專利名稱：一種具有并聯(lián)磁路的永磁機(jī)構(gòu)接觸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸配電設(shè)備的低壓電器領(lǐng)域，涉及一種接觸器，特別涉及一種具有并聯(lián)磁路的低功耗新型永磁機(jī)構(gòu)接觸器，該接觸器自身無需設(shè)置失壓保護(hù)裝置而具備失壓保護(hù)功能。
背景技術(shù)：
目前在低壓電器領(lǐng)域大范圍使用的接觸器一般為電磁式接觸器。電磁式接觸器工作時(shí)存在噪聲大和觸頭彈跳多等缺點(diǎn)，特別是在電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)處于合閘保持狀態(tài)時(shí)需要?jiǎng)?lì)磁線圈長期通以交流電，這樣不僅造成很大的鐵損和分磁環(huán)損耗，使線圈鐵芯的溫升高，致使線圈容易燒毀，而且浪費(fèi)大量的電能。長期以來，圍繞降低電磁式接觸器的工作能耗，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作。如對電磁式接觸器進(jìn)行智能化控制[1]-[2]，即在接觸器合閘后在勵(lì)磁線圈中通較小的直流電流，使得直流電流產(chǎn)生的電磁吸力大于彈簧反力，由于減小了線圈電流且磁路中磁阻較小，因而具有一定的節(jié)能效果。但電磁式接觸器實(shí)現(xiàn)節(jié)能的方法沒有結(jié)合永磁機(jī)構(gòu)的節(jié)能優(yōu)勢，即在合閘位置處完全依靠勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的電磁吸力克服彈簧反力以使接觸器保持合閘狀態(tài)，而沒有有效利用永磁吸力。因此在節(jié)能方面還有提高的空間。
由于永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)所具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，前人針對永磁機(jī)構(gòu)接觸器做過各種有益的探索[3]-[4]。這些探索主要基于如下一種思想，即將電磁式接觸器的電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)換為永磁機(jī)構(gòu)，以此來降低接觸器工作時(shí)的能耗和噪聲污染。但是，這些探索還存在一些缺陷，主要表現(xiàn)在以下方面1、對于前人所研究的節(jié)能型永磁機(jī)構(gòu)接觸器，雖然節(jié)能效果比較明顯，但由于需要專門的裝置實(shí)現(xiàn)失壓保護(hù)功能，并且即便配備有專門的失壓保護(hù)裝置，有時(shí)也不能達(dá)到完全的失壓分?jǐn)啾Ｗo(hù)功能，所以工作可靠性不高。例如專利號為97220287.0，專利名稱為‘微耗節(jié)能吸釋裝置’的專利，和專利號為200410017488.5，專利名為‘永磁脈沖接觸器’的專利，雖具有永磁機(jī)構(gòu)接觸器降耗、無噪聲等一般特點(diǎn)，但需要專門的失壓保護(hù)裝置以實(shí)現(xiàn)失壓保護(hù)功能，不但耗費(fèi)一定成本，也無法達(dá)到100％的失壓分?jǐn)?。?dāng)長期失電后，而接觸器人為原因不慎閉合需要分?jǐn)鄷r(shí)，因控制電路無儲能，接觸器無法分?jǐn)唷?br> 2、對于前人所研究的具有串聯(lián)磁路且無需失壓保護(hù)的永磁機(jī)構(gòu)接觸器[5]，由于在合閘位置處使永磁吸力小于彈簧反力，另一部分吸力由通電線圈產(chǎn)生的電磁吸力提供，減少了通電線圈提供的電磁力，具有一定的節(jié)能效果，但在這種結(jié)構(gòu)中低導(dǎo)磁性能的永久磁鐵是串聯(lián)在磁路中，使磁路中磁阻增加，無疑增加了線圈安匝數(shù)，增大了勵(lì)磁能耗，節(jié)能效果不理想。
以下是發(fā)明人給出的參考文獻(xiàn)[1]申譚，陳德貴，馮濤，帶反饋控制的智能交流接觸器，低壓電器[J].2005，2pp.3-10。
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發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有接觸器存在的缺陷或不足，為了更大程度地降低接觸器運(yùn)行能耗，提高接觸器的工作可靠性和產(chǎn)品性能，本發(fā)明的目的在于，提出一具有并聯(lián)磁路的永磁機(jī)構(gòu)接觸器，該永磁機(jī)構(gòu)接觸器不需失壓保護(hù)裝置、自身具備失壓保護(hù)功能，是一種低功耗新型的永磁機(jī)構(gòu)接觸器。
為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案一種具有并聯(lián)磁路的永磁機(jī)構(gòu)接觸器，將原有接觸器的電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)替換為永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，保留原交流接觸器滅弧結(jié)構(gòu)，該永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括塑殼，塑殼的下方固定有動(dòng)鐵心，動(dòng)鐵心兩端的塑殼內(nèi)設(shè)有反力彈簧，塑殼的頂端設(shè)有三組直動(dòng)式橋式觸頭，每組直動(dòng)式橋式觸頭包括動(dòng)觸頭和靜觸頭各兩個(gè)，塑殼上部中央的空腔內(nèi)固定有觸頭彈簧，其特征在于，所述的靜鐵芯包括U型靜鐵芯，U型靜鐵芯中設(shè)有永久磁鐵磁路靜鐵芯，永久磁鐵磁路靜鐵芯中鑲嵌有永久磁鐵，兩端固定有串聯(lián)勵(lì)磁線圈，串聯(lián)勵(lì)磁線圈由電源提供可變的直流電壓；永久磁鐵、永久磁鐵磁路靜鐵芯與U型靜鐵芯之間的外側(cè)由低導(dǎo)磁率的銅隔板固定連接。
本發(fā)明的其它一些特點(diǎn)是永久磁鐵設(shè)置于U型靜鐵芯凹槽內(nèi)部正中的上方。銅隔板內(nèi)部則填充有非導(dǎo)磁性的橡膠墊片。永久磁鐵磁路靜鐵芯對稱軸上方設(shè)置有調(diào)節(jié)氣隙。
本發(fā)明提出的具有并聯(lián)磁路的新型永磁機(jī)構(gòu)接觸器，具有如下的技術(shù)特點(diǎn)1、正常工作時(shí)，當(dāng)接觸器閉合后，由永久磁鐵和線圈各產(chǎn)生一半電磁吸力來克服彈簧反力，即給串聯(lián)勵(lì)磁線圈通一較小的維持電流，就可使接觸器保持在閉合位置。
2、由于低導(dǎo)磁率銅隔板和非導(dǎo)磁性橡膠墊片的隔離作用，使線圈產(chǎn)生的磁通和永久磁鐵產(chǎn)生的磁通分別流經(jīng)不同的路徑，兩者互不干擾。故當(dāng)接觸器處于合閘位置時(shí)，串聯(lián)勵(lì)磁線圈磁路磁通所通過的磁阻達(dá)到最小，串聯(lián)勵(lì)磁線圈功耗也極大的降低。
3、在合閘位置由于永久磁鐵提供的磁吸力小于彈簧反力，因此分閘或失壓時(shí)接觸器的自動(dòng)分?jǐn)嗍怯蓮椈闪︱?qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；同時(shí)設(shè)置在永久磁鐵上方的調(diào)節(jié)氣隙使永磁吸力迅速降低，避免了永磁吸力對動(dòng)鐵芯分閘速度的不利影響。
接觸器作為一種主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離及頻繁接通與分?jǐn)嘀麟娐返目刂齐娖?，廣泛應(yīng)用于電力傳動(dòng)系統(tǒng)及化工，冶金，石油等工業(yè)生產(chǎn)中，盡管每臺接觸器平均耗能幾十瓦，但是總數(shù)是巨大的，據(jù)統(tǒng)計(jì)全國每年就有幾百億度的電能被無形的消耗，因而長期以來接觸器的節(jié)能問題一直是受人關(guān)注的一個(gè)技術(shù)問題。另外，接觸器由于工作不可靠而給系統(tǒng)造成的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于接觸器本身的價(jià)值，因此，接觸器的工作可靠性，成為衡量接觸器性能優(yōu)劣的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。本發(fā)明融合了傳統(tǒng)電磁式接觸器和以往的永磁機(jī)構(gòu)接觸器的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，因而具有更加鮮明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在1、更顯著的節(jié)能效果當(dāng)接觸器閉合后，由于永久磁鐵和串聯(lián)勵(lì)磁線圈各產(chǎn)生一半的用于克服彈簧反力的電磁吸力，同時(shí)串聯(lián)勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的磁通和永久磁鐵產(chǎn)生的磁通分別流經(jīng)不同的路徑，使線圈磁路磁通所通過的磁阻達(dá)到最小，因此給串聯(lián)勵(lì)磁線圈通一較小的維持電流，就可使接觸器保持在閉合位置，極大降低了串聯(lián)勵(lì)磁線圈功耗和工作噪音，減小環(huán)境污染；2、更高的安全性由于在閉合位置由永久磁鐵提供的磁吸力小于彈簧反力，因此在分閘或失壓時(shí)接觸器會自動(dòng)分?jǐn)?，從而無需為接觸器提供專門的失壓保護(hù)裝置具有失壓保護(hù)功能；而且設(shè)置在永久磁鐵上方的調(diào)節(jié)氣隙使永磁吸力迅速降低，避免了永磁吸力對動(dòng)鐵芯分閘速度的不利影響。此外，閉合后僅給串聯(lián)勵(lì)磁線圈通一較小電流，由永久磁鐵和線圈產(chǎn)生的合吸力保持接觸器閉合，電網(wǎng)電壓波動(dòng)對接觸器閉合狀態(tài)的影響小。
3、較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值對于具有同樣節(jié)能效果的電磁式接觸器，由于既要保證線圈通過的電流小又要使接觸器可靠吸合，而且也沒有永磁體承擔(dān)產(chǎn)生一部分吸力，故為實(shí)現(xiàn)節(jié)能只能增加其線圈匝數(shù)，因此與這種具有同樣節(jié)能效果的電磁式接觸器相比，本發(fā)明線圈匝數(shù)減少了，有效的降低了線圈的耗銅量，降低了成本。
4、由于節(jié)能后接觸器發(fā)熱量少，因此有助于實(shí)現(xiàn)接觸器的小型化，降低材料消耗。
5、由于以往的節(jié)能永磁機(jī)構(gòu)接觸器無吸合維持電流，故分閘時(shí)需給線圈通分?jǐn)嚯娏饕詫?shí)現(xiàn)分?jǐn)?，而現(xiàn)有大量使用的電磁式接觸器線圈斷電即可實(shí)現(xiàn)分閘，因此相對于以往的永磁機(jī)構(gòu)接觸器，本發(fā)明在分閘時(shí)是由彈簧力驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，無需給線圈通以分?jǐn)嚯娏鳎潆姎膺壿嬐姶攀浇佑|器一致，因此更容易同現(xiàn)有系統(tǒng)匹配。


圖1是新型永磁機(jī)構(gòu)接觸器結(jié)構(gòu)簡圖，圖中的標(biāo)號分別表示，1為永久磁鐵，2為調(diào)節(jié)氣隙，3為永久磁鐵磁路靜鐵芯，4為銅隔板，5為U型靜鐵芯，6為動(dòng)鐵芯，7為串聯(lián)勵(lì)磁線圈，8為反力彈簧，9為觸頭彈簧，10為靜觸頭，11為動(dòng)觸頭，12為塑殼，13為直流供電電源；圖2是圖1所示永磁機(jī)構(gòu)接觸器分閘狀態(tài)永久磁鐵磁通示意圖；其中φm1為永久磁鐵產(chǎn)生的磁通，φm2為線圈電流產(chǎn)生的磁通；圖3是圖1所示永磁機(jī)構(gòu)接觸器合閘過程線圈電流磁通和永久磁鐵磁通示意圖；圖4是圖1所示永磁機(jī)構(gòu)接觸器保持狀態(tài)線圈電流磁通和永久磁鐵磁通示意圖；圖5是圖1所示永磁機(jī)構(gòu)接觸器分閘過程永久磁鐵磁通示意圖；圖6是圖1所示永磁機(jī)構(gòu)接觸器電磁吸力和彈簧反力特性圖，圖中合閘電磁吸力曲線1是接觸器為完成合閘過程需要的電磁力，合閘位置保持吸力曲線2是接觸器處于合閘保持狀態(tài)時(shí)所需的電磁吸力和永磁吸力的合力，反力曲線3為接觸器彈簧反力；圖7是圖1所示永磁機(jī)構(gòu)接觸器合閘過程永磁吸力特性圖；圖8是鐵芯位移試驗(yàn)結(jié)果對比圖，其中曲線1為永磁機(jī)構(gòu)接觸器分閘過程鐵芯位移，曲線2是原電磁機(jī)構(gòu)接觸器分閘過程鐵芯位移。
圖9是圖1所示永磁機(jī)構(gòu)接觸器線圈控制電壓與鐵芯位移關(guān)系圖，圖中曲線1為線圈電壓，曲線2為鐵芯位移；
以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案的原理及發(fā)明人給出的實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
1.技術(shù)方案總體思路降低接觸器工作能功耗和提高接觸器工作可靠性一直是接觸器研究的重要目標(biāo)。到目前為止，不論是傳統(tǒng)電磁式接觸器還是目前現(xiàn)有的永磁式接觸器，都沒有圓滿的解決這一命題。本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是提出一種具有并聯(lián)磁路的新型永磁機(jī)構(gòu)接觸器，以實(shí)現(xiàn)永磁機(jī)構(gòu)接觸器的節(jié)能和無需失壓保護(hù)裝置而且具有失壓保護(hù)的功能。
1)具有并聯(lián)磁路的新型永磁機(jī)構(gòu)接觸器目前研制出用于節(jié)能的永磁機(jī)構(gòu)接觸器種類很多，但由于以往的節(jié)能永磁機(jī)構(gòu)接觸器無吸合維持電流，故分閘時(shí)需要給線圈通以分?jǐn)嚯娏鱽韺?shí)現(xiàn)分?jǐn)啵F(xiàn)有大量使用的電磁式接觸器線圈的斷電均采用由彈簧驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)分閘，由于彈簧和線圈通以分?jǐn)嚯娏鲀烧叩碾姎膺壿嫴灰恢?，因此具備失壓保護(hù)功能并無需失壓保護(hù)裝置，同時(shí)電氣邏輯與電磁機(jī)構(gòu)接觸器也相同的永磁機(jī)構(gòu)接觸器非常少見。
本發(fā)明采用的是U型螺線管和單永久磁鐵的結(jié)構(gòu)形式，這樣可以使線圈磁通和永久磁鐵磁通形成兩個(gè)并聯(lián)的環(huán)路。串聯(lián)勵(lì)磁線圈分布于U型靜磁芯兩端部，永久磁鐵位于U型靜鐵芯凹槽內(nèi)部正中的上方。為減小永久磁鐵工作磁路的磁阻，增大永久磁鐵對動(dòng)鐵芯的吸力，將永久磁鐵鑲嵌在永久磁鐵磁路靜鐵芯中(材料為10號鋼)。為使永久磁鐵產(chǎn)生磁通與線圈產(chǎn)生磁通互不干擾，U型靜鐵芯與永久磁鐵、永久磁鐵磁路靜鐵芯之間用低導(dǎo)磁率的銅隔板和非導(dǎo)磁性的橡膠墊片進(jìn)行隔離和連接。當(dāng)接觸器處于合閘保持位置處，克服彈簧反力的吸力由電磁吸力和永磁吸力各承擔(dān)一半。為避免永磁吸力對動(dòng)鐵芯分閘速度的不利影響，在永久磁鐵磁路靜鐵芯對稱軸上方設(shè)置有調(diào)節(jié)氣隙，隨著分閘工作氣隙的增加，永磁吸力將迅速降低。
2)永磁式接觸器利用并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)節(jié)能的方法在目前接觸器研究當(dāng)中，不少企業(yè)和高校為了獲得具有較好的節(jié)能效果和市場前景的節(jié)能型接觸器，做了大量的工作，而且確實(shí)有些種類的接觸器已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，進(jìn)入了銷售市場，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。
但是，即便是這些進(jìn)入市場的節(jié)能型接觸器，包括其他某些正在開發(fā)的節(jié)能型接觸器，仍然存在著一些不足。首先，對于前人所研究的節(jié)能型永磁機(jī)構(gòu)接觸器，雖然節(jié)能效果比較明顯，但由于需要專門的裝置來實(shí)現(xiàn)失壓保護(hù)功能，并且即便配備有專門的失壓保護(hù)裝置，有時(shí)也不能達(dá)到完全的失壓分?jǐn)啾Ｗo(hù)功能，所以工作可靠性不高。其次，對于前人所研究的具有串聯(lián)磁路且無需失壓保護(hù)的永磁機(jī)構(gòu)接觸器，由于在合閘位置處使永磁吸力小于彈簧反力，另一部分吸力由通電線圈產(chǎn)生的電磁吸力提供，減少了通電線圈提供的電磁力，具有一定的節(jié)能效果，但在這種結(jié)構(gòu)中低導(dǎo)磁性能的永久磁鐵是串聯(lián)在磁路中，使磁路中磁阻增加，無疑增加了線圈匝數(shù)，增大了勵(lì)磁能耗，節(jié)能效果不理想。最后，對于節(jié)能式電磁式接觸器，其節(jié)能是通過對線圈進(jìn)行智能控制實(shí)現(xiàn)的，即在接觸器合閘后在勵(lì)磁線圈中通較小的直流電流，使得直流電流產(chǎn)生的電磁吸力大于彈簧反力，由于減小了線圈電流且磁路中磁阻較小，因而具有一定的節(jié)能效果。但電磁式接觸器實(shí)現(xiàn)節(jié)能的方法沒有結(jié)合永磁機(jī)構(gòu)的節(jié)能優(yōu)勢，即在合閘位置處完全依靠勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的電磁吸力克服彈簧反力以使接觸器保持合閘狀態(tài)，而沒有有效利用永磁吸力。因此在節(jié)能方面還有提高的空間。
綜合以上考慮，本發(fā)明提出了永磁式接觸器利用并聯(lián)磁路節(jié)能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該結(jié)構(gòu)的接觸器處于合閘位置時(shí)，由于克服彈簧反力使接觸器維持保持狀態(tài)的吸力由永久磁鐵產(chǎn)生的永磁吸力和線圈產(chǎn)生的電磁吸力各承擔(dān)一半。由于線圈產(chǎn)生的磁通和永久磁鐵產(chǎn)生的磁通分別流經(jīng)不同的路徑，兩者互不干擾。因此線圈磁路磁通所通過的磁阻達(dá)到最小，極大的實(shí)現(xiàn)永磁式接觸器的節(jié)能。表1是目前各種接觸器節(jié)能方式的對比。
表1

2.結(jié)構(gòu)及其工作原理1)具有并聯(lián)磁路的新型永磁機(jī)構(gòu)接觸器的實(shí)現(xiàn)圖1是新型永磁機(jī)構(gòu)接觸器結(jié)構(gòu)簡圖。依照本發(fā)明的技術(shù)方案，首先將原有的交流接觸器的電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)替換為永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)保留原交流接觸器滅弧結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)接觸器的具體結(jié)構(gòu)如下該永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括塑殼12，其靜鐵芯包括U型靜鐵芯5，永久磁鐵1和永久磁鐵磁路靜鐵芯3各一塊，U型靜鐵芯5兩端固定有串聯(lián)勵(lì)磁線圈7，永久磁鐵1鑲嵌在永久磁鐵磁路靜鐵芯3中，永久磁鐵1、永久磁鐵磁路靜鐵芯3與U型靜鐵芯5之間外側(cè)由低導(dǎo)磁率的銅隔板4固定連接，銅隔板4內(nèi)部填充非導(dǎo)磁性的橡膠墊片，在永久磁鐵1的上方，永久磁鐵磁路靜鐵芯3對稱軸處設(shè)置有調(diào)節(jié)氣隙2，永磁機(jī)構(gòu)的動(dòng)鐵芯6被固定在塑殼12內(nèi)，塑殼的12頂端周圍設(shè)置有三組雙斷點(diǎn)、直動(dòng)式橋式觸頭，每組橋式觸頭有動(dòng)觸頭11和靜觸頭10各兩個(gè)，觸頭彈簧9固定在塑殼12上部中央的空腔內(nèi)，反力彈簧8設(shè)置于動(dòng)鐵芯6兩端的塑殼12內(nèi)。
采用本發(fā)明提供的新型永磁機(jī)構(gòu)接觸器，可以實(shí)現(xiàn)合閘后線圈低功耗且無需專門的失壓保護(hù)裝置，且具有失壓保護(hù)功能。
上述具有并聯(lián)磁路的永磁機(jī)構(gòu)接觸器接觸器，其工作原理如下所述。
當(dāng)接觸器處于分閘位置時(shí)，如圖2所示，動(dòng)、靜鐵芯間的工作氣隙為最大，同時(shí)串聯(lián)勵(lì)磁線圈7中無電流流過，此時(shí)由于永久磁鐵1產(chǎn)生的對動(dòng)鐵心6的電磁吸力很小，彈簧力使接觸器保持在分閘位置。當(dāng)接觸器接收到合閘信號后，如圖3所示，串聯(lián)勵(lì)磁線圈通合閘電流，串聯(lián)勵(lì)磁線圈7電流產(chǎn)生的磁通通過由動(dòng)鐵心6、工作氣隙、靜鐵心和串聯(lián)勵(lì)磁線圈7構(gòu)成的磁通路徑，動(dòng)鐵心6受到向下的電磁吸力，當(dāng)動(dòng)鐵心6受到的向下的合力大于反力彈簧8的力時(shí)，接觸器開始向下移動(dòng)。在合閘過程的大部分階段，永久磁鐵1對動(dòng)鐵心6產(chǎn)生的吸力較小，主要在串聯(lián)勵(lì)磁線圈7產(chǎn)生的電磁吸力的作用下，接觸器完成合閘過程。當(dāng)接觸器到達(dá)保持位置后，如圖4所示，此處由永久磁鐵1產(chǎn)生的永磁吸力和串聯(lián)勵(lì)磁線圈7產(chǎn)生的電磁力的合力，使接觸器維持保持狀態(tài)。由于串聯(lián)勵(lì)磁線圈7產(chǎn)生的磁通和永久磁鐵1產(chǎn)生的磁通分別流經(jīng)不同的路徑，兩者互不干擾。因此串聯(lián)勵(lì)磁線圈7磁路磁通所通過的磁阻達(dá)到最小，串聯(lián)勵(lì)磁線圈7功耗較小。當(dāng)分?jǐn)嘈盘杹頃r(shí)，如圖5所示，串聯(lián)勵(lì)磁線圈7電流被切斷，此時(shí)僅由永久磁鐵1對動(dòng)鐵心6產(chǎn)生電磁力，永久磁鐵6產(chǎn)生的電磁力小于反力彈簧的反力，在反力彈簧8的驅(qū)動(dòng)下，接觸器完成分閘過程。
2)永磁式接觸器利用并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)節(jié)能的方法的實(shí)現(xiàn)結(jié)合圖6、圖7和圖9，對本發(fā)明的利用并聯(lián)磁路結(jié)構(gòu)節(jié)能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行如下的詳細(xì)說明。圖6是圖1所示永磁機(jī)構(gòu)接觸器電磁吸力和反力彈簧的反力特性圖。圖7是圖1所示永磁機(jī)構(gòu)接觸器合閘過程永磁吸力特性圖；如圖7所示，在合閘過程的大部分階段，永久磁鐵1對動(dòng)鐵心6產(chǎn)生的吸力較小，故接觸器的合閘過程主要在串聯(lián)勵(lì)磁線圈7產(chǎn)生的電磁吸力的作用下完成的。當(dāng)接觸器處于合閘保持位置時(shí)，永磁體能夠產(chǎn)成用于克服反力彈簧8的一半吸力，而另一半則由串聯(lián)勵(lì)磁線圈7產(chǎn)生的電磁吸力提供，如圖6中合閘位置保持吸力特性所示，該吸力表示接觸器處于合閘保持狀態(tài)時(shí)所需的電磁吸力和永磁吸力的合力。由圖中可以看出由于合閘保持吸力小于合閘過程接觸器處于合閘位置(即工作氣隙最小處)時(shí)的合閘電磁吸力，串聯(lián)勵(lì)磁線圈7磁路所需提供的電磁力數(shù)值減少了，故只需在串聯(lián)勵(lì)磁線圈7通一較小的維持電流，就可使接觸器保持在閉合位置。實(shí)現(xiàn)電磁吸力的改變，主要在于對接觸器的控制電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖9是接觸器線圈控制電壓與鐵芯位移關(guān)系圖，在接觸器合閘過程給串聯(lián)勵(lì)磁線圈7通以高的直流電壓使接觸器動(dòng)在較大的電磁吸力作用下完成合閘運(yùn)動(dòng)，如圖9中鐵芯位移曲線所示，接觸器從分閘位置變成合閘位置。此后控制電壓將降為一低電壓提供給串聯(lián)勵(lì)磁線圈7，使動(dòng)鐵芯6獲得一較小的電磁吸力。動(dòng)鐵芯6受該電磁吸力和永磁吸力的合力克服反力彈簧的反力使并聯(lián)磁路永磁機(jī)構(gòu)接觸器保持在合閘狀態(tài)。
3)調(diào)節(jié)氣隙對永磁力調(diào)節(jié)作用的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出的具有并聯(lián)磁路的新型永磁機(jī)構(gòu)接觸器除節(jié)能外，還具有失壓保護(hù)功能且無需失壓保護(hù)裝置。其原理是，由于在合閘位置時(shí)永久磁鐵1提供的磁吸力小于反力彈簧8的反力，因此分閘或失壓時(shí)由彈簧力驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)接觸器的自動(dòng)分?jǐn)?。然而在分閘過程中，永久磁鐵1吸力對動(dòng)鐵芯6的分閘起著阻礙作用，會降低動(dòng)鐵芯6分閘速度，為了盡量避免永磁吸力對動(dòng)鐵芯6分閘速度影響，在永磁機(jī)構(gòu)接觸器的永磁磁路中設(shè)置了調(diào)節(jié)氣隙2，通過調(diào)節(jié)氣隙調(diào)2整永久磁鐵1吸力的特性，使得永磁吸力在閉合位置處較大，隨著分閘工作氣隙的增加，永久磁鐵1吸力迅速降低，從而既實(shí)現(xiàn)接觸器的節(jié)能，又能盡量避免接觸器分閘速度降低的不利方面。
結(jié)合圖4、圖5、圖7和圖8對本發(fā)明提出利用調(diào)節(jié)氣隙對永磁力調(diào)節(jié)作用的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行如下的詳細(xì)說明。由圖4、圖5中所示的永久磁鐵1產(chǎn)成的磁通φm1可知，永久磁鐵1、工作氣隙、動(dòng)鐵芯6和靜鐵芯構(gòu)成永磁磁路的主工作回路，永久磁鐵1、調(diào)節(jié)氣隙2和靜鐵芯構(gòu)成永磁磁路的調(diào)節(jié)磁分路。在合閘位置，如圖4所示，動(dòng)、靜鐵芯間工作氣隙很小，約0.1mm，而調(diào)節(jié)磁路的調(diào)節(jié)氣隙2較大，約有1～2mm，永久磁鐵1產(chǎn)生的磁通大部分通過由永久磁鐵1、工作氣隙、動(dòng)鐵芯6和靜鐵芯構(gòu)成的主工作磁路中，此時(shí)動(dòng)鐵芯6吸力達(dá)到最大。隨著分?jǐn)噙^程進(jìn)行，如圖5所示，工作氣隙增加，永久磁鐵1產(chǎn)生的磁通大部分通過由永久磁鐵1、調(diào)節(jié)氣隙2和靜鐵芯構(gòu)成的調(diào)節(jié)磁分路中，動(dòng)鐵芯6受力迅速減少，從而最大程度降低永磁吸力對接觸器分閘速度影響。圖7為永磁吸力與工作氣隙關(guān)系示意圖，由圖可知當(dāng)工作氣隙逐漸減小時(shí)動(dòng)鐵芯6所受永磁吸力急劇增加。圖8為圖1所示永磁機(jī)構(gòu)接觸器分閘過程鐵芯位移和原電磁機(jī)構(gòu)接觸器分閘過程鐵芯位移試驗(yàn)結(jié)果對比圖。由于永磁結(jié)構(gòu)接觸器是在原電磁機(jī)構(gòu)接觸器基礎(chǔ)上改造的，故兩種接觸器的超行程均為3.4mm。如圖所示，利用微分的思想可知，兩種接觸器在剛分?jǐn)鄷r(shí)刻及鐵芯運(yùn)動(dòng)至超行程時(shí)刻的分?jǐn)嗨俣仁窍嗖畈淮蟮?，甚至新型永磁機(jī)構(gòu)動(dòng)鐵芯的分?jǐn)嗨俣冗€略大于原電磁機(jī)構(gòu)動(dòng)鐵芯的分?jǐn)嗨俣?。說明調(diào)節(jié)氣隙2有效的避免了永磁吸力對接觸器分閘的不利影響。
3.實(shí)施例發(fā)明人在交流接觸器CDC17-265基礎(chǔ)上，將原來的電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)替換為本發(fā)明所示的改進(jìn)的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)保留原交流接觸器CDC17-265的觸頭、滅弧結(jié)構(gòu)和外殼不變，發(fā)明了具有并聯(lián)磁路的新型永磁機(jī)構(gòu)接觸器。該永磁機(jī)構(gòu)接觸器如圖1所示，包括永久磁鐵1，調(diào)節(jié)氣隙2，永久磁鐵磁路靜鐵芯3，銅隔板4，U型靜鐵芯5，動(dòng)鐵芯6，串聯(lián)勵(lì)磁線圈7，反力彈簧8，觸頭彈簧9，靜觸頭10，動(dòng)觸頭11，塑殼12。實(shí)驗(yàn)表明，永磁機(jī)構(gòu)接觸器運(yùn)行時(shí)，節(jié)電在93％以上，而且失壓保護(hù)釋放可靠性達(dá)到100％。極大的降低了接觸器工作能耗和提高了接觸器工作可靠性。
權(quán)利要求
1.一種具有并聯(lián)磁路的永磁機(jī)構(gòu)接觸器，將原有接觸器的電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)替換為永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，保留原交流接觸器滅弧結(jié)構(gòu)，該永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括塑殼(12)，塑殼(12)的下方固定有動(dòng)鐵心(6)，動(dòng)鐵心(6)兩端的塑殼(12)內(nèi)設(shè)有反力彈簧(8)，塑殼(12)的頂端設(shè)有三組直動(dòng)式橋式觸頭，每組直動(dòng)式橋式觸頭包括動(dòng)觸頭(11)和靜觸頭(10)各兩個(gè)，塑殼(12)上部中央的空腔內(nèi)固定有觸頭彈簧(9)，其特征在于，所述的靜鐵芯包括U型靜鐵芯(5)，U型靜鐵芯(5)中設(shè)有永久磁鐵磁路靜鐵芯(3)，永久磁鐵磁路靜鐵芯(3)中鑲嵌有永久磁鐵(1)，兩端固定有串聯(lián)勵(lì)磁線圈(7)，串聯(lián)勵(lì)磁線圈(7)由電源(13)提供可變的直流電壓；永久磁鐵(1)、永久磁鐵磁路靜鐵芯(3)與U型靜鐵芯(5)之間的外側(cè)由低導(dǎo)磁率的銅隔板(4)固定連接。
2.如權(quán)利要求1所述的具有并聯(lián)磁路的永磁機(jī)構(gòu)接觸器，其特征在于，所述的永久磁鐵(1)設(shè)置于U型靜鐵芯(5)凹槽內(nèi)部正中的上方。
3.如權(quán)利要求1所述的具有并聯(lián)磁路的永磁機(jī)構(gòu)接觸器，其特征在于，所述的銅隔板(4)內(nèi)部填充有非導(dǎo)磁性的橡膠墊片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有并聯(lián)磁路的新型永磁機(jī)構(gòu)接觸器，其特征在于永久磁鐵(1)的上方，永久磁鐵磁路靜鐵芯(3)對稱軸上方設(shè)置有調(diào)節(jié)氣隙(2)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有并聯(lián)磁路的永磁機(jī)構(gòu)接觸器，將原有接觸器的電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)替換為永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，永磁機(jī)構(gòu)的靜鐵芯包括U型靜鐵芯，永久磁鐵和永久磁鐵磁路靜鐵芯，U型靜鐵芯兩端固定有串聯(lián)勵(lì)磁線圈，永久磁鐵鑲嵌在永久磁鐵磁路靜鐵芯中。該結(jié)構(gòu)處于保持位置時(shí)，克服彈簧反力的吸力由電磁吸力和永磁吸力各承擔(dān)一半，可使接觸器保持在閉合位置，由于采用并聯(lián)磁路，串聯(lián)勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的磁通和永久磁鐵產(chǎn)生的磁通分別流經(jīng)不同的路徑，兩者互不干擾，因此串聯(lián)勵(lì)磁線圈磁路磁通所通過的磁阻達(dá)到最小，實(shí)現(xiàn)了永磁式接觸器的節(jié)能。接觸器分?jǐn)嗷蚴簳r(shí)，由于永磁吸力小于彈簧反力，自然分?jǐn)嘤蓮椈闪︱?qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)不需失壓保護(hù)裝置且具備失壓保護(hù)功能。
文檔編號H01H51/01GK1988093SQ20061010493
公開日2007年6月27日 申請日期2006年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月21日
發(fā)明者榮命哲, 劉懿瑩, 婁建勇, 王小華, 吳翊 申請人:西安交通大學(xué)