CN113454747A - 具有脱扣螺线管和磁通传输复位的双稳态脱扣单元 - Google Patents

Abstract

用于断路器的脱扣单元包括磁通传输系统，其采用永磁体和具有铁磁芯的螺线管。当检测到脱扣条件时，系统使用螺线管产生吸引力以抵消复位弹簧的力和闩锁摩擦力。产生的吸引力与来自磁铁的吸引力一起吸引轭，进而将轭与电枢一起移动到脱扣位置。当不再产生所产生的吸引力时，系统还利用磁体的吸引力将轭和衔铁保持在脱扣位置。当满足可复位条件时，系统还使用螺线管产生排斥力以抵消磁体的吸引力，从而允许轭和衔铁从脱扣位置移动到复位位置。

Description

具有脱扣螺线管和磁通传输复位的双稳态脱扣单元

本申请要求于2018年12月28日提交的题为“BI-STABLE TRIP UNIT WITH TRIPSOLENOID AND FLUX TRANSFER RESET”的美国临时申请No.62/785,902的优先权，并在此以其全文并入。

技术领域

本公开总体上涉及一种用于电路保护装置的脱扣单元，更具体地，涉及一种具有螺线管和永磁体的改进的脱扣单元。

背景技术

断路器是一种保护装置，用于电力系统上的电路保护和隔离。当系统中发生指定的电气异常或故障条件(例如过电流、短路或过载事件或其他异常事件)时，断路器提供电气系统保护。一种类型的断路器是微型断路器(MCB)，其可用于低压应用。MCB可包括基部和盖部，以及线路端子和负载端子之间的电气电路。电气电路可以包括电连接到端子中的一个的导电固定触头和电连接到另一个端子的可动触头。可动触头固定在可动刀片(也称为触头载体)上。如下文进一步解释的，手柄与脱扣单元/机构的刀片和脱扣杆接口。用户可以操作手柄以在打开位置和闭合位置之间移动刀片，从而移动可动触头以打开或关闭电气电路。在闭合位置，可动触头与固定触头接合以允许电流在两个触头之间流向受保护的负载。在打开位置，可动触头与固定触头脱离，以阻止或中断电流流向受保护的负载。

MCB还包括脱扣单元。脱扣单元控制脱扣杆，该脱扣杆通过拉簧(也称为“肘节弹簧”)连接到刀片。当检测到异常操作或故障条件(例如，过电流或过热故障)时，脱扣单元会执行脱扣操作，以通过解锁脱扣杆而将可动触头从固定触头脱离，从而在脱扣位置中断电流流向受保护负载的流动。此后，可以将断路器置于复位(RESET)位置以重新锁定脱扣杆，从而使断路器返回到打开位置。一旦处于打开位置，用户可以通过手柄将断路器移回闭合位置以接通断路器。

发明内容

根据各种实施例，提供了使用永磁体和一个或多个具有铁磁芯的螺线管来控制电路保护装置(例如断路器)中的脱扣和释放操作的系统和方法。断路器可以是微型断路器。

根据一实施例，提供了一种用于电路保护装置的脱扣单元及其操作方法。脱扣单元可以包括可动衔铁和轭、复位弹簧和磁通传输系统。可动衔铁具有前侧、后侧和从前侧延伸到后侧的开口。开口被配置为当处于接通、断开或复位位置时从前侧接收电路保护装置的脱扣杆的一部分。可动轭布置为邻近衔铁的后侧。轭和衔铁被配置为一起移动到不同的位置，包括复位位置和脱扣位置。复位位置是其中脱扣杆的该部分可复位到衔铁的开口中的位置(例如，脱扣杆可以通过开口锁定到衔铁)。脱扣位置是脱扣杆从衔铁的开口释放并且不能复位到衔铁的开口的位置。复位弹簧被配置为施加将衔铁朝向复位位置偏压的力。

磁通传输系统包括永磁体和一个或多个螺线管，每个螺线管都具有铁磁芯。磁通传输系统配置为：(1)当检测到脱扣条件时，使用来自一个或多个螺线管的螺线管产生吸引力(引力)来抵消复位弹簧的力和闩锁摩擦力，所产生的吸引力与来自永磁体的吸引力一起吸引轭，进而将轭与衔铁一起移动到脱扣位置；(2)当不再产生所产生的吸引力时，利用永磁体的吸引力将轭和衔铁保持在脱扣位置；以及(3)当满足可复位条件时，使用来自一个或多个螺线管的螺线管产生排斥力(斥力)，所产生的排斥力与复位弹簧的力一起抵消永磁体的吸引力，从而将轭和衔铁从脱扣位置释放并允许轭和衔铁移动到复位位置。

来自一个或多个螺线管的螺线管被配置为通过在包括脱扣条件和可复位条件的不同条件下改变向其供应的电流的极性来产生吸引力和排斥力。螺线管的铁磁芯包括面向轭的方向的第一端和与永磁体接触或靠近的第二端。在脱扣位置，轭可以与铁磁芯的第一端接触。

脱扣单元可以包括脱扣致动器和复位致动器。脱扣致动器可以包括来自一个或多个螺线管的第一螺线管。复位致动器可包括来自一个或多个螺线管的第二螺线管和与第二螺线管的铁磁芯接触或接近的永磁体。第一螺线管可以通电以产生吸引力。第二螺线管可以通电以产生排斥力。例如，第一螺线管可由具有正极性或负极性的第一电流通电以产生吸引力。可以使用仅具有中和永磁体的一个电流方向的第二电流为第二螺线管通电。第二螺线管的电流方向可取决于其设计，例如线圈卷绕方向和永磁磁极取向。

根据实施例，电路保护装置可包括脱扣单元以及固定电触头、承载可动电触头的刀片、存储器和一个或多个处理器。具有可动电触头的刀片被配置为在第一位置和第二位置之间移动。第一位置是可动电触头与固定电触头接触以允许电流在接通位置流过的位置。第二位置是在脱扣位置、打开位置或复位位置中的一个、可动电触头与固定电触头分离的位置。一个或多个处理器被配置为当检测到脱扣条件时控制脱扣单元操作到脱扣位置从而使刀片移动到第二位置，并且当可满足复位条件时操作以从脱扣位置到复位位置。在脱扣位置，脱扣杆从衔铁的开口释放，这进而使可动电触头与固定电触头分离。在复位位置，脱扣杆可操作到打开位置，这将脱扣杆的部分锁入衔铁开口中。以这种方式，电路保护装置可以随后操作到接通位置。

附加的目的和优点将部分地在随后的描述中阐述，并且部分地将从描述中显而易见，或者可以通过本公开和/或权利要求的实践获悉。这些目的和优点中的至少一些可以通过所附权利要求中特别指出的要素和组合来实现和获得。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都只是示例性和说明性的，而不是对所公开或要求保护的本发明的限制。权利要求应享有其全部范围的权利，包括等同物。

附图说明

这些附图不意图按比例绘制。在附图中，用不同附图示出的每个相同或几乎相同的部件由线标号表示。为清楚起见，并非每个部件都可以在每张附图中标出。在这些附图中：

图1示出了根据本公开的实施例的具有断路器的电路的框图，该断路器采用具有磁通传输系统的双稳态脱扣单元，该磁通传输系统具有一个或多个致动器，用于使用螺线管和永磁体的组合来执行和控制脱扣和释放操作。

图2示出了诸如图1中的断路器的部件，其中壳体(或外壳)的一部分被移除以示出根据本公开的实施例的具有脱扣致动器和复位致动器的脱扣单元。

图3示出了图2的断路器的脱扣单元的脱扣致动器和复位致动器的放大图。

图4示出了根据本公开的实施例的图3中的脱扣单元的脱扣和复位致动器的剖视图。

图5A至5H示出了根据本公开的实施例的图2的断路器的操作示例。

图6示出了根据本公开的另一个实施例的断路器的部件的视图，断路器例如图1中的断路器，其中壳体(或外壳)的一部分被移除。

图7示出了根据本公开的实施例的图6中的断路器的脱扣单元的脱扣和复位致动器的剖视图。

图8A示出了根据本公开的实施例的具有不同永磁体配置的图6的断路器的脱扣单元的脱扣和复位致动器的放大图。

图8B示出了根据本公开的实施例的图8A中的脱扣单元的脱扣和复位致动器的剖视图。

图9示出了根据本公开的实施例的断路器的示例操作的流程图。

图10示出了标准螺线管、带有永磁体和复位弹簧的螺线管的轭上的力与通过线圈的电流的示例曲线。

图11示出了根据本公开的实施例的当执行脱扣和释放操作时具有螺线管和永磁体配置的脱扣单元的合力的示例。

具体实施方式

该描述和附图示出了示例性实施例并且不应被视为限制，权利要求限定了本公开的范围，包括等同物。在不脱离本说明书和权利要求(包括等同物)的范围的情况下，可以进行各种机械、组成、结构、电气和操作的改变。在一些情况下，众所周知的结构和技术没有被详细示出或描述以免混淆本公开。两个或更多个图中相同的数字代表相同或相似的元件。此外，参考一个实施例详细描述的元件及其相关联的方面，无论何时可行，都可以包括在未具体示出或描述它们的其他实施例中。例如，如果参考一个实施例详细描述了一元件并且没有参考第二个实施例描述该元件，则该元件仍然可以被要求保护为包括在第二个实施例中。

注意，如本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”以及任何词的任何单数使用包括复数指代，除非明确且明确地限于一个指代。如本文所用，术语“包括”及其语法变体旨在是非限制性的，使得列举列表中的项目不排除可以替换或添加到所列项目的其他类似项目。

提供用于操作电路保护装置(例如断路器或断续器)的系统和方法以使用一个或多个带有铁磁芯和永磁体的螺线管通过简单、经济的设计来控制脱扣、保持和释放操作以及电路保护装置及其部件能够脱扣到脱扣位置、保持在脱扣位置以及从脱扣位置释放到复位位置的条件。电路保护装置的铁磁部件可以由钢或其他对磁化具有高敏感性的材料制成。参考图1-11中的示例示出并描述了系统和方法的这些和其他特征的示例。

图1示出了示例电路保护装置的框图以监测和保护交流电力线10上的电路20(例如，分支电路)，电路保护装置例如具有基于通量的脱扣单元(或系统)的断路器100。断路器100包括控制器110、用于接收和处理来自电流传感器180的信号的信号调节和处理电路120、存储器130、通过通信介质与远程装置通信的通信装置/接口140、用户接口150、用于为断路器100的部件供电的电源160、以及用于中断受保护电路20的上游的电力线10上的电力的脱扣单元/机构170。用户界面150可以包括ON/OFF开关152(例如，手柄)、用于测试断路器100的一键测试(push-to-test，PTT)按钮154以及用于指示状态或断路器或其部件的位置或其他断路器信息(例如，接通/闭合、断开/打开、复位、脱扣、异常等)的一个或多个LED156或其他指示器。

在断路器100中，传感器180、电路120、控制器110和存储器130可以一起操作以提供检测系统，该检测系统被配置为检测用于使断路器脱扣的诸如故障(例如，电弧故障)或其他条件的脱扣条件。例如，控制器110可以通过(一个或多个)传感器180监测电力系统的电力线上的电流、电压、功率或其他电气特性，并检测脱扣条件的存在或不存在，例如电弧故障条件、接地故障条件、过载条件或其他条件，在这些条件下，电路20上的电流(或电力)将被中断。控制器110还被配置为启动脱扣操作，当检测到脱扣条件的存在时，该脱扣操作通过脱扣单元170中断电力线10上的电力。例如，脱扣单元170可以将断路器100的电触头(例如，固定电触头和可动电触头)分开以响应于脱扣条件中断电流流动。脱扣操作可以将断路器100的部件移动或允许其移动到脱扣位置，而释放操作可以将断路器的部件移动或允许其移动到可复位位置等。控制器110还被配置为在满足可复位条件时启动释放操作，该释放操作允许断路器100的部件返回或移动到可复位位置。从复位位置，断路器100可以例如被操作到打开位置(例如，脱扣杆被锁定到衔铁)然后是接通位置(例如，闭合电触头)。可复位条件可以包括满足/通过诊断测试，例如对断路器或电力系统的自检或其他诊断测试，以确保断路器或其部件在正常范围内运行或电流供应可以在电路20上安全地恢复。控制器110可以在本地或结合检测电力系统及其部件的远程计算机管理系统执行此类诊断测试。

控制器110还被配置为控制断路器100的其他操作，包括但不限于经由通信接口140的通信(例如，接收或发送命令或状态信息/报告)；配置为基于由用户通过用户接口150输入的动作来执行操作；配置为输出断路器100的状态，例如通过LED 156或其他输出装置；以及配置为执行这里所示和描述的断路器100的其他操作。

存储器130可存储计算机可执行代码或程序或软件，当其由控制器110执行时，控制断路器100的操作，包括脱扣条件和可复位条件的检测、脱扣操作和释放操作的控制以及断路器100的其他操作。存储器130还可以存储由断路器100或其部件用来执行这里描述的操作的其他数据。其他数据可以包括但不限于阈值条件、断路器操作参数、其他断路器数据和本文讨论的任何其他数据。

脱扣单元170包括具有至少一个或多个致动器的磁通传输系统，其可采用围绕铁磁芯和永磁体的螺线管，用于实现脱扣、保持和释放操作，如本文所述。下面将更详细地描述脱扣单元170的示例。

图2示出了根据一个实施例的示例断路器的侧视图，断路器例如图1中的断路器100。在该示例中，断路器是微型断路器(MCB)200，其中微型断路器200的盖部的一侧被移除以示出其一些部件。如图2所示，断路器200包括具有用于保持断路器的部件的隔室和凹部的基部和盖部(统称为盖部208)。断路器200的部件可以包括连接到承载可动电触头222的导电刀片220的可动手柄210、连接到固定电触头232的第一端子202、通过(一个或多个)导体(未示出)电连接到刀片220的第二端子204、和控制器290。第一端子202可以是连接到电力线的线路端子，第二端子204可以是连接到分支电路上的被保护负载的负载端子。

断路器200的手柄210连接到刀片220以使操作员能够接通断路器200(处于闭合位置)以给受保护电路通电，或者断开(处于打开位置)断路器200以断开受保护电路，或者在断路器脱扣以保护电路后将断路器200从脱扣位置复位。在该示例中，手柄210通过(一个或多个)机械紧固件可枢转地连接到刀片220，但也可以通过其他类型的连接(例如，楔形连接，诸如凸片和狭槽、凸片和凹口等)可动地连接。可以操作手柄210以在用于使电触头222和232彼此脱离的打开位置和用于接合电触头222和232的闭合位置之间移动刀片220。

断路器200还包括脱扣单元或组件250(本文称为“脱扣单元”)，当发生异常热或磁条件时，该脱扣单元或组件250在脱扣时使刀片220从闭合位置移动到脱扣位置，该异常热或磁条件在下文中被称为“过流条件”，例如由于短路或过载(例如，过热)导致的。当断路器200处于脱扣位置时，电触头222和232在打开位置彼此脱离。断路器200的脱扣单元250包括脱扣杆230、肘节弹簧232、衔铁262、轭264、复位弹簧266和一个或多个磁通致动器，一个或多个磁通致动器用于利用来自(一个或多个)铁磁芯周围的(一个或多个)螺线管的(一个或多个)电磁力和来自(一个或多个)永磁体的(一个或多个)磁力来实现脱扣、保持和释放操作。在该示例中，脱扣单元250包括两个致动器，例如脱扣致动器270和复位致动器272。

如图2进一步所示，肘节弹簧232连接在刀片220和脱扣杆230之间。脱扣杆230具有第一端230A和相对的第二端230B，并且能够绕位于盖部208的凹部中的第一端230A枢转。衔铁262包括从前侧延伸到后侧的开口268。衔铁262能够绕一端枢转，该一端位于盖部208的凹部中。轭264邻近衔铁262的后侧布置，并且可以包括邻近衔铁262的开口238布置的凸片。复位弹簧266提供偏压力，该偏压力将衔铁262和轭264朝向脱扣杆230偏压(例如，在逆时针方向上绕着端部枢转或者在图2的断路器200中向左枢转)。当断路器200处于图2所示的闭合位置时，脱扣杆230的第二端230B锁在衔铁262的开口268中，轭264与衔铁262的后侧分离。

脱扣致动器270可以包括具有铁磁芯(例如，电磁体)的螺线管，并且复位致动器272可以包括具有铁磁芯以及永磁体的螺线管。例如，如图3和4中更详细地所示，脱扣致动器270包括围绕铁磁芯302的导电线圈300、铁磁板304和壳体308以容纳和/或支撑脱扣致动器270的部件。在该示例中，铁磁芯302可以具有圆柱形，铁磁板304可以具有盘形，并且壳体308可以由电绝缘材料(例如，介电材料)形成。铁磁芯302的一端面向轭264，铁磁芯302的另一端与铁磁板304接触。复位致动器272包括围绕铁磁芯312的导电线圈310、与铁磁芯302接触的永磁体316、以及容纳和/或支撑复位致动器272的部件的壳体318。在该示例中，铁磁芯312可以具有圆柱形形状，并且壳体318可以由电绝缘材料(例如，介电材料)形成。铁磁芯312的一端面向轭264，而铁磁芯312的另一端与永磁体316接触。

脱扣致动器270被配置为通过在具有铁磁材料(例如芯302和板304)的螺线管的(一个或多个)线圈300中施加方向或极性(例如，正极性或负极性)的电流来产生电磁场，这进而产生吸引力(或引力)以吸引断路器200的部件，例如衔铁262和轭264。脱扣致动器270产生的吸引力与永磁体316(通过铁芯312)产生的磁场的吸引力相结合，可以用来抵消复位弹簧266的机械力和闩锁摩擦力，从而导致衔铁262和轭264一起朝向致动器270、272移动到脱扣位置。在脱扣位置，脱扣杆230从衔铁262的开口268解锁，这导致电触头222和232分离。在脱扣位置，轭264还可以通过来自复位致动器272的永磁体316(横跨芯312)的吸引力抵着铁磁芯312保持。

复位致动器272被配置为通过在具有铁磁材料(例如，芯312)的螺线管的(一个或多个)线圈310中施加方向或极性的电流来产生电磁场，这进而产生排斥力(或斥力)以排斥断路器200的部件，例如衔铁262和轭264。例如，复位致动器272可以使用仅具有中和永磁体316的一个电流方向的电流来通电。复位致动器272的电流方向可取决于其设计，例如线圈卷绕方向和永磁极定向。

由复位致动器272产生的排斥力结合复位弹簧266的偏压力可用于克服永磁体318的吸引力，从而使衔铁262和轭264移动或返回到允许断路器200复位的位置等。

将参考图5A至5B描述断路器200的操作示例。在该示例中，脱扣致动器270和复位致动器272在控制器290(例如，在图2中)的控制下操作。

如图5A所示，断路器200最初处于闭合(或接通)位置，脱扣杆230的一端锁定在衔铁262的开口268中。当检测到脱扣条件时，控制器290可以通过脱扣致动器270控制脱扣单元250以在电路保护装置中执行脱扣操作，其响应于脱扣条件的检测而中断被保护电路的电流。例如，当检测到脱扣条件时，控制器290可以使电流施加到脱扣致动器270的螺线管(具有铁磁芯)以产生吸引力，如箭头所示。来自脱扣致动器270的吸引力与同样由箭头示出的来自复位致动器272的永磁体的吸引力相结合抵消了复位弹簧266(例如，板簧)的力和闩锁摩擦力。结果，如图5A到图5B的进展所示，断路器200的部件，例如衔铁262和轭264，被移动到的脱扣位置，从而如图5C所示，脱扣杆230从衔铁262的开口268解锁，这进而如图5D所示，将断路器200的电触头222和232分开。

如图5D进一步所示，在脱扣位置，轭264抵着复位致动器272保持。即使不再产生来自脱扣致动器270的吸引力(例如，没有电流流过脱扣致动器270的螺线管)，复位致动器272的永磁体的吸引力(通过芯312)也可以将断路器200的部件保持在脱扣位置。如图5E所示，在保持部件的同时，断路器200可以执行与断路器或电力系统的操作或部件(例如，正常或异常操作状态)相关的自检、(一次或多次)诊断测试或其他评估以确定是否允许断路器200返回到复位(或可复位)位置。如图5F所示，在脱扣位置，脱扣单元250的部件被阻止移动或返回到复位(或可复位)位置。例如，当断路器200及其部件保持在脱扣位置时，脱扣杆230不能被锁定或重新锁定到衔铁的开口268中(即使朝向衔铁262移动)。

控制器290可以被配置为当可复位条件被满足时，例如满足与断路器或电力系统的操作或部件(例如，正常或异常操作状态)相关的自检、(一次或多次)诊断测试或其他评估时，经由复位致动器272从脱扣位置释放脱扣单元250的部件。例如，当满足可复位条件时，控制器290可以使电流施加到螺线管以产生排斥力，排斥力可以抵消复位致动器272的永磁体316的吸引力，从而将断路器200的部件从脱扣位置释放并允许复位弹簧266的偏压力将它们移动或返回到如图5G所示的复位位置。此后，脱扣杆230可重锁定到衔铁262以将断路器200置于断开或打开位置，随后断路器200可从该断开或打开位置操作至接通或闭合位置，在该接通或闭合位置电触头222和232彼此接触，如图5H所示。

在上述示例中，在脱扣单元250中采用两个单独的致动器，例如脱扣致动器270和复位致动器272；然而，可以在脱扣单元250中采用任意数量和组合的致动器来执行脱扣和释放操作。例如，可以控制具有永磁体和具有带有铁磁芯的螺线管的单个致动器在特定条件下选择性地执行脱扣和释放操作，如下面参照图6、7、8A和8B中的示例所述。

图6示出了根据本公开的另一个实施例的断路器的部件的视图，断路器例如图1中的断路器，其中壳体(或外壳)的一部分被移除。在该示例中，断路器600可以包括与图2中的断路器200类似的组件并以类似的方式操作，除了断路器200采用具有单个致动器的脱扣单元650来执行脱扣、保持和释放操作，如本文所述。

例如，断路器600可以包括具有用于保持断路器的部件的隔室和凹部的基部和盖部(统称为盖部208)。断路器200的部件可以包括连接到承载可动电触头222的导电刀片220的可动手柄210、连接到固定电触头232的第一端子202、通过(一个或多个)导体(未示出)电连接到刀片220的第二端子204、和控制器290。第一端子202可以是连接到电力线的线路端子，第二端子204可以是连接到分支电路上的被保护负载的负载端子。

断路器200还可以包括脱扣单元650，当发生过电流条件时，该脱扣单元650在脱扣时使刀片220从闭合位置移动到脱扣位置。当断路器600处于脱扣位置时，电触头222和232彼此脱离。断路器600的脱扣单元650可以包括脱扣杆230、肘节弹簧232、衔铁262、轭264、复位弹簧266和包括单个致动器670(例如，脱扣和释放致动器)的单个致动器的磁通传输系统，该磁通传输系统用于利用来自具有铁磁芯螺线管的(一个或多个)电磁力和来自(一个或多个)永磁体的(一个或多个)磁力来实现脱扣、保持和释放操作。

如图7所示，致动器670包括围绕铁磁芯702(例如，圆柱状芯)的(一个或多个)导电线圈700、与铁磁芯702接触的永磁体706、以及用于容纳和/或支撑致动器670的部件的壳体708。壳体708可以由电绝缘材料(例如，介电材料)形成。在该示例中，铁磁芯702的一端面向轭264，而铁磁芯702的另一端与永磁体706接触。在图7中，永磁体706具有圆柱形形状，例如盘形。然而，此处的(一个或多个)致动器的永磁体可以具有不同的尺寸和形状。例如，永磁体可以具有更长的圆柱形状，如图8A和8B的示例中的永磁体706A所示。

致动器670可经由控制器290控制以通过改变流过(一个或多个)导电线圈700的电流的极性或方向来产生吸引力或排斥力。尽管使用了单个致动器670，但操作大体与上文针对图2的脱扣单元250的两个致动器示例所描述的相同。在该单个致动器示例中，致动器670被配置为使用螺线管和铁磁材料(例如铁芯702)产生电磁场，这可以向断路器600的部件(例如衔铁262和轭264)施加吸引力。例如，可以在第一方向或极性上施加电流通过线圈700以产生吸引力。线圈700产生的吸引力与来自永磁体706(通过芯702)产生的磁场的吸引力相结合，可以用来抵消复位弹簧266的机械力和闩锁摩擦力，从而使衔铁262和轭264一起朝向致动器670移动到脱扣位置。在脱扣位置，脱扣杆230从衔铁262的开口268解锁，这导致电触头222和232分离。在脱扣位置，轭264可以通过来自永磁体706的吸引力(横跨铁芯702)抵着致动器670的铁磁芯702保持。

致动器670还被配置为使用螺线管和铁磁材料(例如，铁芯702)产生电磁场，这可以向断路器600的部件(例如衔铁262和轭264)施加排斥力。例如，可以在第二方向或极性(与第一方向或极性相反)上施加电流通过(一个或多个)线圈700以产生排斥力。(一个或多个)线圈700产生的排斥力结合复位弹簧266的偏压力可用于克服永磁体706的吸引力，从而使衔铁262和轭264移动或返回到允许断路器600及其部件复位的位置。

图9示出了由诸如本文描述的用于保护电路的断路器实现的过程900的流程图。出于解释的目的，将参考图1的断路器100来描述过程900，其可以包括具有一个或多个致动器的磁通传输系统，该一个或多个致动器包括(一个或多个)螺线管和(一个或多个)永磁体。

在附图标记902处，断路器100被操作到闭合或接通位置。

在附图标记904处，电路上的电源线被监测，例如使用一个或多个传感器(例如，180)。

在附图标记906处，确定是否已检测到脱扣条件。该确定可以在断路器100处或通过智能手机应用程序或管理服务器远程进行。

在附图标记908处，如果未检测到脱扣条件，则断路器100可以继续监视电路上的情况。否则，如果检测到脱扣条件，则断路器100脱扣到脱扣位置。例如，断路器100的控制器可通过控制诸如本文所述的一个或多个致动器而使脱扣杆从脱扣单元的衔铁解锁。

在附图标记910处，使用来自(一个或多个)致动器的(一个或多个)永磁体的磁力将诸如衔铁和轭的脱扣单元的部件保持在不可复位位置。例如，如先前在图5D、5E和5F中所示，轭通过来自永磁体的磁力抵着致动器的一部分保持。在此脱扣位置，脱扣单元的脱扣杆无法重新锁定到衔铁。

在附图标记912处，断路器100可以执行与断路器或电力系统的操作或部件(例如，正常或异常操作状态)相关的自检、(一次或多次)诊断测试或其他评估以确定断路器100是否应该返回到复位(或可复位)位置或状态。

在附图标记914处，断路器100可以确定是否已经满足可复位条件，例如，根据自检、(一次或多次)诊断测试或其他评估。如果未满足可复位条件，则在附图标记916处断路器100可以报告异常情况。该报告可以在断路器本地提供或提供给远程系统(例如，管理系统)。如果已满足可复位条件，则在附图标记918处断路器100可将脱扣单元的部件释放回到复位(或可复位)位置。例如，断路器100的控制器可以使用诸如本文描述的(一个或多个)致动器从脱扣位置释放衔铁和轭。

在附图标记920处，断路器100可以从复位位置操作到打开位置，例如，通过将脱扣杆重新锁定到衔铁。此后，过程900可返回附图标记902，其中断路器100可操作至闭合或接通位置。

图10示出示例曲线图1000，其示出了对于标准螺线管配置(1010)和螺线管/永磁体配置(1020)的轭上的力与通过线圈的电流(以安培计)。还示出了复位弹簧的偏置力(1030)。由于即使没有脱扣脉冲(例如，零(0)电流)，永磁体也将始终作用在轭上，因此与标准螺线管配置相比，螺线管/永磁体配置在整个脱扣脉冲范围内具有脱扣力优势。因此，在脱扣点，螺线管/永磁体配置可能需要较少的电流。换句话说，对于标准螺线管配置的相同脱扣电流，螺线管/永磁体配置具有更大的脱扣力裕度。当分别执行脱扣和释放操作时，该脱扣力裕度分别在图11中的脱扣和释放力图1100和1102中进一步示出。

在上文中，参考了各种实施例。然而，本公开的范围不限于具体描述的实施例。相反，所描述的特征和元素的任何组合，无论是否与不同的实施例相关，都被预期实施和实践预期的实施例。此外，虽然实施例可以实现优于其他可能的解决方案或优于现有技术的优势，但是特定的优势是否通过给定的实施例实现并不限制本公开的范围。因此，前述方面、特征、实施例和优点仅是说明性的并且不被视为所附权利要求的要素或限制，除非在权利要求中明确陈述。

本文公开的各种实施例可以被实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或结合软件和硬件方面的实施例的形式，这些方面在本文中可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，各方面可以采用包含在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质具有包含在其上的计算机可读程序代码。

可以利用一种或多种计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述的任何合适的组合。非暂时性计算机可读介质的更具体示例(非详尽列表)可以包括以下：具有一根或多根电线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或Flash存储器)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备，或上述任何合适的组合。包含在计算机可读介质上的程序代码可以使用任何合适的介质传输，包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等，或前述的任何合适的组合。

用于执行本公开的各方面的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写。此外，这种计算机程序代码可以使用单个计算机系统或通过彼此通信的多个计算机系统(例如，使用局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网等)来执行。尽管参照流程图和/或框图描述了前面的各种特征，但是本领域的普通技术人员将理解流程图和/或框图的每个块，以及流程图和/或框图中的块的组合可以通过计算机逻辑(例如，计算机程序指令、硬件逻辑、两者的组合等)来实现。通常，计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器。此外，使用处理器执行此类计算机程序指令产生可以执行在流程图和/或框图块中指定的功能或动作的机器。

如本文所述的处理器或控制器可以是处理系统，其可以包括一个或多个处理器，例如CPU、GPU、控制器、FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)或其他专用电路或其他处理单元，其控制本文描述的设备或系统的操作。存储器/存储设备可以包括但不限于磁盘、固态驱动器、光盘、可动存储设备(例如智能卡、SIM、WIM)、半导体存储器(例如RAM、ROM、PROMS等)。

本公开在其应用方面不限于在以下描述中阐述或由附图示出的构造细节和部件布置。本公开能够有其他实施例并且能够以各种方式被实践或执行。此外，本文使用的措辞和术语是为了描述目的，不应被视为限制。此处使用的“包括”、“包含”、“具有”、“涉及”和变体是开放式的，即“包括但不限于”。

图中的流程图和框图图示了本公开的各种实施例的可能实施方式的架构、功能和/或操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个块可表示模块、代码的段或部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意的是，在一些替代实施方式中，块中标注的功能可以不按照图中标注的顺序发生。例如，根据所涉及的功能，连续示出的两个块实际上可以基本上同时执行，或者有时可以以相反的顺序执行这些块。还将注意到，框图和/或流程图的每个块，以及框图和/或流程图中的块的组合，可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统，或专用硬件和计算机指令的组合来实现。

应理解，以上描述旨在说明性而非限制性。通过阅读和理解以上描述，许多其他实施方式示例是显而易见的。尽管本公开描述了具体示例，但是应当认识到，本公开的系统和方法不限于本文描述的示例，而是可以在所附权利要求的范围内通过修改来实践。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。因此，本公开的范围应当参考所附权利要求以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围来确定。

Claims (15)

1.一种用于电路保护装置的脱扣单元，所述脱扣单元包括：

可动衔铁，其具有前侧、后侧和从前侧延伸到后侧的开口，所述开口配置为当处于接通位置时从前侧接收电路保护装置的脱扣杆的一部分；

可动轭，其靠近衔铁的后侧布置，所述轭和所述衔铁配置为一起移动到包括复位位置和脱扣位置的不同位置，所述复位位置是脱扣杆的所述部分可复位到衔铁的开口中的位置，所述脱扣位置是脱扣杆从衔铁的开口释放并且不能复位到衔铁的开口中的位置；

复位弹簧，用于施加将衔铁朝向复位位置偏压的力；和

磁通传输系统，其包括永磁体和一个或多个螺线管，每个螺线管具有铁磁芯，所述磁通传输系统配置为：

当检测到脱扣条件时，使用来自一个或多个螺线管的螺线管产生吸引力来抵消复位弹簧的力和闩锁摩擦力，所产生的吸引力与来自永磁体的吸引力一起吸引轭，进而将轭与衔铁一起移动到脱扣位置，

当不再产生所产生的吸引力时，利用永磁体的吸引力将轭和衔铁保持在脱扣位置，并且

当满足可复位条件时，使用来自一个或多个螺线管的螺线管产生排斥力，所产生的排斥力与复位弹簧的力一起抵消永磁体的吸引力，从而将轭和衔铁从脱扣位置释放并允许轭和衔铁移动到复位位置。

2.根据权利要求1所述的脱扣单元，其中，来自所述一个或多个螺线管的螺线管被配置为通过在包括脱扣条件和可复位条件的不同条件下改变向其供应的电流的极性来产生吸引力和排斥力。

3.根据权利要求2所述的脱扣单元，其中，所述螺线管的铁磁芯包括面向所述轭的方向的第一端和与所述永磁体接触或靠近的第二端。

4.根据权利要求3所述的脱扣单元，其中，在所述脱扣位置，轭与铁磁芯的第一端接触。

5.根据权利要求1所述的脱扣单元，还包括脱扣致动器和复位致动器，所述脱扣致动器包括来自所述一个或多个螺线管的第一螺线管，所述复位致动器包括来自所述一个或多个螺线管的第二螺线管和与第二螺线管的铁磁芯接触的永磁体。

6.根据权利要求5所述的脱扣单元，其中，所述第一螺线管通电以产生吸引力，并且所述第二螺线管通电以产生排斥力。

7.根据权利要求1所述的脱扣单元，其中，所述电路保护装置包括微型断路器。

8.一种电路保护装置，包括：

根据权利要求1中的一个所述的脱扣单元；

脱扣杆；

固定电触头；

承载可动电触头的刀片，其被配置为在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置是在接通位置可动电触头与固定电触头接触以允许电流流过的位置，所述第二位置是在脱扣位置、打开位置或复位位置中的一个、可动电触头与固定电触头分离的位置；

存储器；

一个或多个处理器，其配置为：

当检测到脱扣条件时，控制脱扣单元操作到脱扣位置，从而使刀片移动到第二位置，以及

当满足可复位条件时，操作以从脱扣位置到复位位置，

其中，在脱扣位置，脱扣杆从衔铁的开口释放，这进而使可动电触头与固定电触头分离，

其中，在复位位置，脱扣杆可操作到打开位置，这将脱扣杆的部分锁入开口中。

9.一种对具有脱扣单元的电路保护装置执行脱扣操作的方法，所述脱扣单元包括永磁体、每个都具有铁磁芯的一个或多个螺线管、脱扣杆、复位弹簧以及轭和衔铁，所述轭和所述衔铁被配置为移动到包括复位位置和脱扣位置的不同的位置，所述复位位置是脱扣杆的部分可复位到衔铁的开口中的位置，所述脱扣位置是脱扣杆从衔铁的开口释放并且不能复位到衔铁的开口中的位置，所述方法包括：

当检测到脱扣条件时，使用来自一个或多个螺线管的螺线管产生吸引力来抵消复位弹簧的力和闩锁摩擦力，所产生的吸引力与来自永磁体的吸引力一起吸引轭，进而将轭与衔铁一起移动到脱扣位置；

当不再产生所产生的吸引力时，利用永磁体的吸引力将轭和衔铁保持在脱扣位置，并且

当满足可复位条件时，使用来自一个或多个螺线管的螺线管产生排斥力，所产生的排斥力与复位弹簧的力一起抵消永磁体的吸引力，从而将轭和衔铁从脱扣位置释放并允许轭和衔铁移动到复位位置。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，来自所述一个或多个螺线管的螺线管被配置为通过在包括脱扣条件和可复位条件的不同条件下改变向其供应的电流的极性来产生吸引力和排斥力。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述螺线管的铁磁芯包括面向所述轭的方向的第一端和与所述永磁体接触或靠近的第二端。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述脱扣位置，轭与铁磁芯的第一端接触。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述脱扣单元包括脱扣致动器和复位致动器，所述脱扣致动器包括来自所述一个或多个螺线管的第一螺线管，所述复位致动器包括来自所述一个或多个螺线管的第二螺线管和与第二螺线管的铁磁芯接触的永磁体。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一螺线管通电以产生吸引力，并且所述第二螺线管通电以产生排斥力。

15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电路保护装置包括微型断路器。

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