CN101496124B - 用于检测断路器的三种状态的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测断路器(1)的“接通”、“断开”和“跳闸”三种状态的装置，包括可动磁装置(40、41)，该可动磁装置(40、41)在相应于断路器(1)的三种状态的三个位置之间可动，并且包括生成磁场的至少一个永久磁体(400、401、410)，该磁场具有用于经磁效应而驱动两个DIP开关(2a、2b)的磁场线(L)。在磁装置(40、41)的各个位置中，两个DIP开关被控制于打开或闭合位置中，以形成代表断路器(1)的三种状态之一的特定组合。

Description

用于检测断路器的三种状态的装置

技术领域

本发明涉及一种用于检测断路器的“接通”、“断开”和“跳闸”三种状态的装置。

背景技术

一种用于检测断路器的“接通”、“断开”和“跳闸(trip)”三种状态并发信号的装置通过文献US 4969063为人们所知。该装置包括机械地连接到用于驱动断路器的部件的三位开关。三位开关通过三个电轨来实现，每个电轨分配给驱动部件的一个位置，并与固定于驱动部件上的可动电触点相互作用。根据驱动部件的位置，开关接通第一颜色的第一LED、第二颜色的第二LED或同时接通两个LED以混合它们的颜色。

这种装置通过驱动部件和电轨之间的机械接触而工作。这些轨随着驱动部件的开关转换可能会渐渐磨损，最终影响电连接的质量。此外，如果驱动部件在其位置之一具有一些间隙，可动触点和相应的磁轨之间的电连接可能会不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测断路器的三种状态的装置，该装置是可靠的、精确的、只需很小的空间、并且其电连接没有过早磨损的风险。

该目的通过一种用于检测断路器的三种状态的装置而获得，其特征在于，该装置包括：

可动磁装置，能在相应于断路器的三种状态的三个位置之间被移动，并包括至少一个永久磁体；

两个微型开关，能被永久磁体的磁效应控制；并且还在于：

每个微型开关具有能够在磁场线的一取向上被对齐(align)的可动元件，以便占据打开位置或闭合位置；

在磁装置的各个位置中，两个微型开关被控制于打开位置中或闭合位置中，以形成代表断路器的三种状态之一的特定组合。

根据一特定特征，磁装置机械地连接到断路器的驱动部件，该驱动部件能占据相应于断路器的三种状态的三个位置。

根据本发明的第一变型实施例，磁装置被驱动而平移。

根据一特定特征，磁装置包括由铁磁性材料制成的对称部分。在第一构造中，铁磁性部分具有例如两个U形分支，并且永久磁体在两分支之间被对称地安装到铁磁性部分上。在第二构造中，铁磁性部分还可以具有三个分支，以便形成E形，一个永久磁体占据由铁磁性部分的三个分支所形成的两个间隙(hollow)之一。

根据第二变型实施例，磁装置被驱动而旋转。磁装置的永久磁体被安装到例如架上，该架被机械地连接到驱动部件的轨驱动而枢转。

根据本发明，可动元件是例如能在磁效应下枢转的铁磁性隔膜。

根据本发明，检测装置包括负责根据微型开关的位置来表示断路器的三种状态之一的信号装置。信号装置被安装到例如断路器的壳体上，或相对于断路器是远程的(remote)。

本发明还涉及一种断路器，包括如上所限定的检测装置和用于监视多个这种断路器的系统。监视系统包括例如连接到断路器检测装置的通信总线。该通信总线被连接到中央终端，该中央终端负责处理和集中所接收的信号，并根据这些信号显示连接到总线的各个断路器的状态。可以显示在被照明的板上或终端的屏幕上。

其它特征和优点将在以下参考作为示例而给出的实施例和附图的详细描述中变得清楚。

附图说明

图1A到1C以侧视图示出具有三个位置并装备有根据本发明的检测装置的断路器，所述三个位置分别处于“断开”、“接通”和“跳闸”状态。

图2以透视方式示出本发明的检测装置的可动板的第一实施例。

图3以透视方式示出根据第一实施例的磁装置。

图4示出由图3的磁装置的磁体所生成的磁场的场线。该图还示出两个静止的微型开关。

图5A到5C以侧视图示出图3的磁装置的三个不同位置，还示出由其永久磁体生成的磁场对两个微型开关的状态的影响。

图6以俯视图示出本发明的检测装置的可动板的第二实施例。

图7根据第二实施例的磁装置。

图8示出由图7的磁装置的永久磁体所生成的磁场的场线。图8还示出两个静止的微型开关。

图9A到9C以侧视图示出图7的磁装置的三个不同位置，还示出由其永久磁体所生成的磁场对两个微型开关的状态的影响。

图10示出在断路器中实施的根据本发明的检测装置的一变型。

图11A到11C示出图10的检测装置的工作原理。

图12示出例如用于本发明的检测装置中的微型开关。

图13A和13B示出被永久磁体驱动而分别处于打开位置和闭合位置的图12的微型开关。

图14示出被两个微型开关控制的信号装置的构造的示例。

具体实施方式

本发明的检测装置设计为安装于三位置断路器1中。在一已知方式中，断路器1包括壳体10，该壳体10上安装有由例如枢转或旋转的操作装置11构成的驱动构件。图1A到1C中，操作装置具有枢转杆的形状，但应该理解的是，它同样可以呈旋转按钮的形状。

操作装置11可以在三个位置之间运动：“接通”(M)位置、“断开”(A)位置以及位于“接通”(M)位置和“断开”(A)位置中间的“跳闸”(D)位置。当检测到电故障(例如短路)时，操作装置会自动从“接通”(M)位置运动到“跳闸”(D)位置。在操作装置11的三个位置(M、A、D)的每一个中，断路器相应分别处于“接通”、“断开”或“跳闸”位置。

检测装置包括安装于电信号电路C上并设计为检测断路器1的状态的至少两个相邻微型开关2a、2b(两者均用2表示)。

每个这些微型开关2a、2b可以通过驱动器在两个位置：打开位置(图13A)和闭合位置(图13B)之间切换。

根据本发明，在它们的两个位置之间，这些微型开关2a、2b被磁效应控制。每个这些微型开关2a、2b对由磁性驱动器生成的磁场的场线L的取向敏感。这种微型开关2在例如MEMS(微型机电系统)技术中被制造。

图12到13B示出了对场线L的取向敏感的微型开关2的一示例性构造。

对场线L的取向敏感的微型开关2包括可变形铁磁性可动隔膜(membrane)20，该隔膜20能被磁性驱动器驱动而绕旋转轴(R)旋转。隔膜20由例如铁镍合金制成。

隔膜20具有纵轴(A)，并在其一个端部被连接臂22a、22b连接到固定于基底3上的一个或多个锚定块(anchoring block)23。隔膜20能够在垂直于纵轴(A)的旋转轴(R)上相对于基底3枢转。连接臂22a、22b在隔膜20和锚定块23之间形成弹性连接，并在隔膜20枢转时被弯曲。两个微型开关2a、2b被制作到例如同一基底3上。

在其相对于旋转轴的远端处，隔膜20支承可动触点21。通过枢转，隔膜20可以占据至少两个确定位置：打开位置(图13A)，其中沉积于基底3上的两个固定电轨31、32是打开的；或闭合位置(图13B)，其中两轨31、32被由隔膜20所支承的可动触点21连接在一起。

驱动隔膜20的一个方法是，施加由永久磁体4所生成的磁场。铁磁性隔膜20在它的两个位置之间移动，在永久磁体4所生成的磁场的场线L上对齐自身。参考图13A和13B，永久磁体4的磁场具有场线L，该场线L的取向在隔膜20的铁磁性层中沿它的纵轴(A)生成磁分量(magneticcomponent)BP₀、BP₁。隔膜20中生成的磁分量BP₀、BP₁产生磁矩，促使隔膜20占据一个位置：闭合(图13B)或打开(图13A)。通过相对于隔膜20移动永久磁体4，能使隔膜受永久磁体4的磁场的场线L的两个不同取向的支配，并能使隔膜20在它的两个位置之间倾斜。

本发明的检测装置采用该驱动原理。

检测装置包括能做平移运动的板5，该板5由例如塑料制成，机械地连接到操作装置11，并能占据相应于断路器1的三个状态的三个位置。参考图1A到1C，该板5安装到例如滑轨上，并能在操作装置11处于“断开”(A)位置时占据低位(图1A)，在操作装置11处于“接通”(M)位置时占据高位(图1B)，或在操作装置11处于“跳闸”(D)位置时占据位于高位和低位之间的中间位置(图1C)。

可动板5支承具有一个或两个永久磁体的磁装置40、41，所述磁体设计为在微型开关2a、2b各自的两个位置之间驱动微型开关2a、2b。

图3示出根据第一实施例的磁装置40，包括两个相同的永久磁体400、401。该磁装置包括具有E形纵截面并由铁磁性材料制成的对称部分402。该铁磁性部分402具有两个间隙，每个间隙均被与铁磁性部分402的侧面和顶面平齐的永久磁体400、401完全占据。

磁装置40在其顶面上依次具有：第一端铁磁性部、由第一永久磁体400构成的第一磁性部、第二中央铁磁性部、由第二永久磁体401构成的第二磁性部以及第三端铁磁性部。在铁磁性部分402中布置永久磁体400、401，能将由两个永久磁体400、401所生成的磁场的场线限制在磁装置40周围(图4)。

图7示出根据第二实施例的磁装置41，包括单个永久磁体410。该磁装置也包括由铁磁性材料制成的本身具有U形纵截面的对称部分412。永久磁体410在U形部分的两个分支之间被对称地安放，两侧各留出一间隙。图8示出在该磁装置41中由永久磁体410所生成的磁场的场线L。铁磁性部分412的存在也能将场线L限制在磁装置41的周围(图8)。

根据第二实施例的磁装置41在其顶面上依次具有：第一端铁磁性部、一间隙、由永久磁体410构成的中央磁性部、第二间隙以及第二端铁磁性部。

根据本发明，装在壳体24中的微型开关2a、2b被安装到安装成与可动板5相对的印制电路25上(图1A到1C)。

微型开关2a、2b被安装成使旋转轴(R)平行于可动板5的平移面，而垂直于可动板5的平移方向。

在第一构造中，可动板5支承具有两个永久磁体400、401的磁装置40。

在该第一构造中，两个微型开关2a、2b取向为例如相同方向。

在可动板5的底部位置(图1A)，两个微型开关2a、2b的隔膜20均在第一永久磁体400的场线的同一取向上被对齐，使它们处于闭合位置(5A)。

在可动板5的顶部位置(图1B)，两个微型开关2a、2b的隔膜20均在第二永久磁体401的场线的同一取向上被对齐，使它们处于打开位置。

在可动板5的中间位置(图1C)，两个微型开关2a、2b的隔膜20与磁装置40的中央铁磁性部分相对。第一微型开关2a的隔膜20在第一永久磁体400的场线的一取向上被对齐而处于闭合位置，而第二微型开关2b的隔膜20在第二永久磁体401的场线的一取向上被对齐而处于打开位置。

在第二构造中，可动板5支承具有单个永久磁体410的磁装置41。在该构造中，两个微型开关2a、2b在例如不同的方向上取向，例如沿旋转轴(R)背靠背(back-to-back)。

在可动板5的底部位置(图9A)，两个微型开关2a、2b的隔膜20在永久磁体410的场线的同一取向上被对齐，使第一微型开关2a的隔膜20处于闭合位置而第二微型开关2b的隔膜20处于打开位置。

在可动板5的顶部位置(图9C)，两个微型开关2a、2b的隔膜20在永久磁体410的场线的同一取向上被对齐，该取向与在板5处于底部位置时所看到的隔膜20的场线的取向相反。于是，第一微型开关2a处于打开位置，而第二微型开关2b处于闭合位置。

在可动板5的中间位置，两个微型开关2a、2b在磁装置41的对称轴的两侧对称地排列，因此它们的隔膜20分别在永久磁体410的场线的两个不同方向上被对齐。因此，两个背靠背的微型开关2a、2b处于打开位置。

在这两种构造中，两个微型开关2a、2b被控制，以在板5的各个位置形成隔膜20的不同打开和/或闭合组合，从而在每个场合生成不同信号来表示可动板5的位置，从而表示操作装置11的位置和断路器1的状态。

根据一变型实施例，磁装置由固定到被轨61驱动而绕一轴旋转的架60上的单个永久磁体43构成，该轨61通过既与操作装置11又与触发器(未示出)相互作用的机构以机械方法直接或间接地与操作装置11连接。在一已知方式中，该轨61根据所述机构的状态能平移运动以占据三个位置：“接通”位置、“断开”位置和“跳闸”位置，以便分别表示断路器的“接通”状态、“断开”状态和“跳闸”状态。这种装置在专利FR 2834379和FR 2827703中有更详细的描述。

在该变型中，磁装置不是被驱动而平移，而是绕一轴旋转。磁装置也可以设计为平移和旋转的组合。

在旋转时，永久磁体43使例如装在壳体24中的两个微型开关2a、2b受到具有不同取向的场线L的磁场的作用，以使两个微型开关2a、2b处于打开或闭合位置。

参考图11A到11C，永久磁体43在微型开关2上方绕与隔膜20的旋转轴(R)平行并处于相同方向上的轴转动。例如，微型开关2a、2b取向为相同方向并排列于磁体43的轴(A1)两侧，于是当永久磁体43平行于支承有微型开关2a、2b的基底3时，第一微型开关2a的隔膜20在永久磁体43的磁场的场线L的一取向上被对齐而处于打开位置，而第二微型开关2b的隔膜在场线L的相反取向上被对齐而处于闭合位置(图11B)。

在图11A中，永久磁体43朝逆时针方向倾斜，因此第一微型开关2a的隔膜20在场线L的一取向上被对齐而处于打开位置，且第二微型开关2b的隔膜20在场线L的一取向上被对齐也处于打开位置。

在图11C中，永久磁体43朝顺时针方向倾斜，因此第一微型开关2a的隔膜20在永久磁体43的场线L的一取向上被对齐而处于闭合位置，且第二微型开关2b的隔膜20在永久磁体43的场线L的一取向上被对齐也处于闭合位置。

根据两个微型开关2a、2b的状态，不同信号可以被信号装置7(图1A到1C)传送，该信号装置7包括如图14所示的信号电路C，并受控于两个微型开关2a、2b。图14所示的图解只是一个示例，决不起限制作用。信号装置7可以被安装到断路器的壳体10上，或者相对于断路器是远程的。

如图14所示的信号装置适合于在以下情况下工作：在断路器1处于第一状态时，两个微型开关2a、2b打开；在断路器1处于第二状态时，第一微型开关2a打开而第二微型开关2b闭合；以及在断路器处于第三状态时，第一微型开关2a闭合而第二微型开关2b打开。这些组合是使用上述的根据第二实施例的安装有磁装置41的检测装置而获得。

该电路C包括例如并联的四个分支C1、C2、C3和C4。C1、C2两分支各自被微型开关2a、2b之一控制。二极管D1、D2被安装成与每个微型开关串联，一个取向为接通状态，而另一个取向为打开状态。电路C的另两个并联支路C3、C4各自支承一个LED(发光二极管)L1、L2，一个取向为接通状态，而另一个取向为打开状态。

当第一微型开关2a闭合而第二微型开关2b打开时，第一LED L1接通而第二LED L2断开。该组合相应于例如断路器1的“断开”状态。

当第一微型开关2a打开而第二微型开关2b闭合时，第一LED L1断开而第二LED L2接通。该组合相应于例如断路器1的“接通”状态。

当两微型开关2a、2b都打开时，两LED L1、L2均接通。该组合相应于例如断路器1的“跳闸”状态。

根据本发明，基于两个微型开关2a、2b，因此问题是制定代表每个微型开关2a、2b的状态和由信号装置的LED所引起的状态的真值表，其中微型开关2a、2b的状态取决于可动板5的位置。该真值表根据微型开关2a、2b的初始配置而不同。

信号装置7可以是远程的，也可以结合到设计为监视多个断路器的状态的监视系统中，该断路器安装在同一板上或分布在不同位置。有利地，在该系统中，在断路器1的检测装置的输出端获得的电信号被例如发送到与例如中央计算机终端相连的通信总线，该中央计算机终端处理接收到的信号并显示连接到总线的所有断路器的状态。显示可以通过具有LED的照明板或终端的屏幕来获得。

根据本发明，通过使用以适当方式布置的两个以上的微型开关，能检测三种以上的机械状态。

应充分理解的是，根据磁装置的位置，微型开关的状态取决于它们的取向、所使用的永久磁体的几何形态或磁装置的驱动方法。上述所获得的不同组合没有限制性，可以设计其它构造。

应充分理解的是，在不背离本发明的范围的前提下，可以使用其它变型和细节的补充，甚至其它同等装置。

Claims (13)

1.用于检测断路器(1)的三种状态的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：

可动磁装置(40、41)，能在相应于所述断路器(1)的所述三种状态的三个位置之间被移动，并包括至少一个永久磁体(400、401、410)；

两个微型开关(2a、2b)，能被所述永久磁体(400、401、410)的磁效应控制；并且在于：

每个所述微型开关(2a、2b)具有能够在所述永久磁体的磁场线(L)的一取向上被对齐的可动元件(20)，以便占据打开位置或闭合位置；

在所述磁装置(40、41)的各个位置中，所述两个微型开关(2a、2b)被并联接入所述检测装置的电路中，并且被控制于打开位置中或闭合位置中，以形成代表所述断路器(1)的三种状态之一的特定组合。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁装置(40、41)机械地连接到所述断路器(1)的驱动部件(11)，所述驱动部件(11)能占据相应于所述断路器(1)的三种状态的三个位置。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述磁装置(40、41)被驱动而平移。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁装置(40、41)包括由铁磁性材料制成的对称部分(402、412)。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述对称部分(412)具有两个U形分支，并且，所述永久磁体(410)在所述两分支之间被对称地安装到所述对称部分(412)上。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述对称部分(402)具有三个分支以形成E形，所述磁装置(40)包括两个永久磁体(400、401)，每个所述永久磁体(400、401)占据由所述对称部分(402)的三个分支所形成的两个间隙之一。

7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述磁装置(43)被驱动而旋转。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述永久磁体(43)被安装到架(60)上，所述架(60)被机械地连接到所述驱动部件(11)的轨(61)驱动而枢转。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可动元件是能在磁效应下枢转的铁磁性隔膜(20)。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测装置包括负责根据所述微型开关(2a、2b)的位置来表示所述断路器的三种状态之一的信号装置(7)。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述信号装置(7)被安装到所述断路器(1)的壳体(10)上，或相对于所述断路器(1)是远程的。

12.断路器，其特征在于，它安装有如权利要求1到11中任一项所述的检测装置。

13.用于监视多个如权利要求12所限定的断路器(1)的系统，其特征在于，每个所述断路器的检测装置被连接到与计算机终端相连的通信总线，所述计算机终端负责集中和显示所述各个断路器的状态。

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