用于电子装置的电压感测器触头的制作方法
【专利摘要】一种电压感测系统包括感测系统壳体、位于该感测系统壳体内的电路板、以及延伸穿过该感测系统壳体的相导体，该相导体传递负载电流。该系统还包括电压感测器触头，该电压感测器触头包括第一端和第二端，该第一端电耦接至该电路板，该第二端电耦接至该相导体。
【专利说明】用于电子装置的电压感测器触头
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年11月2日提交于美国专利局的第13/667929号申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
[0003]关于联邦政府资助的研究或发展的声明
[0004]不适用。
【背景技术】
[0005]本文公开的主题总体涉及过载继电器，更具体地，涉及适于耦接至接触器组件的模块化过载组件。
[0006]过载继电器是在存在过载或者其他感测条件时可以用于将设备的电源断开的对电流敏感的继电器。它们通常与机电接触器协同使用，并且被设计成对电动机或者其他电子装置进行保护。
[0007]在通常的安装中，接触器提供三个触头，一个触头与电源的最多三相中的每一相关联，触头由电磁操作的接触器线圈闭合。过载继电器包括经过接触器到电动机与三个相串联接线的电流感测元件。以这种方式，过载继电器可以监视经过接触器在三个相中流动的电流，并且基于电流幅度和持续时间，在过载发生时，可以将经过接触器线圈电路的电流中断以断开接触器触头。为了这个目的，过载继电器包括可以用来控制接触器线圈的一个或者多个触头和/或提供对过载或者其他感测条件进行指示的信号。
[0008]通常与过载继电器相关联的一个困难是需要制造和入库的大量的目录号。过载继电器通常设计成只用于小的电流范围，并且可能是一组固定的功能选项。如果您是制造商，想要提供完整的生产线，就意味着提供以其各自的电流工作的种类繁多的过载继电器。如果您是使用过载继电器的集成商或者0ΕΜ，则这意味着为了您的应用的需求，您需要可以大范围选择的可用的过载继电器。对供应在更广的范围内的应用上工作的过载继电器的尝试导致尺寸、成本和产生的热量的增加。
[0009]当使用模块化组件时，该模块需要模块之间可靠的电子互连。一个主要的问题是最小化或消除由模块之间的相对机械运动造成的电触头磨损。当连接点对用户不可见时，在使模块之间的相对运动最小化的方面存在额外的负担。直接安装到机电接触器的过载继电器通过使装置经历数以百万计的冲击状操作进一步加剧了该负担。
[0010]与过载继电器相关联的其他困难还包括缺乏内置的电压感测能力。为了感测电压，需要使过载继电器的宽度增加的附加模块，增加成本并需要用户完成进一步的接线。另夕卜，当过载继电器与接触器接线时需要用户完成控制接线。
[0011]因此，需要在仍然提供大批的产品组合的同时可以感测电压并且仍然可以显著减少目录号的模块化过载继电器组件。也需要为用户提供一种简单而可靠的配置，以现场将模块进行机械连接和电连接并且将过载继电器连接到接触器。
【发明内容】
[0012]本实施例通过提供在提供大批的产品组合的同时可以感测电压并且可以显著减少目录号的模块化过载继电器组件来克服上述问题。模块化过载继电器可以为用户提供简单而可靠的配置，以现场将模块进行机械连接和电连接并且将过载继电器连接到接触器。
[0013]因此，本发明的实施例包括电压感测系统。该系统包括感测系统壳体、位于感测系统壳体内的电路板以及延伸穿过感测系统壳体的相导体，相导体传递负载电流。该系统还包括电压感测器触头，电压感测器触头包括第一端和第二端，第一端电耦接至电路板，第二端电耦接至相导体。
[0014]根据本发明的另一个实施例，本发明的实施例包括模块化过载继电器。该模块化过载继电器包括:感测模块；机械耦接并且电耦接至感测模块的控制器模块；机械耦接并且电耦接至控制器模块的通信模块；延伸穿过感测模块的相导体，相导体传递负载电流；电压感测器触头，所述电压感测器触头包括第一端和第二端，第一端电耦接至感测模块中的电路板，第二端电耦接至相导体，其中，感测模块具有预定的宽度，以使得感测模块、控制器模块以及通信模块以水平对齐方式对齐并且不超过预定宽度。
[0015]为了完成前述的和相关的目的，实施例包括在下文中完整描述的特征。下列描述和附图详细阐明了本发明的某些示例性的方面。然而，这些方面仅仅是其中可以采用本发明的原则的各种方式的代表但是是其中的几种。当结合附图考虑时，从下面对本发明的详细描述中，本发明的其他方面、优点和新的特征将变得明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下文将参照附图对实施例进行描述，其中，类似的附图标记表示类似的元件，并且:
[0017]图1是根据本发明的实施例的模块化过载继电器组件的分解透视图；
[0018]图2是图1的模块化过载继电器组件在水平方向上的透视图，该模块化过载继电器组件耦接至接触器，接触器安装到德标导轨(din rail)；
[0019]图3是图2的模块化过载继电器组件在水平方向上并且耦接至接触器的平面图；
[0020]图4是模块化过载继电器组件的控制器模块的分解图；
[0021]图5是模块化过载继电器组件的通信模块的分解图；
[0022]图6是位于锁定位置的插销板的透视图；
[0023]图7是图6中的插销板位于解锁位置时的透视图；
[0024]图8是位于待耦接至控制器模块的位置的通信模块的靠近透视侧视图，并示出处于未配合状态的各个连接器；
[0025]图9是耦接至控制器模块的通信模块的靠近透视侧视图，并且示出配合的、过渡状态的各个连接器；
[0026]图10是耦接至控制器模块的通信模块的靠近透视侧视图，并且示出配合的、完全锁定的使用状态下的各个连接器；
[0027]图11与图12是插销板的侧视图，并且关于连接器载体和相关联的凸轮示出了在解锁状态下的偏置构件；
[0028]图13与图14是图11中的插销板和偏置构件在解锁状态下的透视图；
[0029]图15是模块被耦接到一起之后但是在模块被锁定到一起之前的解锁状态下的插销板和偏置构件的靠近透视侧视图；
[0030]图16与图17是插销板的侧视图，并且关于连接器载体和相关联的凸轮示出了在过渡状态下的偏置构件；
[0031]图18与图19是图16中的插销板和偏置构件在过渡状态下的透视图；
[0032]图20与图21是插销板的侧视图，并且关于连接器载体和相关联的凸轮示出了在完全锁定的使用状态下的偏置构件；
[0033]图22与图23是图20中的插销板和偏置构件在完全锁定的使用状态下的透视图；
[0034]图24是在待耦接至感测模块的位置中的控制器模块的靠近透视侧视图，并且示出了在未配合状态下的各个连接器；
[0035]图25是移除了部分外壳以露出内部的控制器模块的透视图，并且示出了耦接至控制器模块电路板的柔性电路板，该柔性电路板耦接至前电连接器和后电连接器；
[0036]图26是图25的柔性电路板的侧视图，并且示出了耦接至柔性电路板的连接器载体；
[0037]图27是根据本发明的实施例的模块化过载继电器组件的感测模块的分解图；
[0038]图28是耦接至箱耳(箱耳)中的电路板和相导体的电压感测器触头的局部侧面透视图，箱耳中具有负载线；
[0039]图29是耦接至箱耳中的电路板和相导体的电压感测器触头的局部底部透视图；
[0040]图30是耦接至箱耳中的电路板和相导体的电压感测器触头的侧视图，箱耳中具有负载线；
[0041]图31是具有耦接至电路板的三个电压感测器触头的感测模块电路板的透视图，每个触头用于一个相；
[0042]图32与图33是电压感测器触头的实施例的透视图；
[0043]图34是根据本发明的实施例，在耦接至模块化过载继电器组件和接触器之前预先形成的线圈接口的透视图；
[0044]图35是图34中的预先形成的线圈接口在耦接至模块化过载继电器组件和接触器之后的透视图；
[0045]图36是耦接至模块化过载继电器组件和接触器的预先形成的线圈接口的示意图；以及
[0046]图37与图38是预先形成的线圈接口的视图，示出了内部接线和模制绝缘体。
【具体实施方式】
[0047]给出下面的讨论以使得本领域的普通技术人员能够对本发明的实施方式进行制造和使用。对于本领域普通技术人员而言，对示出的实施方式的多种修改将是非常明显的，并且在不脱离本发明的实施方式的情况下可以将本文中的一般原理应用到其他实施方式和应用中。因此，本发明的实施方式并不意在不限制为示出的实施方式，而是意在给予与本文公开的原理和特征一致的最广泛的范围。
[0048]将参照附图阅读详细的描述。附图图示了所选择的实施方式，但是并不意在限制本发明的实施方式的范围。本领域普通技术人员将会认识到本文中提供的示例具有很多有用并且落入本发明的实施方式的范围内的替选。同样，应该理解，本文中使用的措辞和术语只是为了描述的目的而不应被认为是限制性的。本文中使用的“包括(including) ”、“包含(comprising) ”或者“具有(having) ”及其变体是指涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加的项目。
[0049]除非另有规定或限制，广泛使用术语“安装”、“连接”、“支持”以及“耦接”及其变体并且涵盖直接安装、连接、支持和耦接以及间接安装、连接、支持和耦接两者。此外，“连接”与“耦接”并不限制为物理或者机械的连接或者耦接。如本文中所使用，除非明确指出，否则，“连接”指一个元件/特征直接或间接连接至另一元件/特征，并且不一定是电连接或者机械连接。同样，除非明确指出，否则，“耦接”指一个元件/特征直接或间接耦接至另一元件/特征，并且不一定是电连接或者机械连接。
[0050]如本文所使用，术语“处理器”可以包括一个或更多个处理器与存储器和/或一个或更多个可编程硬件元件。如本文所使用，术语“处理器”意在包括任意类型的处理器、CPU、微处理器、微控制器、数字信号处理器或者其他能够运行软件指令的装置。
[0051]本文中可以按照功能和/或逻辑块部件以及各种处理步骤的形式对本发明的实施方式进行描述。应该理解，这种块组件可以由被设置为执行特定功能的任意数量的硬件、软件和/或固件部件来实现。例如，实施方式可以采用可以在一个或更多个处理器或者其他控制装置的控制下实现各种功能的各种集成电路部件，例如，数字信号处理元件、逻辑元件、以及二极管等。其他实施方式可以采用程序代码或者与其他电路部件结合的代码。
[0052]将连同适用于耦接至电磁接触器的模块化过载继电器对本发明的多种实施方式进行描述。这是因为本发明的特征与优点非常适用于该目的。然而，应该理解，可以将本发明的各个方面应用于其他过载继电器配置中，其中，其他过载继电器配置不一定是模块化的，并且能够进行独立操作或者能够耦接至其他装置，包括固态接触器。
[0053]具体地，本发明的实施方式提供能够提供多种功能的模块化过载继电器组件。模块化过载继电器组件的第一部分可以是具有支持集成相电流导体与负载侧电源端子的第一壳体的感测模块，其中，集成相电流导体预先形成并且可以由接触器容纳。集成相电流导体通过模块化过载继电器组件将负载电流从接触器(模块化过载继电器组件的线侧)传导至负载侧端子，并且电流感测装置与相关联的感测电路对相电流导体中的电流进行监视来产生与电流成比例的信号。感测模块包括从第一壳体的前侧延伸并且与感测模块电路进行通信的感测模块电连接器。
[0054]多功能过载继电器的第二部分可以是具有可附接至感测模块前侧的第二壳体的控制器模块。控制器模块可以包括位于控制器模块前侧的前侧电连接器以及位于控制器模块的后侧的后侧电连接器。当控制器模块耦接至感测模块壳体的前侧时，后侧电连接器可以与感测模块电连接器配合。控制器模块内的电路可以与感测模块电路进行通信来增强其功能。控制器模块的第二壳体可以包括提供用于电源以及输入信号和输出信号的接口的端子。
[0055]多功能过载继电器的第三部分可以是具有可连接至控制器模块的前侧的第三壳体的通信模块。当通信模块耦接至控制器模块壳体的前壁时，位于控制器模块前侧的控制器模块电连接器可以与通信模块电连接器配合。通信模块内部的电路可以与控制器模块电路以及感测模块电路进行通信来增强其功能。使用通信模块来提供到过载继电器的可选网络连接可以降低感测模块和/或控制器模块的成本。
[0056]在该配置中，可以将模块功能的物理分离结合到很多电子装置中，该配置包括模块化过载继电器，使得允许以成本有效的方式提供各种不同功能的过载继电器。模块之间的电连接器使得允许以最小的接口成本来实现功能的划分。模块可以利用附接配置和方法，其中附加配置和方法针对工业环境中包括过载继电器的具有高震动可能的多个电子装置及环境提供优点。附加配置与方法可以不增加任何模块的成本负担，但是对于抵抗过载继电器的可能高震动环境是健壮的，尤其在直接安装至接触器时。
[0057]本文中描述的任意电路可以提供包括例如电动机故障检测、电流不平衡检测以及接地故障电流检测的功能。电路可以提供过载继电器的远程重置或者跳闸(trip)。本发明的实施方式可以提供远程重置作为可选特征，从而降低过载继电器组件的成本。
[0058]现在参照图1和图2，模块化过载继电器20可以包括感测模块30、控制器模块32以及通信模块34。下面将对模块30、模块32以及模块34的每一个进行更详细的描述。将按照模块的水平叠置的方式来对模块的取向进行描述，当过载继电器组件20安装到接触器54并且接触器安装到面板上的德标导轨52时，将看到这些模块，这些模块通常在操纵台(cabinet)上并且准备使用(见图2)。
[0059]感测模块30可以包括带有前侧40、顶侧42、底侧44以及内部46的壳体36。集成相电流导体50可以从顶侧42延伸，并且示出为向外延伸以被接触器的对应的螺纹夹端子(未示出)容纳。集成相电流导体50可以包括三相电力系统的3个预先形成的以及预制的导体。机械接触器闩锁(latch) 56也可以从顶侧42延伸来提供接触器54与过载继电器组件20之间的进一步的机械连接。可以从底侧44接入负载侧电源端子60来提供对集成相电流导体50的电接入。感测模块电连接器62与锁钩64可以从前侧40延伸来提供到控制器模块32的电连接与机械连接。感测模块30的内部46可以包括感测模块电路板66如变流器，感测电路板66包括电流感测装置68与电流感测装置70 (见图27)。
[0060]控制器模块32可以包括带有前侧78、后侧80、顶侧82、底侧84、侧壁86与侧壁88以及内部90的壳体76。控制器模块的后侧80可以机械附接至感测模块30的前侧40以使得当控制器模块32附接至感测模块30时，控制器模块32的后侧电连接器96(图1中不可见)可以与感测模块电连接器62配合。附接至或者模制到感测模块壳体36中的锁钩64可以与控制器模块32的后侧80中对应的孔98接合(图1中不可见)。在替选实施方式中，可以使用螺钉或者其他已知的耦接方式来将控制器模块32机械地耦接至感测模块30。例如，控制器模块32的内部90可以包括控制器模块电路板92，控制器模块电路板92包括处理器94(见图4)。
[0061]在一些实施方式中，端子块100和/或端子块102可以从顶侧82和底侧84两者或者其中任意一者延伸，并且可以提供端子块100与端子块102之间的通过(pass through)特征。端子块100、端子块102可以提供用于向控制器模块32提供控制电力的接入点，这进而可以向感测模块30与通信模块34提供电力。控制器模块32可以将控制电力转换成不同的电压级别以用于感测模块30与通信模块32。还可以在顶侧82和底侧84两者或者其中任意一者上接入端口 106。例如，可以使用端口 106耦接至扩展I/O和/或人机界面(HMI)。
[0062]通信模块34可以包括带有前侧112、后侧114、顶侧116、底侧118、侧壁120与侧壁122以及内部124的壳体110。通信模块后侧114可以机械地附接至控制器模块32的前侧78，以使得当通信模块34附接至控制器模块32时，通信模块34上的后侧电连接器130 (图2中不可见)可以与控制器模块32上的前侧电连接器132配合。附接至或者模制到通信模块壳体110中的锁钩64可以与控制器模块32的前侧78中的对应的孔接合。在替选实施方式中，可以使用螺钉或者其他已知耦接方式将通信模块34机械地耦接至控制器模块32。通信模块34的内部124可以包括通信模块电路板126(见图5)。
[0063]可以在前侧112、顶侧116和/或底侧118上接入一个或更多个通信端口 136。在一些实施方式中，通信模块34可以是无线通信模块，从而可以不包括通信端口。通信模块34可以针对众多通信协议提供支持，包括但是不限于单个以及两个端口以太网、设备网(DeviceNet)、过程现场总线(ProfiBus)、Modbus以及其他已知和未来发展的协议。在其他实施方式中，通信模块34可以不支持通信。
[0064]通信模块34的前侧112还可以包括过载重置按钮138来针对过载继电器20提供手动或者电重置功能，以重新断开正常断开的触头和/或闭合正常闭合的触头。应该理解，过载重置按钮138可以位于任一模块上。通信模块34也可以包括其他已知的输入与输出140，比如调整过载继电器参数和/或设置节点地址的开关、电源状态LED、跳闸/告警、网络活动等(见图5)。
[0065]参照图4，为了将控制器模块32机械地附接至感测模块30并且将通信模块34机械地附接至控制器模块32，在一些实施方式中，除了锁钩64之外，控制器模块32还可以包括至少一个插销板144。在图2中示出的实施方式中，控制器模块32包括前插销板146以及后插销板148。在一些实施方式中，插销板144对于前插销板146及后插销板148是相同的。在其他的实施方式中，一个插销板144可以紧固控制器模块32的前侧78与后侧80两者。在其他的实施方式中，插销板144可以在控制器模块32的侧壁86和/或侧壁88上滑动并且锁住控制器模块32的前侧78与后侧80两者或其中之一。
[0066]参照图4、图6和图7，各个插销板146、插销板148可以包括闩锁手柄150。当控制器模块32附接至感测模块30并且通信模块34附接至控制器模块32时，可以使用插销板146、插销板148来将突出到控制器模块32的前侧78与后侧80中的锁钩64进行机械地接合。例如，可以使用闩锁手柄150来将插销板148手动滑动至锁定位置156(见图6)来将控制器模块32紧固至感测模块30。为了使控制器模块32从感测模块30脱离，可以使用闩锁手柄150将插销板148手动滑动至解锁位置158 (见图7)，因此可以将控制器模块32从感测模块30上移除。插销板148 (与146)可以包括勾边164，当滑动进锁定位置156时，勾边164滑动到钩锁64之下以限制锁钩64从锁钩孔98中移除。控制器模块壳体76上的锁销166可以接合插销板148 (与146)上的偏置臂168以保持插销板148处于锁定156或者解锁158位置。
[0067]为了将控制器模块32电耦接至感测模块30，并且将通信模块34电耦接至控制器模块32，可以将感测模块前侧电连接器62耦接至控制器模块后侧电连接器96，并且通信模块后侧电连接器130可以耦接至控制器模块前侧电连接器132。
[0068]参照图4，在一些实施方式中，插销板144可以包括偏置构件174。例如，偏置构件174可以是插销板144的一体部件，或者偏置构件174可以是耦接至插销板144的延伸构件比如弹簧。在一些实施方式中，偏置构件174可以是与插销板144 一体的塑料弹簧，或者偏置构件174可以是耦接至插销板的金属弹簧。偏置构件174可以与连接器载体176相互作用(见图8)以提供连接器配合力。偏置构件174与连接器载体176的使用可以方便能够采用超程来容纳累积公差的设计。
[0069]参照图8作为代表性示例，示出在被耦接至控制器模块32之前通信模块34的一部分。在一些实施方式中，通信模块后侧电连接器130可以刚性地电连接至通信模块电路板126。控制器模块前侧电连接器132可以电连接至柔性电路元件比如柔性电路板180以及机械地耦接至连接器载体176。柔性电路板180可以电连接至控制器模块电路板92(还参见图25与图26)。
[0070]如图1所示，将通信模块后侧电连接器130耦接至控制器模块前侧电连接器132可以是盲配合连接，这是因为，由于通信模块34耦接至控制器模块32，通信模块后侧电连接器130至控制器模块前侧电连接器132的配合对于用户可能是视觉上受阻碍的。为了保证连接器对齐，连接器载体176可以包括至少一个对齐构件182 (见图11与图12)，其可以用于在将通信模块34耦接至控制器模块32时提供X-Y定位。应该理解，也可以包括其他对齐特征。
[0071]参照图9，连接器载体176可以包括连接器载体176的底表面186上的凸轮184。当前插销板146被从解锁位置158过渡至锁定位置156时，与偏置构件174协作的凸轮184可以选择性地对控制器模块前侧电连接器132施加Z方向上的弹力188。参照图10，凸轮184也可以从偏置构件174脱离来提供控制器模块前侧电连接器132从控制器模块32的机械隔离。当通信模块后侧电连接器130耦接至控制器模块前侧电连接器132时，控制器模块前侧电连接器132可以只通过柔性电路板180机械地耦接至控制器模块，提供控制器模块壳体76与控制器模块前侧电连接器132之间的机械隔离。
[0072]参照图8至图23，与偏置构件174协作的凸轮184可以提供多个操作状态。在一些实施方式中，操作状态可以包括未配合、解锁位置190(见图8与图11至图14)，配合、解锁位置198，其中模块被用户一起按压(见图15)，配合、过渡至锁定位置200 (见图9和图16至19)，以及配合的完全锁定位置202 (见图10与图20至图23)。下面将对每一个进行更详细的描述。
[0073]参照图8与图11至图14，在未配合、解锁位置190中，连接器载体176上的凸轮184的第一部分242可以包括第一边缘170与锁销172 (见图12)，这可以将偏置构件174与前插销板146保持在解锁位置190并且可以提供轻力使得偏置构件174偏转并且在超程的Z位置上具有控制器模块前侧电连接器132。锁销172可以使得偏置构件174迫使连接器载体176与控制器模块壳体76的内部接触。初始力可以用来开始将通信模块后侧电连接器130与控制器模块前侧电连接器132进行配合。在运载的状态下锁销172可以在偏置构件172上仅提供轻负载,来帮助减少或者消除徐变(creepage)和/或松弛。与金属相比，当偏置构件是塑料的时这可以是更重要的因素。
[0074]参照图15，在配合、解锁位置198中，其中模块被用户一起按压，如果偏置构件174不能克服通信模块后侧电连接器130至控制器模块前侧电连接器132的配合力，则可以在控制器模块壳体76与连接器载体176之间产生间隙204。这种配合力可以将控制器模块前侧电连接器132轻微地推进入控制器模块壳体的内部90而产生间隙204。
[0075]参照图9与图16至图19，配合、过渡至锁定可以是解锁与锁定之间的暂时状态，其可以提供峰值Z力188来将连接器完全配合。锁定过程中的过渡状态允许高偏置构件174力在没有偏置构件松弛的风险的情况下将连接器完全配合。在配合、过渡至锁定位置200中，通信模块后侧电连接器130已经与控制器模块前侧电连接器132配合。前插销板146可以从解锁位置158滑动至锁定位置156 (见图6和图7)。插销板146的滑动可以使得偏置构件174克服凸轮184的第一边缘170，并且接着与凸轮184的第二部分244相互作用。凸轮184的第二部分244可以使得偏置构件进一步偏转以提供连接器载体176上的增加的Z力188来将通信模块后侧电连接器130与控制器模块前侧电连接器132完全配合。当连接器完全配合时，控制器模块壳体76与连接器载体176之间的间隙244可以存在。
[0076]参照图10与图20至图23，在配合、完全锁定位置202，通信模块后侧电连接器130完全配合至控制器模块前侧电连接器132。前插销板146已经从解锁位置158滑动至锁定位置156 (见图6与图7)。插销板146的滑动可以使得偏置构件174克服凸轮184的第二部分244的力，并且滑经凸轮184的第三部分246。在锁定位置156中，偏置构件174从凸轮184与连接器载体176两者大体完全脱离并且使得间隙204出现在控制器模块壳体76与连接器载体176之间，以及间隙228出现在偏置构件174与连接器载体176之间。
[0077]在该锁定位置156中，控制器模块前侧电连接器132与载体176可以通过连接器配合力比耦接至控制器模块30更显著地机械耦接至通信模块34，这是因为控制器模块前侧电连接器132通过标准柔性电路板18机械耦接至控制器模块32。间隙204和间隙228可以对由于模块相对运动引起的连接器触头磨损提供隔离和保护。
[0078]与通信模块后侧电连接器130与控制器模块前侧电连接器132 —样，参照图24，在一些实施方式中，感测模块前侧电连接器62可以刚性地电连接至感测模块电路板66。控制器模块后侧电连接器96可以电连接至柔性电路板180并且机械耦接至控制器模块后侧电连接器96的附加连接器载体178。
[0079]与将通信模块后侧电连接器130耦接至控制器模块前侧电连接器132 —样，将控制器模块后侧电连接器96耦接至感测模块前侧电连接器62也可以是盲配合连接，这是因为，由于控制器模块32被耦接至感测模块30，控制器模块后侧电连接器96至感测模块前侧电连接器62的配合对于用户可以是视觉上受阻碍的。为了保证连接器对齐，连接器载体178可以包括至少一个对齐构件192和/或其他可以在将控制器模块32耦接至感测模块30时提供X-Y定位的对齐特征。
[0080]连接器载体178可以与连接器载体176相同或相似，并且可以包括连接器载体178的顶表面196上的凸轮194。当后插销板148从解锁位置156过渡至锁定位置156时，与偏置构件174协作的凸轮194可以选择性地向控制器模块后侧电连接器96施加Z方向的弹力188。凸轮194也可以从偏置构件174脱离以提供控制器模块后侧电连接器96从控制器模块32的机械隔离。当控制器模块后侧电连接器96耦接至感测模块前侧电连接器162时，控制器模块后侧电连接器96可以只通过柔性电路板180机械耦接至控制器模块32，提供控制器模块壳体76与控制器模块后侧电连接器96之间的机械隔离。
[0081]如图8至图23示出以及描述的，与偏置构件174协作的凸轮194可以与凸轮184一样提供相同或者相似的多个操作状态。与偏置构件174协作的凸轮194可以确保在一个或更多个模块装配至另一个模块期间的完全接触接合，从而在模块锁定在一起后将配合的连接器对从模块-模块相对移动中机械隔离。
[0082]参照图25与图26，粘结至柔性电路板180的连接器96与连接器132可以例如将电力与信号从控制器模块电路板92传递至控制器模块前侧电连接器132与控制器模块后侧电连接器96或从其传递电力与信号。在其他的实施方式中，作为非限制性示例，柔性电路元件180可以包括刚性弯曲电路板和/或扁平柔性电缆。柔性电路板180的使用允许控制器模块32中的两连接器首先完全配合，并且然后允许控制器模块32中的两个连接器96与连接器132两者“浮动”，意思是只与提供至连接器的连接的柔性电路元件180进行机械隔离。连接器接合可以提供模块化过载继电器组件20装配的一个方面，并且使用锁钩64的模块附接可以提供模块化过载继电器组件20装配的另一个方面。
[0083]如上所述，在模块的直观装配期间，模块之一内的柔性电路板180上的连接器96与连接器132将会盲配合至相邻模块。包括插销板144与锁钩64的将模块保持在一起的机械锁定系统提供连接器接合力与超程来保证在完成模块锁定操作之前进行完全配合并且然后机械锁定系统基本完全从连接器脱离，因此配合连接器对至主模块的仅有的机械连接是柔性电路元件180。柔性电路元件例如柔性电路板180从模块-模块相对移动几乎传递零作用力至接触界面。
[0084]参照图27至图33，在一些实施方式中，感测模块30可以包括使用电压感测器触头206的电压测量与功率计算能力。电压感测器触头206可以提供与在负载电压下传输负载电流的相导体214的电连接212。电连接212可以内置到过载继电器组件20中，并且不需要用户部分的额外连接或者尝试。内置于感测模块30提供电压测量功能可以消除任何对附加外部接线、端子块或者附加模块的使用的需要，允许过载继电器在不增加过载继电器20的宽度或深度的情况下进行电压测量以及功率计算功能。如图2与图3所示，在保持模块化过载继电器的预定宽度154的同时，控制器模块32可以耦接至感测模块30的前侧，并且通信模块34可以耦接至控制器模块32的前侧。作为非限制性示例，预定宽度可以包括用于接触器与过载继电器的已知标准宽度，包括45mm、59mm、72mm以及95mm。
[0085]电压感测器触头206提供低成本、低物理体积的装置与方法来测量电压，从而计算功率。例如，过载继电器组件20可以支持CIP能量对象，并且可以支持用户管理功率的需要，和/或采用智能电网方法。
[0086]参照图27，在一些实施方式中，电压感测器触头206可以包括通常内置在感测模块30中的电导体220。电导体220可以包括一个或更多个耦接至感测模块电路板66的端210，如图32中示出2个，或者，电导体220可以是形成的或标记的(stamped)零件208 (见图33)。例如，应该理解，电导体220可以包括任意已知电导体材料或者包括单层或多层电线的材料，和/或导体纤维。
[0087]参照图28至图30，电导体220可以电耦接至感测模块电路板66与相导体214两者来向感测模块电路板66上的处理器226提供电压，或者向控制器模块电路板92上的处理器94提供电压。应该理解，可以在提供给Α/D转换器(未示出)和/或处理器226或处理器94之前对感测电压进行调节。还应该理解，处理器94和/或处理器226可以用于实现电压测量与电力计算功能，并且对感测数据进行分析来确定什么时候存在可以批准打开一个或更多个过载继电器触头的条件。在示出的三相实施方式中，包括三个导体即导体220、导体222与导体224 (见图27)，每个相一个，并且各个电导体可以分别电耦接至单独的相导体214、相导体216与相导体218 (见图27与图31)。每个相仅需要单个电导体来产生需要的电连接212。
[0088]可以使用标准表面贴装回流工艺(通孔回流焊(pin-1n-paste))或波峰焊接工艺将电导体220电耦接至具有一个或更多个通孔238的感测模块电路板66。多数的表面贴装部件位于电路板的表面，通常不具有电镀通孔。表面贴装技术工艺是已知的。可以通过电镀通孔相对于引脚的正确大小、孔周围焊盘的大小以及印在焊盘上和周围的粘结剂(paste)的正确量来延伸工艺以有效地焊接通孔零件。通孔回流焊焊点通常“过粘结”，其中，粘结区域比孔周围的焊盘的面积大，以提供额外焊料来在焊孔(barrel)中的引脚上形成焊点。熔融焊料将弄湿金属区域比如焊盘、通孔焊孔以及部件引脚，并且从非金属区域拉入在焊盘周围。这个过程可以产生很多变故。例如，与电路板表面接触的塑料体特征的连接器与焊盘过近将会与粘结剂互相影响并且阻碍焊料流入焊点或者使得额外的焊料成球而不流动。
[0089]将电导体220耦接至感测模块电路板66的方法解决了多种可能的贴装问题。电导体220的通孔238可以提供最佳的焊点强度。表面贴装技术工艺的使用可以提供与感测模块电路板66上的其他部件的兼容性，这有助于避免增加装配成本。电导体220具有远离通孔238的重心，所以可以配置为在焊点形成期间或之前的正确位置中使用支持电导体220的特征。为了在贴装工艺期间支持电导体220，电导体220可以包括至少一个要位于感测模块电路板66的侧240的U型弯曲236 (参见图30和32)来在没有附加固定的情况下提供支持，同时保持最佳的孔外电线粘结准直238方向，因此在与电导体220 —起的焊孔248中收集焊料。电导体还可以包括接近端210的大体90度弯曲258来提供焊点形成期间的进一步支持。
[0090]在感测模块30的装配过程中，可以将电导体220的接触部230放置在负载侧终端60的一个内比如感测模块30的箱耳232，来消除对任意最终装配操作或部件的需要。兼容的电导体220还可以在感测模块的内部46提供健壮的最终装配配合以及公差累积允许。用户将箱耳232拉紧至负载线234的动作(见图28与图30)可以生成电导体220与相导体214之间的低电阻以及可靠的电连接。电连接的一致性可以有助于保持电压测量精度的一致性。
[0091]电导体220的设计与材料选择可以提供固有的弹性。电导体220、电导体222与电导体224可以有助于将相导体214、相导体216与相导体218经历的接触器54冲击和振动从电导体焊点238、感测模块电路板66以及电部件(例如，处理区器226)隔离。
[0092]电导体220可以在需要少量或不需要附加感测模块30体积或感测模块电路板66空间的同时，提供电连接212功能以及需要的电压徐变与清除需求。
[0093]参照图34至图38，在一些实施方式中，过载继电器组件20可以包括预先形成的包括跳线252的线圈接口 250。预先形成的线圈接口 250可以减少用户的接线时间以及将过载继电器组件20的预定输出端子254连接至接触器54的预定接触器线圈端子256时的劳力。
[0094]预先形成的线圈接口 250可以消除在将过载继电器组件20的输出端子254电连接至接触器54上的接触器线圈端子256来完成控制电路290时对电线的切割和剥离(见图36)。此外，预先形成的线圈接口 250可以在多个将过载继电器组件20的输出端子254自动地正确地电连接至接触器线圈端子256中的配置中进行，从而消除错误控制接线的可能性。
[0095]预先形成的线圈接口 250的跳线252可以通过模制隔离器260进行对齐，并且当紧固到过载继电器组件20的输出端子254或者接触器线圈端子256的任意一个时，预先形成的线圈接口 250可以自动对齐并且方便至过载继电器组件20的其他输出端子254或者接触器线圈端子256的正确连接。
[0096]预先形成的线圈接口 250可以被配置为避免与用于将来自过载继电器组件20的负载电线电耦接至接触器54的集成相电流导体50的干扰。应该理解，预先形成的线圈接口250可以被配置为与非反转接触器配置、反转接触器配置、多速接触器配置以及任意接触器配置一起使用，并且可以与单极、两极、三极以及多极接触器配置一起使用。将预先形成的线圈接口 250与集成相电流导体50 —起使用可以提供接触器直接连接方法，其中，过载继电器组件20与接触器54之间的所有控制接线与电力接线可以设置在过载继电器组件20上。预先形成的线圈接口 250与预先形成的集成相电流导体50允许用户简单地将过载继电器组件20滑动至接触器54，从而将预先形成的线圈接口 250跳线252与集成相电流导体50自动地插入接触器54上各自的控制端子与电力端子。在一些实施方式中，然后，用户可以将预先形成的线圈接口 250跳线252与集成相电流导体50紧固在接触器54和/或模块化过载继电器组件20上各自的控制端子与电力端子内。在其他实施方式中，例如，可以使用弹力端子自动紧固预先形成的线圈接口 250跳线252与集成相电流导体50。
[0097]参照图37和图38，在一些实施方式中，预先形成的线圈接口 250可以包括接触器线圈终端266与过载继电器输出终端268。接触器线圈终端266可以包括2个跳线连接点272与连接点274，虽然可想到一个以及多于两个的情况。过载继电器输出终端268可以包括四个跳线连接点278、280、282与284，虽然可想到少于或者多余4个的情况。如所见，连接点272可以通过预先形成的线圈接口 150至过载继电器输出终端268处的连接点282进行延伸。类似地，连接点274可以通过预先形成的线圈接口 250至过载继电器输出终端268处的连接点284进行延伸。连接点278与连接点280可以跳线内接至预先形成的线圈接口250。
[0098]跳线连接点272与跳线连接点274可以基本上以90度角从接触器线圈终端266向外延伸，并且四个跳线连接点即278、280、282与284可以基本上以90度角从过载继电器输出终端268或者基本上以与跳线连接点272与274相反的方向向外延伸。
[0099]在该配置中，如图36中Al与A2所示，预先形成的线圈接口 250用于完成控制电路290，其中，控制电力可以通过过载继电器触头292串联接线并且至接触器线圈端子256。在操作中，当模块化过载继电器组件20由于感知的条件跳闸时，触头292打开并且移除来自接触器线圈端子256的控制电力，从而以本领域普通技术人员熟知的方式中断对电动机的电力。
[0100]应该理解，预先形成的线圈接口 250可以包括能够提供其他控制电路功能并且能够用过载继电器组件20与接触器54两者或者其中之一上的其他触头(未示出)操作的其他接线配置。如同本【技术领域】中所理解的，触头292可以用固态元件比如晶体管实现并且不必须是任意具体形式的触头。
[0101]虽然本发明可以受各种变型与替选形式的影响，但是在图中作为示例示出了具体的实施方式，并在本文中进行了详细的描述。然而，应该理解，本发明不意在被限制为所公开的具体形式。相反，如所附权利要求定义，本发明覆盖所有落入本发明的精神和范围内的变型、等同物以及替选。
[0102]该说明书使用示例来公开本发明，包括最佳方式，并且还可以使本领域任何普通技术人员实践此发明，包括制造使用任意装置或系统并且执行任意包含的方法。本发明可授予专利权的范围由权利要求限定并且可以包括本领域普通技术人员可以想到的其他示例。如果这种其他示例具有与权利要求的文字语言具有相同的结构元件，或者如果这种其他示例包括具有与权利要求的文字语言略微不同的等同物结构元件，则这种其他示例也意在权利要求的范围内。
[0103]最后，需要明确的是可以对本文描述的任何过程或者步骤进行组合、消除或者重新排序。因此，只是以示例的形式进行本描述，而不是要限制本发明的范围。
【权利要求】
1.一种电压感测系统，包括: 感测系统壳体； 位于所述感测系统壳体内的电路板； 延伸穿过所述感测系统壳体的相导体，所述相导体传递负载电流；以及电压感测器触头，所述电压感测器触头包括第一端和第二端，所述第一端电耦接至所述电路板，以及所述第二端电耦接至所述相导体。
2.根据权利要求1所述的系统， 其中，所述相导体向电动机传递流经接触器的所述负载电流。
3.根据权利要求1所述的系统， 还包括跳闸触头以及电流感测元件，所述电流感测元件感测所述负载电流，并且基于所感测到的负载电流，所述跳闸触头跳闸。
4.根据权利要求1所述的系统， 其中，所述电压感测器触头包括电导体。
5.根据权利 要求1所述的系统， 其中，所述相电流导体包括集成的预先形成的预制导体，所述集成的预先形成的预制导体从负载侧端子延伸穿过所述感测系统壳体，穿过所述感测系统壳体，并且从所述感测系统壳体穿出，以能够用于电耦接至接触器。
6.根据权利要求1所述的系统， 所述感测系统壳体还包括相导体端子，所述相导体端子支持所述相导体的一端以及所述电压感测器触头的第二端。
7.根据权利要求1所述的系统， 其中，所述电路板包括处理器，所述处理器从所述电压感测器触头接收感测到的电压并且生成电压测量值。
8.根据权利要求1所述的系统， 其中，所述电压感测系统包括过载继电器，所述过载继电器感测电流并且感测电压。
9.根据权利要求1所述的系统， 其中，所述感测系统壳体具有预定宽度，所述感测系统壳体是模块化过载继电器组件的部件，所述模块化过载继电器组件包括能够机械耦接并且电耦接至所述感测系统壳体的前面的控制器模块，以及通信模块，所述通信模块能够机械耦接并且电耦接至所述控制器模块的前面，由此所述感测系统壳体、所述控制器模块以及所述通信模块以水平对齐方式对齐并且不超过所述预定宽度。
10.一种模块化过载继电器，包括: 感测模块； 机械耦接并且电耦接至所述感测模块的控制器模块； 机械耦接并且电耦接至所述控制器模块的通信模块； 延伸穿过所述感测模块的相导体，所述相导体传递负载电流； 电压感测器触头，所述电压感测器触头包括第一端和第二端，所述第一端电耦接至所述感测模块中的电路板，以及所述第二端电耦接至所述相导体；以及 其中，所述感测模块具有预定宽度，以使得所述感测模块、所述控制器模块以及所述通信模块以水 平对齐方式对齐并且不超过所述预定宽度。
【文档编号】H01H71/08GK104078291SQ201310557586
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2012年11月2日
【发明者】迈克尔·巴朗 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司