1.2.4 永磁体机构

新型电器越来越多地采用永磁体机构取代传统的电磁铁机构，其基本工作原理就是利用磁极的同性相斥、异性相吸特性，将电磁能转换成机械能，从而带动触头动作。

1.2.4.1 永磁体机构的结构

永磁体机构包含本体和微电子控制模块两部分。本体是电磁系统及与之相关的机械部件，由静铁心、动铁心、永磁体、线圈、传动杆等组成。静铁心是机构的磁路通道，动铁心是机构的运动部件，永磁体为机构提供断开或闭合稳定状态所需要的保持吸力，当有动作信号时，线圈中的电流产生磁动势，使动、静铁心中产生磁场，并与永磁体产生的磁场叠加合成，使动铁心在合成磁场力的作用下运动，并通过传动杆和传动机构推动电器本体的动触头运动，完成分合闸任务。微电子控制模块是由电力电子开关（IGBT、MOSFET、晶闸管）、集成电路板、CPU芯片等器件组成，其中包含电源整流、控制电压检测、释放储能、储能电压检测、抗干扰门槛电压检测和逻辑电路等，除了具有的基本控制功能外，有的还具有抗晃电、远程控制等功能。可根据需要设定释放电压值（断电为零电压），并可延迟发出脉冲电流，运行中无工作电流，仅有1mA左右的信号电流，因此，是一种节能环保电器。

如果在闭合状态是由永磁体保持，而在断开状态采用断开保持弹簧保持，则闭合状态的动作是通过线圈通电驱动动铁心来完成的，同时在闭合过程中对断开保持弹簧储能，断开动作是靠释放断开保持弹簧来完成的。这种结构称为单线圈单稳态永磁体结构，如图1-16a所示。

如果在断开和闭合状态均是由永磁体保持，则断开或闭合状态的动作是分别通过两个线圈通电驱动动铁心来完成的，不需要保持弹簧储能。这种结构称为双线圈双稳态永磁体结构，如图1-16b所示。

图1-16 永磁体机构的结构原理图

1—静铁心 2—动铁心 3—闭合线圈 4—断开线圈 5—永磁体 6—传动杆

1.2.4.2 永磁体机构的工作原理

永磁体机构的基本特征是永磁保持、电磁驱动和电子控制。单线圈单稳态永磁体结构在闭合状态由永磁体保持，断开和闭合动作共用一个线圈驱动，需要有一个保持弹簧储能单元。双线圈双稳态永磁体结构在断开和闭合状态均由永磁体保持，断开和闭合动作分别用一个独立线圈驱动，不需要保持弹簧储能单元。电磁驱动是指通电的线圈产生电磁场来驱动铁心运动，完成断开或闭合的动作。

永磁体机构中的永磁体的极性是固定不变的，当微电子控制模块发送控制信号时，会产生脉宽为10～20ms的电流正反脉冲，使铁心产生相对永磁体极面极性不同的磁通，设永磁体极面为N极，则铁心的吸合极性为S极，释放极性为N极，从而使电器主触头按照控制信号吸合、保持和释放。

图1-16中，当线圈中无电流通过，永磁体机构处于断开或闭合位置，永磁体利用动、静铁心的低磁特性将动铁心保持在本体上面或下面的极限位置，而不需要任何的机械联锁。当有动作信号时，断开和闭合线圈中的电流产生磁动势和磁场，穿过动、静铁心并与永磁体产生的磁场合成，动铁心在合成磁场力的作用下，做向上或向下运动，并通过传动杆和传动机构推动电器本体动触头运动，完成断开或闭合动作。动铁心在行程终止的两个位置，不需要消耗任何能量就可以保持。而传统的电磁式机构，动铁心是通过弹簧的作用被保持在行程的一端，而在行程的另一端，则是由机械锁扣或电磁能量进行保持。由此可知，永磁体机构是由电磁铁与永磁体配合来实现电磁式机构的全部功能，由永磁体替代机械脱扣和锁扣机构来实现断开或闭合位置的保持功能，由断开或闭合线圈来提供操作时所需的能量。

图1-16a所示为电器的断开位置，线圈中没有电流流过，永磁体对动铁心的吸力近似为零，反力弹簧（图中未画出）受压缩产生的反力与可动部分的重力达到平衡，以此来维持断开状态。此时，若给线圈通以足够大的电流，产生与永磁体吸力相同方向的电磁力，动铁心将会在吸力的作用下克服反力弹簧带动动触头向下运动。由于动、静触头间距小于动、静铁心间距，因此，动触头首先运动到位，之后，动铁心将继续向下运动一段被称作“超行程”的位移后，吸合到极限位置，此时，闭合过程结束。在闭合状态下，若将线圈中通以足够大的反向电流，电磁斥力与反力弹簧的反力产生的合力将克服永磁体的吸力，使动铁心带动动触头向上运动，即实现触头断开。

图1-16b中，静铁心1的中部镶着永磁体5，两侧永磁体的同名磁极向着中心，永磁体的上方和下方分别安装着闭合线圈3和断开线圈4，动铁心2位于永磁体和静铁心上下磁极之间，动铁心上的传动杆6穿过静铁心，传动杆直接用来驱动电器的传动机构推动电器本体动触头运动，实现断开或闭合动作。

图1-17是永磁式交流接触器的结构示意图。

图1-17 永磁式交流接触器的结构示意图