专利名称：电磁装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过由电磁线圈产生的磁通量启动插棒式铁心的电磁装置。
背景技术：
日本专利申请公开H05(1993)-55029和2002-8498公开了已有的双向电磁装置的实例。这些实例中的一种双向电磁装置包括磁路、两个激励线圈和由磁路包围的插棒式铁心。磁路包括第一磁路部件、第二磁路部件、支路部件、中心磁路部件和中间磁路部件。支路部件连接第一磁路部件和第二磁路部件。中间磁路部件从管状支路部件的中间部分径向朝内地凸伸。中心磁路部件每个从第一磁路部件和第二磁路部件的中心部件的基本中间到中间磁路部件与支路部件平行地朝内延伸。两个激励线圈设置在由此构造的磁路中。插棒式铁心通过激励线圈的电磁力吸引中心磁路部件或与其分离。
在本实例中，在给一个激励线圈输送激励电流时，插棒式铁心通过自第一磁路部件的磁动力朝上驱动，并吸引到上部中心磁路部件。然后，在停止给所说的一个激励线圈输送的激励电流时，给另一个激励线圈输送激励电流，插棒式铁心通过自第二磁路部件的磁动力朝下驱动，并被吸引到下部的中心磁路部件。
对于这种实例的双向电磁装置的驱动，磁动力的幅值(每个激励线圈的匝数和所输送的电流的乘积)被确定为与为启动插棒式铁心而要求产生的力相对应；并且插棒式铁心的形状和大小、磁路和其它的元件也被确定为用于防止由磁动力所产生磁通量的饱和。
发明概述本发明的一个目的是通过使用较少量的能量启动插棒式铁心并通过将泄漏磁通量改变为有效磁通量提供一种具有较小的尺寸并实现了较大的磁性吸引力的电磁装置。
根据本发明的一方面，一种电磁装置包括包括第一和第二磁路部件和连接第一和第二磁路部件的支路部件的磁路；设置在磁路中并被布置成产生磁通量的吸引线圈；设置在磁路中并被布置成产生磁通量的排斥线圈；设置在磁路中并被布置成通过吸引线圈和排斥线圈的电磁力中的至少一个电磁力移动到第一和第二磁路部件中的一个部件和从其移开的插棒式铁心；和设置在磁路中的吸引线圈和排斥线圈之间的启动磁通产生部分，该启动磁通产生部分被布置成产生磁通量以使启动磁通产生部分的磁通量和排斥线圈的磁通量在磁路的一部分上彼此磁性地排斥以启动插棒式铁心。
通过下文参考附图的描述将会理解本发明的其它目的和特征。
附图概述附
图1所示为根据本发明的第一实施例在设置磁通量流时使用磁性排斥效应的电磁装置的侧面剖面视图。
附图2所示为附图1的电磁装置在吸引驱动起始位置中的剖面视图，显示了磁通量流的行进。
附图3所示为附图2的电磁装置在吸引驱动起始位置中的剖面视图，显示了磁通量的排斥。
附图4所示为附图3的电磁装置在吸引驱动起始位置中的剖面视图，显示了排斥的磁通量的行进。
附图5所示为电磁装置的剖面视图，显示了在插棒式铁心正从附图4的吸引驱动起始位置移动的状态中的排斥的磁通量的行进。
附图6所示为根据本发明在电磁装置中关于间隙和启动插棒式铁心的力的操作特征曲线的特征图。
附图7所示为根据本发明的第二实施例使用延迟的效应的电磁装置的侧面剖视图。
附图8所示为根据本发明的第三实施例电磁装置的侧剖视图。
附图9所示为附图8的电磁装置的下部中心部件的部件剖视图。
附图10所示为在附图9的电磁装置的下部中心部件中的磁通量的部分剖视图。
附图11所示为在附图8的电磁装置的变化的下部中心部件中的磁通量的部分剖视图。
附图12所示为在附图8的电磁装置中在有效磁通量和吸引线圈的激发时间之间的关系的特征图。
附图13所示为根据本发明的第四实施例的电磁装置的侧面剖视图。
附图14所示为在附图13的电磁装置的下部中心部件中的磁通量流的部分剖视图。
附图15所示为根据本发明的第五实施例的电磁装置的侧面剖视图。
附图16所示为附图15的电磁装置的部件的部分剖视图，其中金属环设置在棒孔和插棒之间。
附图17所示为附图15的金属环的透视图。
优选实施例的详细描述(1)实施例1附图1所示为使用磁性排斥效应的电磁装置(或传动装置)的结构的剖视图。如附图1所示，根据本发明的第一实施例的电磁装置包括磁路1(或形成磁路的壳体)、吸引线圈7、形成启动磁通产生部分的启动线圈(或驱动线圈)8、排斥线圈9和插棒式铁心4。磁路1包括分别在上端和下端的第一磁路部件2A和第二磁路部件2B和位于第一磁路部件2A和第二磁路部件2B之间的中间磁路部件3。中间磁路部件3在第一和第二磁路部件2A和2B之间自磁路1的内周边径向朝内地凸伸。第一磁路部件2A和第二磁路部件2B在磁路1内连成一起。因此，在磁性上，磁路1由第一磁路10和第二磁路11的两个磁性部分形成。在结构上，第一磁路10和第二磁路11由通过具有部分6C和6D的侧支路部件连接的第一磁路部件2A和第二磁路部件2B形成。形成磁路1的壳体在形状上类似于管子或空的圆柱体。
插棒式铁心4设置在磁路1中。插棒式铁心的插棒5延伸通过插棒式铁心4并自插棒式铁心4的上部和下部端部4A和4B朝外通过中心磁路部件6A和6B凸伸。中心磁路部件6A和6B分别与第一磁路部件2A和第二磁路部件2B形成一体。每个中心磁路部件6A和6B自第一或第二磁路部件2A或2B的中心部分轴向朝内凸伸。此外，插棒5可以通过形成在第一磁路部件2A和第二磁路部件2B中的棒孔直接插入。插棒式铁心4通过线圈7、8和9的磁动力在由箭头Y所示的轴向方向上移动。插棒式铁心4和每个中心磁路部件6A和6B形成了间隙G1或G2。磁路1和插棒式铁心4由磁性材料形成。
吸引线圈7和排斥线圈9设置在磁路1中。吸引线圈7设置在中间磁路部件3和包括中心磁路部件6A的第一(上部)磁路部件2A之间。排斥线圈9设置在中间磁路部件3和包括中心磁路部件6B的第二(下部)磁路部件2B之间。吸引线圈7和排斥线圈9每个都由缠绕在轴向方向上延伸的线周围的导体形成。启动线圈8提供在中间磁路部件3上。
通过缠绕在垂直于线圈7和9的轴向方向的径向线周围的导体形成每个启动线圈8。启动磁通产生部分的启动线圈8可以通过一个或多个永磁体或能够产生磁通量的任何装置替换。在启动通量产生装置8直接提供在磁路1中时，可以省去中间磁路部件3。插棒式铁心4设置在由吸引线圈7、排斥线圈9和启动磁通产生部分8包围的区域内。
启动线圈8和排斥线圈9布置成产生彼此接近的磁动力。换句话说，启动线圈8和排斥线圈9的磁动力使在相应的方向上产生在磁性上彼此排斥的磁通量以在磁路1的一部分上启动插棒式铁心4的运动。每个启动线圈8和排斥线圈9被布置成使磁动力小于或等于吸引线圈7的磁动力。
详细地说，与吸引线圈7和启动线圈8相对的磁路1的部分、第一磁路部件2A和中间磁路部分3构成了第一磁路10。与排斥线圈9相对的磁路1的部分和第二磁路部件2B构成了第二磁路11。因此，如上文所述，磁路1由第一磁路10和第二磁路11构成。第一磁路10被布置成具有比第二磁路11的截面更大的截面。因此，第一磁路10具有比第二磁路11的磁阻更小的磁阻。第一磁路10和第二磁路11是独立的部分，并且彼此可分离。在本实例中，第一磁路10和第二磁路11彼此邻接以形成磁路1。
接着，下文参考附图1至附图5描述利用磁性排斥的电磁装置的操作。如附图1所示，在磁通量流的初始设置时，给吸引线圈7、启动线圈8和排斥线圈9输送电流以便产生在相同的方向上流动的吸引磁通量φ7、启动磁通量φ8和排斥磁通量φ9。
附图2所示为在吸引驱动起始位置中的电磁装置，其中插棒式铁心4邻接在中心磁路部件6B上，由此间隙G1比间隙G2更宽。在这种状态下，吸引磁通量φ7、启动磁通量φ8和排斥磁通量φ9如下文所述地流动。
吸引磁通量φ7主要在第一磁路10中流动，并且也作为吸引磁通量φ7′在第二磁路11中流动。由于第二磁路11是具有大于第一磁路10的磁阻的瓶颈路径，因此吸引磁通量φ7大于吸引磁通量φ7′(φ7＞φ7′)。由于间隙G1比间隙G2更宽(G1＞G2)，因此间隙G2具有比间隙G1的磁阻更小的磁阻，大部分起始磁通量φ8使它的流动过程朝其中磁阻更小的在第二磁路11中的插棒式铁心4的下部端部4B反向流动，如在附图2中的弯曲箭头X所示。起始磁通量φ8的这个反向流动的方向与其中起始磁通量φ8最终在吸引完成位置流动的方向相反，在吸引完成位置中在插棒式铁心4和第一中心磁路部件6A之间的间隙G1减小。排斥磁通量φ9主要在第二磁路11中流动。
启动线圈8和排斥线圈9的磁动力被设置成彼此相等或接近。因此，虽然大部分排斥磁通量φ9流过与在中心磁路部件6B和插棒式铁心4的下部端部4B之间的第二磁路11中的排斥线圈9相对地形成的间隙G2，如附图3所示，但是反转到下部端部4B的起始磁通量φ8和在中心磁路部件6B中流动的排斥磁通量φ9在间隙G2的两侧上彼此相对着，由此以在磁体之间的同极排斥类似的方式产生排斥力。
然后，在起始磁通量φ8和排斥磁通量φ9之间的排斥迫使起始磁通量φ8如在附图3中的弯曲箭头X所示地转弯，并作为起始磁通量φ8′朝第一磁路10流动。
在这种情况下，插棒式铁心4接收通过在间隙G2上通过排斥磁通量φ9所排斥的起始磁通量φ8′所形成的驱动力和在间隙G1上通过在第一磁路10中流动的吸引磁通量φ7所形成的吸引力，如附图4所示。
在间隙G2是最小时，吸引磁通量φ7′以在吸引磁通量φ7和φ7′之间的磁阻的比率从吸引磁通量φ7中分出来，在第二磁路11的瓶颈路径中流动，然后与在间隙G2中的起始磁通量φ8相排斥的排斥磁通量φ9联合。然而，在吸引磁通量φ7和φ7′之间的磁阻的比率随着间隙G2在插棒式铁心4的启动之后立即增加而变化。根据由此变化的比率，吸引磁通量φ7′降低，而吸引磁通量φ7增加。吸引磁通量φ7通过输送给吸引线圈7的较大的电流进一步增加，同时磁通量彼此抵消并且延迟插棒式铁心4的驱动的启动，如下文所述。
如果在上文所描述的早先技术已有的双向电磁装置的实例中激励吸引线圈，则在第二磁路中流动的吸引磁通量φ7′的大小相当大，因为对应于第二磁路11的部分具有相当大的截面面积，因此具有相当小的磁阻。在吸引磁通量φ7′的大小相当大并且停留在间隙G2中时，在间隙G2中流动的吸引磁通量φ7′施加在插棒式铁心4的下端部分4B和中心磁路部件6B之间的吸引力，由此阻止插棒式铁心4的正常操作，因为在间隙G1中的吸引力和在间隙G2中的吸引力之差形成了启动插棒式铁心4的力。此外，由于与永磁体的磁通量相排斥的位置不能被固定，因此在除了间隙G2之外的部分上非常可能发生排斥。因此，上文描述的已有的双向电磁装置的实例不能实现用于驱动插棒式铁心4的稳定的力。
因此，吸引磁通量φ7和起始磁通量φ8′自驱动开始一起形成了用于插棒式铁心4的磁性吸引力，并以较强的驱动力移动插棒式铁心4，如附图5所示。
如上文所述，在驱动开始时磁性排斥增加了驱动插棒式铁心4的力。即使在驱动开始之后，在排斥线圈9中的排斥磁通量φ9也不极大地改变，因为排斥点处于排斥线圈9中；因此，排斥磁通量φ9继续排斥并使启动线圈8的起始磁通量φ8反向直到驱动操作结束，由此继续将起始磁通量φ8′加入到吸引线圈7的吸引磁通量φ7中。在这种情况下，由于吸引线圈7、启动线圈8和排斥线圈9被布置成向它们输以电流以使吸引磁通量φ7、起始磁通量φ8和排斥磁通量φ9在相同的方向上流动，如附图1所示，施加给吸引线圈7、启动线圈8和排斥线圈9的所有的磁动力形成了驱动插棒式铁心4的力。
然后，插棒式铁心4如附图5所示地移动，插棒式铁心4的上部端部4A在电磁装置的驱动操作结束时邻接着中心磁路部件6A。
因此，从插棒式铁心4的驱动开始，本发明的电磁装置通过使用由排斥磁通量φ9所排斥的起始磁通量φ8′的驱动力和通过始磁通量φ8′和吸引磁通量φ7的合并所增加的吸引力移动插棒式铁心4。因此，该电磁装置能够自驱动开始使用由此增强的力来驱动插棒式铁心4。除此之外，由于本发明的电磁装置获得了在驱动的开始时从另一线圈(在本实例中为启动线圈8)驱动插棒式铁心开始要求的驱动力，因此本发明的电磁装置能够以吸引线圈7的较小的磁动力进行操作，由此能够减小在驱动操作结束时的冲击。
附图6所示为关于间隙G1和驱动插棒式铁心4的力(F)的操作特征曲线的操作特征图。假设本发明的特征曲线12表示在间隙G1的100％的位置上的100％的驱动力F1，特征曲线12表示在间隙G1的0％的位置上的500％的驱动力F3。驱动力F3与驱动力F1的比率是5。
通过对比，如果与本发明相同的幅值的磁动力施加在上述的已有的双向电磁装置的实例中，则已有的装置的特征曲线13表示在间隙G1的100％的位置上的50％的驱动力F2，以及在间隙G1的0％的位置上的700％的驱动力F4。驱动力F4与驱动力F2的比率是14。
因此，特征曲线13与特征曲线12的比率在间隙G1的100％的位置上是1/2，在间隙G1的0％位置上是1.4。换句话说，在施加相同的幅值或相同的能量的磁动力时，本发明的电磁装置在间隙G1的100％位置上能够实现与插棒式铁心的驱动开始时初始驱动力两倍大的驱动力，而在间隙G1的0％位置上在驱动操作的结束时实现减小冲击0.71比率。
此外，如果在已有的双向电磁装置中施加的磁动力的幅值自本发明的相同的幅值增加，则已有装置的特征曲线14指示与在本发明中相同的初始驱动力，即在间隙G1的100％位置上的100％的相同的驱动力F1。然而，特征曲线14指示在间隙G1的0％位置上2000％的较大的驱动力F5。驱动力F5与驱动力F1的比率是20。因此，虽然特征曲线14与特征曲线12的比率是0，显示了在间隙G1的100％的位置上相同的初始驱动力，但是在插棒式铁心的驱动操作结束时在间隙G1的0％位置上该比率是4。即，由于已有的装置通过增加磁动力的幅值要求与本发明相同等级的初始驱动力，因此已有的装置要求了无效率地较大的能量，并且在间隙G1的0％位置上在驱动操作结束时还增加了冲击。
在这种情况下，在本发明的电磁装置要求5A的操作电流时，已有的装置要求10A的操作电流。为输送10A的操作电流需要导体具有较大的截面面积，由此增加了由导体形成的线圈的尺寸。随着该线圈的尺寸的增加，在线圈周围的磁路长度变得更长，以及随着长度增加，磁路的磁阻变大。为补偿磁阻的增加，磁路的截面面积需要增加，由此已有装置陷入尺寸增加。
如上文所述，在这种已有的电磁装置中，无效率地施加磁动力以便启动插棒式铁心。因此，为裨补这种无效率，这种已有的电磁装置要求激励较大尺寸的线圈以产生较大的磁动力，并且还要求具有较大的截面面积的插棒式铁心和其它磁路元件以防止由较大的磁动力引起的较大的磁通量的磁饱和。因此，这种已有的电磁装置陷入尺寸增加和成本增加。除此之外，这种已有的电磁装置要求具有较高的成本的其它较大尺寸的外部部件，比如具有较大的电流传输能力的较大直径的电缆以便避免在大电流下的压降。
此外，在本发明中，第一磁路10被布置成具有小于第二磁路11的磁阻的磁阻，以便有利于起始磁通量φ8朝第一磁路10的转弯和排斥。因此，本实施例的电磁装置仅要求少量的功率并且能够使其尺寸较小。
因此，在驱动插棒式铁心4的过程中，第一实施例的电磁装置在磁路的较宽的范围上有效地使用所有的磁通量作为驱动力。因此，本实施例的电磁装置仅造成了少量的磁通量的损失，因此改善了在驱动插棒式铁心中的磁通量的效率。因此，本实施例的电磁装置能够以少量的功率实现较大的磁性吸引力。因此，本实施例的电磁装置能够以少量的能量进行操作，并且也可以将其制成较小的尺寸。依照这种能量和尺寸的降低，本实施例的电磁装置也能够减小其它的部件的尺寸和容量，比如该装置所需要的功率单元和电缆，因此在总的成本降低方面比较有利。
(2)实施例2附图7所示为使用延迟效应的电磁装置的结构的剖视图。根据本发明的第二实施例的电磁装置延迟插棒式铁心4的驱动的开始，由此实现较大的磁性吸引力。
如附图7所示，根据第二实施例的电磁装置包括替换附图1的启动线圈8的延迟线圈28。吸引线圈7被布置成能够产生比延迟线圈28的磁动力更大的磁动力。延迟线圈28以与吸引线圈7的缠绕方向相反的方向上缠绕。因此，吸引线圈7的磁通量φ7和延迟线圈28的φ28在彼此抵消的方向上流动。因此，延迟线圈28被缠绕成产生抵消吸引线圈7的磁通量φ7的磁通量φ28。在附图7的实例中，没有排斥线圈9。
在通过吸引线圈7所产生的磁通量φ7和通过延迟线圈28所产生的磁通量φ28彼此抵消的周期中，附图7的电磁装置临时地延迟插棒式铁心4的驱动的开始。在这个周期中，给吸引线圈7输送更大的激励电流。在吸引线圈7的磁动力变得大于延迟线圈28的磁动力时并且失去了在磁通量φ7和磁通量φ28之间的平衡时，电磁装置立即驱动插棒式铁心4。
如上文所述的已有的电磁装置的实例中，如果在磁通量的产生的时刻启动插棒式铁心的驱动，则作为每个线圈的匝数和所输送的电流的乘积的磁动力的幅值必须被确定为实现在磁通量的产生的时刻启动插棒式铁心所要求的力。因此，即使在磁通量的产生的时刻为了实现较大的磁性吸引力，该装置需要制造得尺寸较大，并且要求大量的功率。
通过对比，第二实施例的电磁装置通过使用延迟线圈28延迟了插棒式铁心4的驱动的开始，因此能够给吸引线圈7输送对应于延迟时间的量的更多的激励电流。因此，附图7的电磁装置能够以通过吸引线圈7产生的较大的磁动力促进插棒式铁心4的驱动。因此，本实施例的电磁装置能够以较小的功率实现较大的磁性吸引力，由此能够使其尺寸较小。假设已有的双向电磁装置要求10的电功率实现启动插棒式铁心的驱动所要求的磁性吸引力，则本实施例的电磁装置仅要求2～5的电功率实现启动插棒式铁心的驱动的这种磁性吸引力。
(3)实施例3附图8所示为根据本发明的第三实施例的电磁装置的结构的剖视图。附图9至11每个都是附图8的电磁装置的一部分的部分剖视图。本实施例的电磁装置包括延伸通过下部第二磁路部分2B的中心孔或通道部件38。中心磁路部件或中心支路部件6A从第一磁路部分2A的中心部件轴向朝内、深入吸引线圈7并朝通道部件38延伸。下部第二磁路部分2B包括形成通道部件38的第二磁路内部表面34A和与中心支路部件6A的中心支路下部端部36A相对的第二磁路上部端部表面34B。插棒式铁心4自驱动开始位置S在通道部件38内移动。驱动开始位置S位于第二磁路部件2B的附近，并且在轴向上在第二磁路内部表面34A和第二磁路上部端部表面34B之间，如附图9所示。
在这种结构设置中，泄漏磁通量Φ32是主要在中心支路下部端部36A和第二磁路部分2B之间产生的磁通量。插棒式铁心4自驱动开始位置S的移动改变了磁阻的平衡，泄漏磁通量Φ32将流动的方向改变到磁阻变得相对较小的在中心支路部件6A和插棒式铁心4之间的一部分，泄漏磁通量Φ32变为构成移动插棒式铁心4的吸引力的有效磁通量，如附图10所示。因此，这个实施例的电磁装置将泄漏磁通量Φ32改变为有效磁通量Φ31，由此增加了吸引力。因此，本实施例的电磁装置通过将有效磁通量加入到吸引力的程度使尺寸更小。
通过将驱动开始位置S设置在如上文所述的第二磁路部分2B的附近的位置上，通过斜切第二磁路部分2B以在第二磁路内部表面34A和第二磁路上部端部表面34B之间形成倾斜的表面(或锥形表面)34C，或者通过在如附图11所示的第二磁路内部表面34A的上部部分上形成凹陷部分30，泄漏磁通量Φ32能够平滑地改变到有效磁通量Φ31。凹陷部分30是圆柱形并且具有比由第二磁路内部表面34A所包围的圆柱形通道部件38的直径更大的直径。
在本实例中，通过形成倾斜面34C，在包含线圈7的空间中产生的泄漏磁通量连续地移到倾斜面34C，并继续补充泄漏磁通量Φ32。因此，泄漏磁通量Φ32根据插棒式铁心4的运动连续地输送有效磁通量，由此甚至产生了用于插棒式铁心4的更大的吸引力。因此，本实施例的电磁装置能够制造得更加小。
凹陷部分30增加了在与下部端部36A相对的第二磁路部分2B上的磁阻，由此使泄漏磁通量Φ32通过第二磁路部分2B流到下部端部36A。在下部端部36A和插棒式铁心4之间，泄漏磁通量Φ32变为有效磁通量，由此增加了吸引力。
附图12所示为在激发时间T和有效磁通量Φ之间的关系的磁性特征图。已有的电磁装置的特征曲线ΦA成比例地增加直到曲线ΦA显示对应于吸引线圈7的最大电流的大约70％的磁通量，并在此后显示饱和。特征曲线ΦA显示在成比例地增加的区域中时间t1时对应于启动插棒式铁心4的力的有效磁通量。
由于本发明的电磁装置累积泄漏磁通量Φ32，因此在开始形成了少量的有效磁通量。因此，本发明的电磁装置的特征曲线ΦB适当地增加到对应于启动插棒式铁心4的力的上文所述的有效磁通量的水平直到延迟的时间t2。在延迟的时间t2之后，泄漏的磁通量Φ32急剧地改变到有效磁通量Φ31；因此，特征曲线ΦB显示有效磁通量的急剧的增加。
因此，在延迟的时间t2时，插棒式铁心4自驱动开始位置S的运动改变了磁阻的平衡，泄漏磁通量Φ32将流动的方向改变到在中心支路部件6A和插棒式铁心4之间的磁阻变得相对较小的部分。然后，泄漏磁通量Φ32变为增加到移动插棒式铁心4的吸引力的有效磁通量。因此，有效磁通量Φ31急剧地增加，由此增加了吸引力。因此，本发明的特征曲线ΦB显示了比已有的电磁装置的特征曲线ΦA更急剧地增加的有效磁通量Φ31。
如附图12所示，本发明的特征曲线ΦB在每个特征曲线指示对应于启动插棒式铁心的力的有效磁通量大小之后具有比已有的电磁装置的特征曲线ΦA的梯度αA更大的梯度αB。这个更大的梯度αB显示了本发明的电磁装置通过急剧增长的有效磁通量根据吸引力的增加以变得更高的速度驱动插棒式铁心4。除此之外，例如，在本发明的电磁装置应用于控制断路器时，该电磁装置以具有从断路操作引起的衰减的直流分量到短路电流的较小的电流值进行操作。在这种情况下，该电磁装置能够以这种较小的电流值进行操作，因为延迟时间t2比延迟时间t1更长。因此，本实施例的电磁装置和断路器的控制器的尺寸可以更小。
为延迟启动插棒式铁心4的时间，本实施例的电磁装置包括螺纹槽37D和加重物或偏置部件37E。螺纹槽37D提供在延伸过插棒式铁心4的通孔中。上部和下部插棒5A和5B从插棒式铁心4的上部和下部端部凸伸。通孔37C通过第一磁路部分2A和中心支路部件6A延伸。上部插棒5A通过插入到通孔37C并插入到螺纹槽37D的上部部分中而固定到插棒式铁心4。下部插棒5B通过将加重物37E设置在下部插棒5B周围、将螺栓37F通过加重物37E放置并将螺栓37F固定到螺纹槽37D的下部部分中而固定到插棒式铁心4。
加重物37E延迟插棒式铁心4的启动直到用于驱动的电流变得大于或等于吸引线圈7的最大电流的70％，由此在延迟周期中使泄漏磁通量较大并使有效磁通量更小。启动插棒式铁心4的力可以通过连接到加重物37E或与其分离来改变启动驱动所要求的力的水平而调整。因此，本实施例的电磁装置使用加重物37E调节启动插棒式铁心4所要求的时间和吸引力。
根据本第三实施例，电磁装置将泄漏磁通量Φ32改变到有效磁通量Φ31，由此以少量的电流增加吸引力。因此，本实施例的延迟电磁装置能够根据增加的吸引力高速地操作；并且根据小电流电磁装置、断路器和它的控制器的尺寸也可以制造得较小。
(4)实施例4附图13所示为根据本发明的第四实施例的电磁装置的结构的剖视图。附图14所示为附图13的电磁装置的一部分的部分剖视图。本实施例的电磁装置如第三实施例一样将泄漏磁通量改变到有效磁通量。
在附图13的电磁装置中，中心支路部件6A具有大于插棒式铁心4的截面面积S2的截面面积S1。下部第二磁路部分2B包括径向朝通道部件38凸伸的凸伸部分44A和在凸伸部分44A之上形成的凹陷部件40。凹陷部件40是圆柱形并且具有大于由凸伸部分44A所包围的圆柱形通道部件38的直径D1的直径D2。凹陷部件40设置在凸伸部分44A和中心支路部件6A之间。因此，凸伸部分44A的上部端表面在凹陷部件40上与中心支路部件6A相对，即凸伸部分44A在凹陷部件40上与中心支路部件6A重叠。
在本第四实施例中，在插棒式铁心4的运动改变磁阻的平衡时，主要在中心支路下部端部36A和第二磁路部分2B之间产生的泄漏磁通量Φ32将流向方向改变到在中心支路部件6A和插棒式铁心4之间的部分，在这里磁阻变得相对较小并且泄漏磁通量Φ32变为构成移动插棒式铁心4的吸引力的有效磁通量Φ31，如附图14所示。在这种结构设置中，由于截面面积S1大于插棒式铁心4的截面面积S2的缘故，中心支路部件6A吸引更大部分的有效磁通量Φ31。因此，本实施例的电磁装置将泄漏磁通量Φ32改变到有效磁通量Φ31，并有效地增加吸引力。因此，本实施例的电磁装置能够通过将有效磁通量增加到吸引力中的程度使尺寸减小。
由于中心支路部件6A的截面面积S1大于插棒式铁心4的截面面积S2，因此中心支路部件6A从插棒式铁心4吸引更大部分的有效磁通量Φ31，由此进一步有效地增加了吸引力。因此，本实施例的电磁装置能够通过吸引力进一步增加的程度使尺寸减小。
除此之外，如上文所述，下部第二磁路部分2B的凸伸部分44A与中心支路部件6A重叠，并且凹陷部件40在与下部端部36A相对的第二磁路部分2B上增加磁阻。这种结构布置防止了泄漏磁通量Φ32泄漏到下部端部36A而不通过插棒式铁心4，而是有利于较大部分的泄漏磁通量Φ32通过凸伸部分44A流到插棒式铁心4。因此，泄漏磁通量Φ32增加在插棒式铁心4中的有效磁通量Φ31，并且有效磁通量Φ31增加了吸引力。因此，本实施例的电磁装置能够根据吸引力的增加使尺寸更小。
为了实现有在附图2中所示的本发明的特征曲线ΦB所表示的类似的磁特性，加重物37E与插棒式铁心4连接或分离，由此改变启动插棒式铁心4所要求的力，并且调节延迟的时间直到插棒式铁心4的开始。在延迟的时间中，调节输送给吸引线圈7的激励电流的幅值，吸引线圈7产生根据激励电流的幅值调节的磁通量。根据所调节的磁通量，电磁装置能够调节驱动插棒式铁心4所要求的时间和吸引力。
根据本发明的第四实施例，电磁装置随着通过有效地改变泄漏磁通量Φ32到有效磁通量Φ31而以少量的电流增加吸引力。因此，本实施例的电磁装置根据较小的电流能够使尺寸较小，并且能够用于断路器的控制器，如第三实施例一样。因此，本实施例的延迟的小尺寸的电磁装置能够根据以较小的电流增加的吸引力高速地操作。
(5)实施例5附图15所示为根据本发明的第五实施例的电磁装置的结构的剖视图。附图16所示为附图15的电磁装置的一部分的部分剖视图。附图17所示为在附图15的电磁装置中提供的每个金属环的透视图。附图15的电磁装置具有与附图1的电磁装置基本相同的结构。此外，附图15的电磁装置包括设置在通过第一磁路部分2A和中心磁路部件6A延伸的棒孔或棒通道51中的金属环或磁性部件55和放置在上部和下部金属环55之间的垫片56。每个金属环55包括磁性片或磁性层55A和滑动层55B。磁性片55A由薄环形的磁性材料制成。滑动层55B提供与在插入在棒孔51中的插棒5A相对的磁性片55A的表面上。
滑动层55B由本身润滑的可滑动的材料制成，它具有较小的摩擦系数，并且不容易磨损。例如，四氟乙烯树脂(氟树脂)、聚乙烯树脂、硅树脂或聚缩醛树脂都可用作可滑动的材料。在本实施例中，滑动层55B由氟树脂制成。金属环55可以由其它的磁性金属部件替换，比如除了环形之外的其它形状的金属板，只要该部件包括磁性材料部件和滑动层，或者仅有磁性材料部件。
插棒5A插入在棒孔或棒通道51中，金属环55插入在棒孔51和插棒5A之间。在这种状态下，第一磁路部分2A置于侧支路部件的部分6C和6D的上部端部；螺栓52通过第一磁路部分2A拧进中心磁路部件6A，由此支撑着第一磁路部分2A和中心磁路部件6A。
然后，在给吸引线圈7和排斥线圈9输送激励电流时，通过所输送的激励电流所产生的吸引磁通量Φ7和排斥磁通量Φ9和由启动磁通产生部分8所产生的启动磁通量Φ8通过中心磁路部件6A在磁路1中循环，并产生将插棒式铁心4吸引到下部端部36A的电磁吸引，如上文在第一实施例中所述。
在棒孔51和插棒5A之间的间隙51A通过插入在棒孔51和插棒5A之间的金属环55的厚度容易变窄。由此变窄的间隙51A阻止了插棒5A的倾斜。因此，在插棒式铁心4接触下部端部36A的接触面57上，在插棒式铁心4和下部端部36A之间的接触面积增加，相反，在接触面57上在插棒式铁心4和下部端部36A之间的间隙减小。在插棒式铁心4和下部端部36A之间的这种接触降低了造成接触面57的损坏和磁通量损失的可能性，由此提高了本实施例的电磁装置的寿命。
在插棒5A与滑动层55B接触的同时在棒孔51中移动时，滑动层55B的润滑性使插棒5A的运动平稳，由此防止了插棒5A受到额外的负担，并减小了本实施例的电磁装置的操作所要求的功率量。
由于通过简单地将金属环55插入到棒孔51中容易使间隙51G变窄，因此棒孔51不需要以更高的精度形成。不同尺寸的金属环55可以插入到棒孔51中以便容易调节间隙51A的宽度。
由于金属环55提供在磁路1中，因此通过磁路1的磁性吸引，金属环55可以连续地保持在棒孔51的内表面上。由于这种磁性吸引的缘故，金属环55保持不动并继续保持在棒孔51的内表面上，即使在插棒5A与滑动层55B接触移动时。
如上文所述，启动磁通产生部分8可以作为永磁体实现。在这种情况下，甚至在没有给吸引线圈7和排斥线圈9输送激励电流时，来自永磁体并在磁路1中循环的磁通量产生了将金属环55继续保持在棒孔51的内表面上或者下文所描述的支撑金属部件53的表面上或者在磁路1的部件上的磁性吸引力。在电磁装置仅包括吸引线圈7和排斥线圈9时，金属环55通过剩余磁通可以连续地保持在磁路1中。因此，本实施例的电磁装置能够以不包括额外的支撑部件的简单结构保持金属环55。
如上文所述，附图15的电磁装置包括支撑金属部件53。支撑金属部件53设置在启动线圈8和排斥线圈9之间。包括与插棒式铁心4相对的滑动层55B的金属环55固定在与插棒式铁心4相对的支撑金属部件53的表面上。除此之外，金属环55可以固定在启动线圈8上或者与插棒式铁心4相对的磁路1的部件上。与插棒式铁心4相对地设置的金属环55具有与上文所述的相对插棒5A设置的金属环55的效果类似的效果。
具体地说，金属环55使在支撑金属部件53和插棒式铁心4之间的间隙变窄，并防止了插棒式铁心4相对于轴向方向倾斜。除此之外，在插棒式铁心4与滑动层55B接触移动时，滑动层55B的润滑性防止了插棒式铁心4受到额外的负担，由此减小了本实施例的电磁装置的操作所要求的功率大小。此外，金属环55使在磁路1和插棒式铁心4之间的间隙变窄，由此减小在磁路1中的磁性损失。因此，本实施例的电磁装置能够通过金属环55减小磁性损失的程度增加磁性吸引力。
在本实施例中，金属环55可以由其它的磁性金属部件替换，比如除了环形之外的其它形状的金属片，只要该部件可用于容易使该间隙变窄并且容易调整该间隙的宽度，如上文所描述，它包括磁性材料部件和滑动层，或者仅有磁性材料部件。
因此，本实施例的电磁装置能够降低在插棒5A或者插棒式铁心4和相对的部件的接触表面上的磁通量损失和损坏，由此具有提高的寿命和增加的磁性吸引力。特别是，在将该电磁装置设计成简单地增加磁性吸引力时，上文所提及的磁性金属部件比如金属环或金属片可以仅包括磁性材料部件。磁性金属部件可以提供在插棒式铁心4上。
例如，被布置成调节在磁路1和插棒式铁心4之间的间隙的磁性金属部件可以设置在间隙内在插棒式铁心4或磁路1上或者这两者上。该磁性金属部件可以包括在与磁路1或插棒式铁心4相对的表面上的滑动层。因此，该电磁装置可以具有在磁路1和插棒式铁心4之间变窄的间隙。
可替换地，被布置成调节在磁路1和插棒式铁心4之间的间隙的磁性金属部件可以设置在该间隙内在插棒式铁心4或磁路1或这两者上。磁性金属部件仅包括磁性材料部件。因此，电磁装置可以具有在磁路1和插棒式铁心4之间的变窄的间隙。
本申请基于在先的2003年8月12日申请的日本专利申请No.2003-292242；2003年11月19日申请的日本专利申请No.2003-388836；2004年6月8日申请的日本专利申请No.2004-170283；2004年6月8日申请的日本专利申请No.2004-170284；和2004年6月8日申请的日本专利申请No.2004-170285。在此以引用参考的方式将这些日本专利申请No.2003-292242、2003-388836、2004-170283、2004-170284、2004-170285的全部内容结合在本申请中。
虽然上文参考本发明的某些实施例已经描述了本发明，但是本发明并不限于上文所描述的实施例。对于本领域普通技术人员来说根据上文的教导可以对上文所描述的实施例进行改进和改变。本发明的范围参考后面的权利要求界定。
权利要求
1.一种电磁装置，包括包括第一和第二磁路部件和连接第一和第二磁路部件的支路部件的磁路；设置在磁路中并被布置成产生磁通量的吸引线圈；设置在磁路中并被布置成产生磁通量的排斥线圈；设置在磁路中并被布置成通过吸引线圈和排斥线圈的电磁力中的至少一个电磁力移动到第一和第二磁路部件中的一个部件和从其移开的插棒式铁心；和设置在磁路中的吸引线圈和排斥线圈之间的启动磁通产生部分，该启动磁通产生部分被布置成产生磁通量以使启动磁通产生部分的磁通量和排斥线圈的磁通量在磁路的一部分上彼此磁性地排斥以启动插棒式铁心。
2.如权利要求1所述的电磁装置，其中磁路由形成在对着吸引线圈和启动磁通产生部分的一部分中的第一磁路、和形成在对着排斥线圈的一部分中的第二磁路构成，第一磁路具有比第二磁路的磁阻更小的磁阻。
3.如权利要求1所述的电磁装置，其中启动磁通产生部分的磁通量和排斥线圈的磁通量在第二磁路部件和插棒式铁心之间的部分上在磁性上彼此排斥。
4.如权利要求1所述的电磁装置，其中启动磁通产生部分和排斥线圈被布置成产生彼此接近的磁动力。
5.一种电磁装置，包括包括第一和第二磁路部件和连接第一和第二磁路部件的支路部件的磁路；设置在磁路中并被布置成产生磁动力的吸引线圈；设置在磁路中并被布置成通过吸引线圈的电磁力移动到第一和第二磁路部件中的一个部件和从其移开的插棒式铁心；和设置在磁路中并以与缠绕吸引线圈的缠绕方向相反的缠绕方向缠绕的延迟线圈，并且该延迟线圈被布置成产生比吸引线圈的磁动力更大的磁动力。
6.一种电磁装置，包括包括第一和第二磁路部件和连接第一和第二磁路部件的侧支路部件的磁路，第一和第二磁路部件中的一个包括中心磁路部件；设置在磁路中并被布置成产生磁动力的吸引线圈；和设置在磁路中并被布置成从位于在第二磁路部件附近的部分中的驱动开始位置开始并通过吸引线圈的电磁力移动到中心磁路部件和从其移开的插棒式铁心。
7.一种电磁装置，包括设置在磁路中并被布置成产生磁动力的吸引线圈；被布置成通过吸引线圈的电磁力轴向地移动的插棒式铁心；和磁路，包括在吸引线圈上彼此轴向地面对的第一和第二磁路部件，和包围着吸引线圈并从第一磁路部件轴向地延伸到第二磁路部件的侧支路部件，该第一磁路部件包括轴向地延伸到吸引线圈中的中心磁路部件，并且该第二磁路部件包括容纳设置在吸引线圈之外的插棒式铁心的中心孔。
8.如权利要求6所述的电磁装置，其中，第二磁路部件包括对着延伸过第二磁路部件的通道部件的内表面、对着中心磁路部件的端部的端面、和在内表面和端面之间的倾斜面；以及插棒式铁心被布置成移动通过通道部件。
9.如权利要求8所述的电磁装置，其中，插棒式铁心被布置成从位于第二磁路部件的内表面和端面之间的驱动开始位置开始。
10.如权利要求8所述的电磁装置，其中，第二磁路部件包括在内表面上的上部部分上的凹陷部件，该凹陷部件具有比内表面的内部截面尺寸更大的内部截面尺寸。
11.一种电磁装置，包括包括第一和第二磁路部件和连接第一和第二磁路部件的侧支路部件的磁路，第一和第二磁路部件中的一个包括中心磁路部件；设置在磁路中并被布置成产生磁动力的吸引线圈；和设置在磁路中并被布置成通过吸引线圈的电磁力移动到中心磁路部件和从其移开的插棒式铁心，并且该插棒式铁心具有比中心磁路部件的截面面积更小的截面面积。
12.如权利要求11所述的电磁装置，其中，中心磁路部件从第一第二磁路部件的中心部分朝轴向地延伸过第二磁路部件的通道部件朝内轴向地延伸；第二磁路部件包括径向地朝通道部件凸伸的凸伸部分，以使该凸伸部分与中心磁路部件重叠；以及插棒式铁心被设置成移动通过通道部件。
13.如权利要求12所述的电磁装置，其中，第二磁路部件包括在凸伸部分的上部部分上的凹陷部件，该凹陷部件具有比凸伸部分的内部截面尺寸更大的内部截面尺寸。
14.如权利要求11所述的电磁装置，进一步包括固定到插棒式铁心并被布置成给插棒式铁心提供偏压以调节插棒式铁心的驱动的时序的偏压部件。
15.一种电磁装置，包括产生电磁力的电磁线圈；轴向地移动的插棒式铁心；通过电磁线圈的电磁力使插棒式铁心移动的磁路；和设置在插棒式铁心和磁路之间的间隙中的磁性件。
16.如权利要求15所述的电磁装置，其中，磁性件包括相对一个磁路和插棒式铁心保持静止的磁性层、和与另一个磁路和插棒式铁心相对着的滑动层。
17.如权利要求15所述的电磁装置，其中，电磁装置进一步包括永磁体，该磁性件通过永磁体的磁性吸引力保持在该间隙中。
18.如权利要求16所述的电磁装置，其中，磁路包括容纳插棒式铁心的孔，并且磁性件设置在该孔中。
19.如权利要求18所述的电磁装置，其中，磁性件是管状，并且套在插棒式铁心上。
20.如权利要求18所述的电磁装置，其中，插棒式铁心包括插棒，该磁路包括在电磁线圈上彼此轴向地相对着的第一和第二磁路部件、和包围着吸引线圈并从第一磁路部件轴向地延伸到第二磁路部件的侧支路部件；第一磁路部件包括轴向地延伸到电磁线圈中并包括容纳插棒式铁心的插棒的孔的中心磁路部件；以及该磁体部件套在插棒上。
全文摘要
本发明公开了一种电磁装置。吸引线圈、排斥线圈和插棒式铁心设置在电磁装置的磁路中。启动磁通产生部分设置在磁路中在吸引线圈和排斥线圈之间。启动磁通产生部分的磁通量在磁路的一部分上通过排斥线圈的磁通量在磁性上排斥以启动插棒式铁心。通过自吸引线圈和排斥线圈的磁通量产生的电磁力将插棒式铁心吸引到第一和第二磁路部件中的一个部件。
文档编号H01F3/14GK1585050SQ20041005740
公开日2005年2月23日 申请日期2004年8月12日 优先权日2003年8月12日
发明者谷水彻, 鹤田丰久, 深井利真, 西岛阳, 藤卷博志, 谷水良行 申请人:日本Ae帕瓦株式会社, 有限会社技术咨询谷水