專利名稱：可容許故障電流的接觸器的制作方法
技術領域：
本發明整體涉及接觸器，特別涉及一種防止觸點在電磁接觸器中的故障狀態后焊合的方法和裝置。
在某些應用中，特別是在機電馬達控制器中，短路故障電流狀態在接觸器中產生橫穿觸點表面的極高收縮力。這種高收縮力常常克服觸點偏壓力并導致觸點被沖擊開。由于觸點被沖擊開后橫穿可移動觸點的電弧壓差快速下降，連同受到進一步壓縮時偏壓彈簧產生的增加的力，觸點將在幾毫秒內重新接通，并且通常是遠在故障電流返回到電流零點之前，這會導致觸點的永久焊接。換句話說，短路狀態下的觸點分開常規地導致可移動觸點和固定觸點間的飛弧。在短路造成瞬間分開時該飛弧可使觸點熔化，如果觸點在熔化的金屬冷卻并凝固之前閉合在一起，固定觸點和可移動觸點將被牢固地永久焊接在一起。由于短路的高電流將觸點沖擊開，然后觸點幾乎瞬間被觸點偏壓彈簧強制閉合，所以這種焊接可在非常短的時間間隔內發生。
在傳統的接觸器中，除觸點偏壓彈簧外，沒有提供特殊的裝置以防止短路故障電流時的沖擊開啟。為克服觸點沖擊開啟的影響，典型的方法是利用短路故障引起的磁力使觸點在高電流中保持閉合。這種系統的一個實例公開在美國專利3,887,888中，其中一對磁元件包圍觸點，借此當出現通過觸點的短路時，磁元件相互吸引，從而強迫觸點不分開。同樣，美國專利4,513,270利用當過載電流通過觸點時產生的磁通量產生電動力以強迫可移動觸點貼靠在固定觸點上，以防止觸點分開。
試圖在短路過程中保持觸點閉合的一個缺點是這種方法或者受到產生力的磁元件的磁飽和的限制，或者受到導致增加接觸器成本的復雜電流通路設計的限制。由于低于10,000安培時限流電路斷路器只有很少的保護，所以當接觸器的額定FLA值(FLA rating)低于125安培時該問題就更嚴重了。
因此，需要一種能夠在故障狀態下防止觸點焊接的方法和裝置，該方法和裝置通過在出現故障狀態時較快地打開觸點并維持觸點打開直到故障狀態消失，從而在閉合前允許觸點表面足夠冷卻并保證觸點固化以允許無后續焊接地閉合。
本發明提供一種解決前述問題的方法和裝置。與在故障電流狀態中強迫觸點處于閉合位置相反，本發明通過利用故障電流產生的磁力幫助觸點快速打開并使觸點維持在打開位置直到電流零點，最好到電流零點后幾毫秒。該方法允許觸點表面足夠冷卻并固化以防止觸點焊接。此外，對標準接觸器的添加成本較低，而且由于接觸器向電路提供電弧電壓，所以接觸器在短路狀態中提供某些電流限制。
本發明包括一接觸器，該接觸器具有一安裝在接觸器殼體中的固定觸點和一可移動觸點，該可移動觸點安裝為與固定觸點可操作相聯。該可移動觸點安裝在觸點支架中的窗口中，該觸點支架可移動地安裝在接觸器殼體中并由接觸器的電磁驅動機構(未示出)以已知方法在觸點閉合位置和觸點打開位置間驅動。在窗口中備有一向可移動觸點施加壓力的彈簧，以當觸點處于閉合位置時，偏壓可移動觸點使其靠在固定觸點上。一對磁元件結合在觸點支架中。第一磁元件位于可移動觸點附近，第二磁元件遠離可移動觸點相對側上的兩個觸點和第一磁元件。通過可移動觸點的故障電流在磁元件中產生磁場。在故障狀態中該磁場在磁元件間提供增加的磁力，該磁力幫助可移動觸點與固定觸點分開并維持觸點分開直到電流零點。可移動觸點要重新閉合在固定觸點上所必須經過的距要求有要足夠的時間以使觸點表面冷卻并固化，從而觸點可不會永久焊接在一起地閉合。
根據本發明的另一方面，公開了電流零點后延遲觸點閉合的兩種方法。在第一種方法中，磁元件間的物理距離預定為使得一旦磁元件被故障電流產生的磁力拉到一起，它們就被保持在位置上直到故障電流消退，此時偏壓彈簧的力克服磁力，可移動觸點運動回閉合位置。閉合所需要的時間與兩個磁元件間距離產生的縫隙直接相關。從而，增加縫隙將增加電流零點后觸點閉合的延遲時間，減少縫隙將減少電流零點后觸點閉合的時間。另一個延遲觸點閉合的方法包括利用具有增加的殘余通量的磁材料使觸點分開保持到電流零點后的更長一段時間。這種材料可包括具有恒定磁通量的永磁鐵和大小適當的偏壓彈簧以產生足夠長的觸點閉合延遲時間，以允許觸點在閉合前冷卻。應該注意到，從成本觀點看，提高電流零點后殘余通量的其它等效材料可能是更可取的。
根據本發明的另一方面，公開了一種防止電磁接觸器中的故障狀態下發生觸點焊接的方法。該方法包括提供一對觸點，其中至少觸點之一可相對另一觸點在閉合位置和打開位置間移動。當觸點處于閉合位置時，提供通過觸點的電流通路。該發明包括當存在穿過觸點的故障電流時在與可移動觸點相聯的磁元件和遠離可移動觸點的固定磁元件間產生高磁力，以拉開觸點。
本發明易于適合于通常的接觸器并且不會與這種接觸器的正常功能干涉。而且，由于磁元件可以是鋼板，所以本發明為傳統接觸器提供了極其經濟的附加成本以提供一可容許故障電流的接觸器。
通過下面的詳細描述和附圖本發明的各種其它特征、目的和優點將變得更清楚。
在附圖中
圖1所示為結合本發明的接觸器的透視圖；圖2所示為沿圖1的線2-2所取的圖1縱向橫截面視圖；圖3所示為沿圖2的線3-3所取的側向橫截面視圖；圖4所示為與圖3相似的視圖，但觸點處于打開的位置。
參見圖1，在透視圖中表示了可容許故障電流的接觸器10。接觸器10具有一可移動觸點支架12，其具有一上罩14，一對向上延伸的側壁15，并且可移動地安裝在接觸器殼體16中。該可移動觸點支架12由接觸器操作機構(未示出)在觸點打開位置和觸點閉合位置間以已知的方式驅動。該接觸器殼體16具有一對安裝在導體19上的固定觸點18。一對可移動觸點20安裝在觸點橋22上，觸點橋22位于觸點支架12的窗口23中。如圖1中所示，當位于閉合位置時，可移動觸點20還由偏壓機構或彈簧24偏壓靠在固定觸點18上，偏壓機構或彈簧24位于可移動觸點支架12的上罩14和支撐可移動觸點20的觸點橋22之間。
第一磁元件26位于在觸點橋22和窗口23的下表面之間靠近觸點橋22的位置，并如圖2中虛線所示，可與可移動觸點20和觸點橋22一起以向上的方向28移動。參見圖1，第二磁元件30固定地安裝在向上延伸的側壁15上，位于可移動觸點20和上罩14之間，當可移動觸點20處于閉合位置時，第二磁元件與第一磁元件26分開一定距離。
參見圖2，所示接觸器10處于閉合位置32，并用虛線表示處于打開位置34。在閉合位置32，可移動觸點20定位為傳導電流通過固定觸點18、導體19和觸點橋22。在打開位置34，電流通路被中斷。
圖3所示為圖2一部分的詳細視圖，其中觸點18、20處于閉合位置。可移動觸點支架12中的每個向上延伸的側壁15具有一個位于內壁40、42上的槽36、38。槽36、38相互平行以牢固地保持其中的第二磁元件30。第二磁元件30具有一中空的中心34以允許偏壓機構24無干涉地在第二磁元件30中可壓縮地移動。
參見圖4，所示為固定觸點18和可移動觸點20處于打開位置的接觸器10。在優選實施例中，第一磁元件26是U形的，使得閉合時如果故障電流通過觸點18、20，則在第一磁元件26和第二磁元件30間產生高磁場。該磁力把第一磁元件26拉向固定的第二磁元件30，借此打開觸點18、20，或幫助在沖擊開啟狀態中的打開，并在故障狀態過程中維持觸點打開。作為另外一種選擇，如該技術領域普通技術人員所容易想到的，第二磁元件30可以等效地為U形，第一磁元件26可以是U形的或平面的。只要觸點打開時兩個磁元件能夠相互物理閉合，其它的形狀也可適用。
在一個實施例中，磁元件由具有高殘余通量密度的材料構成，這種材料允許零電流狀態后觸點閉合前較長的延遲時間。在另一個實施例中，觸點閉合的延遲還可通過調整兩個磁元件間的物理距離來調整。磁元件可由鋼板構成，鋼板能夠在故障狀態下足以保護觸點不發生焊接，同時在元件成本和修改成本方面只向接觸器添加最小的成本。
根據本發明的另一方面，公開了防止電磁接觸器中高故障電流狀態下發生觸點焊接的方法。該方法包括提供一對觸點，其中觸點可相對另一觸點在閉合位置和打開位置間移動，當觸點處于閉合位置時提供通過觸點的電流通路。該發明包括當存在通過觸點的故障電流時把觸點拉開，這是由于在可移動觸點和固定磁元件間產生了磁力，磁力的大小足以使觸點維持觸點打開故障電流的持續時間。如前所述，一旦觸點打開并且故障電流消失，該發明還維持觸點分開一定時間，該時間或者取決于與磁元件使用的材料相關的殘余通量或者取決于磁元件間的物理距離。通過物理改變兩個磁元件間的的距離，觸點閉合前的延遲時間可通過調整兩個磁元件間的縫隙來調整。
這樣，為觸點提供了足夠的時間以在閉合前冷卻，借此防止了觸點焊接。另一個優點是由于觸點較快打開并且由于觸點被維持在打開位置直到故障狀態消失，所以在故障狀態過程中通過觸點的電流被限制了。
盡管通過優選實施例描述了本發明，但應該認識到，除了這些清楚地描述的以外，等效、替代和變型都是可能的并且包括在后附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一接觸器(10)，其包括一安裝在接觸器殼體(16)中的固定觸點(18)；一安裝為與固定觸點(18)可操作相聯的可移動觸點(20)；一對磁元件(26)、(30)，第一磁元件(26)位于可移動觸點(20)附近，第二磁元件(30)遠離兩個觸點(18)、(20)，使得由故障電流在磁元件(26)、(30)間產生的磁力在磁元件26、30間產生吸引，由此促進可移動觸點(20)與固定觸點(18)分開。
2.根據權利要求1中所述的接觸器(10)，使得當觸點(18)、(20)處于閉合位置(32)時，磁元件(26)、(30)間的縫隙最大，當觸點(18)、(20)處于打開位置(34)時，磁元件(26)、(30)間的縫隙最小。
3.根據權利要求1中所述的接觸器(10)，其特征在于，至少磁元件之一(26)是U形的。
4.根據權利要求1中所述的接觸器(10)，其特征在于，第二磁元件(30)具有中空中心(34)以將偏壓機構(24)接收于其中。
5.根據權利要求1中所述的接觸器(10)，其特征在于，磁元件(26)、(30)由鋼構成。
6.根據權利要求1中所述的接觸器(10)，其特征在于，與可移動觸點(20)相聯的磁元件(26)是可移動的，遠離兩個觸點(18)、(20)的磁元件(30)是固定的。
7.根據權利要求1中所述的接觸器(10)，其特征在于，磁元件(26)、(30)由具有高殘余通量的材料構成，以使觸點(18)、(20)維持在打開位置(34)直到故障狀態消失一段時間之后。
8.根據權利要求1中所述的接觸器(10)，其特征在于，觸點(18)、(20)保持打開(34)至少到故障電流消失。
9.根據權利要求1中所述的接觸器(10)，其特征在于，觸點(18)、(20)保持打開(34)到故障電流消失后的一段時間，借此防止觸點(18)、(20)的焊接。
10.根據權利要求9中所述的接觸器(10)，其特征在于，磁元件(26)、(30)間的縫隙為故障狀態后的觸點(18)、(20)閉合限定一段延遲時間，該延遲時間使磁力消失。
11.可容許故障電流的接觸器(10)，包括一接觸器殼體(16)，其中至少安裝了一個固定觸點(18)；一可移動觸點支架(12)，其具有一上罩(14)和一對向上延伸的側壁(15)，該可移動觸點支架(12)在接觸器殼體(16)中可在觸點打開位置(34)和觸點閉合位置(32)間移動；一安裝在可移動觸點支架(12)中并與固定觸點(18)可操作相聯的可移動觸點(20)，該可移動觸點(20)可在打開位置(34)和閉合位置(32)間轉換，當處于閉合位置(32)時，允許電流通過固定觸點和可移動觸點(18)、(20)；一偏壓機構(24)，其位于可移動觸點支架(12)的上罩(14)和可移動觸點(20)之間，以把可移動觸點(20)偏壓向固定觸點(18)；一第一磁元件(26)，其固定地安裝在可移動觸點(20)上并可與可移動觸點(20)一起移動；一第二磁元件(30)，其安裝在可移動觸點(20)和上罩(14)間，當可移動觸點(20)被偏壓到閉合位置(32)時，其遠離第一磁元件(26)；其特征在于，通過處于閉合位置(32)的固定觸點和可移動觸點(18)、(20)的故障電流在第一和第二磁元件(26)、(30)間產生磁場，該磁場的大小能夠幫助觸點(18)、(20)分開。
12.根據權利要求(11)中所述的可容許故障電流的接觸器(10)，其特征在于，觸點(18)、(20)保持打開，直到至少達到零電流并且故障電流因而消失。
13.根據權利要求11中所述的可容許故障電流的接觸器(10)，其特征在于，觸點(18)、(20)保持打開足夠長的時間以使觸點(18)、(20)冷卻并防止其中通過故障電流后發生觸點焊接。
14.根據權利要求11中所述的可容許故障電流的接觸器(10)，還包括第一和第二磁元件(26)、(30)間的縫隙，該縫隙限定故障電流消失后觸點閉合的延遲時間。
15.根據權利要求11中所述的可容許故障電流的接觸器(10)，其特征在于，第一和第二磁元件(26)、(30)由具有相當高殘余通量的材料構成，殘余通量的大小能夠使故障電流消失后觸點(18)、(20)閉合的時間延長得足夠長以允許觸點(18)、(20)冷卻。
16.根據權利要求11中所述的可容許故障電流的接觸器(10)，其特征在于，接觸器殼體(16)的向上延伸的側壁(15)分別具有位于內壁(40)、(42)上的相互平行的槽(36)、(38)，第二磁元件(30)具有中空的中心(34)，使得偏壓機構(24)可在第二磁元件(30)中壓縮，其特征還在于，第二磁元件(30)固定地安裝在上罩(14)的平行槽(36)、(38)中。
17.根據權利要求11中所述的可容許故障電流的接觸器(10)，其特征在于，至少第一磁元件(26)和第二磁元件(30)中的一個是U形的。
18.一種防止電磁接觸器(10)中故障狀態下發生觸點焊接的方法，包括如下步驟提供一對觸點(18)、(20)，其中至少一個觸點(20)可相對另一個觸點在閉合位置(32)和打開位置(34)間移動；當觸點處于閉合位置(32)時，提供通過觸點(18)、(20)的電流通路；在存在通過觸點(18)、(20)的故障電流過程中拉開觸點(18)、(20)，這是由于在可移動觸點(20)和固定磁元件(30)間產生了磁力，該磁力的大小足以使觸點(18)、(20)維持打開故障狀態的持續時間。
19.根據權利要求18中所述的方法，還包括維持磁力以使故障電流消失后觸點(18)、(20)繼續打開的步驟。
20.根據權利要求19中所述的方法，還包括給予觸點(18)、(20)足夠的時間以在觸點(18)、(20)閉合前冷卻，借此防止觸點(18)、(20)的焊接的步驟。
21.根據權利要求18中所述的方法，還包括把觸點(18)、(20)偏壓向閉合位置(32)的步驟。
22.根據權利要求18中所述的方法，還包括在故障狀態過程中限制通過電流通路的電流的步驟。
23.根據權利要求18中所述的方法，其特征在于，通過用第一磁元件(26)包圍電流通路并使第二磁元件(30)與第一磁元件(26)遠離一定距離產生磁力，使得在故障狀態過程中磁元件(26)、(30)相互吸引，借此使觸點(18)、(20)在故障狀態中維持分開。
24.根據權利要求18中所述的方法，還包括提供一對具有高殘余通量密度的磁元件(26)、(30)以使觸點(18)、(20)閉合的時間延長直到故障電流消失，磁元件之一(26)附著在可移動觸點(20)上，另一個(30)遠離可移動觸點(20)以在故障狀態過程中打開觸點(18)、(20)。
25.根據權利要求18中所述的方法，還包括這樣的步驟，即通過在磁元件(26)、(30)間提供限定的縫隙來提供觸點(18)、(20)閉合時間的延遲，借此使閉合延遲到觸點(18)、(20)已經足夠冷卻以防止觸點焊接。
全文摘要
公開了一種用于防止故障狀態過程中觸點18、20焊接的方法和設備。該可容許故障電流的接觸器包括兩個磁元件26、30,其中之一26與可移動觸點20可操作相聯,另一個30固定在附著在可移動觸點20的上方,使得當發生故障狀態時,產生磁力以把兩個磁元件26、30拉到一起以打開觸點18、20。該磁力使觸點18、20保持打開至少到電流零點,最好保持到電流零點后的一定時間以為觸點18、20提供足夠時間進行冷卻并防止觸點18、20閉合時產生焊接。
文檔編號H01H1/54GK1242586SQ9911062
公開日2000年1月26日 申請日期1999年7月21日 優先權日1998年7月21日
發明者周信, C·J·維洛克 申請人:易通公司