具有受控阻抗的电磁致动器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于限制包括磁电路的诸如继电器之类的电磁致动器的阻抗变化的方法。该电磁致动器包括：静止磁衔铁和动叶片，该动叶片与弹簧相对放置，并且能够移动通过在箱体上做出的开口从箱体凸出的机械致动元件；永久磁体，适合将叶片吸附到与衔铁接触；以及至少一个感应线圈。该方法包括如下步骤：a)闭合并且保持叶片与衔铁接触；b)围绕衔铁安装一个或者两个线圈；c)将具有电流I的至少一个信号I送到一个线圈或者各线圈中；d)测量在线圈或者各线圈中的一个线圈的端子的电压U；e)测量在线圈或者各线圈中的另一个线圈中的电流I；f)计算阻抗Zcal＝U/I；以及g)利用示出Nturns＝f(Zcal)的绕组图确定要缠绕的匝数。
【专利说明】具有受控阻抗的电磁致动器
【技术领域】
[0001]本发明涉及差动继电型的电磁致动器，并且涉及一种目的用于在工业制造，S卩，在批量制造期间控制这种装置的阻抗的方法。本发明的致动器是当预期差动保护与主电压无关时，尤其用于差动保护【技术领域】的高灵敏性装置。
[0002]在该范围中，为了满足现行标准，工业或者服务业中使用的致动器或者差动继电器是不同类型的(A型、AC型、G型、S型等差动产品)。现在，它们具有相同的几何形状，即，除了线圈，即，除了对上述每种类型的继电器使用的线圈采用的匝数和线的截面，构成它们的部件相同。
[0003]实际上，这种传统的电磁致动器包括下面的组件:
[0004]一通常U型的固定磁衔铁，通常U型的固定磁衔铁的两条腿的端部形成两个共面极面；
[0005]一磁性材料的托盘，该托盘能够分别在一距离，S卩，离开以衔铁维持的空间的两个位置之间枢轴旋转，并且在装备触发器的位置，与所述极面接触，从而闭合由所述衔铁和所述托盘形成的磁电路，托盘的旋转点位于衔铁的腿之一的端部附近；
[0006]—永久磁体,用于偏置磁电路,位于衔铁的腿之间并且生成永久磁力，该永久磁力将托盘吸向极面，相对弹簧的回复力施加磁力。
[0007]一感应线圈，围绕例如连接到要控制的电路的磁电路，以修改磁力与弹簧的回复力之间的初始平衡。
[0008]众所周知，工作原理如下:当例如在线圈的线中感应电流的差动装置保护的线路上发生差动次序的事件时，在这种情况下在致动器的磁电路中由线圈产生的磁通与由永久磁体产生的磁通组合。一方面由磁体弓I起的磁通和另一方面由线圈中出现的电流弓I起的磁通的组合破坏初始机械平衡，并且导致相对地移动到衔铁的托盘枢轴旋转。托盘的移动导致例如杆的机械部件移动，能够将位于电磁致动器附近的差动产品的锁定解锁，使得所述杆可能作用于触发器上。
[0009]尽管对于批量制造同一版本的致动器，形成继电器的组件在原理上相同，但是实际上，主要是因为材料的磁特性的波动和I μ m数量级的气隙的变化，能够观察到一个继电器与另一继电器的阻抗不同。在工业处理中，控制这些变化是反复出现和主要的问题。
[0010]为了尽可能避免该问题，可能吸引人们作用于在差动保护范围内与它们相关的环形线圈、实际上完成测量功能的环形线圈，即，其测量其线路与其交叉的被保护电路中的电流不平衡，实际上形成变压器的初级，而其次级缠绕在环形线圈周围并且连接到致动器的感应线圈。当然，初级的不平衡也在次级中找到，感应再在致动器的感应线圈中找到的电流。
[0011]一种解决方案实际上是例如将继电器与具有较大体积的环形线圈关联，因此，更昂贵，对总体价格成本有经济影响，当然不是优选的。
[0012]为了找到该问题的补救方法，不使用这种环形线圈，当今通常选择的另一种工业上可行的解决方案包括在根据其阻抗生产的继电器外进行系统性分类。实际上，在其制造之后，控制每个继电器，并且然后，根据其阻抗以几个类别对它们分级。这些阻抗类别中的每个分别与特定环形线圈关联，该特定环形线圈不关于与其一起工作的致动器尺寸过大。从经济上说，这样进行分类证明比选择较大体积的环形线圈更感兴趣。
[0013]因此，在工业中的当前进行方式中，没有对继电器或者致动器中产生的阻抗变化进行直接处置的处理，但是考虑到了生产线上实际上发生什么，然后选择性分类。
[0014]直接作用于阻抗的众所周知的解决方案包括利用磁体调节所述阻抗，然后由安装在螺丝上的弹簧保证功率的调节。该解决方案的缺点是在一但组装差动产品时就必须执行该调节，并且利用弹簧的调节花费长时间，并且在生产期间难以将其设定到位，这样使得该解决方案在工业上不适用。
[0015]根据另一方法，该线圈使得有可能非常容易地改变继电器的阻抗，如果线圈因为匝数而不同，则一种类型的继电器与另一类型的继电器的阻抗不同。为了限制继电器的阻抗的变化，因此，本发明的基本想法是缠绕能够在降低偏差的情况下获得给定阻抗的匝数。
[0016]例如，对于已知其表示对于期望匝数的过多匝数的所有情况，可以缠绕例如特定匝数，并且能够松开精确匝数，以达到要求的阻抗。或者，此外，相反地，初始缠绕明显低估的匝数，然后，缠绕导致要求的阻抗的附加匝数。
[0017]该结果正确、准确，但是该应用花费非常长的周期时间，确实不适应工业上的大批量生产。
[0018]显然，该问题是将关于匝数操作的想法和与工业化生产继电器的要求组合。
[0019]这就是本发明建议做出的方法，因此，本发明实质上意在限制工业制造期间阻抗的变化，并且本发明的特征主要在于如下步骤:
[0020]- a/闭合并且保持托盘与衔铁接触；
[0021]- b/围绕衔铁安装一个或者两个线圈；
[0022]- c/在一个或多个线圈中发送至少一个电流信号I ;
[0023]- d/测量线圈或者各线圈中的一个线圈的端子上的电压U ;
[0024]- e/测量线圈或者各线圈中的任意另一个线圈中的电流I ;
[0025]— f/ 计算阻抗 Zcal = U/I ；
[0026]- g/利用表示Nturns = f (Zcal)的绕组列线图确定要缠绕的匝数。
[0027]换句话说，当在制造期间产品的磁电路闭合时，在其内缠绕一个或者两个线圈，在(各)线圈上测量端子上的电压和电流，由此推算阻抗，因此其是计算出的阻抗，根据计算出的阻抗，利用事先产生的列线图以最终获得要缠绕的匝数。
[0028]与上面刚提到的方式相比，这种处置方式的速度要快得多，并且也准确，足以使该方法的工业相关性有效。
[0029]更具体地说，本发明的方法可以包括:对于提供有具有预定的多个匝数值的一系列线圈的预定数量的致动器，产生并且使用表示Zreal = ^ (Zcal)的第一列线图；然后，通过对于提供有具有预定的多个匝数值的一系列线圈的预定数量的致动器，产生并且使用表示Nturns = f2 (Zcal)的第二列线图，相互参照前面的两个列线图以产生绕组列线图。
[0030]为了获得第一列线图，对于从由每次递增约10的数量级的或者约10的倍数的数量级的匝数的预定低值，连续缠绕了几百匝的线圈的几百个致动器的实际阻抗，实际进行系统测量，并且进行预定次数。作为选择地，缠绕匝数的初始值可以是大值，然后，每次递减约10的数量级的或者约10的倍数的数量级的匝数。此外，对每个致动器计算阻抗。所获得的全部结果允许表示列线图，实际上，该列线图是位于两个包络线之间的一群点。
[0031]关于第二列线图，例如将匝数设置为坐标，而将实际阻抗设置为横坐标。因此，实际阻抗是上述两个列线图之间的联系，因此给出由此推算表示Nturns = f (Zcal)的最终绕组列线图并且使前两个列线图组合的可能性。
[0032]为了在实际情况下能够进行各种测量，通过对致动部件的机械操作(该机械操作对托盘和相对衔铁的板的动作有弹回作用)，或者通过在感应线圈中传递直流电流从而在与磁衔铁接触时产生导致吸附托盘的连续磁通，或者利用产生磁通量的磁体的磁化能够将继电器保持在闭合位置，将托盘闭合并且保持在闭合位置。
[0033]为了进行阻抗的计算，要求在至少一个线圈的端子上的电压测量U并且在所述(各)线圈中的电流测量，可能有几种解决方案，稍许修改本发明的方法的应用。因此，可以根据分别具有η匝和I匝的两个线圈进行计算，线圈缠绕于衔铁的区域的附近。
[0034]作为选择地，可以围绕衔铁安装η匝的单个线圈，然后，η能够等于相当于利用一种不实际使用的“虚拟”线圈的量，例如，对于测量目的包括5匝。其是当应用两个线圈时可以使用的相同的“虚拟”数量。作为选择地，数量η可以非常大，并且表示实际绕组，即具有致动器的实际匝数的绕组。
[0035]此外，根据永久磁体的磁化状态、用于闭合和保持闭合托盘与衔铁接触的方式等，所使用的电流可以有各种形式。
[0036]因此，送到线圈中的电流信号可以具有正弦波形态，或者包括直流分量和具有正弦波形态的分量。此外，当有两个线圈时，还可以有两个电流信号，在两种情况下，包括直流分量和正弦分量。
[0037]在测量阻抗期间，存在与线圈的电阻有关的附加变化，这样导致当只有单个线圈时测量精度降低，而与其匝数无关。另一方面，当有两个线圈时，在具有少量匝数(η)的线圈的端子测量电压U，而在具有I匝的线圈测量电流I，这样显著降低电流测量的不准确性。
[0038]总之,如果确定的变化小，则能够仅使用单个线圈，而如果超过预定阈值，则优选地使用它们中的两个，以解决该问题。
[0039]本发明的方法为了在工业上提高效率，致动器包括套管，该套管允许在环绕衔铁的支路的套管外缠绕感应线圈，在所有其他部件上，所述套管闭合。在这种情况下，在生产线的最后时刻，确切的绕组可以介入已经预装备的套管中，在该套管上，余下要做的所有工作是利用本发明的方法缠绕给定匝数，这样，对于相同或者似相同的产品(除了线圈的匝数)，保证阻抗的变化最小。
[0040]除了其取决于气隙和磁电路的材料，这种致动器的阻抗还主要取决于所装备的永久磁体。如果因为永久磁体导致的阻抗的变化过大，则在本发明的方法的范围内，在执行上述步骤a/至g/期间，致动器可以位于亥姆霍兹线圈之间。
[0041]即使阻抗主要是气隙和磁电路的材料的函数，但是其也取决于磁体，并且特别是取决于其磁化水平。
【权利要求】
1.一种用于限制继电器型电磁致动器的阻抗的变化的方法，该继电器型电磁致动器包括:磁电路，包括固定磁衔铁和可移动托盘，该托盘相对弹簧并且能够使通过在套管做出的小孔从套管凸出的致动机械部件运动；永久磁体，能够吸附托盘与衔铁接触；以及至少一个感应线圈，其特征在于如下步骤: -a/闭合并且保持托盘与衔铁接触； -b/围绕衔铁安装一个或者两个线圈； 一 c/在(各)线圈中传送至少一个电流信号I ; -d/测量线圈或者各线圈中的一个线圈的端子上的电压U ; -e/测量线圈或者各线圈中的另一个线圈中的电流I ; —f/计算阻抗Zeal = U/I ； -g/利用表示Nturns = f (Zcal)的绕组列线图来确定要缠绕的匝数。
2.根据上述权利要求所述的用于限制电磁致动器的阻抗的变化的方法，其特征在于，对于提供有具有预定的多个匝数值的一系列线圈的预定数量的致动器的，表示Zreal =(Zcal)的第一列线图的产生和使用，且然后通过对于提供有具有预定的多个匝数值的一系列线圈的预定数量的致动器，产生并且使用表示Nturns = f2(Zcal)的第二列线图，并且相互参照前面的两个列线图以产生绕组列线图。
3.根据上述权利要求中的一项所述的用于限制电磁致动器的阻抗的变化的方法，其特征在于，通过关于致动部件的机械动作，将托盘闭合并且保持在闭合位置。
4.根据权利要求1和2中的一项所述的用于限制电磁致动器的阻抗的变化的方法，其特征在于，通过使直流电流通过感应线圈，来将托盘闭合并且保持在闭合位置。
5.根据上述权利要求中的一项所述的用于限制电磁致动器的阻抗的变化的方法，其特征在于，围绕衔铁缠绕分别具有η匝和I匝的两个线圈。
6.根据权利要求1至4中的一项所述的用于限制电磁致动器的阻抗的变化的方法，其特征在于，围绕衔铁安装η匝的单个线圈。
7.根据权利要求5和6中的一项所述的用于限制电磁致动器的阻抗的变化的方法，其特征在于，η等于5。
8.根据上述权利要求中的一项所述的用于限制电磁致动器的阻抗的变化的方法，其特征在于，送入(各)线圈中的电流信号是正弦波形态。
9.根据权利要求1至7中的一项所述的用于限制电磁致动器的阻抗的变化的方法，其特征在于，送入(各)线圈中的电流信号包括具有正弦波形态的分量的直流分量。
10.根据权利要求1至7中的一项所述的用于限制电磁致动器的阻抗的变化的方法，其特征在于，将两个电流信号送入(各)线圈中，该电流信号包括两个不同的直流分量和正弦波分量。
11.根据上述权利要求中的任何一项所述的用于限制电磁致动器的阻抗的变化的方法，其特征在于，当有两个线圈时，在具有η匝线圈的端子上进行电压U的测量，而在具有I匝的线圈上进行电流I的测量。
12.根据上述权利要求中的任何一项所述的用于限制电磁致动器的阻抗的变化的方法，其特征在于，致动器包括套管，当所述套管在所有其他组件之上闭合时，允许感应线圈缠绕在环绕衔铁的支路的套管外。
13.根据上述权利要求中的任何一项所述的用于限制电磁致动器的阻抗的变化的方法，其特征在于，在执行步骤a/至g/期间，致动器位于亥姆霍兹线圈之间。
【文档编号】G01R29/20GK104246923SQ201380020321
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2012年3月16日
【发明者】E.德齐利, P.弗里奇, V.博伊托伊克斯, J-M.沃尔平 申请人:黑格电子股份有限公司