CN108074784B - 磁通变换器 - Google Patents
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Abstract
一种磁通变换器，包括壳体，安装于壳体内部的线圈骨架，线圈骨架中部缠绕的线圈，永磁体，铁心和与铁心连接的弹簧，所述壳体顶部设有开口，铁心的一端与永磁体吸合，铁心另一端的顶杆伸至壳体顶部的开口处；还包括导磁铁圈，导磁铁圈位于线圈和永磁体之间。本发明磁通变换器，在线圈和永磁体之间增加了导磁铁圈，使得永磁体和线圈的磁力线重新分布，永磁体和线圈的磁力线经过导磁铁圈形成新的磁回路；电磁场会改变永磁磁场的磁路径，使得无论永磁体正装或者反装时(或者对线圈通以正负电源时)，都能使电磁力和弹力的合力大于永磁体对铁心的吸力时，铁心可动作顶出顶杆进行脱扣动作。
Description
技术领域
本发明涉及低压电器领域，特别涉及一种正负电源通用的磁通变换器。
背景技术
磁通变换器是智能断路器的执行元件，是智能断路器的电子控制器与机械操动开关的重要联接器件，其脱扣功能的稳定实现，关系到智能断路器工作的可靠性，是智能断路器质量好坏最直接的指标。磁通变换器是一种小型储能式电磁铁，利用了永磁材料和弹簧存储能量，线圈由电流互感器通过电容来供电。在线路正常情况下，线圈不通电，铁心在永磁体的吸力作用下保持吸合状态，弹簧被压缩弹力最大。当线路发生故障时，电容器通过线圈放电，线圈电流产生的磁场抵消永磁体产生的磁场，铁心的电磁吸力减少，当小于弹簧力时，铁心脱扣。
现有的磁通变换器的线圈只能用单向电源，线圈通电产生的磁通与永磁体磁通方向相反时，永磁体对铁芯的吸力减少，当吸力少于弹力时，铁心才脱扣；如图7所示，如果因为永磁体装反或线圈接反，导致线圈通电产生的磁通与永磁体磁通方向相同时，铁心被吸的更紧，不能脱扣。然而在磁通变换器生产过程中，很容易出现永磁体装反和线圈接反，导致智能断路器不能正常工作。如果磁通变换器能够正负电源通用，将会大大减轻工人负担，同时提高产品合格率。
此外，现有的磁通变换器的磁路主要通过永磁体、垫铁、铁心和机壳闭合，永磁体N极发出的磁力线经过垫铁和铁心，在机壳顶部通孔进入机壳，最后回到永磁体S极。磁力线在铁心轴线方向经过的路径长，磁力线很容易从空气中通过进入机壳，漏磁很多，导磁材料不能均匀地工作在磁化曲线的拐点附近。
而且，现有的磁通变换器在线圈通电时，产生的电磁场磁力线与永磁场磁力线相对，电磁场磁力线会对永磁体产生消磁作用，导致永磁体磁性能降低，脱扣电压减低，甚至造成智能断路器的误动作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单紧凑，性能安全稳定，正负电源通用的磁通变换器。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种磁通变换器，包括壳体，安装于壳体内部的线圈骨架15，线圈骨架15中部缠绕的线圈2，永磁体4，铁心1和与铁心1连接的弹簧7，所述壳体顶部设有开口601，铁心1的一端与永磁体4吸合，铁心1另一端的顶杆11伸至壳体顶部的开口601处；还包括导磁铁圈8，导磁铁圈8位于线圈2和永磁体4之间。
进一步，还包括垫铁3，所述垫铁3位于永磁体4和铁心1之间，垫铁3吸附于永磁体4上端，铁心1由于永磁体4吸引，铁心1的一端与垫铁3紧密接触。
进一步，所述永磁体4安装于壳体的底部，线圈2安装于永磁体4的上部，导磁铁圈8环绕铁心1的下端设置，导磁铁圈8位于线圈2和永磁体4之间，铁心1的另一端穿过线圈骨架15的中部空腔伸至壳体顶部的开口601。
进一步，所述导磁铁圈8与线圈2之间的距离大于永磁体4与导磁铁圈8之间的距离。
进一步，所述开口601的直径大于顶杆11的直径，铁心1与开口601之间的气隙大于铁心1与导磁铁圈8之间的气隙。
进一步，所述垫铁3呈凸字型，包括下部的第一垫铁部31和上部的第二垫铁部32，第一垫铁部31的底部与永磁体4吸合，第二垫铁部32的顶部与铁心1的另一端端部接触。
进一步，所述垫铁3的顶部为圆形，铁心1为圆柱体铁心，垫铁3顶部直径和铁心1的一端底部的直径相等。
进一步，所述铁心1的一端中部设有用于安装弹簧7的弹簧安装空腔101，弹簧7的一端与弹簧安装空腔101的顶部相抵，另一端与垫铁3的顶部相抵；弹簧安装空腔101的顶部凸出设有用于安装弹簧7的弹簧柱。
进一步，所述铁心1在靠近导磁铁圈8的位置环状延伸设有安装凸起103，弹簧7的一端与安装凸起103的下边缘相抵，另一端套装于垫铁3的第二垫铁部32上。
进一步，所述壳体包括机壳6和后盖5，后盖5和机壳6都由导磁材料制成，所述开口601设于机壳6的顶部，所述后盖5扣合于机壳6的底部，机壳6的上部设有用于安装线圈骨架15的第一安装腔体61，机壳6的下部设有用于安装永磁体4的第二安装腔体62。
本发明磁通变换器，在线圈和永磁体之间增加了导磁铁圈，使得永磁体和线圈的磁力线重新分布，永磁体和线圈的磁力线经过导磁铁圈形成新的磁回路；在通电产生的电磁场与永磁体产生的磁场方向相反时，电磁场会减少永磁体对铁心的吸力，而通电产生的电磁场与永磁磁场方向相同时，电磁场会改变永磁磁场的磁路径，使得无论永磁体正装或者反装时(或者对线圈通以正负电源时)，都能使电磁力和弹力的合力大于永磁体对铁心的吸力时，铁心可动作顶出顶杆进行脱扣动作。本发明磁通变换器，一方面，永磁体通过导磁铁圈的磁回路，磁路路径短，让更多磁力线经过，减少铁心上段经过的磁力线，从而减少漏磁；另一方面导磁铁圈为电磁场(线圈通电后产生的磁场)和永磁磁场(永磁体产生的磁场)提供一条共同同路，降低了电磁场对永磁磁场的消磁作用；由于线圈形成新的磁回路，磁路路径短，更多磁力线经过导磁铁圈形成闭和磁路，提高导磁材料的利用率，而且正负电源都能够脱扣，以实现磁通变换器高寿命、高可靠性的品质。
此外，将导磁铁圈设于靠近线圈一端，一方面，可以减小电磁磁路对永磁磁体的消磁作用，另一方面，电磁磁路的对铁心的磁吸力更强，脱扣更加快速。壳体上开口的直径大于顶杆的直径，铁心与开口之间的气隙大于铁心与导磁铁圈之间的气隙，以产生大磁阻，铁心会在电磁场作用下向上运动；开口的最大宽度小于铁心的最大宽度，当铁心运动到末端，铁心下段与壳体顶部接触，使得铁心的电磁场的电磁磁路的磁阻最小，机壳可以挡住铁心机械运动，提高导磁材料的利用率。
附图说明
图1是本发明磁通变换器的剖面图(弹簧在铁心内孔里面)；
图2是本发明磁通变换器的另一剖面图(弹簧在铁心外面)；
图3是本发明磁通变换器脱扣前永磁磁路图；
图4是本发明磁通变换器的永磁磁路、电磁磁路图(磁场方向相反)；
图5是本发明磁通变换器的永磁磁路、电磁磁路图(磁场方向相同)；
图6是本发明磁通变换器脱扣后永磁磁路图；
图7是本发明磁通变换器现有技术的永磁磁路、电磁磁路图(磁场方向相同)。
具体实施方式
以下结合附图1至6给出的实施例，进一步说明本发明的磁通变换器的具体实施方式。本发明的磁通变换器不限于以下实施例的描述。
如图1-6所示，本发明磁通变换器，包括机壳6和后盖5组成的壳体，安装于壳体内部的线圈骨架15，线圈骨架15中部缠绕的线圈2，永磁体4，铁心1和与铁心1连接的为铁心1提供弹力的弹簧7，永磁体4为铁心1靠磁吸力与铁心1吸合；所述壳体顶部设有开口601，铁心1的一端与永磁体4吸合，铁心1另一端的顶杆11伸至壳体顶部的开口601处。壳体包括机壳6和后盖5，所述开口601设于机壳6的顶部，所述后盖5扣合于机壳6的底部，机壳6的上部设有用于安装线圈骨架15的第一安装腔体61，机壳6的下部设有用于安装永磁体4的第二安装腔体62。本发明磁通变换器，整体结构简单紧凑，便于实现磁通变换器的小型化设计。
如图1-6所示，本发明磁通变换器还包括导磁铁圈8，导磁铁圈8位于线圈2和永磁体4之间，永磁体4和线圈2的磁力线经过导磁铁圈8分别形成新的磁回路(从图中3-6中可以看出)；当电磁力和弹力的合力大于永磁体4对铁心的吸力时，铁心1动作顶杆11伸出开口601进行脱扣动作。本发明磁通变换器，在线圈和永磁体之间增加了导磁铁圈，使得永磁体和线圈的磁力线重新分布，永磁体和线圈的磁力线经过导磁铁圈形成新的磁回路；一方面，永磁体通过导磁铁圈的磁回路，磁路路径短，让更多磁力线经过，减少铁心上段经过的磁力线，从而减少漏磁；另一方面导磁铁圈为电磁场(线圈通电后产生的磁场)和永磁磁场(永磁体产生的磁场)提供一条共同同路，降低了电磁场对永磁磁场的消磁作用；由于线圈形成新的磁回路，磁路路径短，更多磁力线经过导磁铁圈形成闭和磁路，当永磁体正装或者反装时(或者对线圈通以正负电源时)，电磁场改变永磁磁场的磁路径，都可以使电磁力和弹力的合力大于永磁体对铁心的吸力，铁心动作顶出顶杆进行脱扣动作。
需要说明的是，本发明磁通变换器图3-6所示的磁力线仅仅是通过单条的磁力线来反映电磁场和永磁磁场的磁力线的分布情况。
如图1-6所示，本发明磁通变换器还包括垫铁3，所述垫铁3位于永磁体4和铁心1之间，垫铁3吸附于永磁体4上端，铁心1由于永磁体4吸引，铁心1的一端与垫铁3紧密接触。垫铁3一方面起到支撑铁心的作用，另一方面具有减震的功能，减少震动力外传。当然也可以不设置垫铁3，铁心1的一端与永磁体4直接吸合。
如图1-6所示，所述永磁体4安装于壳体的底部，线圈2安装于永磁体4的上部，导磁铁圈8环绕铁心1的下端设置，导磁铁圈8位于线圈2和永磁体4之间，铁心1的另一端穿过导磁铁圈8和线圈骨架15的中部空腔伸至壳体顶部的开口601。线圈套、导磁铁圈、永磁体在轴向上按顺序排列，优选的导磁铁圈外部与机壳接触，后盖和机壳都是导磁材料制成，使得导磁材料磁组小，消耗永磁体磁动势少。导磁铁圈与垫铁在轴向有一段距离，保持较大气隙。
如图1所示，一种优选的实施方式，所述导磁铁圈8与线圈2之间的距离大于永磁体4与导磁铁圈8之间的距离。导磁铁圈8可以设置在线圈2和永磁体4之间的任何位置，优选，导磁铁圈8设于靠近线圈2一端，一方面，可以减小电磁磁路对永磁磁体的消磁作用，另一方面，电磁磁路的对铁心1的磁吸力更强，脱扣更加快速。所述开口601的直径大于顶杆11的直径，铁心1上段与开口601保持较大气隙，铁心1上段与开口601之间的气隙大于铁心1下段与导磁铁圈8之间的气隙，以产生大磁阻，壳体、铁心1和顶杆11围成一个气隙空腔A，使得铁心上段与机壳6顶部通孔有较大气隙空腔A。开口601的最大宽度小于铁心1的最大宽度。铁心1会在电磁场作用下向上运动；开口601的最大宽度小于铁心1的最大宽度，当铁心1运动到末端，铁心1下段与壳体顶部接触，使得铁心1的电磁场的电磁磁路的磁阻最小，机壳可以挡住铁心机械运动。
如图1所示，所述垫铁3呈凸字型，包括下部的第一垫铁部31和上部的第二垫铁部32，第一垫铁部31的底部与永磁体4吸合，第二垫铁部32的顶部与铁心1的另一端端部接触。所述垫铁3的顶部为圆形，铁心1为圆柱体铁心，垫铁3顶部直径和铁心1的一端底部的直径相等。垫铁3顶部直径和铁心1的一端底部的直径相等，垫铁3与铁心1的贴合面更加紧密，两者的配合结构也更加紧凑。
如图1、2、3所示，给出弹簧7的两种安装方式。图1给出弹簧安装的第一种实施例：所述铁心1的一端中部设有用于安装弹簧7的弹簧安装空腔101，弹簧7的一端与弹簧安装空腔101的顶部相抵，另一端与垫铁3的顶部相抵。弹簧安装空腔101的顶部凸出设有用于安装弹簧7的弹簧柱。图2给出弹簧安装的第二种实施例：所述铁心1在靠近导磁铁圈8的位置环状延伸设有安装凸起103，弹簧7的一端与安装凸起103的下边缘相抵，另一端套装于垫铁3的第二垫铁部32上。两种实施例，弹簧7的安装都非常方便会快捷，但从加工角度和占用内部空间上考虑，第一种实施例要优于第二种实施例。
下面说明本发明磁通变换器的工作原理：
如图3所示，本发明磁通变换器在正常情况下的磁路结构(未通电)，铁心1与垫铁3吸合，弹簧7处于最大压缩状态，弹簧7弹力最大，但永磁体4吸力大于弹力，铁心1被牢牢吸合在垫铁3上；此时磁通变换器内部只有永磁磁场，从永磁体N极发出的磁力线，大部分经过垫铁3和铁心1下段，然后进入导磁铁圈8，通过机壳6回到永磁体4的S极，即永磁磁场主磁路，此条磁路路径短，可以让更多磁力线经过，减少从铁心上段经过的磁力线，即永磁磁场漏磁路，从而减少漏磁。
如图4所示，当线圈2通电产生的电磁场与永磁体4产生的磁场方向相反时(永磁体正装或线圈正常接线)，电磁场会减少永磁体4对铁心1的吸力，在铁心1和垫铁3吸合处有相同的磁极极性，铁心1和永磁体4相互排斥，电磁场会减少永磁体4对铁心1的吸力，当电磁力和弹力的合力大于永磁体4对铁心的吸力时，铁心1动作进行脱扣动作。
如图5所示，当线圈2通电产生的电磁场与永磁体4产生的永磁磁场方向相同时(永磁体反装或线圈反接线)，电磁场会改变永磁磁场的磁路径，电磁场和永磁磁场的磁力线都经过铁心1，铁心1上段与机壳开口601的气隙较大，磁路中的磁阻很大。电磁场有两条磁路，通过导磁铁圈8闭合的电磁磁路和通过后盖闭合的电磁磁路，当电磁场较弱时，电磁场中通过后盖闭合的电磁磁路占主要部分，当电磁场增强大于永磁体4永磁磁场时，铁心1会在电磁场作用下向机壳顶部运动以减少磁阻，电磁场中通过导磁铁圈8闭合的电磁磁路占主要部分；当电磁力和弹力的合力大于永磁体4对铁心的吸力时，铁心1动作进行脱扣动作。
如图6所示，磁通变换器脱扣后的与脱扣前的永磁磁场基本相同。
综上所述，本发明磁通变换器在永磁体正装或者反装时(或者对线圈通以正负电源时)都能完成脱扣，而且永磁体的磁性能不容易受电磁场影响而消磁，磁性材料也能得到充分利用，能够保证磁通变换器的高可靠性、高寿命质量，具有很高的实用价值。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种磁通变换器，包括壳体，安装于壳体内部的线圈骨架(15)，线圈骨架(15)中部缠绕的线圈(2)，永磁体(4)，铁心(1)和与铁心(1)连接的弹簧(7)，其特征在于：所述壳体顶部设有开口(601)，铁心(1)的一端与永磁体(4)吸合，铁心(1)另一端的顶杆(11)伸至壳体顶部的开口(601)处；还包括导磁铁圈(8)，导磁铁圈(8)位于线圈(2)和永磁体(4)之间；所述开口(601)的直径大于顶杆(11)的直径，铁心(1)与开口(601)之间的气隙大于铁心(1)与导磁铁圈(8)之间的气隙。
2.根据权利要求1所述的磁通变换器，其特征在于：还包括垫铁(3)，所述垫铁(3)位于永磁体(4)和铁心(1)之间，垫铁(3)吸附于永磁体(4)上端，铁心(1)由于永磁体(4)吸引，铁心(1)的一端与垫铁(3)紧密接触。
3.根据权利要求2所述的磁通变换器，其特征在于：所述永磁体(4)安装于壳体的底部，线圈(2)安装于永磁体(4)的上部，导磁铁圈(8)环绕铁心(1)的下端设置，导磁铁圈(8)位于线圈(2)和永磁体(4)之间，铁心(1)的另一端穿过线圈骨架(15)的中部空腔伸至壳体顶部的开口(601)。
4.根据权利要求1-3任一所述的磁通变换器，其特征在于：所述导磁铁圈(8)与线圈(2)之间的距离大于永磁体(4)与导磁铁圈(8)之间的距离。
5.根据权利要求2或3所述的磁通变换器，其特征在于：所述垫铁(3)呈凸字型，包括下部的第一垫铁部(31)和上部的第二垫铁部(32)，第一垫铁部(31)的底部与永磁体(4)吸合，第二垫铁部(32)的顶部与铁心(1)的另一端端部接触。
6.根据权利要求2或3所述的磁通变换器，其特征在于：所述垫铁(3)的顶部为圆形，铁心(1)为圆柱体铁心，垫铁(3)顶部直径和铁心(1)的一端底部的直径相等。
7.根据权利要求2所述的磁通变换器，其特征在于：所述铁心(1)的一端中部设有用于安装弹簧(7)的弹簧安装空腔(101)，弹簧(7)的一端与弹簧安装空腔(101)的顶部相抵，另一端与垫铁(3)的顶部相抵；弹簧安装空腔(101)的顶部凸出设有用于安装弹簧(7)的弹簧柱。
8.根据权利要求5所述的磁通变换器，其特征在于：所述铁心(1)在靠近导磁铁圈(8)的位置环状延伸设有安装凸起(103)，弹簧(7)的一端与安装凸起(103)的下边缘相抵，另一端套装于垫铁(3)的第二垫铁部(32)上。
9.根据权利要求1所述的磁通变换器，其特征在于：所述壳体包括机壳(6)和后盖(5)，后盖(5)和机壳(6)都由导磁材料制成，所述开口(601)设于机壳(6)的顶部，所述后盖(5)扣合于机壳(6)的底部，机壳(6)的上部设有用于安装线圈骨架(15)的第一安装腔体(61)，机壳(6)的下部设有用于安装永磁体(4)的第二安装腔体(62)。
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Application publication date: 20180525 Assignee: Wenzhou Zhengtai Electrical Technology Co., Ltd Assignor: Zhejiang Chint Electrics Co.,Ltd. Contract record no.: X2020330000078 Denomination of invention: Flux converter Granted publication date: 20190920 License type: Common License Record date: 20201021 |
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