CN217157979U - 一种双反力可调开距的智能开关电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双反力可调开距的智能开关电器，包括电磁机构、触头机构、控制模块、连接机构及底座;所述电磁机构包括动铁心、静铁心、线圈、第一反力弹簧及第二反力弹簧；所述第一反力弹簧的长度长于所述第二反力弹簧的长度，所述第一反力弹簧的劲度系数小于所述第二反力弹簧的劲度系数；所述触头机构由动触头、静触头和触头弹簧组成；所述动触头与静触头之间为开距。通过第一、第二反力弹簧的压缩，减小铁心的吸合撞击力；分断时，通过第一、第二反力弹簧释放产生大的反力，提高触头分断速度。通过控制模块检测开断电流的大小及开断类型，根据需求调整触头开距大小，实现分断过程的智能控制，达到提高开关电器使用寿命的目的。

Description

一种双反力可调开距的智能开关电器

技术领域

本实用新型涉及低压开关电器技术领域，特别是一种双反力可调开距的智能开关电器。

背景技术

随着人们对于开关电器的需求不断提高，控制电器与保护电器不再是两种独立的开关电器。市面上的集成开关是一种模块组合式控制与保护系统，能在正常或非正常电路条件下接通和分断电流，但是价格昂贵，且多个器件的组合必然会降低系统的可靠性，存在一定的局限性。而一体化的电磁式控制与保护开关电器整体上不存在复杂的脱扣机构，零件数较模块组合式控制与保护开关电器大幅度减少，更为简单的结构保证了开关的低故障率，运行的稳定性更高。但目前电磁式控制与保护开关大多数是利用触头大开距开断短路电流，在大开距下开关合闸时功耗高，动铁心冲击力大，铁心磨损严重，同时还造成触头二次弹跳，使触头易熔焊。目前有一类电磁式控制与保护开关，利用复位弹簧和限位机构的配合，使得触头以大开距开断短路电流之后能回到略小于开距的平衡位置，改善了合闸特性。但这种方案的缺点是无论是开断短路故障或是过载故障还是正常频繁开断，都必须达到最大开距，以大开距频繁开断电流后再利用复位弹簧复位，会导致复位弹簧迅速老化，并造成严重的机械磨损，使电磁式控制与保护开关使用寿命受到影响，不适用于频繁通断正常额定电流的场合。此外，这些方案没有实现开断过程的智能控制。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种双反力可调开距的智能开关电器，通过第一反力弹簧及第二反力弹簧的共同作用，可有效降低吸合时铁心的碰撞力，分断时通过控制模块检测回路电流，根据电流大小及开断类型智能地调整触头开距大小，分断正常电流、过载电流、短路电流，从而达到降低频繁通断正常电流时的铁心撞击力、提高开关电器使用寿命的目的。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种双反力可调开距的智能开关电器，包括电磁机构、触头机构、控制模块、连接机构及底座；所述电磁机构包括动铁心、静铁心、线圈、第一反力弹簧及第二反力弹簧；所述触头机构包括动触头、静触头和触头弹簧；所述控制模块由控制单元和传感器组成；所述静铁心固定于底座上；所述线圈套在静铁心上；所述动铁心固定在所述连接机构面向所述底座的一面；所述动触头连接所述连接机构，所述动触头与所述连接机构及动铁心同步运动；所述静触头设置于所述动铁心与动触头之间；所述动铁心与静铁心之间为气隙；所述动触头与静触头之间为开距；所述第一反力弹簧和第二反力弹簧在所述动铁心的运动方向上被压缩或被拉伸；所述第一反力弹簧的长度长于所述第二反力弹簧的长度，所述第一反力弹簧的劲度系数小于所述第二反力弹簧的劲度系数；

所述动触头与静触头之间拥有不同的断开状态开距，分别为分断短路故障电流时达到的最大开距即为短路开距、分断过载电流的较大开距即为过载开距和分断额定电流的开距即为正常状态开距；所述短路开距大于过载开距，所述过载开距大于正常状态开距。

进一步地：其特征在于：所述电磁机构具体为U型结构或E型结构。

进一步地：当电磁机构为U型结构时，所述动铁心固定在所述连接机构中心面向所述底座的一面；所述第一反力弹簧及第二反力弹簧的一端固定于所述底座上；所述第一反力弹簧的另一端固定连接所述连接机构面向所述底座的一面；所述动铁心向下运动时，所述第一反力弹簧及第二反力弹簧的两端分别被所述连接机构及底座压缩。

进一步地：当电磁机构为E型结构时，所述第一反力弹簧的两端分别固定于所述动铁心与线圈上方，所述第二反力弹簧的一端固定于所述线圈上方；所述动铁心向下运动时，所述第一反力弹簧及第二反力弹簧的两端分别被所述动铁心及线圈压缩。

进一步地：所述第一反力弹簧和第二反力弹簧在开关电器不通电时均处于自由状态。

进一步地：在分断短路故障电流达到短路开距或分断过载电流达到过载开距时，所述第一反力弹簧处于拉伸状态，随后在第一反力弹簧的回复力作用下回到正常状态开距，此时第一反力弹簧和第二反力弹簧均处于自由状态。

进一步地：所述连接机构包括固定座与连接杆；所述连接杆固定于所述固定座背向所述底座的一面，所述连接杆远离所述固定座的一端固定有顶抵部；所述顶抵部与固定座之间设置有所述动触头。

进一步地：所述顶抵部与动触头之间设置有触头弹簧，所述触头弹簧套设于所述连接杆的外部

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种双反力可调开距的智能开关电器，根据开断电流大小决定触头开距的智能开关电器的设计思路，并且降低了铁心吸合时的碰撞速度和加大了触头分断速度。该双反力可调开距的智能开关电器，可在开关分断前，通过控制模块检测开断电流的大小及开断类型，由此控制线圈断电，并在动触头及动铁心等运动部件向上运动的过程中，给线圈施加不同宽度的电流脉冲，使触头达到不同的开距。由于双反力弹簧的存在，使得开关的初始反力小，终反力很大，能够不影响吸合速度的前提下有效降低铁心碰撞速度；在双反力弹簧的共同作用下，分断速度很大，使触头达到最大开距(短路开距)，开断短路电流。电弧熄灭后，触头与铁心回到正常打开位置；利用控制模块检测回路电路，根据不同开断电流大小和开断类型调整不同的触头开距，可用于分断回路中的正常电流、过载电流和短路电流；相较于其他电磁式控制与保护电磁开关电器，在频繁通断正常电流时的闭合和分断时间短，电气寿命更长。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例1的双反力可调开距的智能开关电器的结构示意图；

图2为本实用新型优选实施例2的双反力可调开距的智能开关电器的结构示意图；

图3为本实用新型优选实施例2的双反力可调开距的智能开关电器的合闸状态示意图；

图4为本实用新型优选实施例2的双反力可调开距的智能开关电器的分闸状态示意图(一)；

图5为本实用新型优选实施例2的双反力可调开距的智能开关电器的分闸状态示意图(二)。

附图标记：1-触头弹簧，2-静触头，3-动触头，4-连接机构，5-动铁心，6-第一反力弹簧，7-线圈，8-第二反力弹簧，9-静铁心。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

一种双反力可调开距的智能开关电器，参考图1，包括电磁机构、触头机构、连接机构4及控制模块；所述电磁机构包括动铁心5、静铁心9、线圈7、第一反力弹簧6及第二反力弹簧8；所述动铁心5、静铁心9为E型，所述静铁心9置于一底座上，所述动铁心5与静铁心9之间为气隙，所述动触头3与静触头2之间为开距，所述线圈7套在静铁心9上，所述第一反力弹簧6和第二反力弹簧8在所述动铁心5的运动方向上被压缩或被拉伸；所述第一反力弹簧6的长度长于所述第二反力弹簧8的长度，所述第一反力弹簧6的劲度系数小于所述第二反力弹簧8的劲度系数；所述触头机构包括动触头3、静触头2和触头弹簧1；所述静触头2设置于所述动铁心5与动触头3之间；所述连接机构4连接所述动铁心5和动触头3；所述控制模块由控制单元和传感器组成。

所述第二反力弹簧8套在第一反力弹簧6的外部，所述第一反力弹簧6和第二反力弹簧8在开关电器不通电时均处于自由状态。

第一反力弹簧6的两端分别连接所述动铁心5与线圈7，所述第二反力弹簧8的一端固定于所述线圈7上方。在本实施例中，所述第一反力弹簧6及第二反力弹簧8设置在线圈7的上方；所述动铁心5向下运动时，所述动铁心5压缩所述第一反力弹簧6及第二反力弹簧8。

实施例2

本实施例与实施例1的主要区别在于铁心形状和反力弹簧的设置位置。参考图2，所述动铁心5、静铁心9为U型；所述第二反力弹簧8套在第一反力弹簧6的外部，所述第一反力弹簧6及第二反力弹簧8的一端固定于所述底座上；所述第一反力弹簧6的另一端固定连接所述连接机构4面向所述底座的一面；所述连接机构4面向所述底座的一面还固定连接有所述动铁心5；所述动铁心5向下运动时，所述第一反力弹簧6及第二反力弹簧8的两端分别被所述连接机构4及底座压缩。在本实施例中，所述第二反力弹簧8套在第一反力弹簧6的外部形成一组反力弹簧，线圈7的两侧分别设置有一组反力弹簧。

所述连接机构4包括固定座与连接杆；所述固定座面向所述底座的一面设置有容纳腔，所述容纳腔用于容纳所述动铁心5。所述连接杆固定于所述固定座背向所述底座的一面，所述连接杆远离所述固定座的一端固定有顶抵部；所述顶抵部与固定座之间设置有所述动触头3。所述顶抵部与动触头3之间设置有触头弹簧1，所述触头弹簧1套设于所述连接杆的外部。

在开关电器吸合过程中，所述线圈7通电产生电磁吸力，所述动铁心5在电磁吸力作用下要克服第一反力弹簧6的反力，由于动铁心5与静铁心9之间的大气隙电磁吸力小，所述第一反力弹簧6被压缩时产生的初始反力小，动铁心5得以继续运动；当动铁心5与静铁心9吸合进入小气隙，吸力大幅增大，所述第一反力弹簧6和第二反力弹簧8同时被压缩，使得反力大幅增大，动铁心5与静铁心9吸合时的铁心碰撞速度显著降低，从而减小因铁心碰撞而导致的触头弹跳；具体如图3所示，控制单元控制线圈7通电后产生电磁力，通过静铁心9吸引动铁心5向下运动并压缩第一反力弹簧6，通过连接机构4带动动触头3及触头弹簧1向下移动。由于第一反力弹簧6的弹性系数较小，吸合过程初始阶段需要克服的反力很小，而当运动部件向下位移到第二反力弹簧8的自由长度范围时，继续向下位移的铁心同时压缩第二反力弹簧8和第一反力弹簧6，第二反力弹簧8与第一反力弹簧6二者的弹簧反力共同作用于动铁心5，此时反力剧增，大大降低了动铁心5的吸合速度，直至吸合动作完成，动触头3与静触头2接触，主电路接通，动铁心5继续向下运动，压缩触头弹簧1，直到与静铁心9极面贴合。因为吸合前的动铁心5速度降低，导致铁心碰撞冲击力极大地降低，铁心碰撞引起的触头二次弹跳显著减小。

在控制线圈7断电前，利用控制模块检测回路电流，若此时回路中的电流是短路电流，则控制单元控制线圈7断电，电磁吸力消除，第一反力弹簧6和第二反力弹簧8同时释放，共同作用于动铁心5使其向上运动，通过连接机构4带动动触头3向上移动。因为第二反力弹簧8的弹性系数大，使得分断过程的初始反力很大，能够快速分断触头，达到正常状态开距。由于惯性，动铁心5将继续带动动触头3向上移动并拉伸第一反力弹簧6直至达到短路开距，同时利用此时分断的触头大开距分断短路电流，具体参考图4，虚线为触头的正常状态开距。在大开距分断短路电流后，与动铁心5相连的第一反力弹簧6将动触头3、动铁心5等运动部件拉回正常状态开距直至稳定，动触头3与静触头2分离，此时分断动作完成，主电路成功分断短路电流。

若控制模块检测到的回路电流为过载电流，则控制单元控制线圈7断电，电磁吸力消除，在第一反力弹簧6及第二反力弹簧8同时释放，共同作用于动铁心5使其向上运动，通过连接机构4带动动触头3向上移动。因为第二反力弹簧8的弹性系数大，使得分断过程的初始反力很大，能够快速分断触头，在动触头3达到正常状态开距前后，控制模块给线圈7施加一个短时电流脉冲，使线圈7励磁产生电磁吸力，使动铁心5在这个暂态电磁吸力影响下，减缓速度，使动触头3达到过载开距后，在第一反力弹簧6的回复力作用下回到正常状态开距；脉冲宽度与过载电流大小成反比。

若控制模块检测到的回路电流为额定电流，则控制单元控制电磁线圈7断电，电磁吸力消除，在第一反力弹簧6和第二反力弹簧8同时释放，共同作用于动铁心5使其向上运动，通过连接机构4带动动触头3向上移动。因为第二反力弹簧8的弹性系数大，使得分断过程的初始反力很大，能够快速分断触头，在动触头3达到正常开距状态前，控制模块给与线圈7施加一个短时电流脉冲(相较于分断过载电流时的脉冲宽度大)，使线圈7励磁产生电磁吸力，使动铁心5在这个暂态电磁吸力影响下，减缓速度，使得开关电器以正常状态开距开断额定电流。具体参考图5。

为了更加直观看到第一反力弹簧6与第二反力弹簧8的变化，图3至5中显示的第一反力弹簧6与第二反力弹簧8均为分开的状态，实际使用过程中，第二反力弹簧8套设于第一反力弹簧6的外部。

所述动触头3与静触头2之间拥有不同的断开状态开距，分别为分断短路故障电流时达到的最大开距即为短路开距、分断过载电流的较大开距即为过载开距和分断额定电流的开距即为正常状态开距；所述短路开距大于过载开距，所述过载开距大于正常状态开距。在分断短路故障电流达到短路开距或分断过载电流达到过载开距时，第一反力弹簧6处于拉伸状态，随后在第一反力弹簧6的回复力作用下回到正常状态开距，此时第一反力弹簧6和第二反力弹簧8均处于自由状态。

上述实施例公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状，不同安装分布的双弹簧结构、不同控制模块组成、不同型号的电磁系统，都不是作为此开关电器设计实用新型的唯一组合，效果与本实用新型相同而采用不同组合元件的开关电器，都属于本设计的攘括范围内。本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的基于双反力弹簧的智能开关电器及其工作方法，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种双反力可调开距的智能开关电器，其特征在于，包括电磁机构、触头机构、控制模块、连接机构及底座；所述电磁机构包括动铁心、静铁心、线圈、第一反力弹簧及第二反力弹簧；所述触头机构包括动触头、静触头和触头弹簧；所述控制模块由控制单元和传感器组成；所述静铁心固定于底座上；所述线圈套在静铁心上；所述动铁心固定在所述连接机构面向所述底座的一面；所述动触头连接所述连接机构，所述动触头与所述连接机构及动铁心同步运动；所述静触头设置于所述动铁心与动触头之间；所述动铁心与静铁心之间为气隙；所述动触头与静触头之间为开距；所述第一反力弹簧和第二反力弹簧在所述动铁心的运动方向上被压缩或被拉伸；所述第一反力弹簧的长度长于所述第二反力弹簧的长度，所述第一反力弹簧的劲度系数小于所述第二反力弹簧的劲度系数；

所述动触头与静触头之间拥有不同的断开状态开距，分别为分断短路故障电流时达到的最大开距即为短路开距、分断过载电流的较大开距即为过载开距和分断额定电流的开距即为正常状态开距；所述短路开距大于过载开距，所述过载开距大于正常状态开距。

2.根据权利要求1所述的一种双反力可调开距的智能开关电器，其特征在于：所述电磁机构具体为U型结构或E型结构。

3.根据权利要求2所述的一种双反力可调开距的智能开关电器，其特征在于：当电磁机构为U型结构时，所述动铁心固定在所述连接机构中心面向所述底座的一面；所述第一反力弹簧及第二反力弹簧的一端固定于所述底座上；所述第一反力弹簧的另一端固定连接所述连接机构面向所述底座的一面；所述动铁心向下运动时，所述第一反力弹簧及第二反力弹簧的两端分别被所述连接机构及底座压缩。

4.根据权利要求2所述的一种双反力可调开距的智能开关电器，其特征在于：当电磁机构为E型结构时；所述第一反力弹簧的两端分别固定于所述动铁心与线圈上方，所述第二反力弹簧的一端固定于所述线圈上方；所述动铁心向下运动时，所述第一反力弹簧及第二反力弹簧的两端分别被所述动铁心及线圈压缩。

5.根据权利要求1所述的一种双反力可调开距的智能开关电器，其特征在于：所述第一反力弹簧和第二反力弹簧在开关电器不通电时均处于自由状态。

6.根据权利要求1所述的一种双反力可调开距的智能开关电器，其特征在于：在分断短路故障电流达到短路开距或分断过载电流达到过载开距时，所述第一反力弹簧处于拉伸状态，随后在第一反力弹簧的回复力作用下回到正常状态开距，此时第一反力弹簧和第二反力弹簧均处于自由状态。

7.根据权利要求1所述的一种双反力可调开距的智能开关电器，其特征在于：所述连接机构包括固定座与连接杆；所述连接杆固定于所述固定座背向所述底座的一面，所述连接杆远离所述固定座的一端固定有顶抵部；所述顶抵部与固定座之间设置有所述动触头。

8.根据权利要求7所述的一种双反力可调开距的智能开关电器，其特征在于：所述顶抵部与动触头之间设置有触头弹簧，所述触头弹簧套设于所述连接杆的外部。

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