具有受控阻抗的電磁致動器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于限制包括磁電路的諸如繼電器之類的電磁致動器的阻抗變化的方法。該電磁致動器包括：靜止磁銜鐵和動葉片，該動葉片與彈簧相對放置，并且能夠移動通過在箱體上做出的開口從箱體凸出的機械致動元件；永久磁體，適合將葉片吸附到與銜鐵接觸；以及至少一個感應(yīng)線圈。該方法包括如下步驟：a)閉合并且保持葉片與銜鐵接觸；b)圍繞銜鐵安裝一個或者兩個線圈；c)將具有電流I的至少一個信號I送到一個線圈或者各線圈中；d)測量在線圈或者各線圈中的一個線圈的端子的電壓U；e)測量在線圈或者各線圈中的另一個線圈中的電流I；f)計算阻抗Zcal＝U/I；以及g)利用示出Nturns＝f(Zcal)的繞組圖確定要纏繞的匝數(shù)。
【專利說明】具有受控阻抗的電磁致動器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及差動繼電型的電磁致動器，并且涉及一種目的用于在工業(yè)制造，S卩，在批量制造期間控制這種裝置的阻抗的方法。本發(fā)明的致動器是當預(yù)期差動保護與主電壓無關(guān)時，尤其用于差動保護【技術(shù)領(lǐng)域】的高靈敏性裝置。
[0002]在該范圍中，為了滿足現(xiàn)行標準，工業(yè)或者服務(wù)業(yè)中使用的致動器或者差動繼電器是不同類型的(A型、AC型、G型、S型等差動產(chǎn)品)。現(xiàn)在，它們具有相同的幾何形狀，即，除了線圈，即，除了對上述每種類型的繼電器使用的線圈采用的匝數(shù)和線的截面，構(gòu)成它們的部件相同。
[0003]實際上，這種傳統(tǒng)的電磁致動器包括下面的組件:
[0004]一通常U型的固定磁銜鐵，通常U型的固定磁銜鐵的兩條腿的端部形成兩個共面極面；
[0005]一磁性材料的托盤，該托盤能夠分別在一距離，S卩，離開以銜鐵維持的空間的兩個位置之間樞軸旋轉(zhuǎn)，并且在裝備觸發(fā)器的位置，與所述極面接觸，從而閉合由所述銜鐵和所述托盤形成的磁電路，托盤的旋轉(zhuǎn)點位于銜鐵的腿之一的端部附近；
[0006]—永久磁體,用于偏置磁電路,位于銜鐵的腿之間并且生成永久磁力，該永久磁力將托盤吸向極面，相對彈簧的回復(fù)力施加磁力。
[0007]一感應(yīng)線圈，圍繞例如連接到要控制的電路的磁電路，以修改磁力與彈簧的回復(fù)力之間的初始平衡。
[0008]眾所周知，工作原理如下:當例如在線圈的線中感應(yīng)電流的差動裝置保護的線路上發(fā)生差動次序的事件時，在這種情況下在致動器的磁電路中由線圈產(chǎn)生的磁通與由永久磁體產(chǎn)生的磁通組合。一方面由磁體弓I起的磁通和另一方面由線圈中出現(xiàn)的電流弓I起的磁通的組合破壞初始機械平衡，并且導(dǎo)致相對地移動到銜鐵的托盤樞軸旋轉(zhuǎn)。托盤的移動導(dǎo)致例如桿的機械部件移動，能夠?qū)⑽挥陔姶胖聞悠鞲浇牟顒赢a(chǎn)品的鎖定解鎖，使得所述桿可能作用于觸發(fā)器上。
[0009]盡管對于批量制造同一版本的致動器，形成繼電器的組件在原理上相同，但是實際上，主要是因為材料的磁特性的波動和I μ m數(shù)量級的氣隙的變化，能夠觀察到一個繼電器與另一繼電器的阻抗不同。在工業(yè)處理中，控制這些變化是反復(fù)出現(xiàn)和主要的問題。
[0010]為了盡可能避免該問題，可能吸引人們作用于在差動保護范圍內(nèi)與它們相關(guān)的環(huán)形線圈、實際上完成測量功能的環(huán)形線圈，即，其測量其線路與其交叉的被保護電路中的電流不平衡，實際上形成變壓器的初級，而其次級纏繞在環(huán)形線圈周圍并且連接到致動器的感應(yīng)線圈。當然，初級的不平衡也在次級中找到，感應(yīng)再在致動器的感應(yīng)線圈中找到的電流。
[0011]一種解決方案實際上是例如將繼電器與具有較大體積的環(huán)形線圈關(guān)聯(lián)，因此，更昂貴，對總體價格成本有經(jīng)濟影響，當然不是優(yōu)選的。
[0012]為了找到該問題的補救方法，不使用這種環(huán)形線圈，當今通常選擇的另一種工業(yè)上可行的解決方案包括在根據(jù)其阻抗生產(chǎn)的繼電器外進行系統(tǒng)性分類。實際上，在其制造之后，控制每個繼電器，并且然后，根據(jù)其阻抗以幾個類別對它們分級。這些阻抗類別中的每個分別與特定環(huán)形線圈關(guān)聯(lián)，該特定環(huán)形線圈不關(guān)于與其一起工作的致動器尺寸過大。從經(jīng)濟上說，這樣進行分類證明比選擇較大體積的環(huán)形線圈更感興趣。
[0013]因此，在工業(yè)中的當前進行方式中，沒有對繼電器或者致動器中產(chǎn)生的阻抗變化進行直接處置的處理，但是考慮到了生產(chǎn)線上實際上發(fā)生什么，然后選擇性分類。
[0014]直接作用于阻抗的眾所周知的解決方案包括利用磁體調(diào)節(jié)所述阻抗，然后由安裝在螺絲上的彈簧保證功率的調(diào)節(jié)。該解決方案的缺點是在一但組裝差動產(chǎn)品時就必須執(zhí)行該調(diào)節(jié)，并且利用彈簧的調(diào)節(jié)花費長時間，并且在生產(chǎn)期間難以將其設(shè)定到位，這樣使得該解決方案在工業(yè)上不適用。
[0015]根據(jù)另一方法，該線圈使得有可能非常容易地改變繼電器的阻抗，如果線圈因為匝數(shù)而不同，則一種類型的繼電器與另一類型的繼電器的阻抗不同。為了限制繼電器的阻抗的變化，因此，本發(fā)明的基本想法是纏繞能夠在降低偏差的情況下獲得給定阻抗的匝數(shù)。
[0016]例如，對于已知其表示對于期望匝數(shù)的過多匝數(shù)的所有情況，可以纏繞例如特定匝數(shù)，并且能夠松開精確匝數(shù)，以達到要求的阻抗?；蛘撸送?，相反地，初始纏繞明顯低估的匝數(shù)，然后，纏繞導(dǎo)致要求的阻抗的附加匝數(shù)。
[0017]該結(jié)果正確、準確，但是該應(yīng)用花費非常長的周期時間，確實不適應(yīng)工業(yè)上的大批量生產(chǎn)。
[0018]顯然，該問題是將關(guān)于匝數(shù)操作的想法和與工業(yè)化生產(chǎn)繼電器的要求組合。
[0019]這就是本發(fā)明建議做出的方法，因此，本發(fā)明實質(zhì)上意在限制工業(yè)制造期間阻抗的變化，并且本發(fā)明的特征主要在于如下步驟:
[0020]- a/閉合并且保持托盤與銜鐵接觸；
[0021]- b/圍繞銜鐵安裝一個或者兩個線圈；
[0022]- c/在一個或多個線圈中發(fā)送至少一個電流信號I ;
[0023]- d/測量線圈或者各線圈中的一個線圈的端子上的電壓U ;
[0024]- e/測量線圈或者各線圈中的任意另一個線圈中的電流I ;
[0025]— f/ 計算阻抗 Zcal = U/I ；
[0026]- g/利用表示Nturns = f (Zcal)的繞組列線圖確定要纏繞的匝數(shù)。
[0027]換句話說，當在制造期間產(chǎn)品的磁電路閉合時，在其內(nèi)纏繞一個或者兩個線圈，在(各)線圈上測量端子上的電壓和電流，由此推算阻抗，因此其是計算出的阻抗，根據(jù)計算出的阻抗，利用事先產(chǎn)生的列線圖以最終獲得要纏繞的匝數(shù)。
[0028]與上面剛提到的方式相比，這種處置方式的速度要快得多，并且也準確，足以使該方法的工業(yè)相關(guān)性有效。
[0029]更具體地說，本發(fā)明的方法可以包括:對于提供有具有預(yù)定的多個匝數(shù)值的一系列線圈的預(yù)定數(shù)量的致動器，產(chǎn)生并且使用表示Zreal = ^ (Zcal)的第一列線圖；然后，通過對于提供有具有預(yù)定的多個匝數(shù)值的一系列線圈的預(yù)定數(shù)量的致動器，產(chǎn)生并且使用表示Nturns = f2 (Zcal)的第二列線圖，相互參照前面的兩個列線圖以產(chǎn)生繞組列線圖。
[0030]為了獲得第一列線圖，對于從由每次遞增約10的數(shù)量級的或者約10的倍數(shù)的數(shù)量級的匝數(shù)的預(yù)定低值，連續(xù)纏繞了幾百匝的線圈的幾百個致動器的實際阻抗，實際進行系統(tǒng)測量，并且進行預(yù)定次數(shù)。作為選擇地，纏繞匝數(shù)的初始值可以是大值，然后，每次遞減約10的數(shù)量級的或者約10的倍數(shù)的數(shù)量級的匝數(shù)。此外，對每個致動器計算阻抗。所獲得的全部結(jié)果允許表示列線圖，實際上，該列線圖是位于兩個包絡(luò)線之間的一群點。
[0031]關(guān)于第二列線圖，例如將匝數(shù)設(shè)置為坐標，而將實際阻抗設(shè)置為橫坐標。因此，實際阻抗是上述兩個列線圖之間的聯(lián)系，因此給出由此推算表示Nturns = f (Zcal)的最終繞組列線圖并且使前兩個列線圖組合的可能性。
[0032]為了在實際情況下能夠進行各種測量，通過對致動部件的機械操作(該機械操作對托盤和相對銜鐵的板的動作有彈回作用)，或者通過在感應(yīng)線圈中傳遞直流電流從而在與磁銜鐵接觸時產(chǎn)生導(dǎo)致吸附托盤的連續(xù)磁通，或者利用產(chǎn)生磁通量的磁體的磁化能夠?qū)⒗^電器保持在閉合位置，將托盤閉合并且保持在閉合位置。
[0033]為了進行阻抗的計算，要求在至少一個線圈的端子上的電壓測量U并且在所述(各)線圈中的電流測量，可能有幾種解決方案，稍許修改本發(fā)明的方法的應(yīng)用。因此，可以根據(jù)分別具有η匝和I匝的兩個線圈進行計算，線圈纏繞于銜鐵的區(qū)域的附近。
[0034]作為選擇地，可以圍繞銜鐵安裝η匝的單個線圈，然后，η能夠等于相當于利用一種不實際使用的“虛擬”線圈的量，例如，對于測量目的包括5匝。其是當應(yīng)用兩個線圈時可以使用的相同的“虛擬”數(shù)量。作為選擇地，數(shù)量η可以非常大，并且表示實際繞組，即具有致動器的實際匝數(shù)的繞組。
[0035]此外，根據(jù)永久磁體的磁化狀態(tài)、用于閉合和保持閉合托盤與銜鐵接觸的方式等，所使用的電流可以有各種形式。
[0036]因此，送到線圈中的電流信號可以具有正弦波形態(tài)，或者包括直流分量和具有正弦波形態(tài)的分量。此外，當有兩個線圈時，還可以有兩個電流信號，在兩種情況下，包括直流分量和正弦分量。
[0037]在測量阻抗期間，存在與線圈的電阻有關(guān)的附加變化，這樣導(dǎo)致當只有單個線圈時測量精度降低，而與其匝數(shù)無關(guān)。另一方面，當有兩個線圈時，在具有少量匝數(shù)(η)的線圈的端子測量電壓U，而在具有I匝的線圈測量電流I，這樣顯著降低電流測量的不準確性。
[0038]總之,如果確定的變化小，則能夠僅使用單個線圈，而如果超過預(yù)定閾值，則優(yōu)選地使用它們中的兩個，以解決該問題。
[0039]本發(fā)明的方法為了在工業(yè)上提高效率，致動器包括套管，該套管允許在環(huán)繞銜鐵的支路的套管外纏繞感應(yīng)線圈，在所有其他部件上，所述套管閉合。在這種情況下，在生產(chǎn)線的最后時刻，確切的繞組可以介入已經(jīng)預(yù)裝備的套管中，在該套管上，余下要做的所有工作是利用本發(fā)明的方法纏繞給定匝數(shù)，這樣，對于相同或者似相同的產(chǎn)品(除了線圈的匝數(shù))，保證阻抗的變化最小。
[0040]除了其取決于氣隙和磁電路的材料，這種致動器的阻抗還主要取決于所裝備的永久磁體。如果因為永久磁體導(dǎo)致的阻抗的變化過大，則在本發(fā)明的方法的范圍內(nèi)，在執(zhí)行上述步驟a/至g/期間，致動器可以位于亥姆霍茲線圈之間。
[0041]即使阻抗主要是氣隙和磁電路的材料的函數(shù)，但是其也取決于磁體，并且特別是取決于其磁化水平。
【權(quán)利要求】
1.一種用于限制繼電器型電磁致動器的阻抗的變化的方法，該繼電器型電磁致動器包括:磁電路，包括固定磁銜鐵和可移動托盤，該托盤相對彈簧并且能夠使通過在套管做出的小孔從套管凸出的致動機械部件運動；永久磁體，能夠吸附托盤與銜鐵接觸；以及至少一個感應(yīng)線圈，其特征在于如下步驟: -a/閉合并且保持托盤與銜鐵接觸； -b/圍繞銜鐵安裝一個或者兩個線圈； 一 c/在(各)線圈中傳送至少一個電流信號I ; -d/測量線圈或者各線圈中的一個線圈的端子上的電壓U ; -e/測量線圈或者各線圈中的另一個線圈中的電流I ; —f/計算阻抗Zeal = U/I ； -g/利用表示Nturns = f (Zcal)的繞組列線圖來確定要纏繞的匝數(shù)。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的用于限制電磁致動器的阻抗的變化的方法，其特征在于，對于提供有具有預(yù)定的多個匝數(shù)值的一系列線圈的預(yù)定數(shù)量的致動器的，表示Zreal =(Zcal)的第一列線圖的產(chǎn)生和使用，且然后通過對于提供有具有預(yù)定的多個匝數(shù)值的一系列線圈的預(yù)定數(shù)量的致動器，產(chǎn)生并且使用表示Nturns = f2(Zcal)的第二列線圖，并且相互參照前面的兩個列線圖以產(chǎn)生繞組列線圖。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一項所述的用于限制電磁致動器的阻抗的變化的方法，其特征在于，通過關(guān)于致動部件的機械動作，將托盤閉合并且保持在閉合位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2中的一項所述的用于限制電磁致動器的阻抗的變化的方法，其特征在于，通過使直流電流通過感應(yīng)線圈，來將托盤閉合并且保持在閉合位置。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一項所述的用于限制電磁致動器的阻抗的變化的方法，其特征在于，圍繞銜鐵纏繞分別具有η匝和I匝的兩個線圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項所述的用于限制電磁致動器的阻抗的變化的方法，其特征在于，圍繞銜鐵安裝η匝的單個線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求5和6中的一項所述的用于限制電磁致動器的阻抗的變化的方法，其特征在于，η等于5。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一項所述的用于限制電磁致動器的阻抗的變化的方法，其特征在于，送入(各)線圈中的電流信號是正弦波形態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的一項所述的用于限制電磁致動器的阻抗的變化的方法，其特征在于，送入(各)線圈中的電流信號包括具有正弦波形態(tài)的分量的直流分量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的一項所述的用于限制電磁致動器的阻抗的變化的方法，其特征在于，將兩個電流信號送入(各)線圈中，該電流信號包括兩個不同的直流分量和正弦波分量。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項所述的用于限制電磁致動器的阻抗的變化的方法，其特征在于，當有兩個線圈時，在具有η匝線圈的端子上進行電壓U的測量，而在具有I匝的線圈上進行電流I的測量。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項所述的用于限制電磁致動器的阻抗的變化的方法，其特征在于，致動器包括套管，當所述套管在所有其他組件之上閉合時，允許感應(yīng)線圈纏繞在環(huán)繞銜鐵的支路的套管外。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項所述的用于限制電磁致動器的阻抗的變化的方法，其特征在于，在執(zhí)行步驟a/至g/期間，致動器位于亥姆霍茲線圈之間。
【文檔編號】G01R29/20GK104246923SQ201380020321
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月16日
【發(fā)明者】E.德齊利, P.弗里奇, V.博伊托伊克斯, J-M.沃爾平 申請人:黑格電子股份有限公司