CN106062915A

CN106062915A - 用于监视相对于预定电流阈值的主导体的电流的设备以及相关的脱扣组件和切换设备

Info

Publication number: CN106062915A
Application number: CN201480074947.5A
Authority: CN
Inventors: E·多列尔; T·埃斯卡拉达卡萨斯; S·托斯卡尼
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB SpA; ABB AB
Priority date: 2014-02-06
Filing date: 2014-02-06
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2034-02-06
Also published as: WO2015117661A1; EP3103132B1; US10043627B2; EP3103132A1; US20170169980A1; TR201809367T4; CN106062915B; ES2675885T3

Abstract

一种用于监视相对于预定电流阈值在主导体中的电流的设备，包括：可关联到所述主导体并包括固定部分和可以围绕旋转轴旋转的元件的磁路；操作地连接到所述旋转元件以用于将它保持在第一位置的至少一个弹簧，所述弹簧沿着线性轴可弹性地变形；以及操作地关联到所述磁路的感测装置。磁路被以这样的方式配置，使得当所述主导体中的所述电流超出所述预定电流阈值时，所述旋转元件从所述第一位置旋转到第二位置，以便至少减少所述旋转元件和所述固定部分之间的一个或多个空气间隙，并使弹簧从第一长度伸长到第二长度。感测装置被配置成用于生成由所述旋转元件从所述第一位置到所述第二位置的旋转导致的输出电气信号。所述至少一个弹簧操作地连接到旋转元件，以这样的方式使得在所述旋转元件从所述第一位置到所述第二位置的旋转期间，所述至少一个弹簧朝向所述旋转轴倾斜，移动到所述旋转元件的横切于所述旋转轴的表面上方。

Description

用于监视相对于预定电流阈值的主导体的电流的设备以及相关的脱扣组件和切换设备

技术领域

本发明涉及用于监视相对于预定电流阈值主导体的电流的设备，特别是针对直流电或具有低频率的交变电流的应用。

进一步，本发明涉及使用这样的电流监视设备的脱扣组件和切换设备。

背景技术

一般而言，已知类型的电流互感器被用于监视在主导体中流动的交变电流；这些互感器具有围绕主导体的固定铁磁芯，以及围绕芯的一部分卷绕的次级绕组。当电流在主导体中流动时，在芯中生成的磁通量导致在次级绕组中的电气信号。

此已知类型的互感器可以用于电气切换设备，通常用在断路器、切断器以及接触器中。

例如，构思了一种断路器，用于防止其中安装了该断路器的电路发生过电流故障状况，诸如由于过载或短路所导致的电流状况。

为了执行此保护性的功能，断路器包括一个或多个接触部以及脱扣单元，这些接触部可与对应的固定接触部分离以用于中断流动的电流，脱扣单元诸如电子继电器，用于当检测到故障过电流状况时引起接触部的分离。

上文所公开的已知类型的电流互感器可以与用于感测过电流故障状况的脱扣单元相关联。进一步，在次级绕组的末端生成的电气信号也可以用于给脱扣单元供电。

上文所公开的已知电流互感器不适用于监视直流电或适当地监视具有非常低频率(例如，小于10Hz)的交变电流。进一步，在这些情况下，次级绕组将不会生成适用于给脱扣单元供电的电气信号。

美国专利No.6,034,858公开了一种电流监视设备，该电流监视设备适用于感测在主导体中流动的电流何时超出预定电流阈值，甚至在直流电或具有低频率的交变电流的情况下。

此已知电流监视设备包括：

-可关联到主导体的磁路，具有固定部分和相对于固定部分可移

动的元件；以及

-围绕磁路的对应的部分卷绕的次级绕组。

在此监视设备的一个实施例中，可移动元件是可以绕主轴枢轴旋转的叶片(blade)。叶片通过弹簧被保持在静止位置，并且在固定部分和被保持在静止位置中的叶片之间存在至少一个空气间隙。

磁路被以这样的方式配置，使得叶片远离静止位置地旋转，以便当主导体中的电流超出预定电流阈值时，减小与固定部分的空气间隙。

叶片的旋转导致在次级绕组中生成电气信号。

在伸长状态下的保持弹簧针对叶片的旋转施加抵抗性转矩，用于较小空气间隙。

由于在伸长状态下的弹簧施加的弹力的增大，因此可能减慢或者甚至停止期望的叶片的旋转的抵抗性转矩存在增大的趋势。

进一步，由于用于旋转叶片的机械功依赖于叶片旋转结束时的转矩值，因此，抵抗性转矩的增大降低了在磁路中发生的用于在次级绕组中生成输出电气信号的能量转移的效率。

根据以上，仍然存在对属于现有技术的解决方案进行进一步改进的理由和期望。

这样的期望通过一种用于监视相对于预定电流阈值主导体中的电流的设备来满足，该设备包括：

-可关联到所述主导体并包括固定部分和可以绕旋转轴旋转的元件的磁路；

-操作地连接到所述旋转元件以用于将旋转元件保持在第一位置的至少一个弹簧，所述弹簧沿着线性轴可弹性地变形；以及

-操作地与所述磁路相关联的感测装置。

磁路被以这样的方式配置，使得当所述主导体中的电流超出预定电流阈值时，所述旋转元件从所述第一位置旋转到第二位置，以便至少减小所述旋转元件和所述固定部分之间的一个或多个空气间隙并且使弹簧沿着线性轴从第一长度伸长为第二长度。感测装置被配置成生成由所述旋转元件从所述第一位置到所述第二位置的旋转导致的输出电气信号。

至少一个弹簧以这种方式操作地连接到旋转元件，使得在所述旋转元件从所述第一位置到所述第二位置的所述旋转期间弹簧朝向所述旋转轴倾斜，移动到所述旋转元件的横切于所述旋转轴的表面上方。

本公开的另一方面是提供用于电气切换设备的脱扣组件，包括用于致动所述切换设备的至少一个脱扣单元以及如由所附权利要求限定并在下面的描述中公开的监视设备的设备；这样的设备操作地与所述至少一个脱扣单元相关联。

本公开的另一方面是提供切换设备，该切换设备包括如由所附权利要求限定并在下面的描述中所公开的监视设备和脱扣组件的至少一个设备和/或至少一个脱扣组件。

附图说明

借助根据本公开的电流监视设备的某些优选但非排他的实施例的描述，进一步的特性和优点将变得更加显而易见，这些仅仅通过非限制性示例的方式借助于附图被示出，其中：

图1是根据本公开的电流监视设备的透视图；

图2示出了图1的电流监视设备，其中，其外壳的一部分被移除以示出一些内部部件；

图3示出了以相对于图2的不同的视角来看的图1的电流监视设备的一些内部部件；

图4-7是图1的电流监视设备的一些内部部件的平面图，这样的内部部件至少包括旋转元件和相关联的弹簧；

图8是与图4和5中所示出的旋转元件以及相关联的弹簧相关的示意图；

图9是与图6和7中所示出的旋转元件以及相关联的弹簧相关的示意图；

图10是示出了由图4和5中所示出的弹簧对旋转状态下的相关联的元件施加的抵抗性转矩的第一模拟，以及由图6和7中所示出的弹簧对旋转状态下的相关联的元件施加的抵抗性转矩的第二模拟；

图11是包括根据本公开的电流监视设备的脱扣组件的示意性框图表示；以及

图12示出了根据本公开的在安装到断路器的极的阶段中图1的电流监视设备。

具体实施方式

应该指出的是，在随后的详细描述中，无论从结构和/或功能的角度来看，相同的或类似的部件具有相同的附图标记，而不考虑在本公开的不同的实施例中是否示出了它们；还应注意，为了清楚地并简明地描述本公开，附图可能不一定按比例绘制，并且本公开的某些特征可能在某种程度上以示意形式被示出。

进一步，当引用作为整体的任何部件、或引用一个部件的任何部分、或引用部件的全部组合、或者甚至引用部件的一种组合的任何部分的时候在本文中使用术语“适用”或“布置”或“配置”或“改变形状”时，必须理解，它指代并相应地包含这样的术语引用的相关的部件或其部分的结构、和/或配置和/或形式和/或定位，或者部件或者其部分的组合。

最后，在下文中使用的术语“横切于”或“横切地”包含非平行于元件的方向或它相关的方向，并且垂直必须被视为横切方向的特定情况。

本发明涉及用于监视相对于预定电流阈值主导体5中的电流的设备，该设备在附图中用数字附图标记1整体地表示，并且在下文中，为简单起见，表示为“监视设备1”。

监视设备1包括可关联到要被监视的主导体5的磁路(在附图中，用数字附图标记2整体地表示)。

根据图1中所示出的示例性实施例，监视设备1包括由绝缘材料制成的用于封装磁路2的外壳100；优选地，通过操作地将第一绝缘壳体101和第二绝缘壳体102彼此耦接来实现外壳100。

磁路2包括固定部分10和可以绕旋转轴50相对于固定部分10旋转的元件20。固定部分10和旋转元件20由铁磁材料制成；优选地，它们由层叠的铁磁片制成。

参考附图，根据本发明的监视设备1进一步包括沿着线性轴35可弹性地变形的至少一个弹簧30。

此弹簧30操作地连接到旋转元件20，用于将它保持在第一位置，在那里，在固定部分10和旋转元件20之间存在至少一个空气间隙3。

换言之，弹簧30以这种方式操作地连接到旋转元件20，以便当弹簧30通过旋转元件20远离第一位置的旋转被弹性地变形时，弹簧30施加用于导致旋转元件20返回到第一位置的弹力。

弹簧30的线性轴35和第一位置中的旋转元件20的旋转轴50相隔第一最小距离D₁(例如，在图8和9中所描绘的)。

磁路2被以这样的方式配置，以便当主导体5中的电流超出预定电流阈值时，旋转元件20从第一位置旋转到第二位置。

此旋转至少导致旋转元件20和固定部分10之间的一个或多个空气间隙3的减小，以及弹簧30沿着其线性轴35从第一或初始长度X_I到第二或最终长度X_F的伸长。优选地，一个或多个空气间隙3被固定部分10和第二位置中的旋转元件20之间的接触部消除。

在实践中，磁路2被以这样的方式配置，以便当电流在主导体5中流动时，生成作用于旋转元件20的电动势，用于导致其从由弹簧30保持的第一位置旋转到第二位置。因此，生成的电动势对旋转元件20起作用，用于减小一个或多个空气间隙3，并将磁路2从具有最大磁阻配置改变为具有最小磁阻配置。

由弹簧30设置预定电流阈值，高于该预定电流阈值时，元件20从第一位置旋转到第二位置；事实上，弹簧30被以这样的方式设计，使得作用于旋转元件20的电动势足够强，以使得仅仅在主导体5中的流动电流超出期望的电流值时才伸长弹簧30并朝着第二位置旋转元件20。

监视设备1还包括操作地与磁路2相关联的感测装置60，70。这些感测装置60，70被配置成用于生成由旋转元件20从第一位置到第二位置的旋转导致的输出电气信号61，62。如此，通过所生成的输出电气信号61，62检测到在主导体5中流动的电流超出由弹簧30设置的预定电流阈值的状况。

有利地，根据本公开的监视设备1的至少一个弹簧30以这种方式操作地连接到旋转元件20，以便在旋转元件20从第一位置旋转到第二位置期间，弹簧30朝向旋转轴50倾斜，并移动到旋转元件20的横切于旋转轴50的表面21上方。

在元件20从第一位置旋转到第二位置结束时，弹簧30的线性轴35和旋转轴50相隔第二最小距离D₂(例如，在图8和9中所描绘的)：具体而言，由于弹簧30朝向旋转轴50的倾斜，此第二最小距离D₂小于在旋转之前存在的第一最小距离D₁。

进一步，在元件20的旋转结束时，弹簧30可以到达非常接近于旋转轴50的位置，因为在其朝向旋转轴50倾斜的至少一部分期间，弹簧30会移位到旋转状态下的元件20的表面21上方。如此，在元件20从第一位置旋转到第二位置期间，会发生弹簧30的线性轴35和旋转轴50之间的最小距离的相应的减小。

针对元件20从第一位置到第二位置的期望的旋转，由弹簧30施加的抵抗性转矩的大小等于沿着线性轴35定向的弹簧30的弹力和对应于线性轴35和旋转轴50之间的最小距离的力臂之间的乘积。

因此，由伸长状态下的弹簧30施加的弹力趋于增大抵抗性转矩。此趋势对于监视高电流(例如，高于6kA的电流)特别关键，因为在这些电流水平时必须使用具有高弹力的弹簧30以便设置适当的电流阈值；例如，可以使用具有高弹性常数和/或大的初始长度X_I的弹簧30。

然而，如上文所公开的，监视设备1允许伸长状态下的弹簧30的线性轴35和旋转轴50之间的最小距离的相应的减小。这意味着由弹簧30针对元件20的旋转施加的抵抗性转矩的相应的减小，该减小与弹簧30的增大的弹力的效果相反。

优选地，弹簧30朝向旋转轴50的倾斜是这样的，使得抵抗性转矩的最终大小T_F等于或小于初始大小T_I。

如果以下成立，则此条件被满足：

K·X_F·D₂≤K·X₁·D₁，其中，K是弹簧30的弹性常数。

因此，弹簧30朝向旋转轴50的倾斜优选地是这样的，使得第二最小距离D₂等于或小于第一最小距离D₁乘以初始长度X_I与最终长度X_F的比率，即：

D_{2} \leq \frac{X I}{X F} \cdot D_{1} .

根据图1-7中所示出的示例性实施例，监视设备1的外壳100至少包括相对于旋转轴50横切地布置的底壁103和顶壁104；具体而言，旋转轴50由在底壁和顶壁103、104之间延伸并横切于底壁和顶壁103、104的销限定。

监视设备1的至少一个弹簧30操作地安置在外壳100的在磁路2和壁103和104中的一个之间的内部空间中。例如，在图1-7中所示出的实施例中，一个弹簧30操作地安置在外壳100的在壳体102的壁103和磁路2之间的空间中，以这样的方式使得弹簧30本身在其朝向旋转轴50倾斜期间可以移动到旋转状态下的元件20的表面21上方。

优选地，旋转元件20包括彼此相对并平行于旋转轴50的第一表面22和第二表面23。

当旋转元件20位于第二位置时，第一表面22和第二表面23被适配为分别面向固定部分10的表面17和表面18。

有利地，旋转元件20还在第一和第二表面22和23之间包括至少一个阶梯部分25，26；具体而言，这样的至少一个部分25，26是阶梯状的，使得当元件20朝向第二位置旋转时能够更快速地靠近固定部分10。如此，旋转状态下的元件20捕获更多磁场，提高了磁路2中的能量转移的效率。

在图2-9中所示出的示例性实施例中，旋转元件具有基本上“S”形状的主体，包括：

-第一和第二表面22和23，它们被适配为当旋转元件20到达第二位置时接触固定部分10的对应的表面17和18；

-与第一表面22相邻并通过第一弯曲部分27链接到第二表面23的第一阶梯部分25；以及

-与第二表面23相邻并通过第二弯曲部分28链接到第一表面22的第二阶梯部分26。

第一和第二阶梯部分25和26相对于旋转轴50彼此相对。

参考图4-7中所示出的示例性平面图，弹簧30的第一端31操作地钩到固定部分10的一部分上方的诸如销33之类的对应的支撑部33。

磁路2被以这样的方式布置，使得S形状的旋转元件20的表面22和固定部分10的对应的表面17之间的接触区比表面23和对应的表面18之间的接触区更靠近支撑部33。

弹簧30的第二端32以这样的方式操作地钩到弯曲部分27，使得元件20从第一位置到第二位置的旋转导致弹簧30朝向旋转轴50倾斜。具体而言，在这样的倾斜期间，弹簧30移动到旋转状态下的元件20的表面21上方，以便到达最终位置，在其中，它从表面22和17之间的接触区上方通过(例如，如图5和7所示)。

根据附图中所示出的示例性实施例，监视设备1的感测装置包括围绕磁路2的对应的部分卷绕的至少一个绕组60。

如此，由于由元件20从第一位置到第二位置的旋转导致的磁路2中的磁通量的改变，因此在绕组60的末端施加电动势。此电动势(其包括依赖于旋转状态下的元件20的角速度的运动分量)导致在绕组60的末端处生成输出电气信号61；此信号61具有基本上当旋转元件20到达第二位置时出现的峰值。

例如在图2-7中所示出的磁路2的固定部分10包括用于围绕主导体5的芯11，并且磁路2还包括布置在芯11的对应的分流部分13前面的支路12。

支路12包括旋转元件20和至少连接到芯11的固定区域(tract)16。

至少一个空气间隙15被限定在芯11中，优选地在分流部分13中；空气间隙15的尺寸被确定以使得当旋转元件20从第一位置旋转到第二位置时导致磁通量从芯11转移到支路12。如此，磁通量的更可预测的分布出现，导致预定电流阈值的更准确的定义。

例如在图2-7中所示出的监视设备1的感测装置包括围绕支路12的对应的部分(具体而言，围绕固定区域16)卷绕的第一绕组60。

进一步，除第一绕组60之外，感测装置还可以有利地包括围绕分流部分13卷绕的并在第一绕组60前面的第二绕组。如此，整体所生成的输出电气信号是两个绕组的输出电气信号的叠加，大于第一绕组60的单一输出电气信号61。

除至少一个绕组60之外或者代替至少一个绕组60，监视设备1的感测装置还可以包括操作地与旋转元件20相关联的位置传感器70，用于感测旋转元件20从第一位置到第二位置的旋转。

根据图2-7中所示出的示例性实施例，监视设备1至少包括第一电气端子80和第二电气端子81，而位置传感器包括导电元件70。

具体而言，第一电气端子80电气连接到磁路2的固定部分10，而导电元件70电气连接到旋转元件20并且连接到第二电气端子81，以这样的方式使得当旋转元件20位于第二位置时，通过导电元件70能够在第一和第二端子80、81之间实现电气连接。

在实践中，第一和第二电气端子80、81之间的电气连接通过下列方式实现：电磁路2的固定部分10、与固定部分10接触的旋转元件20、以及电气连接到旋转元件20的导电元件70。

如此，当旋转元件20到达其第二位置时，在第一和第二电气端子80、81中的一个电气端子的输入中给出的电气信号导致在第一和第二电气端子80、81中的另一个电气端子处的对应的电气输出信号62。因此，由元件20从第一位置到第二位置的旋转导致生成的输出电气信号62；具体而言，这样的信号62对应于第二位置的到达。

更优选地，导电元件70被布置为使旋转元件20耦接到监视设备1的外壳100。例如，图2-7中所示出的导电元件70通过导电销51电气连接到旋转元件20；此导电元件70覆盖旋转元件20的中心部分，并且它被固定到壳体102。

优选地，监视设备1包括用于调整弹簧30的初始长度X_I的装置200；如此，可以使用调整装置200来调整预定电流阈值，高于该预定电流阈值，元件20从第一位置旋转到第二位置。

在图2-7中所示出的示例性实施例中，调整装置200包括可在多个操作位置之间移动并操作地连接到弹簧30的齿元件201；具体而言，图2-7中所示出的弹簧30的末端31操作地钩到对应的销33，该对应的销33被固定到齿元件201。

例如，图2-7中所示出的调整装置200还包括齿轮202，该齿轮202适用于被操作员致动以便与齿元件201啮合并导致其线性位移；根据这样的线性位移的方向，弹簧30的初始长度X_I增大或减小。

齿轮202可以被外壳100外部的操作员致动，例如，通过操作地连接到齿轮202的可访问的槽元件203。

根据附图中未示出的实施例，调整装置200还可以包括相对于齿元件201可移动的部分。此可移动部分操作地连接到弹簧30，以这种方式使得根据相对于齿元件201的移动来调整弹簧30的初始长度X_I。如此，可以由监视设备1的制造商通过可移动部分的位移来执行对预定电流阈值的校准，而监视设备1的操作员可以通过齿元件201来调整阈值。

通过对图1-7中所示出的示例性实施例以及图8和9的对应的示意性图示的特定参考，公开了监视设备1的操作。

具体而言，在图4和6中示出了相同监视设备1，其中磁路2处于最大磁阻配置(即，固定部分10和旋转元件20由空气间隙3隔开)。

在图4中，弹簧30处于静止位置并具有初始长度X_I，以便设置最小电流阈值，例如，400A。

在图6中，通过装置200来增大弹簧30的初始长度X_I，以便设置最大电流阈值，例如，5kA。

因此，图4和6示出了监视设备1的操作性配置，其中在主导体5中流动的电流分别低于最小电流阈值和最大阈值。

在此情况下，由在主导体5中流动的电流生成的磁通量主要链接到芯11，并且由磁路2生成的电磁力不足以克服弹簧30并且不足以使得元件20远离第一位置朝向第二位置旋转。

当根据图4的示例在主导体5中流动的电流超出最小电流阈值或当根据图6的示例它超出最大电流阈值时，作用于旋转元件20的电动势足以使得弹簧30伸长并导致元件20的旋转以便到达磁路2的最小磁阻配置。

图5和7分别示出了从图4和图6中所示出的情况开始进行到达的这样的最小磁阻配置。具体而言，旋转元件20的表面22和23与固定部分10的对应的表面17和18接触，以这样的方式使得没有空气间隙3。

在元件20从第一位置到第二位置的旋转期间，伸长状态下的弹簧30有利地朝向旋转轴50倾斜。由于在此倾斜期间，弹簧30移动到旋转状态下的元件20的表面21上方，因此它可以到达接近于旋转轴50的位置，如图5和7所示。

图8(涉及图4和5中所示出的开始和最终情况)和图9(涉及图6和7中所示出的开始和最终情况)示出了弹簧30的线性轴35和处于第二位置中的元件20的旋转轴50之间的第二最小距离D₂如何有利地小于线性轴35和位于第一位置中的元件20的旋转轴50之间的第一最小距离D₁。

具体而言，以下条件被满足：

D_{2} \leq \frac{X I}{X F} \cdot D_{1}

在元件20从第一位置到第二位置的旋转期间，链接到芯11的磁通量主要被感应到支路12。

元件20的旋转导致施加在绕组60的末端的力，生成输出电气信号61。

进一步，当旋转元件20的表面22和23接触固定部分10的对应的表面17和18时，在第一和第二电气端子80和81之间实现电气连接。如此，电气信号62由第二端子81输出，并且它表示元件20的旋转发生，并且因此表示预定电流阈值被超出。

当在主导体5中流动的电流降到低于预定阈值时，作用于旋转元件20的电磁力不足以克服弹簧30的弹力。因此，弹簧30导致元件20从第二位置返回到第一位置。

监视设备1特别适用于诸如低电压或较高电压断路器之类的电气切换设备的脱扣组件。

因此，本公开还涉及脱扣组件(在图11中示意地描绘的，并用附图标记300整体表示)，该脱扣组件300包括用于致动切换设备的至少一个脱扣单元301，以及操作地与这样的脱扣单元301相关联的监视设备1。例如，脱扣单元301可以是电子单元301，诸如电子继电器或可以是脱扣线圈301。

优选地，脱扣组件300包括操作地与脱扣单元301相关联并且与监视设备1相关联的电子装置302。电子装置302适用于向脱扣单元301施加与来自监视设备1的至少一个绕组60的输出电气信号61相关联的能量。

如果脱扣单元301是电子单元，则信号61给其供电以驱动切换设备的致动装置，诸如脱扣线圈。如果脱扣单元301直接是脱扣线圈，则信号61用脱扣并且导致切换设备的致动所必需的能量给它供电。

如此，当监视设备1感测到在主导体5中流动的电流超出预定电流阈值时(例如在诸如过载或短路之类的故障状况下)，监视设备1本身给脱扣单元301供电，用于致动切换设备。

更优选地，电子装置302适用于当监视设备1的旋转元件20到达第二位置时向脱扣单元301施加能量。这是有利的，因为当旋转元件20到达其第二位置时输出电气信号61基本上处于其峰值。

例如，电子装置302适用于在输入端接收来自位置传感器70的输出电气信号62，并当旋转元件20到达第二位置时，使用这样的信号62来向脱扣单元301施加与输出电气信号61相关联的能量。

在图11中所示出的示例性脱扣组件300中，电子装置302包括用于存储与输出电气信号61相关联的能量的电容器303，以及用于在与电容器303相关联的电压水平超出预定阈值时生成输出信号的比较器304。

来自比较器304的输出和来自位置传感器70的输出62被输入到电子块305；电子块305适用于在来自比较器304的输出信号和来自位置传感器70的输出信号62两者均存在于块305的输入端时输出脱扣命令信号306。如此，只有在输出电气信号61处于其峰值并且是由于元件20的旋转有效地造成的而不是由瞬时电流或噪声造成的情况下才生成脱扣命令信号306。

脱扣命令信号306被用于驱动向脱扣单元301施加存储在电容器303中的能量；例如，它可以使用于将脱扣单元301连接到电容器303的电子开关导通。

最后，本公开还涉及包括至少一个监视设备1和/或至少一个脱扣组件300的电气切换设备。

例如，在图12中，示出了在与断路器的极400组装的阶段中的监视设备1。具体而言，极400的绝缘外壳401限定用于容纳监视设备1的支座402。

极400的导电路径的电气端子403可访问支座402；监视设备1可以被安装到支座402中以围绕这样的端子403。如此，监视设备1适用于监视相对于预定电流阈值极400的导电路径中流动的电流。

进一步，安装到支座402中的监视设备1可以与断路器的脱扣单元301电气连接，用于配置脱扣组件300。例如，监视设备1可以电气连接到上文所公开的电子装置302，用于配置图11中所示出的脱扣组件300。

在实践中，已经看到的是监视设备1如何允许实现预想的目标，提供相对于已知解决方案的一些改进。

具体而言，监视设备1适用于感测主导体5中流动的电流何时超出预定阈值，即使这样的电流是直流电或具有低频率的交变电流。在这些电流状况下，当监视设备1用于脱扣组件300时，由绕组60生成的输出电气信号61适合于激励脱扣单元301。

进一步，监视设备1允许倾斜状态下的弹簧30的线性轴35和旋转状态下的元件20的轴50之间的最小距离的相应的减小。

这意味着对由伸长状态下的弹簧30施加的针对元件20的期望的旋转的抵抗性转矩的增大趋势的有效的对抗。

如此，甚至在要被监视的电流高的应用中，元件20从第一位置到第二位置的期望的旋转的减慢至少被减小，或这样的期望的旋转的阻碍被阻止，并且因此，弹簧30必须被配置成用于施加高弹力。

此外，在所提供的优点当中，存在绕组60更有效率地生成输出电气信号61。

事实上，由于磁路2从最大磁阻配置到最小磁阻配置的改变，旋转元件20所需要的机械功被减少到在绕组60中生成的电能的量。

此需要的机械功包括依赖于由弹簧30对旋转状态下的元件20施加的抵抗性转矩的分量，该分量被表达为：

{&Integral;}_{β f}^{β_{0}} T (β) \cdot d β

其中，T是抵抗性转矩，而β是旋转角(具体而言，β₀是初始角，而β_f是最终角)。

因此，所需要的机械功依赖于在角β_f时的最终抵抗性转矩T_F的值，该值通过倾斜状态下的弹簧30的线性轴35和旋转轴50之间的距离的相应的减小而在监视设备1中有效地被减小。

图10示出了例如这样的图，其中纵坐标对应于由弹簧30向在从第一位置到第二位置的旋转状态下的元件20施加的抵抗性转矩的大小，而其中横坐标对应于这样的旋转的角度。

具体而言，在图中示出了：

-针对元件20的旋转的抵抗性转矩的第一模拟曲线500，该旋转将图4中所示出的监视设备1引导到图5中所示出的情况；以及

-针对元件20的旋转的抵抗性转矩的第二模拟曲线501，该旋转将图6中所示出的监视设备1引导到图7中所示出的情况。

因此，第一模拟曲线500相对于当所示出的监视设备1被设置为在最小电流阈值处操作时元件20的旋转，而第二模拟曲线502涉及当所示出的监视设备1被设置为在最大电流阈值处操作时元件20的旋转。

在第一和第二曲线500和501两者中，抵抗性转矩的最终大小T_F小于初始大小T_I，意味着在至少旋转的最终部分期间，弹簧30对元件20的旋转的对抗有利地减小，即使弹簧30的弹力增大。

具体而言，第一曲线500具有减小的最终部分，以便抵抗性转矩的最终大小T_F小于初始大小T_I。

虽然第二曲线501对应于较高的被设置的预定电流阈值的更关键的情况，但是此曲线501单调地减小，导致在元件20的旋转期间抵抗性转矩的大小的显著减小(40％以上)。

通过使弹簧30移动到元件20的表面21上方(至少在其倾斜的一部分期间)，在监视设备1中有利地实现弹簧30的线性轴35和旋转状态下的元件20的轴50之间的最小距离的相应的减小。这是也允许紧凑型监视设备1的实现的解决方案，因为不需要浪费外壳100中的空间。

如此构思的监视设备以及相关的脱扣组件300和切换设备也容许修改和变化，所有的这些修改和变化都在如由所附权利要求书限定的发明构思的范围内。

例如，虽然在附图中所示出的示例性实施例中，从第一位置到第二位置的旋转导致旋转元件20和固定部分10之间的接触以消除它们之间的空气间隙3，但是这样的旋转可以是这样的，使得旋转元件20更靠近固定部分10以便减小空气间隙3，而不会完全地消除它们。

虽然附图中所示出的绕组60围绕支路12的固定区域16卷绕，但是此绕组60可以可替代地围绕旋转元件20或分流部分13卷绕。

虽然附图中所示出的弹簧30操作地安置在外壳100的在壳体102的壁103和磁路2之间的空间中，但是弹簧30可以操作地安置在外壳100的在壳体101的壁104和磁路2之间的空间中。

虽然附图中所示出的位置传感器70包括导电元件70，但是这样的位置传感器可以可替代地是适用于感测元件20从第一位置到第二位置的旋转的任何其他位置传感器，诸如光学传感器。

虽然附图中所示出的监视设备1包括绕组60和位置传感器70两者，但是它可以可替代地只包括用于检测预定电流阈值的超出的位置传感器70。

虽然根据上面的公开的监视设备1特别适用于监视直流电或具有低频率的交变电流何时超出预定电流阈值，但是此设备可以以相同方式用于监视具有较高频率的交变电流。

虽然在图11中监视设备1是在与断路器的极400组装的阶段中示出的，但是监视设备1适合于与其他切换设备(诸如接触器或切断器)的阶段相关联。

虽然上文所公开的监视设备1适用于监控相对于预定阈值在主导体5中流动的电流，但是它还可以包括电流传感器(例如，霍尔电流传感器)，用于还确定流动的电流的实际值。

最后，所有部分/部件可以被替换为其他技术上等效的元件；在实践中，根据需求和现有技术，材料类型以及尺寸可以是任意的。

Claims

1.一种用于监视相对于预定电流阈值在主导体(5)中的电流的设备(1)，所述设备(1)包括：

-可关联到所述主导体(5)并包括固定部分(10)和能够围绕旋转轴(50)旋转的元件(20)的磁路(2)；

-操作地连接到所述旋转元件(20)以用于将所述旋转元件保持在第一位置的至少一个弹簧(30)，所述弹簧(30)沿着线性轴(35)可弹性地变形；以及

-操作地关联到所述磁路(2)的感测装置(60，70)；

其中：

-所述磁路(2)被以这样的方式配置，使得当所述主导体(5)中的电流超出所述预定电流阈值时，所述旋转元件(20)从所述第一位置旋转到第二位置，以便至少减小所述旋转元件(20)和所述固定部分(10)之间的一个或多个空气间隙(3)，并沿着所述线性轴(35)使所述弹簧(30)从第一长度(X_I)伸长到第二长度(X_F)；以及

-所述感测装置(60，70)被配置成用于生成由所述旋转元件(20)的从所述第一位置到所述第二位置的所述旋转导致的输出电气信号(61，62)；

其特征在于，所述至少一个弹簧(30)操作地连接到所述旋转元件(20)，以这样的方式使得在所述旋转元件(20)从所述第一位置到所述第二位置的所述旋转期间，所述弹簧(30)朝向所述旋转轴(50)倾斜，移动到所述旋转元件(20)的横切于所述旋转轴(50)的表面(21)上方。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，当所述旋转元件(20)位于所述第一位置时，所述线性轴(35)和所述旋转轴(50)相隔第一最小距离(D₁)，而当所述旋转元件(20)位于所述第二位置时，所述线性轴(35)和所述旋转轴(50)相隔第二最小距离(D₂)，并且其中所述弹簧(30)的所述倾斜是这样的，使得所述第二最小距离(D₂)等于或小于所述第一最小距离(D₁)乘以所述第一长度(X_I)与所述第二长度(X_F)的比率。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备(1)，其中，所述旋转元件(20)包括：

-相对于所述旋转轴(50)彼此相对的第一表面(22)和第二表面(23)，并且当所述旋转元件(20)位于所述第二位置时，所述第一表面(22)和所述第二表面(23)中的每一个被适配为面向所述固定部分(10)的对应的表面(17，18)；以及

-在所述第一表面和第二表面(22，23)之间的至少一个阶梯部分(25，26)。

4.根据所述前面的权利要求中的一项或多项所述的设备(1)，其中，所述感测装置(60，70)包括围绕所述磁路(2)的对应的部分(12，13)卷绕的至少一个绕组(60)。

5.根据权利要求4所述的设备(1)，其中：

-所述固定部分(10)包括用于围绕所述主导体(5)的芯(11)；

-所述磁路(2)包括布置在所述芯(11)的对应的分流部分(13)的前面的支路(12)，所述支路(12)包括所述旋转元件(20)；以及

-所述至少一个绕组(60)围绕所述支路(12)和所述分流部分(13)中的至少一个卷绕。

6.根据权利要求5所述的设备(1)，其中，所述至少一个绕组(60)包括围绕所述支路(12)卷绕的第一绕组(60)，以及围绕所述分流部分(13)卷绕的第二绕组。

7.根据所述前面的权利要求中的一项或多项所述的设备(1)，其中所述感测装置(60，70)包括操作地关联到所述旋转元件(20)的位置传感器(70)。

8.根据权利要求7所述的设备(1)，包括第一电气端子(80)和第二电气端子(81)，其中，所述第一电气端子(80)电气连接到所述磁路(2)的所述固定部分(10)，并且其中，所述位置传感器包括导电元件(70)，所述导电元件(70)电气连接到所述旋转元件(20)并且电气连接到所述第二电气端子(81)，以这样的方式使得当所述旋转元件(20)位于所述第二位置时，通过所述导电元件(70)在所述第一端子和所述第二端子(80，81)之间实现电气连接。

9.根据所述前面的权利要求中的一项或多项所述的设备(1)，包括用于调整所述弹簧(30)的所述第一长度(X_I)的装置(200)。

10.根据权利要求9所述的设备(1)，其中，所述调整装置(200)包括在多个操作位置之间可移动并且操作地连接到所述至少一个弹簧(30)的齿元件(201)。

11.用于电气切换设备的脱扣组件(300)，所述脱扣组件(300)包括用于致动所述切换设备的至少一个脱扣单元(301)，并且其特征在于，所述脱扣组件(300)包括操作地关联到所述至少一个脱扣单元(301)的根据所述前面的权利要求1-10中的一项或多项所述的设备(1)。

12.根据权利要求11所述的脱扣组件(300)，包括操作地关联到所述至少一个脱扣单元(301)和所述设备(1)的电子装置(302)，所述电子装置(302)适用于将关联到来自所述设备(1)的所述至少一个绕组(60)的所述输出电气信号(61)的能量施加到所述脱扣单元(301)。

13.根据权利要求12所述的脱扣组件(300)，其中，当所述旋转元件(20)到达所述第二位置时，所述电子装置(302)适用于将所述能量施加到所述脱扣单元(301)。

14.根据权利要求13所述的脱扣组件(300)，其中，所述电子装置(302)适用于在输入端接收并使用来自所述设备(1)的所述位置传感器(70)的所述输出电气信号(62)，以便当所述旋转元件(20)到达所述第二位置时，将所述能量施加到所述脱扣单元(301)。

15.一种切换设备，其特征在于，它包括至少一个根据权利要求1-10中的一项或多项所述的设备(1)和/或至少一个根据权利要求11-14中的一项或多项所述的脱扣组件(300)。