專利名稱：具有非磁性插入件的磁致動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電路斷路器尤其是用于中壓真空電路斷路器的磁致動器單元、電路斷路器和用于切換電路斷路器的磁致動器單元、磁致動器用于切換電路斷路器的用途、以及用于電路斷路器的磁致動器的組裝方法。
背景技術(shù)：
為了操作電路斷路器，特別是為了操作中壓真空電路斷路器，可能需要產(chǎn)生較高的作用力以將第一可動電觸頭壓到相應的第二固定電觸頭上。該作用力可通過磁致動器產(chǎn)生。磁致動器包括用于產(chǎn)生電場的線圈、用于形成該電場的芯部和被芯部吸引的第一可動板。當該可動板被該芯部吸引時，該可動板產(chǎn)生用于閉合電路斷路器的作用力。W001/46968A1公開了一種包括銜鐵和磁軛的可變磁阻螺線管，所述磁軛被設(shè)置成在軸向上超出銜鐵的一端?？邕^銜鐵和磁軛之間的軸向間隙的磁引力使銜鐵軸向移動并使間隙關(guān)閉。銜鐵包括處于與軸向方向垂直的平面中的鐵磁性的迭片結(jié)構(gòu)。這些迭片結(jié)構(gòu)可包括槽，所述槽成比例并用于防止渦流并且在避免產(chǎn)生磁通瓶頸的同時減少可動質(zhì)量。螺線管可具有在銜鐵的相對側(cè)上的兩個磁軛，從而提供往復的銜鐵運動。EP1843375A1涉及一種例如用于中壓開關(guān)的電磁致動器，該電磁致動器具有圓形磁軛形式的第一可動板、致動軸和較小的下部磁軛形式的較小的下部第二可動板，所述較小的下部第二可動板與第一可動板間隔開固定間隔并且布置在芯部的相反端。用于機械緩沖的緩沖墊被插入到磁致動器的芯部和所述較小的下部磁軛之間。然而，緩沖墊的厚度通常太大以至于不能產(chǎn)生使系統(tǒng)保持固定在打開或斷開位置所需要的作用力，所述系統(tǒng)例如是磁致動器和例如一個或更多個真空中斷器的外部裝置。典型地，通過斷開彈簧產(chǎn)生處于斷開位置所需要的作用力。所述斷開彈簧將在接通位置中產(chǎn)生最高的作用力。由 于磁致動器通常不能磁性地產(chǎn)生用于斷開位置的其自身的鎖定力，斷開彈簧必須以使該斷開彈簧還有助于在斷開位置中產(chǎn)生鎖定力的方式設(shè)計。因此，在接通操作期間用于加載斷開彈簧的機械能相對較高，且比獲得期望的斷開速度所需的機械能要高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種緊湊的、靈活的且有效的用于電路斷路器的磁致動器。通過獨立權(quán)利要求的主題實現(xiàn)該主題。另外的示例性的實施例從從屬權(quán)利要求中是明顯的。根據(jù)本發(fā)明一方面，提供了一種用于電路斷路器、特別是用于中壓真空電路斷路器的磁致動器單元，其中該磁致動器單元適用于通過使穿過磁芯部的致動軸上的第一可動板在接通位置和斷開位置之間運動來切換電路斷路器的接通和斷開。該磁致動器單元包括布置在芯部和第二可動板之間的非磁性平坦插入件，該第二可動板在距第一可動板規(guī)定距離處被安裝到所述致動軸上，其中非磁性平坦插入件和第二可動板適用于調(diào)整在斷開位置由第二可動板提供的磁致動器單元的保持力，其中所述保持力足夠強，以克服作用在磁致動器單元上的外力而將致動器單元保持在斷開位置。不需要用于在斷開位置產(chǎn)生保持力的額外的彈簧元件。非磁性平坦插入件和/或第二可動板可適用于通過調(diào)整非磁性平坦插入件的厚度和/或第二可動板的厚度和/或?qū)挾然蛑睆絹碚{(diào)整在斷開位置由第二可動板提供的磁致動器的保持力。換言之，本發(fā)明根據(jù)該實施例提出用相對平坦的非磁性插入件來代替緩沖層，其中憑借非磁性插入件的厚度，磁致動器在斷開位置或斷連位置的保持力可根據(jù)由所述磁致動器操作的系統(tǒng)的要求調(diào)整。由于通過第二可動板產(chǎn)生處于斷開位置所需的保持力，因此可省略用于保持該斷開位置的斷開彈簧。當非磁性平坦插入件的厚度減少時，保持力可增力口，而當非磁性平坦插入件的厚度增加時，保持力可減少。斷開位置的保持力的進一步調(diào)整可通過改變第二可動板的厚度和/或?qū)挾然蛑睆絹磉M行。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，磁致動器還包括用于將所述非磁性平坦插入件固定到所述芯部的固定裝置，所述固定裝置尤其是螺釘。有利的是使用現(xiàn)有的螺釘以可靠的方式將該層固定到芯部。所述固定裝置可包括至少一個螺釘。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述非磁性平坦插入件由不銹鋼制成。非磁性平坦插入件可具有層的形式，所述層能夠可選地由不同非磁性材料制成，只要這些材料滿足磁致動器的預期運行次數(shù)和抗腐蝕性即可。不銹鋼滿足上述這兩方面。根據(jù)具體的應用，非磁性平坦插入件適用于基于第二可動板和芯部之間的距離即基于非磁性平坦插入件的厚度的調(diào)整來調(diào)整在斷開位置由第二可動板提供的磁致動器的保持力。通常，該相關(guān)性具有雙曲線特征。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，磁致動器單元還包括芯部元件、圍繞所述芯部元件的至少兩個側(cè)翼部、和布置在所述芯部元件和所述側(cè)翼部之間的至少兩個永磁體；其中所述第二可動板適用于基于所述第二可動板的寬度與所述永磁體的外端之間距離的關(guān)系來調(diào)整在斷開位置由所述第二可動板提供的所述磁致動器單元的保持力。由于磁通量的分布和集中，且由于鐵部件(如芯部、側(cè)翼部和第二可動板)的飽和效應，當?shù)诙蓜影宓膶挾嚷源笥谟来朋w的外端之間的距離時，保持力具有最大值。對于較寬的第二可動板，在磁通量較不集中時保持力下降。對于較窄的第二可動板，由于在包括第二可動板的磁路中的低鐵含量和高空氣含量，磁通量減少，所以保持力也下降。在第一可動板不是矩形而是圓形的情況下，對于一定直徑的第二可動板，在斷開位置存在最大保持力，但是由于圓形第二可動板的比永磁體的外端之間的寬度更寬的區(qū)域和圓形第二可動板的沒有那么寬的其它區(qū)域的迭加，突出峰值(accentuated peak)較小。在本發(fā)明的另外的實施例中，基于所述第二可動板的厚度來改變在斷開位置由所述第二可動板提供的所述磁致動器單元的保持力。在第二可動板相對較薄的情況下，可能會出現(xiàn)第二可動板區(qū)域的磁通量飽和達到使磁阻顯著增加的程度。這樣，磁通量減少，因此斷開位置的磁鎖定力也減少。為了實現(xiàn)磁致動器更緊湊的設(shè)計，提供了電路斷路器和根據(jù)上面和下面提到的任一實施例的用于切換電路斷路器的磁致動器的組件，其中磁致動器可被集成在電路斷路器中。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例提供了這種磁致動器在電路斷路器中的使用。根據(jù)本發(fā)明另外的方面，提供了一種用于電路斷路器的磁致動器的組裝方法，該方法包括以下步驟:將線圈布置在所述磁致動器單元的芯部處從而使得所述線圈在所述芯部中產(chǎn)生磁通量；將第一可動板可移動地布置在穿過所述芯部的致動軸上使得所述第一可動板能夠在電路斷路器的接通位置和斷開位置之間運動；將非磁性平坦插入件布置在所述芯部的與所述第一可動板相反的另一側(cè)；以及然后將第二可動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動板設(shè)置于其上的同一致動軸上從而使得所述非磁性平坦插入件處于所述磁致動器單元的所述芯部和所述第二可動板之間。所述非磁性平坦插入件和所述第二可動板適用于調(diào)整在斷開位置由所述第二可動板提供的所述磁致動器單元的保持力。通過參考下文描述的示例性實施例，本發(fā)明的這些和其它方面將是明顯的并且將被闡明。


下面參考附圖更詳細地描述本發(fā)明的最優(yōu)選實施例。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的處于接通位置的用于電路斷路器的磁致動器單元的剖面圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的處于接通位置的用于電路斷路器的磁致動器單元的透視圖。圖3示出了根據(jù)圖2的用于電路斷路器的磁致動器的剖面圖。圖4示出了描述根據(jù)圖1至圖3的磁致動器的第二可動板的寬度與磁致動器單元的芯部的永磁體的外端之間的距離的關(guān)系的示意圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于電路斷路器的磁致動器單元的組裝方法的流程圖。所有附圖都是示意性的。
具體實施例方式在圖1中示出了用于電路斷路器、尤其是用于中壓真空電路斷路器的磁致動器單元100，其包括芯部101，該芯部具有芯部元件109、圍繞芯部元件109的至少兩個側(cè)翼部102、和布置在芯部元件109和側(cè)翼部102之間的至少兩個永磁體106。磁致動器單元100適用于通過使第一可動板103在接通(ON)位置和斷開(OFF)位置之間運動來切換電路斷路器的接通和斷開。非磁性插入件110被布置在磁致動器單元100的芯部101和第二可動板107之間。當通過線圈105產(chǎn)生磁場時，第一可動板103被芯部101吸引到處于芯部101第一側(cè)處的第一位置P1，線圈105在芯部101中產(chǎn)生磁通量112。第一可動板103在被芯部101吸引時朝芯部101運動。第一可動板103和第二可動板107以距離為dl的固定位置彼此間隔開，從而使得如果第一可動板103以使磁致動器單元100處于斷開位置所需的行程抬升尚開芯部101,則第二可動板107在芯部101第二側(cè)的、與第一位置Pl相對的第二位置P2處靠在非磁性平坦插入件110上。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施例的用于電路斷路器的磁致動器單元100。致動器處于位置P1，即，待由磁致動器單元驅(qū)動的未示出的電路斷路器的接通或閉合位置。非磁性平坦插入件Iio可包含不銹鋼且被布置在芯部101和第二可動板107之間，且可例如通過固定裝置111而被固定到芯部或第二可動板107。平坦插入件110與第二可動板107 —起適用于調(diào)整在斷開位置時(具體而言是在第一可動板103以磁致動器單元100所需的行程抬升離開芯部101的情況下)由第二可動板107提供的磁致動器單元100的保持力，這可通過調(diào)整非磁性平坦插入件110的厚度T來實現(xiàn)。致動軸104適于通過芯部101引導第一可動板103和第二可動板107。圖2示出了用于電路斷路器的磁致動器單元100，其中第一可動板103被固定到致動軸104。圖2的磁致動器單元100包括根據(jù)圖1的磁致動器單元的線圈、具有芯部元件的芯部101、圍繞芯部元件的至少兩個側(cè)翼部102和布置在芯部元件和側(cè)翼部之間的至少兩個永磁體，不同的是，第二可動板107是具有直徑201的圓形板，且非磁性平坦插入件110被設(shè)置成通過螺釘111固定到芯部。圖3示出了圖2的磁致動器單元100的剖面圖。非磁性平坦插入件110的厚度適用于調(diào)整在斷開位置時由第二可動板107提供的磁致動器單元100的保持力。當非磁性平坦插入件110的厚度T增加時，保持力下降；基于第二可動板107的寬度與永磁體的外端202、203之間的距離的關(guān)系的保持力調(diào)整變得對該關(guān)系的值不敏感。由于圓形第二可動板107的某些區(qū)域比永磁體106的外端202、203之間的寬度200寬、而圓形第二可動板107的其它區(qū)域沒有這么寬的這一事實，與圖1中示出的矩形第二可動板107相比，對于一定直徑201的圓形第二可動板107提供了最大保持力，但是具有較小的突出峰值。斷開位置中的磁性鎖定力或保持力還可取決于第二可動板107的厚度T2。通過永磁體106產(chǎn)生且通過芯部101即分別通過芯部元件109和側(cè)翼部102引導的磁通量最終通過板107從而產(chǎn)生保持或鎖定力。在第二板107相對較薄的情況下，可能出現(xiàn)第二可動板107區(qū)域的磁通量飽和到使磁阻顯著增加的程度。這樣，磁通量減少，因此斷開位置中的磁性保持力也減少。斷開位置中的磁性保持力也可取決于非磁性層或非磁性平坦插入件110的厚度T。通常，這種相關(guān)性是雙曲線特征。如果第二可動板107和非磁性平坦插入件110都較薄，則第二可動板107中的鐵可能飽和，因為在這種情況下斷開位置中的磁性保持力或鎖定力將由于所述飽和而減少。圖4示出了曲線圖，該曲線圖的豎向的保持力軸402示出了在斷開位置中由第二可動板提供的保持力或鎖定力的主要形狀，該曲線圖的水平軸401示出了第二可動板的寬度(或在第二可動板是圓形的情況下為第二可動板的直徑)。曲線404示出了第二可動板和非磁性平坦插入件的保持力或磁性鎖定力的主要形狀，該非磁性平坦插入件相對于磁路的其它部件(如芯部101、永磁體106、側(cè)翼部102和第二可動板107)的尺寸具有相對較小的厚度。豎線403示出了永磁體的外端202、203之間的寬度200 (也見圖3)。曲線405示出了第二可動板和具有較大厚度的非磁性平坦插入件的保持力。由于磁通量的分布和集中并且由于鐵部件(芯部、側(cè)翼部、第二可動板)的飽和效應，當?shù)诙蓜影宓膶挾嚷源笥谟来朋w的外端之間的距離時保持力具有最大值。對于較寬的第二可動板，在磁通量較不集中時保持力下降。對于較窄的第二可動板，由于包括第二可動板的磁路中的低鐵含量和高空氣含量，磁通量減少，所以保持力也下降。對于較高厚度的非磁性插入件，如曲線405所示，斷開位置中的鎖定力將通常較低。此外，在第二可動板的整個寬度上的峰值作用力將不那么明顯，該峰值作用力將在第二可動板較寬時變得明顯。圖5示出了用于電路斷路器的磁致動器單元的組裝方法500的流程圖，該組裝方法具有以下步驟:步驟501，即，將線圈布置在磁致動器單元的芯部處從而使得線圈在芯部中產(chǎn)生磁通量；步驟502，即，將第一可動板可動地布置在致動軸上，從而使得第一可動板能夠在電路斷路器(通過磁致動器單元切換該斷路器的接通和斷開)的接通位置和斷開位置之間運動，從而使得當通過線圈產(chǎn)生磁場時第一可動板被芯部吸引到芯部的第一位置。接下來的步驟是步驟503，即，將非磁性平坦插入件布置在芯部的另一側(cè)，即與第一可動板相反的一側(cè)。方法500的最后步驟是步驟504，即，將第二可動板布置在非磁性平坦插入件下方且布置在設(shè)置有第一可動板的同一致動軸上從而使得非磁性平坦插入件處于芯部和第二可動板之間。該平坦插入件適用于調(diào)整在斷開位置由第二可動板提供的磁致動器單元的保持力，且其中第一可動板和第二可動板以一定距離的固定位置彼此間隔開，從而使得如果第一可動板以磁致動器在斷開位置所需的行程抬升離開芯部，則第二可動板在芯部的與第一位置相反的第二位置處靠在非磁性平坦插入件上，從而產(chǎn)生磁致動器單元的在斷開位置處的保持力。雖然在附圖和前述描述中已經(jīng)詳細示出且描述了本發(fā)明，但是這種示出和描述應被認為是說明性或示范性而不是限制性的，本發(fā)明不限于所公開的實施例。通過研究附圖、公開的內(nèi)容和所附的權(quán)利要求，通過本領(lǐng)域技術(shù)人員以及通過實踐要求保護的本發(fā)明，可以理解和實現(xiàn)所公開的實施例的其它變型。在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，不定冠詞“一”不排除多個。某些措施在彼此不同的從屬權(quán)利要求中被引用這一事實不表示不能有利地使用這些措施的組合。權(quán)利要求中的任何附圖標記不應該構(gòu)成對范圍的限制。附圖標記100磁致動器單元101 芯部102側(cè)翼部103第一可動板104致動軸105 線圈106永磁體107第二可動板109 芯部元件110非磁性平坦插入件111固定裝置，螺釘
112磁通量200距離(永磁體的外端之間)201寬度或直徑(第一可動板的)202外端(永磁體的)203外端(永磁體的)400保持力與第二可動板的寬度及與永磁體的外端之間的距離的關(guān)系的圖

401第二可動板寬度軸402保持力軸403永磁體的外端之間的距離404相對較薄非磁性平坦插入件的曲線405相對較厚非磁性平坦插入件的曲線dl第一可動板和第二可動板之間的距離d2第二可動板和芯部之間的距離Pl第一位置=接通P2第二位置=斷開T非磁性平坦插入件的厚度T2第二可動板的厚度
權(quán)利要求
1.一種用于電路斷路器的磁致動器單元(100)，包括: -芯部(101)； -線圈(105)； -致動軸(104)； -第一可動板(130)； -第二可動板(107)； 其中，當通過所述線圈(105)產(chǎn) 生磁場時，所述第一可動板(103)被所述芯部(101)吸引到處于所述芯部(101)第一側(cè)的第一位置(P1)，當所述第一可動板(103)被所述芯部(101)吸引時，該第一可動板將所述電路斷路器切換到接通位置； 其中，所述第一可動板(103)和所述第二可動板(107)以一定距離(dl)的固定位置彼此間隔開，從而使得如果所述第一可動部(103)以所述磁性致動單元(100)移至斷開位置所需的行程抬升離開所述芯部(101 )，則所述第二可動板(107)在所述芯部(101)的與所述第一位置(Pl)相反的第二側(cè)的第二位置(P2)處靠在所述非磁性平坦插入件上，從而產(chǎn)生所述磁致動器單元(100)在斷開位置的保持力， 其特征在于:所述磁致動器單元(100)包括: -布置在所述芯部(101)和所述第二可動板(107)之間的非磁性平坦插入件(110)；其中，所述非磁性平坦插入件(110)和所述第二可動板(107)適用于調(diào)整由所述第二可動板(107)提供的所述磁致動器單元(100)的保持力，且所述保持力足以克服從外部作用到所述磁致動器(100)的作用力而在斷開位置保持所述第二可動板(107)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁致動器單元(100)，其特征在于，所述磁致動器單元(100)還包括: -固定裝置(111)，所述固定裝置用于將所述非磁性平坦插入件(110)固定到所述芯部(101)或所述第二可動板(107)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁致動器單元(100)，其特征在于，所述固定裝置(111)包括至少一個螺釘(111)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的磁致動器單元(100)，其特征在于，所述非磁性平坦插入件(I 10)包含不銹鋼。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的磁致動器單元(100)，其特征在于，所述非磁性平坦插入件(I 10)適用于基于所述非磁性平坦插入件(110)的厚度來調(diào)整在斷開位置由所述第二可動板(107)提供的所述磁致動器單元(100)的保持力。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的磁致動器單元(100)，所述芯部(101)還包括: -芯部元件(109)； -圍繞所述芯部元件(109)的至少兩個側(cè)翼部(102)； -布置在所述芯部元件(109)和所述側(cè)翼部(102)之間的至少兩個永磁體(106); 其特征在于，所述第二可動板(107)適用于基于所述第二可動板(107)的寬度(201)與所述永磁體(106)的外端(202，203)之間距離(200)的關(guān)系來調(diào)整在斷開位置由所述第二可動板(107)提供的所述磁致動器單元(100)的保持力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的磁致動器單元(100)， 其特征在于，所述第二可動板(107)是圓形的，且該第二可動板適用于基于所述第二可動板(107)的直徑(201)的變化來調(diào)整在斷開位置由所述第二可動板(107)提供的所述磁致動器單元(100)的保持力。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的磁致動器單元(100)，其特征在于，所述第二可動板(107)適用于基于所述第二可動板(107)的厚度(T2)來調(diào)整在斷開位置由所述第二可動板(107)提供的所述磁致動器單元(100)的保持力。
9.一種電路斷路器和用于切換電路斷路器的根據(jù)權(quán)利要求1至8的任一項的磁致動器單元(100)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8的任一項的磁致動器單元(100)用于切換電路斷路器的用途。
11.一種用于電路斷路器的磁致動器單元(100)的組裝方法，所述組裝方法(500)包括以下步驟: -將線圈(105)布置在所述磁致動器單元(100)的芯部(101)處從而使得所述線圈(105)能夠在所述芯部(101)中產(chǎn)生磁通量(501)； -將第一可動板(103)可移動地布置從而使得所述第一可動板(103)在致動軸(104)上能夠在接通位置和斷開位置之間運動(502)； 其特征在于:所述方法(500)還包括以下步驟: -將非磁性平坦插入件(110)布置在所述芯部的與所述第一可動板(103)相反的另一側(cè)(503)； -將第二可動板(107)布置在所述非磁性平坦插入件(110)下方且布置在設(shè)置有所述第一可動板(103)的同一致動軸(104)上，從而使得所述非磁性平坦插入件(110)處于所述芯部和所述第二可動板(107)之間(504)； 其中，所述非磁性 平坦插入件(110)和所述第二可動板(107)適用于調(diào)整由所述第二可動板(107)提供的所述磁致動器單元(100)的保持力，且所述保持力足以克服作用在所述磁致動器單元(100)上的外力而在斷開位置保持所述第二可動板(107)。
全文摘要
一種用于電路斷路器、尤其是用于中壓真空電路斷路器的磁致動器單元(100)，包括芯部(101)、線圈(105)、致動軸(104)、第一可動板(130)和第二可動板(107)。所述磁致動器單元(100)適用于通過使第一可動板(103)在接通位置和斷開位置之間運動來切換電路斷路器的接通和斷開。磁致動器單元(100)還包括布置在芯部(101)和第二可動板(107)之間的非磁性平坦插入件(110)，其中，非磁性平坦插入件(110)和第二可動板(107)適用于調(diào)整在斷開位置由第二可動板(107)提供的磁致動器單元(100)的保持力，其中，保持力足以克服作用在所述磁致動器(100)上的外力而在斷開位置保持所述第二可動板(107)。
文檔編號H01F7/13GK103189939SQ201180053518
公開日2013年7月3日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者C·羅伊貝爾 申請人:Abb技術(shù)股份公司