利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，包括一殼體、設(shè)置于所述殼體頂端外側(cè)面上的靜觸頭部件、與所述靜觸頭部件配合的動觸頭部件、設(shè)置于所述殼體內(nèi)且經(jīng)連接件與所述動觸頭部件連接的動鐵心、設(shè)置于所述殼體內(nèi)底部且與所述動鐵心配合的靜鐵心、嵌設(shè)于所述靜鐵心上的線圈以及與所述線圈配合的智能控制模塊。本發(fā)明所提出的一種利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，應(yīng)用渦流懸浮力的原理，重新設(shè)計接觸器的分斷系統(tǒng)，加快分斷速度，實現(xiàn)接觸器的微電弧能量快速分斷。
【專利說明】
利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及高低壓開關(guān)電器智能控制領(lǐng)域，特別是一種利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器。
【背景技術(shù)】
[0002]楊聯(lián)弟《基于感應(yīng)渦流的磁懸浮實驗的設(shè)計》利用交變磁場產(chǎn)生渦流并與交變磁場形成斥力作用實現(xiàn)導(dǎo)體懸浮的原理制作了磁懸浮實驗，驗證了渦流的存在，并且得到交變磁場變化越大，懸浮對象材質(zhì)越輕，截面積越大，懸浮效果越好的結(jié)論。汪先兵等發(fā)表在《低壓電器》2009年第7期“永磁接觸器的發(fā)展與研究綜述”一文介紹了永磁機構(gòu)通過將永磁體與現(xiàn)有的電磁鐵相結(jié)合實現(xiàn)了傳動接線或電磁機構(gòu)的全部功能。由于永磁體的存在使得接觸器的分閘反力為永磁磁力和彈簧反力，這顯然比電磁式接觸器反力大的多。永久磁鐵能提供穩(wěn)定的磁場，這是個優(yōu)點，但是常態(tài)下也是缺點，會使接觸器在沒有電的情況下分不開，因此為了解決這一個問題，本發(fā)明采用高頻渦流與高頻交變磁場產(chǎn)生斥力作用的解決辦法，通過在線圈中加入低壓直流產(chǎn)生的磁場實現(xiàn)接觸器的可靠無聲節(jié)電吸持。利用控制系統(tǒng)和變頻回路接通線圈，在動靜鐵心中產(chǎn)生相互作用的高頻渦流和交變磁場，產(chǎn)生電磁懸浮力來使接觸器快速分閘。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，包括一殼體、設(shè)置于所述殼體頂端外側(cè)面上的靜觸頭部件、與所述靜觸頭部件配合的動觸頭部件、設(shè)置于所述殼體內(nèi)且經(jīng)連接件與所述動觸頭部件連接的動鐵心、設(shè)置于所述殼體內(nèi)底部且與所述動鐵心配合的靜鐵心、嵌設(shè)于所述靜鐵心上的線圈以及與所述線圈配合的智能控制模塊。
[0005]在本發(fā)明一實施例中，所述動觸頭部件設(shè)置于一觸橋上;所述觸橋經(jīng)一觸頭彈簧連接至一下端面固定設(shè)置有所述動鐵心的動鐵心連接件;所述動鐵心連接件的下端面兩側(cè)分別設(shè)置有反力彈簧。
[0006]在本發(fā)明一實施例中，所述靜鐵心為U型結(jié)構(gòu)鐵心或E型結(jié)構(gòu)鐵心。
[0007]在本發(fā)明一實施例中，所述靜鐵心采用無剩磁硅鋼片材料;所述動鐵心采用高導(dǎo)電率材料。
[0008]在本發(fā)明一實施例中，所述智能控制模塊包括:數(shù)據(jù)處理控制單元、單相電源、整流濾波回路、變頻模塊、電壓變換模塊、低壓直流吸持回路、強激磁啟動元件、高頻啟動元件以及吸持開關(guān)元件;所述數(shù)據(jù)處理控制元件分別與所述強激磁啟動元件、所述高頻啟動元件以及所述吸持開關(guān)元件相連;所述單相電源經(jīng)所述整流濾波回路連接至所述強激磁啟動元件，經(jīng)所述變頻模塊連接至所述高頻啟動元件，經(jīng)所述電壓變換模塊以及所述低壓直流吸持回路連接至所述吸持開關(guān)元件;所述強激磁啟動元件、所述高頻啟動元件以及所述吸持開關(guān)元件分別與所述線圈配合。
[0009]在本發(fā)明一實施例中，所述數(shù)據(jù)處理控制單元包括:數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元以及控制單元。
[0010]在本發(fā)明一實施例中，所述單相電源還經(jīng)一電壓傳感器以及一A/D采集模塊連接至所述數(shù)據(jù)處理控制單元;所述A/D采集模塊還與一用于檢測負載電流的電流傳感器相連。
[0011]在本發(fā)明一實施例中，當(dāng)所述智能接觸器合閘時，通過所述數(shù)據(jù)處理控制單元與所述強激磁啟動元件連接形成的第一控制回路，控制所述強激磁啟動元件；當(dāng)所述強激磁啟動元件導(dǎo)通時，所述單相電源輸出電壓經(jīng)過所述整流濾波回路，以純直流電壓直接施加在所述智能交流接觸器的線圈上，使所述智能交流接觸器在純直流強激磁方式下快速可靠吸合；
當(dāng)吸合過程完成以后，通過所述第一控制回路切斷所述強激磁啟動元件，使所述線圈斷開強激磁，并通過所述數(shù)據(jù)處理控制單元與所述吸持開關(guān)元件連接形成的第三控制回路開啟所述吸持開關(guān)元件，導(dǎo)通所述低壓直流吸持回路，使所述智能交流接觸器轉(zhuǎn)入直流低壓吸持階段，實現(xiàn)直流低壓的無聲節(jié)電吸持；
在所述智能接觸器分閘時，先通過所述第三控制回路切斷所述吸持開關(guān)元件，斷開直流低壓吸持回路，利用渦流懸浮力的產(chǎn)生原理，通過所述數(shù)據(jù)處理控制單元與所述高頻啟動元件連接形成的第二控制回路開啟所述高頻啟動元件;所述單相電源經(jīng)過所述變頻逆變模塊，輸出高頻高壓正弦波或方波高頻電流，在所述靜鐵心中產(chǎn)生高頻磁通，形成高頻磁場，并在所述動鐵心以及所述靜鐵心接觸面上以及所述動鐵心側(cè)的鐵心表面產(chǎn)生高頻渦流，該高頻渦流產(chǎn)生的磁場與高頻磁場相互作用，使所述動鐵心受到洛淪茲力的作用，且該洛淪茲力的方向為離開所述靜鐵心方向，并通過改變高頻源的功率實現(xiàn)電磁懸浮，使所述動鐵心產(chǎn)生一個離開靜鐵心的力作為電磁反力;所述智能接觸器依靠該電磁反力以及反力彈簧與觸頭彈簧的彈力來完成快速分閘。
[0012]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明所提出的利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，采用純直流高壓吸合、直流低壓吸持的控制策略，可以節(jié)省鐵心和線圈中絕大部分的損耗功率，從而取得較高的節(jié)電效率。同時，還可以降低或消除噪音，降低線圈的溫升，并延長智能交流接觸器的壽命。應(yīng)用渦流懸浮力的原理，重新設(shè)計接觸器的分斷系統(tǒng)，加快分斷速度，實現(xiàn)接觸器的微電弧能量快速分斷。解決了交流接觸器的節(jié)能問題，以及常規(guī)接觸器分閘只依靠反力彈簧反力的問題，提高了其產(chǎn)品的性能指標。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明一實施例中靜鐵心為E型結(jié)構(gòu)鐵心的智能接觸器結(jié)構(gòu)簡圖。
[0014]圖2為本發(fā)明一實施例中靜鐵心為U型結(jié)構(gòu)鐵心的智能接觸器結(jié)構(gòu)簡圖。
[0015]圖3為本發(fā)明一實施例中智能接觸器的的控制原理圖。
[0016]【標號說明】:1-動觸頭部件;2-靜觸頭部件;3-殼體;4-反力彈簧;5-線圈；6_靜鐵心;7-智能控制模塊;8-動鐵心;9-動鐵心連接件;10-觸頭彈簧。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行具體說明。
[0018]本發(fā)明提出了一種利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，包括一殼體
3、設(shè)置于所述殼體3頂端外側(cè)面上的靜觸頭部件2、與所述靜觸頭部件2配合的動觸頭部件1、設(shè)置于所述殼體3內(nèi)且經(jīng)連接件與所述動觸頭部件I連接的動鐵心8、設(shè)置于所述殼體3內(nèi)底部且與所述動鐵心8配合的靜鐵心6、嵌設(shè)于所述靜鐵心6上的線圈5以及與所述線圈5配合的智能控制模塊7，該智能控制模塊7具有電磁可控反力的，并保證常態(tài)下處于分閘狀態(tài)。
[0019]進一步的，在本實施例中，所述動觸頭部件I設(shè)置于一觸橋上;所述觸橋經(jīng)一觸頭彈簧10連接至一下端面固定設(shè)置有所述動鐵心8的動鐵心連接件9;所述動鐵心連接件9的下端面兩側(cè)分別設(shè)置有反力彈簧4。該反力彈簧4的另一端與殼體底部內(nèi)側(cè)連接。
[0020]進一步的，在本實施例中，殼體可采用塑料材質(zhì)殼體。
進一步的，在本實施例中，所述靜鐵心采用無剩磁硅鋼片材料，如普通接觸器的硅鋼片鐵心材料;所述動鐵心采用高導(dǎo)電率材料，如優(yōu)質(zhì)銅材料。
[0021]進一步的，在本實施例中，所述靜鐵心為U型結(jié)構(gòu)鐵心或E型結(jié)構(gòu)鐵心。如圖1以及圖2所示，為靜鐵心為E型結(jié)構(gòu)鐵心的智能接觸器以及靜鐵心為U型結(jié)構(gòu)鐵心的智能接觸器。
[0022]進一步的，在本實施例中，如圖3所示，所述智能控制模塊包括:數(shù)據(jù)處理控制單元、單相電源、整流濾波回路、變頻模塊、電壓變換模塊、低壓直流吸持回路、強激磁啟動元件、高頻啟動元件以及吸持開關(guān)元件;所述數(shù)據(jù)處理控制元件分別與所述強激磁啟動元件、所述高頻啟動元件以及所述吸持開關(guān)元件相連，分別形成控制回路1、控制回路2以及控制回路3;所述單相電源經(jīng)所述整流濾波回路連接至所述強激磁啟動元件，經(jīng)所述變頻模塊連接至所述高頻啟動元件，經(jīng)所述電壓變換模塊以及所述低壓直流吸持回路連接至所述吸持開關(guān)元件;所述強激磁啟動元件、所述高頻啟動元件以及所述吸持開關(guān)元件分別與所述線圈配合。所述數(shù)據(jù)處理控制單元包括:數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元以及控制單元。
[0023]進一步的，在本實施例中，所述單相電源還經(jīng)一電壓傳感器以及一A/D采集模塊連接至所述數(shù)據(jù)處理控制單元;所述A/D采集模塊還與一用于檢測負載電流的電流傳感器相連。
[0024]進一步的，在本實施例中，該智能接觸器具備如下功能:(I)智能交流接觸器的電磁操作系統(tǒng)采用節(jié)能的控制技術(shù)，使其吸持狀態(tài)由交流吸持改為低壓直流吸持；(2)智能交流接觸器分閘時采用施加高頻高壓正弦波或者方波高頻電流，利用動靜鐵心產(chǎn)生的高頻磁場和高頻渦流相互作用，產(chǎn)生渦流懸浮力作為電磁反力，加上少量的反力彈簧彈力來使接觸器快速分斷，加快接觸器動靜觸頭間的電弧熄滅；(3)智能交流接觸器的靜鐵心是無剩磁娃鋼片材料制成的鐵心，動鐵心是尚導(dǎo)電率材料制成的鐵心；(4)智能交流接觸器在斷開強激磁后，依靠直流低壓吸持原理使接觸器可靠吸合；(5)對于三相系統(tǒng)，通過三相觸頭不同步結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)三相觸頭負載電流可控同時過零達到微電弧能量分斷控制。
[0025]為了讓本領(lǐng)域技術(shù)人員進一步了解該利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，下面結(jié)合該智能接觸器的控制方法進行說明。
[0026]在接觸器合閘時，先通過控制回路I控制強激磁啟動元件，當(dāng)強激磁啟動元件導(dǎo)通時，單相電源電壓經(jīng)過整流濾波回路以后，以純直流電壓直接施加在智能交流接觸器線圈上，由于純直流電壓不產(chǎn)生渦流，使智能交流接觸器在純直流強激磁方式下快速可靠吸合。
[0027]當(dāng)吸合過程完成以后，控制系統(tǒng)通過控制回路I切斷強激磁啟動元件，使智能交流接觸器的線圈斷開強激磁，并通過控制回路3開啟吸持開關(guān)元件，導(dǎo)通低壓直流吸持回路使智能交流接觸器轉(zhuǎn)入直流低壓吸持階段，實現(xiàn)直流低壓的無聲節(jié)電吸持。
[0028]在接觸器分閘時，先通過控制回路3切斷吸持開關(guān)元件，斷開直流低壓吸持回路，利用渦流懸浮力的產(chǎn)生原理，通過控制回路2開啟高頻啟動元件，此時，單相電源經(jīng)過變頻逆變申旲塊，輸出尚頻尚壓正弦波或者方波尚頻電流，在鐵心中廣生尚頻磁通，形成尚頻磁場，在動靜鐵心接觸面上以及動鐵心側(cè)的鐵心表面就會產(chǎn)生高頻渦流，這一高頻渦流產(chǎn)生的磁場與高頻磁場相互作用，使動鐵心受到一個洛淪茲力的作用，且使洛淪茲力的方向是離開靜鐵心方向，通過改變高頻源的功率即可實現(xiàn)電磁懸浮，使動鐵心產(chǎn)生一個離開靜鐵心的電磁懸浮力作為電磁反力。接觸器依靠這種電磁反力和反力彈簧的彈力來完成快速分斷。同時，由于智能接觸器分斷時間極短，1ms左右，分閘時加到線圈中的高頻電流作用時間極短，動鐵心表面產(chǎn)生高頻渦流的時間也極短，產(chǎn)生熱量的副作用可以忽略不計。
[0029]進一步的，在本實施例中，接觸器動靜鐵心接觸面為理想絕對平面時，且完全合閘吸貼在一起的時刻，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)理論，在動鐵心接觸面?zhèn)鹊母哳l渦流產(chǎn)生的洛淪茲力為0，不呈現(xiàn)對外做功的力(即所有渦流諸元產(chǎn)生的洛淪茲力是平面力且合力為O)。但實際接觸器動靜鐵心接觸面不是絕對平面，再加上該接觸器還有反力彈簧作用，線圈斷電時，只要動靜鐵心離開一點點，就會產(chǎn)生較大的洛淪茲力，而且該洛淪茲力方向是離開靜鐵心方向。
[0030]該電磁系統(tǒng)最終實現(xiàn)這種新型智能接觸器的正確動作，即純直流強激磁可靠吸合、低壓直流無聲節(jié)能吸持，以及能利用渦流懸浮力和反力彈簧彈力來完成快速分閘。
[0031]進一步的，在本實施例中，以三相三線制感性負載系統(tǒng)為例，在首開相電流過零時，另外兩相將以一定的滯后時間斷開，這樣，通過設(shè)計接觸器的三相觸頭不同步結(jié)構(gòu)，使首開相觸頭的開距大于其余兩相觸頭的開距，從而實現(xiàn)非首開相觸頭的打開時刻比首開相觸頭打開時刻滯后，保證三相觸頭均在負載電流過零點附近分斷，完成三相觸頭系統(tǒng)的快速微電弧能量智能分斷控制。
[0032]以上是本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，其特征在于，包括一殼體、設(shè)置于所述殼體頂端外側(cè)面上的靜觸頭部件、與所述靜觸頭部件配合的動觸頭部件、設(shè)置于所述殼體內(nèi)且經(jīng)動鐵心連接件與所述動觸頭部件連接的動鐵心、設(shè)置于所述殼體內(nèi)底部且與所述動鐵心配合的靜鐵心、嵌設(shè)于所述靜鐵心上的線圈以及與所述線圈配合的智能控制豐旲塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，其特征在于，所述動觸頭部件設(shè)置于一觸橋上;所述觸橋經(jīng)一觸頭彈簧連接至一下端面固定設(shè)置有所述動鐵心的動鐵心連接件;所述動鐵心連接件下端面的兩側(cè)分別設(shè)置有反力彈簧。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，其特征在于，所述靜鐵心為U型結(jié)構(gòu)鐵心或E型結(jié)構(gòu)鐵心。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，其特征在于，所述靜鐵心采用無剩磁硅鋼片材料;所述動鐵心采用高導(dǎo)電率材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，其特征在于，所述智能控制模塊包括:數(shù)據(jù)處理控制單元、單相電源、整流濾波回路、變頻模塊、電壓變換模塊、低壓直流吸持回路、強激磁啟動元件、高頻啟動元件以及吸持開關(guān)元件;所述數(shù)據(jù)處理控制元件分別與所述強激磁啟動元件、所述高頻啟動元件以及所述吸持開關(guān)元件相連;所述單相電源經(jīng)所述整流濾波回路連接至所述強激磁啟動元件，經(jīng)所述變頻模塊連接至所述高頻啟動元件，經(jīng)所述電壓變換模塊以及所述低壓直流吸持回路連接至所述吸持開關(guān)元件;所述強激磁啟動元件、所述高頻啟動元件以及所述吸持開關(guān)元件分別與所述線圈配合。6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理控制單元包括:數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元以及控制單元。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，其特征在于，所述單相電源還經(jīng)一電壓傳感器以及一 A/D采集模塊連接至所述數(shù)據(jù)處理控制單元;所述A/D采集模塊還與一用于檢測負載電流的電流傳感器相連。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用高頻渦流懸浮力作為電磁反力的智能接觸器，其特征在于，當(dāng)所述智能接觸器合閘時，通過所述數(shù)據(jù)處理控制單元與所述強激磁啟動元件連接形成的第一控制回路，控制所述強激磁啟動元件；當(dāng)所述強激磁啟動元件導(dǎo)通時，所述單相電源輸出電壓經(jīng)過所述整流濾波回路，以純直流電壓直接施加在所述智能交流接觸器的線圈上，使所述智能交流接觸器在純直流強激磁方式下快速可靠吸合； 當(dāng)吸合過程完成以后，通過所述第一控制回路切斷所述強激磁啟動元件，使所述線圈斷開強激磁，并通過所述數(shù)據(jù)處理控制單元與所述吸持開關(guān)元件連接形成的第三控制回路開啟所述吸持開關(guān)元件，導(dǎo)通所述低壓直流吸持回路，使所述智能交流接觸器轉(zhuǎn)入直流低壓吸持階段，實現(xiàn)直流低壓的無聲節(jié)電吸持； 在所述智能接觸器分閘時，先通過所述第三控制回路切斷所述吸持開關(guān)元件，斷開直流低壓吸持回路，利用渦流懸浮力的產(chǎn)生原理，通過所述數(shù)據(jù)處理控制單元與所述高頻啟動元件連接形成的第二控制回路開啟所述高頻啟動元件;所述單相電源經(jīng)過所述變頻逆變模塊，輸出高頻高壓正弦波或方波高頻電流，在所述靜鐵心中產(chǎn)生高頻磁通，形成高頻磁場，并在所述動鐵心以及所述靜鐵心接觸面上以及所述動鐵心側(cè)的鐵心表面產(chǎn)生高頻渦流，該高頻渦流產(chǎn)生的磁場與高頻磁場相互作用，使所述動鐵心受到洛淪茲力的作用，且該洛淪茲力的方向為離開所述靜鐵心方向，并通過改變高頻源的功率實現(xiàn)電磁懸浮，使所述動鐵心產(chǎn)生一個離開靜鐵心的力作為電磁反力;所述智能接觸器依靠該電磁反力以及反力彈簧與觸頭彈簧的彈力來完成快速分閘。
【文檔編號】H01H47/04GK105931922SQ201610571841
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月20日
【發(fā)明人】陳德為, 呂伯欽, 劉志聰, 陳文桂, 黃燁洋, 李鴻揚
【申請人】福州大學(xué)