具有可旋转衔铁的磁致动器的制造方法
【专利摘要】提供了一种具有可动部分和不可动部分的磁致动器。可动部分包括两个铁磁体元件，所述两个铁磁体元件布置成使得元件的一部分靠近不可动部分，以在使得可动部分向不可动部分运动、实施磁致动器的切换操作时减小作用在可动部分上的磁力。因为较之具有平行板的致动器，可动部分和不可动部分之间的距离缩短，所以能够减小这样的电流，所述电流流经不可动部分的线圈以用于产生作用在可动部分上的磁力，使得实施切换操作。为了不缩短磁致动器的工作行程，可动部分的铁磁体元件能够在被吸引向非可动部分时围绕旋转轴线旋转。
【专利说明】具有可旋转衔铁的磁致动器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于断路器的磁致动器和具有磁致动器的断路器。
【背景技术】
[0002]磁致动器用于断开和接通电路。因此，磁致动器的衔铁沿着磁致动器的轴线上下运动。
[0003]磁致动器主要由芯部元件、一个或多个永磁体、侧翼、一个或多个线圈、可动接通板，可动断开板和可动轴，所述可动轴将接通板连接到断开板。通常，芯部元件、永磁体、侧翼和线圈组合形成不可动部分，而接通板、断开板和轴组合形成可动部分。
[0004]通过使得可动部分运动，磁致动器能够从断开位置切换成接通位置，并能够从接通位置切换成断开位置。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种能够更加有效切换的磁致动器。
[0006]独立权利要求的主题事项实现本发明的目的，其中，其它实施例包含在从属权利要求中。
[0007]根据本发明的方面，用于断路器的磁致动器包括不可动部分和可动部分。可动部分包括第一元件和第二元件，可动部分能够沿着第一方向从断开位置运动到接通位置，其中，在断开位置中，不可动部分毗邻第一元件，并且其中，在接通位置中，不可动部分毗邻第二元件。在由不可动部分产生的磁力作用在第一元件和/或第二元件上时第一元件和/或第二元件适于围绕旋转轴旋转并且可动部分从断开位置运动到接通位置。在断开位置或者接通位置中，第一方向不垂直于第一元件和/或第二元件的面向不可动部分的表面。换言之，在第一方向和第一元件和/或第二元件之间存在倾斜角度。
[0008]因此，与具有平行的第一元件和第二元件(所述元件可以分别是接通板或者断开板)的磁致动器相比，可以减小线圈启动切换操作所需的电流，而同时又不减小磁致动器的工作行程。
[0009]第一元件和/或第二元件至少部分由任何铁磁材料制成，诸如铁或者钢。第一元件和/或第二元件可以是具有任何几何形状的板或者棒，所述板或者棒适于被不可动部分产生的磁力所吸引，使得执行磁致动器的切换操作。
[0010]可动部分沿着第一方向从断开位置运动到接通位置的运动代表了磁致动器的工作行程。磁致动器可以在接通位置中产生高静态保持力，以便使得磁致动器保持处于接通状态中。
[0011]因为第一方向没有垂直于第一元件和/或第二元件的面向不可动部分的表面，所以第一元件和/或第二元件的至少一部分分别在接通位置和断开位置中更靠近不可动部分。因此，永磁体的磁通量和线圈能够找到抵达第一元件和/或第二元件的更短的路径，使得线圈需要更少的电流以启动可动部分的运动，即，实施切换操作。[0012]第一元件和/或第二元件可以构造成在第一元件和/或第二元件的最靠近不可动部分的部分撞击不可动部分的表面时立即围绕旋转轴旋转，使得可动部分可以持续运动并且不减小磁致动器的工作行程。
[0013]因此，可预见第一元件和/或第二元件的旋转或者振翅型(flap-type)运动。第一元件和第二元件可以分别围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线旋转。
[0014]在磁致动器的默认状态中，可动部分可以布置成使得第一元件和/或第二元件毗邻不可动部分或者使得第一元件或者第二元件均不毗邻不可动部分。换言之，不可动部分可以位于第一元件和第二元件之间，其中，不可动部分和第一元件以及第二元件之间间隔开预定距离。
[0015]在上文以及下文描述的磁致动器在默认状态中可以处于断开状态或者接通状态。换言之，当实施切换操作时，磁致动器可以断开或者接通电路。
[0016]根据本发明的实施例，第一元件和第二元件互连，使得第一元件和第二元件皆围绕旋转轴线旋转。
[0017]例如，第一元件和第二元件可以互连以例如形成马蹄状。因此，马蹄状的第一元件和第二元件可以共同围绕单根旋转轴线旋转。
[0018]旋转轴线可以位于第一元件或者第二元件中或者附近的任何位置处。
[0019]根据本发明的其它实施例，可动部分还包括机械互连件，其中，第一元件和第二元件借助机械互连件互连，用于将第一元件连接到所述第二元件。
[0020]机械互连件可以适于将吸引力和/或压力从第一元件传递到第二元件或者从第二元件传递到第一元件，使得当第一元件和第二元件中的一个被不可动部分吸引时第二元件和第一元件均运动。
[0021]根据本发明的其它实施例，机械互连件是轴。轴的纵向轴线平行于第一方向延伸，轴布置在第一元件和第二元件之间并且分别通过第一铰接件和第二铰接件连接到第一元件和/或第二元件。
[0022]第一铰接件和第二铰接件允许可动部分的线性补偿运动，以避免可动部分被不可动部分夹住。
[0023]机械互连件可以被引导通过不可动部分或者靠近不可动部分。
[0024]根据本发明的其它方面，第一元件和/或第二元件还包括长方孔，其中，所述机械互连件的一部分在机械互连件沿第一方向运动、第一元件和/或第二元件围绕旋转轴线旋转时在长方孔中运动。
[0025]长方孔的长侧可以垂直于第一方向或者相对于第一方向倾斜。
[0026]第一铰接件和第二铰接件可以是销，以使得第一元件和/或第二元件和轴通过长方孔互连。
[0027]根据本发明的其它实施例，可动部分包括至少一个止动元件，用于使得第一元件和/或第二元件围绕旋转轴线的旋转停止。止动元件可以适于在接通位置和断开位置中分别将第一兀件和/或第二兀件保持在相对于第一方向的倾斜位置中。
[0028]止动元件可以位于第一元件、第二元件或者机械互连件处。止动元件可以适于限定第一元件和/或第二元件以及机械互连件之间的最大倾角。
[0029]具体地，当第一元件和/或第二元件的旋转轴线与铰接件重合时，止动元件可以用于确定第一元件和/或第二元件以及机械互连件之间的倾角。在这种情况中，第一元件和/或第二元件的一部分可以加重或者装填物料，使得在不可动部分与第一元件和第二元件不相邻时第一元件和/或第二元件相对于机械互连件处于倾斜位置中。
[0030]根据本发明的其它方面，可动部分包括第一弹簧，以便使得第一元件和/或第二元件处于倾斜位置中。
[0031]弹簧可以是任何拉伸弹簧，所述拉伸弹簧适于将拉伸力施加到第一元件和/或第二元件。因此，弹簧使得第一元件和/或第二元件处于倾斜位置中，其中，上述止动元件将第一元件和/或第二元件保持在预定倾斜位置中。
[0032]根据本发明的实施例，不可动部分包括芯部元件、至少一个永磁体和第一线圈，其中，电流流经第一线圈产生作用在第二元件上的磁吸力，使得可动部分运动到接通位置。
[0033]在上文并且在下文描述的磁致动器还可以包括两个或者更多个永磁体，所述永磁体位于磁路内的不同位置处。通常，不可动部分还可以设计成没有永磁体。在这种情况中，第一线圈可以适于产生更强的磁场，使得能够迫使可动部分运动。
[0034]根据本发明的其它实施例，磁致动器还包括至少一个侧翼，所述至少一个侧翼沿着平行于第一方向的方向伸长，使得减小可动部分至不可动部分的距离，以减小了可动部分和不可动部分之间的气隙的磁阻。
[0035]减小气隙的磁阻导致减小了线圈中用于产生实施磁致动器的切换操作的磁场的电流。侧翼可以向第一元件和/或第二元件伸长。侧翼可以垂直于第一方向偏移，使得不减小磁致动器的工作行程。
[0036]换言之，侧翼位于第一元件和/第二元件旁侧，其中，侧翼相对于第一元件和/或第二兀件在垂直于第一方向的方向上具有偏移。
[0037]根据本发明的实施例，不可动部分包括第二线圈，其中，电流流经第二线圈在第一元件处获得磁吸力，使得可动部分运动至断开位置。
[0038]换言之，第一线圈可以适于实施在上文和下文描述的磁致动器的接通处理，而第二线圈可以适于实施在上文和下文描述的磁致动器的断开处理。
[0039]根据本发明的其它实施例，磁致动器包括第二弹簧，所述第二弹簧布置成使得可动部分运动到断开位置。
[0040]第二弹簧可以支撑或者替代第二线圈。
[0041]第二弹簧可以构造成使得在断开位置中施加到可动部分的拉伸力可以被忽略。因此，当启动切换操作时，当可动部分被不可动部分吸引时，第二弹簧不会阻碍可动部分的运动。可动部分越向不可动部分运动，磁力将越强并且由此能够克服第二弹簧的相反方向的拉伸力，这是因为磁力随着距离减小呈指数增加，而第二弹簧的拉伸力在伸展或者收缩时线性增加。
[0042]根据本发明的其它实施例，提供了具有上述和后述磁致动器的断路器。
[0043]参照下文描述的实施例，本发明的这些和其它特征将变得显而易见并且被阐释清
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【专利附图】
【附图说明】
[0044]将在下文参照附图描述本发明的示例性实施例。[0045]图1图解了根据本发明的示例性实施例的磁致动器；
[0046]图2图解了根据本发明的其它示例性实施例的磁致动器；
[0047]图3图解了根据本发明的其它示例性实施例的磁致动器；
[0048]图4图解了根据本发明的其它示例性实施例的磁致动器；
[0049]图5图解了根据本发明的其它示例性实施例的磁致动器；
[0050]图6图解了根据本发明的其它示例性实施例的磁致动器；
[0051]图7图解了根据本发明的其它示例性实施例的磁致动器；
[0052]图8图解了根据本发明的其它示例性实施例的磁致动器；；
[0053]图9图解了根据本发明的其它示例性实施例的磁致动器；
【具体实施方式】
[0054]应当注意的是，相同的附图标记可用于表示相似或者相同的元件。
[0055]在磁致动器的断开位置中，可动断开板靠近可动部分，而可动接通板距离不可动部分一定距离。
[0056]与此相反，在接通位置中，可动接通板靠近不可动部分，而可动断开板距离不可动部分一定距离。
[0057]线圈适于以使得可动接通板被吸引到不可动部分的方式来产生磁力，使得致动磁致动器的切换操作。换言之，由永磁体和线圈产生的磁通量分布成用于将可动部分吸引向不可动部分。磁通量可以如下分布:从永磁体通过芯部元件并且穿过不可动部分和可动部分之间的距离分别到达接通板和断开板，分别经过接通板和断开板，并且穿过从可动部分至不可动部分的距离，并经由侧翼抵达永磁体。
[0058]因为磁通的方向不会对可动部分和不可动部分之间的磁引力造成影响，所以其还能够与上述描述的相反。
[0059]因为接通板和不可动部分之间的距离以及断开板和不可动部分之间的距离代表高磁阻，所以吸引可动部分的磁力取决于所述距离。当距离实质为零时获得最强的力，例如在接通位置的情况中。
[0060]当磁致动器处于断开位置中并且其将被接通时，电流必须以支持并且增加永磁体磁通的方式流经线圈，使得不可动部分将更强劲地吸引可动部分。利用特定电流，吸引磁力能够变得足够强，以至于使得可动部分抵抗其它外力和质量体运动，使得磁致动器能够抵达例如接通位置。
[0061]磁通必须经过可动部分和不可动部分之间的距离两次。磁通的特定部分(所谓的杂散磁通)可以从芯部直接行进至最近的侧翼。因为这种杂散磁通不会与可动部分相互作用，所以其对将可动部分吸引到不可动部分的磁力无助益。磁通的这一部分占整个磁通的百分比如可动部分和不可动部分之间的距离一样取决于芯部和最近的侧翼之间的距离。通常，杂散磁通所占百分比将随着可动部分和不可动部分之间的距离增加而增大，这是因为较之例如铁，空气具有非常高的磁阻。结果，，为实现更高的磁致动器工作行程，必须流经线圈以在可动部分处获得一定吸引磁力的电流必须非常高。
[0062]图1图解了具有不可动部分120和可动部分140的磁致动器100。不可动部分120包括芯部元件122、永磁体124、线圈126和侧翼128。可动部分140包括第一元件142、第二元件144和轴170。
[0063]线圈126卷绕在芯部元件122周围并且适于产生用于将第二元件144吸引向不可动部分的磁力。
[0064]第一元件142和第二元件144借助轴170互连，所述轴被引导通过不可动部分的芯部元件122。轴170能够沿着平行于轴的纵向轴线172的第一方向160运动。第一元件142垂直于纵向轴线172，而第二元件144不垂直于纵向轴线172。第二元件144相对于轴170倾斜。
[0065]轴170和第二元件144通过铰接件174连接，其中，铰接件174适于当轴170沿着方向160运动并且第二元件144围绕旋转轴线148旋转时在长方孔145中运动。
[0066]长方孔145和利用其安装点146安装到轴170的铰接件174允许线性补偿运动，以便避免在可动部分沿着方向160运动时可动部分和不可动部分被卡住。
[0067]虽然图1仅仅示出了一个旋转安装的元件，但是第一元件142和第二元件144可以均构造成当可动部分沿着第一方向160运动时分别围绕第一旋转轴线和第二旋转轴线旋转。
[0068]图2图解了具有不可动部分120和可动部分140的磁致动器100的另一个示例性实施例。
[0069]旋转轴线148可以布置成使得旋转轴线148相对于第一方向160或者轴170的旋转轴线与不可动部分120的表面201处于同一水平高度处。换言之，轴线148和表面201之间沿着第一方向不存在偏移。当开始切换操作时，第二元件144被吸引向不可动部分120，并且当第二元件144的表面211抵靠着不可动部分的表面201共面时可动部分停止运动。在磁致动器的默认状态中，不可动部分120的第二表面202和第一元件的表面212可以毗邻或者间隔开。
[0070]图3示出了具有伸长的侧翼128的磁致动器100，其中，伸长的侧翼128的伸长部分129向着第二元件伸长，以减小不可动部分和可动部分之间的气隙301，使得减小气隙301的磁阻。侧翼128伸长为使得不减小磁致动器的工作行程。侧翼128的伸长部分129以在轴170的径向方向上有一定偏移的状态靠近可动部分。因此，第二元件在围绕旋转轴线148旋转的同时沿着伸长侧翼运动。
[0071]图4示出了磁致动器、第一元件142和第二元件144的示例性实施例，其中，第一元件和第二元件借助机械互连件170连接。第一元件142和第二元件144适于围绕第一旋转轴线148和第二旋转轴线148旋转。
[0072]在磁致动器的默认状态中，第一元件142和第二元件144可以皆不相对于可动部分的运动方向倾斜或者两元件中的一个或者两个可以相对于可动部分的运动方向倾斜。在磁致动器的默认状态中，第一元件142和/或第二元件144可以毗邻不可动部分或者靠近不可动部分定位，使得第一元件和/或第二元件以及不可动部分之间间隔开预定距离401。
[0073]机械互连件170能够位于不可动部分内侧或者外侧。机械互连件可以支持可动部分的一致的运动。机械互连件170在实体结构上可以由一个或多个互连件(例如，在致动器的左侧和右侧各一个互连件)构成。
[0074]上述和下文所述的磁致动器的可动部分可以在默认状态中处于磁致动器的断开位置或者接通位置中。因此，切换操作可以相应接通以及断开电路。[0075]图5图解了磁致动器100的示例性实施例，其中，侧翼128向第一元件142和第二元件144伸长。
[0076]第一元件142和第二元件144借助机械互连件170相连，并且当移动可动部分时，这两个元件均围绕旋转轴线148旋转。
[0077]与结合图3描述的一样，优势在于针对第一元件142和第二元件144均减小了磁通的气隙。
[0078]图6图解了磁致动器的另一个示例性实施例，其中，第一元件142和第二元件144互连，使得可动部分形成U状或者马蹄状。
[0079]第一元件142和第二元件144借助互连件170互连，使得当可动部分由不可动部分吸引时，第一元件、第二元件和互连件围绕旋转轴线147旋转。
[0080]图7图解了与图6中描绘的设置类似的磁致动器的示例性实施例，而图7中描绘的侧翼向可动部分伸长。
[0081]因此，由不可动部分120产生且作用在可动部分的第二元件144上的磁力更强，这是因为减小了可动部分和侧翼128之间的距离。
[0082]当可动部分向不可动部分运动时，可动部分围绕旋转轴线147旋转。
[0083]图8图解了磁致动器的示例性实施例，其中，不可动部分包括第一线圈126和第二线圈127。
[0084]第一线圈126适于将第二元件144向不可动部分120吸引并且因此使得磁致动器处于接通位置中，而第二线圈127适于吸引第一元件142向不可动部分运动，以便使得磁致动器处于断开位置中。
[0085]当使得可动部分向不可动部分运动时，可动部分围绕旋转轴线147旋转。
[0086]如图6、图7和图8所示的U状或者马蹄状可动部分的优势在于,可动部分仅仅需要单个用于提供旋转轴线147的铰接件，从而减小了所包含零件的数量。
[0087]图9图解了磁致动器的示例性实施例，其中，可动部分包括止动元件901、第一弹簧902和第二弹簧903。
[0088]第一弹簧902布置在第二元件144和止动元件901之间，从而第一弹簧使第二元件144相对于轴170的纵向轴线处于倾斜位置中，并且其中，止动元件901布置成将第二元件144保持在预定的倾斜位置中。
[0089]当被吸引并且向不可动部分120运动时，第二元件144将抵抗第一弹簧902的张力旋转直到第二元件144与不可动部分120面与面地抵靠。
[0090]而且，可动部分必须在实施切换操作时抵抗第二弹簧903的张力而运动。
[0091]只要不可动部分吸引可动部分，则可动部分将被保持在接通位置中。当作用在可动部分上的磁力消除时，第二弹簧903将使得可动部分回到断开位置中，而第一弹簧902将使得第二元件144处于倾斜位置中。因此，第二弹簧903将施加从不可动部分至第一元件142的张力。
[0092]图9描绘了磁致动器，其中，第二弹簧903将第一元件142拉向不可动部分，其中，磁力适于将第二元件拉向不可动部分。通常，第二弹簧还能够将第二元件144拉向不可动部分并且磁力还能够适于将第一元件拉向不可动部分。
[0093]在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或者步骤，并且定冠词“a”或者“an”不排除多个。应当指出的是，还可以组合上述特征。即使没有明确地详细描述，但是上述特征的组合还可能导致产生协同作用。说明书和权利要求中的附图标记并不视为对本发明和权利要求范围构成限制。
【权利要求】
1.一种用于断路器的磁致动器(100)，所述磁断路器包括: 不能移动部分(120);和 能够移动部分(140)； 其中，所述能够移动部分包括第一元件(142)和第二元件(144); 其中，所述能够移动部分能够沿着第一方向(160)从断开位置运动到接通位置； 其中，在所述断开位置中，所述不能移动部分毗邻所述第一元件； 其中，在所述接通位置中，所述不能移动部分毗邻所述第二元件； 其中，所述第一元件和/或所述第二元件构造成当由所述不能移动部分产生的磁力作用在所述第一元件和/或所述第二元件上时围绕旋转轴线(146，147，148)旋转，并且所述能够移动部分从所述断开位置运动到所述接通位置； 其中，在所述断开位置中或者在所述接通位置中，所述第一方向并不垂直于所述第一元件和/或所述第二元件的面向所述不能移动部分的表面(211，212)。
2.根据权利要求1所述的磁致动器(100)， 其中，所述第一元件和所述第二元件互连，使得所述第一元件和所述第二元件皆围绕所述旋转轴线(146，147，148)旋转。
3.根据权利要 求1或者2所述的磁致动器(100)， 其中，所述能够移动部分还包括机械互连件(170)； 其中，所述第一元件和所述第二元件借助所述机械互连件互连，以用于将所述第一元件与所述第二元件连接。
4.根据权利要求3所述的磁致动器(100)， 其中，所述机械互连件是轴(170)； 其中，所述轴的纵向轴线(172)平行于所述第一方向延伸； 其中，所述轴布置在所述第一元件和所述第二元件之间； 其中，所述轴通过铰接件(174)连接到所述第一元件和/或所述第二元件。
5.根据权利要求3或者4所述的磁致动器(100)， 其中，所述第一元件和/或所述第二元件还包括长方孔(145)； 其中，所述机械互连件的一部分构造成当所述机械互连件沿着所述第一方向运动、所述第一元件和/或所述第二元件围绕旋转轴线旋转时在所述长方孔中运动。
6.根据权利要求1所述的磁致动器(100)， 其中，所述能够运动部分包括至少一个止动元件(901)，用于使得所述第一元件和/或所述第二元件围绕所述旋转轴线的旋转停止； 其中，所述止动元件适于在所述接通位置和所述断开位置中分别将所述第一元件和/或所述第二元件保持在相对于第一方向的倾斜位置中。
7.根据权利要求6所述的磁致动器(100)， 其中，所述能够移动部分包括至少一个第一弹簧(902)，以便使得所述第一元件和/或所述第二元件处于所述倾斜位置中。
8.根据前述权利要求中的一项所述的磁致动器(100)， 其中，所述不能移动部分(120)包括芯部元件(122)、至少一个永磁体(124)和第一线圈(126)；其中，电流流经所述第一线圈产生作用在所述第二元件上的磁吸力，使得所述能够移动部分运动到所述接通位置。
9.根据前述权利要求中的一项所述的磁致动器(100)，所述磁致动器还包括至少一个侧翼(128)； 其中，所述至少一个侧翼沿着平行于所述第一方向的方向伸长，使得所述能够移动部分至所述不能移动部分之间的距离缩短，以减小所述能够移动部分和所述不能移动部分之间的气隙(301)的磁阻。
10.根据前述权利要求中的一项所述的磁致动器(100)， 其中，所述不能移动部分包括第二线圈(127)； 其中，电流流经所述第二线圈在所述第一元件处获得磁吸力，使得所述能够移动部分运动到所述断开位置。
11.根据前述权利要求中的一项所述的磁致动器(100)， 其中，所述磁致动器包括至少一个第二弹簧(903)； 其中，所述第二弹簧布置成用于使得所述能够移动部分运动到所述断开位置。
12.—种具有根据权利·要求1至11中的一项所述的磁致动器的断路器。
【文档编号】H01H71/24GK103828012SQ201180073385
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2011年7月29日 优先权日:2011年7月29日
【发明者】C·罗伊贝尔, 尚文凯 申请人:Abb技术股份公司