采用电子电路调节电动机输入功率的电动机械设备与电气开关设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种采用电子电路调节电动机输入功率的电动机械设备与电气开关设备。电气开关设备包括可分离接触件；操作机构，其被构造为断开和闭合可分离接触件；以及电动机，其与操作机构协作以断开或闭合可分离接触件。电动机包括被构造为输入功率的输入端。电气开关设备还包括电子电路，其被构造为调节电动机的输入功率。
【专利说明】采用电子电路调节电动机输入功率的电动机械设备与电气开关设备
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及电动机械设备，更具体地说，本发明涉及包括电动机的电动机械设备。本发明进一步涉及包括电动机的电气开关设备。
【背景技术】
[0002]电气开关设备通常包括至少一个具有可分离接触件的总线组件，以及操作机构。可分离接触件包括固定接触件和可移动接触件。每个接触件与导电总线进行耦合和电气通信，导电总线进一步与线路或负载进行耦合和电气通信。
[0003]如果电气开关设备是断路器，则它通常包括被构造为检测过电流情况并驱动操作机构的自动跳闸装置。操作机构被构造为手动地或在自动跳闸设备的驱动之下断开接触件和闭合接触件。
[0004]在某些断路器中，操作机构包括具有多个闭合弹簧(closing spring)的闭合组件和具有多个断开弹簧(opening spring)的断开组件。这些组件可以具有被构造为在第一断开位置(其中可分离接触件分离)与第二闭合位置(其中可分离接触件耦合并进行电气通信)之间移动可移动接触件的公共元件。操作机构还可以包括可旋转的极轴，该极轴与可移动接触件耦合并被构造为在闭合位置与断开位置之间移动每个可移动接触件。闭合组件和开放组件的元件均与极轴耦合，以影响接触件的闭合和断开。
[0005]在特定断路器中，一般而言，闭合可分离接触件所需的力大于人类可以施加的力。因此，操作机构通常包括机械闭合组件以闭合可分离接触件。一般而言，闭合组件包括至少一个储能装置，例如弹簧和/或电动机。常见的配置包括在闭合组件中压缩一个或多个弹簧的电动机。闭合弹簧耦合到凸轮滚子，该凸轮滚柱(cam roller)与耦合到电动机的凸轮相啮合。当电动机旋转凸轮时，对闭合弹簧进行压缩或储能。闭合弹簧通过闩锁组件(latchassembly)保持在压缩配置中。闩锁组件由用户驱动以启动闭合过程。闭合组件被构造为将存储在弹簧中的能量施加到栓扣组件(toggle assembly)以使极轴旋转和闭合可分离接触件。
[0006]—般通过电动机完成闭合弹簧的储能(charging)。电动机具有输出轴,该轴直接或间接地耦合到储能凸轮的轴。除了储能电动机之外，大多数电气开关设备包括细长型手动储能柄。储能柄还直接或间接地作用于储能凸轮的轴。
[0007]在本领域电动机经常会损坏。多种可能的原因包括装配错误(例如但不限于，在目标应用中装配电动机或其组件时出现的操作员错误)和制造错误(例如但不限于，电动机部件中的制造缺陷或其它缺陷)。
[0008]存在改善包括电动机的电气开关设备的空间。
[0009]进一步存在改善包括电动机的电动机械设备的空间。
【发明内容】
[0010]相对较多数量的电动机故障可以归因于未预测到的电压和/或电流增加。此外，电压浪涌和/或尖峰可以造成问题。这些问题的产生可能源于使用未过滤的电源和/或劣质电源。
[0011]本发明的实施例满足这些以及其它需求，所述实施例提供电子电路以调节电动机的输入功率。例如而非限制性的，电子电路过滤电压和电流，并且提供削峰和尖峰检测功能，从而避免对电动机产生损害。
[0012]根据本发明的一个方面，电子机械设备包括:电动机，其包括被构造为输入功率的输入端；以及电子电路，其被构造为调节所述电动机的输入功率。
[0013]所述电子电路可以包括:电流传感器，其被构造为感测流到所述电动机的所述输入端的电流；电压传感器，其被构造为感测将要被施加到所述电动机的所述输入端的电压；第一检测器，其被构造为从所感测到的电流检测电流尖峰，并且响应地限制流到所述电动机的所述输入端的所述电流的量级；第二检测器，其被构造为从所感测到的电压检测电压尖峰，并且响应地限制被施加到所述电动机的所述输入端的所述电压的量级；第一滤波器，其被构造为过滤流到所述电动机的所述输入端的所述电流；以及第二滤波器，其被构造为过滤被施加到所述电动机的所述输入端的所述电压。
[0014]所述电子电路可以包括:电流传感器，其被构造为感测流到所述电动机的所述输入端的电流；电压传感器，其被构造为感测将要被施加到所述电动机的所述输入端的电压；第一检测器，其被构造为从所感测到的电流检测电流尖峰，并且响应地限制流到所述电动机的所述输入端的所述电流的量级；第二检测器，其被构造为从所感测到的电压检测电压尖峰，并且响应地限制被施加到所述电动机的所述输入端的所述电压的量级。
[0015]所述电子电路可以包括被构造为过滤流到所述电动机的所述输入端的电流的第一滤波器和被构造为过滤被施加到所述电动机的所述输入端的电压的第二滤波器中的至少一者。
[0016]作为本发明的第二方面，一种电气开关设备包括:可分离接触件；操作机构，其被构造为断开和闭合所述可分离接触件；电动机，其与所述操作机构协作以打开或关闭所述可分离接触件，所述电动机包括被构造为输入功率的输入端；以及电子电路，其被构造为调节所述电动机的所述输入功率。
[0017]所述电子电路可以为电动机保护电路。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]当结合附图阅读时，可通过下面对优选实施例的描述来全面了解本发明，其中:
[0019]图1是根据本发明的实施例的包括电动机和电子电路的电动机械设备的框图。
[0020]图2是图1中的电子电路的示意形式的框图。
[0021]图3是图1中的电子电路的示意形式的框图。
[0022]图4是根据本发明的另一实施例的包括电动机和电子电路的电气开关设备的垂直正视图。
[0023]参考标号列表
[0024]2电动机械设备
[0025]4电动机[0026]6输入端
[0027]8电子电路
[0028]9 电源
[0029]10印制电路(PC)板
[0030]12电流传感器
[0031]14电压传感器
[0032]16第一检测器
[0033]18第二检测器
[0034]20第一滤波器
[0035]22第二滤波器
[0036]30H桥电路
[0037]32两个输入导体
[0038]34瞬态电压抑制器(TVS)
[0039]35TVS
[0040]36两个输出导体[0041 ]38过电压保护电路
[0042]40参考电压电路
[0043]41参考电压
[0044]42分压器电路
[0045]43分压电压
[0046]44运算放大器
[0047]46时延电路
[0048]48PNP 晶体管
[0049]50M0SFET
[0050]52回扫二极管
[0051]100电气开关设备
[0052]102可分离接触件
[0053]103操作机构
[0054]104电动机
[0055]106输入端
[0056]108电子电路
[0057]110闭合弹簧
【具体实施方式】
[0058]如在此使用的那样，术语“数量”应该指的是I或大于I的整数(即，多个)。
[0059]如在此使用的那样，术语“调节”应该指的是过滤或限制电压或电流的噪声，从而限制电压尖峰(spike)或电流尖峰的量级，或者将输入功率置于电动机的正常状态。
[0060]如在此使用的那样，声明两个或更多个部件“连接”或“耦合”在一起应该指的是这些部件直接地或通过一个或多个中间部件连接在一起。进一步地，如在此使用的那样，声明两个或更多个部件“附着在一起”应该指的是这些部件直接连接在一起。
[0061]本发明结合例如断路器的电动机械设备进行描述，但是本发明适用于大范围的包括电动机的电动机械设备。
[0062]现在参照图1，电动机械设备2 (例如但不限于，电动机械装置；电动机械组件)包括电动机4，该电动机具有被构造为输入功率的输入端6，以及被构造为调节从电源9(以虚线图不出)到电机4的输入功率的电子电路8。
[0063]实例I
[0064]电子电路8是如图2所示的印制电路(PC)板10。所公开的PC板10过滤出噪声和电压浪涌以为电动机4提供干净(c I ean )的电源。
[0065]实例2
[0066]电子电路8包括:电流传感器12，其被构造为感测流到电动机输入端6的电流；电压传感器14，其被构造为感测将要被施加到电动机输入端6的电压；第一检测器16，其被构造为从感测到的电流检测电流尖峰，并且响应地限制流到电动机输入端6的电流的量级；第二检测器18，其被构造为从感测到的电压检测电压尖峰，并且响应地限制被施加到电动机输入端6的电压的量级；第一滤波器20，其被构造为过滤流到电动机输入端6的电流；以及第二滤波器22，其被构造为过滤被施加到电动机输入端6的电压。
[0067]实例3
[0068]尽管图2示出PC板实例10包括滤波器实例20、22，但是本发明可以采用滤波器实例20和/或22，或者不使用滤波器实例20、22。
[0069]实例 4
[0070]图3示出PC板实例10 (图2)的电子电路8，该电子电路保护电动机4 (图1)免受损害。电子电路8通过执行操作减小电动机4烧毁的可能性，同时还减小电气开关设备100发生机械故障的可能性。这样改进了整体产品性能和质量。电子电路8通过提供箝位功能、低泄露和快速响应时间来保护压敏组件。这样保护电动机4免受可能损坏电动机4的电压不规则性(例如，过电压和/或尖峰)的影响。电子电路实例8可以很容易被配置为输入大约110VAC到大约240VAC的AC电压，以及将大约24VDC到大约250VDC的DC电压输出到电动机4。
[0071]H桥电路30将来自两个输入导体32的输入的、未过滤的AC电压转换为DC电压。
[0072]瞬态电压抑制器(TVS) 34在两个输出导体36上过滤施加到电动机4的输入端的DC电压。另一 TVS35过滤输入AC电压。
[0073]过电压保护电路38包括具有参考电压41的参考电压电路40和具有分压电压43的分压器电路42。运算放大器44将参考电压41和分压电压43进行比较，以将输出DC电压控制为所需的水平。
[0074]时延电路46允许电子电路8在传输输出DC功率时进行有目的的延迟，直到所需的DC功率可用于输出到电动机4。
[0075]PNP晶体管48在电子电路8中作为调压器。M0SFET50作为开关以接通和关断输出DC功率，从而提供所需的DC电压输出。这些感测将要被施加到电动机4的输入端的电压，从感测到的电压检测电压尖峰，并且响应地限制被施加到电动机输入端的电压的量级。
[0076]回扫二极管(fly back diode) 52通过使用过剩的电感产生热量保护电动机8。[0077]在图3中，参考电压电路40包括齐纳二极管(未标号)，该二极管用于剪掉电流峰值/尖峰。这样减小了流到电动机4的输入端6 (图1)的电流的量级。
[0078]实例5
[0079]图1中的电动机4从由储能电动机、钻机电动机、以及电动工具电动机组成的组中选择。但是将理解，本发明适用于大范围的不同类型的电动机。
[0080]实例 6
[0081]作为非限制性的实例，电动机4的输入功率小于或等于大约2000瓦。
[0082]实例7
[0083]电动机从由DC电动机和AC电动机组成的组中选择。对于AC电动机，作为实例例如而非限制性的，传统的DC/AC模块电连接在输出导体36 (图3)与AC电动机4的输入端6 (图1)之间。
[0084]现在参照图4，电气开关设备100包括:可分离接触件102 (为便于显示，以方框的形式示出);操作机构103，其被构造为断开和闭合可分离接触件102 ;以及电动机104，其与操作机构103协作以断开或闭合可分离接触件102。电动机104包括被构造为输入功率的输入端106。电气开关设备100还包括电子电路108，该电子电路可以与图1中的电子电路8完全相同或类似，其被构造为调节电动机104的输入功率。在该实例中，电气开关设备100为抽出式断路器，为了便于显示，其被示出为将前盖移除。
[0085]实例 8
[0086]图2中的公开的PC板10可以安装在电气开关设备100中，例如中压抽出式真空断路器实例，在该断路器实例中，电动机104为储能电动机实例，PC板10提供电动机保护电路。操作机构103包括多个闭合弹簧110。储能电动机实例104被构造为给多个闭合弹簧110储能。断开弹簧(未示出)通过多个闭合弹簧110的释能来进行储能。储能电动机104为操作机构103的多个闭合弹簧110储能。
[0087]例如而非限制性的，电动机104可以是大约24VDC到大约250VDC的电动机，或者是大约120VAC到大约230VAC的电动机，其储能时间小于12mS并且在50Hz以2000V绝缘电压持续I分钟。当断电时，闭合弹簧110的操作机构可以手动进行储能。PC板10感测电流和电压。如果检测到电压尖峰或电流尖峰，则电动机保护电路限制电压和/或电流尖峰以避免损坏电动机104。这样增加电动机系统的鲁棒性，以减少现场问题。
[0088]实例 9
[0089]电气开关设备100从由低压断路器、中压断路器和高压断路器组成的组中选择。
[0090]实例 10
[0091]电气开关设备100为真空断路器。
[0092]实例 11
[0093]电动机104从由DC电动机和AC电动机组成的组中选择。
[0094]实例 12
[0095]本发明适用于相对较小的电动机，例如而非限制性的，这些电动机可以用作低压、中压和高压断路器上的储能电动机。但是，本发明可应用于大范围的其它类型的电动机(例如但不限于，商用钻机电动机；其它商用电动机；用作电动工具的电动机)。一般而言，例如而非限制性的，电动机的功率可以为大约2000瓦或更小。[0096]本发明增加了相对较小的电动机的鲁棒性，并且降低了返修率。
[0097]尽管详细地描述了本发明的特定实施例，但是本领域的技术人员将理解，根据本发明的全部教导，可以对这些细节做出各种修改和变化。因此，所公开的具体布置仅是示例性的，并不限制本发明的范围，将为本发明的范围赋予所附权利要求及其任一项和全部等同物的全部方面。
【权利要求】
1.一种电动机械设备(2),包括: 电动机(4)，其包括被构造为输入功率的输入端(6);以及 电子电路(8)，其被构造为调节所述电动机的输入功率。
2.根据权利要求1的电动机械设备(2)，其中，所述电子电路为印制电路板(10)。
3.根据权利要求1的电动机械设备(2)，其中，所述电子电路包括:电流传感器(12)，其被构造为感测流到所述电动机的所述输入端的电流；电压传感器(14)，其被构造为感测将要被施加到所述电动机的所述输入端的电压；第一检测器(16)，其被构造为从所感测到的电流检测电流尖峰，并且响应地限制流到所述电动机的所述输入端的所述电流的量级；第二检测器(18)，其被构造为从所感测到的电压检测电压尖峰，并且响应地限制被施加到所述电动机的所述输入端的所述电压的量级；第一滤波器(20)，其被构造为过滤流到所述电动机的所述输入端的所述电流；以及第二滤波器(22)，其被构造为过滤被施加到所述电动机的所述输入端的所述电压。
4.根据权利要求1的电动机械设备(2)，其中，所述电子电路包括被构造为过滤流到所述电动机的所述输入端的电流的第一滤波器(20)和被构造为过滤被施加到所述电动机的所述输入端的电压的第二滤波器(22)中的至少一者。
5.根据权利要求1的电动机械设备(2)，其中，所述电子电路包括被构造为过滤流到所述电动机的所述输入端的电流的第一滤波器(20)和被构造为过滤被施加到所述电动机的所述输入端的电压的第二滤波器(22)。
6.根据权利要求1的电动机械设备(2)，其中，所述电子电路包括:电流传感器(12)，其被构造为感测流到所述电动机的所述输入端的电流；电压传感器(14)，其被构造为感测将要被施加到所述电动机的所述输入端的电压；第一检测器(16)，其被构造为从所感测到的电流检测电流尖峰，并且响应地限制流到所述电动机的所述输入端的所述电流的量级；以及第二检测器(18)，其被构造为从所感测到的电压检测电压尖峰，并且响应地限制被施加到所述电动机的所述输入端的所述电压的量级。
7.根据权利要求6的电动机械设备(2)，其中，所述电子电路包括被构造为过滤流到所述电动机的所述输入端的电流的第一滤波器(20)和被构造为过滤被施加到所述电动机的所述输入端的电压的第二滤波器(22)中的至少一者。
8.根据权利要求1的电动机械设备(2)，其中，所述电动机从由储能电动机、钻机电动机，以及电动工具电动机组成的组中选择。
9.根据权利要求1的电动机械设备(2)，其中，所述电动机的所述输入功率小于或等于大约2000瓦。
10.根据权利要求1的电动机械设备(2)，其中，所述电动机从由DC电动机和AC电动机组成的组中选择。
11.一种电气开关设备(100),包括: 可分离接触件(102); 操作机构(103)，其被构造为断开和闭合所述可分离接触件； 电动机(104)，其与所述操作机构协作以断开或闭合所述可分离接触件，所述电动机包括被构造为输入功率的输入端(106);以及 电子电路(108)，其被构造为调节所述电动机的输入功率。
12.根据权利要求11的电气开关设备(100)，其中，所述电子开关设备从由低压断路器、中压断路器和高压断路器组成的组中选择。
13.根据权利要求11的电气开关设备(100)，其中，所述电气开关设备为抽出式断路器。
14.根据权利要求11的电气开关设备(100)，其中，所述电气开关设备为真空断路器。
15.根据权利要求11的电气开关设备(100)，其中，所述电子电路为电动机保护电路。
16.根据权利要求11的电气开关设备(100)，其中，所述电动机为储能电动机。
17.根据权利要求16的电气开关设备(100)，其中，所述操作机构包括多个闭合弹簧(110);以及其中所述储能电动机被构造为对所述多个闭合弹簧进行储能。
18.根据权利要求11的电气开关设备(100)，其中，所述电动机从由DC电动机和AC电动机组成的组中选择。
19.根据权利要求11的电气开关设备(100)，其中，所述电子电路包括:电流传感器(12)，其被构造为感测流到所述电动机的所述输入端的电流；电压传感器(14)，其被构造为感测将要被施加到所述电动机的所述输入端的电压；第一检测器(16)，其被构造为从所感测到的电流检测电流尖峰，并且响应地限制流到所述电动机的所述输入端的所述电流的量级；以及第二检测器(18)，其被构造为从所感测到的电压检测电压尖峰，并且响应地限制被施加到所述电动机的所述输入端的所述电压的量级。
20.根据权利要求11的电气开`关设备(100)，其中，所述电子电路包括被构造为过滤流到所述电动机的所述输入端的电流的第一滤波器(20)和被构造为过滤被施加到所述电动机的所述输入端的电压的第二滤波器(22)中的至少一者。
【文档编号】H01H3/26GK103578801SQ201310340964
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2012年8月10日
【发明者】S·Z·陈, J·J·本克, Z·R·詹金斯 申请人:伊顿公司