专利名称：磁力自锁致动器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及在电度表内使用的磁力自锁致动器。更具体而言，本发明涉及在家用电度表内使用的电接触器，该电接触器用于选择性地连接或断开通过电度表供应至住户或企业的市电。
背景技术：
住户和小企业通过电度表从市电接收电力，电度表包括用于测量住户消耗的电量的电路。通常，电度表包括两根母线，每根母线具有连接到市电的进线刀片和连接到住户线路的出线刀片。在电子电度表中，电度表内的电路通常在两相间测量消耗的电量。例如，在北美，电度表内的两根母线为分配给低功率的插座提供大约115伏的对中性线电压，或者为诸如洗衣机、烘干机和空调的高功率电器提供在两个相间230伏的电压，这意味着高达 200安培的负载电流。例如可得自SensusMeteringSystems的Icon 表，在许多目前可用的电子电度表中，电度表包括可从远离电度表的位置接收信号并向该位置发送信号的无线电收发装置。电子电度表从远离电度表的位置/装置接收信息的能力允许电子电度表执行多种功能，例如报告耗电量和选择性地将住户从市电断开。例如，公用事业供应商可能要求某些住户为电力预付费。当预付金额用完时，公用事业公司可能希望将市电从用户的住所断开，以防止进一步用电。替代地，公用事业公司可能由于任何其它原因希望断开到住户的市电。许多计量技术规范要求任何包括在表内的承受过度的过载电流状态的部件，包括断电接触器，必须能够经受严苛的过载标准，特别是在承受一系列有潜在破坏性的短路故障状态时。例如，常用的测试标准要求表中的接触器经受标称额定电流三十倍的过载状态。应用于住宅用电的接触器通常可具有200安培的标称电流容量。在测试状态下， 这些接触器预计将在六个完整的供给周期内经受三十倍于这些标称电流值的电流。这相当于7，000安培均方根电流或几乎12，000安培交流电峰值的过载水平。如上所述，家用计量电能的断点接触器必须经受这种严苛的过载电流状态。在过载状态期间产生的一个问题是，流过固定进线刀片和活动触点刀片的极高电流值在极端过载情况下产生的磁力。如果触点被布置成使得流过固定触点和活动触点的直流电流彼此相反，则磁力可促使触点分开。例如，在标准负载状态下，试图分开触点的磁力可为大约1牛顿。在过载测试状态期间，可能要作用多达几百牛顿的磁力以分开触点。在此类表设计中，某种类型的致动器组件使固定触点和活动触点保持在闭合位置并从闭合位置向打开位置移动。此类致动器还必须能够在测试状态期间经受所描述的严苛的过载电流状态，并且必须在该测试状态期间将触点保持在闭合位置。电度表内的常规远程隔离开关存在的另一个问题是表内的电触点在开关的寿命期内会磨损。在200安培的远程隔离开关中，其中典型触点打开距离约为2毫米，而在触点部件寿命期内闭合方向上的磨损可以是大约0.5毫米。这样的磨损量相当于触点的整个位移的很大百分比。
为了克服这种磨损问题，许多远程隔离开关在致动器和活动触点之间使用顺从性部件。该顺从性部件常常为附接到触点对的活动侧的母线。这种向触点间接施加力以实现闭合的方法使触点不耐反弹、闭合力过程中不一致或使母线在高电流下挠曲，所有这些会导致磨损的增加、更高的电阻或更大的故障可能。在市售远程隔离开关中，普便用于打开和闭合触点对的致动器为电磁螺线管。因为通常电磁螺线管的动作足够快(在一个线路周期内)，使得触点之间触发的任何电弧将在下一个过零点熄灭，而不是维持相对长的时间，所以电磁螺线管特别合适。所用电磁螺线管通常为双稳态螺线管，这种螺线管通过采用机械保持或磁力自锁功能在其行程终点闭锁以保持接触器的状态。当接近致动器行程结尾处时，闭锁力通常是位置的陡峭函数 (steepfimction)，因为当活动的铁部件靠近固定的铁部件时磁阻急剧下降，导致间隙内的磁通量增加。陡峭的力曲线导致要使用上文所述被定位于致动器和活动触点之间的顺从性部件。大多数顺从性部件具有随位移变化而变化的合力。这些问题中的一些可通过采用恒力弹簧结构来解决；然而，这些弹簧结构可能是复杂的，并且有动态响应问题。如上所述，希望提供一种在电度表内的组合的致动器装置和电接触器，其允许电度表在测试状态期间满意地工作，同时也能够在更长的使用期内分离电度表内的触点。
发明内容
本发明一般涉及电接触器。更具体而言，本发明涉及电度表内使用的电接触器，该电接触器用来选择性地中断流过电度表的电流。电接触器包括固定触点和活动触点，该固定触点和活动触点形成在电度表内的母线之一的部分。固定触点和活动触点可选择性地在闭合状态和打开状态之间移动，其中在闭合状态下允许电流流过母线，在打开状态下中断流过母线的电流。致动装置可用来控制固定触点和活动触点在打开状态和闭合状态之间的移动。固定触点包括沿纵向轴线从第一末端延伸至第二末端的中央腿状部。每个固定触点包括在相反方向上从中央腿状部延伸的第一臂和第二臂。电接触器的活动触点包括大致平行于彼此设置的第一刀片和第二刀片。第一刀片和第二刀片彼此平行且大致平行于固定触点的中央腿状部的纵向轴线。第一刀片和第二刀片被定位于固定触点的中央腿状部的相对两侧，使得第一刀片位于固定触点的第一臂和固定触点的中央腿状部之间，而第二刀片位于固定触点的第二臂和固定触点的中央腿状部之间。当电接触器在闭合状态时，活动触点的第一刀片与固定触点的第一臂物理接触。 同样，活动触点的第二刀片在闭合状态下与固定触点的第二臂物理接触。当活动触点和固定触点在闭合状态时，电流流过活动触点的第一刀片和第二刀片并流入固定触点的第一臂和第二臂。固定触点的第一臂和第二臂引导电流通过固定触点的中央腿状部。由于固定触点的中央腿状部大致平行于活动触点的第一刀片和第二刀片，流过第一刀片和第二刀片的电流产生的磁场与流过中央腿状部的电流所产生的磁场相反。反作用的磁场迫使第一刀片和第二刀片向外远离中央腿状部。第一刀片和第二刀片的向外移动增强了第一刀片和第二刀片与固定触点的第一臂和第二臂之间的物理接触。相反的磁场有助于防止在短路状态期间或高电流测试期间第一刀片和第二刀片从固定触点的第一臂和第二臂分开。当希望中断通过电度表的电流时，致动装置接合活动触点的第一刀片和第二刀片，以使刀片远离固定触点移动。在一个实施例中，致动装置包括一对凸轮槽，该对凸轮槽接纳在活动触点的第一刀片和第二刀片上形成的栓。当希望分开和中断电流时，凸轮槽被布置成能使第一刀片和第二刀片远离固定触点移动。在本发明的一个实施例中，致动装置包括磁力自锁致动器，操作磁力自锁致动器用来在打开位置和闭合位置之间移动固定触点和活动触点。磁力自锁致动器包括被定位的第一固定磁铁，用于产生具有第一极性的第一磁场。第二永久磁铁相对于第一永久磁铁被定位，用于产生具有与第一极性相反的第二极性的第二磁场。致动线圈包围第一永久磁铁和第二永久磁铁两者并连接到电流电源。当把电流在第一方向上施加到致动线圈时，致动线圈产生的磁场增强第一磁场而有效抵消第二磁场。当把电流在相反的第二方向上施加到致动线圈时，致动线圈产生的磁场增强第二磁场而同时有效抵消第一磁场。这样，流过致动线圈的电流的方向在磁力自锁致动器内控制两个磁场的相对强度。磁力自锁致动器还包括轭铁，该轭铁包围致动线圈并可相对于第一永久磁铁和第二永久磁铁移动。在一个实施例中，轭铁由两段分开的轭铁段形成，各段轭铁段由可渗透材料形成。轭铁段由一对导向槽分开，该对导向槽中的每一个接纳被形成为致动装置的部分的一对导向肋中的每一个。导向槽和导向肋之间的相互作用引导轭铁相对于第一永久磁铁和第二永久磁铁的移动。在不存在致动电流的情况下，轭铁被吸向离其最近的磁铁。致动器的状态通过以下方式改变利用致动电流增强较远磁铁的磁场，并且减弱较近磁铁的磁场，直到轭铁被拉向较远的磁铁，该磁铁于是变为较近的磁铁，从而使致动器在移除致动电流时能够闭锁在该新位置。被作为磁力自锁致动器的部分形成的轭铁被接纳在使一对活动触点和一对固定触点接合的致动装置内。被作为致动装置的部分形成的凸轮槽与形成在活动触点上的栓接合，使得轭铁在第一位置和第二位置之间的移动导致致动装置打开和闭合活动触点与固定触点。磁力自锁致动器的第一永久磁铁和第二永久磁铁以及轭铁形成致动器，该致动器在没有端部挡块的情况下闭锁，使得致动器能以低柔量或零柔量直接连接到被致动的触点。致动器的端部位置取决于被致动的物理触点，使得致动器自动地补偿对触点的磨损。磁力自锁致动器具有基本上恒定的闭锁力，并且闭锁力的位置和方向在轭铁行程中心附近较小区域内翻转。
附图示出了目前想到的实施本发明的最佳方式。在附图中图1是采用本发明的电接触器的电子电度表的透视图；图2是电度表的后视图，示出了一对母线刀片的ANSI标准2S构造；图3是电度表的分解图；图4是本发明的电接触器装置的进一步分解图；图5是电接触器在闭合位置时沿图1的线5-5截取的剖视图；图6是电接触器在打开位置时类似于图5的剖视图7是沿图1的线7-7截取的剖视图，示出了在闭合位置的电接触器对；图8是类似于图7的视图，示出在打开位置的电接触器对；图9是本发明的致动器的内部结构的示意图；图10是图9中所示致动器的替代实施例；图11是活动轭铁在沿致动器的第一位置的示意图；图12是活动轭铁在沿致动器的第二位置的示意图；以及图13是示出轭铁与致动器组件的永久磁铁的相对位置的俯视图。
具体实施例方式图1和2示出了根据本发明的电子电度表10。电度表10包括封闭的表壳体，该壳体由安装到基座构件14的盖构件12构成。盖构件12包括大致透明的表面16，以允许从电度表10外部读取数字显示器18(图幻。盖构件12和基座构件14以常规方式彼此连接，使得基座构件14和盖构件12限定密封的表壳体。表壳体防止水分和其它环境污染物到达电度表10内包含的内部电路。现在参见图3，电度表10包括安装到内部支撑架20的操作和测量电路。内部电路包含在电路板22上并且包括监测由电度表10供电的住户的耗电量所需的电路。另外， 电路板22上包含的电子电路包括无线电收发机，该收发机可从远离电度表10的位置接收外来的射频消息并向远程位置发送来自电度表10的耗电数据。由于测量电路和发送电路不是形成本发明的部分，因此将不再详细描述电子电度表10的测量电路、收发机电路和其它操作部件的具体细节。应当理解，测量电路和发送电路可以是若干种设计中的一种，例如 PCT/EP2006/009710中所示设计，该专利的公开内容以引用方式并入本文中。图2示出了本发明的电度表10的基座构件14的仰视图。基座构件14包括作为基座构件14的部分形成的平面基板M。基板M包括围绕基板M均勻隔开的多个支撑腿 26。当把电度表装入被定位成与住宅或商业场所的电源连线的匹配插座内时，支撑腿沈稳定电度表。支撑腿26通常由模制塑料形成并与基座构件14的其余部分一体地形成。电度表10的基座还包括连接到市电的一对刀片^aJ8b。第一刀片中的每一个与第二套刀片30a、30b形成母线的部分。当把电度表10装入表插座内时，来自市电的电流流过刀片中的每一个并经刀片30a、30b流出至住户。刀片30a、30b因而为通过电子电度表10被供电的住户或企业供应电流。在没有任何类型的断开电路的电度表中，刀片28a和30a之间的第一母线代表第一相，而流过刀片28b和刀片30b之间的第二母线的电流则表示第二相。如在图2中可理解的，如果断开从刀片^a至刀片30a和从刀片 28b至刀片30b的电流，将从由电度表10被供电的住户断开电源。现在参见图4，刀片30b穿过基板14延伸进入表内部并在表内部的该处连接到第一固定触点32。第二固定触点34同样连接到对应的刀片30a(未示出)。固定触点32电连接到刀片30b，使得电流从固定触点32流至刀片30b。固定触点32和34各自包括中央腿状部36，中央腿状部36沿纵向轴线从第一末端38延伸至第二末端40.如图4中所示，当基板14为水平时，中央腿状部36的纵向轴线被竖直定向。然而，应当理解，电度表10可以被安装在各种方向。因此，中央腿状部36的竖直构造仅仅为了举例说明，而并非意图限制该装置的方向。
第二固定触点34也包括从第一末端38延伸至第二末端40的中央腿状部36。第一固定触点32和第二固定触点34大致相同且彼此成镜像。第一固定触点32和第二固定触点34中的每一个包括第一臂42和第二臂44。第一臂42和第二臂44都包括间隔段46和垫支撑部分48。间隔段46大致垂直于中央腿状部 36的纵向轴线，而垫支撑部分48则大致平行于中央腿状部36的纵向轴线。如在图4中可理解的，第一臂42和第二臂44在相反方向上从中央腿状部36延伸。第一臂42的垫支撑部分48由接纳槽50与中央腿状部36间隔开，而第二臂44的垫支撑部分48则与中央腿状部36间隔开以限定第二接纳槽52。第一固定触点32和第二固定触点34中每一个的第一臂42包括接触垫片M。同样，作为第一固定触点32和第二固定触点34的部分形成的第二臂44包括接触垫片56。接触垫片M、56为常规部件并且提供到对应的第一臂42和第二臂44的电接点，如下文将详细讨论的。用于电度表的电接触器装置还包括第一活动触点58和第二活动触点60。如图所示，第一活动触点58电连接到刀片^b，而第二活动触点60则连接到刀片^a (未示出)。如图4和7中所示，活动触点58、60都包括第一刀片62和第二刀片64。第一刀片 62和第二刀片64从刀片^aJSb向外分开且大致平行于彼此地延伸。第一刀片62和第二刀片64通过允许刀片偏斜的挠曲段65连接到对应的刀片28a和^b，如下文将讨论的。 在图4和7中所示实施例中，第一刀片62和第二刀片64中的每一个竖直地延伸，但应当理解，电度表的定向可与图4和7中所示不同。重新参见图4，每个第一刀片62包括接触垫片66，而第二刀片64则包括类似的接触垫片68。如上文讨论的，接触垫片66、68以下文将描述的方式提供了在活动触点58、60 的第一刀片和第二刀片之间的电接点。如图4中所示，第一刀片62和第二刀片64中的每一个是由正面表面、背面表面和一对侧缘69限定的大致呈平面的构件。第一刀片62和第二刀片64中的每一个都包括栓 70，栓70从对应的第一刀片62和第二刀片64的各侧缘69起延伸。在图示实施例中，栓70 在铜压制过程中被形成为与金属的第一刀片62和第二刀片64 —体的部分。可以想到，在本发明的范围内操作的情况下，栓70可由诸如塑料的另一种材料制成或被涂以该材料。用于形成栓70的塑性材料在连续使用过程中为栓70提供了增强的耐久性。现在参见图7，当电度表10被组装时，第一刀片62被接纳在接纳槽50内，接纳槽 50由中央腿状部36和第一臂42之间的间隔限定。同样，第二刀片62被接纳在接纳槽52 内，接纳槽52形成在第二臂44和中央腿状部36之间。当活动触点60和固定触点34在图 7中所示闭合状态时，第一臂42上的接触垫片M与第一刀片62上的接触垫片66接合，而第二臂44上的接触垫片56则与第二刀片64上的接触垫片68接合。在该状态下，电流在箭头72所示方向上流过第一刀片62和第二刀片64。电流从第一刀片62和第二刀片64通过对应的接触垫片流入对应的第一臂42和第二臂44。电流然后进入中央腿状部36并在由箭头74所示方向上流动。如图7中所示， 由于第一刀片62和第二刀片64平行于中央腿状部36，流过第一刀片62和第二刀片64的电流与流过中央腿状部36的电流平行且相反。这种电流的相反方向产生排斥的磁场，该磁场迫使第一刀片62和第二刀片64向外偏斜并接触固定触点的第一臂42和第二臂44。因此，图7中所示构造用来促进固定触点和活动触点之间在正常操作期间接触。除了促进固定触点和活动触点之间在正常操作状态期间接触之外，由在相反方向上流过第一刀片62和第二刀片64以及中央腿状部36的电流产生的排斥的磁场进一步确保在过载状态和短路状态期间恒定的接触。在短路状态和测试状态期间，流过第一刀片62 和第二刀片64以及中央腿状部36的电流可为12，000安培峰值，该电流可产生500牛顿的排斥磁力。因此，第一刀片62和第二刀片64以及中央腿状部36的定向用来防止触点在短路状态和测试状态期间分开。重新参见图4，电度表内的电接触器包括致动装置76，致动装置76用来控制活动触点和固定触点在闭合的接触状态和打开的短路状态之间的移动。致动装置76包括由第一导轨80和第二导轨82限定的塑型电枢78。第一塑型导轨80和第二塑型导轨82保持围绕轭铁86的塑型壳体84。在图示实施例中，轭铁86包括由一对导向槽89分隔的两个分开的轭铁段87a和87b。轭铁86可由诸如钢或铁的各种类型的可渗透材料形成。如图4中所示，第一导轨80和第二导轨82各自接纳第一凸轮构件88和第二凸轮构件90。凸轮构件88、90为相同的塑型部件，且各自包括彼此平行定向的第一壁92和第二壁94。第一壁92和第二壁94由角连接板96相连以限定致动装置76各端上的触点接纳腔 98。凸轮构件88、90的第一壁92和第二壁94各包括一对凸轮槽100、102。凸轮槽100、 102沿第一壁92和第二壁94中每一个的内壁形成，并且被设计成能接纳在活动触点58、60 的第一刀片62和第二刀片64上形成的栓70的尺寸。下面将描述凸轮槽100、102和活动触点58、60之间的接合的更多细节。致动装置76包括致动器104。致动器104包括由缠绕在中央段106周围的一系列铜绕组(未示出)形成的致动线圈。致动器104包括一对导向肋108，导向肋108被接纳在轭铁86内形成的对应的导向槽89中。致动器104可由电子电度表的控制电路激活，以引起轭铁86以下文所述方式沿导向肋108的移动。虽然优选实施例中示出了具体的致动器104，但应当理解，在本发明的范围内操作的情况下，可使用多种其它类型的致动器。特别地，能够使电枢78和轭铁86在第一位置和第二位置之间移动的任何类型的电激活致动器都能够在本发明中使用。当本发明的电子电度表10安装在客户处所的表插座内时，电接触器装置处于图7 中所示的闭合状态。当电接触器处于闭合状态时，致动装置76处于其在图7中所示的第一闭合位置。在该位置处，轭铁86在下方位置，并且在活动触点58、60的第一刀片62和第二刀片64上形成的各栓70都被接纳在凸轮槽100、102其中的一个内。每一个凸轮槽100、 102中的构造向栓70施加力，以朝固定触点32、34的第一臂42和第二臂44中的每一个的垫支撑部分48推动对应的栓70。该力在与接触垫片66和68直接对齐的位置处施加到第一刀片62和第二刀片64。因此，在致动装置76的闭合状态下，电流流过第一刀片62和第二刀片64中的每一个并流入固定触点的第一臂42和第二臂44。在该状态下，如图7中的箭头72、74所示的电流方向产生相反的磁力，该磁力迫使第一刀片62和第二刀片64远离固定触点32、34的中央腿状部36。如图5中所示，当致动装置76处于闭合位置时，致动组件76接触指示器开关112 的脱扣臂110。脱扣臂110的移动为电子电度表的控制器提供了电子信号，以表明致动装置76在闭合位置，从而允许电流流过电度表10。如果出于任何原因希望中断对电度表所供电的处所的电源，电度表的控制电路激活致动装置76以将致动装置移动至图8中所示的打开位置。特别地，电度表的控制电路为致动器104提供了电源，该电源通过致动器104的铜绕组产生磁场。在致动器通电时，轭铁 86沿导向肋108向上移动至图8中所示的打开位置。当轭铁86向上移动时，电枢78和附接的凸轮构件88、90也向上移动，如图所示。 当凸轮构件88、90向上移动时，包含在活动触点58、60的第一刀片62和第二刀片64中的每一个上的栓70接触凸轮槽100、102的内壁114。如图8中所示，内壁114与固定触点32、 34的第一臂42和第二臂44分离。因此，内壁114的构造导致第一刀片62和第二刀片64 与固定触点32、34的第一臂42和第二臂44之间的分离。这种分离中断了固定触点32、34 和活动触点58、60之间的电流。凸轮构件88、90的向上移动被第一刀片对62和第二刀片对64与绝缘端部挡块171、172、173和174之间的接触阻挡，如图7和8中所示。端部挡块 171-174每一个都是附接到固定触点32和34的中央腿状部36的绝缘材料的部分。替代地，绝缘材料可附接到活动触点58和60的第一刀片62和第二刀片64的后表面。在该实施例中，绝缘材料将接触中央腿状部36，使得中央腿状部起到端部挡块的作用。因此，在致动装置76激活时，电枢78向图8中所示打开位置的移动导致流过电度表的电流中断。在图8所示实施例中，致动器104将轭铁86保持在图8中所示位置，而不向螺线管连续施加电力。如前所述，在本发明的范围内操作的情况下，可使用各种其它构造和类型的致动器。现在参见图6，当致动装置76在打开位置时，指示器开关112的脱扣臂110延伸并向电度表的操作部件提供信号，以表明电度表内的电接触器已经移动至打开位置。当使用者/公用事业公司希望再次允许为处所供电时，致动装置76的螺线管致动器104再次激活，以促使致动装置76从图8的打开位置移动至图7的闭合位置。再一次， 凸轮槽100、102与包含在第一刀片62和第二刀片64上的栓70之间的相互作用使接触器返回至其中电流可流过电子电度表10的状态。如结合图4所描述的，致动装置76包括致动器104，致动器104可被操作以影响电枢78的移动，从而使活动触点58、60在其打开位置和闭合位置之间移动。如上所述，在本发明的范围内操作的情况下，致动器104可具有多种不同的构造。图9-13示出了致动器 104的两个可想到的实施例。图9示出了移除线圈盒116(图4)的情况下致动器104的内部操作部件。如图9 中所示，致动器104包括第一磁铁118和第二磁铁120。在图9所示实施例中，第一磁铁118 在第一方向上被极化，而第二磁铁120则在相反的第二方向上被极化，使得第一磁铁118和第二磁铁120产生相反且会有反作用的磁场。在图9所示实施例中，第一磁铁118和第二磁铁120由空气间隙122隔开。在图10所示第二实施例中，图9的空气间隙122被替换成由可渗透材料形成的极片124。极片IM增强由一系列铜绕组产生的磁场，该一系列的铜绕组形成致动线圈126。致动线圈1 的铜绕组通过一对引线1 连接到电源供给。在致动器104操作期间，当将电力在第一方向上供应至致动线圈1 时，由致动线圈1 产生的磁场增强了由第一磁铁118产生的磁场，同时有效地抵消了由第二磁铁120 产生的磁场。当电度表的控制电路使施加到致动线圈126的电流反向时，由致动线圈1 产生的磁场的极性颠倒，从而增强由第二磁铁120产生的磁场，而有效地抵消由第一磁铁118 产生的磁场。因此，通过控制经引线1 流过致动器104的致动线圈126的电流的方向，电度表的控制电路能控制由致动器104产生的磁场的方向。现在参见图11和12，致动器104、轭铁86—同被显示，轭铁86的位置用于显示其相对于固定的第一磁铁118和第二磁铁120的移动。在图11和12的实施例中，轭铁86包括一对轭铁段87a和87b。轭铁段87a和87b各自安装在塑型壳体84(图4)内，塑型壳体 84在图11和12中未示出。在图11中，轭铁86显示为在其下方位置，类似于图7中所示位置。在该下方位置， 活动触点58、60分别与固定触点32、34接触。在该位置，由第二磁铁120产生的磁场保持住轭铁86。当希望将轭铁86从图11的下方位置移动至图12的上方位置时，向致动线圈126 的绕组施加电流，使得由致动线圈1 产生的磁场抵消由第二磁铁120产生的磁场，而增强由第一磁铁118产生的磁场。由于第一磁铁118的磁场被增强，并且第二磁铁120的磁场被抵消，磁场将轭铁86拉至图12中所示上方位置。一旦轭铁86到达上方位置，即从致动线圈126移除电流，使得由第一磁铁118产生的磁场将轭铁86保持在上方位置。当轭铁86在图8和12中所示上方位置时，活动触点58、60从固定触点32、34分开，如图8中所示。当希望通过将轭铁86从图12的上方位置移动至图11的下方位置而再次闭合触点时，在相反方向上向致动线圈1 施加电流，使得由致动线圈1 产生的磁场抵消由第一磁铁118产生的磁场，同时增强由第二磁铁120产生的磁场。第二磁铁120的增强的磁场和第一磁铁118的抵消的磁场导致轭铁86移动至下方位置，如图11中所示。如可通过图13的俯视图理解的，在轭铁段87a和87b之间形成的开放槽89允许轭铁86沿着在线圈盒116(图4)上形成的导向肋108被引导。如可在图7和11中理解的，轭铁86的下方位置由成形于第一刀片62和第二刀片 64上的接触垫片66、68与成形于固定触点32、34的第一臂42和第二臂44上的对应接触垫片M、56之间的物理接触来控制。特别地，由第二磁铁120产生的磁力向下拉动轭铁86，直到接触垫片彼此接合。因此，当接触垫片是新的，磨损很少时，轭铁86的下方位置将处于静止点处，这种情况出现在轭铁86沿整个第二磁铁120完全移动之前。因此，当接触垫片磨损时，轭铁86仍然具有进一步向下移动的能力，从而即使在磨损发生之后，也使接触垫片彼此接触。在轭铁的上方位置，如图8和12中所示，轭铁86的移动量必须足以将触点分开， 如图8中所示。如在图7和8中可理解的，当轭铁86在下方位置(图7)和上方位置(图8)之间移动时，在电枢78中形成的凸轮槽100、102在各活动触点的栓70上施加力。该力施加在触点上与接触垫片对齐的位置处。因此，施加到活动触点上的力是恒定的，而与接触垫片的磨损无关。虽然图9-13中所示致动器104通过电枢装置联接到活动触点，但在处于本发明的范围内的情况下，可以想到在致动器104和活动触点之间的多种其它的附接方法。如在此前的描述中可理解的，固定触点和活动触点的构造使得固定触点的中央腿状部被定位于活动触点的活动的第一刀片和第二刀片之间。第一刀片和第二刀片被定向为平行于中央腿状部，使得在电流流过表期间，电流在中央腿状部内的流动方向与在活动触点的第一刀片和第二刀片上的流动方向相反。电流的相反方向产生迫使第一刀片和第二刀片两者向外远离中央腿状部的磁力。由于固定触点的接触垫片被定位成从第一刀片和第二刀片向外，该排斥力有助于将活动触点保持在闭合状态。
权利要求
1.一种磁力自锁致动器，包括第一固定永久磁铁，所述第一固定永久磁铁被定位用于产生具有第一极性的第一磁场；第二固定永久磁铁，所述第二固定永久磁铁相对于所述第一永久磁铁被定位用于产生具有与所述第一极性相反的第二极性的第二磁场；轭铁，所述轭铁可相对于所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁在第一位置和第二位置之间移动，其中所述轭铁由所述第一磁铁保持在所述第一位置，并且由所述第二磁铁保持在所述第二位置；和致动线圈，所述致动线圈包围所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁两者，其中所述致动线圈可操作以产生致动磁场，所述致动磁场或者在第一方向上或者在相反的第二方向上产生致动力，以导致所述轭铁在所述第一位置和所述第二位置之间移动。
2.根据权利要求1所述的磁力自锁致动器，其中所述致动线圈包括多个绕组。
3.根据权利要求1所述的磁力自锁致动器，还包括极片，所述极片由可渗透材料形成， 并且定位于所述第一磁铁和所述第二磁铁之间。
4.根据权利要求1所述的磁力自锁致动器，其中所述致动线圈连接到电流电源，所述电流选择性地在或者第一方向或者第二方向上流动，其中所述致动力的所述方向在连接到在所述第一方向上流动的电流时在所述第一方向上，并且所述致动力的所述方向在连接到在所述第二方向上流动的电流时在所述第二方向上。
5.根据权利要求1所述的磁力自锁致动器，还包括接纳并保持所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁的磁铁壳体，所述磁铁壳体具有至少一根导向肋，所述导向肋被接纳在形成于所述轭铁内的至少一个导向槽中。
6.根据权利要求5所述的磁力自锁致动器，其中所述轭铁被定位于包围至少部分的所述磁铁壳体，所述至少部分的所述磁铁壳体包括所述第一永久磁铁、所述第二永久磁铁和所述致动线圈的，其中所述轭铁可选择性地沿所述磁铁壳体移动。
7.一种磁力自锁致动器，所述磁力自锁致动器可操作以控制第一触点在闭合位置和打开位置之间移动，在所述闭合位置，所述第一触点物理地接合第二触点，在所述打开位置， 所述第一触点和所述第二触点彼此间隔开，所述磁力自锁致动器包括第一磁铁，所述第一磁铁被定位用于产生具有第一极性的第一磁场；第二磁铁，所述第二磁铁相对于所述第一磁铁被定位用于产生具有与所述第一极性相反的第二极性的第二磁场；致动线圈，所述致动线圈包围所述第一磁铁和所述第二磁铁两者，其中所述致动线圈可操作以产生具有或者所述第一极性或者所述第二极性的致动磁场；和轭铁，所述轭铁可相对于所述第一磁铁和所述第二磁铁在第一位置和第二位置之间移动，其中所述轭铁由所述第一磁铁保持在所述第一位置，并且由所述第二磁铁保持在所述第二位置。
8.根据权利要求7所述的磁力自锁致动器，其中所述轭铁的至少所述第一位置取决于所述第一触点和所述第二触点之间的所述物理接合。
9.根据权利要求7所述的磁力自锁致动器，其中所述致动线圈包括多个连接到可变方向电流源的绕组，使得所述致动磁场可具有所述第一极性或者所述第二极性。
10.根据权利要求8所述的磁力自锁致动器，其中所述轭铁被形成为接合所述第一触点的电枢的部分，其中所述轭铁在所述第一位置和所述第二位置之间的移动通过将所述电枢与所述第一触点的接合来打开和闭合所述第一触点和所述第二触点。
11.根据权利要求8所述的磁力自锁致动器，其中所述电枢在大致与在所述第一触点上形成的接触垫片对齐的位置处与所述第一触点接合，使得所述电枢在所述接触垫片附近的所述第一触点上施加力。
12.根据权利要求8所述的磁力自锁致动器，其中所述轭铁包括均由可渗透材料形成的第一轭铁段和第二轭铁段。
13.根据权利要求12所述的磁力自锁致动器，其中所述磁力自锁致动器包括包封所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁的磁铁壳体，其中所述磁铁壳体包括至少一个导向肋， 所述至少一个导向肋被接纳到至少一个导向槽内，所述导向槽在所述轭铁的所述第一轭铁段和所述第二轭铁段之间形成。
14.根据权利要求8所述的磁力自锁致动器，还包括定位于所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁之间的极片，其中所述极片由可渗透材料形成。
15.一种操作磁力自锁致动器以在闭合位置和打开位置之间移动第一触点和第二触点的方法，所述方法包括以下步骤定位第一永久磁铁设置，用于产生具有第一极性的第一磁场；定位与所述第一永久磁铁相邻的第二永久磁铁，用于产生具有与所述第一极性相反的第二极性的第二磁场；用包括多个绕组的致动线圈包围所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁；将轭铁安装在所述致动线圈周围并且使所述轭铁可相对于所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁移动；在第一方向上向所述多个绕组供应电流以产生第一致动磁场，所述第一致动磁场具有导致所述轭铁朝着与所述第一永久磁铁对齐的方向移动的第一极性；以及在第二方向上向所述多个绕组供应电流以产生第二致动磁场，所述第二致动磁场具有导致所述轭铁朝着与所述第二永久磁铁对齐的方向移动的第二极性。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括将由可渗透材料形成的极片定位于所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁之间的步骤。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁相对于彼此固定。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述轭铁形成为接合所述第一触点的电枢的一部分，其中所述轭铁在所述第一位置和所述第二位置之间的移动通过将所述电枢与所述第一触点的接合来打开和闭合所述第一触点和所述第二触点。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述轭铁的移动被所述第一触点和所述第二触点之间的所述物理接合限制。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述轭铁由可渗透材料形成，使得所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁将所述轭铁保持为与或者所述第一永久磁铁或者所述第二永久磁铁对齐。
全文摘要
一种磁力自锁致动器，可操作以控制至少第一触点和第二触点在闭合位置和打开位置之间移动的，在所述闭合位置，触点彼此物理地接合，在所述打开位置，触点彼此间隔开。所述磁力自锁致动器包括第一固定永久磁铁和第二固定永久磁铁，第一固定永久磁铁和第二固定永久磁铁被取向为使得由第一磁铁产生的第一磁场和由第二磁铁产生的第二磁场在相反方向上。致动线圈包围第一磁铁和第二磁铁两者。电流在第一方向上供应到致动线圈以产生第一磁场，或者在第二方向上供应到致动线圈以产生与第一致动磁场相反的第二致动磁场。轭铁可相对于第一磁铁和第二磁铁移动，以导致第一触点和第二触点在打开位置和闭合位置之间移动。
文档编号H01F7/16GK102460611SQ201080030197
公开日2012年5月16日 申请日期2010年5月7日 优先权日2009年5月8日
发明者奥利弗·伯斯塔尔, 安德鲁·达姆斯, 小威廉·R·马扎, 迈克尔·R·布朗 申请人:胜赛斯思百克特姆公司