專利名稱：一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)和包括該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的斷路器及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，特別是ー種用于使斷路器動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及包括該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的斷路器及其操作方法。
背景技術(shù)：
目前，斷路器廣泛用于大電流和高功率水平的配電系統(tǒng)。這些斷路器運(yùn)行時(shí)標(biāo)稱電流變化很大，并且用于確保帶負(fù)載的配電系統(tǒng)正常運(yùn)行。斷路器通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以使斷路器快速分閘和合閘以減小不想要的瞬變電流和電壓。執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)有很長的機(jī)械壽命，可達(dá)到幾萬次的操作周期，而且，在操作期間，執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)消耗盡可能少的電能，以便提高系統(tǒng)效率并使操作成本最小。早期的執(zhí)行機(jī)構(gòu)利用単獨(dú)的分閘彈簧和合閘彈簧進(jìn)行彈簧儲(chǔ)能。通過快速使壓縮的彈簧卸能來操作斷路器。儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)的主要不足在干，需要大量的精密移動(dòng)部件來執(zhí)行彈 簧儲(chǔ)能、合閘和跳閘功能，這降低了總體穩(wěn)定性。因此，要想保證機(jī)構(gòu)的機(jī)械壽命，需要繁雜和昂貴的維護(hù)。例如，專利US 3095489提出ー種具有分閘彈簧和儲(chǔ)能合閘彈簧的斷路器。該斷路器通過使儲(chǔ)能合閘彈簧卸能而快速合閘。在卸能之后，通過可操作的手動(dòng)儲(chǔ)能裝置使儲(chǔ)能合閘彈簧儲(chǔ)能。類似地，專利US 5280258提供了ー種具有彈簧動(dòng)力式操作機(jī)構(gòu)的斷路器，但使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。這些彈簧加載式執(zhí)行機(jī)構(gòu)包含大量的組件，使它們機(jī)械上很復(fù)雜且本身很繁雜。結(jié)果，整個(gè)斷路器顯得笨重且在總體穩(wěn)定性上有限制。為了確保想要的機(jī)械壽命，在操作斷路器期間需要復(fù)雜并且昂貴的維護(hù)。專利US 5，160，908使用電機(jī)使斷路器動(dòng)作而無需儲(chǔ)能彈簧。電機(jī)可以使ー個(gè)驅(qū)動(dòng)臂在ー個(gè)方向上移位或使另ー驅(qū)動(dòng)臂在相反方向上移位，以分別使斷路器分閘或合閘。然而，這種電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)需要昂貴的高速電機(jī)以及復(fù)雜的齒輪組，這需要周期性的昂貴維護(hù)。另ー種已知執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用螺線管來操作斷路器，即通過通電的螺線管產(chǎn)生的磁力使斷路器動(dòng)作。由于給螺線管通電引起的浪涌干擾很大而需要高額定功率的電源，并且螺線管需要不斷消耗電能來產(chǎn)生足夠的維持磁力，以將斷路器保持在靜止?fàn)顟B(tài)。例如，專利US3，893，050描述了具有螺線管驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器。該斷路器可以通過有選擇性地給兩個(gè)螺線管通電來分閘和合閘。然而，給螺線管通電或斷電給電源造成大的浪涌電流和電壓。進(jìn)一歩，為了將斷路器保持在靜止?fàn)顟B(tài)，需要更為復(fù)雜的保持結(jié)構(gòu)，否則，必須給螺線管施加連續(xù)的電流以產(chǎn)生足夠的保持磁力，這降低了系統(tǒng)效率。因此，上述執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍然存在提高系統(tǒng)效率的問題。最近，電磁操作機(jī)構(gòu)利用電磁體和永磁體使斷路器動(dòng)作。它簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)并且提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。這種斷路器通過永磁體保持在分閘和合閘位置而無需任何電能。然而，這種斷路器需要很大的浪涌能量使動(dòng)子從靜止位置釋放，這增加了操作成本。例如，專利US7518269提供了ー種電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括永磁體、骨架線圈，和彈簧，其布置在執(zhí)行器的定子和動(dòng)子之間。永磁體提供的磁力將動(dòng)子固定到初始狀態(tài)。骨架線圈根據(jù)選擇的加電方向產(chǎn)生足夠的磁力，以將動(dòng)子移向另ー靜止?fàn)顟B(tài)或返回初始狀態(tài)。受壓縮的彈簧有助于將動(dòng)子固定到其最后狀態(tài)并在操作期間使動(dòng)子快速移動(dòng)。專利EP 1214727和WO 2008/119785介紹了另外ー種具有永磁體和兩個(gè)線圈的電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該斷路器通過分別激勵(lì)分閘線圈和合閘線圈來分閘或合閘。該斷路器通過永磁體的磁力保持在分閘和合閘位置。結(jié)果，這些電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以在零功耗的情況下維持?jǐn)嗦菲黛o止。由受激勵(lì)的線圈產(chǎn)生的磁力必須能夠克服從固定位置上釋放動(dòng)子所需的磁鎖定力，這要求大的沖擊能量并且造成到對電源的浪涌電流，其對于真空斷路器可能達(dá)到30A。由于要求昂貴的、大額定功率的組件，這增加了制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提出ー種使斷路器動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和包括該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的斷路器及其操作方法，同時(shí)減輕或避免了浪涌電流。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，提供了ー種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括ー動(dòng)子；第一復(fù)合材料，在所述動(dòng)子的移動(dòng)方向上布置在所述動(dòng)子的一側(cè)并且包括彼此相結(jié)合的第一換能器和第二換能器；以及磁體，被布置為使得所述動(dòng)子與所述第二換能器之間產(chǎn)生第一磁力，其中所述第一換能器用于在通電時(shí)產(chǎn)生應(yīng)變，所述第二換能器根據(jù)所述第一換能器的應(yīng)變而產(chǎn) 生應(yīng)變，所述第二換能器產(chǎn)生的應(yīng)變導(dǎo)致所述第二換能器的磁導(dǎo)率變化以改變所述第一磁力，從而使所述動(dòng)子移向第一位置。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)一歩包括第二復(fù)合材料，在所述動(dòng)子的移動(dòng)方向上布置在所述動(dòng)子的另ー側(cè)并且包括彼此相結(jié)合的第三換能器和第四換能器，其中所述磁體進(jìn)ー步被布置為使得所述動(dòng)子與所述第四換能器之間產(chǎn)生第二磁力，所述第三換能器用于在通電時(shí)產(chǎn)生應(yīng)變，所述第四換能器根據(jù)所述第三換能器的應(yīng)變而產(chǎn)生應(yīng)變，所述第四換能器產(chǎn)生的應(yīng)變導(dǎo)致所述第四換能器的磁導(dǎo)率變化以改變所述第二磁力，從而使所述動(dòng)子移向第二位置。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)一歩包括磁軛，其中所述磁體、所述第一復(fù)合材料和所述第二復(fù)合材料固定在所述磁軛上，所述磁體位于所述磁軛與所述動(dòng)子之間，并且所述第一復(fù)合材料、所述第二復(fù)合材料、所述動(dòng)子、所述磁體以及所述磁軛圍繞所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中心軸布置。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述第一復(fù)合材料的遠(yuǎn)離所述磁軛的端部固定在所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)上，并且所述第二復(fù)合材料的遠(yuǎn)離所述磁軛的端部固定在所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)上。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述第一復(fù)合材料、所述第二復(fù)合材料、所述磁體和所述磁軛可以均被布置為圍繞所述中心軸布置的一個(gè)整體或多個(gè)部分。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述第一換能器可以位于所述動(dòng)子與所述第二換能器之間，并且所述第三換能器可以位于所述動(dòng)子與所述第四換能器之間。所述第二換能器可以位于所述動(dòng)子與所述第一換能器之間，并且所述第四換能器可以位于所述動(dòng)子與所述第三換能器之間。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述第一換能器可以位于所述磁軛與所述第二換能器之間，并且所述第三換能器可以位于所述磁軛與所述第四換能器之間。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述第二換能器可以位于所述磁軛與所述第一換能器之間，并且所述第四換能器可以位于所述磁軛與所述第三換能器之間。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述磁體可以包括第一磁體和第二磁體，其中所述第一磁體在所述動(dòng)子與所述第二換能器之間產(chǎn)生所述第一磁力，所述第二磁體在所述動(dòng)子與所述第四換能器之間產(chǎn)生所述第二磁力。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述第二換能器中的應(yīng)變的方向可以與所述第一換能器的極化方向平行或垂直，并且所述第四換能器中的應(yīng)變的方向可以與所述第三換能器的極化方向平行或垂直。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述第一換能器和所述第三換能器可以為壓電換能器或電致伸縮換能器，并且所述第二換能器和所述第四換能器可以為磁致伸縮換能器。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)一歩包括切換電路，其被布置為根據(jù)切換條件給所述第一換能器和所述第三換能器之一施加正電壓以將所述第所述動(dòng)子移向所述第一位置和所述第二位置之
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述壓電換能器可以為形狀記憶壓電執(zhí)行器。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)一歩包括切換電路，其被布置為根據(jù)切換條件給所述第一換能器和所述第三換能器分別施加正電壓和負(fù)電壓以將所述動(dòng)子移向所述第一位置和所述第二位置之一；或者給所述第一換能器和所述第三換能器分別施加負(fù)電壓和正電壓以將所述動(dòng)子移向所述第一位置和所述第二位置中的另ー個(gè)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述磁體可以為永磁體，并且所述動(dòng)子可以包括軟磁材料。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一方面，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)一歩包括與所述動(dòng)子相連接的軸，其中所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過所述軸使斷路器的觸點(diǎn)分閘或合閘，并且所述第一位置和所述第二位置分別為所述斷路器的合閘位置和分閘位置。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一方面，提供了ー種斷路器，包括觸點(diǎn)；和上述執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過與所述動(dòng)子連接的軸使所述觸點(diǎn)分閘或合閘，并且所述第一位置和所述第二位置分別為所述斷路器的合閘位置和分閘位置。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一方面，提供了ー種操作斷路器的方法，該斷路器包括觸點(diǎn)和所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過與所述動(dòng)子連接的軸使所述觸點(diǎn)分閘或合閘，該方法包括在所述斷路器的合閘條件滿足時(shí)，給所述第一換能器和所述第三換能器之一施加直流電壓，從而使所述觸點(diǎn)合閘；并且在所述斷路器合閘條件滿足時(shí)，給所述第一換能器和所述第三換能器中的另ー個(gè)施加直流電壓，從而使所述觸點(diǎn)分閘。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一方面，提供了另ー種操作斷路器的方法，該斷路器包括觸點(diǎn)和所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過與所述動(dòng)子連接的軸使所述觸點(diǎn)分閘或合閘并且所述第一換能器和所述第三換能器為形狀記憶壓電執(zhí)行器，該方法包括在所述斷路器的合閘條件滿足時(shí)，給所述第一換能器和所述第三換能器分別施加正的直流電壓和負(fù)的直流電壓，以使所述觸點(diǎn)合閘；在所述斷路器的分閘條件滿足時(shí)，給所述第一換能器和所述第三換能器分別施加負(fù)的直流電壓和正的直流電壓，以使所述觸點(diǎn)分閘。本發(fā)明實(shí)施例利用磁致伸縮換能器和壓電換能器或電致伸縮換能器組合而成的復(fù)合材料，并且基于壓電換能器的反壓電效應(yīng)或電致伸縮換能器的電致伸縮效應(yīng)與磁致伸縮材料的逆磁致伸縮效應(yīng)的結(jié)合，從而在使斷路器動(dòng)作時(shí)可以減少或無需線圏。因此，減少或消除了由于加電和斷電引起的浪涌干擾。另外，由于壓電換能器電容特性，無需消耗電能就將斷路器維持在靜止?fàn)顟B(tài)。


下文將以明確易懂的方式通過對優(yōu)選實(shí)施例的說明并結(jié)合附圖來對本發(fā)明上述特性、技術(shù)特征、優(yōu)點(diǎn)及其實(shí)現(xiàn)方式予以進(jìn)ー步說明，在附圖中圖I示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A-2H示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的沿圖I的線A-A和B-B線截取的示意性橫截面視圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖7A示出當(dāng)動(dòng)子在合閘狀態(tài)并且靜止時(shí)的磁場的橫截面視圖；圖7B示出當(dāng)動(dòng)子開始移動(dòng)以使斷路器分閘時(shí)的磁場的橫截面視圖；圖7C示出在動(dòng)子移動(dòng)以使斷路器分閘期間的磁場的橫截面視圖；以及圖7D示出當(dāng)動(dòng)子在分閘狀態(tài)并且靜止時(shí)的磁場的橫截面視圖。參考符號列表I外殼2磁軛3磁體4第一復(fù)合材料4a、4a’、4a”、4a’” 第一換能器 4b、4b’、4b”、4b’” 第二換能器5第二復(fù)合材料 5a、5a’、5a”、5a’”第三換能器5b、5b’、5b”、5b’” 第四換能器 6動(dòng)子7軸8連桿9、10電壓 11、12、13間隙14、15磁路
具體實(shí)施例方式本發(fā)明下述實(shí)施例提供一種可適用于任何ー種斷路器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)借助于壓電換能器和磁致伸縮換能器結(jié)合而成的復(fù)合材料使斷路器動(dòng)作。具體而言，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的磁體使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)子與磁致伸縮換能器之間產(chǎn)生磁力，壓電換能器基于反壓電效應(yīng)在通電時(shí)產(chǎn)生應(yīng)變，磁致伸縮換能器根據(jù)第一換能器的應(yīng)變而產(chǎn)生應(yīng)變并基于逆磁致伸縮效應(yīng)導(dǎo)致磁致伸縮換能器的磁導(dǎo)率變化，從而改變動(dòng)子與磁致伸縮換能器之間產(chǎn)生的磁力以使動(dòng)子移向合適的位置，例如，使斷路器合閘或分閘的位置。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的方案，當(dāng)采用恒定的直流電壓給壓電換能器加電時(shí)，由于其電容特性，只需有限的電流對壓電換能器的分布電容進(jìn)行儲(chǔ)能。由于可以減少或避免使用線圈，因此可以在快速使斷路器動(dòng)作的同時(shí)減少或避免產(chǎn)生大的浪涌干擾。另外，當(dāng)斷路器保持在靜止位置時(shí)，在施加恒定電壓的情況下，如果不考慮可忽略的泄漏電流，流到壓電換能器的電流為零，因而將斷路器保持在靜止位置的功耗為零。
下面結(jié)合附圖通過具體實(shí)例詳細(xì)描述本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案。在整個(gè)申請文件中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的部件。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的方案，可以在動(dòng)子的兩側(cè)借助于上述復(fù)合材料使斷路器動(dòng)作?？商娲?，也可以在動(dòng)子的ー側(cè)借助于上述復(fù)合材料使斷路器動(dòng)作，而在另一側(cè)采用斷路器的常規(guī)驅(qū)動(dòng)方式(例如采用彈簧儲(chǔ)能方式)使斷路器動(dòng)作。另外，由于電致伸縮材料的電致伸縮效應(yīng)與壓電材料的反壓電效應(yīng)類似，兩者均能在加電的情況下使與其相結(jié)合的磁致伸縮材料產(chǎn)生應(yīng)變，因此，可以作為壓電材料的替代，換句話說，可以使用電致伸縮換能器替代壓電換能器。為了詳細(xì)說明本發(fā)明提供的技術(shù)方案，下述實(shí)施例以動(dòng)子兩側(cè)都采用壓電換能器和磁致伸縮換能器結(jié)合而成的復(fù)合材料為例進(jìn)行說明。圖I示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖1，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)20包括磁軛2、安裝在磁軛2上的磁體3、固定在磁軛2上的復(fù)合材料4和復(fù)合材料5，以及布置在復(fù)合材料4與復(fù)合材料5之間的中央動(dòng)子6，具體而言，復(fù)合材料4在中央動(dòng)子6的移動(dòng)方向上布置在中央動(dòng)子6的ー側(cè)，而復(fù)合材料5在中央動(dòng)子6的移動(dòng)方向上布置在中央動(dòng)子6的另ー側(cè)。磁體3、磁軛 2以及復(fù)合材料4和復(fù)合材料5統(tǒng)稱為定子。優(yōu)選地，動(dòng)子6為諸如硅鋼片和鈍鐵等等之類的軟磁材料制成。磁體3可以是諸如NdFeB和Sm2CO17等等之類的材料制成的永磁體。復(fù)合材料4包括彼此相結(jié)合的換能器4a和換能器4b，復(fù)合材料5包括彼此相結(jié)合的換能器5a和換能器5b，換能器4a和換能器4b優(yōu)選并排粘合在一起使得換能器4b能夠根據(jù)換能器4a的應(yīng)變產(chǎn)生應(yīng)變，同樣，換能器5a和5b優(yōu)選并排粘合在一起使得換能器5b能夠根據(jù)換能器5a的應(yīng)變產(chǎn)生應(yīng)變。換能器4a和換能器5a可以由諸如壓電陶瓷等等之類的壓電材料制成。換能器4b和5b可以由諸如Terfenol-D等等之類的超磁致伸縮材料制成。當(dāng)然,本發(fā)明并不限于此。例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，換能器4a和換能器5a還可以是諸如鈮鎂酸鉛(PMN)、鈮鎂酸鉛(PMN)-鈦酸鉛(PT)、鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)之類的電致伸縮材料。換能器4a和換能器4b以及換能器5a和換能器5b也可以通過其它方式相結(jié)合，只要在換能器4a或換能器5a產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，換能器4b或5b可以根據(jù)換能器4a或換能器5a的應(yīng)變產(chǎn)生應(yīng)變即可。另外，磁體3還可以是除永磁體之外的其它磁體，只要能產(chǎn)生與永磁體類似的功能即可。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，復(fù)合材料4/5的一端固定到磁軛2,遠(yuǎn)離磁軛2的另一端固定到支撐結(jié)構(gòu)(未示出)上以防止由于彎曲而變形。換能器4b位于動(dòng)子6與換能器4a之間。換能器5b位于動(dòng)子6與換能器5a之間。壓電換能器4a和壓電換能器5a分別連接到電壓9和電壓10。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，動(dòng)子6與磁體3之間存在間隙11，動(dòng)子6與換能器4b之間存在間隙12，動(dòng)子6與換能器5b之間存在間隙13。磁體3被布置為與間隙11、動(dòng)子6、間隙12、換能器4b以及磁軛2組成磁路，該磁路可以在換能器4b與動(dòng)子6之間產(chǎn)生磁力。磁體3進(jìn)ー步被布置為與間隙11、動(dòng)子6、間隙13、換能器5b以及磁軛2組成另ー磁路，該磁路可以在換能器5b與動(dòng)子6之間產(chǎn)生另ー磁力。動(dòng)子6向磁力較大的一方移動(dòng),直到靜止在磁力較大的一方。再次參見圖1，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，直流(DC)電壓9和DC電壓10分別施加在換能器4a和換能器5a上。DC電壓的范圍可以在O到200V之間，用以產(chǎn)生足夠的機(jī)械應(yīng)變，以便換能器4b和換能器5b的磁導(dǎo)率可以在較大范圍內(nèi)變化。換句話說，執(zhí)行機(jī)構(gòu)20首先利用壓電材料的反壓電效應(yīng)使壓電換能器產(chǎn)生應(yīng)變，從而在與壓電換能器相結(jié)合的磁致伸縮換能器上產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)變，基于磁致伸縮材料的逆磁致伸縮效應(yīng)導(dǎo)致磁致伸縮換能器的磁化強(qiáng)度和磁導(dǎo)率的變化，以便改變包括磁致伸縮換能器的磁路的磁通量，從而改變磁路中的動(dòng)子和磁致伸縮換能器之間的磁力。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)20可以進(jìn)一歩包括切換電路，其適于通過切換施加在換能器4a上的電壓9和施加在換能器5a上的電壓10來控制中央動(dòng)子6的狀態(tài)。例如，在斷路器的合閘或分閘條件滿足吋，只給換能器4a通電以產(chǎn)生應(yīng)變，換能器4a的應(yīng)變會(huì)引起換能器4b的應(yīng)變，從而使得換能器4b的磁導(dǎo)率發(fā)生變化以使得通過換能器4b和動(dòng)子6的磁路的磁通量發(fā)生變化，進(jìn)而改變了換能器4b與動(dòng)子6之間產(chǎn)生的磁力，從而通過動(dòng)子6的移動(dòng)使斷路器處于合閘位置或分閘位置。在只給換能器5a通電的情況下，換能器5a的應(yīng)變會(huì)引起換能器5b的應(yīng)變，從而使得換能器5b的磁導(dǎo)率發(fā)生變化，這使得通過換能器5b和動(dòng)子6的磁路的磁通量發(fā)生變化，進(jìn)而改變了換能器4b與動(dòng)子6之間產(chǎn)生的磁力，從而通過動(dòng)子6的移動(dòng)使斷路器處于分閘位置或合閘位置。當(dāng)然，本發(fā)明并不限于此，例如，在給換能4a和5a之一施加正電壓的情況下，給另ー換能器施加較小的正電壓或者負(fù) 電壓也是可能的，只要能夠使動(dòng)子6移動(dòng)即可。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)20還可以進(jìn)ー步包括用于封裝上述部件的外殼I以及與動(dòng)子相連的軸7。軸7可以延伸出外殼1，并與斷路器的連桿8相連接，用以通過動(dòng)子的移動(dòng)使斷路器觸點(diǎn)(未示出)合閘或分閘。復(fù)合材料4和復(fù)合材料5可以分別安裝在外殼I內(nèi)部的一個(gè)端部和與該端部相對的另一端部。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)20優(yōu)選為圓柱體，以方便制造和安裝，本發(fā)明并不限于此，例如，執(zhí)行機(jī)構(gòu)20還可以為長方體。雖然根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)20包括磁軛2，本發(fā)明并不限于此，在沒有磁軛也可以形成包括磁體、動(dòng)子和磁致伸縮換能器的磁路的情況下，可以省略磁軛。例如，當(dāng)磁體與動(dòng)子和磁致伸縮換能器之間均具有較小的間隙時(shí)，沒有磁軛也可以在磁體、動(dòng)子和磁致伸縮換能器之間形成磁路。圖2A-2H示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的沿圖I的線A-A和B-B線截取的示意性橫截面視圖。參見圖2A-2H,磁軛2、磁體3和復(fù)合材料4/5各包括圍繞執(zhí)行器的中心軸(軸7)布置的多個(gè)部分或ー個(gè)整體，例如，各包括兩部分(如圖2A、2B、2E和2F所示)或者各包括一個(gè)整體(圖2C、2D、2G和2H所示)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)20可以為長方體或圓柱體。如果這些部件各被布置成包括多個(gè)部分則可以降低材料成本，如果這些部件各為ー個(gè)整體中，則能夠增加動(dòng)子動(dòng)作的速度和強(qiáng)度。圖3示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖3，第ニ實(shí)施例與第一實(shí)施例類似，除了復(fù)合材料4’和復(fù)合材料5’的布置之外。復(fù)合材料4’包括結(jié)合而成的壓電換能器4a’和磁致伸縮換能器4b’。壓電換能器4a’位于動(dòng)子6與磁致伸縮換能器4b’之間，壓電換能器4a’和磁致伸縮換能器4b’的一端固定在磁軛2上，遠(yuǎn)離所述磁軛2的另一端固定在支撐結(jié)構(gòu)(未示出)上。壓電換能器5a’位于動(dòng)子6與磁致伸縮換能器5b’之間，壓電換能器5a’和磁致伸縮換能器5b’的一端固定在磁軛2上，遠(yuǎn)離所述磁軛2的另一端固定在支撐結(jié)構(gòu)(未示出)上。壓電換能器4a’和壓電換能器5a’分別連接到電壓9’和電壓10，。圖4示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖4，第三實(shí)施例與第一實(shí)施例類似，除了復(fù)合材料4”和復(fù)合材料5”的布置之外。復(fù)合材料4”包括相結(jié)合的壓電換能器4a”和磁致伸縮換能器4b”。壓電換能器4a”位于磁軛與磁致伸縮換能器4b”之間。壓電換能器4a”固定在磁軛2上，磁致伸縮換能器4b”固定在支撐結(jié)構(gòu)(未示出)上。壓電換能器5a”位于磁軛與磁致伸縮換能器5b”之間。壓電換能器5a”固定在磁軛2上，磁致伸縮換能器5b”固定在支撐結(jié)構(gòu)(未示出)上。壓電換能器4a”和壓電換能器5a”分別連接到電壓9”和電壓10”。圖5示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖5，第四實(shí)施例與第一實(shí)施例類似，除了復(fù)合材料4’ ”和復(fù)合材料5’ ”的布置之外。復(fù)合材料4’ ”包括相結(jié)合的壓電換能器4a’ ”和磁致伸縮換能器4b’ ”。磁致伸縮換能器4b’ ”位于磁軛與 壓電換能器4a’ ”之間，磁致伸縮換能器4b’ ”固定在磁軛2上，壓電換能器4a’ ”固定在支撐結(jié)構(gòu)(未示出)上。磁致伸縮換能器5b’”位于磁軛與壓電換能器5a’”之間，磁致伸縮換能器5b’”固定在磁軛2上，壓電換能器5a’”固定在支撐結(jié)構(gòu)(未示出)。壓電換能器4a’ ”和壓電換能器5a’ ”分別連接到電壓9’ ”和電壓10’ ”。圖6示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖6，第五實(shí)施例與第一實(shí)施例類似，除了磁體3””的布置之外。磁體3””被分隔為第一磁體和第ニ磁體。第一磁體在動(dòng)子6與換能器4b之間產(chǎn)生磁力，第二磁體在動(dòng)子6與換能器5b之間產(chǎn)生所述另ー磁力。圖6僅僅不出了復(fù)合材料4和復(fù)合材料5的ー種布置方式,然而,本發(fā)明并不限于此，復(fù)合材料4和復(fù)合材料5可以采用上述任何ー種布置方式。另外，雖然本發(fā)明的附圖示出磁體被布置為其N極與動(dòng)子相鄰，然而，本發(fā)明并不限于此，磁體的S極可以與動(dòng)子相鄰。由于壓電材料具有橫向效應(yīng)和縱向伸縮效應(yīng)，因此可以根據(jù)需要選擇其中ー種。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以利用壓電換能器的橫向效應(yīng)來改變磁致伸縮換能器的機(jī)械應(yīng)變。在這種情況下，當(dāng)施加電壓時(shí)，在磁致伸縮換能器中的機(jī)械應(yīng)變的方向與壓電換能器的極化方向垂直。具體而言，當(dāng)DC電壓沿壓電換能器的極化方向施加在壓電換能器上(指正電壓)時(shí)，沿與極化方向的垂直方向在壓電換能器中出現(xiàn)機(jī)械伸長，而壓電換能器的伸長導(dǎo)致在磁致伸縮換能器中出現(xiàn)機(jī)械伸長，從而増加了磁致伸縮換能器的磁導(dǎo)率。當(dāng)DC電壓沿與極化方向相反的方向施加在壓電換能器上(指負(fù)電壓)時(shí)，沿與極化方向的垂直方向在壓電換能器中出現(xiàn)機(jī)械收縮，而壓電換能器的收縮導(dǎo)致在磁致伸縮換能器中出現(xiàn)機(jī)械收縮從而減小了磁致伸縮換能器的磁導(dǎo)率。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例中，利用壓電換能器的縱向效應(yīng)來改變磁致伸縮換能器的機(jī)械應(yīng)變。在這種情況下，當(dāng)施加電壓時(shí)，在磁致伸縮換能器中的機(jī)械應(yīng)變的方向與壓電換能器的極化方向平行。具體而言，當(dāng)DC電壓沿壓電換能器的極化方向施加在壓電換能器上(指正電壓)時(shí)，沿與極化方向的相同方向在壓電換能器中出現(xiàn)機(jī)械伸長，而壓電換能器的伸長導(dǎo)致在磁致伸縮換能器中出現(xiàn)機(jī)械伸長，從而増加了磁致伸縮換能器的磁導(dǎo)率。當(dāng)DC電壓沿壓電換能器的極化方向相反的方向施加在壓電換能器上(指負(fù)電壓)時(shí)，沿與極化方向的平行的方向在壓電換能器中出現(xiàn)機(jī)械收縮，而壓電換能器的收縮導(dǎo)致在磁致伸縮換能器中出現(xiàn)機(jī)械收縮，從而減小了磁致伸縮換能器的磁導(dǎo)率。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，動(dòng)子兩側(cè)的換能器4a和換能器4b的應(yīng)變的方向和極化方向可以與換能器5a和換能器5b的應(yīng)變的方向和極化方向不一致,例如,換能器4b的機(jī)械應(yīng)變的方向與換能器4a的極化方向垂直，而換能器5b的機(jī)械應(yīng)變的方向與換能器5a的極化方向相同，反之亦然。以上描述了本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)以及各個(gè)部件的功能。下面更加詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作原理。為了清楚起見，下面僅僅描述了本發(fā)明的第一實(shí)施例的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作原理。圖7A示出當(dāng)動(dòng)子在合閘狀態(tài)并且靜止時(shí)的磁場的橫截面視圖；圖7B示出當(dāng)動(dòng)子開始移動(dòng)以使斷路器分閘時(shí)的磁場的橫截面視圖；圖7C示出在動(dòng)子移動(dòng)以使斷路器分閘期間的磁場的橫截面視圖；以及圖7D示出當(dāng)動(dòng)子到達(dá)分閘狀態(tài)并且靜止時(shí)的磁場的橫截面視圖。參見圖7A至7D，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)20內(nèi)存在兩個(gè)基本的磁路。換能器4a根據(jù)施加的電 于由機(jī)械應(yīng)變造成的磁致?lián)Q器4b的磁導(dǎo)率變化導(dǎo)致磁路14與磁路15之間的磁阻差，所以磁通量差也存在于這兩個(gè)磁路之間，從而生成足夠的作用カ以使動(dòng)子動(dòng)作，以進(jìn)行移動(dòng)或者維持在其靜止位置。在壓電換能器4a未施加電壓的情況下，將正電壓10施加在壓電換能器5a上以引起機(jī)械伸長，從而增大磁致伸縮換能器5b的磁導(dǎo)率。由于磁致伸縮換能器5b的磁導(dǎo)率比磁致伸縮換能器4b的磁導(dǎo)率大得多，因此，磁路15的磁阻比磁路14的磁阻小的多，經(jīng)過磁路15的磁通量比經(jīng)過磁路14的磁通量多，如圖7A所示。這產(chǎn)生了很強(qiáng)的右向磁力以維持?jǐn)嗦菲髟陟o止的位置。為了使動(dòng)子6動(dòng)作以從合閘位置移開，將正電壓10從壓電換能器5a去除，并且將正電壓9施加在壓電換能器4a上。磁致伸縮換能器5b的機(jī)械伸長被消除以便復(fù)位其磁導(dǎo)率，同時(shí)在磁致伸縮換能器4b中出現(xiàn)機(jī)械伸長并且其磁導(dǎo)率増加。磁通量在磁路14與磁路15之間重新分配，如圖7B所示。這產(chǎn)生了左向磁力以使動(dòng)子6動(dòng)作以向左移動(dòng)以使斷路器分閘。在動(dòng)子6移動(dòng)期間，氣隙12變短，而氣隙13變長，因此更多的磁通量通過磁路14，如圖7C所示。逐漸增加的磁力使動(dòng)子6移動(dòng)得更快并且使得斷路器能夠快速分閘。當(dāng)動(dòng)子6到達(dá)分閘位置時(shí)，很強(qiáng)的左向磁力使斷路器保持靜止，如圖7D所示。類似地，去除施加在壓電換能器4a上電壓并再將它施加到壓電換能器5a上能夠使斷路器快速合閘，這里不再詳細(xì)。為了使動(dòng)子6動(dòng)作以從靜止?fàn)顟B(tài)移開，僅僅需要有限的電流來對壓電換能器內(nèi)分布電容器進(jìn)行儲(chǔ)能，這不會(huì)對電源造成大的浪涌干擾。另外，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)20保持靜止吋，由于壓電換能器的電容特性，幾乎不需要電能。在施加恒壓的情況下，如果不考慮可忽略的泄漏電流，流到壓電換能器電流為零。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，形狀記憶壓電執(zhí)行器(shape memorypiezoelectricactuator)可以用作壓電換能器4a和壓電換能器5a。在這種情況下，與上述操作過程不同的是，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)20維持靜止吋，壓電換能器上未施加電壓，而磁致伸縮換能器保持機(jī)械應(yīng)變，以便磁力可以維持?jǐn)嗦菲黛o止。這樣可以消除由于泄漏電路引起的能耗。為了使動(dòng)子動(dòng)作以從靜止?fàn)顟B(tài)移開，將負(fù)電壓施加在一個(gè)壓電換能器上，用以消除機(jī)械伸長，并且將正電壓施加在另ー壓電換能器上，以產(chǎn)生機(jī)械伸長。產(chǎn)生的磁力驅(qū)動(dòng)動(dòng)子6以移向后ー壓電換能器。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述操作過程可借助于切換電路來實(shí)現(xiàn)。切換電路根據(jù)斷路器檢測到的切換條件控制電壓的切換。基于上述操作原理，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)踐需要設(shè)計(jì)切換電路，因此，這里不再詳述。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，還提供了ー種斷路器，該斷路器包括觸點(diǎn)(未示出)和上述執(zhí)行機(jī)構(gòu)20，其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)20通過與動(dòng)子6連接的軸7使觸點(diǎn)分閘或合閘，并且上述第一位置和第二位置分別為斷路器的合閘位置和分閘位置。如圖I所示，軸7可以與斷路器的連桿8相連接，而連桿8與斷路器的觸點(diǎn)相連接。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，還提供了ー種操作上述斷路器的方法，該斷路器包括觸點(diǎn)和上述執(zhí)行機(jī)構(gòu)20，執(zhí)行機(jī)構(gòu)20通過與動(dòng)子6連接的軸7使觸點(diǎn)分閘或合閘，該方法 包括在斷路器的合閘條件滿足時(shí)，給第一換能器和第三換能器之一施加直流電壓，從而使觸點(diǎn)合閘；在斷路器合閘條件滿足時(shí)，給第一換能器和第三換能器中的另ー個(gè)施加直流電壓，從而使觸點(diǎn)分閘。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，還提供了另ー種操作上述斷路器的方法，該斷路器包括觸點(diǎn)和上述執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)20通過與動(dòng)子6連接的軸7使觸點(diǎn)分閘或合閘并且第一換能器和第三換能器為形狀記憶壓電執(zhí)行器，該方法包括在斷路器的合閘條件滿足時(shí)，給第一換能器和第三換能器分別施加正的直流電壓和負(fù)的直流電壓，以使觸點(diǎn)合閘；在斷路器的分閘條件滿足時(shí)，給第一換能器和第三換能器分別施加負(fù)的直流電壓和正的直流電壓，以使觸點(diǎn)分閘。本發(fā)明提出的利用壓電材料或電致伸縮材料與磁致伸縮材料相結(jié)合的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以不使用線圈，而是通過控制施加在壓電材料上的電壓來操作斷路器，主要有如下優(yōu)點(diǎn)I)維持?jǐn)嗦菲髟陟o止位置時(shí)的功耗為零該執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過切換施加在壓電換能器上的DC電壓使斷路器動(dòng)作，并且當(dāng)斷路器保持靜止時(shí)，由于壓電換能器的電容特性，在施加恒定DC電壓的情況下，流到壓電換能器的電流接近零；2)在使斷路器動(dòng)作以移向另ー狀態(tài)時(shí)沒有大的浪涌干擾當(dāng)在壓電換能器上切換DC電壓以使斷路器動(dòng)作以移向另ー狀態(tài)時(shí)，僅僅要求用小的電流對壓電換能器的分布電容進(jìn)行儲(chǔ)能，這不會(huì)引起任何大的浪涌電流。本發(fā)明公開了ー種執(zhí)行機(jī)構(gòu)和包括該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的斷路器。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括ー動(dòng)子；第一復(fù)合材料，布置在該動(dòng)子的一側(cè)并且包括彼此相結(jié)合的第一換能器和第二換能器；以及磁體，被布置為使得該動(dòng)子與第二換能器之間產(chǎn)生第一磁力，其中第一換能器用于在通電時(shí)產(chǎn)生應(yīng)變，第二換能器根據(jù)第一換能器的應(yīng)變而產(chǎn)生應(yīng)變，第二換能器產(chǎn)生的應(yīng)變導(dǎo)致第二換能器的磁導(dǎo)率變化以改變第一磁力，從而使該動(dòng)子移向斷路器的合閘位置或分閘位置。該斷路器包括觸點(diǎn)和該執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中該執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過與該動(dòng)子連接的軸使該觸點(diǎn)分閘或合閘。由于在使該斷路器動(dòng)作時(shí)無需使用線圈，因此，減少或消除了由于加電和斷電引起的浪涌干擾。上文通過附圖和優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)展示和說明，然而本發(fā)明不限 于這些已掲示的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員從中推導(dǎo)出來的其他方案也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20),包括 一動(dòng)子(6)； 第一復(fù)合材料(4)，在所述動(dòng)子￠)的移動(dòng)方向上布置在所述動(dòng)子￠)的一側(cè)，且所述第一復(fù)合材料(4)包括彼此相結(jié)合的第一換能器(4a、4a’、4a”、4a’”)和第二換能器(4b、4b，、4b，，、4b，，，);以及 磁體(3)，被布置為使得所述動(dòng)子￠)與所述第二換能器(4b、4b’、4b”、4b’”)之間產(chǎn)生第一磁力，其中 所述第一換能器(4a、4a’、4a”、4a’”)用于在通電時(shí)產(chǎn)生應(yīng)變，所述第二換能器(4b、4b’、4b”、4b’”)根據(jù)所述第一換能器(4a、4a’、4a”、4a’”)的應(yīng)變而產(chǎn)生應(yīng)變，所述第二換能器(4b、4b’、4b”、4b’”)產(chǎn)生的應(yīng)變導(dǎo)致所述第二換能器(4b、4b’、4b”、4b’”)的磁導(dǎo)率變化以改變所述第一磁力，從而使所述動(dòng)子(6)移向第一位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，進(jìn)一步包括第二復(fù)合材料(5)，在所述動(dòng)子(6)的移動(dòng)方向上布置在所述動(dòng)子(6)的另一側(cè)，并且所述第二復(fù)合材料(5)包括彼此相結(jié)合的第三換能器(5a、5a，、5a，，、5a，，，)和第四換能器(5b、5b’、5b”、5b’”)，其中所述磁體(3)進(jìn)一步被布置為使得所述動(dòng)子(6)與所述第四換能器(5b、5b’、5b”、5b’”)之間產(chǎn)生第二磁力，所述第三換能器(5a、5a’、5a”、5a’”)用于在通電時(shí)產(chǎn)生應(yīng)變，所述第四換能器(5b、5b’、5b”、5b’”)根據(jù)所述第三換能器(5a、5a’、5a”、5a’”)的應(yīng)變而產(chǎn)生應(yīng)變，所述第四換能器(5b、5b，、5b，，、5b，，，)產(chǎn)生的應(yīng)變導(dǎo)致所述第四換能器(5b、5b，、5b，，、5b，，，)的磁導(dǎo)率變化以改變所述第二磁力，從而使所述動(dòng)子(6)移向第二位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，進(jìn)一步包括磁軛(2)，其中所述磁體(3)、所述第一復(fù)合材料(4)和所述第二復(fù)合材料(5)固定在所述磁軛(2)上，所述磁體(3)位于所述磁軛(2)與所述動(dòng)子(6)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其中，所述第一復(fù)合材料(4)、所述第二復(fù)合材料(5)、所述磁體(3)和所述磁軛(2)均被布置為圍繞所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中心軸布置的一個(gè)整體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其中，所述第一復(fù)合材料(4)、所述第二復(fù)合材料(5)、所述磁體(3)和所述磁軛(2)均被布置為圍繞所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中心軸布置的多個(gè)部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其中所述第一復(fù)合材料(4)的遠(yuǎn)離所述磁軛(2)的端部固定在所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)的支撐結(jié)構(gòu)上，并且所述第二復(fù)合材料(5)的遠(yuǎn)離所述磁軛(2)的端部固定在所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)的支撐結(jié)構(gòu)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其中所述第二換能器(4b)位于所述動(dòng)子(6)與所述第一換能器(4a)之間，并且所述第四換能器(5b)位于所述動(dòng)子￠)與所述第三換能器(5a)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其中所述第一換能器(4a’)位于所述動(dòng)子(6)與所述第二換能器(4b’ )之間，并且所述第三換能器(5a’ )位于所述動(dòng)子與所述第四換能器(5b’ )之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其所述第一換能器(4a”)位于所述磁軛(2)與所述第二換能器(4b”)之間，并且所述第三換能器(5a”)位于所述磁軛(2)與所述第四換能器(5b”)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其中所述第二換能器(4b’”)位于所述磁軛(2)與所述第一換能器(4a’”)之間，并且所述第四換能器(5b’”)位于所述磁軛(2)與所述第三換能器(5a’”)之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求2至10中的任一項(xiàng)所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其中所述磁體(3””)包括第一磁體和第二磁體，其中所述第一磁體在所述動(dòng)子￠)與所述第二換能器(4b、4b’、4b”、4b’”)之間產(chǎn)生所述第一磁力，所述第二磁體在所述動(dòng)子￠)與所述第四換能器(5b、5b’、5b”、5b’”)之間產(chǎn)生所述第二磁力。
12.根據(jù)權(quán)利要求2至10所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其中所述第二換能器(4b、4b’、4b”、4b’”)中的應(yīng)變的方向與所述第一換能器(4a、4a’、4a”、4a’”)的極化方向平行或垂直，并且所述第四換能器(5b、5b’、5b”、5b’”)中的應(yīng)變的方向與所述第三換能器(5a、5a’、5a”、5a’”)的極化方向平行或垂直。
13.根據(jù)權(quán)利要求2至10中的任一項(xiàng)所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其中所述第一換能器(4a、4a’、4a”、4a’”)和所述第三換能器(4b、4b’、4b”、4b’”)為壓電換能器或電致伸縮換能器，并且所述第二換能器(4b、4b，、4b，，、4b，，，)和所述第四換能器(5b、5b，、5b，，、5b，，，)為磁致伸縮換能器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，進(jìn)一步包括切換電路，其被布置為根據(jù)切換條件給所述第一換能器(4a、4a’、4a”、4a’”)和所述第三換能器(5a、5a，、5a”、5a’”)之一施加正電壓以將所述動(dòng)子(6)移向所述第一位置和所述第二位置之一。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其中所述壓電換能器為形狀記憶壓電執(zhí)行器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，進(jìn)一步包括切換電路，其被布置為根據(jù)切換條件給所述第一換能器(4a、4a’、4a”、4a’”)和所述第三換能器(5a、5a，、5a”、5a’”)分別施加正電壓和負(fù)電壓，以將所述動(dòng)子(6)移向所述第一位置和所述第二位置之一；或者給所述第一換能器(4a、4a，、4a，，、4a，，，)和所述第三換能器(5a、5a，、5a，，、5a，”)分別施加負(fù)電壓和正電壓，以將所述動(dòng)子(6)移向所述第一位置和所述第二位置中的另一個(gè)。
17.根據(jù)權(quán)利要求I至10中的任一項(xiàng)所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其中所述磁體(3)為永磁體，并且所述動(dòng)子(6)包括軟磁材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求2至10中的任一項(xiàng)所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，進(jìn)一步包括與所述動(dòng)子(6)相連接的軸(7)，其中所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過所述軸(7)使斷路器的觸點(diǎn)分閘或合閘，并且所述第一位置和所述第二位置分別為所述斷路器的合閘位置和分閘位置。
19.一種斷路器，包括 觸點(diǎn)；和 根據(jù)權(quán)利要求2至16中的任一項(xiàng)所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其中所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)通過與所述動(dòng)子(6)連接的軸(7)使所述觸點(diǎn)分閘或合閘，并且所述第一位置和所述第二位置分別為所述斷路器的合閘位置和分閘位置。
20.一種操作斷路器的方法，該斷路器包括觸點(diǎn)和根據(jù)權(quán)利要求2至13中的任一項(xiàng)所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其中所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)通過與所述動(dòng)子(6)連接的軸(7)使所述觸點(diǎn)分閘或合閘，該方法包括在所述斷路器的合閘條件滿足時(shí)，給所述第一換能器(4a、4a’、4a”、4a’”)和所述第三換能器(5a、5a’、5a”、5a’”)之一施加直流電壓，從而使所述觸點(diǎn)合閘；并且 在所述斷路器合閘條件滿足時(shí)，給所述第一換能器(4a、4a’、4a”、4a’”)和所述第三換能器(5a、5a’、5a”、5a’”)中的另一個(gè)施加直流電壓，從而使所述觸點(diǎn)分閘。
21.一種操作斷路器的方法，該斷路器包括觸點(diǎn)和根據(jù)權(quán)利要求2至13中的任一項(xiàng)所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)，其中所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)(20)通過與所述動(dòng)子(6)連接的軸(7)使所述觸點(diǎn)分閘或合閘并且所述第一換能器(4a、4a’、4a”、4a’”)和所述第三換能器(5a、5a’、5a”、5a’”)為形狀記憶壓電執(zhí)行器，該方法包括在所述斷路器的合閘條件滿足時(shí)，給所述第一換能器(4a、4a’、4a”、4a’”)和所述第三換能器(5a、5a’、5a”、5a’”)分別施加正的直流電壓和負(fù)的直流電壓，以使所述觸點(diǎn)合閘；在所述斷路器的分閘條件滿足時(shí)，給所述第一換能器(4a、4a’、4a”、4a’”)和所述第三換能器(5a、5a’、5a”、5a’”)分別施加負(fù)的直流電壓和正的直流電壓，以使所述觸點(diǎn)分閘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)和包括該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的斷路器及其操作方法。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括一動(dòng)子；第一復(fù)合材料，布置在該動(dòng)子的一側(cè)并且包括彼此相結(jié)合的第一換能器和第二換能器；以及磁體，被布置為使得該動(dòng)子與第二換能器之間產(chǎn)生第一磁力，其中第一換能器用于在通電時(shí)產(chǎn)生應(yīng)變，第二換能器根據(jù)第一換能器的應(yīng)變而產(chǎn)生應(yīng)變，第二換能器產(chǎn)生的應(yīng)變導(dǎo)致第二換能器的磁導(dǎo)率變化以改變第一磁力，從而使該動(dòng)子移向斷路器的合閘位置或分閘位置。該斷路器包括觸點(diǎn)和該執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中該執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過與該動(dòng)子連接的軸使該觸點(diǎn)分閘或合閘。由于在使該斷路器動(dòng)作時(shí)無需使用線圈，因此，減少或消除了由于加電和斷電引起的浪涌干擾。
文檔編號H01H71/68GK102832082SQ201110161028
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者于爾, 張奇然, 李明 申請人:西門子公司