專利名稱：提高斷路器的載流能力及加速其觸頭動力地斷開的方法和所屬開關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1所述的提高斷路器的載流能力及加速其觸頭動力地斷開的方法。此外，本發(fā)明還涉及一種所屬開關(guān)設(shè)備，其具有至少一個靜觸頭和至少一個動觸頭以及一個滑軌和附屬的滅弧柵板。
這樣的開關(guān)設(shè)備通常具有一種平移式觸頭斷開運動，其中所述觸頭設(shè)置在一觸橋上以及為了平移運動設(shè)有一個橋式支架和一個接觸力彈簧。但是此外開關(guān)設(shè)備也可以具有一種旋轉(zhuǎn)的觸頭斷開運動，本發(fā)明同樣也涉及這一點。
為了保護電氣裝置，但是也為了運行用電器，對電開關(guān)設(shè)備提出要求，要無故障地傳導(dǎo)一預(yù)定值內(nèi)的電流以及能夠在盡可能短的時間內(nèi)切斷過高的電流、例如短路電流。為此，開關(guān)設(shè)備具有一個開關(guān)設(shè)備驅(qū)動裝置(機械式開關(guān)鎖和/或電磁驅(qū)動裝置)和斷開機構(gòu)(例如n型脫扣器或電子操縱的執(zhí)行機構(gòu))，其中，該驅(qū)動裝置以一預(yù)定的觸頭壓力閉合所述觸頭，而所述斷開機構(gòu)導(dǎo)致快速斷開所述開關(guān)觸頭以及因此導(dǎo)致快速建立限流的電弧電壓。
因為在可能出現(xiàn)極高的短路電流(例如I＝50kA)時電動力比所述斷開機構(gòu)的傳遞到動觸頭上的動量更早地起作用，可通過對驅(qū)動磁場的優(yōu)化設(shè)計來改善該短路開關(guān)特性。但是取決于電流強度的磁場強度可能已在工作電流范圍內(nèi)、例如在達到電動機啟動電流時就導(dǎo)致減弱觸頭壓力以及由此干擾載流特性。為了排除這些問題，可以提高由開關(guān)設(shè)備驅(qū)動裝置提供的力。但是這導(dǎo)致更大尺寸的驅(qū)動裝置，由此提高了設(shè)備費用和結(jié)構(gòu)體積。出于經(jīng)濟原因考慮這兩種結(jié)果都是不希望出現(xiàn)的，因此需要一種排除上述缺點的解決方案。
為了在電開關(guān)設(shè)備中利用動態(tài)的斷開力，動觸頭與靜觸頭之間的電流路徑以一狹窄的回路形式引導(dǎo)和/或通過鐵磁性裝置(例如深槽式電動機)使圍繞所述被電流流過的動觸頭的磁場發(fā)生畸變，由此引起強大的洛倫茲力。
從DE 42 16 080 A1已經(jīng)公開了一種用于對于繼電器觸頭增強觸頭壓力的裝置，其中，回路形式地導(dǎo)引通向動觸頭的電流路徑，以便充分利用回路力作為附加的觸頭壓力。在此為所述電流路徑以微小的間距附加地對應(yīng)配設(shè)一鐵板，以便獲得另外的用于增強觸頭壓力的磁力。另外，由DE 199 12713 A1已知，對于有電流流過的開關(guān)觸頭的情況要設(shè)有一種具有良好導(dǎo)電性的閉鎖構(gòu)件。通過在該閉鎖構(gòu)件和所述動觸頭中的并聯(lián)分路電流這樣長時間地防止觸頭運動，直到電流和磁力超過一預(yù)定的最小值。最后，在編號為ISBN3-540-06075-8的“開關(guān)設(shè)備技術(shù)的基礎(chǔ)(Grundlagen derSchaltgertetechnik)”的著作中(柏林Springer出版社1975年)，尤其是第257至274頁記載了開關(guān)設(shè)備尤其是接觸器的通常特性。
但是上述現(xiàn)有技術(shù)的裝置卻不能實現(xiàn)提供所期望高的動態(tài)式電動力并且在大工作電流(電動機啟動電流)時也不會敏感地減弱觸頭壓力。由此，所述驅(qū)動裝置和所述觸頭壓力必須設(shè)計得更大。
由此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是建議一種用于提高載流能力及加速觸頭動力地斷開的方法和提供一種所屬開關(guān)設(shè)備，該開關(guān)設(shè)備在工作電流情況下不會不允許地減弱觸頭壓力。
上述技術(shù)問題按照本發(fā)明通過在權(quán)利要求1中給出的措施得以解決。在權(quán)利要求5中給出了一種相應(yīng)的所屬開關(guān)設(shè)備。從屬權(quán)利要求一方面給出了所述方法的擴展設(shè)計以及另一方面給出了所屬設(shè)備的擴展設(shè)計。
本發(fā)明的方法為了增強磁力有利地采用由鐵磁性材料、優(yōu)選由普通鋼板制成的U形磁軛。在此，使作用到所述動觸頭上的電磁力在電流從小電流值(即標準運行狀態(tài)下)增高到很高的電流值(即短路運行狀態(tài)下)的過程中有針對性地轉(zhuǎn)換符號。這具體意味著，在小電流的情況下，產(chǎn)生觸頭壓力增強的效果以及在高電流的情況下產(chǎn)生觸頭壓力減弱的效果，由此獲得動態(tài)的斷開力。通過適當?shù)卦O(shè)計所述鐵磁性構(gòu)件可以調(diào)節(jié)形成一種變換符號的或者在小電流情況下一種幾乎均衡的磁力變化走向。
為了在有關(guān)開關(guān)設(shè)備方面實現(xiàn)本發(fā)明，作為磁軛采用一個用于產(chǎn)生磁性閉合力的第一U形板件和一個用于產(chǎn)生磁性斷開力的第二U形板件，它們以適當?shù)姆绞蕉ㄎ辉谒鼋佑|裝置上。
下面結(jié)合權(quán)利要求書并借助附圖對按照本發(fā)明的實施方式的說明給出本發(fā)明的其他詳情和優(yōu)點。所有附圖均為簡略示意圖。其中

圖1表示一個帶有開關(guān)橋(或稱“活動橋式觸頭”)和附屬驅(qū)動裝置的開關(guān)設(shè)備；圖2表示從圖1中截取的一部分，以便清楚地說明與所述開關(guān)橋?qū)?yīng)配設(shè)的兩個鐵磁軛；圖3以立體圖形式表示所述兩個對應(yīng)配設(shè)的鐵磁軛的各自的定位方向；圖4表示一種帶有開關(guān)橋和對應(yīng)配設(shè)的分磁軛的接觸結(jié)構(gòu)；圖5表示一種接觸結(jié)構(gòu)，它帶有在其上安裝的分磁軛和兩個與分磁軛對應(yīng)配設(shè)的板件。
在圖1中簡略地表示出一種已知的接觸器的功能部件該接觸器基本上由一個包含有開關(guān)部件和一個電磁驅(qū)動裝置10的開關(guān)箱組成，通過該電磁驅(qū)動裝置10實施電磁式地激發(fā)所述開關(guān)觸頭進行機械運動。
在圖1中，在開關(guān)箱1中的靜觸頭3a和3b設(shè)置在靜觸頭支架2a和2b上以及與這些靜觸頭對應(yīng)配設(shè)的動觸頭5a和5b處于一運動的開關(guān)橋4上。以公知的方式為該具有相互對置的觸頭3a、5a和3b、5b的接觸裝置設(shè)置滅弧柵板9a和9b，這些滅弧柵板9a和9b通常是具有一滑軌或?qū)к?2的滅弧柵板裝置的一部分。所述運動的開關(guān)橋4通過一接觸力彈簧7可相對運動地與一橋式支架8相連，該橋式支架8與銜鐵13一起被電磁驅(qū)動裝置10移動到接通或斷開位置。
在所述橋式支架中可以包含其他的可相對運動的元件，這些元件可被執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動地作用到所述開關(guān)橋上以及觸發(fā)橋運動。
所述電磁驅(qū)動裝置10具體由一個帶有磁性線圈12的磁軛11和一個與該磁軛對應(yīng)配設(shè)的銜鐵13組成，該銜鐵13通過一支撐板14與所述橋式支架8相連。一個斷開彈簧15作用到磁軛11上，該斷開彈簧確保在所述電磁驅(qū)動裝置10的關(guān)閉狀態(tài)下使所述橋式支架處于斷開位置。
在上面所描述的開關(guān)設(shè)備中，為了控制觸頭壓力而設(shè)有鐵磁性零件，確切地說，尤其在所述開關(guān)箱中設(shè)有兩個磁軛20和30，下面具體地進一步討論它們的功能。在圖1中只能看到所述磁軛30，它與所述滑軌或?qū)к?2相連。
從圖2中可看出所述兩個磁軛20和30相對于由靜觸頭和接觸架以及動觸頭和開關(guān)橋構(gòu)成的接觸裝置的配設(shè)狀況。結(jié)合圖1至3可以得出所述兩個設(shè)計為U形的磁軛20和30的幾何尺寸。尤其圖3示出了就磁化而言很重要的在所述兩個磁軛之間的幾何形狀區(qū)別。
按照圖2所示的裝置，所述產(chǎn)生觸頭壓力的U形板件20基于其幾何形狀及其在所述開關(guān)橋4上的定位要比所述產(chǎn)生斷開力的U形板件30更靈敏地對所述開關(guān)橋4中的電流作出反應(yīng)。這具體意味著，U形板件20由于其緊湊的尺寸而比所述U形板件30更快地被充磁以及由于其薄的板厚而更早地達到磁飽和。
而所述產(chǎn)生斷開力的U形板件30幾乎或完全以其全長覆蓋所述動觸頭或帶有動觸頭5a和5b的開關(guān)橋4以及具有一個更大的凈寬度和一個更大的板厚。因此，與所述產(chǎn)生觸頭壓力的U形板件20相比，它的磁飽和度在更高的電流條件下才能達到。
在采用一個機械式的開關(guān)設(shè)備驅(qū)動裝置的情況下，所述產(chǎn)生觸頭壓力的U形板件20或者固定在一開關(guān)鎖部件上，或者固定在開關(guān)外殼上。在采用相當于圖1中所示的電磁式驅(qū)動裝置的情況下，所述產(chǎn)生觸頭壓力的U形板件20固定在所述橋式支架8上以及圍卡所述開關(guān)橋4，其中，所述橋式支架按圖1所示將所述開關(guān)橋4與圖中所示的驅(qū)動裝置10連接起來。
如在一個進一步的示例中所表示的那樣，定位和固定所述產(chǎn)生觸頭壓力的U形板件20的可行方案不局限于上述兩種情況。
所述產(chǎn)生斷開力的U形板件30在上述兩種情況下相宜地固定在所述開關(guān)箱1上、外殼上或者一個位于外殼上的靜止的機械部件上。
在上述圖1和圖2中，開關(guān)橋?qū)嵤┮环N平移運動，但是在開關(guān)設(shè)備的相應(yīng)結(jié)構(gòu)中也可以實現(xiàn)一種旋轉(zhuǎn)運動。在一開關(guān)橋進行旋轉(zhuǎn)運動的情況下，朝旋轉(zhuǎn)軸兩側(cè)按照一種點對稱的布設(shè)結(jié)構(gòu)對應(yīng)于開關(guān)橋分別設(shè)置U形板件20及20′和U形板件30及30′。為此，所述兩個U形板件30及30′固定地與外殼或者與在外殼中的靜止機械部件相連接。所述兩個U形板件20及20′同樣可以固定地與外殼相連接，或者與一個開關(guān)橋支架連接，該開關(guān)橋支架與所述開關(guān)設(shè)備驅(qū)動裝置(機械和/或電磁驅(qū)動裝置)力傳遞地嚙合以及在斷開過程中與處于斷開位置的開關(guān)橋一起旋轉(zhuǎn)。
所述U形板件20及20′和U形板件30及30′相互以預(yù)定的間距定位，因此，避免所述U形板件20和20′之間以及所述U形板件30與30′之間發(fā)生磁短路。例如預(yù)先規(guī)定所述各U形間隙的凈寬度作為所述間距。
對于一個可簡便斷開的旋轉(zhuǎn)式動觸頭可只配設(shè)一個U形板件20和一個U形板件30，此時，如圖2和/或圖3中所示通過適當?shù)夭荚O(shè)這兩個U形板件在所述被電流流過的動觸頭上分別產(chǎn)生一個觸頭斷開磁力和一個觸頭閉合磁力，它們的合成力在電流從小電流值過渡到高短路電流值的過程中可以變換符號或方向。
在觸頭動力地斷開時，由于大的電動力所述動觸頭或運動的觸橋從所述產(chǎn)生觸頭壓力的U形板件的縫隙中移出并落入到所述產(chǎn)生斷開力的U形板件的縫隙中。由此所述第一個U形板件20的作用力消失，第二個U形板件30的斷開力無損失地發(fā)揮作用。
在所述觸頭動力地斷開運動的過渡區(qū)域中，亦即在所述動觸頭或運動的觸橋可能離開所述產(chǎn)生觸頭壓力的U形板件20的縫隙之前，可以將作用到所述動觸頭上的磁通看作是所述第二個U形板件與第一個U形板件的磁通差2-1?；诓煌陌搴窨梢源笾屡c板厚有關(guān)地形成相應(yīng)的飽和磁通。所述產(chǎn)生觸頭壓力的U形板件20的板厚大約為所述產(chǎn)生斷開力的U形板件30板厚的10％至20％，因此，在所述過渡區(qū)域內(nèi)所合成的磁場大約減小到所述第二個U形板件30的磁場的80％至90％。所述有助于觸頭斷開的合成磁力以同樣的方式減小。
在圖3中表示，所述第二個U形板件30可以是在此類開關(guān)設(shè)備中通常存在的滑軌或?qū)к?2的一部分。
在下面的圖表中給出了一個用于表示所述U形板件20和30的設(shè)計尺寸的示例。數(shù)值可以在預(yù)定的范圍內(nèi)變化，此時，仍然基本上要確保U形板件20和30的設(shè)計尺寸相互協(xié)調(diào)。
從該圖表中可以得知，在第一個U形板件20達到磁飽和之前，形成觸頭壓力的力份量只比所述形成斷開力的力份量略微大一些。
通過設(shè)計所述U形板件20和30的長度和凈寬度以及通過選擇覆蓋開關(guān)橋的范圍可以將所述形成觸頭壓力的磁力分量和形成斷開力的磁力分量在一個更大的范圍內(nèi)進行調(diào)整。
在圖4所示的另一種實施方式中，代替所述小的嵌入在橋式支架8中合適位置上的磁軛20，在橋式支架8的側(cè)旁力傳遞地將兩個小的磁軛21和22安裝在開關(guān)箱1的一個靜止部件上或者開關(guān)外殼上。這兩個磁軛分別定位在所述橋式支架8與所述開關(guān)觸頭3a、5a以及3b、5b之間。所述兩個磁軛21和22通過它們相對于所述橋式支架8在毫米或亞毫米范圍內(nèi)的預(yù)定間距不防礙所述開關(guān)橋支架8的平移運動。
在通過兩個磁軛21和22代替所述磁軛20時，這樣定位這兩個磁軛21和22，即，在所述開關(guān)觸頭3a、5a以及3b、5b處于閉合狀態(tài)中時，所述運動的開關(guān)橋4完全或部分地潛入到所述兩個磁軛21和22的U形縫隙中。為此，將所述磁軛21和22力傳遞地安裝在開關(guān)箱1的一個靜止部件上的或者開關(guān)外殼上的恰當位置上。
在該后一種變型方案中，尤其與圖2所示方案相反，由所述兩個小磁軛21和22所產(chǎn)生的磁力不支撐在所述開關(guān)設(shè)備的電磁驅(qū)動裝置上。由此不會損害該驅(qū)動裝置的功能。
在圖5所示的另一種優(yōu)選實施方式中，代替所述兩個小的磁軛而設(shè)有兩個板件25、26，這兩個板件以其平面?zhèn)却蠹s占據(jù)圖4中所示磁軛21和22的橫部段的位置以及相應(yīng)地力傳遞地安裝在開關(guān)箱1的一個靜止部件上或者開關(guān)外殼上。
在所述開關(guān)觸頭3a、5a以及3b、5b處于閉合狀態(tài)時，所述運動的觸頭支架相對于該兩個板件25、26具有一個最小的預(yù)定間距，亦即一個在亞毫米至毫米范圍內(nèi)的間距。在所述運動的觸頭支架上安裝有兩個U形板件28、29，它們以其側(cè)腿段各自朝向所述兩個板件25、26中的一個，因此構(gòu)成兩個由在所述運動橋式支架中的電流充磁的磁回路，由此產(chǎn)生一種作用到該運動的觸頭支架上的磁性引力。
所述磁軛或U形板件20或21、22或帶有相配設(shè)的U形板件28、29的板件25、26分別由鐵磁性材料制成以及產(chǎn)生一個相對于由所述鐵磁性材料制成的大磁軛30的磁力按相反方向作用到所述開關(guān)橋4上的磁性吸合力。
借助于各附圖所描述的本發(fā)明尤其可應(yīng)用在動觸頭進行平移運動的開關(guān)設(shè)備中。如在圖1所示的實施例中它可以是一接觸器。但是本發(fā)明也并不是局限于具有機械式或機電式驅(qū)動裝置的斷路器。
如上面已闡述的那樣，但是本發(fā)明也可以應(yīng)用在具有旋轉(zhuǎn)開關(guān)運動的開關(guān)設(shè)備中，在這種情況下，所述第一個磁軛或U形板件20從所述觸頭支架的面向觸頭的前側(cè)圍卡所述運動的旋轉(zhuǎn)觸頭，而第二個磁軛或U形板件30則在所述觸頭支架的背側(cè)卡圍所述旋轉(zhuǎn)觸頭的斷開區(qū)域。
權(quán)利要求
1.一種提高斷路器的載流能力以及加速其觸頭動力地斷開的方法，所述斷路器具有至少一個電流路徑以及至少一個靜觸頭和至少一個動觸頭，其中，所述電流路徑以一狹窄的回路形式在所述動觸頭與靜觸頭之間導(dǎo)引和/或圍繞所述有電流流過的動觸頭的磁場通過鐵磁性裝置發(fā)生畸變，由此引起強大的洛倫茲力作為電動力，該方法包括下列措施-在所述至少一個動觸頭處于接通位置時，通過所述鐵磁性裝置產(chǎn)生的電動力由一電動閉合力和一電動斷開力構(gòu)成，-在從(標準運行狀態(tài)下的)小電流增大到(短路運行狀態(tài)時的)很高電流的過程中，使作用到所述動觸頭上的電動力的方向逆轉(zhuǎn)，此時，所述鐵磁性裝置的磁感應(yīng)值(B)轉(zhuǎn)換其符號，-在小電流的情況下，通過所述鐵磁性裝置產(chǎn)生觸頭壓力增強的效果而在高電流的情況下則產(chǎn)生觸頭壓力減弱的效果。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為在一預(yù)定的電流值的情況下通過設(shè)計所述鐵磁性裝置尺寸可實現(xiàn)磁力從一動態(tài)的觸頭閉合力向一動態(tài)的觸頭斷開力轉(zhuǎn)變。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為在小電流的情況下，允許產(chǎn)生一種觸頭壓力減弱的效果以及將其限定在一預(yù)定的數(shù)值上。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征為所述觸頭壓力減弱的效果比觸頭壓力的大約50％小。
5.一種開關(guān)設(shè)備，其包括具有至少一個靜觸頭和至少一個動觸頭的開關(guān)箱，其特征為所述至少一個動觸頭(5a和5b)配設(shè)有至少兩個用于產(chǎn)生兩個在其作用力方向上相互反向的動力式磁力的鐵磁性構(gòu)件(20、30；21、22；25、26、28、29)，所述至少兩個鐵磁性構(gòu)件構(gòu)成相對于所述動觸頭(5a和5b)的開關(guān)橋(4)恰當定位的U形磁軛(20、30)。
6.按照權(quán)利要求5所述的開關(guān)設(shè)備，其特征為為了產(chǎn)生磁性的閉合力，所述帶有動觸頭(5a和5b)的開關(guān)橋(4)對應(yīng)配設(shè)有一個第一U形磁軛(20)。
7.按照權(quán)利要求5所述的開關(guān)設(shè)備，其特征為所述第一U形磁軛(20)與橋形支架(8)力傳遞地相連。
8.按照權(quán)利要求5所述的開關(guān)設(shè)備，其特征為所述第一U形磁軛(20)由兩個與所述動觸頭(5a和5b)對應(yīng)配設(shè)的以及固定在所述開關(guān)箱(1)的一個靜止部件上的分磁軛(21、22)組成。
9.按照權(quán)利要求5所述的開關(guān)設(shè)備，其特征為所述用于產(chǎn)生至少一個磁性觸頭閉合力的構(gòu)件由兩個U形磁軛(28、29)和與它們對應(yīng)配設(shè)的鐵板(25、26)構(gòu)成。
10.按照權(quán)利要求9所述的開關(guān)設(shè)備，其特征為所述U形磁軛(28、29)與所述動觸頭(5a和5b)對應(yīng)配設(shè)以及與所述開關(guān)橋(4)力傳遞地連接。
11.按照權(quán)利要求9所述的開關(guān)設(shè)備，其特征為與所述磁軛(28、29)對應(yīng)配設(shè)的鐵板(25、26)固定在所述開關(guān)箱(1)的靜止部件上。
12.按照權(quán)利要求5所述的開關(guān)設(shè)備，其特征為一個用于產(chǎn)生磁性斷開力的第二U形磁軛(30)與所述開關(guān)箱(1)力傳遞地連接。
13.按照權(quán)利要求5所述的開關(guān)設(shè)備，其中，在所述開關(guān)箱上設(shè)有一導(dǎo)軌，其特征為所述第二U形磁軛(30)與該導(dǎo)軌(32)相互連接結(jié)合。
14.按照權(quán)利要求13所述的開關(guān)設(shè)備，其特征為所述導(dǎo)軌(32)由鐵制成。
15.按照權(quán)利要求13和14所述的開關(guān)設(shè)備，其特征為所述導(dǎo)軌(32)和所述第二U形磁軛(30)由一個構(gòu)件組成。
16.按照權(quán)利要求5至15中任一項所述的開關(guān)設(shè)備，其特征為所述第一磁軛(20)比所述第二磁軛(30)明顯小，尤其在長度尺寸上大約小兩倍。
全文摘要
已知一種具有至少一個電流路徑以及至少一個靜觸頭和至少一個動觸頭的斷路器，其中，將所述動觸頭與靜觸頭之間的電流路徑以一狹窄的回路形式引導(dǎo)。為了提高載流能力通過流過的電流產(chǎn)生一種動態(tài)的觸頭閉合力以及一種動態(tài)的觸頭斷開力。為此，使作用到所述動觸頭上的磁力在電流從小電流增大到很高電流的過渡過程中轉(zhuǎn)換其符號或逆轉(zhuǎn)其作用方向。由此獲得在從標準運行狀態(tài)向短路運行過渡中的一些優(yōu)點。為了實現(xiàn)這樣的動態(tài)作用力，在所屬的開關(guān)設(shè)備中為帶有所述動觸頭(5a和5b)的開關(guān)橋(4)對應(yīng)配設(shè)一些鐵磁性構(gòu)件(20、30；21、22；25、26、28、29)以及適當?shù)卦O(shè)計它們的尺寸。
文檔編號H01H77/00GK1849686SQ200480026197
公開日2006年10月18日 申請日期2004年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者路德維格·尼布勒, 弗里茨·波爾, 阿爾夫·瓦布納 申請人:西門子公司