电开关设备的电磁跳闸装置及包括其的电开关设备

摘要

本发明公开了电开关设备的电磁跳闸装置及包括其的电开关设备。电磁跳闸装置(39)包括：壳体(10)和由于线圈(25)的作用而滑动的移动芯(30)，壳体(10)包括具有移动芯(30)所穿过的开口(19)的径向表面(11)，移动芯(30)的径向冠(33)与径向表面(11)的重叠形成能实现轴向磁通(5)流的磁通变换表面。所述跳闸装置包括分别定位在移动芯(30)与开口(19)之间的所述变换表面的居间调节机构(40)，所述居间调节机构(40)包括表面挨靠表面地毗连的、且分别由磁段(43A)和非磁段(43B)交替而形成的两个校准元件(41)；一个校准元件相对于另一个校准元件的运动能实现将获得的所述变换表面的变化。

说明书

技术领域

本发明涉及用于电开关设备的电磁跳闸装置，所述电磁跳闸装置包 括：由壳体形成的磁路、固定芯、和由于线圈的作用而滑动的移动芯。所 述移动芯具有分隔不同径向截面的第一部分和第二部分的径向冠(radial  crown)，所述壳体包括具有移动芯的第一部分所穿过的开口的径向表面。 处于休止位置时移动芯的径向冠和壳体的径向表面的重叠，形成能实现轴 向磁通流的磁通变换表面。

本发明还涉及一种电保护型开关设备，所述电保护型开关设备设置有 与至少一个静止触点联合工作的至少一个可动触点。

背景技术

在文献FR2779567和EP0501844中特别描述了电磁跳闸装置在电保护 型开关设备中的使用。电磁跳闸装置的作用是在电过载的情况下迅速断开 开关设备的电接触，通常是，当电流增大且超过预设的磁性跳闸阈时，例 如额定电流的十三倍。为此，它们包括电磁体，所述电磁体有时称为撞击 器，待监测的电流流过所述电磁体的线圈。随着所述线圈中的电流安培匝 数增大，所述撞击器的移动芯逐渐储存能量，当该电流超过跳闸阈时，突 然释放该能量从而能够将所述设备的可动触点与静止触点有效且快速地分 离。

现有装置的缺点是，磁性跳闸阈的等级通常难以调节且难以从一个设 备复制到另一个设备，然而这种阈的值对于能够保障装备及人员的安全的 设备而言显然重要。为了获得可靠的、且可复制的跳闸阈，必须减小制造 公差以保留高精度的尺寸和静止元件与可动元件之间的磁贴区域(magnetic  sticking area)，可能需要整流，这不利于这类子组件的制造和成本。在一些 设备中，需要增加薄的绝缘空气隙填隙片。在这些装置中也难以使移动芯 正确置于它整个行程的中央而不实行复杂的引导，以便使空隙最小化。

由本申请人所提交的专利申请EP1583130B1所描述的解决方案具有的 目标是，找到一种简单且经济的解决方案，使得一方面能实现所述撞击器 的移动芯被有效引导以确保移动芯在它整个行程中滑动良好，同时保持它 相对于静止元件例如撞击器壳体的精确定位。本发明的另一目的是，对于 给定的额定电流提供可容易地调节磁性跳闸阈的可能性，同时规避了在不 同部件的尺寸上的不均并且无需增加额外的元件例如特别是空气隙环。此 解决方案也避免了部件制造的复杂化，特别是移动芯的形状。如图1和图2 所示，所述电磁跳闸装置包括：由壳体10形成的磁路、固定芯39、和移动 芯30，所述移动芯30沿纵向轴线Y在绝缘鞘20内部在跳闸位置与休止位 置之间由于围绕鞘20所配设的感应线圈25的作用而滑动。移动芯32具有 分隔不同径向截面的第一部分和第二部分的径向冠33。壳体10包括大致垂 直于轴线Y的径向表面11，所述径向表面11具有以轴线Y为中心的、移 动芯30的第一部分31所穿过的开口19。如图1所示，所述开口19包括由 方向朝着轴线Y的多个齿17、和位于各齿之间用于容纳绝缘鞘的一端的多 个凹陷区15所构成的锯齿状周边。根据一个特征，处于休止位置时的移动 芯31的径向冠33与径向表面11的开口19的齿17的重叠形成能实现轴向 磁通流的通量变换表面。此外，在各齿的前边沿与移动芯的第一部分之间 存在固定的径向空气隙，从而能实现径向磁通流。

由本申请人提交的专利申请EP1583130B1的解决方案提出了一种设 计，使得移动芯的跳闸阈的值能在制造阶段进行调节。然而，在进行跳闸 装置的不同部件的组装时尺寸链中的过大的分散增加了弹簧力的变化，会 导致空气隙长度的关于保护型开关额度所计算的名义值的较大变化。在组 装后表现故障的这种电设备将进行报废处理，从而导致经济损失。

发明内容

因此，本发明的目的是弥补现有技术的缺点，从而提出一种结合了带 有可调节式跳闸的磁热子组件的保护型开关。

根据本发明的电磁跳闸装置包括用于调节定位在移动芯与壳体的径向 表面之间的所述通量变换表面的居间机构，所述用于调节的居间机构包括 表面挨靠表面毗连的且分别由磁段和非磁段交替而形成的两个校准元件。 第一校准元件相对于第二校准元件的运动能实现将要获得的磁通变换表面 的变化。

根据本发明的一种发展模式，第一校准元件一体化在壳体的径向表面 中在开口的高度处，所述第一校准元件包括由多个齿和位于各齿之间的多 个凹陷区所构成的锯齿状周边。所述第二校准元件定位在移动芯与壳体之 间，所述第二校准元件的运动能实现芯与壳体之间的磁通变换表面的变 化，所述磁通变换表面的变化将经由第一校准元件的磁段定位成与第二校 准元件的磁段进行接触而获得。

位于各齿之间的凹陷区优选地容纳一绝缘鞘的一端，所述鞘的所述一 端包括借助于塞在所述开口的凹陷区中而固定的多个轴向突起。

根据本发明的一种发展模式，第一校准元件一体化在移动芯的径向冠 中，第二校准元件定位在移动芯与壳体之间，具有磁段的两个校准元件之 一的运动能实现芯与壳体之间的磁通变换表面的变化，所述磁通变换表面 将经由第一校准元件的磁段定位成与第二校准元件的磁段进行接触而获 得。

所述径向冠优选包括多个齿，所述凹陷区位于各齿之间。

所述第二校准元件优选地一体化在壳体的径向表面中在所述开口的高 度，所述第二校准元件包括由多个齿、位于各齿之间的多个凹陷区所构成 的锯齿状周边。

位于各齿之间的所述凹陷区有利地容纳一绝缘鞘的一端，所述鞘的所 述一端包括塞在所述开口的凹陷区中而固定的多个轴向突起。

根据一具体实施例，用于调节的居间机构包括用于相关于第二圆形校 准元件阻挡第一圆形校准元件的机构。

全部磁段优选具有相等的表面，所述磁段具有与非磁段相同的表面。

根据本发明的电开关设备包括如上述定义的作用于一个或多个可动触 点上的电磁跳闸装置。

附图说明

其它优点和特征将由以下仅作为非限制性示例而给出和在附图中示出 的本发明具体实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1示出根据现有技术实施例的电磁跳闸装置的透视图；

图2示出根据图1的电磁跳闸装置的磁性子组件的分解透视图；

图3和图4以简化的方式以轴向(或纵向)视图示意分别处于休止位置和 处于跳闸位置的磁性子组件的示例；

图5示出根据本发明第一实施例的电磁跳闸装置的透视图；

图6示出根据图5的电磁跳闸装置的磁性子组件的分解透视图；

图7示出根据图5的电磁跳闸装置的磁性子组件的截面图；

图8A和图8B示出根据图5的电磁跳闸装置的磁性子组件的通量变换 表面的居间调节机构的详细视图；

图9示出根据本发明第二实施例的电磁跳闸装置的磁性子组件的通量 变换表面的居间调节机构的详细透视图。

具体实施方式

参考图5和图6，一种电磁跳闸装置设计成监测在开关设备中流动的功 率电流，并且设计成当该电流超过一定阈时突然跳闸，所述一定阈称为跳 闸阈。

如图6所示，带撞击器的电磁跳闸装置39包括：由磁性壳体10构成 的磁路、由铁磁材料制成的固定芯39和移动芯30。固定芯39和移动芯30 沿纵向轴线Y对齐。

根据一实施例，两个芯优选地被绝缘的筒状鞘20包围。移动芯30优 选地在此绝缘鞘20内部沿纵向轴线Y在图3示意的休止位置与图4示意的 跳闸位置之间滑动。移动芯30由于围绕绝缘鞘20所配设的感应线圈25的 作用而运动。当被监测的在线圈25中流动的电流的强度超过跳闸阈时，移 动芯于是快速地从休止位置运动到跳闸位置。如果线圈25中的电流消失， 则回位装置例如回位弹簧使移动芯30回到它的休止位置。所述移动芯由沿 固定芯39的方向并列的第一部分31和第二部分32构成。

在优选实施例中，第一和第二部分31，32是柱状的。所述柱状的第一和 第二部分31，32具有不同的径向截面，即部分31的直径小于部分32的直 径。第二部分32的直径大致等于固定芯39的直径。部分31和32因此被 部分32的边缘(rim)分隔，所述部分32的边缘因此形成径向冠33。

移动芯30因此具有分隔不同径向截面的第一部分31和第二部分32的 径向冠33。壳体10包括大致地垂直于轴线Y的径向表面11，所述径向表 面11具有以轴线Y为中心的、移动芯30的第一部分31所穿过的开口 19。在处于休止位置时移动芯30的径向冠33与壳体10的径向表面11在 开口19的高度处的重叠，形成能实现轴向磁通5流的磁通变换表面。

第二部分32的直径优选地调节成能够恰好地在筒状鞘20内部滑动而 不会产生任何空隙。

按已知方式在这种类型的子组件中，移动芯30还包括撞击器构件35， 例如在第一部分31的延伸部，该撞击器的目的是将移动芯的运动传递到开 关设备的一个或多个可动触点，以便当移动芯30运动到跳闸位置时将所述 的一个或多个可动触点与对应的一个或多个静止触点分离。

如图5所示的磁性壳体10形成大致矩形的框架，该框架包围线圈25 和鞘20，且该框架由大致平行于轴线Y的两个纵向平面13，14构成，且该 框架被大致垂直于轴线Y的两个径向表面11，12包围。固定芯39被固定到 径向表面之一12。另一径向表面11具有以轴线Y为中心的、移动芯10的 第一部分31所穿过的径向开口19。另一方面，移动芯的第二部分32的直 径足够大以防止它穿过开口19。

磁性撞击器类型的磁性子组件的工作如下。在线圈25中无电流的情况 下，移动芯30由小的回位弹簧29保持处于休止位置(见图3)，所述回位弹 簧29使移动芯30运动离开固定芯39。在该位置，径向冠33压靠于壳体 10的径向表面11，由此产生磁通变换表面。当线圈25中开始有电流的情 况下，产生从固定芯39到壳体12，13，14，11，然后优选地沿轴向方向从径向 表面11直接到径向冠33的磁场，如图3的箭头5所示。处于休止位置 时，径向表面11与径向冠33之间存在的轴向空气隙实际上小于径向表面 11与移动芯30的第一部分31的周边之间的固定的径向空气隙。移动芯30 因此不仅受到朝向固定芯39的吸引力，而且也受到方向朝磁性壳体的径向 表面11的对立保持力。只要被监测的电流保持微弱，所述保持力就占优势 (preponderant)且移动芯30保持大致不动，而轴向空气隙始终小于径向空气 隙。

随着线圈25所产生的安培匝数逐渐增大，磁通变换表面将变得饱和， 且吸引力将比保持力较快地增大。在移动芯30开始向固定芯39的方向运 动时(这对应于在所定义的跳闸阈在顶部线圈中的瞬时电流)，在此位置将出 现逐渐增大的轴向空气隙。于是磁场将优选地沿径向方向从径向表面11到 移动芯30的第一部分31，如图4的箭头6所示。保持力将突然倾向为零且 移动芯将被吸引力驱动而非常快地撞击固定芯39，在实践中除了回位弹簧 39的非常小的阻力值外没有任何其它阻力。

根据本发明一实施例，电磁跳闸装置39包括用于经由调节能实现轴向 磁通5流的磁通变换表面而调节磁性跳闸阈的机构。该电磁跳闸装置包括 分别定位在移动芯30与开口19之间的所述磁通变换表面的居间调节机构 40。移动芯30的径向冠33、居间调节机构40以及壳体10的径向表面11 三者的重叠形成处于休止位置时的径向通量变换表面。

所述居间调节机构40包括表面挨靠表面毗连的两个校准元件41。

如示例实施例，两个校准元件41是圆形的且包括与纵向轴线Y相同的 回转轴线。

每个校准元件41分别由磁段43A和非磁段43B交替而形成。第一校 准元件相对于第二校准元件的运动使壳体10与移动芯30之间的径向磁通 变换表面发生改变。换句话说，将一个校准元件设定成相关于另一个校准 元件运动能实现调节磁路的磁阻，由此能实现移动芯30的保持力的调节。 这样从而能实现设定期望的磁性阈。

根据本发明第一实施例，第一校准元件41一体化在壳体10的径向表 面11中在开口19的高度处。

根据如图6所示的发展，径向开口19包括由方向朝着纵向轴线Y的多 个(N个)齿17所形成的锯齿状内周边，所述多个齿17参差地配设在此周边 上。凹陷区15位于各齿17之间。从而，各齿17作为磁段43A，而各凹陷 区15作为非磁段43B。

第二校准元件41于是定位在移动芯30与壳体10之间。如图8A所 示，第二校准元件41优选是圆形的，且优选地由设计成定位在移动芯30 的径向冠33上的垫圈构成。该垫圈于是由N个磁段43A和N个非磁段 43B交替而构成。具有磁段的所述第二校准元件的旋转能实现芯30与壳体 10之间的磁通变换表面的变化，所述磁通变换表面经由第一校准元件的磁 段43A定位成与第二校准元件的磁段43A进行接触而获得。

根据这种发展，位于各齿17之间的凹陷区15容纳绝缘鞘20的一端， 鞘20的所述一端包括借助于塞在开口19的凹陷区15中而固定的多个(N 个)轴向突起。

齿17的尺寸设计成使得移动芯30的第一部分31能自由穿过位于齿17 之间的内部空间中的开口19，而另一方面使得齿17能保持第二部分32。 当移动芯30处于休止位置时，径向冠33因此压靠于齿17，由此产生很小 的轴向空气隙。

由于开口19的锯齿状周边，所述通量变换表面是非连续的，这避免了 由轴向磁通5将过大的保持力施加到移动芯30。这种非连续性还能实现保 持力的非常简单的调节。具体地，通过简单地调节齿17的宽度，就可以改 变通量变换表面，并因此可容易地调节子组件1的跳闸阈，而不改变任何 其它尺寸或特征，特别是无需将移动芯的形状改变和复杂化成在径向冠33 上带有孔或槽，而改变移动芯的形状将给制造这类部件增加额外的成本。 此外，这避免了为增大径向冠33与齿17之间的轴向空气隙而增加额外的 高精度的填隙片或环。

齿17各具有方向朝着纵向轴线Y的前边沿18，且具有优选为互补于 移动芯30的第一部分31的周边的形状，所述形状是圆弧形。为了使子组 件1正常工作，不同的齿17的前边沿18与第一部分31的周边之间存在的 径向空气隙需要保持恒定。此外，为了使撞击器构件35有效地发挥作用， 移动芯30的轴向运动不能因阻塞等而受扰。因此，移动芯30在它沿纵向 轴线Y的整个行程中对准中心是至关重要的。这借助于紧贴包围移动芯30 的第二部分32的绝缘鞘20的引导而实现。然而，这种对准中心是困难 的，因为它要求绝缘鞘20的两端相对于磁性壳体10牢固地固定。绝缘鞘 20的第一端被容易地固定到径向表面12。根据本发明，绝缘鞘20的另一 对立端借由沿轴向方向X延伸绝缘鞘的多个(N个)突起21而有利地呈锯齿 状。这些突起21结合在位于齿17之间的N个凹陷区15中，且借由例如简 单的塞入而保持在该处。各凹陷区15包括方向朝纵向轴线Y的后壁16。 凹陷区15的尺寸设计成使得突起21由此压靠于后壁16从而防止鞘20的 任何径向运动。此简单装置能实现绝缘鞘相对于纵向轴线Y保持完美地对 准中心，并由此防止径向空气隙的变化和确保移动芯30的良好滑动。从而 较容易保障磁性子组件1的性能的高度可复制性和良好的可靠性。

根据图6所示的实施例，齿17的数量N和凹陷区15的数量N等于 三。三个凹陷区15与鞘20的三个突起21协作。齿17规则地参差围绕纵 向轴线Y，并且齿17具有相等的宽度以平衡由于穿过径向空气隙的径向磁 通6而产生的径向力，以及由此保持移动芯30的第一部分31在开口19内 部对准中心。还可设想数量N不同于三，例如开口19包括相对于纵向轴线 Y对称地对立的两个齿17并且两个突起21也在鞘20的端部对称，如图3 和图4所示。在另一替代实施例中，还可有一些不同宽度的齿，这些齿与 围绕纵向轴线Y不规则配设的位置相关联，使得尽管如此仍然确保移动芯 上的径向磁力的良好平衡。

此外，优选实施例描述了磁性子组件，它的绝缘鞘、固定芯和移动芯 全都具有圆形径向截面。还可为这些元件设想其它的解决方案，例如具有 大致方形的径向截面。因而它们也可能与具有适当方形的开口19相关联， 该方形开口19具有带四个齿(在方形的每边各有一个齿)的锯齿状周边，而 移动芯的方形径向冠支承在该锯齿状周边上，所述四个齿被四个凹陷区(在 该方形的各角)包围，所述四个凹陷区与对应于绝缘鞘的一端的四个凸出部 协作。

根据一种未示出的替代发展，第一圆形校准元件41包括装配在开口19 内部的垫圈。所述垫圈因而由N个磁段43A和N个非磁段43B交替而构 成。

根据如图9所示的本发明另一替代实施例，第一校准元件一体化在移 动芯30的径向冠33中。径向冠33因而包括配设在该冠的周边上的、方向 朝着纵向轴线Y的多个(N个)齿17。凹陷区15因而位于各齿17之间。各 齿17因而作为磁段，而各凹陷区15于是作为非磁段。如第一校准元件的 示例实施例，齿17可构成移动芯30的第一部分31的组成部分。所述芯可 由例如冷冲压制造。根据未示出的替代实施例，齿17可构成垫圈的一部 分，所述垫圈设计成接合在移动芯30的第一部分31上。所述垫圈因而由 N个磁段43A和N个非磁段43B交替而构成。

移动芯10优选在它的纵向轴线Y上无法旋转，以防止径向变换表面变 得与时间失调(mal-adjust)。

第二校准元件41优选是圆形的，且定位在移动芯30与壳体10之间。 如图9所示的示例实施例，第二校准元件41优选由设计成定位在移动芯30 的径向冠33与壳体10之间的垫圈构成。所述垫圈因而由N个磁段43A和 N个非磁段43B交替而构成。

根据第二校准元件的未示出的替代实施例，所述第二元件一体化在壳 体10的径向表面11中在开口19的高度处，所述第二元件包括由方向朝着 纵向轴线Y的多个(N个)齿17、和位于各齿17之间的凹陷区15所构成的 锯齿状周边。因而，第一校准元件的旋转能实现第一圆形校准元件的各区 段(sector)与移动芯之间将获得的磁通变换表面的变化。

具有磁段的两个校准元件之一的运动，特别是旋转，能实现第一校准 元件的各区段与移动芯之间经由第二校准元件而获得的磁通变换表面的变 化。

根据本发明的发展模式，作为示例实施例，校准元件之一是可移动的 并且与调节旋钮44相关联。该装置通过将这种校准的且圆形的部件组装在 壳体的每侧而实现。旋转之后在给定位置处的固定可借助于开垛口 (crenellation)或借助于紧摩擦(tight friction)来执行。所述装置的旋转可借助 于操作杆(lever)或旋钮而实现。

根据本发明的一种发展模式，全部磁段43A具有相等的表面。

根据本发明的一种发展模式，磁段43A具有与非磁段43B相同的表 面。

如图5所示，如示例实施例，电磁跳闸装置39与磁热跳闸子组件的热 式跳闸装置28相关联。所述热式跳闸装置包括大体长形的矩形的薄的双金 属条55，所述双金属条55具有第一自由端56和第二端57，该金属条借助 于任何合适的固定机构而组装在由导电材料制成的大体矩形支承板59上。 如图5所示，双金属条55配设成使得它的两个对立的大侧面55a，55b沿Y 轴线平行。所述热式跳闸装置28还包括经由适合的电绝缘机构而挨靠双金 属条55设置的加热器61，这里所述加热器呈条的形式，在本实例中是包围 双金属条55的一薄的矩形绝缘套筒，近似在双金属条55的两端56，57之 间。加热器61具有：第一端，设计成电连接到支承静止触点的导电部件 上；和第二端，例如借由焊接连接到双金属条55的接近双金属条55的自 由端56的特定点。作为电保护型开关设备的工作示例，始于触点的关闭位 置，由双金属条55所检测到的电过载引起双金属条55的偏斜，所述偏斜 激励跳闸桥路(trip bridge)，从而驱动使电开关设备的电触点断开的工作装 置。

根据一种未示出的实施例，根据本发明的电开关设备设置有与至少一 个静止触点联合工作的至少一个可动触点，其特征在于，所述电开关设备 包括如前述所定义的电磁跳闸装置。所述跳闸装置能够作用于一个或多个 可动触点。