CN107924775B - 自动转换开关和传动子系统 - Google Patents

Abstract

一种传动子系统，具有自动转换开关(100)，自动转换开关至少包括一对可移动的接触构件(28，30)，该一对可移动的接触构件包括处于第一位置的第一可移动的接触构件(28)和处于第二位置的第二可移动的接触构件(30)，自动转换开关还包括固定构件(29)、配置成选择第一可移动的接触构件和第二可移动的接触构件中的一者的控制器(68)以及永磁驱动器(65)，永磁驱动器包括驱动器本体、第一驱动杆(60)和第二驱动杆(62)，永磁体驱动器配置成使得第一驱动杆独立于第二驱动杆的运动而在第一方向上移动，第一驱动杆配置成使得第一可移动的接触构件移动，并且第二驱动杆配置成使得第二可移动的接触构件移动。

Description

自动转换开关和传动子系统

技术领域

本申请涉及一种带有自动转换开关操作机构的传动子系统。

背景技术

针对用户应用的自动转换开关(Automatic Transfer Switch，ATS)可以用于例如选择性将来自住宅或商业大厦的本地负载与公用电网联接。当发生电力中断时，这些装置还可以用于选择性地将本地负载与发电机联接。典型的ATS具有两个电源输入端和一个输出端。典型的ATS由多个部分组成，如驱动器、螺线管和接触器盒。ATS设计具有复杂的结构和大量的部件，尤其相对于驱动器和螺线管子系统。

发明内容

各种实施方式提供了用于自动转换开关的设备和系统以及用于自动转换切换的方法。在一个实施方式中，自动转换开关系统包括多个可移动的接触构件，该多个可移动的接触构件包括处于第一位置的至少一个第一可移动的接触构件和处于第二位置的至少一个第二可移动的接触构件。自动转换开关系统还包括至少一个固定接触构件和永磁体操作机构，该永磁体操作机构设置为通过一个或多个连杆控制所述多个可移动的接触构件相对于所述至少一个固定接触构件打开和闭合，并且产生保持力，以便将至少一个第一可移动的接触构件的状态保持在第一位置处和将至少一个第二可移动的接触构件的状态保持在第二位置处。

另一实施方式涉及具有自动转换开关的传动子系统，所述传动子系统包括一对可移动的接触构件，该一对可移动的接触构件包括处于第一位置的第一可移动的接触构件和处于第二位置的第二可移动的接触构件。所述自动转换开关还包括：固定构件；控制器，其配置成选择所述第一可移动的接触构件和所述第二可移动的接触构件中的一者；以及永磁驱动器，其包括驱动器本体、第一驱动杆和第二驱动杆。所述永磁驱动器配置成使所述第一驱动杆独立于所述第二驱动杆的运动而在第一方向上移动。所述第一驱动杆配置成使所述第一可移动的接触构件移动，并且所述第二驱动杆配置成使所述第二可移动的接触构件移动。

另一个实施方式涉及在系统中执行自动转换切换的方法。所述自动转换开关包括多个可移动的接触构件，所述多个可移动的接触构件包括固定在第一轴上并与所述第一轴一起旋转的第一组可移动的接触构件和固定在第二轴上并与所述第二轴一起旋转的第二组可移动的接触构件。开关还包括：至少一个固定构件；以及分别用所述第一轴和所述第二轴固定的第一驱动杆和第二驱动杆。所述方法包括：控制多个所述可移动的接触构件相对于所述至少一个固定构件的打开和闭合；以及通过一个或多个永磁体驱动器产生磁保持力，以便保持所述第一组可移动的接触构件的状态和所述第二组可移动的接触构件的状态。所述第一轴和第二轴如此配置，从而第一轴在第二轴闭合前打开，并且第二轴在第一轴闭合前打开。

此处所描述的系统、设备和方法的各个实施方式可以通过实现更稳固的设计来引起改善的可靠性并延长使用寿命。此外，在各个实施方式中，可以降低在制造中所要求的整体复杂度和精度。还减少了组装时间。

本公开的其他特征、优点和实施方式可以从以下详尽说明、附图和权利要求中阐明。而且，可以理解的是，本公开的前面的概要和下面的详尽说明均是示例性的并且旨在提供更进一步的解释，而非进一步限制所要求保护的本公开的范围。

附图说明

图1示出了根据实施方式的第一永磁驱动器；

图2示出了根据实施方式的第二永磁驱动器；

图3示出了根据实施方式的具有自动转换开关的组件的透视图；

图4示出了根据实施方式的具有双极接触系统和自动转换开关的传动子系统的截面侧视图；

图5示出了根据实施方式的用于自动转换切换的过程。

具体实施方式

以下详细的说明中参考了形成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另有所指，类似的标记通常表示类似组件。详细说明中所描述的示例性实施方式、附图以及权利要求并非意味着是限制性的。在不背离此处呈现的所述主题的精神或范围的前提下，可以使用其他实施方式以及可以做出其他改变。容易理解的是本公开的各个方面(如此处通常所描述的以及附图中所示出的)可以在多种不同的配置中被布置、替换、组合以及设计，所有这些均是被明确地预期并能够作为本公开的一部分。

如上所见，ATS装置通常由复杂的结构制成，这些结构可以具有较不稳健的设计并且这些结构必须获得和集成大量部件。因此，更稳健且更简化的开关可以降低与这些装置相关的制造和可靠性挑战。

一些ATS装置可以包括永磁驱动器。具有这些驱动器的ATS装置描述在2014年1月30日提交、名称为“自动转换开关(Automatic Transfer Switch)”的PCT专利申请号为PCT/CN2014/071857和2014年6月10日提交、名称为“自动转换开关(Automatic TransferSwitch)”的PCT专利申请号为PCT/CN2014/079590中，这些PCT专利申请整体通过引用而并入本文中，而作为其中所描述的技术和背景信息。

通常参考附图，此处所公开的各种实施方式涉及具有永磁驱动器的自动转换开关(“ATS”)。在一些实施方式中，永磁驱动器操作传动组件，以在固定接触子系统上打开或闭合可移动的接触子系统(也称为接触构件)。开关用于选择第一可移动的接触子系统(“源A”)或第二可移动的接触子系统(“源B”)。通过永磁驱动器对传动组件的操作使所选择的可移动的接触子系统移动到打开位置或闭合位置中。可移动的接触子系统利用来自永磁驱动器所产生的力、而不依赖于传统的机械锁定和释放装置或螺线管固定。

图1描绘了带有如可以用在至少一个实施方式中的驱动器52的永磁操作机构。图1的驱动机构52是双稳态型，其中断路线圈(opening coil)用于执行电磁操作。除其他方面以外，双稳态的永磁驱动器52包括驱动杆14、静铁芯2、移动铁芯4、永磁体8、断路线圈10和闭合线圈12。如图1还示出的，永磁驱动器52还包括第一空间20和第二空间38。双稳态的永磁驱动器52使用闭合线圈12将移动铁芯4从打开位置推向闭合位置，并且使用断路线圈10将移动铁芯4从闭合位置推向打开位置。

图2描绘了如可以用在至少一个实施方式中的永磁驱动器。图2的永磁驱动器是包括与图1的那些组件相类似的组件的单稳态永磁驱动器54。图2的驱动器54采用加固线圈36，加固线圈36执行打开和闭合操作。当在闭合操作中时，线圈36被通电，以提供电力。当在打开操作中时，线圈36由与闭合操作的方向相反方向上的电流通电，以提供电力。包括了弹簧34以方便了待执行的打开操作。

图3描绘了根据一实施方式的自动转换开关的透视图。描绘了自动转换开关100，所述自动转换开关包括至少一个双极接触系统27，双极接触系统27在基板1的左侧或右侧上联接到基板1。旋转方轴16、旋转方轴18通过孔连接到基板1。第一旋转方轴16联接到第一摆动杆19并与第一摆动杆19一起旋转，第二旋转方轴18联接到第二摆动杆17并与第二摆动杆17一起旋转。在第一摆动杆19和第二摆动杆17的每一者中可以形成有槽。由套筒覆盖的销22穿过杆17、杆19中的槽。销22与第一摆动杆19和第二摆动杆17相接触，第一摆动杆19和第二摆动杆17的每一个单独地旋转。

在图3所示的实施方式中，源A轴臂40和源B轴臂39被具有轴60、轴62的双输出轴驱动器直接驱动。轴60、轴62可以以独立的左侧或独立的右侧的布置方式在每一侧上布置有一个轴。驱动器可以是诸如图1-图2中所示的永磁装置的驱动器并且可以连接到基板1。例如，前述双输出轴驱动器可以配置成使臂39、臂40移动，臂39、臂40在轴向上与附接至基板1的第一支架64和第二支架66分别对齐。

再次参考图3，自动转换开关100如此布置，从而销22穿过基板1以及第一摆动杆19和第二摆动杆17的槽。如上所见，销22推动分别单独地旋转的第一摆动杆19和第二摆动杆17。旋转方轴16和旋转方轴18分别固定至第一摆动杆19和第二摆动杆17，并且分别与相应的摆动杆一起旋转。通过为永磁驱动器在两端提供两个不同轴60、62，所述驱动器可以在两个不同方向上独立工作，以分别驱动两个源移动接触部(源A和源B)。

如图3-图4所示，ATS 100包括多个可移动的接触构件28、30。具有轴60、轴62的驱动器配置成通过一个或多个连杆(linkage)17、19控制所述多个可移动的接触构件相对于至少一个固定接触构件的打开和闭合，并且配置成产生保持力以便将至少一个第一可移动的接触构件的状态保持在第一位置处以及将至少一个第二可移动的接触构件的状态保持在第二位置处。轴60、轴62(也被称为驱动杆)的每一者配置成从驱动器的本体传递驱动力。ATS 100配置成使第一轴60独立于第二轴62的移动而沿第一方向移动。ATS 100还配置成使第二轴62独立于第一轴60在第一方向上的移动而在第二方向上移动。轴60、轴62不同时移动。

如图3-图4中所表明的，在某些实施方式中，诸如ATS 100的自动转换开关可以配置成三种状态中的一者。所述状态包括空档位置，其当永磁体驱动器65已经将销22拉至相对于基板1的给定位置时发生，并且其中源A可移动的接触子系统30和源B可移动的接触子系统28均处于打开位置(即，不与固定接触子系统接触)中。永磁驱动器65能够通过驱动器52或驱动器54配置。

再次回到图3-图4，双极接触系统包括在源A可移动的接触子系统30和源B可移动的接触子系统28之间组装的固定接触子系统29和消弧栅(chute)系统32。源A可移动的接触子系统30固定至旋转方轴16。源A可移动的接触子系统30与旋转方轴16一起旋转并且将固定接触子系统29联接到源A输入端。源B可移动的接触子系统28固定至旋转方轴18。源B可移动的接触子系统28与旋转方轴18一起旋转并且将固定接触子系统29联接到源B输入端。轴60配置成当接触子系统30处于打开位置中时而处于打开位置中，并且第二轴62配置成当接触子系统28处于打开位置中时而处于打开位置中。在一些实施方式中，接触子系统28-30设置在盒式子系统中。

另外，各种实施方式包括如图4所示的控制模块68，控制模块68包括允许选择可移动的接触子系统28、可移动的接触子系统30的控制回路。例如，控制模块68可以选择源A可移动的接触子系统30和源B可移动的接触子系统28中的一者，以便于切换操作。控制模块68可以包括可编程的控制逻辑和至少一个印刷电路板(printed circuit board，PCB)。此外，控制模块68可以包括其上具有指令的永久计算机可读内存，以便于控制可移动的接触构件。尽管可移动的接触子系统28、可移动的接触子系统30的移动可以以这种方式控制，但是可移动的接触子系统28、可移动的接触子系统30还可以配置成手动移动。

再次参考图4，显示了自动转换开关的双极接触系统的截面侧视图，第一可移动的接触子系统和第二可移动的接触子系统处于空档位置中而固定接触子系统29既不联接至源A可移动的接触子系统30，也不联接至源B可移动的接触子系统28。

可移动的接触子系统28、可移动的接触子系统30处于打开的空档位置中并且由永磁驱动器65固定。第一摆动杆19和第二摆动杆17均停留在与旋转方轴16、旋转方轴18所旋转到的角度相应的位置中，从而将可移动的接触子系统28、可移动的接触子系统30布置在距固定接触子系统29某一距离的空档位置中。该距离可以是例如与固定接触子系统29偏离最大角度相应的距离。

在一些实施方式中，驱动器具有第一状态，在该第一状态中，永磁体操作机构配置成保持驱动器，除非线圈被供电以将驱动器保持在第二状态中。在至少一个实施方式中，驱动器具有第一磁稳定保持状态和第二磁稳定保持状态，并且驱动器配置成当驱动器的至少一个线圈接收电力时在第一状态和第二状态之间转变。某些实施方式的驱动器连接驱动器的第一端和第二端，并且配置成使自动转换开关在第一状态、第二状态和第三状态之间变换。在至少一个实施方式中，第一状态与第一源相对应，第二状态与空档相对应，以及第三状态与第二源相对应。另外，某些实施方式的驱动器可以是双端双塞驱动器(dual-end，dual-slug actuator)或单塞活塞驱动器(single-slug piston actuator)。

注意到的是，各种实施方式的永磁驱动器也可以是双稳态的，在每一驱动器的摆度(throw)的每一第一端和第二端处具有永磁保持状态。可替选地，驱动器可以是单稳态的，仅有一个线圈接收电力，以在每一驱动器的摆度的每一第一端和第二端保持永磁保持状态。另外，在一些情况下，可以提供至少一个双稳态驱动器，而在其他情况下，可以提供至少一个单稳态驱动器。

现在转到图5，显示了根据实施方式执行自动转换切换的方法。特别地，所描述用于执行自动转换切换的方法500示出用于自动转换开关，该自动转换开关包括多个可移动的接触构件，该多个可移动的接触构件包括固定在第一轴上并与第一轴一起旋转的第一组可移动的接触构件和固定在第二轴上并与第二轴一起旋转的第二组可移动的接触构件。开关还包括至少一个固定构件以及分别通过第一轴和第二轴固定的第一驱动杆和第二驱动杆。方法500包括通过驱动器(诸如以上图1-图4所描述的那些驱动器)驱动开关(501)。该方法还包括相对于所述至少一个固定构件控制所述多个可移动的接触构件的打开和闭合(502)。此外，该方法包括利用一个或多个永磁体驱动器施加磁保持力(503)。在施加适当的力后，该方法还包括保持所述第一组可移动的接触构件的状态和所述第二组可移动的接触构件的状态(504)。

关于此处使用的大量的任意复数和/或单数的术语，本领域技术人员能够从复数转换为单数和/或从单数转换为复数，这对上下文和/或申请是合适的。为清楚起见，各种单数/复数变换在此处可以被清楚地阐明。

此处所使用的术语“联接”、“连接”等是指将两个构件与另一个构件直接或间接地连接。这些连接可以静止的(例如永久的)或可移动的(例如可拆卸的或可释放的)。这些连接可以是由两个构件来实现，或由两个构件和任意额外的中间构件彼此一体成型为一个整体来实现，或者由两个构件或两个构件和任意额外的中间构件彼此附接来实现。

此处参考的元件位置(例如，“上”、“下”、“右”、“左”等)仅仅用于描述附图中各个元件的取向。需要注意的是，各个元件的取向根据其他示例的实施方式而可以不同，并且这些变型旨在被本公开所包含。

前述各种示例的实施方式的结构和布置方式仅仅为说明性的。尽管在本公开中只详尽描述了一些实施方式，但是本领域技术人员可以理解的是，除非特别指明，在未实质性背离此处所描述的主题的教导和优点的情况下可以进行许多变型(例如，各个元件的尺寸、结构、形状和比例的变型、参数值、安装布置、材料的使用、取向等)。例如，如一体成型所示的元件可以由多个部件或元件组成，元件的位置可以相反的或以其他方式改变，并且分立元件的特征或数量或位置可以被改动或改变。除非特别指明，根据可替选的实施方式，任何过程或方法步骤的顺序或序列可以被改变或重新排列。

所示出的实施方式的前述说明并非旨在针对所公开的准确形式的穷尽性的或限制性的，并且变形或改变(诸如以上所讨论的那些变形或改变)根据上述教导是可能的，或者从所公开的实施方式的实践中可以获得的。在不背离本发明范围的情况下，在各种示例性的实施方式的设计、操作条件和布置中也可以进行其他替换、修改、改变或省略。

Claims (23)

1.一种自动转换开关，其特征在于，包括：

多个可移动的接触构件，所述多个可移动的接触构件包括在第一位置处的至少一个第一可移动的接触构件和在第二位置处的至少一个第二可移动的接触构件；

至少一个固定接触构件；以及

永磁体操作机构，所述永磁体操作机构配置成：

通过一个或多个连杆控制所述多个可移动的接触构件相对于所述至少一个固定接触构件的打开和闭合；以及

产生保持力，以便将所述至少一个第一可移动的接触构件的状态保持在所述第一位置处和将所述至少一个第二可移动的接触构件的状态保持在所述第二位置处，

其中，所述永磁体操作机构包括具有驱动器本体、第一驱动杆和第二驱动杆的驱动器；

其中，所述第一驱动杆和所述第二驱动杆均配置成从所述驱动器本体传递驱动力；

所述永磁体操作机构配置成使所述第一驱动杆独立于所述第二驱动杆的移动而在第一方向上移动；

所述永磁体操作机构配置成使所述第二驱动杆独立于所述第一驱动杆在所述第一方向上的移动而在第二方向上移动；以及

所述永磁体操作机构包括至少一个单稳态永磁驱动器，所述至少一个单稳态永磁驱动器具有第一摆度端和第二摆度端，其中，所述第一摆度端具有单个永磁保持状态，并且所述第二摆度端仅在被激活时被保持。

2.根据权利要求1所述的自动转换开关，其特征在于，所述第一驱动杆配置成使在所述第一位置处的所述至少一个第一可移动的接触构件移动，并且其中所述第二驱动杆配置成使在所述第二位置处的所述至少一个第二可移动的接触构件移动。

3.根据权利要求1所述的自动转换开关，其特征在于，

所述连杆包括分别可旋转地支撑且联接至所述第一可移动的接触构件和所述第二可移动的接触构件的第一轴和第二轴，以及

所述第一轴由所述第一驱动杆驱动，并且所述第二轴由所述第二驱动杆驱动。

4.根据权利要求3所述的自动转换开关，其特征在于，

所述第一轴和所述第二轴配置成根据所述多个可移动的接触构件的打开和闭合而旋转，

所述第一轴配置成当所述第一可移动的接触构件处于打开位置中时而处于打开位置中，以及所述第二轴配置成当所述第二可移动的接触构件处于打开位置中时而处于打开位置中。

5.根据权利要求1所述的自动转换开关，还包括盒式子系统，其特征在于，所述盒式子系统包括所述多个可移动的接触构件和所述至少一个固定接触构件。

6.根据权利要求1所述的自动转换开关，其特征在于，所述多个可移动的接触构件配置成手动移动。

7.根据权利要求1所述的自动转换开关，其特征在于，所述永磁体操作机构配置成允许将至少一个可移动的接触构件闭合到至少一个固定接触构件上以及将所述至少一个可移动的接触构件从所述至少一个固定接触构件打开。

8.根据权利要求1所述的自动转换开关，其特征在于，所述驱动器具有第一状态，在所述第一状态中，所述永磁体操作机构配置成保持所述驱动器，除非线圈被供电以将所述驱动器保持在第二状态中。

9.根据权利要求1所述的自动转换开关，其特征在于，所述驱动器具有第一状态和第二状态，并且所述驱动器配置成当所述驱动器的至少一个线圈接收电力时，在所述第一状态和所述第二状态之间转变。

10.根据权利要求1所述的自动转换开关，其特征在于，所述驱动器在所述驱动器的第一端和第二端处被连接，并且所述驱动器配置成使所述自动转换开关在第一状态、第二状态和第三状态之间转换。

11.根据权利要求10所述的自动转换开关，其特征在于，所述第一状态与第一源对应，所述第二状态与空档对应，并且所述第三状态与第二源对应。

12.根据权利要求9所述的自动转换开关，其特征在于，所述驱动器是双端双塞驱动器。

13.根据权利要求10所述的自动转换开关，其特征在于，所述驱动器是单塞活塞驱动器。

14.根据权利要求3所述的自动转换开关，其特征在于，

所述第一轴、所述第二轴、所述一个或多个连杆和所述至少一个单稳态永磁驱动器安装至基板的第一侧，并且

双极接触系统安装至所述基板的与所述基板的第一侧相对的第二侧，所述双极接触系统包括所述多个可移动的接触构件和所述至少一个固定接触构件。

15.根据权利要求14所述的自动转换开关，其特征在于，

所述一个或多个连杆包括第一连杆和第二连杆；

所述第一连杆连接至第一臂；

所述第二连杆连接至第二臂；

所述第一臂在轴向上与第一支架对齐；

所述第二臂在所述轴向上与第二支架对齐；以及

所述第一支架和所述第二支架附接至所述基板的第一侧。

16.一种具有开路转变的自动转换开关的传动子系统，其特征在于，所述传动子系统包括：

一对可移动的接触构件，所述一对可移动的接触构件包括在第一位置处的第一可移动的接触构件和在第二位置处的第二可移动的接触构件；

固定接触构件；

控制器，所述控制器配置成选择所述第一可移动的接触构件和所述第二可移动的接触构件中的一者；以及

永磁驱动器，所述永磁驱动器包括驱动器本体、第一驱动杆和第二驱动杆，所述永磁驱动器配置成使所述第一驱动杆独立于所述第二驱动杆的移动而在第一方向上移动；

其中，所述第一驱动杆配置成使所述第一可移动的接触构件移动，并且所述第二驱动杆配置成使所述第二可移动的接触构件移动；并且

所述永磁驱动器包括单稳态永磁驱动器，所述单稳态永磁驱动器具有第一摆度端和第二摆度端，其中，所述第一摆度端具有单个永磁保持状态，并且所述第二摆度端仅在被激活时被保持。

17.根据权利要求16所述的传动子系统，其特征在于，所述控制器包括控制回路。

18.根据权利要求16所述的传动子系统，其特征在于，所述传动子系统还包括多个盒体，其中所述多个盒体中有盒体包括所述一对可移动的接触构件和所述固定接触构件。

19.根据权利要求16所述的传动子系统，其特征在于，所述一对可移动的接触构件配置成手动移动。

20.根据权利要求16所述的传动子系统，其特征在于，

所述永磁驱动器安装至基板的第一侧，并且

双极接触系统安装至所述基板的与所述基板的第一侧相对的第二侧，所述双极接触系统包括所述一对可移动的接触构件和所述固定接触构件。

21.一种在系统中驱动自动转换开关的方法，其特征在于，所述自动转换开关包括：多个可移动的接触构件，所述多个可移动的接触构件包括固定在第一轴上并与所述第一轴一起旋转的第一组可移动的接触构件和固定在第二轴上并与所述第二轴一起旋转的第二组可移动的接触构件；至少一个固定接触构件；以及分别用所述第一轴和所述第二轴固定的第一驱动杆和第二驱动杆，所述方法包括：

控制所述多个可移动的接触构件相对于所述至少一个固定接触构件的打开和闭合；以及

通过一个或多个永磁体驱动器产生磁保持力，以便保持所述第一组可移动的接触构件的状态和所述第二组可移动的接触构件的状态，

其中，所述第一轴配置成当所述第一组可移动的接触构件处于打开位置中时而处于打开位置中，以及所述第二轴配置成当所述第二组可移动的接触构件处于打开位置中时而处于打开位置中，

其中，所述一个或多个永磁体驱动器的至少一个永磁体驱动器具有驱动器本体，所述驱动器本体布置成使得所述第一驱动杆和所述第二驱动杆均配置成从所述驱动器本体传递驱动力；

其中，所述至少一个永磁体驱动器配置成使所述第一驱动杆独立于所述第二驱动杆的移动而在第一方向上移动；

其中，所述至少一个永磁体驱动器配置成使所述第二驱动杆独立于所述第一驱动杆在所述第一方向上的移动而在第二方向上移动；并且

其中，所述永磁驱动器是单稳态永磁驱动器，所述单稳态永磁驱动器具有第一摆度端和第二摆度端，其中，所述第一摆度端具有单个永磁保持状态，并且所述第二摆度端仅在被激活时被保持。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括：

选择所述第一组可移动的接触构件和所述第二组可移动的接触构件中的一者相对于所述至少一个固定接触构件为打开和闭合。

23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，

所述第一轴、所述第二轴和所述永磁驱动器安装至基板的第一侧，并且

双极接触系统安装至所述基板的与所述基板的第一侧相对的第二侧，所述双极接触系统包括所述多个可移动的接触构件和所述至少一个固定接触构件。

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