具有非磁性插入件的磁致动器 |
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| 申请号 | CN201180053518.6 | 申请日 | 2011-09-27 | 公开(公告)号 | CN103189939B | 公开(公告)日 | 2016-05-11 |
| 申请人 | ABB技术股份公司; | 发明人 | C·罗伊贝尔; | ||||
| 摘要 | 一种用于 电路 断路器 、尤其是用于中压 真空 电路断路器的磁 致动器 单元(100)，包括：芯部(101)、线圈(105)、致动轴(104)、第一可动板(103)和第二可动板(107)。所述磁致动器单元(100)适用于通过使第一可动板(103)在接通 位置 和断开位置之间运动来切换电路断路器的接通和断开。磁致动器单元(100)还包括布置在芯部(101)和第二可动板(107)之间的非 磁性 平坦插入件(110)，其中，非磁性平坦插入件(110)和第二可动板(107)适用于调整在断开位置由第二可动板(107)提供的磁致动器单元(100)的保持 力 ，其中，保持力足以克服作用在所述磁致动器(100)上的外力而在断开位置保持所述第二可动板(107)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于电路断路器的磁致动器单元(100)，包括： |
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| 说明书全文 | 具有非磁性插入件的磁致动器技术领域[0001] 本发明涉及用于电路断路器尤其是用于中压真空电路断路器的磁致动器单元、电路断路器和用于切换电路断路器的磁致动器单元、磁致动器用于切换电路断路器的用途、以及用于电路断路器的磁致动器的组装方法。 背景技术[0002] 为了操作电路断路器，特别是为了操作中压真空电路断路器，可能需要产生较高的作用力以将第一可动电触头压到相应的第二固定电触头上。该作用力可通过磁致动器产生。磁致动器包括用于产生电场的线圈、用于形成该电场的芯部和被芯部吸引的第一可动板。当该可动板被该芯部吸引时，该可动板产生用于闭合电路断路器的作用力。 [0003] WO01/46968A1公开了一种包括衔铁和磁轭的可变磁阻螺线管，所述磁轭被设置成在轴向上超出衔铁的一端。跨过衔铁和磁轭之间的轴向间隙的磁引力使衔铁轴向移动并使间隙关闭。衔铁包括处于与轴向方向垂直的平面中的铁磁性的迭片结构。这些迭片结构可包括槽，所述槽成比例并用于防止涡流并且在避免产生磁通瓶颈的同时减少可动质量。螺线管可具有在衔铁的相对侧上的两个磁轭，从而提供往复的衔铁运动。 [0004] EP1843375A1涉及一种例如用于中压开关的电磁致动器，该电磁致动器具有圆形磁轭形式的第一可动板、致动轴和较小的下部磁轭形式的较小的下部第二可动板，所述较小的下部第二可动板与第一可动板间隔开固定间隔并且布置在芯部的相反端。用于机械缓冲的缓冲垫被插入到磁致动器的芯部和所述较小的下部磁轭之间。 [0005] 然而，缓冲垫的厚度通常太大以至于不能产生使系统保持固定在打开或断开位置所需要的作用力，所述系统例如是磁致动器和例如一个或更多个真空中断器的外部装置。典型地，通过断开弹簧产生处于断开位置所需要的作用力。所述断开弹簧将在接通位置中产生最高的作用力。由于磁致动器通常不能磁性地产生用于断开位置的其自身的锁定力，断开弹簧必须以使该断开弹簧还有助于在断开位置中产生锁定力的方式设计。因此，在接通操作期间用于加载断开弹簧的机械能相对较高，且比获得期望的断开速度所需的机械能要高。 发明内容[0006] 本发明的目的是提供一种紧凑的、灵活的且有效的用于电路断路器的磁致动器。 [0007] 根据本发明一方面，提供了一种用于电路断路器、特别是用于中压真空电路断路器的磁致动器单元，其中该磁致动器单元适用于通过使穿过磁芯部的致动轴上的第一可动板在接通位置和断开位置之间运动来切换电路断路器的接通和断开。该磁致动器单元包括布置在芯部和第二可动板之间的非磁性平坦插入件，该第二可动板在距第一可动板规定距离处被安装到所述致动轴上，其中非磁性平坦插入件和第二可动板适用于调整在断开位置由第二可动板提供的磁致动器单元的保持力，其中所述保持力足够强，以克服作用在磁致动器单元上的外力而将致动器单元保持在断开位置。不需要用于在断开位置产生保持力的额外的弹簧元件。 [0008] 非磁性平坦插入件和/或第二可动板可适用于通过调整非磁性平坦插入件的厚度和/或第二可动板的厚度和/或宽度或直径来调整在断开位置由第二可动板提供的磁致动器的保持力。 [0009] 换言之，本发明根据该实施例提出用相对平坦的非磁性插入件来代替缓冲层，其中凭借非磁性插入件的厚度，磁致动器在断开位置或断连位置的保持力可根据由所述磁致动器操作的系统的要求调整。由于通过第二可动板产生处于断开位置所需的保持力，因此可省略用于保持该断开位置的断开弹簧。当非磁性平坦插入件的厚度减少时，保持力可增加，而当非磁性平坦插入件的厚度增加时，保持力可减少。断开位置的保持力的进一步调整可通过改变第二可动板的厚度和/或宽度或直径来进行。 [0010] 根据本发明的优选实施例，磁致动器还包括用于将所述非磁性平坦插入件固定到所述芯部的固定装置，所述固定装置尤其是螺钉。有利的是使用现有的螺钉以可靠的方式将该层固定到芯部。所述固定装置可包括至少一个螺钉。 [0011] 在本发明的优选实施例中，所述非磁性平坦插入件由不锈钢制成。非磁性平坦插入件可具有层的形式，所述层能够可选地由不同非磁性材料制成，只要这些材料满足磁致动器的预期运行次数和抗腐蚀性即可。不锈钢满足上述这两方面。 [0012] 根据具体的应用，非磁性平坦插入件适用于基于第二可动板和芯部之间的距离即基于非磁性平坦插入件的厚度的调整来调整在断开位置由第二可动板提供的磁致动器的保持力。通常，该相关性具有双曲线特征。 [0013] 在本发明的优选实施例中，磁致动器单元还包括芯部元件、围绕所述芯部元件的至少两个侧翼部、和布置在所述芯部元件和所述侧翼部之间的至少两个永磁体；其中所述第二可动板适用于基于所述第二可动板的宽度与所述永磁体的外端之间距离的关系来调整在断开位置由所述第二可动板提供的所述磁致动器单元的保持力。 [0014] 由于磁通量的分布和集中，且由于铁部件(如芯部、侧翼部和第二可动板)的饱和效应，当第二可动板的宽度略大于永磁体的外端之间的距离时，保持力具有最大值。 [0015] 对于较宽的第二可动板，在磁通量较不集中时保持力下降。 [0016] 对于较窄的第二可动板，由于在包括第二可动板的磁路中的低铁含量和高空气含量，磁通量减少，所以保持力也下降。 [0017] 在第一可动板不是矩形而是圆形的情况下，对于一定直径的第二可动板，在断开位置存在最大保持力，但是由于圆形第二可动板的比永磁体的外端之间的宽度更宽的区域和圆形第二可动板的没有那么宽的其它区域的迭加，突出峰值(accentuated peak)较小。 [0018] 在本发明的另外的实施例中，基于所述第二可动板的厚度来改变在断开位置由所述第二可动板提供的所述磁致动器单元的保持力。在第二可动板相对较薄的情况下，可能会出现第二可动板区域的磁通量饱和达到使磁阻显著增加的程度。这样，磁通量减少，因此断开位置的磁锁定力也减少。 [0019] 为了实现磁致动器更紧凑的设计，提供了电路断路器和根据上面和下面提到的任一实施例的用于切换电路断路器的磁致动器的组件，其中磁致动器可被集成在电路断路器中。根据本发明的另一优选实施例提供了这种磁致动器在电路断路器中的使用。 [0020] 根据本发明另外的方面，提供了一种用于电路断路器的磁致动器的组装方法，该方法包括以下步骤：将线圈布置在所述磁致动器单元的芯部处从而使得所述线圈在所述芯部中产生磁通量；将第一可动板可移动地布置在穿过所述芯部的致动轴上使得所述第一可动板能够在电路断路器的接通位置和断开位置之间运动；将非磁性平坦插入件布置在所述芯部的与所述第一可动板相反的另一侧；以及然后将第二可动板布置在所述非磁性平坦插入件下方并布置在所述第一可动板设置于其上的同一致动轴上从而使得所述非磁性平坦插入件处于所述磁致动器单元的所述芯部和所述第二可动板之间。所述非磁性平坦插入件和所述第二可动板适用于调整在断开位置由所述第二可动板提供的所述磁致动器单元的保持力。 [0022] 下面参考附图更详细地描述本发明的最优选实施例。 [0023] 图1示出了根据本发明实施例的处于接通位置的用于电路断路器的磁致动器单元的剖面图。 [0024] 图2示出了根据本发明另一实施例的处于接通位置的用于电路断路器的磁致动器单元的透视图。 [0025] 图3示出了根据图2的用于电路断路器的磁致动器的剖面图。 [0026] 图4示出了描述根据图1至图3的磁致动器的第二可动板的宽度与磁致动器单元的芯部的永磁体的外端之间的距离的关系的示意图。 [0027] 图5示出了根据本发明实施例的用于电路断路器的磁致动器单元的组装方法的流程图。 [0028] 所有附图都是示意性的。 具体实施方式[0029] 在图1中示出了用于电路断路器、尤其是用于中压真空电路断路器的磁致动器单元100，其包括芯部101，该芯部具有芯部元件109、围绕芯部元件109的至少两个侧翼部102、和布置在芯部元件109和侧翼部102之间的至少两个永磁体106。磁致动器单元100适用于通过使第一可动板103在接通(ON)位置和断开(OFF)位置之间运动来切换电路断路器的接通和断开。非磁性插入件110被布置在磁致动器单元100的芯部101和第二可动板107之间。 [0030] 当通过线圈105产生磁场时，第一可动板103被芯部101吸引到处于芯部101第一侧处的第一位置P1，线圈105在芯部101中产生磁通量112。第一可动板103在被芯部101吸引时朝芯部101运动。第一可动板103和第二可动板107以距离为d1的固定位置彼此间隔开，从而使得如果第一可动板103以使磁致动器单元100处于断开位置所需的行程抬升离开芯部101，则第二可动板107在芯部101第二侧的、与第一位置P1相对的第二位置P2处靠在非磁性平坦插入件110上。 [0031] 图2示出了根据本发明另一示例性实施例的用于电路断路器的磁致动器单元100。致动器处于位置P1，即，待由磁致动器单元驱动的未示出的电路断路器的接通或闭合位置。 非磁性平坦插入件110可包含不锈钢且被布置在芯部101和第二可动板107之间，且可例如通过固定装置111而被固定到芯部或第二可动板107。 [0032] 平坦插入件110与第二可动板107一起适用于调整在断开位置时(具体而言是在第一可动板103以磁致动器单元100所需的行程抬升离开芯部101的情况下)由第二可动板107提供的磁致动器单元100的保持力，这可通过调整非磁性平坦插入件110的厚度T来实现。致动轴104适于通过芯部101引导第一可动板103和第二可动板107。 [0033] 图2示出了用于电路断路器的磁致动器单元100，其中第一可动板103被固定到致动轴104。图2的磁致动器单元100包括根据图1的磁致动器单元的线圈、具有芯部元件的芯部101、围绕芯部元件的至少两个侧翼部102和布置在芯部元件和侧翼部之间的至少两个永磁体，不同的是，第二可动板107是具有直径201的圆形板，且非磁性平坦插入件110被设置成通过螺钉111固定到芯部。 [0034] 图3示出了图2的磁致动器单元100的剖面图。非磁性平坦插入件110的厚度适用于调整在断开位置时由第二可动板107提供的磁致动器单元100的保持力。当非磁性平坦插入件110的厚度T增加时，保持力下降；基于第二可动板107的宽度与永磁体的外端202、203之间的距离的关系的保持力调整变得对该关系的值不敏感。 [0035] 由于圆形第二可动板107的某些区域比永磁体106的外端202、203之间的宽度200宽、而圆形第二可动板107的其它区域没有这么宽的这一事实,与图1中示出的矩形第二可动板107相比，对于一定直径201的圆形第二可动板107提供了最大保持力，但是具有较小的突出峰值。 [0036] 断开位置中的磁性锁定力或保持力还可取决于第二可动板107的厚度T2。通过永磁体106产生且通过芯部101即分别通过芯部元件109和侧翼部102引导的磁通量最终通过板107从而产生保持或锁定力。在第二板107相对较薄的情况下，可能出现第二可动板107区域的磁通量饱和到使磁阻显著增加的程度。这样，磁通量减少，因此断开位置中的磁性保持力也减少。 [0037] 断开位置中的磁性保持力也可取决于非磁性层或非磁性平坦插入件110的厚度T。通常，这种相关性是双曲线特征。如果第二可动板107和非磁性平坦插入件110都较薄，则第二可动板107中的铁可能饱和，因为在这种情况下断开位置中的磁性保持力或锁定力将由于所述饱和而减少。 [0038] 图4示出了曲线图，该曲线图的竖向的保持力轴402示出了在断开位置中由第二可动板提供的保持力或锁定力的主要形状，该曲线图的水平轴401示出了第二可动板的宽度(或在第二可动板是圆形的情况下为第二可动板的直径)。 [0039] 曲线404示出了第二可动板和非磁性平坦插入件的保持力或磁性锁定力的主要形状，该非磁性平坦插入件相对于磁路的其它部件(如芯部101、永磁体106、侧翼部102和第二可动板107)的尺寸具有相对较小的厚度。竖线403示出了永磁体的外端202、203之间的宽度200(也见图3)。曲线405示出了第二可动板和具有较大厚度的非磁性平坦插入件的保持力。 [0040] 由于磁通量的分布和集中并且由于铁部件(芯部、侧翼部、第二可动板)的饱和效应，当第二可动板的宽度略大于永磁体的外端之间的距离时保持力具有最大值。 [0041] 对于较宽的第二可动板，在磁通量较不集中时保持力下降。 [0042] 对于较窄的第二可动板，由于包括第二可动板的磁路中的低铁含量和高空气含量，磁通量减少，所以保持力也下降。 [0043] 对于较高厚度的非磁性插入件，如曲线405所示，断开位置中的锁定力将通常较低。此外，在第二可动板的整个宽度上的峰值作用力将不那么明显，该峰值作用力将在第二可动板较宽时变得明显。 [0044] 图5示出了用于电路断路器的磁致动器单元的组装方法500的流程图，该组装方法具有以下步骤：步骤501，即，将线圈布置在磁致动器单元的芯部处从而使得线圈在芯部中产生磁通量；步骤502，即，将第一可动板可动地布置在致动轴上，从而使得第一可动板能够在电路断路器(通过磁致动器单元切换该断路器的接通和断开)的接通位置和断开位置之间运动，从而使得当通过线圈产生磁场时第一可动板被芯部吸引到芯部的第一位置。接下来的步骤是步骤503，即，将非磁性平坦插入件布置在芯部的另一侧，即与第一可动板相反的一侧。方法500的最后步骤是步骤504，即，将第二可动板布置在非磁性平坦插入件下方且布置在设置有第一可动板的同一致动轴上从而使得非磁性平坦插入件处于芯部和第二可动板之间。该平坦插入件适用于调整在断开位置由第二可动板提供的磁致动器单元的保持力，且其中第一可动板和第二可动板以一定距离的固定位置彼此间隔开，从而使得如果第一可动板以磁致动器在断开位置所需的行程抬升离开芯部，则第二可动板在芯部的与第一位置相反的第二位置处靠在非磁性平坦插入件上，从而产生磁致动器单元的在断开位置处的保持力。 [0045] 虽然在附图和前述描述中已经详细示出且描述了本发明，但是这种示出和描述应被认为是说明性或示范性而不是限制性的，本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开的内容和所附的权利要求，通过本领域技术人员以及通过实践要求保护的本发明，可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，不定冠词“一”不排除多个。某些措施在彼此不同的从属权利要求中被引用这一事实不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应该构成对范围的限制。 [0046] 附图标记 [0047] 100 磁致动器单元 [0048] 101 芯部 [0049] 102 侧翼部 [0050] 103 第一可动板 [0051] 104 致动轴 [0052] 105 线圈 [0053] 106 永磁体 [0054] 107 第二可动板 [0055] 109 芯部元件 [0056] 110 非磁性平坦插入件 [0057] 111 固定装置，螺钉 [0058] 112 磁通量 [0059] 200 距离(永磁体的外端之间) [0060] 201 宽度或直径(第一可动板的) [0061] 202 外端(永磁体的) [0062] 203 外端(永磁体的) [0063] 400 保持力与第二可动板的宽度及与永磁体的外端之间的距离的关系的图[0064] 401 第二可动板宽度轴 [0065] 402 保持力轴 [0066] 403 永磁体的外端之间的距离 [0067] 404 相对较薄非磁性平坦插入件的曲线 [0068] 405 相对较厚非磁性平坦插入件的曲线 [0069] d1 第一可动板和第二可动板之间的距离 [0070] d2 第二可动板和芯部之间的距离 [0071] P1 第一位置＝接通 [0072] P2 第二位置＝断开 [0073] T 非磁性平坦插入件的厚度 [0074] T2 第二可动板的厚度 |
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