專(zhuān)利名稱(chēng)：電磁致動(dòng)器和包括一個(gè)這樣的致動(dòng)器的電接觸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括磁路的電磁致動(dòng)器，該磁路包括與受控在斷開(kāi)位置與閉合位置之 間移動(dòng)的移動(dòng)電樞協(xié)作的磁軛。至少一個(gè)工作線(xiàn)圈被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生磁通量以相對(duì)于磁軛移動(dòng) 或保持移動(dòng)電樞?？刂蒲b置被設(shè)計(jì)為在致動(dòng)器的閉合操作期間向工作線(xiàn)圈提供涌入電壓， 并且在致動(dòng)器處于閉合位置的保持操作期間向工作線(xiàn)圈提供保持電壓。本發(fā)明還涉及包括電磁致動(dòng)器的接觸器類(lèi)型的電開(kāi)關(guān)裝置。
背景技術(shù)：
電磁致動(dòng)器在保持階段的操作一般與所用的內(nèi)部條件有關(guān)，其具體取決于設(shè)備的 老化狀態(tài)。參考圖IA到1C，已知方式的接觸器類(lèi)型的電開(kāi)關(guān)裝置包括電磁致動(dòng)器1 ；一個(gè) 或多個(gè)極(例如，對(duì)于三極的接觸器則具有三個(gè)極)，對(duì)于每個(gè)極，具有移動(dòng)部件，由該致動(dòng) 器使得移動(dòng)；由該移動(dòng)部件支持的一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)觸點(diǎn)21 ；以及一個(gè)或多個(gè)固定觸點(diǎn)20。 致動(dòng)器1更具體地包括固定磁軛10和移動(dòng)電樞11，移動(dòng)電樞11能夠相對(duì)于固定磁軛10 在斷開(kāi)位置(圖1A)和閉合位置(圖1C)這兩個(gè)位置之間移動(dòng)。電磁致動(dòng)器還包括工作 線(xiàn)圈3，由控制電流控制來(lái)將移動(dòng)電樞11從它的斷開(kāi)位置移動(dòng)到它的閉合位置；以及復(fù)位 彈簧4，位于它的固定磁軛10和它的移動(dòng)電樞11之間，以將移動(dòng)電樞11從它的閉合位置 移動(dòng)到它的斷開(kāi)位置。在圖IA到IC中，移動(dòng)部件例如是能夠根據(jù)致動(dòng)器1的移動(dòng)電樞11 的位置在斷開(kāi)狀態(tài)和閉合狀態(tài)這兩個(gè)狀態(tài)之間移動(dòng)的支持兩個(gè)移動(dòng)觸點(diǎn)21的雙斷路移動(dòng) 橋。對(duì)于每個(gè)極，電裝置包括極彈簧5，其在移動(dòng)電樞11處于閉合位置時(shí)能夠使得將移動(dòng)觸 點(diǎn)21擠壓在固定觸點(diǎn)20上。下面描述的本發(fā)明可以利用單斷路類(lèi)型的移動(dòng)部件工作。圖IA中，由于復(fù)位彈簧4施加的力的作用，移動(dòng)電樞11處于斷開(kāi)位置。在每個(gè)極 上，移動(dòng)觸點(diǎn)21因而處于斷開(kāi)狀態(tài)。圖IB中，移動(dòng)電樞11通過(guò)控制電流輸入到致動(dòng)器1的工作線(xiàn)圈3而處于它的閉 合行程?？刂齐娏鞅仨氉阋缘窒麖?fù)位彈簧4提供的力。該圖中，移動(dòng)觸點(diǎn)21借助致動(dòng)器1 移動(dòng)到閉合狀態(tài)，但是極彈簧5未被引發(fā)。圖IC中，通過(guò)將足夠的控制電流輸入到致動(dòng)器1的工作線(xiàn)圈3中，移動(dòng)電樞11完 成它的閉合行程并且被保持在它的相對(duì)于固定磁軛10的閉合位置。因此，復(fù)位彈簧4被壓 縮到移動(dòng)電樞11和固定磁軛10之間的最大值。在此圖IC中，借助由致動(dòng)器1壓縮的極彈 簧5，將移動(dòng)觸點(diǎn)21保持在閉合狀態(tài)并且擠壓在固定觸點(diǎn)20上。根據(jù)固定觸點(diǎn)和移動(dòng)觸點(diǎn)的磨損程度，極彈簧5將大體上被壓縮，并且致動(dòng)器1提 供的力將大體上較大。實(shí)際上，觸點(diǎn)20、21磨損的越少，極彈簧5被壓縮的越多，因此為了 壓縮這些彈簧致動(dòng)器1提供的力必須越大。因此，可以將觸點(diǎn)的磨損程度與致動(dòng)器提供用 于壓縮極彈簧5的力互相關(guān)聯(lián)。功率效率正在成為日益重要的消費(fèi)者評(píng)價(jià)。當(dāng)使用接觸器類(lèi)型的開(kāi)關(guān)裝置時(shí)，保 持階段需要功率來(lái)將裝置保持在給定位置。因此，電流值的調(diào)節(jié)是相當(dāng)重要的。此外，如果實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)策略以?xún)?yōu)化“恰好必要的”電流，則提供一種提供足夠精確的調(diào)整范圍的系統(tǒng)至關(guān)重要。主要問(wèn)題歸因于現(xiàn)有電源設(shè)備不得不在涌入階段和保持階段二者中使用，而且涉 及的功率的數(shù)量級(jí)在這兩種情況下非常不同。在操作的不同階段的功率要求可以實(shí)際上呈 現(xiàn)顯著的差別。為了示例的目的，保持階段中所需的功率可以基本上包括在涌入階段中的 有效功率的和4%之間。對(duì)于這樣的電源設(shè)備，有時(shí)難以在保持階段中具有精確的電源 電平。實(shí)際上，根據(jù)已知電源設(shè)備的第一應(yīng)用實(shí)例，最大涌入電流等于2A，而且可以在 等于80mA的第一初始值上調(diào)節(jié)保持電流。此外，利用具有等于最大涌入電流的的值 的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)來(lái)執(zhí)行工作線(xiàn)圈中的保持電流的調(diào)節(jié)。因而大體上的保持電流的變化對(duì)應(yīng) 于大體上20mA的變化。換句話(huà)說(shuō)，由于調(diào)節(jié)步長(zhǎng)的值(1%)，保持電流可以特別取以下值 60mA(80mA-20mA)或IOOmA (80mA+20mA)。從而，變換到等于80mA的保持電流值的的調(diào) 節(jié)步長(zhǎng)將所述保持電流的調(diào)節(jié)精度的級(jí)別固定為初始設(shè)定值的士25%。此外，根據(jù)第二應(yīng) 用示例，可以在等于20mA的第二初始值上調(diào)節(jié)保持電流(磨損接觸器的情況)。大體上的保持電流變化對(duì)應(yīng)于大體上20mA的變化。換句話(huà)說(shuō)，由于調(diào)節(jié)步長(zhǎng)的值(1% )，保持電流 可以特別取以下值0mM20mA-20mA)或40mM20mA+20mA)。因此，變換到等于80mA的保持電 流值的的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)將所述保持電流的調(diào)節(jié)精度的級(jí)別固定為初始設(shè)定值的士 100%。這些精度級(jí)別相對(duì)較低，并且對(duì)于保持電流的精度級(jí)別必須很高的某些應(yīng)用是不 能令人滿(mǎn)意的。某些現(xiàn)有解決方案推薦使用兩個(gè)線(xiàn)圈。從而第一線(xiàn)圈專(zhuān)用于涌入階段，并且第二 線(xiàn)圈專(zhuān)用于保持階段。涌入和保持線(xiàn)圈繞組的幾何形狀的優(yōu)化使得能夠調(diào)節(jié)分別在涌入階 段和保持階段中消耗的功率值。但是，這些解決方案呈現(xiàn)出了被設(shè)計(jì)用于在控制電路和使 用的線(xiàn)圈之間進(jìn)行電開(kāi)關(guān)的附加的電子系統(tǒng)的缺陷。此外，電子電源不必包括用于調(diào)節(jié)線(xiàn) 圈(尤其是保持線(xiàn)圈)的電源的精確的裝置。其它解決方案可以使用復(fù)雜的電子解決方案來(lái)在保持階段中獲得電流調(diào)節(jié)精度。 這些實(shí)現(xiàn)高精度的組件的解決方案成本很高。此外，這些解決方案通常使用PWM類(lèi)型的幅 度調(diào)制技術(shù)，可能導(dǎo)致產(chǎn)生電磁干擾并且成為EMC輻射的源。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是糾正現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，以便提出可以?xún)?yōu)化其操作以降低其 功耗的電開(kāi)關(guān)裝置。根據(jù)本發(fā)明的一種電磁致動(dòng)器的控制裝置包括用于調(diào)節(jié)保持電壓的裝置，其包括 涌入電壓的第一電壓降壓(st印-down)變壓器，用于提供與涌入電壓成比例的較低的中間 電壓。所述用于調(diào)節(jié)保持電壓的裝置包括中間電壓的第二電壓降壓變壓器，用于提供與中 間電壓成比例的較低的保持電壓。根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，第一電壓降壓變壓器被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生固定的中間電 壓，并且第二電壓降壓變壓器被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生與固定的中間電壓成比例的可變的保持電壓。第二電壓降壓變壓器優(yōu)選地包括用于使用脈寬調(diào)制PWM來(lái)調(diào)制固定的中間電壓 的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例，第一電壓降壓變壓器被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生可變的中間電 壓，并且第二電壓降壓變壓器被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生與可變的中間電壓成比例的固定的保持電壓。第一電壓降壓變壓器優(yōu)選地包括用于通過(guò)脈寬調(diào)制PWM來(lái)調(diào)制涌入電壓的裝置。根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例，第一電壓降壓變壓器被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生可變的中間電 壓，并且第二電壓降壓變壓器被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生與可變的中間電壓成比例的可變的保持電壓。第一電壓降壓變壓器優(yōu)選地包括用于使用脈寬調(diào)制PWM來(lái)調(diào)制該涌入電壓的裝 置，并且第二電壓降壓變壓器包括用于通過(guò)脈寬調(diào)制PWM來(lái)調(diào)制該可變的中間電壓的裝 置。該控制裝置優(yōu)選地包括用于測(cè)量致動(dòng)線(xiàn)圈中的控制電流的裝置、以及用于在該移 動(dòng)電樞相對(duì)于該固定磁軛發(fā)生分離時(shí)根據(jù)該控制電流來(lái)確定固定觸點(diǎn)和移動(dòng)觸點(diǎn)的磨損 程度的裝置。該控制裝置有利地包括用于根據(jù)所述觸點(diǎn)的磨損程度確定用于將移動(dòng)電樞保持 在閉合位置的最優(yōu)控制電流的裝置，所述用于調(diào)節(jié)保持電壓的裝置控制提供給工作線(xiàn)圈的 保持電壓。根據(jù)本發(fā)明的一種接觸器類(lèi)型的電開(kāi)關(guān)裝置包括能夠在斷開(kāi)狀態(tài)與閉合狀態(tài)之 間移動(dòng)的移動(dòng)部件，所述部件支持能夠相對(duì)于固定觸點(diǎn)移動(dòng)的至少一個(gè)移動(dòng)觸點(diǎn)以控制電 路。


通過(guò)下面對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例的描述，其他優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更明顯，這些特 定實(shí)施例僅僅用于非限制性示例的目的給出并且表示在附圖中，其中圖1A、1B和IC示意地示出接觸器類(lèi)型的電開(kāi)關(guān)裝置的已知工作原理；圖2示意地示出接觸器類(lèi)型的電開(kāi)關(guān)裝置的致動(dòng)器遵循的力曲線(xiàn)；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的致動(dòng)器的控制裝置的示意圖；圖4示出根據(jù)圖3的控制裝置的框圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的致動(dòng)器的控制裝置的示意圖；圖6示出根據(jù)圖5的控制裝置的框圖；圖7示出根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例的致動(dòng)器的控制裝置的示意圖；圖8示出根據(jù)圖7的控制裝置的框圖；圖9示出由已知類(lèi)型的致動(dòng)器的控制裝置提供的電流和保持電壓的曲線(xiàn)圖；以及圖10示出由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的致動(dòng)器的控制裝置提供的電流和保持電壓的曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電磁致動(dòng)器100包括磁路1，其包括與受控在斷開(kāi)位置與閉 合位置之間移動(dòng)的移動(dòng)電樞11協(xié)作的磁軛10。電磁致動(dòng)器100包括至少一個(gè)工作線(xiàn)圈3， 其被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生磁通量以相對(duì)于磁軛10移動(dòng)或保持移動(dòng)電樞11。根據(jù)本發(fā)明的演變的特定模式，磁軛10優(yōu)選地包括E形橫截面，其包括兩個(gè)外分 支、至少一個(gè)中間分支、以及牢固地附接到外分支和中間分支的第一端的橫向電樞。移動(dòng)電樞11位于面向外分支的第二端并且平移運(yùn)動(dòng)。工作線(xiàn)圈3包括與E形磁軛10的中間分支 的縱軸基本一致的縱軸。所述工作線(xiàn)圈3事實(shí)上卷繞在磁軛10的中間分支上。此外有復(fù) 位彈簧4位于磁軛10與移動(dòng)電樞11之間，用于將移動(dòng)電樞11從其閉合位置移動(dòng)到其斷開(kāi) 位置。作為例示的目的，根據(jù)本發(fā)明的致動(dòng)器可以被設(shè)計(jì)用于包括一個(gè)或多個(gè)電極(例 如，對(duì)于三極接觸器，包括三個(gè)極)的接觸器類(lèi)型的電開(kāi)關(guān)裝置。如圖1A、1B和IC所示，移 動(dòng)電樞11因而與被設(shè)計(jì)為在斷開(kāi)狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間移動(dòng)的移動(dòng)部件關(guān)聯(lián)。該移動(dòng)部件 支持能夠相對(duì)于固定觸點(diǎn)20移動(dòng)以控制電路的至少一個(gè)移動(dòng)觸點(diǎn)21。接觸器的每個(gè)電極 包括至少一個(gè)固定觸點(diǎn)20和移動(dòng)觸點(diǎn)21。移動(dòng)部件例如是能夠根據(jù)致動(dòng)器1的移動(dòng)電樞 11的位置在斷開(kāi)狀態(tài)和閉合狀態(tài)這兩個(gè)狀態(tài)之間移動(dòng)的支持兩個(gè)移動(dòng)觸點(diǎn)21的雙斷路移 動(dòng)橋。對(duì)于每個(gè)極，電裝置包括極彈簧5，其在移動(dòng)電樞11處于閉合位置時(shí)使得能夠?qū)⒁苿?dòng) 觸點(diǎn)21擠壓在固定觸點(diǎn)20上。下面描述的本發(fā)明可以利用單斷路類(lèi)型的移動(dòng)部件工作。 為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，圖IA到IC僅僅示出電開(kāi)關(guān)裝置的單個(gè)極。必須理解，本發(fā)明適用于該裝置 的所有極。圖IA中，由于復(fù)位彈簧4施加的力的作用，移動(dòng)電樞11處于斷開(kāi)位置。在每個(gè)極 上，移動(dòng)觸點(diǎn)21因而處于斷開(kāi)狀態(tài)。圖IB中，移動(dòng)電樞11通過(guò)控制電流輸入到致動(dòng)器1的工作線(xiàn)圈3而處于它的閉 合行程。控制電流必須足以抵消復(fù)位彈簧4提供的力。該圖中，移動(dòng)觸點(diǎn)21借助致動(dòng)器1 移動(dòng)到閉合狀態(tài)，但是極彈簧5未被引發(fā)。圖IC中，通過(guò)將足夠的控制電流輸入到致動(dòng)器1的工作線(xiàn)圈3中，移動(dòng)電樞11完 成它的閉合行程并且被保持在它的相對(duì)于固定磁軛10的閉合位置。因此，復(fù)位彈簧4被壓 縮到移動(dòng)電樞11和固定磁軛10之間的最大值。在此圖IC中，借助由致動(dòng)器1壓縮的極彈 簧5，將移動(dòng)觸點(diǎn)21保持在閉合狀態(tài)并且擠壓在固定觸點(diǎn)20上。根據(jù)未示出的演變的另一個(gè)模式，移動(dòng)電樞包括以繞著E形磁路的中間分支在兩 個(gè)穩(wěn)定位置之間旋轉(zhuǎn)的方式支持的橫向電樞。電樞的每個(gè)穩(wěn)定位置對(duì)應(yīng)于接觸器的電觸點(diǎn) 的斷開(kāi)或閉合狀態(tài)。電磁致動(dòng)器100包括控制裝置2，其被設(shè)計(jì)為在工作線(xiàn)圈3的端子處產(chǎn)生電壓以將 控制電流i (t)提供給所述線(xiàn)圈。控制裝置2被設(shè)計(jì)為在致動(dòng)器的閉合操作期間將涌入電壓U提供給工作線(xiàn)圈3。 作為應(yīng)用的示例，涌入電壓U等于固定供應(yīng)總線(xiàn)(直流總線(xiàn))的DC電壓。涌入電壓等于 320V。控制裝置2還被設(shè)計(jì)為在致動(dòng)器100處于閉合位置的保持操作期間將保持電壓％ u 提供給工作線(xiàn)圈3。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的控制裝置2包括保持電壓的調(diào)節(jié)裝置50。該調(diào)節(jié)裝置包括涌入 電壓U的第一電壓降壓變壓器51、M、56，用于提供第一中間電源電壓。中間電源電壓低于 涌入電壓U且與其成比例。調(diào)節(jié)裝置50還包括中間電壓的第二電壓降壓變壓器52、55、57， 用于提供保持電壓％ U。保持電壓低于中間電源電壓且與其成比例。保持電壓被施加到工 作線(xiàn)圈3的端子?？辙D(zhuǎn)(free-wheel)設(shè)備D2優(yōu)選地與工作線(xiàn)圈3并聯(lián)存在，用于防止開(kāi)關(guān)的端子 處的過(guò)電壓，并且用于實(shí)現(xiàn)所述線(xiàn)圈中的電流的連續(xù)性。
根據(jù)如圖3和4所示的本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，第一電壓降壓變壓器51被設(shè)計(jì) 為產(chǎn)生固定的中間電壓U。第二電壓降壓變壓器52被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生與固定的中間電壓u成比 例的可變的保持電壓％ U0第二電壓降壓變壓器52優(yōu)選地包括用于通過(guò)脈寬調(diào)制PWM來(lái)調(diào) 制固定的中間電壓的裝置。在涌入階段中，控制裝置2包括用于控制與工作線(xiàn)圈3串聯(lián)連接的第一開(kāi)關(guān)Tl的 控制單元。控制單元將所述第一開(kāi)關(guān)置于導(dǎo)電位置?？刂茊卧刂七B接在工作線(xiàn)圈3與調(diào) 節(jié)裝置50之間的第二開(kāi)關(guān)T2。第二開(kāi)關(guān)T2被置于斷開(kāi)位置。工作線(xiàn)圈3中的電流因而是 最大值。作為例示目的，涌入階段持續(xù)大約50ms。作為示例實(shí)施例，第一和第二開(kāi)關(guān)T1、T2 可以是晶體管。在保持階段中，控制單元斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)Tl并且將PWM類(lèi)型的調(diào)制信號(hào)施加到第二 開(kāi)關(guān)Τ2。保持階段在涌入階段之后開(kāi)始。第一電壓降壓變壓器51 (固定供應(yīng))提供固定的 中間電壓，其借助經(jīng)由第二開(kāi)關(guān)Τ2和二極管Dl施加到工作線(xiàn)圈3。施加到第二開(kāi)關(guān)Τ2的 PWM控制的調(diào)制使得工作線(xiàn)圈3中的電流的平均值能夠變化。二極管Dl使得能夠使用低電壓的第二開(kāi)關(guān)Τ2，并且防止在涌入階段期間由第一 開(kāi)關(guān)Tl提供的涌入電壓U。接觸器的保持電流的幅度可以根據(jù)不同的參數(shù)，具體地根據(jù)接觸器的磨損程度而 變化很大。工作線(xiàn)圈3中的保持電流可以由因子1到4變化。作為應(yīng)用示例，保持電流在 20mA和80mA之間變化，而最大涌入電流大約為2A。根據(jù)第一實(shí)施例的應(yīng)用實(shí)例，第一電壓降壓變壓器51將第一中間電流值設(shè)置為 等于100mA，即2A的5%。第二電壓降壓變壓器52將保持電流設(shè)置為等于80mA(80% )的 第一初始值。大體上的保持電流的變化對(duì)應(yīng)于大體上ImA的變化。換句話(huà)說(shuō)，由于調(diào)節(jié) 步長(zhǎng)的值(1% )，保持電流可以具體地取以下值79mA(80mA-lmA)或81mA(80mA+1mA)。因 此，變換到等于80mA的保持電流值的的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)將所述保持電流的調(diào)節(jié)精度級(jí)別固定 為初始設(shè)定值的士 1. 25%。根據(jù)第二應(yīng)用示例，可以在等于20mA的第二初始值上調(diào)節(jié)保持 電流(磨損的接觸器的情況)。大體上的保持電流的變化對(duì)應(yīng)于大體上ImA的保持電流 變化。換句話(huà)說(shuō)，由于調(diào)節(jié)步長(zhǎng)的值(1% )，保持電流可以具體地取以下值19mAQOmA-ImA) 或21myU20mA+lmA)。因此，變換到等于20mA的保持電流值的1 %的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)將所述保持電 流的調(diào)節(jié)精度級(jí)別固定為初始設(shè)定值的士5%。這些精度級(jí)別高于利用已知的電源裝置獲 得的精度級(jí)別。根據(jù)如圖5和6所示的本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例，第一電壓降壓變壓器M被設(shè)計(jì) 為產(chǎn)生可變的中間電壓U。第二電壓降壓變壓器55被設(shè)計(jì)為與產(chǎn)生可變的中間電壓u成比 例的固定的保持電壓％ U0第一降壓變壓器M優(yōu)選地包括用于通過(guò)脈寬調(diào)制PWM來(lái)調(diào)制該 涌入電壓U的裝置。在涌入階段，控制裝置2包括用于控制第一開(kāi)關(guān)Tl以使得后者處于導(dǎo)電位置的控 制單元?？刂茊卧獙⒌诙_(kāi)關(guān)T2置于斷開(kāi)位置。工作線(xiàn)圈3中的電流因而是最大值。作 為例示目的，涌入階段持續(xù)大約50ms。作為示例實(shí)施例，第一和第二開(kāi)關(guān)Tl、T2可以是晶體管。在保持階段中，控制單元控制第一開(kāi)關(guān)Tl的斷開(kāi)并且將調(diào)制的PWM信號(hào)施加到第 二開(kāi)關(guān)T2。保持階段在涌入階段之后開(kāi)始。由于施加到第二開(kāi)關(guān)T2的PWM類(lèi)型的控制，調(diào)制優(yōu)選地等于直流總線(xiàn)的電壓的涌入電壓U。第二電壓降壓變壓器55包括固定電壓分壓 器，其降低該調(diào)制電壓以將保持電壓％ u提供給工作線(xiàn)圈3。該保持電壓經(jīng)由二極管Dl施 加到工作線(xiàn)圈3。施加到第二開(kāi)關(guān)T2的PWM控制的調(diào)制使得工作線(xiàn)圈3中的電流的平均值 能夠變化。二極管Dl在涌入階段期間保護(hù)固定電壓分壓器的輸出免受由第一開(kāi)關(guān)Tl提供的 涌入電壓的影響。根據(jù)第二實(shí)施例的應(yīng)用實(shí)例，第一可變電壓降壓變壓器M提供等于1. 6A(即2A 的80%)的第一中間電流值。第二電壓降壓變壓器55將保持電流固定為等于80mA(5%) 的第一初始值。大體上的保持電流的變化對(duì)應(yīng)于大體上ImA的變化。換句話(huà)說(shuō)，由于 調(diào)節(jié)步長(zhǎng)的值(1% )，保持電流可以具體地取以下值79mA(80mA-lmA)或81mA (80mA+1mA)。 因此，變換到等于80mA的保持電流值的的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)將所述保持電流的調(diào)節(jié)精度級(jí)別固 定為初始設(shè)定值的士 1.25%。根據(jù)第二應(yīng)用實(shí)例，第一可變電壓降壓變壓器M提供等于 0.4A(即2A的20%)的第一中間電流值。第二電壓降壓變壓器55將保持電流固定在等于 20mA的第二初始值(磨損的接觸器的情況)。大體上的保持電流的變化對(duì)應(yīng)于大體上 ImA的保持電流變化。換句話(huà)說(shuō)，由于調(diào)節(jié)步長(zhǎng)的值(1%)，保持電流可以具體地取以下值 19mA(20mA-ImA)或21mM20mA+lmA)。因此，變換到等于20mA的保持電流值的1 %的調(diào)節(jié)步 長(zhǎng)將所述保持電流的調(diào)節(jié)精度級(jí)別固定為初始設(shè)定值的士5%。這些精度級(jí)別高于利用已 知的電源裝置獲得的精度級(jí)別。根據(jù)如圖7和8所示的本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例，第一電壓降壓變壓器56被設(shè)計(jì) 為產(chǎn)生可變的中間電壓U。該第一電壓降壓變壓器56由開(kāi)關(guān)Tl和中間電壓u的平滑裝置 58組成。第二電壓降壓變壓器57被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生與可變的中間電壓u成比例的可變的保持 電壓％ U。第一降壓變壓器M優(yōu)選地包括用于通過(guò)脈寬調(diào)制PWM來(lái)調(diào)制該涌入電壓U的裝 置。第二電壓降壓變壓器優(yōu)選地包括用于通過(guò)脈寬調(diào)制PWM來(lái)調(diào)制該可變的中間電壓的裝 置。串聯(lián)地關(guān)聯(lián)這兩個(gè)可變函數(shù)提供了調(diào)節(jié)的附加的靈活性和精度。在涌入階段，控制裝置2包括用于控制第一開(kāi)關(guān)Tl和第二開(kāi)關(guān)T2以使得它們總 是處于導(dǎo)電位置的控制單元。工作線(xiàn)圈3中的涌入電流因而是最大值。作為例示的目的， 涌入階段持續(xù)大約50ms。在保持階段中，控制單元將不同類(lèi)型的脈寬調(diào)制PWM施加到開(kāi)關(guān)Tl和T2中的每 一個(gè)。保持階段在涌入階段之后開(kāi)始。第一電壓降壓變壓器56由控制單元控制。由開(kāi)關(guān)Tl從直流總線(xiàn)施加到平滑裝置 的輸入上的電壓具有PWM類(lèi)型。平滑裝置58將后者變換成等效的DC電壓。第二電壓降壓 變壓器通過(guò)在開(kāi)關(guān)T2上施加控制PWM來(lái)調(diào)制該等效的DC電壓。該調(diào)制電壓使得工作線(xiàn)圈 3中的電流的平均值能夠變化。根據(jù)第三實(shí)施例的第一應(yīng)用實(shí)例，第一電壓降壓變壓器51將第一中間電流值固 定為等于100mA，即2A的5%。第二電壓降壓變壓器將保持電流固定為等于80mA(80% )的 第一初始值。大體上的保持電流的變化對(duì)應(yīng)于大體上ImA的變化。換句話(huà)說(shuō)，由于調(diào)節(jié) 步長(zhǎng)的值(1% )，保持電流可以特別是取以下值79mA(80mA-lmA)或81mA(80mA+1mA)。因 此，變換到等于80mA的保持電流值的的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)將所述保持電流的調(diào)節(jié)精度的級(jí)別固 定為初始設(shè)定值的士 1.25%。
此外，根據(jù)第二應(yīng)用示例，可以在等于20mA的第二初始值上調(diào)節(jié)保持電流(磨 損的接觸器的情況)。依據(jù)此示例，第一電壓降壓變壓器因而將第一中間電流值固定 為等于40mAQA的2% )，并且第二電壓降壓變壓器將第二初始保持電流值固定為等 于20mA(50%)。大體上的保持電流的變化對(duì)應(yīng)于大體上0.4mA的變化。換句話(huà) 說(shuō)，由于調(diào)節(jié)步長(zhǎng)的值(1%)，保持電流可以特別取以下值19. 6mA QOmA-O. 4mA)或 20. 4mA (20mA+0. 4mA)。因此，變換到等于20mA的保持電流值的1 %的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)將所述保持 電流的調(diào)節(jié)精度的級(jí)別固定在初始設(shè)定值的士2%。這些精度級(jí)別高于利用已知的電源裝置獲得的精度級(jí)別。根據(jù)固定觸點(diǎn)和移動(dòng)觸點(diǎn)的磨損程度，極彈簧5將大體上被壓縮，并且致動(dòng)器1提 供的力將大體上較大。實(shí)際上，觸點(diǎn)20、21磨損的越少，極彈簧5被壓縮的越多，因此為了 壓縮這些彈簧致動(dòng)器1提供的力必須越大。因此，可以將觸點(diǎn)的磨損程度與致動(dòng)器提供用 于壓縮極彈簧5的力互相關(guān)聯(lián)。圖2示意地示出在由移動(dòng)電樞11相對(duì)于固定磁軛10執(zhí)行 的開(kāi)/關(guān)行程Ct期間由致動(dòng)器1提供的力曲線(xiàn)。考慮斷開(kāi)行程，圖2的曲線(xiàn)的A部分示出 為了抵消極彈簧5因此將移動(dòng)觸點(diǎn)21擠壓在固定觸點(diǎn)20上而由致動(dòng)器1提供的力。根據(jù) 觸點(diǎn)的磨損程度，致動(dòng)器1提供的最大的力將不同，并且觸點(diǎn)磨損得越多，其將越低。從斷 開(kāi)起，從對(duì)應(yīng)于觸點(diǎn)斷開(kāi)的時(shí)刻的點(diǎn)X開(kāi)始，致動(dòng)器1提供的力減小，因?yàn)樗鼉H僅用于抵消 復(fù)位彈簧4。該力逐漸減小直到觸點(diǎn)全部斷開(kāi)。曲線(xiàn)C表示當(dāng)觸點(diǎn)磨損時(shí)由致動(dòng)器提供的 力曲線(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)移動(dòng)電樞11與固定磁軛10分離時(shí)輸入到工作線(xiàn)圈3的控制電流 因此表示由致動(dòng)器1提供用于將移動(dòng)電樞11保持在閉合位置以及抵消極彈簧5的最小的 力。因此，可以處理在此精確時(shí)刻測(cè)量的控制電流以檢測(cè)觸點(diǎn)的磨損或優(yōu)化裝置的操作?？梢詫㈦娏鳒y(cè)量裝置7添加到不同的優(yōu)選實(shí)施例以使能對(duì)流過(guò)工作線(xiàn)圈3的電流 的更準(zhǔn)確的閉環(huán)調(diào)節(jié)?？刂蒲b置2包括用于測(cè)量工作線(xiàn)圈3中的控制電流il的裝置7。如 在申請(qǐng)人提交的題為"Electric switch apparatus with optimized operation，，的專(zhuān)禾Ij 申請(qǐng)中所述，控制裝置2包括用于在移動(dòng)電樞11相對(duì)于固定磁軛10的分離發(fā)生時(shí)根據(jù)控 制電流il來(lái)確定固定觸點(diǎn)和移動(dòng)觸點(diǎn)的磨損程度的裝置。為了確定觸點(diǎn)的磨損程度，控制 裝置2可以例如將由用于測(cè)量的裝置7測(cè)量的電流il與在該裝置中記錄的不同的預(yù)定義 的閾值相比較以由此推出觸點(diǎn)的磨損程度，或與在前一次操作中測(cè)量的電流相比較以監(jiān)視 后者的變化。還可以將測(cè)量的電流il轉(zhuǎn)換成磨損百分比并將此百分比與不同的閾值進(jìn)行 比較。可以自然地預(yù)計(jì)其它的處理模式。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在移動(dòng)電樞11相對(duì)于固定磁軛10的分離發(fā)生時(shí)借助用于測(cè)量 的裝置7測(cè)量電流，控制裝置2還可以確定要被施加到致動(dòng)器1的最優(yōu)保持控制電流。通 常，選擇施加到致動(dòng)器1的保持電流足夠高，以便移動(dòng)電樞11能夠保持在閉合位置，不論添 加到該裝置的可選附加物(additive)的數(shù)目、該裝置經(jīng)歷的震動(dòng)或振動(dòng)的強(qiáng)度或該裝置 的磨損如何。因此，往往將該電流選擇為比必需的高以便能夠考慮這些不同的狀態(tài)。因此，可以處理在移動(dòng)電樞11相對(duì)于固定磁軛10的分離發(fā)生時(shí)測(cè)量的電流il， 以重新調(diào)整保持電流并確定適合于環(huán)境和該裝置的配置的最佳的保持電流。將在移動(dòng)電樞 11的分離發(fā)生時(shí)測(cè)量的電流例如增加設(shè)定的百分比，以保證在它的環(huán)境和它的配置下足以 執(zhí)行將移動(dòng)電樞11保持在閉合位置。可以每隔一定間隔執(zhí)行最佳的保持電流的確定以考慮附加物的任何增加或環(huán)境的變化?？梢栽陔娧b置中單獨(dú)提供此功能或者可以將此功能實(shí) 現(xiàn)為檢測(cè)觸點(diǎn)磨損的補(bǔ)充。具體地，其通過(guò)輸入用于將移動(dòng)電樞11保持在閉合位置所恰好 必需的控制電流，使得能夠優(yōu)化該裝置的功耗。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的調(diào)節(jié)裝置50被設(shè)計(jì)為精確地控制提供給工作線(xiàn)圈3的保 持電壓％ U。申請(qǐng)人:提交的題為“Electric switch apparatus with optimized operation，， 的所述專(zhuān)利申請(qǐng)還描述了包括以下步驟的控制方法-檢測(cè)移動(dòng)電樞11相對(duì)于固定磁軛10的分離，-當(dāng)移動(dòng)電樞11相對(duì)于固定磁軛10的分離發(fā)生時(shí)，測(cè)量流入工作線(xiàn)圈3中的控制 電流i (t)，-處理測(cè)量的控制電流il以便檢查該裝置或執(zhí)行該裝置的診斷。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的致動(dòng)器在減小EMC類(lèi)型的電磁干擾方面特別高效。優(yōu)選地，能夠使用脈寬調(diào)制PWM來(lái)調(diào)制施加到工作線(xiàn)圈3的電壓的控制裝置的使 用趨向于產(chǎn)生EMC類(lèi)型的干擾。如圖9所示，工作線(xiàn)圈3在非常短的時(shí)間期間經(jīng)歷大的電 流變化(di/dt)并且充當(dāng)無(wú)線(xiàn)發(fā)射器。在保持階段期間，PWM調(diào)制的調(diào)節(jié)必須很低以便在工作線(xiàn)圈3中產(chǎn)生弱電流。可 以用以下公式表達(dá)施加到線(xiàn)圈的電壓
權(quán)利要求
1.一種電磁致動(dòng)器(100)，包括-磁路(1)，包括與受控在斷開(kāi)位置與閉合位置之間移動(dòng)的移動(dòng)電樞(11)協(xié)作的磁軛 (10)；-至少一個(gè)工作線(xiàn)圈(3)，被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生磁通量以相對(duì)于磁軛(10)移動(dòng)或保持移動(dòng)電 樞(11)；以及-控制裝置O)，被設(shè)計(jì)為向該工作線(xiàn)圈(3)-在致動(dòng)器的閉合操作期間提供涌入電壓(U)，以及-在致動(dòng)器處于閉合位置的保持操作期間提供保持電壓(％ u),致動(dòng)器的特征在于，該控制裝置( 包括保持電壓(％u)的調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置包括-涌入電壓(U)的第一電壓降壓變壓器(51、54、56)，用于提供與涌入電壓(U)成比例 的較低的中間電壓(U)；以及-中間電壓(u)的第二電壓降壓變壓器(52、55、57)，用于提供與中間電壓(u)成比例 的較低的保持電壓(％u)。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁致動(dòng)器，其特征在于-第一電壓降壓變壓器(51)被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生固定的中間電壓(u)， -第二電壓降壓變壓器(5 被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生與固定的中間電壓(u)成比例的可變的保持 電壓(% U)。
3.如權(quán)利要求2所述的電磁致動(dòng)器，其特征在于，第二電壓降壓變壓器(52)包括用于 通過(guò)脈寬調(diào)制PWM來(lái)調(diào)制固定的中間電壓(U)的裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的電磁致動(dòng)器，其特征在于-第一電壓降壓變壓器(54)被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生可變的中間電壓(u)， -第二電壓降壓變壓器(55)被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生與可變的中間電壓成比例的固定的保持電 &(%u)0
5.如權(quán)利要求4所述的電磁致動(dòng)器，其特征在于，第一電壓降壓變壓器(54)包括用于 通過(guò)脈寬調(diào)制PWM來(lái)調(diào)制涌入電壓(U)的裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的電磁致動(dòng)器，其特征在于-第一電壓降壓變壓器(56)被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生可變的中間電壓(u)， -第二電壓降壓變壓器(57)被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生與可變的中間電壓成比例的可變的保持電 &(%u)0
7.如權(quán)利要求6所述的電磁致動(dòng)器，其特征在于，第一電壓降壓變壓器(56)包括用于 通過(guò)脈寬調(diào)制PWM來(lái)調(diào)制涌入電壓(U)的裝置，而且電壓第二降壓變壓器(57)包括用于通 過(guò)脈寬調(diào)制PWM來(lái)調(diào)制可變的中間電壓(u)的裝置。
8.如前述權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的電磁致動(dòng)器，其特征在于，該控制裝置(2)包 括用于測(cè)量致動(dòng)線(xiàn)圈(3)中的控制電流(il)的裝置、以及用于在該移動(dòng)電樞(11)相對(duì)于 該固定磁軛(10)發(fā)生分離時(shí)根據(jù)該控制電流(il)來(lái)確定固定觸點(diǎn)和移動(dòng)觸點(diǎn)的磨損程度 的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的電磁致動(dòng)器，其特征在于，該控制裝置(2)包括用于根據(jù)所述觸 點(diǎn)的磨損程度確定用于將移動(dòng)電樞(11)保持在閉合位置的最佳控制電流的裝置，調(diào)節(jié)裝置(50)控制提供給該工作線(xiàn)圈(3)的保持電壓(％u)。
10. 一種包括如前述權(quán)利要求中的任何一個(gè)所述的電磁致動(dòng)器(100)的接觸器類(lèi)型的 電開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于，其包括能夠在斷開(kāi)狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間移動(dòng)的移動(dòng)部件，所述部 件支持能夠相對(duì)于固定觸點(diǎn)00)移動(dòng)的至少一個(gè)移動(dòng)觸點(diǎn)以控制電路。
全文摘要
一種包括磁路的電磁致動(dòng)器，該磁路包括與受控移動(dòng)的移動(dòng)電樞協(xié)作的磁軛。工作線(xiàn)圈(3)被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生磁通量以相對(duì)于磁軛(10)移動(dòng)或保持移動(dòng)電樞(11)?？刂蒲b置(2)被設(shè)計(jì)為在閉合操作期間提供涌入電壓(U)，以及在保持操作期間提供保持電壓(％u)。該控制裝置(2)包括保持電壓(％u)的調(diào)節(jié)裝置，該調(diào)節(jié)裝置包括涌入電壓(U)的第一電壓降壓變壓器(51)，用于提供中間電壓(u)；以及中間電壓的第二電壓降壓變壓器(52)，用于提供保持電壓(％u)。
文檔編號(hào)H01H50/16GK102054627SQ20101054355
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者查爾斯·布隆德?tīng)? 羅蘭·莫薩尼特 申請(qǐng)人:施耐德電器工業(yè)公司