专利名称：诊断接触器的操作状态的方法及实现该方法的接触器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种诊断接触器(contactor)的操作状态的方法，该接触器包括被设计成作用于电压控制部件的处理单元。该接触器进一步包括至少一个致动线圈、用于测量所述至少一个致动线圈的至少一个电特性的部件以及至少一个续流(free-wheel) 二极管，该续流二极管与所述至少一个致动线圈和用于测量的部件并联。本发明也涉及一种用于实现所述方法的接触器。所述接触器包括电磁致动器、控制部件和至少一个致动线圈，该电磁致动器具有由磁轭和可移动铁磁线圈组成的磁电路，该至少一个致动线圈经由所述控制部件连接到第一和第二电源端。处理单元被设计成作用于电压控制部件。接触器也包括用于测量所述致动线圈的电特性的部件。至少一个续流二极管与所述至少一个致动线圈和用于测量的部件并联。
背景技术：
通常期待在接触器的处理部件中增加用于诊断接触器的磨损状态的方法的实施。事实上，为了在接触器的寿命期间安排适当的维护，知晓接触器的磨损级别是非常有用的。因此某些现有专利描述了磨损诊断方法。然而，这些方法的实施一般会导致成本增加，这通常抑制了产品的工业使用。引用的专利US6225807描述了一种用于估计接触器的剩余寿命的方法。该方法包括通过确定杆簧对触点的断开阶段的影响的降低来确定接触焊盘的磨损。弹簧影响的这种降低关联于以下两个精确时刻之间流逝的时间的减少-可移动部分的移动在断开阶段中开始的时刻；-电源触点断开出现 的时刻。借助识别在关闭控制电压时产生的线圈过电压来确定该第一时刻。借助断开触点两端时出现在该两端处的电压来确定该第二时刻。该方法呈现出的缺点是必须进行杆层次(level)上的电压以及断开时的过电压的获取。这些获取涉及可证明为昂贵的附加部件的实施。其他专利(FR2834120)描述了一种用于基于来自线圈电压的测量和辅助触点的状态造成的触点破碎(crushing)的变化的估计来诊断寿命终点的方法。由于要诊断例如与摩擦相关的机械故障，这一方法不能诊断出寿命的终点。这一方法进一步呈现的缺陷是需要专用传感器来获取电源电流。最后，已知的诊断方法由于它们通常不考虑独立于触点破碎但是能够加速接触器的寿命终点到达的两种现象而不太完善。这些现象一方面是焊盘粘住的频率和强度，另一方面是机械故障。焊盘粘住的频率和强度一般称作微型焊接。机械故障的意思是与运动机构的摩擦、磨损、变形等相关的接触器的故障。
发明内容
因此本发明的目的是弥补现有技术的不足，提出了一种用于诊断具体为接触器磨损的操作的方法，在电源触点的层面既不需要电流传感器也不需要电压传感器。根据本发明的方法包括发送包括将称作回动(drop-out)电压的电压固定在致动线圈的两端处的回动指令(order)；在回动时间期间测量所述致动线圈的电特性；根据测量重构至少一个特定值；将所述至少一个特定值与接触器的特定初始操作参考值相比较；根据所述至少一个特定值针对初始参考值的定位来诊断接触器的磨损的状态。根据本发明的进展的模式，回动电压由续流二极管固定，致动线圈在部分回动时间期间处于“续流”模式。有利地，致动线圈贯穿整个回动时间处于“续流”模式。根据本发明的进展的另一模式，分流部件支配齐纳二极管将回动电压固定在致动线圈的两端，所述线圈在部分回动时间期间处于“齐纳”模式。优选地，致动线圈在中间回动时间期间处于“齐纳”模式，中间回动时间短于整个回动时间。根据按照本发明的方法的第一实施例，在整个回动时间期间测量的所述致动线圈的所述电特性是致动线圈中流动的电流。优选地，用于诊断的方法`包括在电流相应于时间的变化曲线图上确定达到变化曲线上的第一局部最大值的至少一个特定值，根据第一局部最大值相对于参考值的定位来诊断接触器的操作状态。有利地，所述方法包括确定在电流变化曲线(Si)上达到第一局部最大值(B)级别的最大电流。根据本发明的第二实施例，在回动时间期间测量的所述致动线圈的所述电特性是致动线圈两端处的电压。优选地，所述用于诊断的方法包括在电压相应于时间的变化曲线图上确定达到变化曲线上的第一局部最大值的至少一个特定值，根据第一局部最大值相对于参考值的定位来诊断接触器的操作状态。根据本发明的接触器的处理单元包括用于以下的部件根据电特性(K)的测量重构至少一个特定值；将所述至少一个特定值与接触器的特定初始操作参考值相比较；根据所述至少一个特定值相对于参考值的定位来诊断接触器的操作的状态。根据进展的模式，接触器包括与致动线圈串联的齐纳二极管。根据进展的特定模式，齐纳二极管串联插入致动线圈和用于测量电流的测量部件，分流部件与所述二极管并联以便当所述二极管处于截止位置时分流所述齐纳二极管。有利地，致动器的磁路包括永磁铁。
从仅针对非限制性举例意图给出并在附图中展现的本发明的特定实施例的以下描述中，其他优点和特征将变得更清晰明显，附图中图1到图3展示了适用于实现根据本发明不同实施例的诊断方法的控制和调节电路的功能布线图；图4A展示了使用根据图1的控制电路在根据本发明第一实施例的所述用于诊断磨损的方法期间测量的回动电流的变化的曲线图；图4B展示了使用根据图2的控制电路在根据本发明第二实施例的所述用于诊断磨损的方法期间测量的回动电流的变化的曲线图；图5展示了分别与新接触器和受损接触器的回动电流的理论变化的曲线对应的参考值；图6展示了在所述用于诊断接触器在不同操作状态下的磨损的方法期间测量的电流的变化的曲线图； 图7展示了在所述用于诊断接触器变型在不同操作状态下的磨损的方法期间测量的电流的变化的曲线图；图8展示了根据本发明实施例的接触器致动器的布线图；图9展示了根据本发明另一实施例的接触器致动器的布线图；图10展示了使用根据图1的控制电路在根据本发明第二实施例的所述用于诊断磨损的方法期间测量的电压的变化的曲线图；图11展示了使用根据图2的控制电路在根据本发明第二实施例的所述用于诊断磨损的方法期间测量的电压的变化的曲线图。
具体实施例方式根据本发明的用于诊断接触器的操作状态的方法被特别设计用于具有电磁致动器的接触器，该电磁致动器包括由磁轭4和可移动铁磁部分5组成的磁路(图8)。可移动部分的移动由至少一个致动线圈3支配，该至少一个致动线圈3经由线圈电压控制部件20连接到第一和第二电源端B1、B2。处理单元2被设计成作用于诸如具体为MOS或IGBT晶体管的线圈电压控制部件20。用于诊断接触器的操作状态的方法包括三个连续步骤。第一步骤包括支配致动线圈3，之后是检测接触器的断开顺序，从而一方面消除存储在后者中的电能以减小磁力以及使能致动器的可移动部分5的移动，另一方面产生代表致动器的可移动部分5的移动的信号。所述信号与线圈的电特性K成比例。控制部件20发送包括将称作回动电压的电压固定在致动线圈3的两端L1、L2的回动指令。第二步骤包括在回动阶段期间获取该信号上的特定值。这些特定值关联于可移动部分5的移动的速度。根据本发明的第一实施例，在整个回动时间Ta期间测量的所述致动线圈3的电特性K是致动线圈3中流动的电流I。于是诊断方法的第二步骤包括确定在致动线圈3中流动的电流信号I上的特定值。根据本发明的第二实施例，在整个回动时间Ta期间测量的所述致动线圈3的电特性K是致动线圈两端处的电压U。于是诊断方法的第二步骤包括确定在致动线圈3两端处的电压信号上的特定值，诸如例如设定时间处的电压值。第三步骤包括处理这些特定值，使得接触器的操作状态得以确定，具体为其磨损级别。根据本发明的第一实施例，在所述方法期间测量的电特性K是控制线圈中流动的电流，于是接触器包括用于测量致动线圈3中流动的电流I的部件24 (图1)。所述部件可以包括与致动线圈3串联连接的分流电阻。最后，续流二极管Dl与由所述至少一个致动线圈3和用于测量电流I的部件24组成的组件并联。在根据该第一实施例的诊断方法的第一步骤中，控制部件20发送回动指令，包括将称作回动电压的电压固定在致动线圈3的两端L1、L2。如图4A中所展示的，回动电压由续流二极管Dl固定。于是线圈在回动时间Ta期间处于“续流”模式。线圈中生成的电流代表致动器的可移动部分5的移动的速度。根据替换实施例，齐纳二极管Dz可以有利地与致动线圈3串联连接。根据图2，齐纳二极管Dz优选地串联插入致动线圈3和用于测量电流I的部件24之间。与所述二极管并联连接的分流部件21被设计成当所述二极管处于截止位置时分流所述齐纳二极管。在如图4B中展示的诊断·方法的第一步骤中，控制部件20发送回动指令，将称作回动电压的电压固定在致动线圈3的两端L1、L2。“分流”部件21处于断开位置，回动电压由“齐纳”二极管Dz固定。于是线圈处于“齐纳”模式。贯穿整个回动时间Ta或者仅在一部分回动时间期间可以应用被“齐纳”二极管Dz固定的回动电压。例如，如图4B中所展示的，控制部件20在中间回动时间Tl期间将致动线圈3置于“齐纳”模式，随后在测量周期T2期间将所述线圈置于“续流”模式。因此在整个或部分回动时间期间将线圈置于“齐纳”模式使得接触器的断开时间减少。在整个回动时间Ta期间将线圈置于“齐纳”模式实现了接触器的断开时间的最大化减少。根据未示出的替换实施例，控制部件20在中间回动时间期间将致动线圈3置于“续流”模式，随后将所述线圈置于“齐纳”模式。根据该第一实施例的诊断方法的第二步骤包括确定在致动线圈3中流动的回动电流I的变化曲线Si的一个或多个特定值。该一个或多个特定值例如可以从以下中确定-在设定时间处测量的一个或多个电流值，或-在设定时间范围上测量的电流值的积分，或-一个或多个局部极值，极值可以是最大值或最小值。如图4A、4B中观察到的，在电流变化曲线Si上可以观察到数个局部极值点A、B。具体地，第一局部最大值B固定在致动器的可移动部件5的移动阶段中由线圈电流达到的最大电流Imax。该第一局部最大值B也使得分离由控制部件20发送的命令以及所述最大电流Imax的出现的最大时间Timax得以定义。第一局部最小值A基本对应于致动器铁心5的移动的开始。如图6中所展示的，第一粗线曲线Sil对应于新致动器的变化曲线。第二虚线曲线Si2对应于受损致动器的变化曲线。在集成至少一个磁铁的致动器的特定实施例中，如图9中所展示的，在电流变化曲线Si上可以观察到第二局部最大值C (图7)。第一和第二局部最大值B、C在致动器的可移动部分5的移动阶段中固定由线圈电流达到的最大电流Imaxl、Imax2。因此所述局部最大值B、C使得分离由控制部件20发送的命令以及所述最大电流Imaxl和Imax2的出现的最大时间TimaXl、TimaX2得以定义。于是这些特定值代表致动器的移动的速度。如图7中所展示的，第一粗线曲线Sil对应于新致动器的变化曲线。第二虚线曲线Si2对应于受损致动器的变化曲线。以有利的方式，可以在温度上补偿观察到的特定最大电流值，以便防止与该外部参数相关的任何测量偏差，并且能够使用这些特定值以呈现更高的精度。根据该第一实施例的诊断方法的第三步骤包括使用特定值，从而能够确定操作的状态。考虑工业分散性，最好对于每个接触器定义最小和最大参考值。这些参考值使得能够对于每个特定值，一方面使用起源于公差(tolerancing)的新参考值的界限确定新状态阈值，另一方面使用起源于公差的受损参考值的界限确定受损状态阈值。作为如图5中展示的示例实施例，第一参考值Gl代表在新接触器的回动阶段期间的电流的变化曲线，该第一参考值Gl使得能够确定新状态中的阈值Iamax和Tamax。第二参考值G2代表在受损接触器的回动阶段期间的电流的变化曲线，该第二参考值G2使得能够确定受损状态中的阈值Ibmax和Tbmax。考虑它的工业分散性,最好借助每个接触器的参考值对于每个特定值定义最大离差(dispersion)。于是这些参考值能够对于每个特定值确定与接触器的不同组件的自然变化对应的最大离差。作为如图5中所展示的示例实施例，代表新接触器的回动阶段期间的电流的变化曲线的参考值Gl使得特定值Imax的离差Dmax得以定义。而且，为了使对能够干扰测量的参数不太敏感的特定值能够使用，可以有利地进行在设定数量的在先连续操作上记录的特定值的滑动平均(sliding average)0因此随后借助参考值将在设定数量的在先连续操作上记录并平均的每个特定值与定义的阈值相比较。特定值相对于新阈值和受损阈值的位置给出了关于操作的状态的信息。因此，对于在设定数量的在先连续操作上记录的每 个特定值，能够计算它的滑动范围，对应于在先前操作上记录的最大值与最小值之间的差。对于每个特定值，当滑动范围大于由参考值定义的最大离差时，诊断异常操作状态。根据本发明的第二实施例，在所述方法的期间测量的电特性K为线圈两端处的电压U，于是接触器包括用于在接触器的断开阶段期间测量致动线圈3的电压的部件25 (图2)。值充分大以不限制电压的变化的齐纳二极管Dz与致动线圈3串联，所述齐纳二极管能够被分流部件21分流。“分流”部件21处于断开位置，并且回动电压由“齐纳”二极管Dz固定。于是线圈处于“齐纳”模式。最后，续流二极管Dl与由所述至少一个致动线圈3和齐纳二极管Dz组成的组件并联，该续流二极管Dl自身与分流部件21并联。以有利的方式，如图2中所展示的，用于测量线圈电压的部件25可以通过测量线圈L2的第一端上的电势来实现，其电势可经由电阻分压器桥发送到处理单元2以便被调节到处理单元2的输入电压范围。在接触器的断开阶段中以及在该实施例的布局中，在线圈LI的第二端上测量的电势对应于电路的地端B2，允许有已知的二极管电压降的小误差。因此线圈电压对应于线圈LI的第二端上的电势，允许有二极管电压降的小误差，这极大地简化了它的获取。在该第二实施例的诊断方法的第一步骤中，控制部件20发送回动指令，将称作回动电压的电压固定在致动线圈3的两端。该“分流”部件21处于断开位置，回动电压由“齐纳”二极管Dz固定。于是线圈处于“齐纳”模式。贯穿回动时间Ta施加由“齐纳”二极管Dz固定的回动电压。借助用于测量的部件25测量的电压代表致动器的可移动部分5的移动的速度。该第二实施例的优点是实现了致动器的断开时间的最大化减少，同时能够拥有可用于诊断操作状态的信号。该第二实施例的诊断方法的第二步骤包括在致动线圈3的两端处的电压变化的曲线上确定一个或多个特定值。该一个或多个特定值例如可以从下面确定-在设定时间处测量的一个或多个电压值，或-在设定时间范围上测量的电压值的积分，或-一个或多个局部极值，极值可以是最大值或最小值。与使用线圈电流相反，使用线圈电压的优点是该信号独立于温度，这最小化了由于这个外部参数引起的测量偏差。根据特定实施例，根据该第一实施例的诊断方法的第二步骤包括在致动线圈3的两端处的回动电压U的变化曲线Su上确定一个或多个特定值。如在图10中观察到的，在电压变化曲线Su上可以观察到数个局部极值点A’、B’。具体地，第一局部最小值B’使得分离由控制部件20发送的命令以及所述局部最小值B’的出现的最大时间得以定义。第一局部最大值A’基本对应于致动器铁心5的移动的开始。如图10中所展示的，第一粗线曲线Sul对应于新致动器的 变化曲线。第二虚线曲线Su2对应于受损致动器的变化曲线。在集成至少一个磁铁的接触器致动器的特定实施例中，如图9中所展示的，在电压变化曲线Su上可以观察到第二局部最小值C’(图11)。第一和第二局部最小值B’、C’在致动器的可移动部分5的移动阶段中固定最小电压在线圈的两端。于是这些特定值代表致动器的移动的速度。如图11中所展示的，第一粗线曲线Sul对应于新致动器的电压变化曲线。第二虚线曲线Su2对应于受损致动器的变化曲线。该第二实施例的诊断方法的第三步骤包括使用特定值，从而能够确定操作的状态。
权利要求
1.一种用于诊断接触器的操作状态的方法，所述接触器包括 处理单元(2)，被设计成作用于电压控制部件(20)； 至少一个致动线圈(3)； 测量部件(24、25)，用于测量所述至少一个致动线圈(3)的至少一个电特性(K)； 至少一个续流二极管(D1)，其与所述至少一个致动线圈(3)和测量部件(24、25)并联； 该方法的特征在于包括 发送包括将称作回动电压的电压固定在致动线圈(3)的两端(L1、L2)处的回动指令； 在回动时间(Ta)期间测量所述致动线圈(3)的电特性(K)； 根据测量重构至少一个特定值； 将所述至少一个特定值与接触器的特定初始操作参考值相比较； 根据所述至少一个特定值相对于对初始参考值(G1、G2)的定位来诊断接触器的磨损的状态。
2.如权利要求1所述的用于诊断的方法，其特征在于，回动电压由续流二极管(Dl)固定，致动线圈(3)在部分回动时间(Ta)期间处于“续流”模式。
3.如权利要求2所述的用于诊断的方法，其特征在于，致动线圈(3)贯穿整个回动时间(Ta)处于“续流”模式。
4.如权利要求1或2所述的用于诊断的方法，其特征在于，分流部件(21)支配齐纳二极管(Dz)将回动电压固定在致动线圈(3)的两端(L1、L2)，所述线圈在部分回动时间(Ta)期间处于“齐纳”模式。
5.如权利要求4所述的用于诊断的方法，其特征在于，致动线圈(3)在中间回动时间(Tl)期间处于“齐纳”模式，中间回动时间(Tl)短于整个回动时间(Ta)。
6.如先前权利要求之一所述的用于诊断的方法，其特征在于，在整个回动时间(Ta)期间测量的所述致动线圈(3)的所述电特性(K)是致动线圈(3)中流动的电流(I)。
7.如权利要求6所述的用于诊断的方法，其特征在于，它包括 在电流(I)相应于时间(Tmax)的变化曲线(Si)上确定达到变化曲线(Si)上的第一局部最大值(B)的至少一个特定值， 根据第一局部最大值(B)相对于参考值(G1、G2)的定位来诊断接触器的操作的状态。
8.如权利要求7所述的用于诊断的方法，其特征在于，它包括确定在电流变化曲线(Si)上达到第一局部最大值(B)级别的最大电流(Imax)。
9.如先前权利要求1到5之一所述的用于诊断的方法，其特征在于，在整个回动时间(Ta)期间测量的所述致动线圈(3)的所述电特性(K)是致动线圈(3)两端处的电压(U)。
10.如权利要求9所述的用于诊断的方法，其特征在于，它包括 在电压(U)相应于时间(Tmax)的变化曲线(Su)上确定达到变化曲线(Su)上的第一局部最小值(B’)的至少一个特定值， 根据第一局部最小值(B’)相对于参考值(G1、G2)的定位来诊断接触器的操作的状态。
11.一种接触器，用于实现根据权利要求1到10之一所述的用于诊断的方法，包括 电磁致动器，具有由磁轭(4)和可动铁磁心(5)组成的磁路； 控制部件(20)； 至少一个致动线圈(30)，其经由所述控制部件(20)连接到第一和第二电源端(B1、B2)； 处理单元(2)，被设计成作用于电压控制部件(20)； 测量部件(24、25)，用于测量所述致动线圈(3)的电特性(K)，至少一个续流二极管(Dl)与所述至少一个致动线圈(3)和测量部件(24、25)并联连接； 接触器的特征在于，处理单元(2)包括 重构部件，用于根据电特性(K)的测量重构至少一个特定值； 比较部件，用于将所述至少一个特定值与接触器的特定初始操作参考值相比较； 诊断部件，用于根据所述至少一个特定值相对于参考值的定位来诊断接触器的操作的状态。
12.如权利要求11所述的接触器，其特征在于，它包括与致动线圈(3)串联连接的齐纳二极管(Dz)。
13.如权利要求12所述的接触器，其特征在于，齐纳二极管(Dz)与致动线圈(3)和用于测量电流(I)的测量部件(24)串联，分流部件(21)与所述二极管并联连接以便当所述二极管处于截止位置时分流所述齐纳二极管(Dz)。
14.如权利要求11到13中任一项所述的接触器，其特征在于，致动器的磁路包括永磁铁(6)。
全文摘要
一种用于诊断接触器的操作状态的方法，所述接触器包括处理单元(2)，被设计成作用于电压控制部件(20)；至少一个致动线圈(3)；测量部件(24、25)，用于测量所述至少一个致动线圈(3)的至少一个电特性(K)；至少一个续流二极管(D1)，其与所述至少一个致动线圈(3)和测量部件(24、25)并联；该方法包括发送包括将称作回动电压的电压固定在致动线圈(3)的两端(L1、L2)处的回动指令；在回动时间(Ta)期间测量所述致动线圈(3)的电特性(K)；根据测量重构至少一个特定值；将所述至少一个特定值与接触器的特定初始操作参考值相比较；根据所述至少一个特定值针对初始参考值(G1、G2)的定位来诊断接触器的磨损的状态。
文档编号H01H50/16GK103065869SQ20121040239
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月22日 优先权日2011年10月21日
发明者S.德尔贝尔, R.奥尔班 申请人:施耐德电器工业公司