CN104810217A - 一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置及脱扣方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置及脱扣方法，属于电磁脱扣器技术领域。本发明包括动铁心、外套筒、线圈和静铁心，所述的外套筒套于动铁心、静铁心外部，动铁心相对静铁心直线运动，所述的线圈缠绕于外套筒外部；在动铁心、静铁心之间增加一导磁体，该导磁体与动铁心、静铁心的相对位置可调，本发明动铁心和静铁心之间的气隙通过调节导磁体与动铁心、静铁心的相对位置来改变。本发明使得磁脱扣器可以控制一定范围的额定电流，达到了为多种额定电流的断路器提供短路瞬时保护的目的，具有更好的可操作性和可调节性。

Description

一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置及脱扣方法

技术领域

本发明涉及一种可控电磁脱扣装置，主要用于多档位可控电磁脱扣器，也可用于其他应用电磁铁作为驱动或执行部件的自动化领域。

背景技术

作为驱动或执行元件，电磁铁以其具有良好的工作特性，并且能够将电磁能转换为机械能，而广泛应用于自动化设备中。基于电磁铁原理的磁脱扣器主要用于低压断路器。

参看图1，传统的磁脱扣器主要由动铁心1、线圈5、静铁心6以及套在动、静铁心外，由塑料材料制成的外套筒3组成。其通过改变动铁心1和静铁心6的相对位置来改变气隙，从而达到控制电磁吸力的目的。外套筒3能够确保动铁心1在制定方向上运动，且不影响磁场分布。然而，由于电磁力在气隙小的时候上升很快，在气隙较大的时候值很小且变化平缓，所以当动铁心1需要较大的冲量，即需要较大的电磁吸力来克服反力做功时，不易控制。又由于动、静铁心在吸合位置处需要的反力很小，脱扣器工作时会引起不必要的噪声，减小装置的使用寿命。

传统的电磁脱扣器用于塑壳断路器的短路瞬时保护，即在一种额定电流下，分断不同倍数档位(通常为8～10倍)的额定电流，这就要求每种不同的额定电流都单独设计一种电磁脱扣器，以达到瞬时保护不同倍数档位的效果。如此，断路器的设计版本很多，给生产带来了很多工作量。此外，由于传统电磁脱扣器动铁心1的行程较小，导致动铁心1移动很小的距离就要控制几个电流档位，每档间的控制距离小，控制误差很大。

经检索，中国专利申请号201210233056.2，申请日为2012年7月6日，发明创造名称为：用于控制与保护开关的短路脱扣装置，该申请案包括磁轭，以及设置于磁轭内部的静铁心和动铁心，动铁心可相对静铁心直线靠近和分离；动铁心在与静铁心相对的一端固定连接有顶杆，所述顶杆穿设于静铁心上成型的孔并伸出磁轭外部，动铁心的另一端设有沿移动方向固定的导向柱，导向柱穿过成型于用于封闭所述磁轭的磁轭板上的导向孔，磁轭板的导向孔与所述动铁心的导向柱之间设置用于调节所述动铁心相对所述磁轭板移动的调节螺套，所述调节螺套压设于所述动铁心上，其与所述磁轭板的导向孔螺纹连接，与所述动铁心的导向柱滑动连接。该短路脱扣装置不但能够调节动静铁心气隙并且具有良好的吸合分断能力，特别适用于控制与保护开关。该申请案提供了一种通过调节动静铁心气隙优化脱扣装置短路分断性能的方案，但该申请案的短路脱扣装置在可操作性和可调节性方面仍需进一步改进。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明为使磁脱扣器的动铁心在大气隙下也拥有较大的电磁吸力，脱扣动作更加灵敏迅速，使磁脱扣器具有更好的可操作性和可调节性，提供了一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置及脱扣方法；本发明的设计方案，使得磁脱扣器可以控制一定范围的额定电流，达到了为多种额定电流的断路器提供短路瞬时保护的目的。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置，包括动铁心、外套筒、线圈和静铁心，所述的外套筒套于动铁心、静铁心外部，动铁心相对静铁心直线运动，所述的线圈缠绕于外套筒外部；在动铁心、静铁心之间增加一导磁体，该导磁体与动铁心、静铁心的相对位置可调，动铁心和静铁心之间的气隙通过调节导磁体与动铁心、静铁心的相对位置来改变。

作为本发明的一种具体设计，所述的导磁体采用导磁体套筒，该导磁体套筒嵌于外套筒的内表面，动铁心在该导磁体套筒内滑动；所述的动铁心上部套设有弹簧，弹簧的一端抵靠动铁心所设台阶，弹簧的另一端抵靠外套筒。

作为本发明的另一种具体设计，所述外套筒内部设有台阶，所述的导磁体采用导磁体套筒，导磁体套筒的一端通过非导磁体垫片抵靠外套筒所设台阶，导磁体套筒的另一端由套设于静铁心上的弹簧支撑，弹簧的另一端抵靠静铁心所设台阶。

更进一步地，所述的非导磁体垫片为环形结构，该非导磁体垫片的内径小于动铁心的外径。

更进一步地，所述的非导磁体垫片为实心垫片。

作为本发明的一种脱扣方法，通过外套筒带动导磁体套筒移动，调节导磁体套筒与动铁心、静铁心的相对位置，达到调节动铁心和静铁心之间气隙，改变动铁心所受初始电磁吸力的目的；在脱扣过程中，导磁体套筒位置不变，动铁心向下运动，带动机械结构脱扣。

作为本发明的另一种脱扣方法，通过外套筒改变非导磁体垫片、导磁体套筒的初始位置，调节导磁体套筒与动铁心、静铁心的相对位置，达到调节动铁心和静铁心之间气隙，改变动铁心所受初始电磁吸力的目的；在脱扣过程中，动铁心接触到非导磁体垫片之后，动铁心带动非导磁体垫片、导磁体套筒向下运动，保持脱扣过程动铁心受到的电磁吸力稳步上升。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置，通过在动铁心、静铁心之间添加导磁体，调节导磁体与动铁心、静铁心的相对位置，可实现对较大范围脱扣电流的控制，包括同一额定电流下的不同倍数以及不同的额定电流的控制，达到了减小磁路中的气隙，增大电磁吸力的目的；

(2)本发明的一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置，由于导磁体的存在，使磁路中的气隙减小，漏磁减少，作为衔铁的动铁心相比于不加导磁体的装置，在动、静铁心初始位置不变，线圈匝数不变的情况下，受到更大的初始电磁吸力，大大提高了电磁脱扣装置的响应灵敏度以及可靠性；

(3)本发明的一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置，通过改变动、静铁心临近吸合位置处导磁体的位置，可减小此时动铁心受到的电磁吸力，减小吸合时动、静铁心的碰撞速度以及碰撞冲力，从而减小工作噪声，提高装置的使用寿命；

(4)本发明的一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置及脱扣方法，结构简单、改进合理，增加了磁脱扣器的可操作性和可调节性，具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1为传统电磁脱扣装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1所述方案电磁脱扣装置的结构示意图；

图3为本发明实施例2所述方案电磁脱扣装置的结构示意图；

图4为本发明实施例1所述方案得到的电磁吸力曲线图；

图5为本发明实施例2所述方案得到的电磁吸力曲线图。

示意图中的标号说明：

1、动铁心；2、弹簧；3、外套筒；4、导磁体套筒；5、线圈；6、静铁心；7、非导磁体垫片。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合附图，本实施例的一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置，包括由铁磁性材料制成的动铁心1和静铁心6、由非导磁材料制成的外套筒3以及由导体制成的线圈5，所述的外套筒3套于动铁心1、静铁心6外部，动铁心1在外套筒3内部往复运动，相对于静铁心6直线靠近或远离，所述的线圈5缠绕于外套筒3外部。本实施例在动铁心1、静铁心6之间增加了一导磁体，该导磁体由铁磁性材料(如10号钢等)制成，通过在动铁心1、静铁心6之间添加该导磁体，调节导磁体与动铁心1、静铁心6的相对位置，可实现对较大范围脱扣电流的控制，包括同一额定电流下的不同倍数以及不同的额定电流的控制，并且可根据需要的电磁吸力特性曲线设定导磁体的外形以及运动方式，进而达到减小磁路中的气隙，增大电磁吸力的目的。

对于同一额定电流下的不同倍数以及不同的额定电流的控制主旨在于：增大电磁脱扣装置的脱扣电流范围。其中：除了要保证脱扣电流的范围大之外，还要求不同额定电流时，也能保证相同倍数档位的脱扣电流，即原设计是额定电流125A，在8～10倍额定电流(125A)时能可靠脱扣，本实施例由于动铁心1、静铁心6之间导磁体的存在，可以控制8～10倍多种额定电流(100A，160A甚至200A)都能够可靠脱扣(原理将在下文具体描述)。

由于导磁体的存在，使磁路中的气隙减小，漏磁减少。此时，作为衔铁的动铁心1比不加导磁体的装置，在动铁心1、静铁心6初始位置不变，线圈5匝数不变的情况下，受到更大的初始电磁吸力，对提高电磁脱扣装置的响应灵敏度以及可靠性有重要作用；同时，改变动铁心1、静铁心6临近吸合位置处导磁体的位置，可减小此时动铁心1受到的电磁吸力，减小吸合时动铁心1、静铁心6的碰撞速度以及碰撞冲力，从而减小工作噪声，提高装置的使用寿命。

值得说明的是，从脱扣装置的结构上来看，本发明共提供了两种设计方案，但实际设计并不局限于所列出的两种方案，且本发明的设计思路还可应用于其他利用电磁铁作为驱动或执行部件的机构。本实施例将对其中一种添加导磁体的方案进行具体介绍。

参看图2，所述的导磁体采用圆筒状导磁体套筒4，该导磁体套筒4嵌于外套筒3的内表面，由外套筒3固定。动铁心1在该导磁体套筒4内滑动，导磁体套筒4不随动铁心1的运动而运动，且导磁体套筒4与动铁心1、静铁心6产生的摩擦可忽略。所述的动铁心1上部套设有弹簧2，动铁心1上设有台阶，弹簧2的一端抵靠所述台阶，弹簧2的另一端抵靠外套筒3。

本实施例通过外部结构如外套筒3来调节导磁体套筒4，达到调节气隙，改变动铁心1受到的电磁吸力的作用。在脱扣过程中，导磁体套筒4的位置不变，动铁心1向下运动，带动机械结构脱扣。由于动铁心1的初始位置和导磁体套筒4的位置均可调节，所以本实施例通过调节动铁心1的初始位置来调节脱扣电流的倍数档位，改变导磁体套筒4的初始位置来使脱扣装置适用于不同的额定电流。具体调节办法如下：

当动铁心1动作时，导磁体套筒4位置保持不变。导磁体套筒4嵌入外套筒3中，当转换脱扣电流档位时，通过外部机械结构，改变外套筒3的高度，从而达到改变导磁体套筒4与动铁心1相对位置，调节气隙的作用。当线圈5中电流达到较小档位的脱扣电流时，导磁体套筒4置于距动铁心1较近的位置，此时磁力线大部分通过静铁心6和导磁体套筒4流入动铁心1中，漏磁很少，动铁心1在初始位置受到的电磁吸力远大于传统脱扣器，脱扣器正常工作。当线圈5中电流达到较大档位的脱扣电流时，外套筒3带动导磁体套筒4下移，则就能使该电流下脱扣装置脱扣，小于该电流脱扣装置不工作，从而达到电流多档控制的目的。

参看图4，本实施例得到的电磁吸力曲线是一种中间凸起的曲线，曲线凸起的位置由导磁体套筒4与铁心的相对位置决定，图4给出了传统设计方案和本实施例在线圈电流相同、动静铁心相对位置不变，通过调节动铁心1位置来改变气隙时，动铁心1受到的电磁吸力特性图。其中，在不改变铁心、线圈5的设计时，电磁吸力能够在虚线部分所示的区域内进行调节，使脱扣机构的可控性大大提升。如果将其用于其他额定电流的脱扣装置，通过外部结构来改变动铁心1的初始位置即可，例如，如果要求调节较大的额定电流，将动铁心1上移，增大气隙，就可以使该脱扣装置仍能在原来调节档位的位置(即导磁体套筒4的位置)脱扣。由于本实施例在气隙较大时就能够使动铁心1运动，并且由于在动铁心1、静铁心6吸合位置的吸力较小，有时甚至可以小于反力。所以，本实施例不仅可以减小脱扣装置的响应时间，还能够加快动铁心1复位，对于要求运动行程较大，且脱扣后需要快速复位的脱扣装置有非常显著的优势。本实施例是在传统脱扣器功能上的一种延伸，可以应用在其他有这种功能需求的自动控制领域。

实施例2

参看图3，本实施例为另外一种添加导磁体的方案。其基本结构同实施例1，所不同的是：所述外套筒3内部设有台阶，外套筒3的上部孔径小于下部孔径，导磁体仍采用圆筒状导磁体套筒4，导磁体套筒4的一端通过非导磁体垫片7抵靠外套筒3所设台阶，非导磁体垫片7可选择奥氏体钢等韧性较强的材料，结构可以为环形或实心垫片，其内径小于动铁心1的外径，具体以能可靠带动导磁体套筒4运动为准，非导磁体垫片7与导磁体套筒4的位置由外套筒3和动铁心1共同确定，而其与铁心的相对初始位置只由外部结构控制的外套筒3决定。导磁体套筒4的另一端由套设于静铁心6上的弹簧2支撑，弹簧2的另一端抵靠静铁心6所设台阶。

本实施例通过调节外套筒3的高度，来调节非导磁体垫片7和导磁体套筒4的位置，进而达到调节气隙，改变动铁心1受到的电磁吸力的作用。在脱扣过程中，当动铁心1接触到非导磁体垫片7后，动铁心1带动非导磁体垫片7和导磁体套筒4在设定的轨道内向下运动。在此过程中维持气隙固定，气隙大小约为非导磁体垫片7的厚度，进而保持整个过程中动铁心1受到的电磁吸力稳步上升。本实施例通过调节导磁体套筒4初始位置来调节不同脱扣电流的倍数档位，改变动铁心1初始位置来使脱扣装置适应不同额定电流。具体调节办法如下：

由于导磁体套筒4的存在，使得动铁心1在初始位置受到较大的电磁吸力。当动铁心1向下运动接触到非导磁体垫片7时，动铁心1带动非导磁体垫片7和导磁体套筒4一起向下运动。整个过程中动铁心1与导磁体套筒4的相对位置保持不变，相当于固定气隙，动铁心1受到的电磁吸力稳步上升，其电磁吸力特性曲线如图5所示。本实施例所述方案的电磁吸力曲线可以在图中的虚线以及传统设计的电磁吸力之间变化。

与传统电磁脱扣器的电磁吸力特性曲线相比，本实施例得到的电磁吸力特性曲线有1个拐点，进而将曲线划分成①、②两段。其中，①段主要取决于非导磁体垫片7的厚度，厚度越大，变化越平缓；拐点与②段的变化情况主要取决于由外套筒3确定的非导磁体垫片7和导磁体套筒4的初始位置，导磁体套筒4与动铁心1之间的距离越大，曲线变化越平缓，拐点在图5中越靠左。由此可知，本实施例得到的电磁吸力特性曲线与反力曲线的吻合程度很高，实际应用中可以根据反力曲线中超程的大小来改变电磁吸力曲线的拐点位置，进而改变吸力反力曲线交点，根据需要来设计切换档位的气隙位置。本实施例的设计在很大程度上避免了传统电磁脱扣器要用很小的行程来控制很多档位，造成的控制误差很大的问题，使控制更加可靠、精确。当转换脱扣电流档位时，通过外部机械结构可改变外套筒3的高度，从而改变非导磁体垫片7和导磁体套筒4的初始位置，进而改变气隙，控制不同电流倍数档位下动铁心1受到的电磁吸力，还可以通过更改不同厚度的非导磁体垫片7来适用于不同额定电流的脱扣装置。

实施例1～2所述的一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置及脱扣方法，结构简单、改进合理，增加了磁脱扣器的可操作性和可调节性，达到了磁脱扣器可以控制一定范围的额定电流，为多种额定电流的断路器提供短路瞬时保护的目的，具有很好的推广应用价值。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置，包括动铁心(1)、外套筒(3)、线圈(5)和静铁心(6)，所述的外套筒(3)套于动铁心(1)、静铁心(6)外部，动铁心(1)相对静铁心(6)直线运动，所述的线圈(5)缠绕于外套筒(3)外部；其特征在于：在动铁心(1)、静铁心(6)之间增加一导磁体，该导磁体与动铁心(1)、静铁心(6)的相对位置可调，动铁心(1)和静铁心(6)之间的气隙通过调节导磁体与动铁心(1)、静铁心(6)的相对位置来改变。

2.根据权利要求1所述的一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置，其特征在于：所述的导磁体采用导磁体套筒(4)，该导磁体套筒(4)嵌于外套筒(3)的内表面，动铁心(1)在该导磁体套筒(4)内滑动；所述的动铁心(1)上部套设有弹簧(2)，弹簧(2)的一端抵靠动铁心(1)所设台阶，弹簧(2)的另一端抵靠外套筒(3)。

3.根据权利要求1所述的一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置，其特征在于：所述外套筒(3)内部设有台阶，所述的导磁体采用导磁体套筒(4)，导磁体套筒(4)的一端通过非导磁体垫片(7)抵靠外套筒(3)所设台阶，导磁体套筒(4)的另一端由套设于静铁心(6)上的弹簧(2)支撑，弹簧(2)的另一端抵靠静铁心(6)所设台阶。

4.根据权利要求3所述的一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置，其特征在于：所述的非导磁体垫片(7)为环形结构，该非导磁体垫片(7)的内径小于动铁心(1)的外径。

5.根据权利要求3所述的一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置，其特征在于：所述的非导磁体垫片(7)为实心垫片。

6.根据权利要求2所述的一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置的脱扣方法，其特征在于：通过外套筒(3)带动导磁体套筒(4)移动，调节导磁体套筒(4)与动铁心(1)、静铁心(6)的相对位置，达到调节动铁心(1)和静铁心(6)之间气隙，改变动铁心(1)所受初始电磁吸力的目的；在脱扣过程中，导磁体套筒(4)位置不变，动铁心(1)向下运动，带动机械结构脱扣。

7.根据权利要求3所述的一种添加导磁体的可控电磁脱扣装置的脱扣方法，其特征在于：通过外套筒(3)改变非导磁体垫片(7)、导磁体套筒(4)的初始位置，调节导磁体套筒(4)与动铁心(1)、静铁心(6)的相对位置，达到调节动铁心(1)和静铁心(6)之间气隙，改变动铁心(1)所受初始电磁吸力的目的；在脱扣过程中，动铁心(1)接触到非导磁体垫片(7)之后，动铁心(1)带动非导磁体垫片(7)、导磁体套筒(4)向下运动，保持脱扣过程动铁心(1)受到的电磁吸力稳步上升。