專利名稱：開(kāi)關(guān)設(shè)備的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于開(kāi)關(guān)設(shè)備，尤其是用于接觸器或繼電器的控制裝置，該控制裝置帶有一磁系統(tǒng)以及一調(diào)節(jié)裝置，前者包括由銜鐵和磁軛組成的一電磁線圈，后者用于調(diào)節(jié)磁系統(tǒng)中的磁通。
開(kāi)關(guān)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)裝置通常借助一磁系統(tǒng)來(lái)工作，到目前為止已有的磁系統(tǒng)必須與開(kāi)關(guān)設(shè)備的電壓級(jí)和/或驅(qū)動(dòng)方式相適配。為此必需有大量的線圈變型。
尤其當(dāng)采用直流驅(qū)動(dòng)的接觸器時(shí)，在磁系統(tǒng)的吸動(dòng)階段已知必需一高電流以便克服彈簧力。與之相反，在磁系統(tǒng)閉合時(shí)，一明顯較小的電流就足以可靠保持。為了減小采用直流驅(qū)動(dòng)接觸器時(shí)的吸持功率，已采用了多種不同技術(shù)例如已知可采用兩個(gè)電磁線圈，一個(gè)用于吸動(dòng)階段，另一個(gè)用于吸持階段，其中所述線圈通過(guò)一輔助開(kāi)關(guān)可接觸。此外在吸持階段已經(jīng)有人建議采用脈沖的線圈電壓。脈沖性能決定有效線圈電流。當(dāng)接觸器可靠接通時(shí)，經(jīng)過(guò)一固定時(shí)間后進(jìn)行換接。
由DE 3047 488 A1已知一種用于電磁開(kāi)關(guān)設(shè)備的電路布線，其中利用一個(gè)雙點(diǎn)調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)一個(gè)吸持磁鐵處于閉合狀態(tài)的保持線圈的電流。為減小吸持功率，經(jīng)過(guò)一給定的時(shí)間段之后，轉(zhuǎn)換用于電流調(diào)節(jié)的閾值。在此借助于通過(guò)一霍耳探針的磁通量測(cè)量來(lái)求得用于電流控制的被測(cè)參數(shù)。此外由DE 41 29 265 A1已知一種帶有樞軸銜鐵系統(tǒng)的電磁開(kāi)關(guān)設(shè)備，其中利用一霍耳探測(cè)器測(cè)得漏磁通量并通過(guò)計(jì)算求得的磁通比例參數(shù)調(diào)節(jié)輸給線圈的功率。在DE 36 37 133中同樣通過(guò)形成一用于識(shí)別最小空氣間隙的磁分路來(lái)測(cè)量漏磁通量。最后由DE 32 46 739還已知一種帶有磁通傳感器的開(kāi)關(guān)接觸器，其中在磁系統(tǒng)的磁軛中有一霍耳傳感器，它的信號(hào)用于控制當(dāng)達(dá)到一預(yù)定磁通量時(shí)電激勵(lì)開(kāi)關(guān)接觸器。
此外由卡爾斯魯厄大學(xué)的第13期研究班于1995年10月4至6日召開(kāi)的接觸器研討會(huì)的會(huì)議記錄“接觸性能和開(kāi)關(guān)”中第101頁(yè)以下研究了由不同原理控制調(diào)節(jié)的接觸器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中也特別描述了一種用于調(diào)節(jié)磁系統(tǒng)中磁通量的裝置，在該裝置中，通過(guò)對(duì)纏繞在磁鐵腿上的一個(gè)線圈中的感應(yīng)電壓進(jìn)行積分來(lái)求得磁通量并借助一精確的磁鐵模型利用逆模擬方法來(lái)計(jì)算磁通量的額定預(yù)定值。由此專門設(shè)定一個(gè)與時(shí)間相關(guān)的磁通量額定曲線。該磁通量產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力并因此與機(jī)械運(yùn)動(dòng)建立因果聯(lián)系。
本發(fā)明的目的在于對(duì)用于上述類型的開(kāi)關(guān)設(shè)備中的控制裝置進(jìn)行簡(jiǎn)化，一方面致力于減小磁系統(tǒng)的吸持功率，另一方面致力于提高其機(jī)械及電力使用壽命。此外使該簡(jiǎn)化的控制裝置可應(yīng)用于不同的開(kāi)關(guān)設(shè)備，使得僅僅必需很少的線圈變型且該磁系統(tǒng)本身能夠制作得比目前為止更小。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即利用調(diào)節(jié)裝置在一預(yù)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)磁通量，該范圍與時(shí)間和行程無(wú)關(guān)。在此利用調(diào)節(jié)裝置優(yōu)選對(duì)通過(guò)線圈的磁通量，亦即線圈磁通量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
利用本發(fā)明，現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)設(shè)備的柔軟接通，通過(guò)由此減少觸頭彈跳而獲得更長(zhǎng)的使用壽命。
此外有利之處在于，僅僅必需一個(gè)用于吸動(dòng)和吸持的磁通量范圍，該范圍可調(diào)整為較窄的范圍。所述線圈磁通受調(diào)節(jié)的范圍寬度尤其位于磁通量的0.01％至10％之間，最好在0.05％至5％之間。線圈磁通的范圍寬度尤其可以根據(jù)開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行選擇。
本發(fā)明基于下述不尋常的認(rèn)知，即選擇線圈中磁通量的額定值最好與狀態(tài)和位置無(wú)關(guān)。在一具體的接觸器上進(jìn)行的測(cè)試已經(jīng)表明，為達(dá)到磁系統(tǒng)在開(kāi)啟狀態(tài)下的吸動(dòng)力和磁系統(tǒng)在閉合狀態(tài)下的吸持力，磁通量必需要有近似相等的值。在閉合狀態(tài)下，一明顯較低的電流就足以產(chǎn)生這么大的磁通量，因?yàn)榇藭r(shí)有較大的電感和較小的磁力阻抗。在一給定磁系統(tǒng)中通過(guò)對(duì)線圈匝數(shù)的調(diào)節(jié)適配使磁通量的值與電壓級(jí)無(wú)關(guān)。
這樣就獲得了相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，在簡(jiǎn)化磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)時(shí)，必須根據(jù)時(shí)間預(yù)先選擇磁通量。此外有利之處還在于，在一具體的接觸器上獲得的特性也可轉(zhuǎn)移到其它尺寸的接觸器上。尤其通過(guò)改變磁系統(tǒng)的磁軛中的強(qiáng)制空氣間隙，也可相應(yīng)獲得適配的性能。
本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)由下面借助附圖對(duì)實(shí)施例的說(shuō)明及其它從屬權(quán)利要求來(lái)獲得，附圖中

圖1所示為用于一磁系統(tǒng)的控制裝置的原理性結(jié)構(gòu)；圖2為磁通量和電流曲線在一窄范圍內(nèi)被調(diào)節(jié)的圖解；圖3所示為通過(guò)一輔助線圈來(lái)測(cè)量磁系統(tǒng)中的線圈磁通量的原理圖4所示為通過(guò)一磁場(chǎng)探頭測(cè)量線圈磁通的示意圖；圖5所示為由磁軛和銜鐵組成的磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中可看到強(qiáng)制空氣縫隙。
各附圖中相同的或起相同作用的元件具有相同的附圖標(biāo)記。這些附圖被部分地得以共同說(shuō)明。
在這些附圖中，附圖標(biāo)記1表示一個(gè)線圈，它是用于開(kāi)關(guān)設(shè)備的一磁系統(tǒng)的部件。在圖1中專門示出作為電感的線圈1，它通過(guò)一整流電橋5與交流電網(wǎng)的接線端相連。線圈1配有一個(gè)用于探測(cè)磁通的傳感器2。
在圖1中，10表示原來(lái)用于調(diào)節(jié)磁通量的裝置。它包含一個(gè)閾識(shí)別單元11和一個(gè)電壓監(jiān)控單元12以及一個(gè)可控開(kāi)關(guān)元件13。通過(guò)該可控開(kāi)關(guān)元件13，例如一晶體三級(jí)管，所述線圈1上接有整流端電壓。
單元12中的電壓監(jiān)測(cè)用于當(dāng)電壓超過(guò)一定的接通閾值，例如額定電壓的70％時(shí)，釋放接通過(guò)程。由此可以阻止接觸器在主接點(diǎn)上保持懸掛和熔結(jié)。
在釋放之后，測(cè)量通過(guò)線圈1的磁通量，亦即線圈磁通量，而并不測(cè)量在接通過(guò)程中在磁系統(tǒng)的工作間隙中的磁通量，然后將所測(cè)值用于調(diào)節(jié)控制。為線圈磁通量確定一上閾值和一下閾值。只要線圈磁通量保持在上閾值之下，該開(kāi)關(guān)元件13就保持閉合。當(dāng)超過(guò)上閾值時(shí)，就斷開(kāi)所述開(kāi)關(guān)元件13，線圈磁通量又重新變小。當(dāng)?shù)陀谙麻撝禃r(shí)又重新閉合所述開(kāi)關(guān)元件13。
通過(guò)這樣的調(diào)節(jié)就可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)線圈1的磁通量保持在預(yù)定界限內(nèi)，從而可在這樣一個(gè)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)線圈磁通量，即線圈磁通量的0.01％和10％之間，尤其在0.05％至5％之間。
為了使調(diào)節(jié)范圍進(jìn)一步規(guī)格化，在西門子公司的接觸器3TF 56上進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)，以獲得用于模擬計(jì)算的基礎(chǔ)資料。這一試驗(yàn)結(jié)果在圖2中示出，其中分別示出作為時(shí)間函數(shù)的磁通量φ和有關(guān)電流I。如圖例所示，對(duì)于一個(gè)1.35至1.4V.s的磁通量而言，一個(gè)400Hz的開(kāi)關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)約3.6％的窗口寬度。由于盡可能地期望頻率在高范圍之外，即在約20KHz之上，從而使得窗口寬度值在0.01％以下。因此可以這樣的方式確定一到目前為止未考慮到的狹窄范圍。
由圖2可進(jìn)一步知道，線圈磁通量φ(t)與時(shí)間無(wú)關(guān)。而對(duì)電流曲線I(t)來(lái)說(shuō)則正好相反，電流I按照曲線在約50ms后下降。
為了在預(yù)定的窄范圍內(nèi)調(diào)節(jié)磁通量，有必要采用已知的不同方法探測(cè)線圈磁通。
如圖3所示，磁系統(tǒng)20由線圈21(相應(yīng)于圖1中的線圈1)，磁軛22和銜鐵23構(gòu)成。在磁系統(tǒng)20的磁軛22上安設(shè)有一個(gè)輔助線圈24，它用于測(cè)量感應(yīng)電壓。該感應(yīng)電壓對(duì)時(shí)間求積分得到一個(gè)用于改變線圈磁通的量值。其所能達(dá)到的精確度在吸動(dòng)階段已足夠。由于在吸持階段的感應(yīng)電壓不可掌握，在測(cè)量過(guò)程中的偏移誤差可能會(huì)導(dǎo)致積分儀的漂移，因而必須采取適合的補(bǔ)償措施。
如圖4所示，在如圖3所示的同一個(gè)磁系統(tǒng)20上安裝一個(gè)磁場(chǎng)探針34，該探針測(cè)量B(加速)磁場(chǎng)或H(均強(qiáng))磁場(chǎng)。為此可能必須在磁系統(tǒng)20中設(shè)置一開(kāi)槽25。所述B磁場(chǎng)或H磁場(chǎng)是對(duì)通過(guò)線圈21的磁通量的測(cè)定。在此情形下特別有利的是不需要積分儀。
圖5基本上由圖1和圖4組合而成。在電控制模塊中，用于圖1所示線圈1或圖4所示線圈21的控制線路通過(guò)一個(gè)二極管橋接。在槽25中插入一合適的磁場(chǎng)探針34。
在圖5中利用了這一點(diǎn)，即在磁軛22中最好有一強(qiáng)制空氣縫隙30。通常在制造由片狀鐵片組成的磁軛時(shí)，就已設(shè)有這種強(qiáng)制空氣縫隙并用一種絕緣材料制的薄膜來(lái)填充，以便這兩個(gè)磁軛部件穩(wěn)固連接。
在圖5所示布置中，通過(guò)開(kāi)槽25和強(qiáng)制空氣縫隙30的特殊幾何形狀，在強(qiáng)制空氣縫隙30和開(kāi)槽25之間實(shí)現(xiàn)一個(gè)磁分壓器。通過(guò)改變幾何形狀來(lái)影響磁性能。一更窄的強(qiáng)制空氣縫隙使為吸持所必需的線圈磁通減小很多，然而對(duì)于為在斷開(kāi)狀態(tài)施加吸動(dòng)力所必需的線圈磁通量卻幾乎沒(méi)有影響。因此強(qiáng)制空氣縫隙的寬度b變化尤其可應(yīng)用于調(diào)節(jié)適配在閉合狀態(tài)所需的磁通量，使其具有和在斷開(kāi)狀態(tài)下所需磁通量的同等量值。
權(quán)利要求
1.一種用于開(kāi)關(guān)設(shè)備，尤其是用于接觸器或繼電器的控制裝置，其具有一磁系統(tǒng)和一用于調(diào)節(jié)磁系統(tǒng)中磁通量的裝置，該磁系統(tǒng)包括帶有銜鐵和磁軛的一線圈，其特征在于，利用該調(diào)節(jié)裝置(10)在一個(gè)與時(shí)間和行程無(wú)關(guān)的預(yù)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)磁通量。
2.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，測(cè)量在接通和吸持過(guò)程中的磁通量并將其用于調(diào)節(jié)。
3.如權(quán)利要求2所述的控制裝置，其特征在于，利用調(diào)節(jié)裝置(10)調(diào)節(jié)線圈(1，21)中的磁通量。
4.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，為線圈(1，21)中的磁通量規(guī)定一個(gè)上閾值和一個(gè)下閾值。
5.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，線圈磁通量受調(diào)節(jié)的范圍寬度在磁通量的0.01％至10％之間，最好在0.05至5％之間。
6.如權(quán)利要求5所述的控制裝置，其特征在于，根據(jù)所期望的開(kāi)關(guān)頻率選擇線圈磁通量受調(diào)節(jié)的范圍寬度。
7.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述線圈(1)通過(guò)一個(gè)可控開(kāi)關(guān)元件(15)和一整流器(5)與端電壓連接。
8.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(10)包含一個(gè)用于監(jiān)控電壓的單元(12)，利用它在電壓超過(guò)規(guī)定的接通閾值，例如額定電壓的70％時(shí)，釋放接通過(guò)程。
9.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制裝置，其特征在于，為測(cè)量磁通量設(shè)有一個(gè)帶積分儀(26)的輔助線圈(24)。
10.如權(quán)利要求9所述的控制裝置，其特征在于，在磁系統(tǒng)(20)的磁軛(22)上安設(shè)所述輔助線圈(24)。
11.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的控制裝置，其特征在于，為測(cè)量線圈磁通量設(shè)有一磁場(chǎng)探針(34)。
12.如權(quán)利要求11所述的控制裝置，其特征在于，所述磁場(chǎng)探針(34)安設(shè)在磁系統(tǒng)(20)的磁軛(22)的一開(kāi)槽(25)中。
13.如權(quán)利要求12所述的控制裝置，其中所述磁系統(tǒng)的磁軛具有一強(qiáng)制空氣縫隙，其特征在于，所述磁軛(22)中的開(kāi)槽(25)和強(qiáng)制空氣縫隙(30)構(gòu)成一磁分壓器。
14.如權(quán)利要求13所述的控制裝置，其特征在于，所述強(qiáng)制空氣縫隙(30)具有一預(yù)先選定的寬度(b)。
全文摘要
一種用于開(kāi)關(guān)設(shè)備,尤其是接觸器或繼電器的控制裝置,其通常具有一個(gè)磁系統(tǒng),該磁系統(tǒng)包括一個(gè)帶有銜鐵和磁軛的線圈。在過(guò)去已經(jīng)有人建議采用一種依據(jù)一額定曲線按時(shí)間調(diào)節(jié)磁系統(tǒng)中磁通量的裝置,其中該額定曲線是對(duì)于一磁模型而被精確計(jì)算出的。按照本發(fā)明,利用所述調(diào)節(jié)裝置(10)在一個(gè)預(yù)定的與時(shí)間及行程無(wú)關(guān)的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)磁通量。最好利用該調(diào)節(jié)裝置(10)調(diào)節(jié)通過(guò)線圈(1,21)的磁通量。尤其是線圈磁通量被調(diào)節(jié)的窄范圍能夠與時(shí)間及行程無(wú)關(guān),這按照現(xiàn)有技術(shù)是不可能實(shí)現(xiàn)的。
文檔編號(hào)H01H47/32GK1202269SQ96198342
公開(kāi)日1998年12月16日 申請(qǐng)日期1996年11月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月5日
發(fā)明者弗朗茲·烏爾特什 申請(qǐng)人:西門子公司