專利名稱：用于電表的由鎖存器起動的繼電器的制作方法
技術領域：
本發明與繼電器和裝有繼電器的電表有關。
背景技術：
繼電器是一個電動操作開關，通常使用電磁體來機械操作開關機構，并且使用各種不同的開關機構。所謂的鎖存繼電器是繼電器的其中一種形式，它有兩種松弛狀態，這兩種狀態通過電源開啟，關閉電源時鎖存繼電器保留上一個狀態。已知的繼電器(例如GB 2 383 469 Al中披露的)包含一個觸點簧片，該觸點簧片關閉或中斷第一個和第二個繼電器觸點之間的電路。該繼電器包含一個開關機構，這一 開關機構采用H型電樞形式的永磁體。以永磁體為中心，永磁體被安放在磁化線圈的兩個軛架上。當磁化線圈的磁極顛倒時，就以永磁體為中心，從而取代了導致觸點簧片使得電路偏向和關閉或中斷的起動裝置。繼電器的應用廣泛。在某一特殊應用中，繼電器被用作斷路器插入電表中，用于控制向用戶的電力供應。繼電器受到磁力影響。在理想情況下，繼電器僅在開關機構運行時變換位置。但電磁繼電器有可能受到外部磁場的影響，運行將受到干擾。此外，在繼電器電路上運行的電磁力有可能導致電路在高電流的情況下出現斷路，例如與供電網的電流短時脈沖波形干擾有關的情況。
發明內容
使得繼電器適于插入電表并且與目前已知的繼電器相比對于磁力影響的敏感度較低是大有優勢的。此外，本發明的目標是要實現除已知繼電器之外適合插入電表的替代繼電器。根據本發明的第一個方面，所提出的繼電器包含-鎖存器起動裝置；-可用于在第一個鎖存器位置和第二個鎖存器位置之間進行周期性開關的機械鎖存器；-與鎖存器相連以跟隨鎖存器移動的繼電器起動裝置；-關閉或中斷第一個和第二個繼電器接線端之間的電路的觸電簧片，觸點簧片的一端與第一個繼電器接線端導電性連接，觸點簧片的第二個自由端關閉第一個觸點簧片位置中的電路，以及中斷第二個觸點簧片位置中的電路；其中，觸點簧片是導體通路的一部分，導體通路至少包含觸點簧片與第一個繼電器接線端相連的一端和自由端之間的一處彎曲，由此導體通路包含互相面對的第一段和第二段；其中，觸點簧片至少構成第一段；其中，繼電器起動裝置與觸點簧片相連，由此電路在第一個鎖存器位置關閉以及在第二個鎖存器位置中斷。本發明的繼電器的優點在于鎖存器裝置是機械的并且與鎖存器起動裝置分離，任何磁敏感零部件可由鎖存器起動裝置執行，與基于H型永磁錨定件的繼電器相比，鎖存器起動裝置可更加有效的避免磁場干擾，而H型永磁錨定件構成鎖存器裝置和起動裝置的一部分。此外，從觸點簧片的構造(至少觸點簧片的一段組成導體通路的一部分，導體通路包含在兩個相對段之間的至少一處彎曲)來看，洛倫茲(Lorentz)力導致這兩個相對的段互相排除，由此幫助在電流瞬變或電流短時脈沖波形干擾期間維持電觸點，并由此在電流短時脈沖波形干擾期間阻礙斷路，因斷路區內出現電磁力。開關機構和觸點簧片構造的結合使得繼電器作為一個裝置，對于來自已知來源的磁影響較不敏感。在本發明的第二個方面中，繼電器用作電表中的電路斷路器，被安排用于測量交流電源線所供應電力的用電情況，其包含-用于測量用電情況的測量電路；-依據本發明第一個方面的繼電器，其中繼電器接線端安排在電源線和負載之間，這樣當繼電器關閉時，負載與電源線電氣性連接，而當繼電器中斷時，負載與電源線電氣性斷開；以及 -控制鎖存器起動裝置的控制電路。該繼電器尤其適合電表，因電表不易受到磁場或磁效應影響很重要。通過應用并非基于永磁體的機械鎖存器，與已知電表相比，這一電表的斷路器不易受到磁干擾。此外，這種電表的斷路器能夠抵抗短時脈沖波形干擾，而短時脈沖波形干擾時常在公共電網上發生。總體而言，本發明的兩個方面可在本發明的范圍內以任何可能的方式整合及結合。這些方面以及本發明的其他方面、特點和/或優點將從下文所述的實施方案中明顯看出，并在下文所述的實施方案中予以說明。
本發明的實施方案將僅以示例的方式進行說明，并參考附圖，其中圖IA和IB顯示繼電器實施方案的示意圖；圖2顯示包含依據本發明實施方案的繼電器的電表元件的示意圖；以及圖3顯示控制電路實施方案的示意圖。
具體實施例方式依據本發明的繼電器I的實施方案的示意圖在圖IA和IB中所示。繼電器以圖IA中的第一個位置(也稱為關閉位置)進行說明，以圖IB中的第二個位置(也稱為中斷位置)進行說明。繼電器包含與觸點簧片6機械性相連的鎖存器起動裝置2、鎖存器3和繼電器起動裝置4。觸點簧片安裝在第一個繼電器接線端7和第二個繼電器接線端8之間，可在電路于兩個繼電器接線端7、8之間關閉的第一個位置(圖1A)和電路于兩個繼電器接線端7、8之間中斷的第二個位置(圖1B)之間移動。在圖示的實施方案中，觸點簧片的第一端9與導體18相連，而導體與觸點簧片和繼電器接線端之一互連；觸點簧片的第二個自由端5附有一個觸點鉚釘。第二個觸點鉚釘附于連接第二個繼電器接線端的相對導體19之上。通過移動觸點簧片的自由端，繼電器接線端之間的電路可被關閉或中斷。
依據本發明實施方案的起動或開關機構包括三個總體構成鎖存器起動裝置2、鎖存器3和繼電器起動裝置4。
鎖存器起動裝置2的優點是可被構建成基于電磁鐵的線性電磁起動裝置，其在通電時施加直線力10。這種線性起動裝置已為業界所知。基于電磁鐵的電磁線性起動裝置包含許多繞組11，這些繞組至少部分包住某一可磁化的插棒元件12，諸如鐵插棒，為的是當電流在繞組中運行時，磁力向內擠壓插棒。使用基于電磁鐵的電磁線性起動裝置的優點在于，即使起動裝置基于可磁化的插棒和電磁線圈，起動裝置也對外部磁場不敏感，因為其將需要極端的外部磁場以將插棒移入線圈，而線圈是開啟鎖存器所必需的。此外，鎖存器起動裝置相對于觸點簧片的位置并不至關重要。在電表中，鎖存器起動裝置可放在外部磁場無法輕易觸及的位置。鎖存器3是一種機械構造，可用于在第一個鎖存器位置和第二個鎖存器位置之間進行周期性開關，第一個和第二個位置在鎖存器開啟之前維持不變。機械鎖存器在實施方案中是以非磁性材料為基礎，形式一般為塑料元件和非磁性金屬簧片。雖然鎖存器可包含磁性元件，但存放的位置是依據機械力而非磁力。鎖存器裝置可能以至少兩個元件互相的周期性線性取代為基礎。鎖存器起動軸的優點是與電磁鐵起動裝置的起動軸一致。直線起動的機械鎖存器廣為所知，例如圓珠筆的直線起動的機械鎖存器，其可到達兩個位置中的任意一個，要么外推以進行書寫，要么內推以進行保護，當按下按鈕時，則在這兩個位置之間不斷切換。鎖存器構造是一個相當簡單的機械構造，采用簧片和相互作用型元件。此等構造可以多種方式構建，這些方式為機械構造領域的技能熟練人士所知，在此構造下，兩個可進行周期性線性取代的元件安排在兩個簧片之間，為的是兩個元件之間的輪換導致這兩個元件在兩個線性取代的安排之間切換。繼電器起動裝置4與鎖存器相連以追隨鎖存器的移動，具體的操作在圖2中進行了解釋。鎖存器依據圓珠筆的原理操作，在給鎖存器起動裝置2通電后，插棒12推動鎖存器變換位置，并在再次開啟之前保持位置不變。在圖示的實施方案中，在第一個鎖存器位置，繼電器起動裝置未推動或僅略微推動觸點簧片的自由端(圖1A)，而在第二個鎖存器位置，繼電器起動裝置推動觸點簧片的自由端以中斷兩個繼電器接線端之間的電路(圖1B)。在圖不的實施方案中，繼電器包含隨附于繼電器室(未顯不)的偏動簧片14,用于將觸點簧片向第一個觸點簧片位置進行偏動。一般而言，這種偏動可以通過觸點簧片自身的簧片部件來完成。但為了更好地匹配在關閉位置中的觸點壓力，可能傾向于使用專門的簧片14。一方面，所施加的觸點壓力應確保觸點壓力足以在兩個鉚釘之間獲得低電阻的觸點阻力，但另一方面，所施加的觸點壓力不應要求高規模的起動裝置，因繼電器起動裝置在觸點簧片上施加的力需要大于偏動簧片的偏動力。在1-6牛頓范圍內的觸點壓力通常是適當的。在圖示的實施方案中，偏動簧片是螺旋狀簧片，但可能會采用其他類型的簧片，例如附于繼電器室(未顯示)或觸點簧片底部的葉狀簧片。在同時出現電流瞬變和電流短時脈沖波形干擾的情況下，觸點鉚釘被排斥，同時電流瞬變通過，這使得觸點有可能由于排斥力而被暫時中斷，如果在高電流的情況下失去觸點，則會在兩個觸點鉚釘之間引起大量火花(弧形)，從而使得觸點鉚釘發熱，這有可能導致觸電鉚釘熔接在一起，從而有可能使得再也不能中斷電路。
如果要確保來自觸點簧片本身或來自偏動簧片的偏動力高到足以消除或限制電流短時脈沖波形干擾期間引起火花的風險，就需要有一臺高成本的起動裝置，因其需要向觸點簧片施加足夠大的力來抵消必要的偏動力。在一個繼電器接線端和一個觸點鉚釘之間構建導體通路以使得觸點簧片整合至導體通路，為的是觸點簧片至少某一段的位置在彎曲處17之后，從而確保導體通路的兩段15,16互為相對，而本發明的發明者已將其付諸實現。在這一構造中，電流將沿著兩個相對段15、16逆平行運行，并且根據洛倫茲力，這兩段將互相排斥。尤其在因電流瞬變而出現電流突然上升時，這兩段將互相排斥，并由此推動觸點鉚釘集中，從而抵消觸點鉚釘之間的排斥力，并確保至少在某種程度上，觸點鉚釘在電流瞬變時保持在觸點之中。在圖示的結構中，觸點簧片包含兩個反向段15和16，并附于一個雙端固定的連接體18之上，連接觸點簧片和第二個繼電器接線端7，在這里安裝雙端固定連接體18的目的是，實現電流在固定連接體和觸點簧片反向段16內的逆平行運行，因此既可強化來自洛倫茲力的排斥操作，又能確保觸點簧片上的觸點鉚釘被推向反向導體19上的觸點鉚釘。在備選方案中，附圖標記16這一段可能是觸點簧片附于其上的固定連接體的組成部分，位置在 彎曲17之前或之后。在圖示的方案中，觸點簧片15段和第二個連接體19中的電流為逆平行運行。為減少這些導體段間產生的排斥力，這樣構建導體旨在使導體段19脫離觸點簧片段15。這里的第二個導體19 一般也可用作雙端固定的導體。通常情況下，觸點簧片的尺寸標注采用的是所需尺寸和所需機械性能之間的折中方案。比如，采用的觸點簧片厚度(即硬度)、反向段15和16長度以及彎曲17設計能夠按照給定的額定功率使觸點鉚釘保持接觸。比如，可按照國際標準(如UC3繼電器額定功率標準或其他額定功率標準)中指定的額定功率對設計進行優化。UC3額定功率標準規定，在10毫秒內3千安培的三次脈沖過程中需要保持接觸。圖IA和IB顯示，原理圖中的觸點簧片表明觸點簧片由兩個外形為層壓板層彎曲組成。一般而言，觸點簧片或觸點簧片的一部分可能是一塊金屬片，或由壓成薄片的兩塊或多塊金屬片組成。使用層壓式觸點簧片比類似厚度的金屬片在可獲得的彈簧屬性方面有更大的靈活性，比如，由于彎曲17每個層壓片曲度的選擇適當。在另一個方案中，觸點簧片或觸點簧片的一部分可能會被分成兩枝，由此兩個平行的觸點簧片都能關閉或中斷第一個和第二個繼電器接線端之間的電路。每個平行觸點簧片的一端與第一個繼電器接線端導電性連接，第二個自由端分別關閉或中斷觸點簧片第一個和第二個位置端的電路。在一種實施方案中，每個觸點簧片的自由端各有一個觸點鉚釘，用于連接一個共享或兩個反向觸點鉚釘。把繼電器起動裝置連接到兩個觸點簧片使平行觸點簧片同時起動，由此在第一個鎖存器位置關閉電路，在第二個鎖存器位置中斷電路，并用一個共享偏動簧片將兩個觸點簧片偏向第一個觸點簧片的位置。利用一個安裝在中軸位置的偏動簧片可以實現這一目的。應用被分成兩枝的觸點簧片可吸收公差，并幫助保持觸點鉚釘之間較低的電阻性觸點阻力。圖IA和IB顯示，用一個繼電器電路來連接直流電(DC)或單相交流電(AC)。不過，兩個或多個斷路器電路可用來切斷多相交流電電路，提供的三相繼電器實例與圖2連接。在多相繼電器中，繼電器由兩組或多組繼電器接線端組成，每個構成一個包含觸點簧片的電路，這里的繼電器起動裝置被連接到各個觸點簧片，由此在第一個鎖存器位置關閉各個電路，在第二個鎖存器位置中斷電路。圖2顯示用來衡量交流電電源線的耗電量供應的電表25要素示意圖，依據本發明的實施方案有三個繼電器。該圖顯不安裝一個電表的一個外框20部分、電磁起動裝置2、機械鎖存器3是為了移動繼電器起動裝置4，斷路器電路22由觸點簧片6和接線端23組成。電源線可連接一個繼電器接線端8，在另一個繼電器接線端7載入。電表由一個測量電路 (未顯示)組成，用來測量耗電負荷，即消費者的耗電量。此外，電表還包括一個控制器(未顯示)，用來控制鎖存器起動裝置，因此通過控制鎖存器起動裝置，憑借觸點簧片的位置來控制從電源線到負荷的電力供應。控制器可作為電表總線電路的一部分。在圖示的方案中，繼電器起動裝置采用可移動框架形式，以實現與三個觸點簧片6的同步互動，因此，三相電表的全部三相電路一起被中斷或關閉。利用彈性聯軸器24可使框架4偏向已關閉的位置。在圖示的方案中，框架4把電磁起動裝置2連接到與這塊電磁鐵有關的鎖存器背面的鎖存器3。憑借這種方式，在這塊電磁鐵通電，并且插棒移入內部之后，鎖存器上的框架按鈕就把按鈕切換到第一個鎖存器位置和第二個鎖存器位置之間的周期性開關。在一種實施方案中，測量的耗電量基于對分路電阻器21內已知阻力的電壓壓降的測量。優點是，安裝的分路電阻器是兩個繼電器接線端之間電路的一部分。也可使用其他測量原則。在一種較為有利的實施方案中，鎖存器起動裝置是借助控制電路的交流電電源線控制供應，由此在應更換繼電器時，把交流電供應信號轉換成一個適當的驅動信號，供鎖存器起動裝置使用。圖3顯示控制電路利用交流電電源供應鎖存器起動裝置的實施方案的示意圖。按照已披露功能的具體操作屬于熟練人士各項相關技能的范疇。控制電路33接收單相或多相交流電壓(VAC)，在輸入口一邊被輸入到一個整流極30。在一個實施方案中，整流極可以是一個二極管布置，用來選擇信號的正極部分。整流極把輸入交流電信號轉換成整流信號，即整流電壓(VRECT)。這樣的整流信號被輸入到一個選擇器電路31，用來選擇一段整流信號電壓(VSEL)。這一選擇段作為驅動信號提供給鎖存器起動裝置2。收到驅動信號以后，鎖存器起動裝置扣動鎖存器開關，由此繼電器轉移位置圖3進一步顯示各階段的電壓示例。這些示例僅以圖例形式顯示。各種信號將依據特定操作而定。給出的示例使用的是多相信號的單相，也可使用兩相或多相。使用控制電路自交流電電源線中生成驅動信號較為有利，原因是驅動信號并未受到電表直流電電源的限制，此外，只要連接電源線，就可以確保繼電器電源，無須考慮電表的直流電電源。盡管本發明已通過相關具體實施方案予以說明，但其不應被理解為以任何方式局限于目前提供的示例。本發明能夠以任何適當方式進行操作；本發明的范圍按照所附的權利要求進行解釋。權利要求中的任何標記不應被理解為限制上述范圍。
權利要求
1.一種繼電器，包括 -一個鎖存器起動裝置(2); -可用于在第一個鎖存器位置和第二個鎖存器位置之間進行周期性開關的機械鎖存器(3)； -與鎖存器相連以跟隨鎖存器移動的繼電器起動裝置(4)； -關閉或中斷第一個和第二個繼電器接線端(7、8)之間的電路的觸點簧片(6)，觸點簧片的一端與第一個繼電器接線端導電性連接，觸點簧片的第二個自由端關閉第一個觸點簧片位置中的電路，以及中斷第二個觸點簧片位置中的電路； 其中，觸點簧片是導體通路(15-18)的一部分，導體通路至少包含觸點簧片與第一個繼電器接線端(7)相連的一端和自由端之間的一處彎曲(17)，由此導體通路包含互相面對的第一段(15)和第二段(16);其中，觸點簧片至少構成第一段；并且其中，繼電器起動裝置(4)與觸點簧片(6)相連，由此電路在第一個鎖存器位置關閉以及在第二個鎖存器位置中斷。
2.根據權利要求I所述的繼電器，繼電器還包括一個偏動簧片(14)，用于將觸點簧片向第一個觸點簧片位置進行偏動。
3.根據任何前述權利要求所述的繼電器，其中，第二個鎖存器位置的繼電器起動裝置把觸點簧片推向第二個觸點簧片位置。
4.根據任何前述權利要求所述的繼電器，其中，鎖存器起動裝置(2)是一個基于電磁鐵的電磁線性起動裝置，在鎖存器起動裝置通電時，該裝置施加直線力，引起鎖存器在第一個鎖存器位置和第二個鎖存器位置之間切換。
5.根據任何前述權利要求所述的繼電器，其中，機械鎖存器(3)無磁性。
6.根據任何前述權利要求所述的繼電器，其中，機械鎖存器(3)以至少兩個元件互相的周期性線性取代在第一個鎖存器位置和第二個鎖存器位置之間進行切換。
7.根據任何前述權利要求所述的繼電器，包括兩個平行觸點簧片，這兩個簧片用來關閉或中斷第一個繼電器接線端和第二個繼電器接線端之間的電路，每個觸點簧片有一端與第一個繼電器接線端連接，第二個自由端關閉或中斷分別位于觸點簧片第一端和第二端位置的電路，其中，繼電器起動裝置得以與兩個觸點簧片連接，由此在第一個鎖存器位置關閉電路，在第二個鎖存器位置中斷電路。
8.根據任何前述權利要求所述的繼電器，其中，繼電器由兩組或多組繼電器接線端構成，各繼電器接線端構成一個包括觸點簧片在內的電路，其中，繼電器起動裝置得以與各個觸點簧片連接，由此在第一個鎖存器位置關閉每個電路，在第二個鎖存器位置中斷每個電路。
9.安裝成用于測量源自交流電電源線的耗電量的電表(25)，電表組成部分包括 -安排用于測量用電情況的測量電路； -根據任何前述權利要求所述的繼電器，其中，繼電器接線端安排在電源線和負載之間，這樣當繼電器關閉時，負載與電源線電氣性連接，而當繼電器中斷時，負載與電源線電氣性斷開；以及 -控制鎖存器起動裝置的控制電路。
10.根據權利要求9所述的電表，其中，電表基于測量分路電阻器(21)周圍已知阻力的電壓壓降來確定耗電情況，其中，分路電阻器被安排成兩個繼電器接線端之間電路的一部分。
11.根據權利要求9或10所述的電表，其中，鎖存器起動裝置可借助控制電路的交流電電源線控制供應。
12.根據權利要求11所述的電表，其中，控制電路由一個整流極構成，用于選擇單相或多相交流電電源線正極部分以形成整流信號，而選擇器電路用于選擇一段整流信號，在這里將該選擇段作為驅動信號提供給鎖存器起動裝置。
全文摘要
本發明與繼電器(1)和擁有繼電器的電表有關。繼電器由一個鎖存器起動裝置(2)，可能一個基于電磁鐵的線性起動裝置，以及一個可用于在第一個鎖存器位置和第二個鎖存器位置之間進行周期性切換的機械鎖存器(3)構成。繼電器起動裝置(4)與鎖存器相連以追隨鎖存器的移動，并與觸點簧片(6)連接，關閉或中斷第一個繼電器接線端和第二個繼電器接線端(7、8)之間的電路。觸點簧片是導體通路(15-18)的一部分，導體通路至少包含一處彎曲(17)，由此導體通路包含互相面對的第一段(15)和第二段(16)。
文檔編號G01R11/00GK102867684SQ20111021415
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月22日 優先權日2011年7月7日
發明者C·韋斯特, J·T·漢森 申請人:卡姆魯普股份有限公司