专利名称：用于开关设备的短路和过载脱扣器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于开关设备的短路和过载脱扣器，其中所述开关设备包括一个可通过压电致动器脱扣的开关锁，为此设有一个压电转换器。
压电致动器结合测流装置和电子处理单元适合用于功率开关中的过载脱扣器。在此，它替代了传统功率开关的双金属脱扣器，并以类似于该双金属脱扣器的方式直接作用于开关锁。在此，电子处理单元被输入一个表示流过的电流的信号。为了测定该电流，需要一个单独的象电流转换器或类似物的电流传感器。基于本身已公正的方法和规则，该电子处理单元计算何时出现过载。通过该电子处理单元，这种过载脱扣单元具有一个被明显扩大的调节区，也就是说，标称电流以及由此还有被视为过载的电流可以由用户在宽的界限内改变，并由此与应用情况相匹配。
在机械的开关设备中通常采用磁致动器作为短路脱扣器，该磁致动器流过有电流，并且在短路的情况下通过由此引起的磁力机械地促使开关锁脱扣，从而促使断开。
US 4042967A例如事先公开了采用压电致动器来断开接地。这里，压电致动器在短路情况下直接由一电子装置控制，并由此促使在短路情况下快速地断开。
但迄今还没有公开具有压电致动器的功率开关作为合符实际的产品。市场上有一种具有压电致动器的脱扣装置仅仅被用于DI开关(www.servocell.com)，为此可进一步参见EP 0548732B1。
此外，在EP 0517049A1中讲述了一种永磁的故障电流脱扣器，其具有一个含有永磁体并具有极面的元件，其中一个衔铁元件反作用在该极面上，该衔铁元件通过永久磁通被吸住以对抗弹簧的力。所述的极面被分配一个由压电材料制成的致动器，其中在出现信号时该致动器反作用于锚力，和/或该衔铁元件从极面提升。
最后从WO 00/63939A1公开了一种机电式的继电器，其中给继电机构装配了单独的故障检测器。由此该装置相当复杂。
从所述详细分析的现有技术出发，本发明的任务是创造一种具有开关锁的开关设备用的脱扣器，其中压电致动器和磁脱扣器以有利地方式合作。利用这种方式既可以在过载情况下脱扣，也可以在短路情况下脱扣。
该任务根据本发明通过权利要求1的特征来解决。改进方案由从属权利要求给出。
本发明的主题是，压电致动器一方面在过载情况下通过一个自身公知的电子装置进行控制，并由此脱扣开关锁以分离接触，另一方面，为了在短路情况下快速地脱扣，激励一个由通过脱扣线圈(螺线管)的电流-在该情形下是短路电流-作用到包含有铁磁材料的压电致动器上的力。在脱扣线圈的激励下，压电致动器操纵所述的开关锁，该开关锁又作用到中断短路/过载电流的开关。所述线圈可以具有多个绕组作为磁致动器。在某些情况下，仅仅导流的导体在压电致动器处经过可能也就足矣。
本发明的以下两种可选的突出特征是非常有利的在第一种突出特征中，与现有技术相反，在本发明中存在压电致动器和磁短路致动器的组合，其中通过同时利用压电致动器的磁特性和介电特性来既引起过载断开又引起短路断开。
在本发明的另一突出特征中，可以通过以下方式优选地利用脱扣线圈和压电致动器的组合作为电流传感器，即由通过脱扣线圈引起的磁力在压电致动器上引起偏转，这种偏转的幅度就是流过的电流的量度。该偏转通过压电原理促使在压电致动器上产生电压，该电压可以通过所属的电子装置进行分析。由于压电致动器在该情形下既被工作为致动器又被工作为传感器，所以这里一般地基于概念“压电转换器”。
在本发明中，利用了电磁脱扣器和压电转换器的有利组合，以便利用在某些情况下前联的电子分析单元来既实现可靠的短路保护，又实现过载保护。此时存在明显的任务划分短路保护由快速的电磁脱扣器实现，过载保护由在某些情况下被电子式地控制的压电转换器实现。
根据本申请，优选地只有所述的压电转换器与开关锁的脱扣器机械地啮合。在短路情况下的脱扣由所述的电磁转换器直接通过对压电转换器的磁反作用来实现。为此，所述压电转换器设有铁磁材料。
在本发明中，所述压电转换器同样可以被用作电流传感器，其方式是，由因通过所述电磁转换器的电流通量所产生的力来引起所述压电转换器的弯曲，这种弯曲又可以作为所述压电转换器的端子上的电压被分析。
从下面借助于附图对实施例的
并结合权利要求书可以得到本发明的其它细节和优点。
图1和图2示出了一种脱扣系统，其一方面包括电的压电转换器，另一方面包括用于短路测定的线圈-交替地在闭锁状态或脱扣状态，图3示出了具有附加的用于过载识别的单独电流转换器的如图1/2所示的脱扣系统，以及图4示出了进一步改善的脱扣系统的实现。
在图1中用1表征机械开关。该机械开关1被分配一个例如可以由开关锁10组成的脱扣系统。该开关锁10被分配一个压电致动器11。该压电致动器11位于一个支架12内，并且由一个用20笼统表示的电子电路进行控制。
开关1通过机械操纵杆2与开关锁10相连接。另外还在待开关的电流回路中设置一个线圈5。
如果在示出了开关1的闭锁状态的图1中，通过电子装置20向压电致动器11发出一个信号，则压电致动器11便在弯曲的意义上被激活，由此释放开关锁10。开关1断开，如图2所示。
在图1至4中，具有待开关的电流回路的网络形成了一个负载回路2，其中线圈5具有至少一个线圈绕组，但优选的是多个绕组。
在短路情况下通过以下方式达到快速的脱扣，即由负载电流流过的表现为螺线管并产生磁场的线圈5对压电转换器11产生作用，并由此实现一种磁致动器。该压电转换器11通常已经包含铁磁材料，使得线圈5的磁场能够引起压电转换器11的移动。由此，利用压电转换器11通过开关锁10可以引起开关1的断开。如果压电转换器11不包括磁材料，则在压电转换器11上可以例如通过粘贴而设置一铁磁板。
根据图3，图1/2所示的脱扣装置通过以下方式被补充在负载回路2中设有一个附加的电流转换器30。据此，在该情形下，电流的测定通过该附加的电流转换器30来进行，其中在该电流转换器30的后面连接了一个作用于被修正后的电子单元20’的过载识别单元35。
于是，在图3中通过电流转换器30测量电流，并在该过载识别单元35中进行分析。过载识别单元的输出信号到达电子单元20’。在过载的情况下，电子单元20’控制压电致动器11，然后该压电致动器按照图2进行反应和断开开关1。
相反，在图4中压电转换器11直接作用为电流传感器，其方式是，通过脱扣线圈5的电流首先只是这样地移动压电致动器11，使得还不进行脱扣。但压电致动器11的移动可以作为电压被提取。在该情形下，被进一步修正的电子单元20”除了单元20之外，还包括一个单独的单元20用于测定和分析由压电转换器11产生的电压信号。因此可以附加地实现所希望的具有过载识别的电流测量。
在上述所有的实施例中，尤其是在图3和/或图4中，压电转换器11被用作脱扣器意义上的致动器。这样确定的压电致动器11有利地是节省地方的，而且只需要小的控制能量。
对于电子的过载识别可以预定另一个调节范围。现在能够通过设于负载回路2中的线圈5直接利用压电致动器11进行促发的短路脱扣只需要简单的构造，因为只有一个脱扣元件被设于开关锁10中。
只要在图1-4中被用作压电致动器11的压电转换器不含铁磁材料，则可以简单地在该压电转换器上装设一种铁磁小片。
另外，由压电转换器还可以测定磁致动器的磁场和由此测定电流。因此，单单通过分析压电转换器因负载回路的电流而产生的移动就已经实现了电流测定-也没有使开关锁脱扣。
权利要求
1.用于开关设备的短路和过载保护的脱扣器，其中所述开关设备包括一个可通过压电致动器脱扣的开关锁，为此设有一个压电转换器，其特征在于作为用于解扣所述开关锁(10)的致动器，给所述的压电转换器(11)分配一个磁致动器(5)以实现过载和短路保护。
2.权利要求1的开关设备，其特征在于所述压电转换器(11)通过一电子处理单元(20，20’，20”)进行控制以实现过载脱扣。
3.权利要求1的开关设备，其特征在于所述磁致动器包括一作用于所述压电转换器(11)的脱扣线圈(5)。
4.权利要求3的开关设备，其特征在于所述线圈(5)包括至少一个绕组。
5.上述权利要求之一的开关设备，其特征在于所述压电转换器包括磁材料。
6.权利要求5的开关设备，其特征在于在所述压电转换器(11)上安装由磁材料制成的小片。
7.上述权利要求之一的开关设备，其特征在于在负载回路(2)设有一附加电流转换器(30)。
8.权利要求7的开关设备，其特征在于所述的附加电流转换器(30)通过一过载识别单元(35)控制电子单元(20’)。
9.权利要求2-6之一的开关设备，其特征在于所述脱扣线圈(5)结合所述压电转换器(11)实现电流传感器的功能。
10.权利要求9的开关设备，其特征在于由所述压电转换器(11)测定所述磁致动器(5)的磁场并由此测定电流。
全文摘要
压电转换器具有致动器功能的开关设备是公知的。根据本发明建议，作为用于解扣开关锁(10)的致动器，给压电转换器(11)分配一个磁致动器(5)以实现过载和短路保护。通过结合螺线管，所述压电转换器(11)可以被作为用于确定流过的电流的传感器。
文档编号H01H71/12GK1856856SQ200480024806
公开日2006年11月1日 申请日期2004年8月26日 优先权日2003年8月29日
发明者G·格里彭特罗, R·迈尔 申请人:西门子公司