CN109716471B - 具有电磁式接触负载支持的低压开关设备 - Google Patents

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Abstract

一种具有电磁式接触负载支持的低压开关设备。本发明涉及一种低压开关设备，具有电磁驱动器和接触系统，电磁驱动器具有线圈(1)、固定定位的磁轭(2)和能相对于磁轭(2)运动的衔铁(3)，接触系统由固定定位的开关件载体(4)和与固定定位的开关件载体相对置的能运动的开关件载体(5)构成，其中由接触负载弹簧(7)加载能运动的开关件载体(5)。本发明的特征在于，用于电磁式接触负载支持的第一机构定位在固定定位的开关件载体(4)处。

Description

具有电磁式接触负载支持的低压开关设备
技术领域
本发明涉及一种低压开关设备，具有电磁驱动器和接触系统，该电磁驱动器具有线圈、固定定位的磁轭和能相对于磁轭运动的衔铁，该接触系统由固定定位的开关件载体和与固定定位的开关件载体相对置的能运动的开关件载体构成，其中由接触负载弹簧加载能运动的开关件载体。
背景技术
对电开关设备提出的要求是：无干扰地切换电流并将电流引导至预设的大小。为此，电开关设备具有驱动器，该驱动器以预设的接触力将触点闭合、保持闭合以及再次断开。
如果电流流经开关设备中的闭合的接触部位，则在接触部位之间出现排斥力，该排斥力的大小与电流强度的平方成比例。这就是说，流经闭合的接触部位的电流越高，则排斥力越大。为了适应期望的排斥力，必须充分地设计接触压缩弹簧、开关机构和电磁驱动器。这又引起：设备尺寸、在操控电磁体时的能量消耗和制造成本随额定电流的增加而以过高比例增大。
对此，DE 42 16 080 A1公开一种解决方案，其中除了接触弹簧的电流通过的部段之外，在配合触点一侧以很小的间距设置铁磁体。在该解决方案中利用了磁吸引作用，磁吸引将流经触点的电流的磁场施加到铁磁体上。根据电流强度来提高作用于触点上的压力。
FR 2 793 090 A1描述一种解决方案，其中围绕能运动的开关件布置U形造型的铁磁元件。能运动的开关件中的电流通量在铁磁元件中感生出磁通量，又由该磁通量将闭合触点的力施加到能运动的开关件上。
DE 42 16 080 A1和FR 2 793 090 A1的缺点是：随着流过开关件的电流增加，闭合触点的电磁力强烈增大，并且在关断命令的情况下分离触点因此变得越来越难。
DE 103 43 005 B4描述了该问题的一个解决方案。其中设有至少两个U形的铁磁轭，这些铁磁轭受其磁力的作用而相反指向。较小的磁轭引起接触负载的增大。较大的磁轭引起触点的电动力排斥。较小的磁轭设置在较大的磁轭的气隙中并且更接近能运动的开关件。在电流强度较小至中等的情况下，较小的磁轭的作用占优并因此促使接触负载增大。从特定的电流强度起，较小的磁轭的磁路进入磁饱和。从该特定的电流强度起，较大的磁轭发挥作用并且引起触点的排斥。
在FR 2 829 869 A1中公开了该问题的另一个解决方案。在至少一个固定定位的开关件与能运动的开关臂之间的接触开关设备包括放大磁芯和补偿磁芯，该放大磁芯与能运动的开关臂配合作用，该补偿磁芯与开关设备的至少一个固定的导体配合作用。放大磁芯和补偿磁芯彼此相对置地安装在能运动的底座上。当电流在能运动的开关臂中流动时，放大磁通量在放大磁芯中流动并且在能运动的开关臂与能运动的底座之间产生吸引力。补偿磁芯在能运动的底座的另一侧起作用，该补偿磁芯同样将力施加到能运动的底座上，该力与放大磁芯所产生的力作用相反地指向。放大力大于补偿力，直至达到能运动的开关臂中流动的电流的特定阈值为止。超过能运动的开关臂中流动的电流的该阈值时，放大力小于补偿力。放大磁芯从U形的磁体部件脱离，并且磁接触负载支持失效。
FR 2 829 869 A1的缺点是：一方面其需要繁复的机构，并且另一方面其与DE 10343 005 B4一样没有提供用于解决开关触点熔损问题的解决方案。
在开关触点熔损时，在常规开关的情况下，在开关触点处出现由电弧侵蚀产生的磨损。由此，在使用寿命期间减小了接触层的厚度。这又使得在电开关设备的使用寿命期间，能运动的开关臂更接近固定的开关件载体。为了在整个使用寿命期间保持放大磁芯的力作用，必须在使用寿命期间再次校准放大磁芯相对于开关臂的配合定位。
发明内容
因此，本发明的目的在于：提出一种具有可简单实施的电磁式接触负载支持的低压开关设备。
根据本发明，该目的由一种低压开关设备实现，其具有电磁驱动器和接触系统，该电磁驱动器具有线圈、固定定位的磁轭和能相对于磁轭运动的衔铁，该接触系统由固定定位的开关件载体和与固定定位的开关件载体相对置的能运动的开关件载体构成，其中由接触负载弹簧加载能运动的开关件载体。本发明的特征在于，用于电磁式接触负载支持的第一机构定位在固定定位的开关件载体处。
在本发明中，优选使用两个用于电磁式接触负载支持的机构。这两个机构中的一个是U形构造的铁磁片，并且另一个是U形构造的弹簧座。在这两种U形的铁磁元件中分别感生出磁通量。这使得，在有小电流经过开关件载体或经过电桥时就已经引起相对大的电磁激励，从而在极面之间形成相对大的吸引力。
极面本身保持为相对小的并且以气隙彼此隔开。磁路很快进入饱和，从而在电流极高时力相对很少增加。这是重要的，因为由此在过流、例如过载或短路的情况下也还能够分离开关触点。
通过极面相对于触点-闭合-断开方向倾斜优选45°的方式，能够补偿由接触磨损引起的较大的路径损失。同样地，由此能够补偿极面相对于触点的配合定位中的公差。在接通状态下，电流从端子流动至开关件载体，从那里流动至固定的触点，随后经过能运动的触点流动至电桥，从那里经过相对置的能运动的触点和固定的触点流动至相对置的开关件载体，并且随后流动至相对置的端子。U形构造的铁磁的U形片安置在开关件载体处，从而在开关件载体中流动的电流在U形片中感生出磁通量。在U形片处存在极面。
在电桥处安置有铁磁的弹簧座，其具有端面和极面。端面与极面一起形成U形部段，该U形部段围绕电桥伸出，其中U形的开口朝向固定的开关件载体或U形片。在电流流过电桥时，分别在弹簧座处的U形部段中感生出磁通量。U形片中的磁通量和U形部段中的磁通量被极化，使得在U形片处的极面之间以及弹簧座处的极面中产生磁吸引力，其中极面相对于触点-闭合-断开方向以大约45°的角度设置。
此外，如下地设计在弹簧座和U形片处的开关件载体、电桥、固定定位的触点、能运动的触点、U形部段的布置或几何形状，使得在低压开关设备接通的状态下在极面之间保持有气隙。通过触点处的磨损，电桥和弹簧座更接近开关件载体或U形片。这一方面引起极面之间的气隙变小并且磁吸引力因此被提高。但是另一方面，在开关件载体和电桥之间的间距变小并且在电桥和开关件载体之间的排斥力因此变大。
本发明还提出：围绕能运动的电桥并围绕固定放置的开关件载体布置弹簧座和U形片形式的U形铁磁元件，这些铁磁元件的极面在接通状态下指向彼此，并且这些铁磁元件在电流流过开关件载体和电桥的情况下以电磁的方式彼此吸引。提出的铁磁元件的几何形状与触点相关，使得在触点接触时在极面之间保留气隙。因此，当针对低压开关设备的使用寿命设置的触点材料磨损时，极面之间的该气隙还存在。弹簧座或U形片处的相对置的极面构造为相对于触点-闭合-断开方向不是垂直的，而是形成例如45°的角度。如下地设计包括极面之间的气隙的铁磁元件，使得电磁式接触负载支持在大小上小于等于经由接触负载弹簧施加的接触负载。此外，如下地设计包括极面之间的气隙的铁磁元件，使得由于气隙变小引起的电磁力增加大约刚好与由于间距变小引起的、在开关件载体和电桥之间的排斥力增加一样大。
根据本发明的设计的一个改进方案提出：第一机构是U形造型的铁磁片，其具有两个相对置的极面和连接极面的一个中间区域。
根据本发明的设计的一个具体的设计方案提出：U形造型的铁磁片的极面构造成翼状。
根据本发明的设计的一个有利的设计方案能够在于：固定定位的开关件载体构造成U形，该固定定位的开关件载体具有第一支腿和第二支腿以及在第一支腿和第二支腿之间的连接区域，其中U形造型的铁磁片的中间区域安置在第一支腿上，并且翼状的极面沿第二支腿的方向构造，从而在开关件载体中流动的电流在U形造型的铁磁片中感生出磁通量。
本发明的另一个实施方案能够提出：用于电磁式接触负载支持的第二机构定位在接触负载弹簧与能运动的开关件载体之间。
本发明的另一个有利的实施方案能够提出：用于电磁式接触负载支持的第二机构是U形构造的铁磁的弹簧座，该弹簧座具有相对置的两个支腿和连接两个支腿的一个中间区域。
本发明的一个具体的设计方案能够在于：在U形构造的铁磁的弹簧座的中间区域中构造有圆柱形的凸起以用于容纳接触负载弹簧的线匝。
本发明的一个具体的设计方案能够在于：沿背离弹簧座的相对置的支腿的方向构造有相对置的极面。
根据本发明的设计的一个有利的设计方案能够在于：弹簧座的极面和U形构造的铁磁片的翼状的极面指向彼此，并且在这些极面之间有气隙。
此外，根据本发明能够提出：低压开关设备是接触器或者断路器或者紧凑式马达支路(Kompaktmotorabzweig)。
根据本发明的低压开关设备具有电磁驱动器和接触系统，该电磁驱动器具有线圈、固定定位的磁轭和能相对于磁轭运动的衔铁，该接触系统由固定定位的开关件载体和与固定定位的开关件载体相对置的能运动的开关件载体构成。固定定位的开关件载体和能运动的开关件载体各自具有触点，其中固定定位的开关件载体的触点与能运动的开关件载体的触点相对置。接触负载弹簧设置在能运动的开关件载体之下。固定定位的开关件载体位置固定地固定在壳体中，能运动的开关件载体和接触负载弹簧设置在一个接触载体中。
固定定位的开关件载体优选构造成以下U形，其具有优选能够比第二支腿更长的第一支腿。这些支腿经由连接区域彼此连接。用于电磁式接触负载支持的第一机构定位到第一支腿上，优选定位到连接区域的区域上。该第一机构是U形造型的铁磁片，其具有两个相对置的极面和连接这两个极面的一个中间区域。U形造型的铁磁片的中间区域在连接区域附近安置在固定定位的开关件载体的第一支腿上。极面优选构造成翼状并且指向能运动的开关件载体的方向。
用于电磁式接触负载支持的第二机构定位在接触负载弹簧和能运动的开关件之间。用于电磁式接触负载支持的第二机构是U形构造的铁磁的弹簧座，该弹簧座具有两个相对置的支腿和连接两个支腿的一个中间区域。在U形构造的铁磁的弹簧座的中间区域中，优选构造有圆柱形的凸起以用于容纳接触负载弹簧的线匝。沿背离弹簧座的相对置的支腿的方向构造有相对置的极面。弹簧座的极面和U形造型的铁磁片的翼状的极面指向彼此，并且在这些极面之间有气隙。
附图说明
下面，根据实施例以及根据附图阐述本发明的另外的实施方案和优点。
在此示意性地示出：
图1示出根据本发明的低压开关设备的组件的立体图，该低压开关设备具有电磁驱动器和接触系统以及用于电磁式接触负载支持的机构，示出的组件设置在在此未示出的壳体中；
图2示出由固定定位的开关件载体、能运动的开关件载体和接触负载弹簧构成的、包括用于电磁式接触负载支持的机构的装置的立体图；
图3示出根据图2的图示的侧视图；
图4示出由固定定位的开关件载体和根据本发明的用于电磁式接触负载支持的片构成的装置的侧视图；
图5示出由能运动的开关件载体和根据本发明的弹簧座构成的装置的侧视图；
图6示出由能运动的开关件载体和根据本发明的用于电磁式接触负载支持的弹簧座构成的装置的立体图；
图7示出根据本发明的用于电磁式接触负载支持的片的立体图；
图8示出根据本发明的用于电磁式接触负载支持的弹簧座的立体图；
图9示出由固定定位的开关件载体、能运动的开关件载体、接触负载弹簧和根据本发明的用于电磁式接触负载支持的机构构成的装置的侧视图，这些机构呈具有处于使用寿命末期的磨损的触点的片和弹簧座的形式。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明的低压开关设备，其具有电磁驱动器和接触系统。根据本发明的低压开关设备具有电磁驱动器和接触系统，该电磁驱动器具有线圈1、固定定位的磁轭2和能相对于磁轭2运动的衔铁3，该接触系统由两个固定定位的开关件载体4和与固定定位的开关件载体相对置的一个能运动的开关件载体5构成。固定定位的开关件载体4和能运动的开关件载体5各自具有触点6，其中固定定位的开关件载体4的触点6与能运动的开关件载体5的触点6相对置。在能运动的开关件载体5下方布置有接触负载弹簧7。固定定位的开关件载体4位置固定地固定在壳体中，能运动的开关件载体5和接触负载弹簧7设置在接触载体8中。
固定定位的开关件载体4优选构造成U形，其具有第一支腿9，该第一支腿优选能够比第二支腿10更长。支腿9、10经由连接区域11彼此连接。用于电磁式接触负载支持的第一机构定位在第一支腿9上，优选定位在连接区域11的区域中。该第一机构是U形造型的铁磁片12，其具有两个相对置的极面13和连接这两个极面13的一个中间区域14。U形造型的铁磁片12的中间区域14在连接区域11附近安置在固定定位的开关件载体4的第一支腿9上。极面13优选构造成翼状并且指向能运动的开关件载体5的方向。
用于电磁式接触负载支持的第二机构定位在接触负载弹簧7与能运动的开关件之间。用于电磁式接触负载支持的第二机构是U形构造的铁磁的弹簧座15，该弹簧座具有两个相对置的支腿16和连接这两个支腿16的一个中间区域。在U形构造的铁磁的弹簧座15的中间区域中优选构造有圆柱形的凸起以用于容纳接触负载弹簧7的线匝。沿背离弹簧座15的相对置的支腿16的方向构造有相对置的极面19。弹簧座15的极面19和U形造型的铁磁片12的翼状的极面13指向彼此，并且在这些极面13、19之间有气隙。
图2示出由两个固定定位的开关件载体4、一个能运动的开关件载体5、一个接触负载弹簧7、以及片12和弹簧座15形式的用于电磁式接触负载支持的两个机构构成的装置。从图2中可见：U形造型的铁磁片12的中间区域14在连接区域11附近安置在固定定位的开关件载体4的第一支腿9上。极面13优选构造成翼状并且指向能运动的开关件的方向。用于电磁式接触负载支持的第二机构、即弹簧座15设置在能运动的开关件载体5和接触负载弹簧7之间。沿背离弹簧座15的相对置的支腿16的方向构造有相对置的极面19。弹簧座15的极面19和U形造型的铁磁片12的翼状的极面13指向彼此，并且在这些极面13、19之间有气隙。
从图3可见极面13、19之间的气隙20。固定定位的开关件载体4下方的箭头21表示触点-闭合-断开方向。
在图4中示出由固定定位的开关件载体4和根据本发明的用于电磁式接触负载支持的片12构成的装置。从该视图中可见：U形造型的铁磁片12的中间区域14在连接区域11附近安置在固定定位的开关件载体4的第一支腿9上。在此，片12的优选翼状构造的极面13虽然指向固定定位的开关件载体4的第二支腿10的方向，但是相对于触点6在侧向倾斜错开地设置。这就是说，翼状的极面13不指向触点6的方向，而是在侧向倾斜错开地构造在固定定位的开关件载体4的连接区域11旁。
在图5中示出弹簧座15形式的、根据本发明的用于电磁式接触负载支持的第二机构。该第二机构是U形造型的并且是铁磁的，其具有两个相对置的极面19和连接这两个极面19的一个中间区域17。
在图6中示出由能运动的开关件载体5和用于电磁式接触负载支持的第二机构构成的装置，其中第二机构呈弹簧座15的形式。弹簧座15构造成U形并且是铁磁的，该弹簧座具有两个相对置的支腿16和连接这两个支腿16的一个中间区域17。在此，中间区域17紧靠能运动的开关件载体5的中间区域22，其中弹簧座15的中间区域17定位在背离触点6的侧上。因此，弹簧座15的支腿16远离触点6地指向。沿背离弹簧座15的相对置的支腿16的方向构造有相对置的极面19。这些极面19指向布置有触点6的一侧。
在图7中示出根据本发明的用于接触负载支持的第一机构，其中，第一机构呈片12的形式，该片具有极面13和将极面13连接的中间区域14。
图8示出用于电磁式接触负载支持的第二机构，其中第二机构呈弹簧座15的形式。用于电磁式接触负载支持的该第二机构构造成U形并且是铁磁的，该第二机构呈具有两个相对置的支腿16和连接两个支腿16的一个中间区域17的弹簧座15的形式。在U形构造的铁磁的弹簧座15的中间区域17中优选构造有圆柱形的凸起18以用于容纳接触负载弹簧7的线匝。沿背离弹簧座15的相对置的支腿16的方向构造有相对置的极面19。
图9示出触点6被磨损的图。从图9中还可见：在片12的极面13与弹簧座15的极面19之间的气隙20对于该情况是很小的。
根据本发明的低压开关设备的特点在于，以简单的方式和方法集成了片和弹簧座形式的电磁式接触负载支持，其也能够加装到老旧设备上。
参考标号列表
1 线圈
2 磁轭
3 衔铁
4 固定定位的开关件载体
5 能运动的开关件载体
6 触点
7 接触负载弹簧
8 接触载体
9 第一支腿
10 第二支腿
11 连接区域
12 片
13 极面
14 中间区域
15 弹簧座
16 支腿
17 中间区域
18 圆柱形的凸起
19 极面
20 气隙
21 箭头
22 中间区域。

Claims (8)

1.一种低压开关设备，具有电磁驱动器和接触系统，所述电磁驱动器具有线圈(1)、固定定位的磁轭(2)和能相对于所述磁轭(2)运动的衔铁(3)，所述接触系统由固定定位的开关件载体(4)和与所述固定定位的开关件载体相对置的能运动的开关件载体(5)构成，其中，由接触负载弹簧(7)加载所述能运动的开关件载体(5)，其特征在于，用于电磁式接触负载支持的第一机构定位在所述固定定位的开关件载体(4)处，所述第一机构是U形造型的铁磁片(12)，所述铁磁片具有两个相对置的极面(13)和一个连接所述极面(13)的中间区域(14)，U形造型的所述铁磁片(12)的所述极面(13)构造成翼状并且指向所述能运动的开关件载体(5)的方向。
2.根据权利要求1所述的低压开关设备，其特征在于，所述固定定位的开关件载体(4)构造成U形，所述固定定位的开关件载体具有第一支腿(9)和第二支腿(10)以及在所述第一支腿(9)与所述第二支腿(10)之间的连接区域(11)，其中，U形造型的所述铁磁片(12)的所述中间区域(14)安置在所述第一支腿(9)上，并且翼状的所述极面(13)沿所述第二支腿(10)的方向构造，从而在所述固定定位的开关件载体(4)中流动的电流在U形造型的所述铁磁片(12)中感生出磁通量。
3.根据权利要求1或2所述的低压开关设备，其特征在于，用于电磁式接触负载支持的第二机构定位在所述接触负载弹簧(7)与所述能运动的开关件载体(5)之间。
4.根据权利要求3所述的低压开关设备，其特征在于，用于电磁式接触负载支持的所述第二机构是U形构造的铁磁的弹簧座(15)，所述弹簧座具有相对置的两个支腿(16)和连接所述两个支腿(16)的一个中间区域(17)。
5.根据权利要求4所述的低压开关设备，其特征在于，在U形构造的铁磁的所述弹簧座(15)的中间区域(17)中构造有圆柱形的凸起(18)以用于容纳所述接触负载弹簧(7)的线匝。
6.根据权利要求4所述的低压开关设备，其特征在于，沿背离所述弹簧座(15)的相对置的支腿(16)的方向构造有相对置的极面(19)。
7.根据权利要求6所述的低压开关设备，其特征在于，所述弹簧座(15)的极面(19)和U形构造的所述铁磁片(12)的翼状的极面(13)指向彼此，并且在所述铁磁片的翼状的极面(13)与所述弹簧座的极面(19)之间有气隙(20)。
8.根据权利要求1或2所述的低压开关设备，其特征在于，所述低压开关设备是接触器或者断路器或者紧凑式马达支路。
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