CN104781902A - 具有热磁分流装置的致动器尤其用于触发断路器的致动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁致动器(10)，该电磁致动器设置有可饱和的磁性分流系统(18)。该分流系统(18)与致动器(10)的线圈(14)相关联，并根据在产品中循环的电流(I)允许沟通几乎大部分通量(B)。以这种方式，当用在断路器中时，致动器(10)允许断路器如通常那样在短路时触发，并且也由于分流系统的作用在过载时触发。

Description

具有热磁分流装置的致动器尤其用于触发断路器的致动器

技术领域

本发明涉及诸如断路器之类的电气保护设备的脱扣，尤其是在低压领域。更一般地，本发明涉及能够用作切断单元的单个脱扣装置的电磁致动器。

背景技术

在故障情况下、尤其是在短路时，在强度超过高阈值时，或者在过载的情况下，当强度保持在接近额定强度的值内但是持续过长的持续时间时，断路器通过切断电流来提供对电气线路的保护。

为了满足安全标准，通常并且如图1所示，大多数模块化断路器1配备有两种类型的脱扣装置，该脱扣装置连接到要被保护的线路：电磁致动器2在短路的情况下分离触头4、6，而双金属条类型的热脱扣装置8对过载做出反应，例如见FR 2 682 533。取决于断路器的范围，电磁致动器2可以采取各种形状，尤其具有螺线管柱塞，如参照图1所示出的，或者具有电枢，如FR 2 772 981中描述的。

两个不同元件2、8的存在提供对与在两种类型故障时脱扣相关的参数的单独控制。但是，这种已经尝试并经测试的双金属条/致动器设计在断路器1的壳体内需要充分的空间，并且涉及到多个要被组装的相当大的零件。

有时，考虑去除对两个元件中的一个的需求，例如，通过使用US 2690 528中描述的磁-液致动器(或缓冲器)，或者使用快速返回的双金属条系统(称为圆形的双金属条，如EP 1 001 444中所描述的)。除了这些设计固有的缺点(分别是控制难度和切断功率的限制)之外，但这些技术方案保留配对到一起的两个操作原理。

发明内容

在其他优点中，本发明尤其旨在克服现有断路器脱扣装置的缺点，尤其是通过提供一种新型的电磁致动器，该电磁致动器能够确保在短路和过载条件下脱扣。

在本发明的一个方面中，由此本发明涉及一种电磁致动器，该电磁致动器提供用于在电流超过额定值持续长的持续时间时以及在电流偶尔超过阈值时的两种情况下固定于其上的触头运动。

本发明尤其涉及一种电磁致动器，其中，磁分流装置配装在线圈处、相对于磁通量路径串联，所述分流装置包括热磁(或磁热)材料，即，这样的材料，该材料的磁化随着温度在大于或等于330K的第一温度之上而增强，并尤其呈现出峰值，该峰值的最大值大于40emu/g，且在0.2到2T的磁场下在350和420K之间磁化快速增加。磁热材料特别是镍和锰的合金，优选地是NiCoMnX类型的，其中，X是从铝、铟、锑或锡中选出的。

这样的致动器是传统的，具有磁性回路，该磁性回路包括固定的磁性框架、在端部连接到电路的线圈以及根据在所述线圈中流动的电流的强度相对于所述框架可移动的磁性元件。尤其是，可移动的磁性元件可以是螺线管柱塞，该螺线管柱塞在线圈之内移动，并且该柱塞和线圈被容纳在框架中。可替代的是，可移动的磁性元件可以是电枢类型的，具有U形框架，该U形框架的至少一个分支被线圈围绕，并且该电枢相对于U形的分支移动以封闭它。

分流装置能够沿着线圈的轴线延伸，尤其是在用于螺线管柱塞致动器的内侧。优选地，以圆柱的形状，它可以整体由磁热材料形成，或者它的效果能够通过调整在其中采用的磁热材料的程度来调整。圆柱的尺寸本身也适于分流装置相对于在线圈中流动的电流所期望的力。

电磁致动器可以配装在切断单元内，尤其是在模块化模制壳体断路器中，切断单元的其中一个触头耦接到致动器的可移动元件，以便根据在线圈中流动的电流打开或闭合线路。特别地，致动器能够形成用于脱扣这种切断单元的装置，那么所述线圈耦接到切断单元被设置以对其进行保护的线路，而可移动元件能够耦接到单元的可移动触头，例如，以刚性的方式。

附图说明

从下面本发明的特定实施方式的描述中，其他优点和特征将变得更清楚，所述描述借助于说明给出并且不是限定性的，它们在附图中示出。

图1已经被描述，示出了其中能够配装根据本发明的致动器的低压模制壳体断路器；

图2示出在根据本发明的致动器的分流装置中能够使用的材料的特性；

图3示出根据本发明的实施方式的致动器，且图示了根据在其中流动的电流的磁感应力；

图4示出了根据本发明的断路器的另一实施方式。

具体实施方式

根据本发明，脱扣系统中双金属条的作用由可饱和的磁分流系统替代，该磁分流系统整合在通常的电磁致动器中，该电磁致动器保持其短路时脱扣的作用。与致动器相关联的分流由此起到过载时脱扣的功能。

为此目的，分流系统的材料被选择，用于其热磁或磁热特性。更具体地说，如图2所示，该材料为使得它的磁化程度M呈现出与温度相关的峰值。尤其是，在低温下，该材料不太有磁性或者甚至根本没有磁性。当温度增加时，大于第一温度T₀，材料的磁化M快速增强，在第二温度T₁到达最大值，超过第二温度，磁化减小，直到其在材料的居里温度Tc下取消。这些各种温度T₀、T₁、Tc本身取决于所施加的磁场H(见图2中针对0.2T的磁场和7T的磁场获得的变化)。

为了根据本发明的用途，第一温度T₀被选择成大于330K，优选地接近350K。通过使用NiCoMnX族的材料，可以实现这个选择，其中X∈{Al,In,Sb,Sn}，优选地，铝或锡。对于这些材料而言，在温度T₁接近T₀(10到30K的差)并且高磁化的情况下，转变非常明显，在70emu/g的量值下。尤其是，对于Ni₄₀Co₁₀Mn₃₃Al₁₇:T0＝347K,Mmax＝90emu/g。

由此，根据本发明的致动器包括与线圈相关联的分流系统。尤其是，如图3所示，根据本发明的致动器10包括具有固定的磁性框架12的磁路，该磁性框架12容纳纵向线圈14，磁性螺线管柱塞16可以在该线圈内移动。线圈14连接到供电线，并且取决于其中流动的电流，在磁路中感应磁场B，该磁场将柱塞16沿着线圈14的轴线移动。

包括磁热材料的装置18围绕线圈14配装，在框架12之内，以便在磁路中形成磁分路。分流装置18优选地形成容纳在框架12内的柱体。分流能够通过装置18作为整体提供，由此其整体由磁热材料形成。优选地，分流装置18由此由叠置的盘或者并排的杆或叠层来形成。可替代的，分流装置18可以包括支撑件，与该支撑件相关联或者在其中存在集成的一些磁热材料，由此提供如同柱体的简化形状。分流装置18也可以形成框架12的一部分，具有与其相关联的适当材料制成的元件，例如插入到沟槽中或者相附接。

如图3A所示，当穿过线圈14的电流I小于或等于额定电流Inom时，组件10的温度保持不是非常高，接近周围温度。分流装置18的温度保持小于第一温度T₀。因此，分流装置处于其非磁性状态，并且磁路的阻抗较强，类似于不具有分流装置的相同致动器的阻抗。在磁性柱塞16上感应的场力B保持弱并小于脱扣阈值。柱塞16因此仍处于休止位置。

当电流I超过过载值Is时，温度在线圈14内升高。在这种温度升高的作用下，分流装置18处的温度增高而至少瞬时处于磁化范围内，在T₀和T₁之间。因此，磁热材料切换到其磁性状态。如图3B所示，分流装置18然后沟通被感应的通量B并且磁路的阻抗降低。可移动柱塞16上的力逐渐增大，变得大于脱扣阈值。可移动柱塞16由此移动，并且它能够解锁断路器1的机构，以便打开它设置在其中的线路。

有利地是，在分流装置18和线圈14之间提供直接热接触。实际上，磁热材料制成的分流装置根据温度和它所经受的磁场而呈现其磁性状态，而温度和磁场的值对它们部分来说取决于在线圈中流动的电流I的值。系统10的尺寸大小允许设定过载电流Is的相对应值，以便定位在材料的非磁性/磁性相转变的范围内[T₀、T₁]的温度，并且用于确定分流装置所感应的场的大小，以便使得柱塞16能够移动，并因此脱扣与致动器10相关联的断路器1。尤其是，可以选择用于分流装置的材料的量，尤其是通过长度和横截面，或甚至选择装置18的组分以及线圈14的匝的长度和横截面。

要指出的是，如果电流I超过短路电流Icc的值，它导致整个回路的磁饱和，而与分流装置18的磁热材料的状态无关。从而，足够的通量B在所有情况下穿过可移动柱塞16，以导致柱塞移动，并因此脱扣断路器1(图3C)。

因此，分流装置18对短路情况下致动器10的操作影响非常小。此外，由于它定位在线圈14的泄漏通量中，分流装置18对额定电流Inom下可移动柱塞16的吸引力影响很小。因此，致动器10能够根据它的短路切断功能所需的操作和切断参数保持现有的设计和尺寸，甚至根据本发明的脱扣系统的特性能够提供优化。

从而，配装在切断单元内，尤其在如图1所示的模制壳体和/或模块化低压断路器1内的根据本发明的致动器10允许通过单个部件进行两种保护功能，这是纯磁性地并且不需要加热双金属条。因此，由于双金属条的缺少而节省了体积，该体积在壳体中可用于新的特征。单元1、10的整体热量耗散也被限制，由此增加了它的可靠性和它的能量效率。最后，热控制的缺少允许制造成本降低，这是因为要被组装的零件数量减少。

虽然已经参照具有可移动柱塞16的电磁致动器10描述了本发明，但本发明不局限于此。通过这种磁热分流装置的配装，会涉及到其他元件，以便替代现有断路器的磁和热脱扣装置。尤其是，可饱和磁分流系统的使用，其目的是根据在产品中流动的电流引导通量的几乎大部分，它可以适用于基于电枢的电磁致动器，尤其是用于切断单元中。

由此，如图4所示，切断单元1’包括相对于彼此可移动的两个触头4、6，两个触头中的至少一个与电磁致动器20的可移动部分相关联，电磁致动器的磁路包括：

基本上U形的固定磁性框架22；

由其端部连接到电流承载线路的线圈24，且该线圈24围绕所述磁性U形框架22的至少一个分支；

根据在线圈24内流动的电流相对于框架22可以在休止位置和切断位置之间移动的电枢26，在所述休止位置，在U形框架22和电枢26之间存在间隙，而在所述切断位置，电枢26封闭所述U形框架22；

磁热材料的分流装置28，该分流装置28安装在线圈24内，大体上沿着线圈24的轴线。

在此同样，分流装置28的加热通过与电流流过其中的线圈24的热接触且/或通过使得所有或一些电流流入活性材料带来的焦耳效应而产生。断路器1’的两个功能由此通过单个脱扣和致动装置20提供，从技术、经济、环境和制造方面而言，更加有效。

Claims (9)

1.一种电磁致动器(10、20)，包括磁路，该磁路具有磁性框架(12、22)、在其端部能够联接到电路上的线圈(14、24)、以及根据在所述线圈(14、24)内流动的电流的强度能够相对于所述框架(12、22)移动的磁性元件(16、26)，其特征在于，还包括分流装置(18、28)，该分流装置沿着所述线圈(14、24)的轴线延伸，所述分流装置(18、28)包括磁热材料，随着温度在第一温度(T₀)之上而磁化增强，并且在小于420K的第二温度(T₁)处达到最大值，所述第一温度(T₀)大于或等于330K，所述磁化最大值大于40emu/g。

2.如权利要求1所述的致动器，其中，所述磁热材料是镍和锰的合金。

3.如权利要求2所述的致动器，其中，所述磁热材料是NiCoMnX类型的，其中，X∈{Al,In,Sb,Sn}。

4.如权利要求1至3中任一项所述的致动器，其中，所述可移动磁性元件是螺线管柱塞(16)，该柱塞容纳在线圈(14)内，该柱塞在所述线圈之内移动，所述柱塞/线圈组件(14、16)被容纳在框架(12)内。

5.如权利要求1至4中任一项所述的致动器，其中，所述分流装置(18、28)形成围绕线圈(14、24)的柱体。

6.如权利要求1至5中任一项所述的致动器，其中，所述磁性元件是电枢(26)，所述框架(22)形成U形，所述框架的至少一个分支被所述线圈(24)围绕，电枢(26)相对于所述框架(22)移动，以便闭合所述U形框架。

7.一种切断单元(1、1’)，包括一对相对于彼此可移动的触头(4、6)以及如权利要求1至6中任一项所述的致动器(10、20)，所述触头的至少一个耦接到所述致动器(10、20)的可移动元件(16、26)上。

8.一种断路器脱扣装置，包括如权利要求1至6中任一项所述的致动器(10、20)，所述致动器(10、20)的可移动元件(16、26)和线圈(14、24)适于耦接到要被保护的电流承载线路上。

9.一种模块化断路器(1)，包括壳体，所述壳体容纳如权利要求8所述的脱扣装置和相对于彼此可移动的一对触头，第一触头(4)耦接于所述致动器(10、20)的可移动元件(16、26)。