[发明专利]具有永磁体的电磁致动器和由致动器致动的机械负荷开关

说明书

技术领域

本发明涉及具有永磁体的电磁致动器。

本发明更具体地涉及用于获得具有永磁体的致动器的方案，致动器具有很大扭矩以便在极短时间内执行小位移。

主要应用是致动机械负荷开关，具有地用于在机电断路器中执行机械断路操作，如在与本申请同日提交并且标题为A mechatronic circuit-breaker device,an associated triggering method,and an application to breaking high direct currents(机电断路器、相关的触发方法、及用于断路高直流的应用)中所描述和要求保护的机电断路器。

在此指出机电设备是指断路器，断路器把由至少一个半导体组件进行的断路技术与机械断路开关相关联。

尽管结合所针对的主要应用描述，本发明更一般地应用于其它应用，诸如当前的其中力求使用具有受控脉冲电流的马达的应用，其中要求极高扭矩来在极短时间内执行小位移。

本发明还涉及由具有永磁体的电磁致动器致动的负荷开关。

背景技术

具有永磁体的电磁致动器被广泛知道来致动不同的机械构件。

特别地，已经知道其应用来执行断路器的断开和闭合控制，尤其是真空断路器来对中压电流断路。在此可以例如引用描述这样的应用的专利US2006208591。

如在今日申请的以申请人名义的专利申请中指出的，发明人力求实现能够极快(也就是说在小于毫秒的时间)致动电磁断路开关的致动器。更具体地，力求实现以下致动器：其考虑由于移动部分的质量而引起的惯性，由于例如机械开关的断开或闭合的极限位置的锁紧系统而引起的反静力。该致动器可以负荷以下规范：

－响应于控制电流的出现，建立相当大的电机扭矩，通常为2000Nm量级；

－具有该电机扭矩的极小建立时间，为几微秒量级；

－具有尽可能小的惯性；

－保证机械负荷开关的移动部分的相对较小的位移，为几毫米量级；

－机械地耐受与混合断路器设备的集中使用对应的应力和震动，通常对应于在使用寿命期间的约10000次开闭操纵，如在今日申请的以申请人名义的专利申请中描述和保护的混合断路器设备。

因此已想到永磁体电磁致动器并且进行了该类致动器的分析。用于实现该类电磁致动器的基本物理原理是使用拉普拉斯驱动：浸入磁场中的导电材料元件在被电流流过时经受定向为与磁场和电流形成的平面垂直的方向的驱动，该驱动当磁场和电流的各自方向正交时为最大。在该环境中的导体通常被指为电枢。所建立的电机扭矩因此与电枢中流动的电流和其中浸有电枢的磁场成比例。当磁场通过永磁体产生时，其值与其中实现永磁体的材料的性质相关联。通常，在已知磁体中，钕铁芯磁体是产生最大磁场值直到1.3特斯拉的磁体。因此，存在由永磁体生成的磁场值的自然极限。换句话说，如果力求显著增加电机扭矩，则唯一可能性在于使极高电流流经电枢。然而，通常，在不考虑热约束的情况下，由电机可接受的电流值被生成拉普拉斯电磁力所需的磁场的永磁体的去磁化风险限制。因此不可能用当前已知和给定的致动器几何形状来超越与该反对因素相关的电机扭矩极限。

本发明的目的因此是提出具有永磁体的电磁致动器，该致动器具有比现有技术的致动器更高的电机扭矩。

一个特别目的是提出具有永磁体的电磁致动器，其能够极快地(就是说在小于毫秒的时间内)致动机械负荷开关并符合上述规范。

发明内容

为此，本发明的目的是一种永磁体电磁致动器，包括：

－形成在第一基板中的第一定子部分，其至少一部分具有与至少一个形成盘的平面的旋转对称性，盘限定与盘正交的对称轴线，并且第一定子部分包括第一永磁体序列，第一永磁体序列通过沿着恒定角度间距均匀分布在第一基板的至少一个盘上而出现在所述盘上；每个永磁体呈现具有与其平坦的、彼此平行、且与盘平行的北极和南极正交的至少一个对称面的形状；永磁体与盘的接触表面内接于与盘同心并且彼此同心的两个圆之间；每个磁体的对称面沿着这些同心圆的半径定向；彼此相邻的第一序列的两个永磁体具有相反磁化方向；