专利名称：带有受控驱动装置的电磁开关设备以及相应方法和电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于影响电磁开关设备的接通速度的方法。此外，本发明还涉及一种如权利要求12前序部分所述的电磁开关设备以及一种如权利要求14前序部分所述的用于驱动电磁开关设备的电路。
迄今为止的带有电子驱动机构的电磁开关设备在其关合特性方面通过线圈电流来控制。这种电驱动机构的关合特性有如下缺点-触头弹跳现象增多-电气使用寿命减少-机械磨损加大-机械使用寿命减小-换向噪声大在迄今为止的开关驱动机构中，是独立于所加设的工作电压地通过电流控制来形成最小的线圈电流。由此，电磁驱动机构可独立于所加设的控制电压地、通过尽可能小的磁激励产生运动。以此方式减小控制馈电电压的影响，相对于未受控制的开关驱动机构而言，该控制馈电电压会显著减小接通速度。然而，上述对线圈的激励却不能与开关设备的触头支承的速度相匹配。这会导致所不期望出现的动触头和磁驱动机构的高闭合速度。
因此，本发明要解决的技术问题是，提供上述类型的方法、装置和附属电路，借助相应地控制线圈电流，对开关接触元件的闭合速度进行优化。
本发明要解决的技术问题是通过权利要求1所述方法来实现的。该方法的进一步优选改进设计由从属权利要求2至11给出。
采用磁场传感器来测量各触头支承位置，并通过触头支承行程的时间曲线推导出速度。这优选地可通过采用一大型磁(致电)阻器(Giant-Magneto-Resistors)来实现，该磁阻器根据磁场的变化产生一线性输出信号。由此，可按简单和廉价的方式求出行程的时间特性曲线并进而调节速度。
本发明要解决的另一技术问题通过权利要求12所述的电磁开关设备来实现。比较有利地是采用一磁场传感器来测量行程的时间特性，借助该磁场传感器可测量由永久磁铁产生的磁场的变化。永久磁铁优选固定在电磁系统的衔铁上。所测得的衔铁行程的时间特性相当于与该衔铁连接的触头支承行程以及固定在该触头支承上的触头行程的时间特性。
本发明要解决的有关提供用于驱动电磁开关设备的电路的技术问题是通过权利要求14来实现的。
下面借助附图对本发明的一实施方式予以详细说明，附图中
图1示出一电磁开关设备；图2示出一用磁场传感器测得的传感器特性曲线；图3示出一用于驱动电磁开关设备的电路；图4为用于自动调节本发明的开关设备的流程图；图5为用于正常工作时开关操作的流程图。
图1所示为一简化了的电磁开关设备1、例如一接触器的视图，其中示出了为说明本发明所需的一些主要部件。该开关设备1具有一包括一固定磁轭2、一线圈3和一与一触头支承5固定连接的活动衔铁4在内的电磁系统。触头支承5上带有动触头6。通过相应地触发电磁系统，该动触头6可与静触头7一起用于断开或接通电路。开关设备1此外以公知的方式具有一带有驱动控制电路的薄板8，用于控制激励磁线圈3的线圈电流。
按照本发明，开关设备上配备有一些器件9，10，用于测量触头支承5或一个与之固定连接的部件的行程-时间特性曲线。
作为这样的器件，有一个固定在衔铁4上的永久磁铁9和一个磁场传感器10，例如一集成在电路板8中的大型磁阻器。在操纵开关设备1时，永久磁铁9带动触头支承5和衔铁4一起移动。磁场传感器10测出由此引起的磁场变化。磁场传感器(在此为大型磁阻器)产生一个与永久磁铁9的磁铁行程s成正比的电阻R，也就是说，该电阻R是永久磁铁9或触头支承5和衔铁4所在位置的反映。在这个用磁场传感器10测得的图2所示传感器特性曲线中，给出了电阻R与磁铁行程s的相互关系。
图3简略示出电路板8上的控制电路，这对于理解本发明而言是必需的。
在带有用于连接一直流电压(DC)或交流电压(AC)的输入端子A1和A2的电路输入端有一个整流器11，它向一连接在其输出端之后的由一接触器线圈12(相当于图1中的3)、一开关晶体管13和一分流电阻14组成的串联电路馈予直流电。按公知的方式有一个构成自振荡电路(Freilaufkreis)的二极管电路与接触器线圈12并联。通过分流电阻14分析求出接触器线圈12的电流，为此，将加载在分流电阻14上的电压输送给一个模拟-数字-转换器15和随后的一个作为智能化控制单元的微处理器16。另外，还通过一个位于整流器11输出端的电阻分配器将加载其上的馈电电压输送给微处理器16用于分析。此外，将磁场传感器10的一个与电阻R成正比的控制信号输入微处理器16中。根据上述三种输入参数即线圈电流、馈电电压以及与触头支承5的位置相对应的电压U或由此推导出的行程-时间特性曲线，微处理器16通过一放大器17将开关信号传递给开关晶体管13。
借助作为智能化控制单元的微处理器16，并通过测量在开关过程期间触头支承5的位置并进而测出其行程-时间特性曲线，可实现对开关设备驱动机构的接通速度的优化。将驱动机构的当前速度与一个用于该开关设备的最佳速度额定值进行比较。视偏差大小，相应地调节线圈电流并致力达到理想的速度值。通过存储反映速度与开关设备的位置之间关系的特征曲线，可通过磁铁行程s改变速度，并进而实现相应较小的触头闭合速度和磁铁闭合速度。由此在实现触头和电磁驱动机构柔性(软)闭合的同时，也可以实现较小的延迟闭合。
当然，也可设想将永久磁铁9固定在其它部件上，这些部件、例如触头支承5被随之一起带动。
为了实现对开关设备1的自动调节，按图4所示的流程图采取步骤。在此，在直流电流或未调整的电流第一次接通之后，智能化控制单元16求出触头支承5的静止位置。该表示“接通”位置的参考值被存储起来，以用于所有随后的开关操作，从而可取消麻烦的调整和调节过程。在随后的开关操作中，按照图5所示的图表，可借助一个存储的适用于该开关设备的行程-时间特性曲线或速度特性曲线，调节在触头行程中的速度。可以在触头和电磁驱动机构即将闭合前实施减速。由此可显著地提高电气和机械使用寿命。此外，可以设想，使速度特性曲线与某些使用条件相匹配，进而予以优化。
图1所示开关设备1的自动调节可以在工厂或用户那里按下列步骤进行1.施加一接通指令(方框21)。
2.使开关设备的触头闭合(方框22)。
3.助磁场传感器记录触头系统的静止位置(方框23)。
4.将该静止位置作为“接通”位置的参考值予以存储(方框24)。
5.取消接通指令，亦即断开触头(方框25)。
其它用于正常工作时的开关操作按照图5所示流程图来执行。它包括下列步骤一旦有一接通指令，就在方框26内进行复核，然后在方框27内询问是否控制电压高于一阈值Umin。如果不是那样，就通过方框28输出一故障报告。如果的确高于阈值，就在方框29内启动开关过程并随后在方框30内借助前述已存储的特性曲线，调节速度直至开关设备接通。随后在方框31内调节到保持电流。在方框32中则监测，该接通指令是否有效，随后要么让开关设备停留在响应状态要么按方框33断开开关设备。
权利要求
1.一种用于影响电磁开关设备(1)，尤其是接触器的接通速度的方法，其中，所述电磁系统具有一衔铁(4)，该衔铁与带有动触头(6)的触头支承(5)固定连接，该动触头与固定触头(7)一起用于断开和接通电路，其特征在于，测取触头支承(5)或一与之固定连接的部件在开关设备(1)接通过程中的行程-时间特性曲线，并根据该行程-时间特性曲线来控制该电磁系统的线圈(3)的电流。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将触头支承(5)或一个与之固定连接的部件的行程-时间特性曲线的至少一个测量值与一个额定值作比较，并根据该测量值与额定值的偏差来控制线圈(3)的电流。
3.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，测取触头支承(5)或一个与之固定连接的部件在接通状态时的静止位置，并予以存储。
4.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，测取所述衔铁(4)的行程-时间特性曲线。
5.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，由所测得的行程-时间特性曲线求出衔铁(4)、触头支承(5)或一个与之固定连接的部件的速度。
6.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，借助一磁场传感器(10)测出行程-时间特性曲线，该传感器根据磁场的变化产生一输出信号。
7.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，将所述输出信号输送给一个处理单元(16)用于继续处理，该处理单元用于控制线圈(3)的电流。
8.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述磁场传感器被设计成大型磁阻器(10)，该磁阻器测量一个固定在衔铁上的永久磁铁(9)的磁场。
9.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，由所测得的行程-时间特性曲线的测量值求出触头支承(5)或一个与之固定连接的部件的速度。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，借助存储的行程-时间特性曲线或速度特性曲线控制速度。
11.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在触头(6，7)和磁驱动机构即将闭合前，通过相应地控制线圈(3)的电流来减小速度。
12.一种电磁开关设备(1)，它具有一带有静触头(7)和动触头(6)的触头系统和一个支承动触头(6)的触头支承(5)，该触头支承与一个电磁系统的衔铁(6)固定连接，其特征在于，在开关设备(1)中设有一些器件(9，10)，用于测量触头支承(5)或一个与之固定连接的部件的行程-时间特性曲线。
13.如权利要求12所述的电磁开关设备，其特征在于，在开关设备内为测量行程-时间特性曲线设有一个大型磁阻器(10)作为磁场传感器，它用于测量由一个设置在触头支承(5)或一个与之固定连接的部件上的永久磁铁(9)产生的磁场。
14.一种用于驱动电磁开关设备(1)，尤其是接触器的电路，它带有一线圈(12)和一个处理单元(16)，其中，该线圈(12)与一个开关元件(13)串联，并用于通过一电磁系统触发一触头系统；而该处理单元(16)为控制开关元件(13)而与之相连，其特征在于，所述处理单元(16)与一个磁场传感器(10)连接，并且处理单元(16)根据磁场传感器(10)的输出信号控制开关元件(13)。
全文摘要
按照本发明，在一个电磁开关设备(1)中借助一磁场传感器(10)测取触头支承(5)的行程－时间特性曲线。为此，一微处理器(16)通过分析磁场传感器(10)的输出信号，求出触头支承(5)或一个与之固定连接的部件的速度。根据所求出的速度，微处理器(10)控制电磁系统的线圈(3)电流。此外，本发明还提供一种相应的方法和电路。
文档编号H01H47/32GK1402878SQ00816634
公开日2003年3月12日 申请日期2000年11月17日 优先权日1999年12月3日
发明者诺伯特·米特尔迈耶, 伯恩哈德·施特赖克, 迪萨德·朗加尔迪尔 申请人:西门子公司