熱獨立過電流跳閘器件的製作方法

2023-07-23 18:42:06

專利名稱：熱獨立過電流跳閘器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的用於斷路器的電氣過電流跳閘器件，所述斷路器具有帶有固定觸件和可移動觸件的至少一個觸點，所述跳間器件包括致動部件，在過電流情形下，如果所述過電流超過預設跳閘閾值達預定跳閘延遲時間，則該致動部件被驅動以直接或間接地與可移動觸件相互作用以打開觸點。本發明還涉及一種根據權利要求9的前序部分所述的帶有電氣過電流跳閘器件的安裝開關器件，所述開關器件具有帶有固定觸件和可移動觸件的至少一個觸點，所述跳閘器件包括致動部件，在過電流情形下，如果所述過電流在預定跳間延遲時間超過預設跳閘閾值，則該致動部件被驅動以直接或間接地與可移動觸件相互作用以打開觸點。
背景技術：
所述類型的過電流跳閘器件和安裝開關器件通常為電氣-機械器件。觸點包括固定接觸部件和由可移動接觸臂或接觸橋保持的可移動接觸部件。在閉合位置處可移動接觸部件通過接觸彈簧的力的作用按壓固定接觸部件。所述類型的跳間器件和安裝開關器件通常還包括帶有鎖栓(latch)的機械齒輪機構和基於彈簧力的能量儲存組件。進一步，本領域中已知的跳閘器件在跳閘條件的情形下作用於鎖栓，鎖栓然後從能量儲存中釋放能量以致齒輪機構能夠對接觸杆或接觸橋起作用從而打開觸點。如果流經安裝開關器件的電流在給定的時間段明顯超過額定電流，則觸發過電流跳閘器件的跳閘動作。在跳閘事件發生之前必須經過的時間取決於過電流的強度。過電流越強，跳閘動作發生之前的時間越短。過電流與跳閘時間之間的特徵相關性稱為「時間轉化 (invert)跳閘曲線」。存在描述被歸為所謂的跳閘類的時間轉化跳閘曲線的標準。在例如 1.5倍於額定電流的過電流時，例如，典型的跳閘時間在1和10分鐘之間，對3倍於額定電流的過電流，跳閘時間在2到40秒的範圍之間，並且對在1. 1倍於額定電流的範圍內的過電流，跳閘時間可以長達30分鐘到若干小時。已知的過電流跳閘器件利用由雙金屬或熱形狀記憶合金製成的金屬條作為致動部件。雙金屬條直接或間接地通過流過的電流加熱，並且加熱導致雙金屬條彎曲。雙金屬條的熱性質設計成使得在額定電流的情形下，雙金屬條的彎曲足夠小以致不發生跳間動作。 然而如果過電流流過一段時間，則彎曲變得足夠大以導致雙金屬條直接或間接地通過跳閘杆與齒輪機構相互作用，齒輪機構然後導致觸點打開。這種器件例如在DE 10 2005 020 215 Al中示出。這種已知的熱過電流跳閘器件遭受環境溫度的交叉影響。增加的環境溫度導致彎曲，其增加到電流引起的彎曲並且如果沒有補償則將降低跳閘閾值。用於補償環境溫度影響的已知解決方案基於稱為補償雙金屬的第二雙金屬條的應用，補償雙金屬不被電流加熱但僅由於環境溫度而加熱，並且補償雙金屬的彎曲方向與跳閘雙金屬的彎曲方向相對。然而，能夠由這種補償雙金屬補償的溫度範圍是有限的。
存在斷路器可應用於環境中的應用，在該環境中，可發生高的環境溫度變化，例如高達70°，並且在該環境中，跳閘閾值的交叉敏感度應當最小。現在還沒有補償裝置已知用於允許例如斷路器的安裝開關器件在如此大的環境溫度的變化的應用中的可靠應用。

發明內容
本發明的目的是提供一種對環境溫度改變有非常低的熱交叉敏感性的過電流跳閘器件。本發明的進一步的目標是提供一種帶有過電流跳閘器件的安裝開關器件，該過電流跳間器件對環境溫度改變有非常低的熱交叉敏感性。根據本發明，上述目標通過帶有權利要求1中指出的特徵的電氣過電流跳閘器件來實現。對於安裝開關器件，目標通過根據權利要求9的安裝開關器件來實現。在從屬權利要求的附加技術特徵中描述了有利實施例。根據本發明，致動部件聯接到磁路，由此作用在致動部件上的驅動力通過過電流的磁場產生，並且致動部件聯接到電磁阻尼布置以設定跳間延遲時間，並且致動部件連接到構造成調整過電流跳閘閾值的耦合彈簧。本發明的優點主要是過電流跳閘利用磁跳閘設置(setup)實現，由此磁跳閘器件本身不具有或僅具有非常小的熱交叉敏感性。通過包括電磁阻尼致動部件獲得時間轉化跳閘曲線，其中磁驅動力通過負荷電流產生。因而遭受過電流時的雙金屬條的熱機械特性或多或少通過電磁阻尼和到磁致動器的耦合彈簧的聯接的聯合再生(reproduced)。根據本發明的有利方面，致動部件為磁路中的電磁阻尼轉子，在磁路中驅動磁場通過負荷電流產生。根據本發明的有利方面，致動部件為包括永久磁體的管狀轉子，並且磁路還包括為磁路的磁芯的部分的管狀定子，其帶有包圍磁芯並攜帶負荷電流的導線的至少一個繞組，由此定子至少部分地包圍轉子並且轉子可旋轉地安裝在定子內。由電流提供的驅動力與彈簧力相反。如果該電流超過一定值，所謂過電流閾值，那麼驅動力將克服彈簧反力並開始旋轉該轉子。根據本發明的有利方面，管狀定子包括軟磁性和高導磁性材料。徑向定向的槽還可用於控制磁通量。根據本發明的有利方面，器件包括用於轉子的渦電流類型的電磁阻尼系統。該渦電流在固定主體內，意思是在定子中或在固定地連接到定子的部件中引起。根據本發明的有利方面，該電磁阻尼布置包括由導電材料製成的管，其位於在管狀定子與管狀轉子之間的空隙內，以便當轉子轉動時，由於管中產生的渦電流引起阻尼功率損耗。在有利實施例中，該管可以由銅、銀或帶有高導電性的其它材料或聯合而組成。阻尼功率損耗和質量慣性將要求時間以完成到特定角度的旋轉。該所要求的時間設定跳閘延遲時間。當在時間間隔後旋轉已經完成到預設角度，觸點的打開將觸發，該時間間隔由力、 磁化強度，渦電流類型的阻尼和質量慣性給出。根據本發明的有利方面，耦合彈簧聯接到管狀轉子的旋轉軸線。根據本發明的安裝開關器件的特徵在於，該致動部件聯接到磁路，由此作用在致動部件上的驅動力通過過電流的磁場產生，並且致動部件聯接到電磁阻尼布置以設定跳閘延遲時間，並且致動部件連接到構造成調整過電流跳閘閾值的耦合彈簧。


通過參考附圖的兩個實施例的描述將更詳細地描述本發明，其中，圖1示出根據第一實施例中的本發明的電氣過電流跳閘器件的截面視圖，圖2示出帶有根據本發明的電氣過電流跳閘器件的安裝開關器件的示意圖。
具體實施例方式相同或相似的元件或帶有類似效果的元件具有相同的附圖標記。圖1示出由例如鐵的軟磁性和磁性高導磁材料製成的管狀定子6。在定子的下邊界區域處存在導體7保持在其中的額外孔。導體攜帶電流路徑的電流。該電流產生磁場， 其在管狀定子內部具有大致平行於線四的方向。管狀定子6具有以徑向方向定向的一個或多個槽8。槽8的用途是防止由導體產生的磁通量完全保持在定子6的鐵磁路或磁路3 中。銅管9插入並且附連到鐵定子6的內輪廓上。以管狀轉子2'的形式、包括永久磁體的致動部件2保持在管狀定子6的內部開口中，從而可旋轉地安裝在與管狀定子6的中心軸線同軸的軸線上。因為機械支撐和保護的原因，管狀轉子2'由鋁管30包住。在鋁管30的外輪廓與銅管9的內輪廓之間存在空氣間隙31。轉子2'壓配進鋁管30，從而通過從鋁管 30上突出並且裝配進轉子2'中的兩個凹槽N和S的兩個鼻部額外地固定。連接凹槽N和 S的假想線可指示由轉子2'包括的永久磁體的磁場的定向，但不必須如此。從圖1可見， 來自轉子2'的永久磁體的磁場和由導體7產生的磁場圍成10°和40°之間、優選地大約 30°的角度α。通過導體7的電流的增加將增加導體7的磁場，從而導致以順時針方向旋轉轉子 2'的驅動力，從而增加角度α到80°與120°之間、優選地大約110°的值。一方面，圖1 中未示出，但圖3中示出，存在施加保持扭矩作用在轉子2'的軸線上的彈簧。僅在導體內的電流超過一定閾值後，磁場產生的扭矩才足夠克服彈簧的保持扭矩並且轉子2'的旋轉將開始。轉子中永久磁體的旋轉引起銅管9中的渦電流，其通過產生反作用磁場提供阻尼。 銅管9與轉子2'中的永久磁體的磁場協作因而形成用於轉子的電磁阻尼布置4。因而在定子中引起渦電流。轉子質量的質量慣性貢獻二階時間積分效應。所述阻尼效應使得作為結果轉子2'的旋轉並不立即發生，而是有延遲時間。圖2在示意圖中示出例如斷路器的安裝開關器件21的示意圖，安裝開關器件21 具有由絕緣材料製成的殼體22。開關器件在一側23具有用於導體的連接的第一連接終端 24,並且在相對側25具有用於另一導體的連接的第二連接終端26。電流路徑在兩個連接終端MJ6之間通過器件21流動。觸點11包括固定觸件12和安裝在可移動接觸杆14上的可移動觸件13。斷路器21包括機械齒輪15，其沿虛線功能線(dotted function line) 16 與可移動接觸杆協作用於觸點11的持久打開或觸點11的閉合。齒輪15可通過手柄18經由虛線功能線17手動操作。如上文參照圖1描述和所示的過電流跳閘器件1位於器件21內並且是電流路徑的部分。為簡化說明，定子6以粗杆示意性示出。過電流跳閘器件1的轉子2'的軸線在其自由端處具有外心盤19或與跳間杆20協作的任何其它角度依賴運動件(angular dependent movement) 0跳閘杆20還經由虛線功能線21與齒輪15協作。轉子軸線的相對側聯接到彈簧5，其示意性示出為指示施加在轉子2'上的彈簧扭矩的方向的箭頭。在此處所示的情形下，彈簧具有以在轉子軸線上的逆時針方向指向的扭矩。在過電流流經器件21的情形下，順時針方向的扭矩將施加到轉子2'上。由於渦電流管中的電磁阻尼而產生的阻尼力將以逆時針方向施加反扭矩。圖2中的箭頭觀示出以順時針方向指向的最終淨扭矩。外心盤19將順時針轉動從而提升跳間杆20，其中通過跳閘器件1以這種方式致動的跳閘杆20將經由虛線功能線27與齒輪15作用以持久打開觸點11。根據圖1和圖2的設置當在如圖3所示的應用中用作過電流跳閘器件時的優點是，跳閘與熱交叉敏感性無關，因為跳閘是由於根據線路電流的電磁效應。最後，本發明將不限於示出的實施例，但各等價物將確定地包括在本說明書的保護範圍之內。例如，定子可形成為單一部件或者形成為由兩個或更多個件組裝的芯。在此處沒有示出的另一實施例中，轉子將不具有鋁管。永久磁體的保護還可通過其它裝置實現。 在又一實施例中，凹槽N和S不在轉子的永久磁體的北極和南極處。部件列表1過電流跳閘器件19夕卜心盤2致動部件20跳閘杆2』轉子21斷路器3磁路22殼體4阻尼布置23側邊5耦合彈簧24連接終端6定子25側邊7導體26連接終端8槽27虛線功能線9管28箭頭10斷路器29線11觸點30鋁管12固定觸件31空氣間隙13可移動觸件32中間杆14接觸杆33下部杆15機械齒輪34磁通線16虛線功能線35實線箭頭17虛線功能線36虛線箭頭18手柄
權利要求
1.一種用於斷路器(10)的電氣過電流跳閘器件(1)，所述跳閘器件(1)包括致動部件 O)，在過電流情形下，如果所述過電流超過預設跳閘閾值達預定跳閘延遲時間，則所述致動部件( 被驅動以直接或間接地與所述斷路器的可移動觸件(1 相互作用以打開所述斷路器中的觸點(11)，其特徵在於，所述致動部件( 聯接到磁路C3)，由此，作用在所述致動部件( 上的驅動力通過所述磁路的磁場產生，所述磁場由所述過電流引起，所述致動部件( 連接到電磁阻尼布置以設定所述跳閘延遲時間，並且所述致動部件( 連接到構造成調整過電流跳閘閾值的耦合彈簧(5)。
2.根據權利要求1所述的電氣過電流跳閘器件(1)，其特徵在於，所述致動部件(2)是磁路中的電磁阻尼轉子O')，在所述磁路中驅動磁場通過負荷電流產生。
3.根據權利要求2所述的電氣過電流跳閘器件(1)，其特徵在於，所述致動部件(2)為包括永久磁體的管狀轉子O')，並且所述磁路還包括為所述磁路(3)的磁芯的部分的管狀定子(6)，所述管狀定子(6)帶有圍繞所述磁芯並且至少部分地攜帶所述負荷電流的導體(7)的至少一個繞組，由此，所述定子(6)至少部分地圍繞所述轉子議)並且所述轉子 (2')能夠旋轉地安裝在所述定子(6)內。
4.根據權利要求3所述的電氣過電流跳閘器件(1)，其特徵在於，所述管狀定子(6)包括軟磁性和高導磁性材料，並且具有徑向定向的槽(8)以控制磁通量。
5.根據權利要求3所述的電氣過電流跳閘器件(1)，其特徵在於，所述器件包括用於所述轉子的渦電流類型的電磁阻尼系統G)。
6.根據權利要求5所述的電氣過電流跳閘器件(1)，其特徵在於，所述電磁阻尼布置 (4)包括由導電材料製成的管(9)，其位於所述管狀定子(6)與所述管狀轉子議)之間的空隙內，以便當所述轉子O')轉動時，引起由於在所述管(9)中產生的渦電流而產生的阻尼功率損耗。
7.根據權利要求5所述的電氣過電流跳閘器件(1)，其特徵在於，所述耦合彈簧聯接到所述管狀轉子的旋轉軸線。
8.一種帶有電氣過電流跳閘器件(1)的斷路器(10)，所述斷路器(10)具有帶有固定觸件(1 和可移動觸件(1 的至少一個觸點(11)，所述跳閘器件(10)包括致動部件(2)， 在過電流的情形下，如果所述過電流超過預設跳閘閾值達預定跳閘延遲時間，則所述致動部件( 被驅動以直接或間接地與所述可移動觸件(1 相互作用以打開所述觸點(11)，其特徵在於，所述致動部件( 聯接到磁路C3)，由此，作用在所述致動部件( 上的驅動力由所述過電流的磁場產生，所述致動部件⑵聯接到電磁阻尼布置⑷以設定所述跳閘延遲時間，並且所述致動部件( 連接到構造成調整過電流跳閘閾值的耦合彈簧(5)。
全文摘要
本發明關於一種用於斷路器(10)的電氣過電流跳閘器件(1)，所述跳閘器件(1)包括致動部件(2)，在過電流的情形下，如果所述過電流超過預設跳閘閾值達預定跳閘延遲時間，則致動部件(2)被驅動以直接或間接地與斷路器的可移動觸件(13)相互作用以打開斷路器中的觸點(11)。所述致動部件(2)連接到磁路(3)，由此作用在致動部件(2)上的驅動力通過磁路的磁場產生，所述磁場由過電流引起，所述致動部件(2)聯接到電磁阻尼布置(4)以設定跳閘延遲時間，並且所述致動部件(2)連接到構造成調整過電流跳閘閾值的耦合彈簧(5)。
文檔編號H01H71/32GK102439680SQ201080022590
公開日2012年5月2日 申請日期2010年5月19日 優先權日2009年5月19日
發明者H·布雷德, M·貝塞拉, S·瓦爾德馬森 申請人:Abb股份公司