1.2.4 永磁體機構

新型電器越來越多地采用永磁體機構取代傳統的電磁鐵機構，其基本工作原理就是利用磁極的同性相斥、異性相吸特性，將電磁能轉換成機械能，從而帶動觸頭動作。

1.2.4.1 永磁體機構的結構

永磁體機構包含本體和微電子控制模塊兩部分。本體是電磁系統及與之相關的機械部件，由靜鐵心、動鐵心、永磁體、線圈、傳動桿等組成。靜鐵心是機構的磁路通道，動鐵心是機構的運動部件，永磁體為機構提供斷開或閉合穩定狀態所需要的保持吸力，當有動作信號時，線圈中的電流產生磁動勢，使動、靜鐵心中產生磁場，并與永磁體產生的磁場疊加合成，使動鐵心在合成磁場力的作用下運動，并通過傳動桿和傳動機構推動電器本體的動觸頭運動，完成分合閘任務。微電子控制模塊是由電力電子開關（IGBT、MOSFET、晶閘管）、集成電路板、CPU芯片等器件組成，其中包含電源整流、控制電壓檢測、釋放儲能、儲能電壓檢測、抗干擾門檻電壓檢測和邏輯電路等，除了具有的基本控制功能外，有的還具有抗晃電、遠程控制等功能。可根據需要設定釋放電壓值（斷電為零電壓），并可延遲發出脈沖電流，運行中無工作電流，僅有1mA左右的信號電流，因此，是一種節能環保電器。

如果在閉合狀態是由永磁體保持，而在斷開狀態采用斷開保持彈簧保持，則閉合狀態的動作是通過線圈通電驅動動鐵心來完成的，同時在閉合過程中對斷開保持彈簧儲能，斷開動作是靠釋放斷開保持彈簧來完成的。這種結構稱為單線圈單穩態永磁體結構，如圖1-16a所示。

如果在斷開和閉合狀態均是由永磁體保持，則斷開或閉合狀態的動作是分別通過兩個線圈通電驅動動鐵心來完成的，不需要保持彈簧儲能。這種結構稱為雙線圈雙穩態永磁體結構，如圖1-16b所示。

1.2.4.2 永磁體機構的工作原理

永磁體機構的基本特征是永磁保持、電磁驅動和電子控制。單線圈單穩態永磁體結構在閉合狀態由永磁體保持，斷開和閉合動作共用一個線圈驅動，需要有一個保持彈簧儲能單元。雙線圈雙穩態永磁體結構在斷開和閉合狀態均由永磁體保持，斷開和閉合動作分別用一個獨立線圈驅動，不需要保持彈簧儲能單元。電磁驅動是指通電的線圈產生電磁場來驅動鐵心運動，完成斷開或閉合的動作。

永磁體機構中的永磁體的極性是固定不變的，當微電子控制模塊發送控制信號時，會產生脈寬為10～20ms的電流正反脈沖，使鐵心產生相對永磁體極面極性不同的磁通，設永磁體極面為N極，則鐵心的吸合極性為S極，釋放極性為N極，從而使電器主觸頭按照控制信號吸合、保持和釋放。

圖1-16中，當線圈中無電流通過，永磁體機構處于斷開或閉合位置，永磁體利用動、靜鐵心的低磁特性將動鐵心保持在本體上面或下面的極限位置，而不需要任何的機械聯鎖。當有動作信號時，斷開和閉合線圈中的電流產生磁動勢和磁場，穿過動、靜鐵心并與永磁體產生的磁場合成，動鐵心在合成磁場力的作用下，做向上或向下運動，并通過傳動桿和傳動機構推動電器本體動觸頭運動，完成斷開或閉合動作。動鐵心在行程終止的兩個位置，不需要消耗任何能量就可以保持。而傳統的電磁式機構，動鐵心是通過彈簧的作用被保持在行程的一端，而在行程的另一端，則是由機械鎖扣或電磁能量進行保持。由此可知，永磁體機構是由電磁鐵與永磁體配合來實現電磁式機構的全部功能，由永磁體替代機械脫扣和鎖扣機構來實現斷開或閉合位置的保持功能，由斷開或閉合線圈來提供操作時所需的能量。

圖1-16a所示為電器的斷開位置，線圈中沒有電流流過，永磁體對動鐵心的吸力近似為零，反力彈簧（圖中未畫出）受壓縮產生的反力與可動部分的重力達到平衡，以此來維持斷開狀態。此時，若給線圈通以足夠大的電流，產生與永磁體吸力相同方向的電磁力，動鐵心將會在吸力的作用下克服反力彈簧帶動動觸頭向下運動。由于動、靜觸頭間距小于動、靜鐵心間距，因此，動觸頭首先運動到位，之后，動鐵心將繼續向下運動一段被稱作“超行程”的位移后，吸合到極限位置，此時，閉合過程結束。在閉合狀態下，若將線圈中通以足夠大的反向電流，電磁斥力與反力彈簧的反力產生的合力將克服永磁體的吸力，使動鐵心帶動動觸頭向上運動，即實現觸頭斷開。

圖1-16b中，靜鐵心1的中部鑲著永磁體5，兩側永磁體的同名磁極向著中心，永磁體的上方和下方分別安裝著閉合線圈3和斷開線圈4，動鐵心2位于永磁體和靜鐵心上下磁極之間，動鐵心上的傳動桿6穿過靜鐵心，傳動桿直接用來驅動電器的傳動機構推動電器本體動觸頭運動，實現斷開或閉合動作。

圖1-17是永磁式交流接觸器的結構示意圖。