的磁轭(1)是由被安装在相互面对位置上并被两个气隙(8，9)分开的两个铁心件(10，20)所组成；所述的衔铁包括一个中央体(3)，它的形状呈平行六面体，以及其两个较窄的端部(31，32)适合于在所述的两个稳定位置上进入两个气隙(8，9)之一中；所述磁轭的两个铁心件(10，20)中的每一个是由具有两个水平外臂(11，12；21，22)和一个中间臂(13；23)的一个E形铁心制成，以及所述的气隙(8，9)是在外臂(11，12；21，22)的各相对表面之间形成。
2.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，对于各气隙来说，衔铁一个端部的宽度(m-2a；m-2a’)和相应的气隙长度(c；c’)之和等于预定的常数。
3.如权利要求2所述的致动器，其特征在于，所述的气隙(8，9)的长度(2c；2c’)是相同的。
4.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述衔铁的端部(31，32)的宽度(m-2a；m-2a’)是相等的。
5.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，它包括两个永久磁铁(6，7)，其每一个是安装在中间臂(13；23)之一的表面上。
6.权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述的移动衔铁(3)的装置包括两个绕组(4，5)，它们分别容纳在磁轭(1)的中间臂(13；23)和外臂(11，12；21，22)之间。
7.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，两个铁心件(10，20)以及衔铁(3)具有一种层压结构。
8.加权利要求1所述的致动器，其特征在于，它包括两个由非铁磁体材料制成、用于调整在磁轭内衔铁的起始位置的镶嵌件(50，51)。
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