CN1285085C - 电磁致动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁致动器，其为单稳态或双稳态，尤其是用于真空开关室的驱动装置，它具有一个磁轭、具有至少一个永久磁体、具有至少一个线圈、具有至少一个可运动的衔铁，使得一个第一磁通通过衔铁和磁轭，并使衔铁固定在一个位置上，其中线圈产生一个第二磁通，通过它使衔铁动作。所述永久磁体设置在一个磁轭与一个固定的接地部件之间，使得第二磁通通过接地部件流动。此外所述衔铁在磁轭外部至少局部地遮盖磁轭的一个端面，从而将用于操作的磁通提高至少两倍，以在端部位置产生更大的吸持力。

Description

电磁致动器
技术领域
本发明涉及一种电磁致动器，尤其是用于开关器件的电磁驱动装置。
背景技术
由WO 95/07542已知这种电磁驱动装置。图1从原理上示出这种已知的电磁驱动装置10，它具有一个环绕的磁轭11，该磁轭具有两个平行延伸的纵向接板12和13以及各一个横向接板14和15。大致在纵向接板12和13的中间具有对置的极靴16和17，在极靴上固定永久磁体18和19。有一个衔铁20位于永久磁体18和19之间，在衔铁上安置或固定由非磁材料制成的连杆21及22，它们分别穿过横向接板14和15上的开孔23和24。在极靴16和17与横向接板14之间以及在永久磁体18和19与横向接板15之间分别具有一个线圈25、26。根据线圈25或26的励磁情况，衔铁20可以移动到图1所示的位置中，其中尺寸为d的气隙27在这个位置上最小。当线圈25被激励时，衔铁在箭头方向P上驱动，直到其面对横向接板14的端面顶靠在横向接板14的内表面上。
通过这种方式构成一个用于开关器件、尤其是用于真空断路器的功能良好的双稳态电磁驱动装置。在另一专利申请(德国专利申请19709 089.3)中，已经考虑到对此采取措施，用以在磁轭11中以及在衔铁20中都避免涡流。
在一种结构设计中，仅配有连杆21；连杆22对于真空室电磁驱动装置不是必需的，最多也就是用于导引衔铁20。
借以使衔铁20吸动下横向接板或上横向接板的作用力，取决于有效作用面的大小。
发明内容
本发明的目的是，进一步改进上述形式的电磁致动器。
为此，本发明提出一种单稳态或双稳态的电磁致动器，用于真空开关室的驱动装置，具有一个磁轭、具有至少一个永久磁体、具有至少一个线圈、具有至少一个可运动的衔铁，使得一个第一磁通通过衔铁和磁轭，并使衔铁固定在一个位置上，其中线圈产生一个第二磁通，通过它使衔铁动作，其特征在于，所述永久磁体设置在所述磁轭与一个固定的接地部件之间，使得第二磁通通过所述接地部件流动，并且所述衔铁在磁轭外部至少局部地遮盖磁轭的一个端面，从而将用于操作的磁通提高至少两倍，以在端部位置产生更大的吸持力。
借以使衔铁被磁轭吸动的作用力，通过加大有效面积同样明显地得以提高。
本发明的优选设计结构进一步给出了如何能够增加面积的布置。
以上描述建立在一种双稳态结构设计上，它具有两个衔铁，在磁轭的两个端面上各一个。在另一种结构设计中，一个单稳态致动器只具有一个衔铁。同一个线圈不仅用于接通，而且在电流反向时用于断开。当驱动装置不接通时，它通过一个弹簧保持在断开位置。
附图说明
下面通过在附图中所示的本发明的几个实施例详细描述本发明以及本发明的其它有利的结构设计和改进。附图中：
图2和3示出电磁驱动装置的不同结构设计，
图4示出按照现有技术的驱动装置和按照本发明的驱动装置的作用力曲线图，
图5至9示出本发明的另外的实施形式，具有两个衔铁，
图10至20分别表示具有一个衔铁的电磁驱动装置，
图21为按照第一实施形式的本发明的电磁驱动装置，它具有两个图9的矩形结构的衔铁，
图22为图9中圆柱形结构的立体图，
图23为具有两个线圈和不同衔铁的电磁驱动装置的实施形式，
图24为按照本发明的具有一个衔铁的电磁驱动装置，用于真空通断室的驱动装置。
具体实施方式
现在请参照图2。
一个按照本发明的驱动装置30具有两个纵向延伸的磁轭部件31和32，它们相互平行地取向。大致在两个磁轭部件31和32的中间具有极靴33和34，它们作为相互面对的凸起而配置；在极靴33和34的内表面上固定永久磁体35和36。一个由磁材料制成的接地部件37位于永久磁体35与36之间，接地部件位置固定地配属于两个磁轭部件31和32。接地部件37具有一个中心孔38，该中心孔平行于磁轭部件31和32延伸并且也平行于接地部件延伸并位于接地部件37中心。一个由非磁材料制成的连杆39穿过该中心孔38，在连杆上固定衔铁40和41。所述衔铁40和41遮盖相邻的磁轭部件31和32的端面。
回缩部44和45起始于端面42和43，台阶形地过渡到极靴33和34。在接地部件37与回缩部44或45之间形成的空间46和47用于容纳各个线圈48和49。
图2示出电磁驱动装置，其中衔铁41顶靠磁轭部件31和32的端面43a和43b。
在图1的结构形式中，仅在衔铁20与下横向接板或上横向接板15、14之间形成气隙，而在本实施形式中，在接地部件37与衔铁41之间得到一个气隙50，并在端面43b或43a与衔铁41之间各得到一个气隙51和52。由此在图2所示位置得到一个放大的吸动面和放大的磁衔铁吸动力。从而，当线圈48工作时，衔铁40向磁轭的端面42a和42b吸动，并在那里也得到三个气隙(没有标记符号)：在衔铁40与端面42a和42b之间的气隙，以及衔铁40与接地部件37之间的气隙。由此使吸持力放大一个系数，该系数等于(气隙50的面积+气隙51的面积+气隙52的面积)除以气隙50的面积，最大可达100％。两个衔铁40和41由于其与连杆39的连接，而以相同的速度一起移动，并这样相互适配，即，使衔铁40、41与磁轭及接地部件上的相应端面之间的距离在两个位置上分别交替地相等。
当然，按要求，衔铁41与磁轭部件31和32及接地部件37之间的距离可以不同于衔铁40与磁轭部件31和32及接地部件37之间的距离。
当对应于衔铁41的气隙51、50和52在吸动位置小于对应于衔铁40的气隙时，则在这个吸动位置的吸持力大于衔铁40吸动时的吸持力。如果由使用场合所要求的作用力在接通位置与断开位置不同，这样一种关系就可能是必需的。
图3示出本发明的另一结构设计。驱动装置55具有两个磁轭部件56和57，它们除了回缩部44和45(在此要使用相同的标记符号，以表示相关性)外还具有另外的回缩部58和59，在它们里面容纳衔铁40以及41；也可以说，在磁轭部件56和57上配有轴向延伸的臂60、61及62、63，它们在衔铁的整个移动行程上遮盖衔铁40和41。由此除了气隙51和52外还形成位于衔铁41外周表面与臂62和63之间的气隙64或65；相应地，也在衔铁40与臂60和61之间形成气隙66和67。由此，在衔铁40与磁轭部件56和57之间具有较大距离时增加作用力，其中可以根据目的和要求改变距离d。
图4示出吸动力F与衔铁移动行程W的曲线图。连续曲线L1表示图1结构设计的作用力-行程曲线。F1表示衔铁在图1所述位置的吸动力而F2表示在另一位置的吸动力。
虚线L2表示图2结构设计的作用力-行程曲线。可以看出，在吸动状态所测得的作用力F2大约两倍于作用力F1；它交叉L1及L2，这归因于，吸动力在一定的距离里小于图1结构形式的吸动力。位于曲线L2上方的第三条曲线L3位于正区域及负区域；吸动力F3基本等于F2，而与曲线L2的不同之处在于，吸动力不是那样陡斜地下降，这带来本身具有较大工作能力的优点。可以看出，两个间隙64和65或66和67有助于改善作用力-行程曲线。
驱动装置70(见图5)在其结构上不同于图3所示的驱动装置。在此，两个磁轭部件31和32在两个端部分别被一个C形体71、72围扣，其中相互面对的衔铁71和72的自由端与两个磁轭部件31、32的所属外表面分别形成气隙77、78和79、80。
对于图6所示的驱动装置81结构设计，在其它结构相同的情况下只是配置了U形衔铁82和83，其中侧腿84、85、86和87可以通过其整体与磁轭部件31和32共同起作用，由此，与图5所示结构相比，在必要时能够对吸动力实现进一步的影响。
图7示出图3结构的一个变型。
该驱动装置90具有两个U形衔铁91和92，它们通过臂97、98或99或100作用于回缩部93或94和95或96后面。
图8示出图7所示结构的一个变型。该磁轭部件具有回缩部101、102和103、104。相应的衔铁105和106通过侧腿107、108以及109、110基本上U形地构成，所述侧腿接合于回缩部101、102以及103、104。此外，衔铁105、106具有凸出于侧腿107、108或109、110的凸肩111、112、113和114，它们通过磁轭部件115和116的所属端面在衔铁113与磁轭部件115、116之间和衔铁111与磁轭部件115、116的相应端面之之间形成各自的气隙117和118。
图9示出本发明的另一结构设计，具有两个衔铁。驱动装置整体上用标记符号120表示并包括两个磁轭部件121和122，它们具有E形状，在其自由端具有侧腿123和124及125和126，并且在其之间居中地各具有一个作为极靴的隔筋127和128。永久磁体129和130位于隔筋127和128的内表面上。在隔筋两侧，在侧腿123与隔筋127之间或125与127之间或124与128之间或126与128之间设置线圈131和132。具有一中心孔134的接地部件133位于两个永久磁体之间，一个由非磁材料制成的连杆135穿过该中心孔。连杆的自由端与T形衔铁136和137固定连接；纵向接板138和139至少局部地接合于线圈131和132之间，其中，在图9中所示的位置，纵向接板139的自由端顶靠接地部件133的相邻端面并由此在那里形成一个气隙140。横向接板141和142分别与侧腿125和126或145和146的外表面形成气隙143和144；此外，在侧腿125或126的自由端与纵向接板139之间或者在侧腿123和124的自由端与纵向接板138之间具有气隙147和148或149和150。
在上述驱动装置中，总是具有两个衔铁、两个线圈。如下所述，作为另一结构设计，驱动装置也可以只使用一个衔铁和一个线圈。这种单稳态的结构具有减少材料消耗、更小的结构形状和更简便构造的优点。但是缺陷是需要断开弹簧和附加地需要吸持力，以便能够在接通位置使断开弹簧保持应力，需要在两个电流方向上控制线圈以及在断开时去磁性方面需要更高要求的永久磁体。
图10涉及单稳态驱动装置。在此，所述的驱动装置200具有两个基本上U形的磁轭部件201和202。在由两个磁轭部件201和202的U形形状构成的空间203和204里面装入线圈205；此外，该驱动装置200具有一个T形衔铁，它对应于衔铁136并在这里具有标记符号206。在一个横向接板207上形成纵向接板208，它在另一侧腿209与210之间并部分地接合于线圈205。在图中的下侧腿201和202的自由端上连接永久磁体210和211，并在这两个永久磁体之间同样局部突进线圈地配有一个接地部件212。因此存在多个气隙：一个在横向接板207与侧腿209和210的外表面之间，一个在侧腿209和210的自由端与纵向接板208之间，还有一个在纵向接板208的自由端与接地部件之间。
这种单稳态的致动器的原理能够应用于图2、3以及5至8的所有结构中。
图11示出一个具有U形磁轭221的驱动装置220。在横向接板222的内侧安置一个永久磁体223，并且在这个永久磁体223上固定一个接地部件，由此构成一个具有侧腿225和226的E形状，其中接地部件224与永久磁体223一起作为中间腿被一线圈227包围。
在此配有一个C形结构的衔铁228，其中在C形状相互面对的侧腿端部229与侧腿225或230和226的外表面之间以及侧腿225和226的自由端与接地部件224和衔铁之间分别构成气隙。
在图12所示的实施形式中，驱动装置231具有一个U形磁轭232，在其侧腿端部配有回缩部233和234；一个纵向延伸的平面衔铁235接合于回缩部，由此一方面在衔铁235的外侧面与回缩部233和234之间，另一方面在衔铁235的宽侧面与台阶236和237以及接地部件224之间分别形成气隙。
其中，相同的标记符号表示在这里实现相同的功能。
图13的结构与图11所示结构的不同在于，衔铁240是U形的并通过其侧腿241和242包围磁轭222的侧腿225和226。
图14示出一个单线圈驱动装置，其中磁轭250是U形的，其中侧腿251和252与图8中的磁轭215和216的端面或端部结构是相同的；因为衔铁具有与图8所示驱动装置的那个衔铁相同的形状，所以在图14中所示的衔铁具有相同的标记符号105。
图15对应于图7所示的结构形式，因此回引那里的描述。不同之处在于，具有侧腿261和262的磁轭260是U形的，并且侧腿自由端具有一个回缩部263和264，衔铁91以图7所示的方式接合到回缩部中。
按照图16至20所示的实施形式，它们没有永久磁体，而是具有基本上为三侧腿式的E形磁轭，其中一个线圈包围中间的侧腿；在此，所配置的衔铁或者是U形的，并且伸入外侧的回缩部里面；在图19的结构设计中，位于两个外侧腿之间的两个凸肩伸入一个中间回缩部里面(见图14)，而在图18所示的结构中衔铁是一个纵向延伸的平面构件。
图21的立体图接近于图9所示的结构；在此具有相互对置的磁轭部件121和122；具有线圈131和132以及衔铁136和137；接地部件133位于其间，如图21所示那样。在两个衔铁136与137之间设置由非磁材料制成的连杆135。
如同由图22可以看到的那样，相同或等同的结构也可以是这样的，即，磁轭、衔铁、线圈和接地部件分别是圆柱形的。可以设想，在图1至20中所示的所有驱动装置也都可以是圆柱形的。对于按照图23和24所示的在下面还要描述的驱动装置也是这样。
现在描述图23。在那里示出一个双衔铁和双线圈的驱动装置，它与图9的实施形式相同，其中图9中的衔铁137替换成衔铁270，因此必需相应地注意相邻侧腿273和274与衔铁270之间的气隙271和272。在此，该驱动装置具有两个E形磁轭部件277和278；衔铁279是T形的。其中衔铁279对应于衔铁136。
按照图24的实施形式示出具有一个线圈300和两个U形磁轭部件301和302的驱动装置的应用。在侧腿304和306的自由端上固定永久磁体307和308，并且有一个接地部件309位于其间，一个连杆310穿过该接地部件的中心孔311并且在线圈300处与一个T形衔铁连接，该衔铁的标记符号为136，以表示该结构与图9的结构类似，不同的是仅配有一个线圈。
连杆310通过弹簧元件311与一个真空开关室313的移动接触杆312连接，其中连杆310的自由端具有一个扩展体314，该扩展体被收集在一个收集篮315里面，其中在扩展体314与底部316之间设置一个弹簧317，该弹簧由接触压簧构成。
真空室以已知的方式构造：它具有一个由陶瓷制成的圆柱体318，此圆柱体在其两个端部分别通过一个盖板319和320封闭。突进圆柱体313的接触杆312端部具有一个活动触点321，并且在盖板320与活动触点321之间设置一个波纹管322，它一方面与盖板320而另一方面与触点321真空密封地连接。盖板319被一个静止接触杆323真空密封地穿过，在静止接触杆的自由端上固定静止触点324。以325表示电流导入和导出；与活动接触杆312连接的那个电流导入和导出未示出；它例如由一个活动的铜绞线带(Kupferlitzenband)构成。
在磁轭部件301和302区域与收集篮315之间，连杆具有一个固定在其上的平板326；一个压簧327的一端作用在这个平板上326上，此压簧的另一端支承在一个位置固定的平面上。当要使触点321和324进入接通位置时，则激励线圈300，使得衔铁136按照箭头方向P被吸入到两个磁轭部件301和302的内部。由此向一起顶压弹簧327并存储相应的能量。通过该接触压簧317而使得一定的接触力施加到触点321和324上。
如果要断开断路器，则以相反的电流方向激励线圈300。由此使衔铁在箭头方向P相反的方向上移动。这一点受弹簧327支持，该弹簧是一个蓄能弹簧。
在图24所示的结构中，有一个驱动装置，它仅具有一个线圈。当然，也可以配置图1至23所示的各种驱动装置，即一个驱动装置也可以具有两个线圈。

Claims (20)

1.一种电磁致动器，其为单稳态或双稳态，用于真空开关室的驱动装置，具有一个磁轭、具有至少一个永久磁体、具有至少一个线圈、具有至少一个可运动的衔铁，使得一个第一磁通通过衔铁和磁轭，并使衔铁固定在一个位置上，其中线圈产生一个第二磁通，通过它使衔铁动作，其特征在于，所述永久磁体设置在所述磁轭与一个固定的接地部件之间，使得第二磁通通过所述接地部件流动，并且所述衔铁在磁轭外部至少局部地遮盖磁轭的一个端面，从而将用于操作的磁通提高至少两倍，以在端部位置产生更大的吸持力。
2.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述磁轭具有两个磁轭体，它们各具有一个居中的极靴，极靴相互面对，其上各安置一个永久磁体。
3.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述磁轭、衔铁、永久磁体都是矩形体的形式。
4.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述磁轭是圆柱-环形的并且在该磁轭内部固定一个环形的永久磁体。
5.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述衔铁完全遮盖磁轭的端面。
6.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述磁轭在其端面区域具有一个台阶式回缩部，衔铁匹配在此回缩部中。
7.如权利要求6所述的致动器，其特征在于，所述台阶式回缩部设置在磁轭的内侧。
8.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述衔铁包围磁轭的端面并部分地包围磁轭的外侧。
9.如权利要求8所述的致动器，其特征在于，所述衔铁具有一个C形横截面，其中相互面对的侧腿端部在磁轭的外侧包围磁轭。
10.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，在所述磁轭为圆柱-环形的情况下，所述衔铁是钵形的，而在所述磁轭为矩形体的形式时，所述衔铁是U形的。
11.如权利要求10所述的致动器，其特征在于，在所述磁轭为圆柱-环形的情况下，所述衔铁在钵壁的内侧上带有一个凸起作为环绕的撑筋，而在所述磁轭为矩形体的形式时，衔铁呈C形构造。
12.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述衔铁接合于磁轭外侧上的一个回缩部中。
13.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述衔铁在中间具有一凸起，衔铁以这个凸起部分地插入到磁轭中。
14.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，具有两个位于磁轭的对置的端部上的衔铁，它们通过一个穿过接地部件的由非磁材料制成的连杆相互连接。
15.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，仅仅设有一个衔铁和一个线圈，所述磁轭是圆柱-环形或者矩形体的形式，并且永久磁体以及接地部件居中地在侧腿之间固定在磁轭隔筋上，其中，永久磁体位于接地部件与磁轭隔筋之间，因此该致动器是单稳态的。
16.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，在所述衔铁为矩形体的形式时，所述磁轭是E形的。
17.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，仅仅设有一个衔铁，而且在所述衔铁为圆柱-环形的情况下，磁轭是钵形的。
18.如权利要求17所述的致动器，其特征在于，所述永久磁体和接地部件居中地固定在钵底上，其中永久磁体位于接地部件与钵底之间。
19.如权利要求17或18所述的致动器，其特征在于，在钵的底部上成形有一个凸起，并且在其端部带有永久磁体，其中所述凸起同时用作接地部件。
20.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，为了减少涡流，衔铁和/或磁轭由叠层、分段组成或者具有开槽，使得磁通存在于所述结构的电绝缘部分所处的平面中，而不垂直于该平面。
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