CN210956581U - 一种具有分流电阻的微型电磁铁及其应用的微型断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电气设备领域，公开了一种具有分流电阻的微型电磁铁及其应用的微型断路器，所述微型电磁铁包括电磁铁和分流电阻，所述电磁铁与分流电阻并联，当电源电流通过时由电阻小于电磁铁的分流电阻分流致使电磁铁启动。而所述微型断路器采用上述微型电磁铁作为脱扣结构，本实用新型通过在电磁铁上并联有专用于分流的分流电阻结构，从而降低整个电磁铁的电阻值，使得大部分电流从分流电阻流过，因为分流电阻具有较小的电阻值和较好的发热系数，故不论是工作电流和瞬动电流通过时，都不会产生加大的热量。

Description

一种具有分流电阻的微型电磁铁及其应用的微型断路器

技术领域

本实用新型属于电气设备技术领域，具体涉及一种具有分流电阻的微型电磁铁及其应用的微型断路器。

背景技术

电磁铁是通电产生电磁动作的一种装置。在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性。当在通电螺线管内部插入铁芯后，铁芯被通电螺线管的磁场磁化。磁化后的铁芯也变成了一个磁体，这样由于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强。一般而言，电磁铁所产生的磁场与电流大小、线圈圈数及中心的铁磁体有关。在设计电磁铁时，会注重线圈的分布和铁磁体的选择，并利用电流大小来控制磁场。由于线圈的材料具有电阻，这限制了电磁铁所能产生的磁场大小。

现有的电磁铁会设置在许多电子设备中用于电控操作，最常见的则是继电器，该设备则是通过控制输入电流来实现外接电路的通断。还有微型断路器，同样是根据电流的变化来实现动作导致主要电路的通断。所谓的微型断路器体积较小，分断能力较强，主要包括可分断的接触联接、由金属筒或绝缘圆柱体组成的器件、带动触头的传动装置和灭弧设备构成。常用小型断路器开断电路时是用机械的方法把小型断路器的动触头与固定触头分开，而合闸时则用相反的机械运动使动触头与固定触头闭合。在进行接通和开断负载电路的操作时，固定触头和动触头之间将会产生电弧，故在其内部还设有用于灭弧的设备。

具体来说，现有的微型断路器中常常采用电磁脱扣机构进行脱扣，其与接入断路器中的电路串联，一旦出现瞬动电流，电磁铁产生的磁力能够使其脱扣断路。电器开关脱扣驱动电磁铁，在断路器中占有重要的位置。主电路缠绕在电磁铁螺线管上，用以产生磁场驱动动铁芯脱扣。断路器主电路电流通过缠绕在电磁铁螺线管，由于受到电磁铁体积限制，螺线管空间决定了电磁铁体积，电磁铁体积限制了断路器体积进一步减小。

但这种采用电磁铁的断路设备因为体积的要求，其内部的部件之间较为紧凑，而较小体积的电磁铁阻值较大，其发热量较大，且通过大电流时还会对其造成影响。

专利号为201410804882.7的一种具有电流分选通道的电磁铁，其公开了一种采用并联放电间隙的结构，能够具有分流效果。但该结构中的放电间隙主要是为了避免出现雷电流影响电磁铁结构，从而提供可击穿通过雷电流的并联设备。但在通过工作电流时，该结构同样还是电磁铁单路，放电间隙为断路，不能对整个电磁铁的电阻值进行调整，也无法达到较好的分流效果。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种具有分流电阻的微型电磁铁及其应用的微型断路器。为了达到减小电磁铁体积问题，本实用新型采用分流技术，在电磁铁线圈两端并联一个具有阻值的分流体，大电流经过分流体达到另一端，分流部分通过电磁铁。当断路器出现短路故障时，短路电流大部分通过分流体，由于分流体直通，耐受电动力、承受电流过热能力强，流经电磁铁的分流驱动电磁铁瞬动动作脱扣，达到了电磁铁体积减小、安全性能提高、不发热的目的。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种具有分流电阻的微型电磁铁，用于小型设备中驱动外部结构动作，包括电磁铁和分流电阻，所述电磁铁与分流电阻并联，当电源电流通过时由电阻小于电磁铁的分流电阻分流致使电磁铁启动。

首先，本实用新型为一种微型电磁铁结构，专用于小型的低压断路器内，通过外部供电使其定时动作辅助外部设备工作的结构。电磁铁原理是通过缠绕在铁芯外部的导电绕线组通电产生磁场，而固定在电磁铁一侧的目标结构能够被吸引产生位移，通过控制电流的大小来调节产生的磁场强度。

现有的微型断路器大都采用电磁脱扣组件，同样还包括有机械部件、两个接线端和灭弧室，电磁脱扣组件与机械部件对应进行动作。而电磁脱扣组件中的电磁铁结构是直接与外部的负载电路连接，一旦负载电路上出现短路瞬动电流，电磁铁所产生的磁力能够使机械部件克服限制其动作的弹簧弹力进行动作，使其动触点杆脱离连接达到脱扣效果。

由于微型断路器串联在负载电路上，其平时流过电磁铁的电流为工作电流，而电磁铁上设有的线圈结构时刻通电。根据电流热效应公式：Q＝I²Rt，其中电磁铁可看做为一个定值电阻结构，其一直有电流通过，则持续不断的发热。因为电流为定值，则只能通过减小电阻值或者减小额定电流来减小发热量，使其能够通过自身散热的方式将其内部温度控制在一定安全范围内。

但是由于电磁线圈的结构特点，若要调整其阻值，其材质的替换带来的改变效果不够明显，只能通过改变其截面面积大小来减小阻值。由于微型断路器本身的体积要求，且内部的机械部件占用空间较大，导致电磁铁的安装空间有限，若采用较大截面面积的绕线组结构，则势必会压缩原本的安装空间，无法满足微型断路器的小体积设计要求。

本实用新型则提供一种全新的设计思路，通过在电磁铁上并联一个分流电阻结构，使其阻值远小于电磁铁的阻值，则形成并联分流电路。当断路器两端接入正常工作电流时，分流电阻则承载大部分电流，且因为其电阻值较小，则产生的热量较小，不会影响断路器的正常使用。而电磁铁可采用较小截面半径的绕线组，从而减小整个电磁铁的体积，由于其阻值较大，则流过的电流较小，发热量也较小。而通过短路瞬动电流后，同样由分流电阻承载较大的电流，但由于通过电磁铁的电流已经达到阈值，则电磁铁瞬间动作致使机械部件脱扣形成断路，从而起到保护效果。

值得说明的是，相较于普通的电磁机构，由于分流电阻分走大部分电流，则使得电磁机构磁力降低。为了适应该结构变化，实际应用时会对其弹簧的弹力和绕线组的匝数进行调整，以便电磁机构能够正常动作。但具体参数是根据应用场景进行适配选型，本实用新型并不会对其进行限定，且本领域技术人员均能够根据设计要求来对其进行选型和调整，故在此不作详述。

进一步的，所述分流电阻为贴合在电磁铁表面的金属片状或者环状结构，所述分流电阻与电磁铁之间设有绝缘层。

分流电阻有多种结构，现有的市场上也存在多种型号的分流电阻，但是为了减小整个电磁铁的体积，故对其结构进行优化。分流电阻主要包括三个部分，其中两端为连接导体，其通过增加宽度形成具有一定厚度的片状结构，该部分电阻较小。而中间的材料层会采用不同的导体材料，从而根据实际需求选型，从而将电阻调整到合适范围内。

所谓的合适范围，是根据该断路器的工作电流指标和分断电流指标而定，瞬动电流短路保护，根据C曲线，整定倍数一般为5-10倍，也就是额定的工作电流的5-10倍。而依照工作电流可计算出该断路器的分断电流，并根据分断电流的范围值来确定分流电阻的实际阻值。

确定了电阻的阻值，则根据具体结构形状和材料来设置具体的分流电阻结构，而为了尽可能缩小整个电磁铁的空间占用率，将其贴合覆盖在电磁铁的外表面，也就是绕线组外表面。但为了避免造成相互间的影响，则在分流电阻和电磁铁之间设有绝缘层，所述绝缘层可采用陶瓷材料，也可以直接采用绝缘耐热橡胶。

进一步的，所述分流电阻为设置在电磁铁外部的条状或者环状金属结构。

进一步的，所述电磁铁上活动连接有绝缘材质的推杆，当电磁铁动作时通过推杆使得外部结构移动。

进一步的，所述电磁铁上设有用于将推杆恢复初始位置的恢复机构。

本实用新型中所采用的电磁铁结构是一种活塞推动结构，其内部的“铁芯”部件包括有套筒、固定块、顶杆、动块和恢复机构，其中固定块固定在套筒一端，并使得动块在套筒内滑动，从而推动所述顶杆向外推出。所谓的恢复机构则是一种弹簧，根据产生瞬断电流时电磁铁所产生的电磁力大小，来确定弹簧的回弹系数，以确保其提供的阻力大小正好小于在瞬断电流通过时所述顶杆向外产生的冲击力。

进一步的，还包括设置在分流电阻两端的进线端和出线端。

进一步的，所述进线端与出线端通过设有的导体连接，所述电磁铁上的绕线组两端与所述分流电阻的两端对应连接。

一种微型断路器，采用上述微型电磁铁作为脱扣结构。

进一步的，包括外壳和设置在外壳内的机械部件，所述电磁铁通电并在电流达到动作阈值后使所述机械部件的动触点杆移动并与所述进线端或出线端失去连接。

其中机械部件包括触头、脱扣机构、灭弧栅、扳手、接线端等部件，电磁铁通电并在电流达到动作阈值时后，电磁铁顶杆撞击使所述脱扣机构，触头机械部件的动触点杆移动并与所述进线端或出线端失去连接。

本实用新型原本是一种具有分流功能的电磁铁结构，其主要应用在对体积具有一定需求的小型设备中，而微型断路器中常常使用电磁脱扣结构，采用具有分流功能的电磁铁能够在减小空间占用率的前提下尽可能保证其具有较好的稳定性，通过低电阻分流降低热量的产生。

而整个微型断路器的外壳上设有两个连接外部电路的接线端，其中一个接线端与所述的进线端或出线端任一端连接，而进线端和出线端的另一个则与机械部件的动触点杆连接，而动触点杆通过柔性导线与另一个接线端连接，从而在内部形成一个串联电路。

原本在正常状态下，所述电磁铁通过工作电流时不会触发顶杆向外动作，则动触点杆的端部由于设有的触点杆弹簧的作用下始终与电磁铁的一端保持接触。而一旦外部电路出现短路情况，则瞬动电流致使电磁铁动作推动所述动触点杆分离，此时整个断路器形成断路，从而达到保护电路的效果。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过在电磁铁上并联有专用于分流的分流电阻结构，从而降低整个电磁铁的电阻值，使得大部分电流从分流电阻流过，因为分流电阻具有较小的电阻值和较好的发热系数，故不论是工作电流和瞬动电流通过时，都不会产生加大的热量；

同时电磁铁可采用减小截面面积和较多匝数的绕线组，从而减小整个电磁铁的体积，并且因为电流较小，也不会因为电阻值较大而发热严重。

附图说明

图1是本实用新型整个微型电磁铁的结构轴侧图；

图2是本实用新型整个微型电磁铁的结构正视图；

图3是本实用新型的电路原理图。

图中：1-电磁铁，2-分流电阻，3-进线端，4-出线端。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步阐释。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

首先，本实施例为一种微型电磁铁结构，专用于小型的低压断路器内，通过外部供电使其定时动作辅助外部设备工作的结构。现有的微型断路器大都采用电磁脱扣组件，同样还包括有机械部件、两个接线端和灭弧室，电磁脱扣组件与机械部件对应进行动作。

而电磁脱扣组件中的电磁铁结构是直接与外部的负载电路连接，一旦负载电路上出现短路顺动电流，电磁铁所产生的磁力能够使机械部件克服限制其动作的弹簧弹力进行动作，使其动触点杆脱离连接达到脱扣效果。由于微型断路器串联在负载电路上，其平时流过电磁铁的电流为工作电流，而电磁铁上设有的线圈结构时刻通电。其中电磁铁可看做为一个定值电阻结构，其一直有电流通过，则持续不断的发热。因为电流为定值，无法调整接入断路器的电流大小，则只能通过减小电阻值来减小发热量，使其能够通过自身散热的方式将其内部温度控制在一定安全范围内。

但是由于电磁线圈的结构特点，若要调整其阻值，其材质的替换带来的改变效果不够明显，只能通过改变其截面面积大小来减小阻值。由于微型断路器本身的体积要求，且内部的机械部件占用空间较大，导致电磁铁的安装空间有限，若采用较大截面面积的绕线组结构，则势必会压缩原本的安装空间，无法满足微型断路器的小体积设计要求。具体来说是一种具有分流电阻的微型电磁铁，用于小型设备中驱动外部结构动作，包括电磁铁1和分流电阻2，所述电磁铁1与分流电阻2并联，当电源电流通过时由电阻小于电磁铁1的分流电阻2分流致使电磁铁1启动。

本实施例则提供一种全新的设计思路，通过在电磁铁上并联一个分流电阻2结构，使其阻值远小于电磁铁的阻值，则形成并联分流电路。当断路器两端接入正常工作电流时，分流电阻2则承载大部分电流，且因为其电阻值较小，则产生的热量较小，不会影响断路器的正常使用。而电磁铁可采用较小截面半径的绕线组，从而减小整个电磁铁的体积，由于其阻值较大，则流过的电流较小，发热量也较小。而通过短路瞬动电流后，同样由分流电阻2承载较大的电流，但由于通过电磁铁的电流已经达到阈值，则电磁铁瞬间动作致使机械部件脱扣形成断路，从而起到保护效果。

实施例2：

本实施例公开一种具有分流电阻的微型电磁铁，包括电磁铁1和分流电阻2，所述电磁铁1与分流电阻2并联，当电源电流通过时由电阻小于电磁铁1的分流电阻2分流致使电磁铁1启动。其中，分流电阻2为贴合在电磁铁1表面的金属片状结构，所述分流电阻2与电磁铁1之间设有绝缘层。

电磁铁上活动连接有绝缘材质的推杆，当电磁铁动作时通过推杆使得外部结构移动。所述电磁铁上设有用于将推杆恢复初始位置的恢复机构。其中，分流电阻2主要包括三个部分，其中两端为连接导体，其通过增加宽度形成具有一定厚度的片状结构，该部分电阻较小。而中间的材料层会采用不同的导体材料，从而根据实际需求选型，从而将电阻调整到合适范围内。

所谓的合适范围，是根据该断路器的工作电流指标和分断电流指标而定，瞬动电流时短路保护，根据C曲线，整定倍数一般为5-10倍，也就是额定的工作电流的5-10倍。而依照工作电流可计算出该断路器的分断电流，并根据分断电流的范围值来确定分流电阻2的实际阻值。

确定了电阻的阻值，则根据具体结构形状和材料来设置具体的分流电阻2结构，而为了尽可能缩小整个电磁铁的空间占用率，将其贴合覆盖在电磁铁的外表面，也就是绕线组外表面。但为了避免造成相互间的影响，则在分流电阻2和电磁铁之间设有绝缘层，所述绝缘层可采用陶瓷材料，也可以直接采用绝缘耐热橡胶。

实施例3：

本实施例公开一种具有分流电阻的微型电磁铁，如图1-3所示，包括电磁铁和分流电阻2，所述电磁铁与分流电阻2并联，当电源电流通过时由电阻小于电磁铁的分流电阻2分流致使电磁铁启动，所述分流电阻2为设置在电磁铁外部的条状金属结构。

如图1和图2所示，本实施例中所采用的条状金属结构同样是一种三段式结构，包括两端用于连接的导电材料，和设置在两个长方体导电材料中间的三个斜片结构。该结构不仅利于散热，同时其本身具有阻值低、温度系数低、稳定性高和无电感的特点，具有较高的过载能力。

而为了便于安装和连接，图中的电磁铁上的绕线组两端的线头均通向向外延伸，并将其端部焊接在对应的分流电阻2端部。在分流电阻2端部设有下沉凹槽，该结构是为了预定位，便于安装时直接将绕线组端部贴合在该处进行焊接。

电磁铁上活动连接有绝缘材质的推杆，当电磁铁动作时通过推杆使得外部结构移动。所述电磁铁上设有用于将推杆恢复初始位置的恢复机构。

电磁铁内部的部件包括有套筒、固定块、顶杆、动块和恢复机构，其中固定块固定在套筒一端，并使得动块在套筒内滑动，从而推动所述顶杆向外推出。所谓的恢复机构则是一种弹簧，根据产生瞬断电流时电磁铁所产生的电磁力大小，来确定弹簧的回弹系数，以确保其提供的阻力大小正好小于在瞬断电流通过时所述顶杆向外产生的冲击力。

而整个电磁铁还包括设置在分流电阻2两端的进线端3和出线端4。进线端3与出线端4通过设有的导体连接，所述电磁铁上的绕线组两端与所述分流电阻2的两端对应连接。

实施例4：

本实施例具体为一种微型断路器，主要包括外壳和设置在外壳内的机械部件，所述电磁铁通电并在电流达到阈值后使所述机械部件的动触点杆移动并与所述进线端3或出线端4失去连接。

其中采用的微型电磁铁包括电磁铁和分流电阻2，所述电磁铁与分流电阻2并联，当电源电流通过时由电阻小于电磁铁的分流电阻2分流致使电磁铁启动，所述分流电阻2为设置在电磁铁外部的条状金属结构。

整个微型断路器的外壳上设有两个连接外部电路的接线端，其中一个接线端与所述的进线端3或出线端4任一端连接，而进线端3和出线端4的另一个则与机械部件的动触点杆连接，而动触点杆通过柔性导线与另一个接线端连接，从而在内部形成一个串联电路。

原本在正常状态下，所述电磁铁通过工作电流时不会触发顶杆向外动作，则动触点杆的端部由于设有的触点杆弹簧的作用下始终与电磁铁的一端保持接触。而一旦外部电路出现短路情况，则瞬动电流致使电磁铁动作推动所述动触点杆分离，此时整个断路器形成断路，从而达到保护电路的效果。

具体来说，其中电磁铁动作电流为10A，而直流电阻0.02欧姆。本实施例中采用额定工作电流32A的MCB，按照C曲线动作电流，短路瞬动电流160A-320A，计算分流体截面积、电阻。

电磁铁两端电压：V＝0.02*10＝0.2，最小分流体电流：160-10＝150A，最大分流体电流：320-10＝310A，平均值：(150+310)/2＝230A，分流体直流电阻：R*230＝0.2v，R＝0.2/230＝0.000869Ω。

本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (9)

1.一种具有分流电阻的微型电磁铁，用于小型设备中驱动外部结构动作，其特征在于：包括电磁铁(1)和分流电阻(2)，所述电磁铁(1)与分流电阻(2)并联，当电磁铁(1)通过额定电流时，电阻小于电磁铁(1)的分流电阻(2)分流电流，电磁铁(1)不误动。

2.根据权利要求1所述的一种具有分流电阻的微型电磁铁，其特征在于：所述分流电阻(2)为贴合在电磁铁(1)表面的金属片状结构，所述分流电阻(2)与电磁铁(1)之间设有绝缘层。

3.根据权利要求1所述的一种具有分流电阻的微型电磁铁，其特征在于：所述分流电阻(2)为设置在电磁铁(1)外部的条状或者环状金属结构。

4.根据权利要求1所述的一种具有分流电阻的微型电磁铁，其特征在于：所述电磁铁(1)上活动连接有绝缘材质的推杆，当电磁铁(1)动作时通过推杆使得外部结构移动。

5.根据权利要求4所述的一种具有分流电阻的微型电磁铁，其特征在于：所述电磁铁(1)上设有用于将推杆恢复初始位置的恢复机构。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种具有分流电阻的微型电磁铁，其特征在于：还包括设置在分流电阻(2)两端的进线端(3)和出线端(4)。

7.根据权利要求6所述的一种具有分流电阻的微型电磁铁，其特征在于：所述进线端(3)与出线端(4)通过设有的导体连接，所述电磁铁(1)上的绕线组两端与所述分流电阻(2)的两端对应连接。

8.一种微型断路器，其特征在于：采用上述权利要求7中的微型电磁铁作为脱扣结构。

9.根据权利要求8所述的一种微型断路器，其特征在于：包括外壳和设置在外壳内的机械部件，所述电磁铁(1)通电并在电流达到动作阈值时，机械部件的动触点移动并与所述进线端(3)或出线端(4)失去连接。

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