CN116741598A - 电路保护装置、方法、断路器和电气设备 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及电路保护装置、方法、断路器和电气设备。电路保护装置包括：过载保护单元(60)，所述过载保护单元(60)包括连接在电路中的加热导体(16)和与所述加热导体(16)接触的双金属片(15)，所述双金属片(15)适于在所述电路的过载的状态下经所述加热导体(16)加热而发生变形，以使得所述电路被断开；以及附加加热单元(40)，与所述双金属片(15)热耦合，并且适于响应于流过所述电路的电流的变化被感应加热，以为所述双金属片(15)提供附加加热。由此，可提供电路保护装置的过载响应性能。

Description

电路保护装置、方法、断路器和电气设备

技术领域

本公开的实施方式涉及一种电气设备的电路保护领域，特别涉及电路保护装置、方法、断路器和电气设备。

背景技术

诸如断路器、电机启动器等电气设备通常设置有采用双金属片形式的过载保护单元。过载保护单元需要在电路中的电流超过额定电流预定阈值范围的情况下通过双金属片的变形而驱动设备的动作器件脱扣，以断开电路，进而确保电路的安全性。然而，传统的过载保护单元的热响应性能不良，存在过早脱扣或者延迟脱扣的问题。

因此，期望提供一种过载保护单元，其能够改进过载保护的过载保护性能。

发明内容

有鉴于此，本公开实施方式的目的之一在于提供一种电路保护装置、方法、断路器和电气设备，其至少能够解决上述现有技术中存在的一个或多个技术问题。

根据本公开的第一方面，提供一种电路保护装置。电路保护装置包括：过载保护单元，所述过载保护单元包括连接在电路中的加热导体和与所述加热导体接触的双金属片，所述双金属片适于在所述电路的过载的状态下经所述加热导体加热而发生变形，以使得所述电路被断开；以及附加加热单元，与所述双金属片热耦合，并且适于响应于流过所述电路的电流的变化被感应加热，以为所述双金属片提供附加加热。

根据本公开实施例的电路保护装置，附加加热单元可响应于流过所述电路的电流的变化被感应加热，以为所述双金属片提供附加加热。由此，通过增加双金属片的热响应性能，进而提高了过载保护的热响应性能。

在一些实施例中，所述附加加热单元包括至少部分围绕所述加热导体设置的磁体和围绕所述磁体设置的感应环，其中所述磁体适于响应于流过所述电路的电流的变化而生成感应磁场，所述感应环适于响应于所述感应磁场的变化而感应加热。

在一些实施例中，所述感应环为一体构件，并且包括围绕所述磁体设置的环形主体部分和适于与所述双金属片接触的热传导延伸部分。

在一些实施例中，所述热传导延伸部分被形成为片状并且与所述双金属片的片体形状匹配地热接触。

在一些实施例中，所述感应环通过热传导延伸部分被固定至所述双金属片。

在一些实施例中，电路保护装置还包括绝缘基座和热传递体，所述感应环被固定至所述绝缘基座，所述热传递体被连接在所述感应环和所述双金属片之间以经由所述热传递体实现所述双金属片和所述感应环之间的热耦合。

在一些实施例中，所述热传递体包括编织线。

在一些实施例中，电路保护装置还包括短路保护单元，包括至少部分地围绕所述加热导体设置的静磁体和与所述静磁体磁耦合的动磁体，其中所述动磁体适于响应于流过所述电路的电流的短路而动作，以使得所述电路被断开。

在一些实施例中，所述附加加热单元包括围绕所述静磁体设置的感应环，其中所述感应环适于响应于所述静磁体的磁通变化而感应加热。

在一些实施例中，所述加热导体被形成为包括弓形体的带状。

根据本公开的第二方面，提供一种电路保护方法。电路保护方法包括：为电路保护装置提供过载保护单元，所述过载保护单元包括连接在电路中的加热导体和与所述加热导体接触的双金属片，所述加热导体为所述双金属片提供第一加热；为电路保护装置提供附加加热单元，所述附加加热单元响应于流过所述电路的电流的变化被感应加热，所述感应加热为所述双金属片提供第二加热；所述双金属片响应于所述第一加热和所述第二加热而变形，以断开所述电路。

在一些实施例中，电路保护方法还包括：为所述电路保护装置提供短路保护单元，所述短路保护单元包括至少部分地围绕所述加热导体设置的静磁体和与所述静磁体磁耦合的动磁体，其中所述动磁体适于响应于流过所述电路的电流的短路而动作，以使得所述电路被断开。

在一些实施例中，所述附加加热单元包括围绕所述静磁体设置的感应环，其中所述感应环适于响应于所述静磁体的磁通变化而感应加热。

根据本公开的第三方面，提供一种断路器，包括根据上述第一方面所述的电路保护装置。

根据本公开的第四方面，提供一种电气设备，包括根据上述第一方面所述的电路保护装置。

附图说明

现将仅通过示例的方式，参考所附附图对本公开的实施例进行描述，其中：

图1示出根据本公开实施例的断路器的示意图；

图2示出根据本公开第一实施例的电路保护装置的立体示意图；

图3示出根据本公开第一实施例的电路保护装置的侧视示意图；

图4示出根据本公开第一实施例的感应环的立体示意图；

图5示出根据本公开第二实施例的电路保护装置的立体示意图；

图6示出根据本公开第二实施例的电路保护装置的侧视示意图；

图7示出根据本公开第二实施例的感应环的立体示意图；以及

图8示出根据本公开实施例的电路保护方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

在本公开的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。

如前所述，电气设备的供电系统通常设置有断路器等过载保护单元，当负载中的电流超过预定的安全阈值的情况并且在预定的操作条件下动作以断开电路，进而为电气设备提供保护。在一些情况下，这些过载保护单元还设置在诸如电气设备本身当中，例如接触器、热继电器等。

这些过载保护单元通常包括双金属片，在电路中电流过大时，双金属片发生变形进而驱动执行机构动作，以进行脱扣，进而断开电路。然而，这种由双金属片实施的过载保护单元常常存在脱扣时机差的情形，这会出现无法满足地方法律法规和/或安全规章所要求的热响应性能。

举例而言，在一些地区标准中，额定电流预定阈值为额定电流的1.05倍～1.3倍；要求在电路中的电流适当过载(例如为额定电流的1.05倍)的情况下，过载保护单元在2小时内不能脱扣(即确保电路中的负载正常操作)；而当电路中的电流达到为额定电流的1.3倍的情况下，确保电路在2小时内必须脱扣。

传统的过载保护单元的热响应性能差，常常存在电流在例如为额定电流的1.05倍的情况下，过载保护单元在2小时内过早脱扣的问题；也常常存在电流在例如为额定电流的1.3倍的情况下，过载保护单元在2小时内无法脱扣，而造成安全事故的问题。

针对此，发明人提出了一种大幅度提高过载保护单元的热响应性能的方案。下面结合附图详细说明根据本公开实施例的电路保护装置的原理及其改进实施例。值得说明的是，在图示的实施例中以断路器作为根据本公开实施例的电路保护装置的应用场景示例来进行说明，这仅仅是示例性的，根据本公开实施例的电路保护装置可以应用在包括或设置电路保护装置的任何其他电气设备中。

图1示出根据本公开实施例的断路器10的结构示意图。如图1所示，断路器10包括适于与电源线和负载线分别电连接的第一接线端子12和第二接线端子14。在图示的实施例中，第一接线端子12可与静触头18一体地设置。断路器10还包括与第二接线端子14固定地附接在一起的动触头组件，动触头组件包括可枢转地设置的动触头11。动触头11可与第一接线端子12接合以实现电路导通，动触头11可与第一接线端子12分离以实现电路断开。考虑到触头组件以及断路器的结构并非本公开的重点且这些部件为本领域所熟知，省略对其详细说明。

在一些实施例中，断路器10还包括过载保护单元60，过载保护单元60包括连接在电路中的加热导体16和与加热导体16接触的双金属片15。加热导体16适于在电流过载的情况下发热。双金属片15与加热导体热耦合并且在电路的过载的状态下经加热导体16加热而发生变形。双金属片的变形而引起断路器的脱扣机构动作，进而驱动动触头11与静触头分离，以使得电路被断开。在一些实施例中，加热导体16被形成为包括弓形体的带状。考虑到双金属片以及相应的驱动机构并非本公开的重点，省略对其详细说明。

在一些实施例中，备选地或附加地，断路器10还可包括短路保护单元50。短路保护单元50可包括静磁体13和与静磁体13磁耦合的动磁体17。静磁体13被固定地设置在断路器10的基座或壳体中并且可至少部分地围绕着加热导体16设置。在断路器10的电路中出现短路电流时，响应于电流的瞬时变化，动磁体17移动以驱动断路器的脱扣机构动作，进而驱动动触头11与静触头分离，以使得电路被断开。

为了提高断路器10的过载保护的热响应性能，根据本公开实施例的电路保护装置还包括附加加热单元40。通过附加加热单元40来对双金属片提供附加加热，由此增大了双金属片的热调窗口(thermal window)。根据本公开实施例的附加加热单元40被配置为能够响应于电路中的电流的变化而进行感应加热，由此附加加热单元40的操作与电路中的电流变化直接相关。由此，通过附加加热单元40的感应加热增加双金属片的热响应性能，进而提高了过载保护的热响应性能。

图2-图4示出根据本公开第一实施例的电路保护装置100的示意图。如图2所示，电路保护装置100可包括附加加热单元40。

附加加热单元40可与双金属片15热耦合。这里的术语“热耦合”可被理解为热传导地设置以使得附加加热单元40与双金属片15的温度尽可能得一致。附加加热单元40能够于响应于流过电路的电流的变化被感应加热，以为双金属片15提供附加加热。

如图2和图3所示，附加加热单元40可包括至少部分围绕导体16设置的磁体13和围绕磁体13设置的感应环20。磁体13适于响应于流过电路的电流的变化而生成感应磁场，感应环20适于响应于感应磁场的变化而感应加热。术语“感应环”应当理解为包括闭合的形状。这样的形状便于形成良好的电磁响应性能，并且提高加热效率。感应环20由导电材料制成，在一些实施例中可包括铝、铜等导体。感应环20可与双金属片15热耦合地设置。因此，在电路中的电路发生变化时，感应环20能够被感应加热，进而将热传递至双金属片15，由此提高双金属片15的热响应性性能。

在一些实施例中，感应环20为一体构件。在这种情况下，感应环20便于制造和安装。感应环20的尺寸可根据材质和发热效率而被进行适当地选择以满足双金属片的热调窗口的要求。

在一些实施例中，如图3的侧视图所示，感应环20与加热导体16分开预定的距离以确保感应环20与加热导体16之间的充足的绝缘间隙。

在一些实施例中，如图4所示，感应环20可包括围绕磁体13设置的环形主体部分22和适于与双金属片15接触的热传导延伸部分24。环形主体部分22可包括开口25，磁体可例如贯通开口25设置以最大程度地提高感应加热效率。热传导延伸部分24可与双金属片15接触，由此可以提高双金属片15热传递效率。

在图示的实施例中，环形主体部分22可形成为大致片状，这样的结构可以便于环形主体部分22的固定，并且占据尽量小的空间。在一些实施例中，如图4所示，热传导延伸部分24可与环形主体部分22垂直地布置以形成弯曲的布置。热传导延伸部分24被形成为片状并且与双金属片15的片体形状匹配地热接触。这样的结构，可以实现感应环20和双金属片15的热传导性能满足要求。

在一些实施例中，热传导延伸部分24还可充当感应环20的安装部的功能。在一些实施例中，感应环20被固定至双金属片15。例如，热传导延伸部分24可容易地设置附接部(例如可通过粘附、铆接等方式)来固定感应环。在这种情况下，可以方便地实现感应环20的固定；由此可以最小程度地或不需要对现有的断路器的结构做变化而方便地实施根据本公开实施例的附加加热单元40。

在一些实施例中，为了实现感应环20的感应加热而设置的磁体13可以是独立设置的磁体，例如磁体13可至少部分地包围加热导体布置在不干涉断路器的其他部件工作的部位处。

在其他一些实施例中，例如，在断路器10设置短路保护单元50的情况下，过载保护单元40可以与短路保护单元50共享磁体，例如可以共享静磁体13。在这种情况下，不需要针对过载保护单元40附加地设置额外的磁体。由此降低了零件的数目并且确保了低成本地实施。在这种情况下，如图2和图3的实施例所示，感应环20可在加热导体16的一侧(在图示的实施例中为图3的右侧)与加热导体16隔开预定的距离设置，而静磁体13可贯通感应环20的开口25而设置。在这种情况下，可以最小程度地或不需要对现有的断路器的结构做结构的变化而方便地实施根据本公开实施例的附加加热单元40。

值得说明的是，在图示的实施例中，仅以一个感应环20为例来说明了根据本公开实施例的过载保护单元40的实施方式。感应环20的数目可以实现为多个。

图5-图7示出根据本公开第二实施例的电路保护装置200的示意图。图5-图7所述实施例的电路保护装置200与图2-图4所示的电路保护装置100类似，不同之处在于，电路保护装置200包括附加加热单元40’，附加加热单元40’包括用于感应加热的感应环20’。在电路保护装置200的实施例中相同的附图标记表示相同或相似的部件。考虑到图5-图7所述实施例的电路保护装置200与图2-图4所示的电路保护装置100类似，重点说明电路保护装置200与电路保护装置100的不同之处。

如图5-图7所示，感应环20’可被形成为彼此结合在一起的两个部分。在一些实施例中，如图5-图7所示，感应环20’可被固定至绝缘基座35。绝缘基座35可为断路器壳体的部分以为感应环20’提供支撑。感应环20’可包括围绕磁体13设置的环形主体部分22’。

在一些实施例中，如图5-图6所示，感应环20’还可包括热传递体24’。热传递体24’的一端被固定至感应环20’的环形主体，而另一端被固定至双金属片15。热传递体24’可由导热性良好的材料制成，以用于从感应环20’向双金属片15高效地传递热量。采用这样布置的好处在于，可以最小程度地或不需要对现有的断路器的结构做变化而方便地实施根据本公开实施例的附加加热单元40。环形主体部分22’和热传递体24’的材质和发热效率而被进行适当地选择以满足双金属片的热调窗口的要求。

在一些实施例中，如图6的侧视图所示，感应环20’与加热导体16分开预定的距离以确保感应环20’与加热导体16之间的充足的绝缘间隙。

在一些实施例中，热传递体24’可被形成为导电性良好的编织线的形式。例如，编织线的一端可被焊接至感应环20’的环形主体，而另一端被焊接至双金属片15。由此，可以低成本方便地制造附加加热单元。

图7示出了环形主体部分22’的示意图。环形主体部分22’可包括开口25’，磁体可贯通开口25’设置。在磁体产生变化的磁场时，环形主体部分22’可被感应加热。环形主体部分22’可进一步通过热传递体24’将热量传递至双金属片，由此提高双金属片的过载时的热响应性能。在图示的实施例中，环形主体部分22’可形成为大致片状，这样的结构可以便于环形主体部分22’的固定，并且占据尽量小的空间。环形主体部分22’可通过下端(即图7的下侧)的延伸部26方便地固定至绝缘基座35。采样这样的结构，可以以简单的结构成本有效地安装和布置感应环20’。值得说明的是，图示的环形主体部分22’的形状仅仅是示例性，环形主体部分22’可形成为其他任何适当的形状。

图8示出根据本公开实施例的电路保护方法800的流程图。方法800可包括：在802处，为电路保护装置提供过载保护单元，过载保护单元包括连接在电路中的加热导体和与加热导体接触的双金属片，加热导体为双金属片提供第一加热。在804处，为电路保护装置提供附加加热单元，附加加热单元响应于流过电路的电流的变化被感应加热，感应加热为双金属片提供第二加热；在806处，双金属片15响应于第一加热和第二加热而变形，以断开电路。

在根据本公开实施例的方法中，由于在电路发生过载的情况下，双金属片15通过第一加热和第二加热而被加热，由此提高了双金属片15的热调窗口的敏感度并且提高了过载状况的热响应性能。

在一些实施例中，方法还可包括：为电路保护装置提供短路保护单元50，短路保护单元50围绕导体设置，并且包括静磁体13和与静磁体13磁耦合的动磁体17，其中动磁体17适于响应于流过电路的电流的短路而动作，以使得电路被断开。由此，不仅为电路提供过载保护而且还提供短路保护。

在一些实施例中，附加加热单元40包括围绕静磁体13设置的感应环20，其中感应环20适于响应于静磁体13的磁通变化而感应加热。由此，通过短路保护单元和过载保护单元共享静磁体，减少零件的数目，降低电路保护装置的复杂性。

此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这应当理解为要求这样操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行，或者要求所有图示的操作应被执行以取得期望的结果。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (15)

1.一种电路保护装置，包括：

过载保护单元(60)，所述过载保护单元(60)包括连接在电路中的加热导体(16)和与所述加热导体(16)接触的双金属片(15)，所述双金属片(15)适于在所述电路的过载的状态下经所述加热导体(16)加热而发生变形，以使得所述电路被断开；以及

附加加热单元(40)，与所述双金属片(15)热耦合，并且适于响应于流过所述电路的电流的变化被感应加热，以为所述双金属片(15)提供附加加热。

2.根据权利要求1所述的电路保护装置，其中所述附加加热单元(40)包括至少部分围绕所述加热导体(16)设置的磁体(13)和围绕所述磁体(13)设置的感应环(20)，其中所述磁体(13)适于响应于流过所述电路的电流的变化而生成感应磁场，所述感应环(20)适于响应于所述感应磁场的变化而感应加热。

3.根据权利要求2所述的电路保护装置，其中所述感应环(20)为一体构件，并且包括围绕所述磁体(13)设置的环形主体部分(22)和适于与所述双金属片(15)接触的热传导延伸部分(24)。

4.根据权利要求3所述的电路保护装置，其中所述热传导延伸部分(24)被形成为片状并且与所述双金属片(15)的片体形状匹配地热接触。

5.根据权利要求4所述的电路保护装置，其中所述感应环(20)通过热传导延伸部分(24)所述被固定至所述双金属片(15)。

6.根据权利要求2所述的电路保护装置，还包括绝缘基座(35)和热传递体(24’)，所述感应环(20)被固定至所述绝缘基座(35)，所述热传递体被连接在所述感应环(20)和所述双金属片(15)之间以经由所述热传递体实现所述双金属片(15)和所述感应环(20)之间的热耦合。

7.根据权利要求6所述的电路保护装置，其中所述热传递体包括编织线。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的电路保护装置，还包括：

短路保护单元(50)，包括至少部分地围绕所述加热导体(16)设置的静磁体(13)和与所述静磁体(13)磁耦合的动磁体(17)，其中所述动磁体(17)适于响应于流过所述电路的电流的短路而动作，以使得所述电路被断开。

9.根据权利要求8所述的电路保护装置，其中所述附加加热单元(40)包括围绕所述静磁体(13)设置的感应环(20)，其中所述感应环(20)适于响应于所述静磁体(13)的磁通变化而感应加热。

10.根据权利要求1-7和9中任一项所述的电路保护装置，其中所述加热导体(16)被形成为包括弓形体的带状。

11.一种电路保护方法，包括：

为电路保护装置提供过载保护单元(60)，所述过载保护单元(60)包括连接在电路中的加热导体(16)和与所述加热导体(16)接触的双金属片(15)，所述加热导体(16)为所述双金属片(15)提供第一加热；

为电路保护装置提供附加加热单元(40)，所述附加加热单元(40)响应于流过所述电路的电流的变化被感应加热，所述感应加热为所述双金属片(15)提供第二加热；

所述双金属片(15)响应于所述第一加热和所述第二加热而变形，以断开所述电路。

12.根据权利要求11所述的电路保护方法，还包括：

为所述电路保护装置提供短路保护单元(50)，所述短路保护单元(50)包括至少部分地围绕所述加热导体(16)设置的静磁体(13)和与所述静磁体(13)磁耦合的动磁体(17)，其中所述动磁体(17)适于响应于流过所述电路的电流的短路而动作，以使得所述电路被断开。

13.根据权利要求12所述的电路保护方法，其中所述附加加热单元(40)包括围绕所述静磁体(13)设置的感应环(20)，其中所述感应环(20)适于响应于所述静磁体(13)的磁通变化而感应加热。

14.一种断路器，包括根据权利要求1-10中任一项所述的电路保护装置。

15.一种电气设备，包括根据权利要求1-10中任一项所述的电路保护装置。