专利名称：一种分离磁路永磁机构接触器及其控制单元的制作方法
技术领域：
本发明属于低压电器设计领域，涉及一种永磁接触器，特别涉及一种分离磁路 永磁机构接触器及其控制单元，属于接触器制造的技术领域。
背景技术：
接触器是工业民用输配电设备中大范围使用的低压电器，相比于电磁接触器， 永磁接触器具有节能、降噪和动态特性更好等诸多优点，受到国内外相关研究机构 的广泛关注[1—2]。目前，永磁接触器的研究主要集中于永磁操动机构和控制方法。现 有的永磁操动机构可以分为单稳态永磁操动机构和双稳态永磁操动机构，也可分为 串联磁路[3]和并联磁路[4]两种形式，上述类型的机构在节能和实现传统接触器开关 功能的目标上均具有一定的效果。
单稳态永磁接触器的控制方法主要为电容储能式[5][6]，包括线圈串联电容式[5] 和线圈并联电容式[6]两种。其中，线圈串联电容式利用电容自身的冲放电脉冲，更 容易实现合闸脉冲电流和分闸脉冲电流。但是由于合闸脉冲电流受限于串联电容的 容量，对于较大电流等级的永磁接触器，动静触头间距较长，又由于电容体积、成 本等限制，串联电容容量有限，合闸脉冲电流往往不能保证永磁接触器的稳定合闸。 另一方面，由于储能弹簧的储能作用，单稳态永磁接触器分闸需要的电能小于合闸 时需要的电能，即使不考虑电容体积与成本，提高电容容量，可靠合闸时，电容存 储的电能超过分闸实际需要的电能，造成资源的浪费，同时，过大的分闸力，使运 动机构与外壳发生剧烈的碰撞，严重降低接触器的寿命。 以下是发明人列出的具有代表性的参考文献 [l].荣命哲，娄建勇，王小华.永磁式接触器动触头动作特性仿真分析与试验研究.中国电机工程学报，2005，25 (01) :109-113. [2]. SUZUKI K. Polar electromagnet for operation electro-magnet comprises permanent magnet and inner yoke arranged at end face of collar unit in piles with
4respect to bobbin of exciting coil [P]. JP2007059460-A.[3].林鹤云，房淑华.永磁接触器的控制装置[P].发明专利，专利号ZL200510040937.2..荣命哲，刘懿莹，娄建勇等. 一种具有并联磁路的永磁机构接触器[P].中国专
禾U,专利号ZL 200610104936.4.[5].林鹤云，金平，房淑华等.具有快速充放电控制特性的双稳态永磁交流接触器.中国专利，申请号ZL 200820033657.8.[6].极化式稀土永磁接触器及其脉冲工作制式电器控制系统[P].中国专利，专利
号:911U785.
发明内容
技术问题本发明的目的在于提出一种分离磁路永磁机构接触器及其控制单元，磁路分离的永磁机构使永磁磁路与电磁磁路分离，互不影响。本发明的另一个目的在于解决单稳态永磁接触器要求合闸脉冲电流大和分闸脉冲电流小的矛盾，同时解决增强大电流等级、长触头行程的永磁接触器合闸能力的问题。
技术方案本发明对永磁接触器的操动机构进行改进，使用一种分离磁路的永磁操动机构，电磁磁路与永磁磁路利用低导磁隔板分离，互不影响。合闸时，合闸线圈通电，永磁磁路与电磁磁路共同作用，实现合闸；分闸时，分闸线圈通电，永磁磁路中出现电磁斥力，与单稳态接触器的反力弹簧共同作用，实现分闸。
本发明的分离磁路永磁机构接触器包括电磁磁路动铁心、动铁心低导磁隔板、永磁磁路动铁心、永磁体、分闸线圈、合闸线圈、永磁磁路静铁心，静铁心低导磁隔板和电磁磁路静铁心；永磁磁路由永磁磁路动铁心、永磁体和永磁磁路静铁心构成；电磁磁路由电磁磁路动铁心和电磁磁路静铁心构成；永磁磁路位于电磁磁路动铁心与电磁磁路静铁心之间，永磁磁路和电磁磁路通过动铁心低导磁隔板和静铁心低导磁隔板完全分离，合闸线圈绕制于电磁磁路，分闸线圈绕制于永磁磁路。
永磁磁路动铁心、永磁磁路静铁心、电磁磁路动铁心和电磁磁路静铁心均为导磁材料，动铁心低导磁隔板和静铁心低导磁隔板为低导磁材料金属或塑料垫片等低导磁材料构成。
该控制单元中的电源模块、合闸模块合闸线圈、储能模块、分闸模块、分闸线圈顺序串联连接，电源模块的输出端还接电容电压监控模块的输入端，电容电压监控模块的输出端接储能模块的第二个输入端，合闸线圈的第二个输出端接合闸短时导通模块的输入端。
该控制装置的电容电压监控模块中，第一二极管、第三电阻、第四电阻顺序串联连接后，并联在电源模块的两输出端上，第三电阻、第四电阻的连接端为电容电压监控模块的输出端，接储能模块的输入端即第三电容的正极。
该控制装置的分闸模块的输入端由第五二极管、第五压敏电阻、第四电容顺序串联连接后，并联在电源地与合闸线圈的输出端上，第九电阻的一端连接在第五压敏电阻与第四电容的连接点处，第九电阻的另一端连接在第一晶体管的基极，第一晶体管的发射极接地，第一晶体管的集电极接可控硅的控制极，可控硅与分闸线圈串联连接后，并联在电源地与合闸线圈的输出端上，第六压敏电阻、第十一电阻串联后，并联在分闸线圈的两端。
该控制装置的合闸短时导通模块中，第六二极管、第七压敏电阻、第十二电阻、第六电容顺序串联后，并联在电源的两端，第十三电阻的一端接第十二电阻、第六电容的连接点，电阻的另一端接第二晶体管的基极，第二晶体管的发射极接地，第二晶体管的集电极接MOS管的栅极。
本发明在电路控制中引入合闸短时导通模块，合闸短时导通模块的合闸延时功率开关与分闸回路及储能电容并联。接通电源，合闸延时功率开关导通，电容两端
短路，交流电源整流后直接接于合闸线圈两端，实现合闸操作；接触器即将合闸前后，合闸延时功率开关关断，电源通过合闸线圈给储能电容充电，接触器完成合闸操作，之后，动静铁心依靠永磁力保持接触器吸合；分闸时，储能电容通过分闸线圈放电，永磁磁路中出现电磁斥力，与单稳态接触器的反力弹簧共同作用，实现分闸操作。
有益效果分离磁路永磁接触器除具有节能效果显著、运行无噪声等永磁接触器一般优点外，还具有磁路分离，分合闸磁路互不影响的特点。
同时，通过合闸短时导通模块的引入，在合闸延时功率开关导通的时间内，合闸线圈直接接交流电源整流后的直流输出，通过设置该功率开关导通的时间，解决单稳态永磁接触器要求合闸脉冲电流大和分闸脉冲电流小的矛盾以及增强大电流等级、长触头行程的永磁接触器合闸能力的问题，使合闸电流时间延长，增强了合闸能力，同时亦减小了储能电容的容量，控制分闸电流脉冲。
图l为本发明接触器的分离磁路永磁机构示意图，其中有电磁磁路动铁心l、动铁心低导磁隔板2、永磁磁路动铁心3、永磁体4、分闸线圈J2、合闸线圈J1、永磁磁路静铁心5，静铁心低导磁隔板6和电磁磁路静铁心7;
图2为去除合闸线圈J1和分闸线圈J2后的永磁机构示意图3为控制单元框图，包括电源模块P1，电容电压监控模块P2，合闸模块P3，储能模块P4，分闸模块P5、合闸短时导通模块P6、合闸线圈J1及合闸线圈J2;
图3为控制单元示意图，包括外部交流电源AC，停止按钮TA，启动按钮QA，整流桥BD，电容C1 C6，电阻R1 R15，压敏电阻RV1 RV7， 二极管D1 D6，单向可控硅Q1 Q2， MOS管Q3，合闸线圈J1，分闸线圈J2，三极管G1 G2。
图4为本发明接触器的分离磁路永磁机构控制单元电路示意图。
具体实施例方式
本发明的分离磁路永磁机构接触器及其控制单元，其机构主要包括电磁磁路动铁心、动铁心低导磁隔板、永磁磁路动铁心、永磁体、分闸线圈、合闸线圈、永磁磁路静铁心，静铁心低导磁隔板和电磁磁路静铁心；动铁心部分包括电磁磁路动铁心、动铁心低导磁隔板和永磁磁路动铁心，静铁心部分包括永磁体、永磁磁路静铁心，静铁心低导磁隔板和电磁磁路静铁心，线圈包括分闸线圈和合闸线圈；电磁磁路动铁心、永磁磁路动铁心、永磁磁路静铁心和电磁磁路静铁心均为导磁材料，动铁心低导磁隔板和静铁心低导磁隔板为低导磁金属或塑料垫片等低导磁材料。图l永磁机构中自下而上依次为，电磁磁路静铁心与外壳固定，为"U"形机构，"U"两端绕制有合闸线圈，"U"形机构中间，通过螺孔和胶体等方式自下而上依次与静铁心低导磁隔板和永磁磁路静铁心固定，永磁磁路静铁心为"E"形机构，永磁体固定于"E"形机构的中间极靴上，分闸线圈绕制在"E"形机构中，动铁心自下而上依次为永磁磁路动铁心、动铁心低导磁隔板和电磁磁路动铁心，其中永磁磁路动铁心通过动铁心低导磁隔板固定于电磁磁路动铁心上，永磁磁路动铁心为"一"形且与静铁心中的"E"形机构对应，电磁磁路动铁心为"n"形且与静铁心中的"U"形机构对应。
如图3所示，控制单元包括电源模块Pl,电容电压监控模块P2，合闸模块P3，储能模块P4，分闸模块P5及合闸短时导通模块P6。电源模块P1中，外部交流电源AC经过停止按钮TA和启动按钮QA经过电源过压保护和滤波环节，接入整流桥BD;电源过压保护由第二电阻R2和第一压敏电阻RV1串联后与整流桥BD输入端并联构成；电源滤波环节由第一电阻R1和第一电容C1串联后与整流桥BD输入端并联构成。电容电压监控模块P2由第一二极管D1、第三电阻R3和第四电阻R4串联构成，与整流桥BD的整流输出相连。合闸模块P3包括合闸脉冲触发电路、合闸功率开关、反馈环节以及合闸线圈保护；合闸脉冲触发电路由第六电阻R6与第二电容C2并联后与第二二极管D2、第二压敏电阻RV2、第五电阻R5串联构成，与整流桥BD的整流输出相连；合闸功率开关为单向可控硅Q1，与第三二极管D3串联后串联于整流桥BD整流输出端正极与合闸线圈之间；反馈环节为第四二极管D4，第四二极管D4正极与第三二极管D3负极相连，第四二极管D4负极与单向可控硅Q1门极相连后与合闸脉冲触发电路中的第五电阻R5与第六电阻R6的连结点相连；合闸线圈保护由第七电阻R7和第三压敏电阻RV3串联构成，与合闸线圈J1并联。储能模块P4包括储能电容C3和储能电容过压保护构成；储能电容C3与合闸功率开关、合闸线圈串联，构成储能电容充电回路；储能电容过压保护由第八电阻R8和第四压敏电阻RV4串联后与储能电容C3并联构成。分闸模块P5由分闸判断电路、分闸线圈过压保护以及分闸功率开关构成；分闸判断电路由两部分构成， 一部分由第五二极管D5、第五压敏电阻RV5和第四电容C4串联后接于整流桥BD的整流输出端构成，另一部分通过第十电阻RIO和第一晶体管G1串联后并联于储能电容C3两端构成，两部分通过连接于第一晶体管G1和第五压敏电阻RV5和第四电容C4连结点之间的第九电阻R9连接,分闸判断电路兼具欠压保护功能，在电源电压峰值小于第五压敏电阻RV5的导通电压时，接触器可以可靠分闸；分闸线圈过压保护由第十一电阻R11和第六压敏电阻RV6串联构成，与分闸线圈J2并联；分闸功率开关为单向可控硅Q2，与分闸线圈J2串联后与储能电容C3并联，其控制极与第一晶体管G1的集电极相连。合闸短时导通模块P6由合闸延时判断电路PX和合闸延时功率开关构成；合闸延时判断电路PX由两部分构成， 一部分由第六二极管D6、第七压敏电阻RV7、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十五电阻R15串联后与整流桥BD的整流输出端连接，第五电容C5与第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十五电阻R15并联，第六电容C6与第十三电阻电阻R13、第十五电阻R15并联构成，另一部分通过第十四电阻R14和第二晶体管G2串联后与整流桥BD的整流输出端连接构成，两部分通过第二晶体管G2的基极和第十二电阻R12与第十五电阻R15连结点相连；合闸延时功率开关为MOS管Q3，与储能电容C3并联，其栅极与第二晶体管G2集电极相连。控制电路示意图如图4所示。合闸的具体操作过程为按下启动按钮QA，整流输出后，电流分五路第一路通过第一二极管D1、第三电阻R3和第四电阻R4，通过第三电阻R3和第四电阻R4的分压设定储能电容C3的储能电压；第二路通过第二二极管D2、第二压敏电阻RV2、第五电阻R5、第六电阻R6和第二电容C2，当电源电压峰值大于第二压敏电阻RV2的导通电压，第二路有电流流过，第五电阻R5和第六电阻R6连接处输出高电平，使单向可控硅Q1导通。第三路通过第五二极管D5、第五压敏电阻RV5和第六电阻R8流入第一晶体管G1基极，使第一晶体管G1导通，第四电容C4保持，第一晶体管G1导通拉低第一晶体管G1集电极电位，使单向可控硅Q2可靠截止；第四路通过第六二极管D6、第七压敏电阻RV7、第十二电阻R12和第十三电阻R13流入第二晶体管G2基极，第六电容C6延时第二晶体管G2开通，第五电容C5保持，第十四通过电阻R14流入第二晶体管G2集电极，当电源电压大于第七压敏电阻RV7的导通电压，第四路有电流流过，由于第十二电阻R12和第六电容C6构成的RC电路在第六电容C6上的电压上升需要一定的上升时间，第二晶体管G2在截止一段时间后导通，由于第二晶体管G2截止时MOS管Q3导通且第二晶体管G2导通时MOS管Q3截止，在启动按钮QA且第二晶体管G2的截止的时间内，MOS管Q3导通，储能电容C3两端短路，通过调节第二晶体管G2的延迟导通的时间可以调节储能电容C3两端短路的时间，进而控制合闸电流的时间。第五路是合闸回路，在第二路导通且第四路处于第二晶体管G2的截止时间内时，电流通过单向可控硅Q1、合闸线圈Jl和MOS管Q3，合闸线圈J1上的电流产生与永磁体(10)同向的电磁吸力，动铁心向下运动，接触器合闸；第四路第二晶体管G2的导通后，MOS管Q3截止，单向可控硅Q1、合闸线圈J1向储能电容C3充电，为接触器分闸储存能量，当储能电容电压达到第一路设定的储能电压值时，由第四二极管D4反馈给单向可控硅Q1控制极一个低电平，使单向可控硅Q1关断，充电过程结束；此后，单向可控硅Ql、 Q2、 MOS管Q3均关断，由第一路为储能电容C3提供损耗补偿。
分闸的具体操作过程按下停止按钮TA或者电源电压小于分闸判断电路中第五压敏电阻RV5的导通电压，第一晶体管G1截止，其集电极输出高电平给单向可控硅Q2控制极，单向可控硅Q2导通，储能电容C3通过分闸线圈和单向可控硅Q2放电，分闸线圈中有电流脉冲流过，产生电磁斥力，在电磁斥力和反力弹簧共同作用下，动静铁心分离，接触器分闸。
权利要求
1.一种分离磁路永磁机构接触器，其特征在于该接触器包括电磁磁路动铁心(1)、动铁心低导磁隔板(2)、永磁磁路动铁心(3)、永磁体(4)、分闸线圈(J2)、合闸线圈(J1)、永磁磁路静铁心(5)、静铁心低导磁隔板(6)和电磁磁路静铁心(7)；永磁磁路由永磁磁路动铁心(3)、永磁体(4)和永磁磁路静铁心(5)构成；电磁磁路由电磁磁路动铁心(1)和电磁磁路静铁心(7)构成；永磁磁路位于电磁磁路动铁心(1)与电磁磁路静铁心(7)之间，永磁磁路和电磁磁路通过动铁心低导磁隔板(2)和静铁心低导磁隔板(6)完全分离，合闸线圈(J1)绕制于电磁磁路，分闸线圈(J2)绕制于永磁磁路。
2. 根据权利要求1所述的一种分离磁路永磁机构接触器，其特征在于永磁磁路 动铁心(3)、永磁磁路静铁心(5)、电磁磁路动铁心(1)和电磁磁路静铁心(7) 均为导磁材料，动铁心低导磁隔板(2)和静铁心低导磁隔板(6)为低导磁材料金 属或塑料垫片等低导磁材料构成。
3. —种如权利要求l所述的分离磁路永磁机构接触器的控制单元，其特征在于 该控制单元中的电源模块(Pl)、合闸模块(P3)、合闸线圈(Jl)、储能模块(P4)、 分闸模块(P5)、分闸线圈(J2)顺序串联连接，电源模块(Pl)的输出端还接电 容电压监控模块(P2)的输入端，电容电压监控模块(P2)的输出端接储能模块(P4) 的第二个输入端，合闸线圈(Jl)的第二个输出端接合闸短时导通模块(P6)的输 入端。
4. 根据权利要求3所述的分离磁路永磁机构接触器的控制单元，其特征在于该 控制装置的电容电压监控模块(P2)中，第一二极管(Dl)、第三电阻(R3)、第 四电阻(R4)顺序串联连接后，并联在电源模块(P1)的两输出端上，第三电阻(R3)、 第四电阻(R4)的连接端为电容电压监控模块(P2)的输出端，接储能模块(P4) 的输入端即第三电容的正极。
5. 根据权利要求3所述的分离磁路永磁机构接触器的控制单元，其特征在于该 控制装置的分闸模块(P5)的输入端由第五二极管(D5)、第五压敏电阻(RV5)、 第四电容(C4)顺序串联连接后，并联在电源地与合闸线圈(Jl)的输出端上，第 九电阻(R9)的一端连接在第五压敏电阻(RV5)与第四电容(C4)的连接点处，第九电阻(R9)的另一端连接在第一晶体管(Gl)的基极，第一晶体管(Gl)的 发射极接地，第一晶体管(Gl)的集电极接可控硅(Q2)的控制极，可控硅(Q2) 与分闸线圈(J2)串联连接后，并联在电源地与合闸线圈(Jl)的输出端上，第六 压敏电阻(RV6)、第十一电阻(R11)串联后，并联在分闸线圈(J2)的两端。
6.根据权利要求3所述的分离磁路永磁机构接触器的控制单元，其特征在于该 控制装置的合闸短时导通模块(P6)中，第六二极管(D6)、第七压敏电阻(RV7)、 第十二电阻(R12)、第六电容(C6)顺序串联后，并联在电源的两端，第十三电阻 (R13)的一端接第十二电阻(R12)、第六电容(C6)的连接点，电阻(R13)的 另一端接第二晶体管(G2)的基极，第二晶体管(G2)的发射极接地，第二晶体 管(G2)的集电极接MOS管(Q3)的栅极。
全文摘要
一种分离磁路永磁机构接触器及其控制单元，动铁心包括电磁磁路动铁心(1)，动铁心低导磁隔板(2)和永磁磁路动铁心(3)；静铁心包括永磁体(4)，永磁磁路静铁心(5)，静铁心低导磁隔板(6)和电磁磁路静铁心(7)；线圈包括分闸线圈(J2)和固定于电磁磁路静铁心(7)两端的合闸线圈(J1)。控制单元包括电源模块(P1)，电容电压监控模块(P2)，合闸模块(P3)，储能模块(P4)，分闸模块(P5)，合闸短时导通模块(P6)，合闸线圈(J1)及分闸线圈(J2)。磁路分离的永磁机构使永磁磁路与电磁磁路分离，互不影响；合闸短时导通模块(P6)的引入，可以减少储能电容容量，增强永磁接触器合闸的能力，保证大容量，长开距的永磁接触器的正常合闸。
文档编号H01H50/16GK101552157SQ200910026110
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者任其文, 房淑华, 林鹤云, 毛万镈, 汪先兵, 平 金 申请人:东南大学