用于自动断路器的保护设备和包括该设备的自动断路器.pdf

本发明涉及一种优选用于低压系统、特别用于自动断路器或断开开关的磁性保护设备。本发明还涉及一种包括该设备的自动断路器。本发明的保护设备(1)包括低压断路器，该断路器包括气隙磁路(T)，所述磁路设置有形成所述气隙(T)第一表面(11)的第一部分(10)和形成所述气隙(T)第二表面(21)的第二部分(20)。所述第一部分(10)限定所述磁路的固定区段，而所述第二部分构成所述磁路的移动区段。所述磁路还包括将所述第一部分(10)和所述第二部分(20)连续连接的挠性部分(30)，该挠性部分形成插置在所述固定区段和所述移动区段之间的磁路中间区段。所述挠性区段具有优势地允许所述气隙(T)的第二表面(21)相对于所述第一表面(11)相对运动。在基本形式中，所述保护设备包括与所述磁路所述第二部分(20)关联的促动元件(50)，目的是接触应用所述保护设备的断路器的脱扣设备。

1.  一种用于低压自动断路器的保护设备(1)，其特征在于，包括带有气隙(T)的磁路，所述磁路包括：
-形成所述气隙(T)第一表面(11)的第一部分(10)，所述第一部分(10)限定所述磁路的固定区段；
-形成所述气隙(T)第二表面(21)的第二部分(20)，所述第二表面面对所述第一部分(10)的所述第一表面(11)，所述第二部分构成所述磁路的移动区段；
-将所述第一部分(10)与所述第二部分(20)连续连接的挠性部分(30)，该挠性部分形成插置在所述固定区段和所述移动区段之间的磁路中间区段，所述挠性部分(30)允许所述第二表面(21)相对于所述第一表面(11)相对运动；
所述保护设备(1)还包括与所述磁路的所述第二部分(20)关联的促动元件(50)。

2.  如权利要求1所述的保护设备(1)，其特征在于，所述第一部分(10)、所述第二部分(20)和所述挠性部分(30)制作成一个部件。

3.  如权利要求1或2所述的保护设备(1)，其特征在于，所述第一部分(10)包括平坦基部(13)，该平坦基部限定用于所述磁路的第一支撑表面(13A)，所述挠性部分(30)从所述平坦基部(13)的第一侧(16)向所述第二部分(20)的第一端部构件(28)延伸，所述第二部分(20)的下表面(26)面对所述第一部分(10)的所述平坦基部(13)，所述下表面(26)在所述第二部分(20)的与所述第一端部构件(28)相对的第二端部构件(29)附近形成所述气隙(T)的所述第二表面(21)。

4.  如权利要求3所述的保护设备(1)，其特征在于，所述第一部分(10)包括在基本上与所述第一侧(16)相对的第二侧(17)处从所述平坦基部(13)延伸的肩部(15)，所述肩部(15)包括形成所述气隙(T)所述第一表面(11)的端部构件(15A)。

5.  如权利要求4所述的保护设备(1)，其特征在于，所述挠性部分(30)由基本上弯折成U形的接头构成，该接头将所述第二部分(20)的所述第一端部构件(29)连接到所述平坦基部(13)的所述第一侧(16)。

6.  如权利要求4所述的保护设备(1)，其特征在于，所述挠性部分(30)包括第一挠性支架(31)和第二挠性支架(32)，每个所述挠性支架(31、32)分别从所述平坦基部(13)的所述第一侧(16)向所述第二部分(20)的所述第一端部构件(28)延伸。

7.  如权利要求1至3中一项或多项所述的保护设备(1)，其特征在于，所述第一部分(10)包括从所述平坦基部(13)相对两侧延伸的第一侧(41)和第二侧(42)，所述气隙(T)的所述第一表面(11)由所述第一侧(41)和所述第二侧(42)相应的第一端部表面(41A)和第二端部表面(42A)构成，所述挠性部分(30)形成为允许所述第二部分(20)的所述下表面(26)面对所述第一端部表面(41A)和所述第二端部表面(42A)，以形成所述气隙(T)的所述第二表面(21)，所述第一和第二侧(41、42)的所述第一端部表面(41A)和第二端部表面(42A)根据相对于所述第一部分(10)的所述平坦基部(13)倾斜的平面延伸。

8.  如权利要求7所述的保护设备(1)，其特征在于，所述挠性部分(30)包括在所述平坦基部(13)所述第一侧(16)的相对两侧延伸的第一挠性肘部(46)和第二挠性肘部(47)。

9.  如权利要求1至8中一项或多项所述的保护设备(1)，其特征在于，所述促动元件(50)与铁磁性材料制成的所述衔铁的所述第二部分(20)制作成一个部件。

10.  如权利要求9所述的保护设备(1)，其特征在于，所述促动元件(50)在所述第二部分(20)一侧延伸，所述促动元件(50)具有梯形配置，包括弯折端部构件(55)。

11.  如权利要求9所述的保护设备(1)，其特征在于，所述促动元件(50)从所述第二部分(20)的与所述下表面(28)基本上相对的上表面(26A)延伸，所述促动元件(50)具有借助第一连接构件(51)和第二钩挂构件(52)限定的基本上钩状配置，所述第二钩挂构件在相对于所述上表面(26A)升高的位置延伸。

12.  如权利要求1至8中一项或多项所述的保护设备(1)，其特征在于，所述促动元件(50)通过连接装置(66)固定到所述第二部分(20)。

13.  如权利要求12所述的保护设备(1)，其特征在于，所述第二部分(20)包括一系列开口(62)，所述开口适合与所述第一连接装置(66)协作，以将所述促动元件(50)连接到所述第二部分(20)，所述开口(62)根据第一预定方向(71)制作，以允许所述促动元件(50)相对于所述第二部分(20)处于相应的第一取向。

14.  如权利要求13所述的保护设备(1)，其特征在于，所述开口(62)根据至少一个预定方向(72)制作，以允许所述促动元件(50)相对于所述第二部分(20)处于相应的第二取向。

15.  一种用于低压系统的单极或多极低压断路器，包括：
-外壳体
-能够彼此耦接/脱开的至少一对主触点；
-用于打开和闭合所述各对主触点的促动设备；
-自动脱扣设备(90)，其可操作地连接到所述促动设备，用于自动打开所述至少一对主触点；
-用于促动所述脱扣设备(90)的保护设备(1)，
其特征在于，所述保护设备(1)如权利要求1至14中一项或多项来限定，所述保护设备(1)的所述衔铁连接到所述断路器(2)的固定部件(8)，以包围流过相电流的一个或多个导体(2)，所述衔铁的所述挠性部分(30)允许所述第二部分(20)根据所述相电流强度变化而相对于所述第一部分(10)移动，所述保护设备(1)的所述促动元件(50)根据所述衔铁的所述第二部分(20)的移动而接触所述脱扣设备(90)。

用于自动断路器的保护设备和包括该设备的自动断路器
技术领域
本发明涉及一种磁性保护设备，具体地说，用于自动断路器或切断开关的保护设备，优选用于低压系统中。本发明还涉及包括该设备的自动断路器。
背景技术
自动断路器，以下简称为断路器，是能够通过自动断开电路来保护电气网络不受可能的故障(诸如过载和短路)影响的设备。
自动断路器包括外壳体，至少一对主触点，彼此可以反复耦接/脱开；使得所述主触点打开或闭合的促动设备；保护设备和一个或多个自动脱扣设备。保护设备，以下称为继电器，通常为热学继电器、磁性继电器、热磁性继电器或电子继电器。继电器的主要目的是在发生不希望的事情时，让断路器的自动脱扣设备操作，这一目的也是前述各种继电器的组合方案的目的。
自动脱扣设备一般是断路器的一部分。为了让脱扣设备操作，继电器产生信号，通常是机械信号，该信号传递给脱扣设备。该信号通常由杠杆或电磁线圈产生和传递，该信号例如导致断路器脱扣轴转动，这种转动导致释放具体驱动设备(例如，弹簧)内储存的势能。该能量借助运动副适当传输到断路器的主触点，该主触点在脱扣操作结束时，必须位于相互分开的打开或脱扣位置。
具体来说，磁性继电器经常用来产生即时保护。这种继电器建立在电磁感应原理的基础上，并且利用了各种物理现象，将导体内流动的电流联系到周围区域内形成的磁场。
磁性继电器在实践中是变送器，该变送器在预定条件下，将电流(即，在断路器的其中一个相电路中流动的电流)转换成用来使断路器脱扣的信号。
磁性继电器通常由电感电路和磁路构成，以待检测电流的有效电流供电(即，支路绕组，或者仅仅是主电极的一定长度段，其中流过其中一个相电流)，该磁路进而包括衔铁以及能处于至少两个位置即分别为消能和激励位置的移动保持件。
在断路器的其中一个相电路中存在预定水平的电流(即，短路电流)时，继电器磁路中形成的磁场在移动保持件上产生力，该力能将移动保持件向激励位置吸引，通常与衔铁接触。最终，磁性继电器在切换过程中利用保持件在消能和激励位置之间的移动，使得脱扣单元操作。在保持件移动期间，与其整体形成的杠杆拦截键连接在脱扣轴上的凸轮，使其旋转而使断路器脱扣。
这种新近构思的磁性继电器例如在US6842096(图1)中描述。例如，图1示出了移动保持件的枢转铰链和返回弹簧。原则上，类似的磁性继电器还可以包括额外元件，诸如调节元件、螺钉、返回杠杆，或者可选元件，诸如移动保持件的滑动导轨。
现有技术的方案相对有效，但是存在一系列缺陷。选用于传统类型的继电器中的材料一般不会导致特别的临界状态。为了确保继电器的一般操作，实际上使用分别具有平均磁性(磁路)或弹性(返回弹簧)特征的材料即满足要求，这些材料一般常见于中等范围的商用产品。然而，最为关键的方面是移动部件在断路器的整个使用寿命期间的运动特性稳定性。
因此，第一方面的缺陷就是允许保持件相对于衔铁往复运动的移动接头即铰链的稳定性缺失。实际上，在现有技术的磁性继电器中，已知构造或组装失误以及热影响、碎屑沉积和磨损都能逐渐导致约束松弛、移动接头卡住或者甚至被完全卡死的现象。
而且，显然断路器的总效率与继电器的效率密切联系。如果约束松弛、移动接头卡住或者继电器卡死在短路事件中导致脱扣单元提前操作、滞后操作或者甚至不操作，则这些潜在的故障可能极其危险。
现有技术的方案的另一方面缺陷在于需要众多的部件，以及相应的错误组装风险或者相互作用不良。
实践表明现有技术的保护设备的复杂配置使得它们相对于安装该保护设备的断路器的尺寸来说，明显庞大。这样显著提高了自动断路器的设计和组装复杂性，同时显著提高了最终产品的成本。
发明内容
鉴于这些考虑，本发明的主要目的是提供一种用于自动断路器的保护设备，能克服上述缺陷。
根据该目的，本发明的目标是提供一种磁性保护设备，其部件具有稳定可靠的运动特性。
本发明的另一项目标是提供一种磁性保护设备，该保护设备因具备较高的操作效率而使得脱扣时间相对较短。
本发明进一步的目标是提供一种结构配置极其紧凑的保护设备，或者该保护设备以数目有限的部件制成，具有简单的配置并且组装简单。
本发明另一项目标是提供一种能以具备竞争力的成本方便地生产的可靠的保护设备。
上述目的以及所述的目标和其他从下述内容中体现出来的目标，通过权利要求1所述的用于自动断路器的保护设备来实现。
本发明的保护设备具备极其紧凑的配置，即由运动特性稳定可靠的数目极其有限的部件来限定。具体地说，由于分别限定保护设备衔铁和移动保持件的部分之间的物理连续性或者其所形成的磁路，从而实现了所述优势。
附图说明
参照附图，从本发明保护设备优选但非限制性实施方式的说明中，可以明白进一步的特征和优势，所述实施方式仅仅作为非限制性示例，在附图中：
图2是应用在自动断路器固定部件上的本发明保护设备第一实施方式的透视图；
图3是应用在自动断路器固定部件上的本发明保护设备第二实施方式的透视图；
图4是本发明保护设备磁路第三实施方式的透视图；
图5是本发明保护设备磁路第四实施方式的透视图；
图6是本发明保护设备磁路第五实施方式的透视图；
图7、8和9是本发明保护设备磁路可行实施方式的透视图；
图10是应用在自动断路器固定部件上的本发明保护设备另一实施方式的透视图；
图11是图10所示保护设备的侧视图；
图12是图11所示保护设备磁路的透视图；
图13是图12所示磁路实施方式的变体的视图。
具体实施方式
参照前述附图，本发明的保护设备1包括衔铁和铁磁性材料制成的移动保持件，该保持件形成气隙磁路T，该气隙磁路可操作地用于包围一个或多个导体2的区段，相电流在每个导体中循环。术语导体表示由待检测有效电流诸如相电流供电的电路的任何区段。具体来说，该导体可以是支路绕组或者断路器主电极的区段。
衔铁包括第一部分10，该第一部分可以连接到采用保护设备1的断路器的固定部件8。固定部件8例如可以由包容断路器的壳体的壁构成，或者由设置在该壳体内的任何其他固定部件构成。第一部分10限定磁路固定区段，并包括形成气隙T的两个表面中的第一表面11。衔铁还包括面对第一部分10并限定磁路移动区段的第二部分20。第二部分20还包括面对第一部分10第一表面11的第二表面21，从而完全限定气隙T。
衔铁由挠性部分30收尾，该挠性部分将第一部分10连续地连接到第二部分20，在实践中，形成插置于分别由上述第一部分10和第二部分20所限定的固定区段和移动区段之间的磁路中间区段。从附图中可以看出，磁路的部分10、20、30、T(气隙)基本上限定开口环48，至少一个导体2可操作地定位于其中，以使由部分10、20、30、T(气隙)限定的磁路感受到导体中流动的电流的影响。
本发明的保护设备1还包括促动元件50，其可操作地与第二部分20关联。必须理解，术语“关联”旨在表示促动设备50可能与第二部分20制成一体，也可能利用适当的连接装置66将该元件连接到所述部分。
随着第二部分20移动，促动元件50预先布置成接触断路器2的脱扣设备90，从而移动其相对运动副，使得断路器触点打开。该脱扣设备90可以由常用于自动断路器中的脱扣轴构成，或者替代地由可以用于相同目的的其他功能等同元件构成。
参照图2，立即就会明白保护设备1的操作原理。任何故障操作条件，诸如因短路导致的故障，导致导体2内流动的相电流发生变化。这种变化导致影响磁路的磁场强度变化，因此导致形成相互吸引气隙T表面的力系统。由于挠性部分30具有不同的弹性，所以气隙T的第二表面21(由第二部分20形成)向第一部分10限定的第一表面11移动。第二部分20的移动决定了促动元件50的移动，促动元件的移动进而促动采用了保护设备1的断路器的脱扣设备90。
根据以上内容，可以明白保护设备1的运动属性对于断路器的整个使用寿命来说都是绝对稳定和可靠的。由于其配置简单，所以挠性部分30实际上确保了第一部分10和第二部分20之间的物理连续性，允许后者相对于前者完全可重复地和可靠地运动。
图2和3分别是应用于自动断路器的本发明保护设备1第一和第二实施方式的透视图。具体来说，通过比较两幅图，可以看出，由于衔铁配置相同，所以促动元件50的取向不同，目的是满足不同的构造需求。重点是保护设备1的配置及其背后的构造原理如何使得该设备多种多样，就是说能满足不同的安装需求。
根据本发明的优选实施方式，第一部分10、第二部分20和挠性部分30有利地形成一个部件。由于磁路部分的具体配置允许形成保护设备1的部件数目减至最少，所以这种情形是可能的。下面将会解释，促动元件50也可以有利地与第二部分20形成一个部件，以便保护设备1实际上由单一部件形成。
图4和5分别是本发明保护设备第一和第二实施方式的透视图。如图所示，第一部分10包括平坦基部13，该基部限定用于衔铁的支撑表面13A。支撑基部具有优势地可以与断路器固定部件连接，例如经由图中未示出的普通固定装置连接。
挠性部分30从平坦基部13第一侧16向第二部分20第一端部构件28延伸。后者下表面26面对基本上相对着支撑表面13A的平坦基部13内表面13B。第二部分20下表面26在与第一端部28相对的第二端部29附近形成前述气隙T的第二表面21。
在最后提到的附图中所示的技术方案中，第一部分10包括肩部15，该肩部从基本上相对着第一侧16的平坦基部13第二侧延伸，而挠性部分30从第一侧延伸。肩部15包括形成气隙T第一表面11的端部构件15A。
如图所示，挠性部分30由基本上弯折成U形、连接第一部分10和第二部分20的挠性接头形成，以便第二部分相对于第一部分设置在升高的位置。从构造的观点来看，导体2可操作地设置在由铁磁性元件和气隙T限定的开口环48内，就是说，被磁路包围。
在图3至9所示的技术方案中，铁磁性元件10、20、30具有基本上棱柱状配置，优选沿着主基准方向100延伸。具体来说，第一部分10和第二部分20具有截面为矩形的棱柱配置。从操作定位的观点来看，铁磁性元件延伸以便导体2例如设置在基本上与基准位置100正交的位置。
图6是有关本发明保护设备1第三实施方式的视图，与前述实施方式具体不同之处在于挠性部分30的形状。实际上，该部分包括从平坦基部13分别向第二平坦部分20第一端部构件28分别延伸的第一挠性支架31和第二挠性支架32。使用这一对基本上弯折成U形的支架，可以获得磁性和弹性参数的不同分布。通过使用这些尺寸适当确定的支架31、32，例如可以用相同材料获得挠性部分的不同弹性。这样允许保护设备1对于流经导体2的相电流所引起的电磁效应更敏感或更不敏感，即改善了各种校准工作所要求的配置。支架31、32可以在制造过程中直接获得，或者通过随后的机加工操作生产，从而提供所需的总体条件。
参照图4、5和6，本发明的促动元件50可以与第二部分20生产成一个部件。可以选择的是，促动元件50可以与第二部分20分开生产，随后利用适当连接装置66与其连接。具体来说，在图5所示方案中，促动元件50作为第二部分20一侧的延伸部延伸，具有梯形配置，设置有端部构件55，该端部构件弯折，以便于与脱扣设备90接触。在可选方案(参见图6)中，促动元件50从基本上相对着形成气隙T第二表面12的下表面26的第二部分20的上表面26A延伸。具体来说，促动元件50根据第一连接构件51和第二钩挂构件52所限定的基本上钩状配置延伸，第二钩挂构件52相对于上表面在升高的位置延伸。
上述促动元件50的实施方式显然仅仅是实施方式的两种示例，而不用来限制实现相同目标的任何功能等同方案，并且毫无疑问地认为它们也落入本发明的范围之内。
图7、8和9分别示出了本发明衔铁5的一种实施方式，区别在于其包括设置在第二部分20上的一系列开口62。所述开口的功能是允许促动元件50与专用的连接装置协作而连接到所述第二部分20。为此，连接装置66可以包括螺钉、铆钉、销或其他功能等同装置。
参照图7，所述开口62根据第一预设方向71设置，以允许促动元件50相对于第二部分20或相对于衔铁5形成相应的第一取向。在图8和9所示方案中，开口62还至少根据第二预设方向72设置。这样具有优势地允许促动元件50根据不同的构造需求来定向，例如从设计的观点来看，具有明显的优势。
图10、11、12示出了适用于断路器的本发明保护设备1的其他可行的实施方式。更准确地说，第一部分10(衔铁)包括在平坦基部13相对两侧延伸的第一侧41和第二侧42，从而限定支座以连接断路器至少一个导体2的一部分。在该方案中，气隙T的第一表面11分别由第一侧41和第二侧42的第一端部表面41A和第二端部表面42A构成。挠性部分30形成地允许第二部分20的下表面26面对两侧41和42的第一端部表面41A和第二端部表面42A，从而形成气隙T的第二表面。
具体来说，挠性部分30包括从平坦基部13第一侧16的相对两侧延伸的第一挠性肘部46和第二挠性肘部47。两个挠性肘部46和47相互隔开并延伸，从而限定开口环48，该开口环被平坦基部13的第一侧16和第二部分20的第一端部构件28闭合。
图11是图10所示应用场合的侧视图，并允许观察上述开口环48的功能。如图所示，保护设备1应用于导体2，以使后者局部收纳在限定于两侧41和42之间的支座中以及限定在两个挠性肘部47、48之间的框架48中。从安装的观点来看，可以发现，在该实施方式中，导体2根据与保护设备1延伸方向10相同的方向来设置。
仍然在图11中，还可以看到该保护设备进一步实施方式的其他特征。具体来说，可以看到，第一部分10两侧41、42的两个端部表面41A和42A根据基本上相对于该部分平坦基部13倾斜的第一平面延伸。同样，第二部分20借助两个挠性肘部46和47，面对两侧41、42的端部表面41A和42A，而所述端部表面41A和42A根据同样基本上相对于平坦基部13倾斜的第二平面延伸。
图12和13示出了上述本发明的两种可能的变体实施方式。与上述图1至8中的衔铁类似，促动元件50可以通过连接装置66连接到第二部分20，或者可以选择将其与所述部分20制成一个部件。
从构造的观点来看，本发明的保护设备显然可以设置另外的返回和/或调节和/或校准设备，以使其特征(弹性和磁性)可调。例如，利用现有技术中的方案，可以将弹性元件(诸如弹簧)与第二部分20关联，该弹性元件的作用是为挠性部分30提供帮助。可以选择的是，可以将保持和/或调节螺钉与挠性部分30和/或第二部分20关联。换句话说，在不损害可靠性以及源于保护设备1的各种优势的前提下，可以具有优势地与已知并已应用于现有技术磁性保护设备的全部调节/调准元件相整合。
本发明的保护设备1可以用各种材料制作，诸如硅钢板。替代方案可以利用非结晶类型的无定形铁磁合金制作，该合金根据快速冷却熔化法进行处理，以保持无定形材料的物理特性。
本发明的保护设备可以利用注射模制过程制作。具体来说，可以用金属粉末(单质或预合金)加上可模制粘结剂诸如热塑性塑料、聚合物蜡等制作。如此形成的粒状原料实际上可以注射到腔体内，形成期望的形状，并考虑去掉粘结剂之后的收缩。例如可以用化学方法(溶剂或催化反应)、热学方法(加热)或者利用其他已知系统来进行这种去除操作。后续技术步骤涉及烧结，将颗粒封在一起并获得最终部件。随后可以进行其他收尾步骤，诸如压印、加热或表面处理、机加工，从而形成期望的最终形状。已经发现，特别适合该目的的材料例如以羧基铁(带有2/8％Ni的Fe)为代表。
应该理解，上述内容应该认为仅仅是技术过程的示例以及可以用来生产本发明保护设备的材料的示例。因此，仍然可以采用其他已知过程来替代所述的过程。
本发明还涉及用于低压系统的单极或多极低压断路器。本发明的断路器包括外壳体，可以通过促动设备彼此耦接并脱开的至少一对主触点设置在该外壳体内。在该外壳体内，断路器包括自动脱扣设备90，其可操作地连接到促动设备，允许该一对或数对主触点自动打开。
本发明的自动断路器的特征在于，包括本发明限定的保护设备1。具体来说，保护设备1允许促动脱扣设备90并且可操作地定位在流过相电流的一个或多个导体中。更准确地说，该保护设备的衔铁通过其平坦基部13连接到断路器的固定部件，例如包壳的壁。保护设备的这种定位可以是直接的，从衔铁直接连接到固定部件的角度来说，或者可以经过定位垫板9调节，正如图2、3、9和10中所示的应用场合。
本发明的保护设备所用的技术方案能完全实现既定目标和目的。该保护设备由最少的部件构成，容易生产并且容易组装在一起。此外，该保护设备特别可靠并且有效，得益于其新颖的结构配置。
实践中，所用材料、尺寸和依情况而定的尺寸可以根据要求以及技术发展来确定。