CN104465251B - 电磁脱扣装置及配备有该电磁脱扣装置的断路器 - Google Patents

Abstract

一种电磁脱扣装置及配备有该电磁脱扣装置的断路器，属于低压电器技术领域。包括磁轭、动铁芯和反力弹簧，动铁芯设在磁轭上，该动铁芯的上端探出磁轭，反力弹簧套置在动铁芯上，特点：还包括有一用于提供流过磁路的磁通并对动铁芯产生电磁吸力的永磁铁，该永磁铁设置在磁轭上，动铁芯的下端与永磁铁相对应，反力弹簧的上端支承在动铁芯上、下端支承在永磁铁上，当大电流流过外部的电流回路时，触发动铁芯动作。排除了受主回路的载流排或载流线圈截面的牵制因素；缩小体积，节约安装空间，可以与主回路完全隔离，提高安全系数，安装灵活方便，可安装在断路器的各个合理位置；节约铜材资源，电阻值以及断路器的功耗也得以显著降低。

Description

电磁脱扣装置及配备有该电磁脱扣装置的断路器

技术领域

本发明属于低压电器技术领域，具体涉及一种电磁脱扣装置，并且还涉及配备有该电磁脱扣装置的断路器。

背景技术

如业界所知，断路器通常具有过载、短路和剩余电流动作保护等功能，短路保护功能是由动铁芯、静铁芯、线圈、轭铁（也称磁轭）、反力弹簧和传动杆构成的电磁脱扣装置感应并且建立磁场，通过传动杆的动作向执行机构例如向断路器的操作机构提供触发能量，使操作机构动作，以断开故障电流，也就是将电路断开。

电磁脱扣装置的技术信息可以公开的中国专利文献中见诸，如CN201374291Y（塑料外壳式断路器磁脱扣装置）、CN201421812Y（复合式电磁脱扣器）、CN2335255Y（小型电磁脱扣装置）、CN1276453C（断路器中的电磁脱扣装置）、CN201063322Y（热磁可调断路器用电磁脱扣装置改良）、CN201514908U（一种低压断路器的电磁脱扣装置）、CN201594511U（一种热磁式脱扣器的磁脱扣装置）、CN201663128U（一种塑壳断路器的磁脱扣装置）、CN202678257U（一种用于断路器的电磁脱扣机构）、CN202076201U（断路器的电磁脱扣机构）和CN102360995B（断路器的磁脱扣器）以及CN102315053B（快速磁脱扣器及配有该快速磁脱扣器的断路器），等等。

图1为已有技术中的断路器的示意图，该断路器包括壳体1、操作机构2和电磁脱扣装置，其中：电磁脱扣装置的结构由图2所示，包括磁轭3、静铁芯4、动铁芯5、反力弹簧6、支架7和线圈8，线圈8穿入主回路并且设置在支架7上（包围于支架7），磁轭3呈中国汉字的回字形，支架7贯穿于磁轭3，静铁芯4位于支架7的一端（图2所示位置状态的下端），动铁芯5上下移动地设置在支架7上并且该动铁芯5的上端探出支架7，反力弹簧6位于动、静铁芯5、4之间，也就是说反力弹簧6朝向动铁芯5的一端套置并支承在动铁芯5上，而朝向静铁芯4的一端套置并支承在静铁芯4上。当故障电流如短路电流经过线圈8时，动、静铁芯5、4之间产生如图2所示的F方向的永磁力，动铁芯5在克服反力弹簧6的状态下向F方向运动，即向静铁芯4的方向位移，从而驱动由图1所示的断路器的前述操作机构2，使操作机构解锁，使断路器脱扣分闸而切断故障电流，达到脱扣保护之目的。

由上述图2所示的电磁脱扣装置的结构可知，因线圈8接入主回路中（即与主回路联通），又因线圈8的截面积由主回路载流电流的大小决定，于是在大容量与小型化两者之间产生了难以甚至无法兼顾与平衡的技术问题，具体而言，大容量必然要求线圈8具有得以满足大载流量的大载流面积，小型化必然要求电磁脱扣装置的体积缩小而藉以节省安装空间、方便并依需灵活地安装于断路器的合理位置，进而缩小断路器的整体体积。然而在迄今为止公开的专利和非专利文献中均未见诸得以解决该技术问题的启示。

针对上述已有技术，本申请人作了有益的探索与设计，终于形成了下面将要介绍的技术方案。

发明内容

本发明的首要任务在于提供一种有助于摒弃线圈而藉以避免受主回路的载流电流大小的牵制、有利于显著缩小体积而藉以保障断路器的小型化并且保障在断路器上的灵活安装、有益于节省材料而藉以与目前全社会崇尚的节约型节能型经济精神相适应和有便于降低制造成本而藉以体现经济性的电磁脱扣装置。

本发明的另一任务在于提供一种配备有电磁脱扣装置的断路器，该断路器能保障所述电磁脱扣装置的技术效果的全面体现并且能够降低功耗。

本发明的任务是这样来完成的，一种电磁脱扣装置，包括磁轭、动铁芯和反力弹簧，动铁芯上下移动地设置在磁轭上，并且该动铁芯的上端探出磁轭，反力弹簧套置在动铁芯上，特征在于：还包括有一用于提供流过磁路的磁通并对所述动铁芯产生永磁力的永磁铁，该永磁铁设置在磁轭上，所述动铁芯的下端与永磁铁相对应，所述反力弹簧的上端支承在动铁芯上，而反力弹簧的下端支承在永磁铁上，当大电流流过外部的电流回路时，外界磁场干扰永磁铁产生的永磁场，所述动铁芯由所述反力弹簧驱动并向外部伸出。

在本发明的一个具体的实施例中，在所述磁轭的上端以水平状态构成有一动铁芯配合臂，而磁轭的下端同样以水平状态构成有一永磁铁支承臂，该永磁铁支承臂对应于动铁芯配合臂的下方，在所述动铁芯上并且在对应于动铁芯配合臂与永磁铁支承臂之间的位置构成有一反力弹簧支承台阶圈，动铁芯的上端与动铁芯配合臂相配合，并且探出动铁芯配合臂，所述反力弹簧的上端支承在反力弹簧支承台阶圈上，所述永磁铁设置在永磁铁支承臂上。

在本发明的另一个具体的实施例中，在所述的永磁铁上叠置有一分磁片，所述反力弹簧的下端通过该分磁片支承在所述的永磁铁上。

在本发明的又一个具体的实施例中，在所述的动铁芯配合臂上开设有一动铁芯配合孔，而在所述的永磁铁支承臂上并且朝向动铁芯配合臂的一侧构成有一永磁铁容纳凹坑，该永磁铁容纳凹坑与动铁芯配合孔相对应，所述动铁芯的上端上下移动地与动铁芯配合孔相配合，并且探出动铁芯配合孔，所述的永磁铁在对应于永磁铁容纳凹坑的位置设置在所述永磁铁支承臂上。

在本发明的再一个具体的实施例中，在所述的动铁芯配合臂上并且在对应于所述动铁芯配合孔的位置开设有一与动铁芯配合孔相通的并且还同时与外界相通的用于将所述动铁芯的上端导入动铁芯配合孔内的动铁芯导入槽，所述的动铁芯的上端途经该动铁芯导入槽进入动铁芯配合孔内。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的永磁铁容纳凹坑的形状呈圆形，所述的永磁铁的形状呈圆柱状。

在本发明的更而一个具体的实施例中，在所述动铁芯的上端并且在对应于所述动铁芯导入槽的位置构成有一动铁芯窄缩颈，藉由该动铁芯窄缩颈途经动铁芯导入槽而将动铁芯的上端与所述动铁芯配合孔相配合。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述磁轭的整体形状呈］字形。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的反力弹簧为螺旋形弹簧。

本发明的另一任务是这样来完成的，一种断路器，特征在于配备有如权利要求1所述的电磁脱扣装置。

本发明提供的技术方案的技术效果在于：由于摒弃了已有技术中的线圈，因而不需要与主回路联通，排除了受主回路的载流排或载流线圈截面的牵制因素；由于省去了线圈，因而使电磁脱扣装置的磁脱演变为感应磁脱扣，不仅显著地缩小了体积，节约了安装空间，而且可以与主回路完全隔离，提高安全系数，安装灵活方便，可安装在断路器的各个合理位置；由于无需使用线圈，因而不仅节约了用于制作线圈的有色金属材料的铜材资源，而且因降低了材料成本而体现经济性，并且电阻值以及断路器的功耗也得以显著降低。

附图说明

图1为已有技术中的断路器的示意图。

图2为图1中配备的公知的电磁脱扣装置的示意图。

图3为本发明的电磁脱扣装置的实施例结构图。

图4为本发明的电磁脱扣装置作为脱扣器的优化实施例与已有技术的布局空间对比图。

图5为本发明的电磁脱扣装置中力的关系曲线图。

图6为本发明的电磁脱扣装置的感应原理示意图暨动铁芯间隙-力曲线图。

图7为本发明电磁脱扣装置的动铁芯间隙-力曲线图。

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。

在下面的描述中凡是涉及上、下、左和右的方向性（或者称方位性）的概念均是针对正在被描述的图所处的位置状态而言的，目的在于方便公众理解，因而不能将其理解为对本发明提供的技术方案的特别限定。

请参见图3，给出了属于本发明提供的电磁脱扣装置的结构体系的磁轭3（也可称轭铁，以下同）、动铁芯5和反力弹簧6，动铁芯5上下移动地设置在磁轭3上，并且该动铁芯5的上端探出磁轭3，反力弹簧6套置在动铁芯5上。

作为本发明提供的技术方案的技术要点：前述的电磁脱扣装置还包括有一用于提供流过磁路（也可称第一磁路，以下同）的磁通并对前述动铁芯5产生永磁力的永磁铁9，该永磁铁9设置在磁轭3上，前述动铁芯5的下端与永磁铁9相对应，前述反力弹簧6的上端支承在动铁芯5上，而反力弹簧6的下端支承在永磁铁9上，当大电流流过位于该电磁脱扣器外部的电流回路时，电流回路的磁通触发动铁芯5而使动铁芯5动作。具体的，电流回流上通过大电流时，回路本身产生磁场，磁场干扰永磁铁9在磁轭3上的永磁场，使永磁场的平衡被打破，进而动铁芯5动作。由此可知，永磁铁9、轭铁3和动铁芯5构成前述的磁路，即组成前述的第一磁路。永磁铁9由永磁材料制成，能提供永磁场。

在前述磁轭3的上端以水平状态构成有一动铁芯配合臂31，而磁轭3的下端同样以水平状态构成有一永磁铁支承臂32，该永磁铁支承臂32对应于动铁芯配合臂31的下方，在所述动铁芯5上并且在对应于动铁芯配合臂31与永磁铁支承臂32之间的位置构成有一反力弹簧支承台阶圈51，动铁芯5的上端与动铁芯配合臂31相配合，并且探出动铁芯配合臂31，前述的反力弹簧6为螺旋形弹簧，该反力弹簧6的上端支承在反力弹簧支承台阶圈51上，前述的永磁铁9设置在永磁铁支承臂32上。

由图3所示，在前述的永磁铁9上叠置有一分磁片91，前述反力弹簧6的下端支承在该分磁片91上，即反力弹簧6的下端隔着分磁片91支承在永磁铁9上。在前述的动铁芯配合臂31上开设有一动铁芯配合孔311，而在前述的永磁铁支承臂32上并且朝向动铁芯配合臂31的一侧即图3所示状态朝向上的一侧构成有一永磁铁容纳凹坑321，该永磁铁容纳凹坑321与动铁芯配合孔311相对应，前述动铁芯5的上端上下移动地与动铁芯配合孔311相配合，并且探出动铁芯配合孔311，前述的永磁铁9在对应于永磁铁容纳凹坑321的位置设置在所述永磁铁支承臂32上。

在前述的动铁芯配合臂31上并且在对应于前述动铁芯配合孔311的位置开设有一既与动铁芯配合孔311相通又同时与外界相通的用于将动铁芯5的上端导入动铁芯配合孔311内的动铁芯导入槽312，动铁芯5的上端途经该动铁芯导入槽312进入动铁芯配合孔311内。

在本实施例中，作为优选的方案，将前述的永磁铁容纳凹坑321的形状设计为呈圆形，将前述的永磁铁9的形状呈圆柱状。进而，在动铁芯5的上端并且在对应于所述动铁芯导入槽312的位置构成有一动铁芯窄缩颈52，藉由该动铁芯窄缩颈52途经动铁芯导入槽312而将动铁芯5的上端与所述动铁芯配合孔311相配合。在动铁芯5的上端与动铁芯配合孔311配合后，将动铁芯5上提，以便将永磁铁9连同分磁片91置于永磁铁容纳凹坑321中，安装完毕后，动铁芯配合孔311在动铁芯5的整体运动过程中均不与动铁芯窄缩颈52接触配合。需要拆解整个电磁脱扣装置时，只需将上述步骤反向进行即可。

在本实施例中，前述的磁轭3的几何形状呈“］”形，该“］”字形也可称为“C”字形，但是磁轭3的形状也可以设计成中国汉字的回字形框体。

当动铁芯5与永磁铁9相接触后，即永磁铁9吸附动铁芯5，此时为电磁脱扣装置的一种稳定状态，并且本发明电磁脱扣装置的动铁芯5不被电流回路所缠绕，在大电流出现时，位于该脱扣器附近的电流回路产生的磁通流过第一回路，使动铁芯5动作。即当外界磁场干扰永磁铁9产生的永磁场时，动铁芯5由反力弹簧6驱动并向外部伸出，从而使电磁脱扣装置进入另一种稳定状态。

请参见图7并且结合图3，永磁铁39、动铁芯5、磁轭3形成了永磁磁路，在图7中X为距离单位，表征动铁芯5与永磁铁9的间隙，F为力单位，Y为动铁芯受力曲线，T为弹簧力受力曲线。动铁芯5处于双稳态阶段，在Y、T线交点左侧，永磁力大于弹簧力，铁芯吸合，处于小气隙状态；在Y、T线交点右侧，弹簧力大于永磁力，铁芯释放，处于大气隙状态。本发明的电磁脱扣装置由于省去了线圈8，使得电磁脱扣装置所需要的材料减小了，并且电磁脱扣装置的安装位置不受限制。具体的，不受第一回路的结构限制。

参见图4，在图4中示出了断路器，该断路器包括壳体1和操作机构2，操作机构2设置在壳体1上，该断路器还包括一脱扣器20，该脱扣器20即为申请人在上面描述的本发明的电磁脱扣装置，由脱扣器20驱使操作机构2动作。壳体1具有多个彼此分隔的灭弧室腔11，以脱扣器20的身份示意的本发明的电磁脱扣装置设置在相邻的灭弧室腔11之间，于是无需另外增设单独的脱扣器腔来安装本发明电磁脱扣装置。

请参见图5和图6，如图6为本发明的电磁脱扣装置在断路器中的工作示意图，具体工作流程如下，操作机构2再扣储能，推动动铁芯5到吸合位置，操作机构2合闸，撤去推力，此时的动铁芯5处于吸合位置，永磁力大于弹簧力，保持吸合。当主回路中出现短路电流I时，导电排30附近产生电磁场M，对本发明电磁脱扣装置的永磁场M’产生干扰，达到阀值，最终破坏电磁脱扣装置的力平衡。动铁芯5在弹簧力作用下运动到释放位置，并推动操作机构2，使其解锁，达到保护回路的目的。上述的短路电流I对永磁场M’的干扰的力的关系曲线见图5。图5中，动铁芯5的铁芯吸力曲线由Fr代表，反力弹簧6的弹簧反力曲线由Fs表示，当短路电流I超过阀值，铁芯吸力曲线Fr（即铁芯电磁吸力）发生变化，当铁芯吸力曲线Fr变化到小于弹簧反力曲线Fs时，动铁芯5运动，间隙变大，铁芯吸力迅速减弱，动铁芯5在反力弹簧6的作用下即在弹簧反力作用下运动并推动断路器的解锁装置，实现脱扣保护。

对于上述的电磁脱扣装置在断路器中的使用而言，为了进一步优化电磁脱扣装置的敏感度，可在电磁脱扣装置上加装外部激励线圈。该外部激励线圈并非现有技术中电磁脱扣装置上的线圈8，因为其不接入主回路，同时其产生的磁场恒定不变，旨在加强电磁脱扣装置的敏感度。

综上所述，本发明的核心在于采用了感应磁脱扣装置代替原有的磁脱扣装置，由于不需要与主回路联通，那么其体积空间将不受载流排或载流线圈截面的限制，可以大大缩小空间。同时，该装置与主回路彻底隔离，安全系数高，安装方便，理论上设计计算准确的话，可以安装在断路器的各个位置，同时其可以像附件、插件一样在后期根据需要安装不同的型号。由于没有了载流线圈，减少了铜材，降低了重要材料的成本，降低了电阻值，断路器的功耗也降低了。

Claims (10)

1.一种电磁脱扣装置，包括磁轭(3)、动铁芯(5)和反力弹簧(6)，动铁芯(5)上下移动地设置在磁轭(3)上，并且该动铁芯(5)的上端探出磁轭(3)，反力弹簧(6)套置在动铁芯(5)上，其特征在于：还包括有一用于提供流过磁路的磁通并对所述动铁芯(5)产生永磁力的永磁铁(9)，该永磁铁(9)设置在磁轭(3)上，所述动铁芯(5)的下端与永磁铁(9)相对应，所述反力弹簧(6)的上端支承在动铁芯(5)上，而反力弹簧(6)的下端支承在永磁铁(9)上，当大电流流过外部的电流回路时，外界磁场干扰永磁铁(9)产生的永磁场，所述动铁芯(5)由所述反力弹簧(6)驱动并向外部伸出。

2.根据权利要求1所述的电磁脱扣装置，其特征在于在所述磁轭(3)的上端以水平状态构成有一动铁芯配合臂(31)，而磁轭(3)的下端同样以水平状态构成有一永磁铁支承臂(32)，该永磁铁支承臂(32)对应于动铁芯配合臂(31)的下方，在所述动铁芯(5)上并且在对应于动铁芯配合臂(31)与永磁铁支承臂(32)之间的位置构成有一反力弹簧支承台阶圈(51)，动铁芯(5)的上端与动铁芯配合臂(31)相配合，并且探出动铁芯配合臂(31)，所述反力弹簧(6)的上端支承在反力弹簧支承台阶圈(51)上，所述永磁铁(9)设置在永磁铁支承臂(32)上。

3.根据权利要求1或2所述的电磁脱扣装置，其特征在于在所述的永磁铁(9)上叠置有一分磁片(91)，所述反力弹簧(6)的下端通过该分磁片(91)支承在所述的永磁铁(9)上。

4.根据权利要求2所述的电磁脱扣装置，其特征在于在所述的动铁芯配合臂(31)上开设有一动铁芯配合孔(311)，而在所述的永磁铁支承臂(32)上并且朝向动铁芯配合臂(31)的一侧构成有一永磁铁容纳凹坑(321)，该永磁铁容纳凹坑(321)与动铁芯配合孔(311)相对应，所述动铁芯(5)的上端上下移动地与动铁芯配合孔(311)相配合，并且探出动铁芯配合孔(311)，所述的永磁铁(9)在对应于永磁铁容纳凹坑(321)的位置设置在所述永磁铁支承臂(32)上。

5.根据权利要求4所述的电磁脱扣装置，其特征在于在所述的动铁芯配合臂(31)上并且在对应于所述动铁芯配合孔(311)的位置开设有一与动铁芯配合孔(311)相通的并且还同时与外界相通的用于将所述动铁芯(5)的上端导入动铁芯配合孔(311)的动铁芯导入槽(312)，所述的动铁芯(5)的上端途经该动铁芯导入槽(312)进入动铁芯配合孔(311)内。

6.根据权利要求4所述的电磁脱扣装置，其特征在于所述的永磁铁容纳凹坑(321)的形状呈圆形，所述的永磁铁(9)的形状呈圆柱状。

7.根据权利要求5所述的电磁脱扣装置，其特征在于在所述动铁芯(5)的上端并且在对应于所述动铁芯导入槽(312)的位置构成有一动铁芯窄缩颈(52)，藉由该动铁芯窄缩颈(52)途经动铁芯导入槽(312)而将动铁芯(5)的上端与所述动铁芯配合孔(311)相配合。

8.根据权利要求1或2所述的电磁脱扣装置，其特征在于所述磁轭(3)的整体形状呈］字形。

9.根据权利要求3所述的电磁脱扣装置，其特征在于所述的反力弹簧(6)为螺旋形弹簧。

10.一种断路器，其特征在于配备有如权利要求1所述的电磁脱扣装置。