專利名稱：使用疊層鋼心的單穩態永磁致動器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用疊層鋼心的單穩態永磁致動器，本發明尤其涉及一種操作電
力設備的斷路器、開關等的致動器。
背景技術：
彈簧機構及液壓或氣壓致動器通常用作電力設備的致動器。但是，致動器具有大 量的部件，且不得不控制機械能以便獲得調節力。因此，致動器結構復雜，且需要維修。
為了解決這些問題，在電力設備中，通過使用永磁體及電能的致動器來代替常規 機構。永磁致動器配置成使得其移動體利用永磁體的磁能而被保持在一沖程(stroke)處， 并且對線圈施加電能以將移動體移動至另一沖程。 根據使移動體保持在預定位置的機構，可以將永磁致動器分類為雙穩態型和單穩 態型。雙穩態型永磁致動器配置成由于永磁體而使得移動體可保持在沖程的兩端，而單穩 態型永磁致動器配置成使得移動體僅保持在沖程的兩端中的一端。在使電力設備開路或閉 路時，雙穩態型永磁致動器的移動體通過永磁體的磁能而被保持在預定位置。因此，由于雙 穩態型永磁致動器無需例如彈簧的機械部件即可執行閉路/開路操作，因此其優于需要單 獨的保持機構的單穩態型永磁致動器。 相反地，單穩態型永磁致動器具有下述優點。第一，可以通過使用一個線圈使電力 設備閉路或開路。 第二，單穩態型永磁致動器安裝有開路彈簧(open spring)，從而在緊急情況下無 需開路裝置中的輔助儲能裝置(例如彈簧)即可使電力設備開路。 第三，與雙穩態型永磁致動器不同，閉路或開路操作是通過一個線圈來實現的。這 可以允許在驅動線圈上具有大量的繞組。由于驅動能量與沖程是成比例的，因此單穩態永 磁致動器的移動體可以被制造為具有長的沖程。 圖1及圖2為根據現有技術的致動器的截面圖。圖1的致動器10包括具有腔的 中間筒體12，及結合至中間筒體12的下側的下部筒體14。用于通過接收外部電力而對移 動體16施加向下磁力的閉合線圈18安裝在中間筒體12的下方。上部筒體20結合至中間 筒體12的上側。而且，用于對移動體16施加向下磁力的永磁體22安裝在上部筒體20的 上表面上。 用于通過外部電力來形成衰減磁力(即，與來自永磁體22的磁力相反的磁力)的 開路線圈(open coil)24位于上部筒體20的底表面上。而且，用于對移動體16施加向上 彈力的開路彈簧26安裝在下部筒體14的底表面上。 參照圖1，永磁體22處于對移動體16施加引力的狀態，且開路彈簧26處于施加向 上彈力的壓縮狀態。但是，開路彈簧26的彈力小于永磁體22的磁力，移動體16如圖1所 示保持向下移動的狀態。在此狀態下，在將電力供應至開路線圈20時，在與永磁體22的磁 力相反的方向上產生磁力。因此，永磁體22的磁力被衰減，從而開路線圈26的彈力變得相 對較大。結果，移動體16如圖2所示向上移動。
然后，切斷對開路線圈20的電力，且對閉式線圈18供電。這使得永磁體22及閉式線圈18的磁力相比于開路彈簧26的彈力變得相對較大。因此，移動體16如圖1所示保持向下移動的狀態。 但是，常規的單穩態永磁致動器具有下述問題。 第一，當對閉式線圈或者開路線圈供電以便向上或向下移動移動體16時，磁通的
強烈變化產生了渦流。該渦流產生沿與移動體16的移動方向相反的方向的力。而且，該渦
流使得致動器需要長的操作時間及大的操作能量，從而對致動器產生不利的影響。 第二，中間筒體及下部筒體經受機械處理以具有筒形形狀。這時，執行機械處理的
成本較高。 第三，由于向下移動移動體的磁力僅施加在移動體的上板上，因此難以獲得足夠的引力。
發明內容
因此，本發明的一個目的在于提供一種單穩態永磁致動器，其能夠減少對其工作特性產生不利影響的渦流。 本發明的另一目的在于提供一種使用疊層鋼心的單穩永磁致動器，其能夠便于機械處理并降低制造成本。 為了實現這些及其他優點并且根據本發明的目的，如本文所體現并進行擴大性描述的，提供了一種使用疊層鋼心的單穩態永磁致動器，包括疊層心，其由彼此層疊的多個金屬薄板形成；線圈，其布置為鄰近所述疊層心，且配置成通過外部電力對所述疊層心施加磁力；移動體，其安裝在所述疊層心中，以便能夠沿上下方向移動；永磁體，其安裝在所述疊層心處，且配置成對所述移動體施加向上及向下的磁力；及彈性器件，其配置成沿與所述永磁體相反的方向對所述移動體施加彈力。 磁路的心可以實施為彼此層疊的多個金屬薄板。這可以防止磁通的劇烈變化，從而防止渦流的產生。 所述單穩態永磁致動器可以進一步包括活動心，所述活動心通過層疊多個金屬薄板而形成在所述移動體的上端上。 所述單穩態永磁致動器可以進一步包括弓|導器件，所述弓|導器件布置在所述疊層心，以便引導所述移動體向上及向下的移動。 根據本發明的另一方案，提供了一種使用疊層鋼心的單穩態永磁致動器，包括一對疊層心，其由彼此層疊的多個金屬薄板形成，且布置為面對彼此；一對固定板，其通過使所述一對疊層心的端部彼此連接而形成具有矩形截面的空間；線圈，其布置為在所述空間中鄰近所述疊層心，且配置成通過外部電力來產生對所述疊層心的磁力；移動體，其安裝在所述空間中，以便沿上下方向移動；永磁體，其安裝在所述空間中，且配置成對所述移動體施加向上及向下的磁力；及彈性器件，其配置成沿與所述永磁體相反的方向對所述移動體施加彈力。 在所述單穩態永磁致動器中，可以利用疊層心來防止渦流。而且，所述致動器可以形成為具有矩形的外形，而不是機械處理所需的圓柱形，所述矩形外形通過使所述疊層心與固定板彼此裝配來實現。因此，可以簡化制造過程。
所述移動體可以包括桿，其可滑動地插入所述空間的底表面內的固定心中；頭 部，其布置在所述桿的上方；及活動心，其布置在所述頭部的上方，且由彼此層疊的多個薄 板形成。 所述單穩態永磁致動器可以進一步包括引導器件，所述引導器件配置成引導所述 移動體向上及向下的移動。所述引導器件可以包括導向槽，其沿上下方向形成在所述頭部 中；及導桿，其由所述固定板支撐。由于所述移動體可以在所述導桿已經插入所述導向槽中 的狀態下移動，因此所述移動體可以穩定地移動。 在所述桿的端部還可以安裝有與所述固定心的內表面接觸的止動器。而且，為了
防止所述止動器與所述固定心碰撞時可能產生的噪聲及振動，用于衰減由于所述止動器與
所述固定心之間的接觸而引起的沖擊的減震構件可以安裝至所述固定心的內表面。 單穩態永磁致動器可以通過防止渦流的產生來提高操作特性。而且，可以通過以
最小化的機械處理所需的形狀實現整體結構來降低制造成本。 通過結合附圖對本發明的下列詳細描述，本發明的上述及其他目的、特征、方案及 優點將變得更加明顯。
所包括的附圖提供了對本發明的進一步理解，附圖并入且構成本說明書的一部
分，其圖示了本發明的實施例并與說明書一起用于解釋本發明的原理。 在附圖中 圖1及圖2為根據現有技術的致動器的截面圖； 圖3為根據本發明的一個實施例的致動器的立體圖； 圖4為圖3的致動器的分解立體圖； 圖5為圖3的致動器的截面圖； 圖6為圖3的致動器的截面圖，其示出了移動體已經向下移動；及 圖7及圖8為示出了操作圖3的致動器時磁通分布的圖。
具體實施例方式
現在將參照附圖對本發明進行詳細地描述。 以下，將參照附圖對根據本發明的致動器進行更詳細地解釋。 參照圖3，根據本發明的一個實施例的致動器100包括布置為面對彼此的一對固 定板102。由于固定板102的下端104是彎曲的，因此固定板102配置成向外部裝置提供結 合面。開口 106形成在固定板102的上側，繞線架及線圈(稍后將進行解釋)部分地穿過 開口 106露出。而且，切口部(cut-outportion)108形成在固定板102的上端的中心部處， 移動體120的頭部可以穿過切口部108沿上下方向移動。疊層心110固定在所述一對固定 板102之間。當固定板102與疊層心110彼此結合時，實現了具有矩形截面的組件。該組 件用作致動器的外體。在該組件中，安裝有移動體120，使其能夠沿上下方向移動。移動體 120包括活動心122和頭部124 :活動心122由彼此層疊的薄板形成；頭部124固定至活動 心122的下側。移動體120進一步包括桿，稍后將對桿進行解釋。 頭部124插入繞線架130中，且線圈132纏繞在繞線架130的外表面上。參照圖
54，插入口 134形成在繞線架130的中心部處，且頭部124插入插入口 134中。朝一方向延伸的軸式桿126固定至頭部124的底表面。而且，桿126插入形成在位于疊層心110之間的固定心140處的桿固定孔142中。 —對永磁體150固定在固定心140與疊層心110之間。永磁體150通過與固定心140及疊層心IIO接觸而向固定心140及疊層心IIO傳送磁力。 彈簧導承160位于固定心140的下方，且開路彈簧164插入形成在彈簧導承160中心部處的導孔162中。具有鉤狀的止動器128與開路彈簧164的上端接觸，且固定至桿126的端部。從而，開路彈簧164的彈力通過止動器128傳送至桿126。
彈簧導孔144(參照圖5)形成在固定心140的底表面上，且開路彈簧164的上端插入彈簧導孔144中。減震構件146插入止動器128與固定心140之間，從而防止止動器128與彈簧導孔144的內表面碰撞時可能產生的噪聲及振動。 在頭部124處沿平行于頭部124的上下方向延伸地形成一對導向槽125。每個導
向槽125中插入一個導桿170。在此，導桿170的外徑等于或略小于導向槽125的寬度。固
定塊172結合至導桿170的兩端。固定塊172固定在所述一對固定板102之間。因此，導
桿170由固定板102固定，從而引導頭部124沿上下方向的移動。 以下，將對根據本發明的單穩態永磁致動器的操作進行解釋。 圖5為圖3的致動器的截面圖，其示出了定位于上方位置的移動體120。而圖6為
圖3的致動器的截面圖，其示出了定位于下方位置的移動體120。 參照圖6，永磁體150的磁通由包括活動心122、頭部124及固定心140的磁路來實現。因此，移動體120通過來自永磁體150的磁力而定位于下方位置。在這種狀態下，在沿與永磁體150的磁通方向相反的方向對線圈132施加電流(閉路電流)時，朝向頭部124及活動心122的引力被減小。因此，永磁體150的磁力變得比開路彈簧164的彈力小。結果，移動體120如圖5所示移動至上方位置。 在這種狀態下，即使切斷施加在線圈上的電流，開路彈簧164的彈力仍比永磁體150的磁力大。因此，移動體120仍然可以布置于上方位置。 然后，在沿與永磁體150的磁通方向相同的方向對線圈132施加電流(開路電流)時，由于活動心122與疊層心110之間大的氣隙，其間的磁力小，而最初頭部124與固定心140之間的磁力較大。因此，在頭部124與固定心140之間形成主磁路。然后，如果氣隙隨著移動體120沿向下方向逐漸移動而變小，則在活動心122與疊層心110之間形成主磁路，而在頭部124與固定心140之間形成輔磁路。當對移動體120持續施加磁力時，移動體120移動至處于圖6所示的狀態。而且，即使供電被切斷，移動體120仍可以通過永磁體150的磁力保持其圖6所示的狀態。 圖7及圖8為示出了操作圖3的致動器時磁通分布的圖。 圖7的左圖示出了閉路電流已經施加在線圈上以使移動體從上方位置移動至下方位置時的磁通分布。相反地，圖7的右圖示出了在移動體120已經移動至下方位置的狀態下已經切斷閉路電流時的磁通分布。 參照圖7的左圖，當施加閉路電流時，移動體布置于上方位置。在移動體通過施加在線圈上的電流而移動之前，輔磁路(紅環)上的磁阻小于主磁路(藍環)上的磁阻。因此，輔磁路具有比主磁路大的磁通。這通過在第一時間降低磁阻使小電流流向線圈來實現，
6以便提高效率。在移動體通過分布在主磁通及輔磁通上的磁通而移動至下方位置時，主磁 通上的磁通持續增加。但是，在移動體到達下方位置時，通過控制器使得施加在線圈上的電 流不施加在移動體上。這時，僅由來自永磁體的磁能來保持移動體。在這種情況下，磁通僅 分布在主磁路上，而不分布在輔磁路上，從而保持移動體120。保持力產生在三個部分處，即 移動體的活動心的兩端附近的接觸部(上端的右側及左側的粉色)處，及下端的中間部分 的接觸部處。因此，可以增加保持力。 圖8的右圖示出了在開路電流已經施加在布置于下方位置的移動體上的狀態下 的磁通分布。相反地，圖8的左圖示出了在移動體移動至上方位置之后施加在移動體上的 開路電流已經被切斷的狀態下的磁通分布。 參照圖8的右圖，在施加開路電流之前，移動體布置于下方位置。在對線圈施加開 路電流時，在與永磁體的磁通方向相反的方向上產生磁通。因此，用于在活動心的兩端及 中心接觸部處保持移動體的永磁體的磁通被降低，從而減小了移動體的保持力。當保持力 被持續地減小至小于由開路彈簧及外部(斷路器的觸壓彈簧)施加在移動體上的力時，移 動體通過從開路彈簧及外部傳送的力移動至上方位置。在移動體到達上方位置時，通過控 制器使施加在線圈上的電流不施加在移動體上，而是僅保留永磁體的磁通。分布在輔磁路 (藍環)上的永磁體的磁通比分布在主磁路(棕環)上的永磁體的磁通多。因此，移動體的 保持力變得更小，且移動體通過開路彈簧的彈力而被保持在上方位置。 上述實施例和優點僅僅是示范性的，而不應解釋為對本公開的限制。本教導能夠 容易地應用于其他類型的裝置。本說明書的意圖是示意性的，而不是限制權利要求的范圍。 許多替代方案、改進和變化對本領域的技術人員來說將是顯而易見的。此處描述的示范性 實施例的特征、結構、方法和其他特性可以以各種方式結合以獲得另外的和/或替代的示 范性實施例。 由于本發明的特征可以在不背離其特性的情況下以若干形式來體現，因此，還應 當理解的是，除非另有規定，上述實施例不受上述說明書的任何細節的限制，而應當在所附 權利要求所限定的范圍內做擴大性解釋，因此，落入權利要求的界限和范圍或者所述界限 和范圍的等同布局內的所有變化和改進也因此旨在由所附權利要求所包含。
權利要求
一種使用疊層鋼心的單穩態永磁致動器，包括疊層心，其由彼此層疊的多個金屬薄板形成；線圈，其布置為鄰近所述疊層心，且配置成通過外部電力對所述疊層心施加磁力；移動體，其安裝在所述疊層心中，以便能夠沿上下方向移動；永磁體，其安裝在所述疊層心處，且配置成對所述移動體施加向上及向下的磁力；及彈性器件，其配置成沿與所述永磁體相反的方向對所述移動體施加彈力。
2. 根據權利要求1所述的致動器，進一步包括活動心，所述活動心通過層疊多個金屬薄板而形成在所述移動體的上端上。
3. 根據權利要求1所述的致動器，進一步包括引導器件，所述引導器件布置在所述疊層心中，以便引導所述移動體向上及向下的移動。
4. 一種使用疊層鋼心的單穩態永磁致動器，包括一對疊層心，其由彼此層疊的多個金屬薄板形成，且布置為面對彼此；一對固定板，其通過使所述一對疊層心的端部彼此連接而形成具有矩形截面的空間；線圈，其布置為在所述空間中鄰近所述疊層心，且配置成通過外部電力來產生對所述疊層心的磁力；移動體，其安裝在所述空間中，以便沿上下方向移動；永磁體，其安裝在所述空間中，且配置成對所述移動體施加向上及向下的磁力；及彈性器件，其配置成沿與所述永磁體相反的方向對所述移動體施加彈力。
5. 根據權利要求4所述的致動器，其中所述移動體包括桿，其可滑動地插入所述空間的底表面內的固定心中；頭部，其布置在所述桿的上方；及活動心，其布置在所述頭部的上方，且由彼此層疊的多個薄板形成。
6. 根據權利要求5所述的致動器，進一步包括引導器件，其配置成引導所述移動體向上及向下的移動。
7. 根據權利要求6所述的致動器，其中所述引導器件包括導向槽，其沿上下方向形成在所述頭部中；及導桿，其由所述固定板支撐，其中所述移動體在所述導桿已經插入所述導向槽中的狀態下移動。
8. 根據權利要求5所述的致動器，其中在所述桿的端部還安裝有與所述固定心的內表面接觸的止動器。
9. 根據權利要求8所述的致動器，其中用于衰減由于所述止動器與所述固定心之間的接觸而引起的沖擊的減震構件安裝至所述固定心的內表面。
全文摘要
本發明公開了一種使用疊層鋼心的單穩態永磁致動器，包括疊層心，其由彼此層疊的多個金屬薄板形成；線圈，其布置為鄰近所述疊層心，且配置成通過外部電力對所述疊層心施加磁力；移動體，其安裝在所述疊層心中，以便能夠沿上下方向移動；永磁體，其安裝在所述疊層心處，且配置成對所述移動體施加向上及向下的磁力；及彈性器件，其配置成沿與永磁體方向相反的方向對所述移動體施加彈力。
文檔編號H02K49/10GK101771328SQ20091021585
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月30日 優先權日2008年12月31日
發明者孫鐘萬 申請人:Ls產電株式會社