專利名稱：跳閘繼電器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種跳閘繼電器，其具有一個由一磁軛和一個作為偏轉銜鐵的磁銜鐵構成的磁路，其中該磁軛具有兩個磁極芯腿、即一個線圈磁極芯腿和一個支承磁極芯腿，其中偏轉銜鐵可以這樣圍繞著一設置在偏轉銜鐵與支承磁極芯腿之間的轉軸偏轉，使得該偏轉銜鐵和該支承磁極芯腿分別成為該磁路中靠近旋轉中心的鐵芯。
背景技術：
這樣一種跳閘繼電器，例如由“電氣技術雜志”(etz)第110卷(1989)第12期第580至584頁中所公開的這種跳閘繼電器通常應用于保護開關裝置，尤其是用于一種故障電流(FI)保護開關或差動電流(DI)保護開關中。在此，這樣一種FI和DI保護開關以類似的方式具有一個總電流互感器，一個線路網的所有通電導線穿過總電流互感器(Summenstromwandler)的變壓器芯。在出現故障電流(Fehlerstrom)情況下，在總電流互感器的次級繞組中感應出一個用來控制一與次級繞組連接的跳閘繼電器的脫扣信號或電壓信號。在也稱作脫扣器的跳閘繼電器上通常通過磁場平衡來釋放使開關機構脫扣的運動能量。開關機構再在此基礎上起到使線路網上的線路斷路的作用。
通常作為吸持磁鐵脫扣器來實現的跳閘繼電囂具有一個置放在一殼體或繼電器殼體里面的磁路，該磁路由一個具有磁極或磁極芯腿、又稱為鐵心的磁軛和一個覆蓋該磁軛磁極的磁銜鐵構成。稱為線圈磁極芯腿的磁極芯腿支承一個用作脫扣線圈或電磁線圈的線圈，而第二磁極芯腿稱為支承磁極芯腿。為了控制或釋放跳閘繼電器，由殼體中引出可與總電流互感器的次級繞組連接的線圈接頭。通過這些線圈接頭向脫扣線圈施加一個用于脫扣的脫扣電壓，使得由脫扣線圈產生的磁場與由一永久磁鐵產生的磁場作用相反。
因此在脫扣器脫開時刻由永久磁鐵產生并作用于磁銜鐵的力(固定吸持力或吸持力)受脫扣線圈的作用而減小到這樣的程度，使得由脫扣彈簧所施加的力(拉力)能夠將典型的所謂偏轉銜鐵以轉動運動方式從磁軛上拉開。由此該脫扣彈簧的力和轉矩傳遞到開關機構，使開關的鎖合脫開。在此，這樣一種跳閘繼電器的脫扣閾值一方面取決于脫扣線圈的勵磁水平，而另一方面取決于永久磁鐵將磁銜鐵吸持在磁軛上的吸持力或磁力。
磁力分布在各個分別作用于磁軛極面與磁銜鐵之間以及永久磁鐵與磁銜鐵之間的吸持力。在常用的跳閘繼電器中，線圈磁極芯腿的極面與磁銜鐵之間的吸持力相當小，因為一方面磁軛為支承線圈在其線圈處的橫截面比磁軛的其它部分小，另一方面為了在線圈磁極芯腿與永久磁鐵之間提供線圈的安裝空間該線圈磁極芯腿與支承磁極芯腿相比與永久磁鐵相距較遠。因此存在著例如在跳閘繼電器振動時磁銜鐵從磁軛上抬起的危險。
通過使磁軛強磁化可以防止跳閘繼電器的意外斷開，即磁銜鐵從磁軛上抬起。但是通過大的永久磁鐵實現磁軛強磁化也存在著缺點為脫扣而提供給脫扣線圈的所謂脫扣視在功率也必需相應增大。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種具有偏轉銜鐵的跳閘繼電器，其能可靠地防止意外脫扣、尤其是由于振動而導致的脫扣，同時又能夠以一個小的脫扣視在功率實現脫扣。
按照本發明，上述技術問題是這樣來解決的一個與偏轉銜鐵旋轉中心相關的、靠近旋轉中心的鐵心、即一支承磁極芯腿和/或一構成磁路的跳閘繼電器偏轉銜鐵在磁路中具有減小的橫截面。
通過這種減小的橫截面，構成部分磁路的磁軛的兩個磁極芯腿(即支承磁極芯腿和線圈磁極芯腿)的磁通是相匹配的。
在偏轉銜鐵有減小的橫截面的情況下，該減小的橫截面與支承磁極芯腿的距離小于與線圈磁極芯腿的距離。
通過優選開孔結構作為支承磁極芯腿和/或偏轉銜鐵上減小的橫截面，使得線圈磁極芯腿與偏轉銜鐵或磁銜鐵之間的吸持力在將磁銜鐵吸持在磁軛上的全部磁力中的份額增加。這樣，只要沒有脫扣電流流過圍繞線圈磁極芯腿的線圈，就能保證磁銜鐵可靠地吸持在磁軛上。同時，因為通過這種橫截面減小以及連接在磁路中的偏轉銜鐵處的橫截面減小使支承磁極芯腿上的吸持力減小，因此該脫扣(也就是使磁銜鐵從磁軛上脫開)可以通過向線圈輸入一個小的功率、即小的脫扣視在功率來實現。
偏轉銜鐵的轉軸與支承磁極芯腿極面的距離小于與線圈磁極芯腿極面的距離。因此，與支承磁極芯腿極面與磁銜鐵之間的吸持力相比，線圈磁極芯腿極面與磁銜鐵之間的吸持力通過更長的杠桿臂產生一個將磁銜鐵吸持在磁軛上的轉矩。這樣，與流過支承磁極芯腿的磁通相比，流過線圈磁極芯腿的磁通的相對增加在可靠地將磁銜鐵吸持在磁軛的意義上起到特別積極的作用，其中同樣在一個較小的脫扣視在功率下也保證跳閘繼電器可靠脫扣。
在加工工藝和結構上的優選方案是，只要支承磁極芯腿具有減小的橫截面，這個減小的橫截面優選由沿磁軛橫向貫穿該支承磁極芯腿的開孔構成。因此支承磁極芯腿的機械穩定性相對于實心支承磁極芯腿基本上不受影響。此外支承磁極芯腿極面相對于實心支承磁極芯腿極面沒有變小。同時通過開孔提供了一種方便地在磁軛上固定結構組件和功能組件的可能性。
磁軛最好由軟磁材料制成。從跳閘繼電器的電磁特性考慮，優選脫扣視在功率小于400μVA。對于軟磁材料，優選使所述支承磁極芯腿(7)最小橫截面(Q7b)處的磁通密度最多為具有70％-85％鎳含量的磁軛(2)材料的飽和電感的85％，或為具有40％-69％鎳含量的磁軛(2)材料的飽和電感的90％；和/或優選使所述線圈磁極芯腿(8)橫截面(Q8)處的磁通密度最多為具有70％-85％鎳含量的磁軛(2)材料的飽和電感的85％，或具有40％-69％鎳含量的磁軛(2)材料的飽和電感的90％。
下面結合附圖對本發明的實施方式作詳細描述圖1和圖2示意給出一個跳閘繼電器的截面圖和俯視圖；圖3和圖4給出圖1所示跳閘繼電器的磁軛、永久磁鐵和磁銜鐵的立體圖；圖5和圖6示意給出圖3和圖4所示裝置的截面圖和立體圖；
圖7為帶有另一種替換方式磁軛的裝置的立體圖；圖8和圖9為帶有橫截面減小的磁銜鐵的跳閘繼電器的立體圖。
在所有附圖中彼此相應的部件采用相同的附圖標記。
具體實施例方式
該在圖1、2、3、4、5和6中至少局部示出的故障電流保護開關的跳閘繼電器1包括一個由鎳含量為40％-85％的軟磁材料制成的鐵心或磁軛2、一個永久磁鐵3和一個磁銜鐵4。以底板5頂靠在殼體6壁板上的磁軛2包括分別連接在底板5上的支承磁極芯腿7和線圈磁極芯腿8。兩個磁極芯腿7、8分別以位于一個平面上的極面9、10為終端，磁銜鐵4頂靠在該兩極面上。磁銜鐵4為一個可以圍繞支承磁極芯腿7極面9上的棱邊11偏轉的偏轉銜鐵。因而棱邊11成為偏轉銜鐵4的轉軸。
該偏轉銜鐵4在磁軛2外部與一作為脫扣彈簧的拉簧12連接，該拉簧對偏轉銜鐵4施加一作用力F1，該作用力通過杠桿臂a1產生一個使偏轉銜鐵4從圖示閉合位置偏轉到打開位置的轉矩。在從圖示的閉合位置轉換到打開位置的過程中將一個穿過殼體6的頂桿13從殼體6中頂出，從而釋放圖中未示出的開關機構。彈簧力F1與磁吸持力F2、F3、F4起著相反的作用。具體地說，磁吸持力F2作用于支承磁極芯腿7與偏轉銜鐵4之間，磁吸持力F3作用于永久磁鐵3與偏轉銜鐵4之間，而磁吸持力F4作用于線圈磁極芯腿8與偏轉銜鐵4之間。磁吸持力F2、F3、F4分別對偏轉銜鐵4產生一個同方向的轉矩，其中各自的杠桿臂以a2、a3、a4表示，而杠桿臂a2、a3、a4的長度依此順序增加。杠桿臂a2、a4分別等于轉軸11到支承磁極芯腿7極面9的中心以及到線圈磁極芯腿8極面10的中心的距離。
當該圍繞線圈磁極芯腿8的線圈14中有電流通過時，產生一個與磁吸持力F2、F3、F4方向相反的磁力，從而在超過脫扣視在功率PA時由拉簧12產生的轉矩超過由磁吸持力F2、F3、F4產生的轉矩總和，并使偏轉銜鐵4打開。在此，該線圈14中的電流由一個圖中未示出的檢測線路網中故障電流的總電流互感器產生。從而當檢測到故障電流時出現故障電流的線路網與供給這個線路網的電源分離。
為了能支承該線圈14，該線圈磁極芯腿8具有比支承磁極芯腿7更小的橫截面。在其整個長度上幾乎不變的線圈磁極芯腿8的橫截面用Q8表示。由于線圈14圍繞著線圈磁極芯腿8，永久磁鐵3不是設置在磁鐵磁極芯腿7、8的中間位置，而是靠近支承磁極芯腿7。盡管存在這種影響，但為了保證通過磁軛2的兩個磁極芯腿7、8的磁通至少接近相等，支承磁極芯腿7具有一沿磁軛2橫向QR延伸的開孔15以減小其橫截面。因此支承磁極芯腿7具有一個較大的未減小的橫截面Q7a和一個在開孔15處的、較小的橫截面Q7b，該較小的橫截面在開孔15兩側被分成相等的分橫截面Q7b1，Q7b2。
該開孔可以有例如圓形、橢圓形、矩形或其它任意多邊形的形狀，具有這種開孔15的支承磁極芯腿7的機械穩定性與實心的支承磁極芯腿相比幾乎不削弱。該開孔15提供了一種方便地將一結構部件固定在跳閘繼電器1內部的可能，尤其提供了一種將支承磁極芯腿7本身固定在殼體6上的可能。該支承磁極芯腿7在其極面9區具有未減小的橫截面Q7a。該支承磁極芯腿7的最小橫截面Q7b大體上相應于線圈磁極芯腿8的橫截面Q8。該線圈磁極芯腿8與偏轉銜鐵4之間的吸持力F4起到了將偏轉銜鐵4吸持在磁軛2上的主要作用。
作為減小的橫截面15的另一種實施方式，圖7示出了該支承磁極芯腿7上有一收縮部分。減小的橫截面15由支承磁極芯腿7兩側對稱的缺口構成。與上述實施方式(圖1、2、3、4、5、6)一樣，在這個實施方式中該支承磁極芯腿7的極面9也具有一個與未減小的橫截面Q7a相應的面積。因此，由于偏轉銜鐵4撞擊在該極面9上而造成的該極面9上的磨損、尤其是在其構成轉軸的棱邊上的磨損實際上被排除了。
在圖8和9中示出了跳閘繼電器1的另一可替換實施方式。在這種情況下，不是支承磁極芯腿7而是偏轉銜鐵4具有減小的橫截面15，在圖8所示實施方式中減小的橫截面15由開孔構成，而在圖9所示實施方式中減小的橫截面由收縮或缺口構成。因此支承磁極芯腿7具有不變的橫截面Q7a、Q7b。偏轉銜鐵4的減小的橫截面15在這兩種情況下與線圈磁極芯腿8相比設置得更靠近支承磁極芯腿7，以便使通過支承磁極芯腿的磁通與通過線圈磁極芯腿8的磁通相比減小，從而使通過兩個磁極芯腿7，8的磁通分布相匹配。不僅支承磁極芯腿7而且偏轉銜鐵4都分別具有一個減小的橫截面15或多個減小的橫截面15的跳閘繼電器1的實施方式同樣是可以實現的。磁路外部的磁銜鐵4部分中的固定孔16用于固定拉簧12。
該跳閘繼電器1整體上通過其尺寸緊湊、結構易加工、節省材料和優良電磁性能、尤其是相對于振動的不敏感性以及在小脫扣視在功率PA時的脫扣可靠性體現出有突出的優點。
權利要求
1.一種跳閘繼電器(1)，具有一個由一磁軛(2)和一偏轉銜鐵(4)構成的磁路，其中該磁軛(2)具有一個線圈磁極芯腿(8)和一個支承磁極芯腿(7)作為磁極芯腿(7，8)，其中該偏轉銜鐵(4)可以這樣圍繞著一設置在偏轉銜鐵與支承磁極芯腿(7)之間的轉軸(11)偏轉，使得該偏轉銜鐵(4)和該支承磁極芯腿(7)分別成為該磁路中靠近旋轉中心的鐵芯(4，7)，其特征在于所述靠近旋轉中心的鐵心(4，7)在磁路中具有一減小的橫截面(15)。
2.按照權利要求1所述的跳閘繼電器，其特征在于所述減小的橫截面由開孔(15)構成。
3.按照權利要求1或2所述的跳閘繼電器，其特征在于所述支承磁極芯腿(7)具有一減小的橫截面(15)。
4.按照權利要求1至3中任一項所述的跳閘繼電器，其特征在于所述開孔(15)沿磁軛(2)的橫向(QR)上貫穿所述支承磁極芯腿(7)。
5.按照權利要求1至4中任一項所述的跳閘繼電器，其特征在于所述偏轉銜鐵(4)具有一減小的橫截面(15)，其中減小的橫截面與支承磁極芯腿(7)的距離小于與線圈磁極芯腿(8)的距離。
6.按照權利要求1至5中任一項所述的跳閘繼電器，其特征在于脫扣視在功率(PA)小于400μVA。
7.按照權利要求1至6中任一項所述的跳閘繼電器，其特征在于在所述支承磁極芯腿(7)最小橫截面(Q7b)處的磁通密度最多為具有70％-85％鎳含量的磁軛(2)材料的飽和電感的85％。
8.按照權利要求1至6中任一項所述的跳閘繼電器，其特征在于在所述支承磁極芯腿(7)最小橫截面(Q7b)處的磁通密度最多為具有40％-69％鎳含量的磁軛(2)材料的飽和電感的90％。
9.按照權利要求1至8中任一項所述的跳閘繼電器，其特征在于在所述線圈磁極芯腿(8)橫截面(Q8)處的磁通密度最多為具有70％-85％鎳含量的磁軛(2)材料的飽和電感的85％。
10.按照權利要求1至8中任一項所述的跳閘繼電器，其特征在于在所述線圈磁極芯腿(8)橫截面(Q8)處的磁通密度最多為具有40％-69％鎳含量的磁軛(2)材料的飽和電感的90％。
11.一種故障電流保護開關，其具有權利要求1至10中任一項所述的跳閘繼電器(1)。
全文摘要
本發明公開了一種跳閘繼電器(1)，具有一個由一磁軛(2)和一個作為偏轉銜鐵的磁銜鐵(4)構成的磁路，其中該磁軛(2)具有一個線圈磁極芯腿(8)和一個支承磁極芯腿(7)。為了使磁通相匹配，該支承磁極芯腿(7)和/或偏轉銜鐵(4)具有減小的橫截面(15)。
文檔編號H01H71/32GK1427435SQ0215786
公開日2003年7月2日 申請日期2002年12月20日 優先權日2001年12月20日
發明者約瑟夫·赫希伯格, 馬克西米利安·凱爾納, 杰拉爾德·萊納, 萊因哈德·施密德, 伯恩德·特勞特曼 申請人:西門子公司