專利名稱：包括電磁促動(dòng)器的控制裝置的處理單元以及電磁促動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理單元，其包括設(shè)計(jì)來作用于至少一個(gè)勵(lì)磁線圈以移動(dòng) 電磁促動(dòng)器的可移動(dòng)銜鐵的控制裝置，所述控制裝置產(chǎn)生包括至少n個(gè)整流半周期 (alternation)的周期電壓波幀。 本發(fā)明還涉及包括一個(gè)這樣的處理單元的電磁促動(dòng)器。
背景技術(shù)：
電磁促動(dòng)器的功能是將電力轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。機(jī)械能用于使機(jī)械負(fù)載運(yùn)動(dòng)。機(jī)械負(fù) 載的運(yùn)動(dòng)一般通過稱作負(fù)載力的相反力實(shí)現(xiàn)。 電磁促動(dòng)器的操作與其使用條件有關(guān)。某些外界條件特別地取決于待促動(dòng)的設(shè)備 的屬性和/或數(shù)量。其它的外界條件取決于促動(dòng)器使用的溫度。最后，促動(dòng)器的操作也取 決于供電電壓范圍，該供電電壓能夠是DC或者AC電壓。其它的內(nèi)部條件特別地取決于促 動(dòng)器老化狀態(tài)。 換句話說，支配電磁促動(dòng)器的動(dòng)力的控制規(guī)則必須將一定數(shù)量的參數(shù)考慮在內(nèi)。
-控制規(guī)則考慮施加到促動(dòng)器的勵(lì)磁線圈的端子的控制電壓?？刂齐妷喝Q于電 力系統(tǒng)的電壓，該電壓可以在相對(duì)于額定電壓正負(fù)15%的范圍內(nèi)變化。-控制規(guī)則還考慮在促動(dòng)器勵(lì)磁線圈中流動(dòng)的電流。該電流取決于勵(lì)磁線圈的阻 抗，所述阻抗隨著溫度而變化。例如，對(duì)于在0和8(TC之間變化的溫度，電流可以在相對(duì)于 額定電流大約30%的范圍內(nèi)變化。-控制規(guī)則還考慮到阻力。該阻力是可變的并且取決于與制動(dòng)器相關(guān)的模塊的數(shù)
量，當(dāng)用戶執(zhí)行安裝時(shí)進(jìn)行該相關(guān)。模塊以及促動(dòng)器的磨損使得該阻力變化。 如果所有的這些參數(shù)都被考慮用于優(yōu)化促動(dòng)器的操作，那么促動(dòng)器的控制規(guī)則必
須能夠產(chǎn)生保證在寬的操作范圍內(nèi)的機(jī)械負(fù)載的運(yùn)動(dòng)的力。在實(shí)踐中，促動(dòng)器例如必須能
夠在阻力最大并且供電電壓最小的情形下移動(dòng)機(jī)械負(fù)載。 而且，如圖3所示，抵抗機(jī)械負(fù)載的運(yùn)動(dòng)的阻力在促動(dòng)器的整個(gè)移動(dòng)行程中不是 恒定的。當(dāng)控制促動(dòng)器被設(shè)計(jì)來控制開關(guān)裝置例如特別地?cái)嗦菲鲿r(shí)，代表阻力的曲線一般 分為三個(gè)階段。-第一階段一般對(duì)應(yīng)促動(dòng)的開始。這表示在點(diǎn)1和點(diǎn)2之間。阻力相對(duì)微弱并大 致恒定。該階段對(duì)應(yīng)于偏壓促動(dòng)器的可動(dòng)部分的靜止位置(restposition)的復(fù)位彈簧的 變形。 _在點(diǎn)2的水平處，可以觀察到曲線不連續(xù)區(qū)?？刂拼賱?dòng)器與開關(guān)裝置的打開和/ 或閉合機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)換部分形成接觸。 _在點(diǎn)2和3之間的第二階段。轉(zhuǎn)換部分的彈簧被壓縮。除了彈簧的壓縮力之外， 由于機(jī)械部分在運(yùn)動(dòng)中的摩擦所致的力必須被補(bǔ)償。阻力的這種加強(qiáng)(hardening)伴隨著 促動(dòng)力的逐漸增大。-在點(diǎn)3的水平處，促動(dòng)器和轉(zhuǎn)換部分與斷路器的高速閉合機(jī)構(gòu)形成接觸。這通過表征促動(dòng)力的曲線的新的不連續(xù)示出。 _第三階段在點(diǎn)3和4之間示出。機(jī)構(gòu)的彈簧和斷路器的高速閉合彈簧被壓縮。
該力相當(dāng)快速地減小。該力在某些情形下能夠在運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)變?yōu)轵?qū)動(dòng)。 _點(diǎn)4對(duì)應(yīng)促動(dòng)器的閉合點(diǎn)。促動(dòng)器的停止通過機(jī)械停止執(zhí)行。因此行程的結(jié)束
由待被促動(dòng)的開關(guān)裝置的機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)促動(dòng)力和阻力之間的差異所致的沖擊進(jìn)行表示。該沖
擊必須被最小化。 考慮圖3所示的力的曲線，在促動(dòng)力的施加中獲得漸變性以避免促動(dòng)器可動(dòng)部分 的加速度太大并從而減小在不連續(xù)的每個(gè)點(diǎn)以及在行程結(jié)束時(shí)形成接觸的各機(jī)構(gòu)的沖擊， 這將是期望的。 為了保證在所有使用條件下的操作，某些已知的解決方案通過采用最不利的操作 條件來確定提供到促動(dòng)器的能量所述不利的操作條件為待被促動(dòng)的裝置的最大數(shù)量， 在最小電壓和最高操作溫度。換句話說，如果電磁促動(dòng)器尺寸適合在不利的條件下閉合，當(dāng) 其在有利的條件下閉合時(shí)，所提供的能量則將相反地是不適當(dāng)?shù)牟?huì)導(dǎo)致故障例如鎖定部 分的彈開。這些彈開會(huì)對(duì)促動(dòng)器的機(jī)械結(jié)構(gòu)造成損壞。這樣，在大量的情形中，現(xiàn)在的系統(tǒng) 相對(duì)于待被促動(dòng)的機(jī)構(gòu)提供的阻力提供過高的控制能量。 其它已知的解決方案使用閉環(huán)調(diào)節(jié)裝置，其中控制規(guī)則取決于在使用期間測(cè)量的 操作參數(shù)。例如，已知可動(dòng)銜鐵的位置和/或速度使得勵(lì)磁線圈中的電流值能夠適應(yīng)最小 化運(yùn)動(dòng)部分相對(duì)于靜止部分的沖擊力和/或最小化在閉合階段或者保持階段過程中耗費(fèi) 的電流量。某些解決方案使用額外的傳感器例如位置和/或速度傳感器。其它解決方案如 專利文獻(xiàn)FR2745913、 FR2835061和US5424637中所述的，描述了一種不使用額外的傳感器 來測(cè)量電磁體的可動(dòng)銜鐵的位置的方法。這些解決方案使用勵(lì)磁線圈中的電壓和電流的測(cè) 量值來確定可動(dòng)銜鐵的位置。但是，閉環(huán)調(diào)節(jié)裝置的使用以及在促動(dòng)過程中測(cè)量的數(shù)據(jù)的 實(shí)時(shí)管理涉及到笨重且昂貴的處理裝置。實(shí)際上，通過在運(yùn)動(dòng)和/或速度和/或線圈中的電 流的閉環(huán)調(diào)節(jié)促動(dòng)幾乎不經(jīng)濟(jì)并且麻煩。而且，盡管P麗類型的控制規(guī)則是精確的并且很 好地適于調(diào)節(jié)，但是其確實(shí)產(chǎn)生電壓涌動(dòng)，頻率越高，削減所有的電壓涌動(dòng)越難。此外，P麗 類型的控制會(huì)產(chǎn)生與線路和/或變壓器的感應(yīng)線圈相關(guān)聯(lián)的電壓涌動(dòng)。這些電壓涌動(dòng)一般 通過電氣元件，例如MOV類型的變阻器(金屬氧化物變阻器)削減或者通過RLC濾波。這 些元件是昂貴的并且有時(shí)具有太大的體積，與某些開關(guān)裝置的體積不相適應(yīng)。而且，EMC(電 磁兼容性)防護(hù)部件體積非常大。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，以提出一種能夠產(chǎn)生多價(jià) (polyvalent)控制規(guī)則的處理單元。 根據(jù)本發(fā)明的處理單元的控制裝置產(chǎn)生周期電壓波幀，其包括至少n個(gè)整流的半 周期，至少一個(gè)半周期包括至少第一和至少第二脈沖式激勵(lì)指令(order)。第一脈沖式激勵(lì) 指令大致開始于半周期的零電壓處，第二脈沖式激勵(lì)指令大致終止于所述半周期的零電壓 處。通過第一半周期的脈沖式激勵(lì)指令產(chǎn)生的電力小于或者等于通過在所述第一半周期之 后的第二半周期的脈沖式激勵(lì)指令產(chǎn)生的電力。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，至少一個(gè)整流半周期包括第一和第二脈沖式激勵(lì)指令，第二脈沖式激勵(lì)指令開始于大致第一脈沖式激勵(lì)指令的結(jié)束處。 根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，控制裝置產(chǎn)生至少一個(gè)整流半周期，其包括至少第三 脈沖式激勵(lì)指令，所述至少第三脈沖式激勵(lì)指令插入在所述第一和第二脈沖指令之間的時(shí) 間內(nèi)。 有利地，控制裝置包括通過整流器電橋連接到主電源的電源開關(guān)，使得能夠獲得 具有半波或者全波整流正弦波函數(shù)形狀的供電電壓。 控制裝置優(yōu)選地產(chǎn)生周期電壓波幀，其包括至少五個(gè)整流半周期。
控制裝置優(yōu)選地產(chǎn)生周期電壓波幀，其具有等于或者大于50ms的持續(xù)時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，處理單元包括連接到內(nèi)部存儲(chǔ)裝置的微控制器，所述 微控制器通過供電電路供電。 處理單元優(yōu)選地包括變阻器，該變阻器用以在線路端(line-side)連接到主電 源。 處理單元優(yōu)選地包括用于檢測(cè)主電壓零穿越的裝置，同步信號(hào)被產(chǎn)生以調(diào)節(jié)脈沖 式激勵(lì)指令。 根據(jù)本發(fā)明的電磁促動(dòng)器包括如上所述的處理單元。所述促動(dòng)器包括可動(dòng)銜鐵和 固定磁軛，所述可動(dòng)銜鐵可以在打開和閉合位置之間移動(dòng)。至少一個(gè)勵(lì)磁線圈連接到處理 單元的控制裝置，所述線圈用以使得可動(dòng)銜鐵運(yùn)動(dòng)。


其它優(yōu)點(diǎn)和特征將從下面的僅僅以限定性例子給出并且在附圖中示出的本發(fā)明 的特定實(shí)施例的描述變得更加清楚，其中 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的在打開位置的電磁促動(dòng)器的圖形； 圖2示出根據(jù)圖1的處于閉合位置的電磁促動(dòng)器的圖形； 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的表征阻力的曲線； 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于促動(dòng)電磁促動(dòng)器的周期電壓波幀； 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例的用于促動(dòng)電磁促動(dòng)器的周期電壓波幀； 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)施例的用于促動(dòng)的周期電壓波幀； 圖7A示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的處理單元的控制裝置的簡化的接線圖； 圖7B示出根據(jù)圖7A的處理單元的控制裝置的詳細(xì)接線圖； 圖8A示出根據(jù)部分的實(shí)施例的處于打開位置的電磁促動(dòng)器的圖形； 圖8B示出根據(jù)圖8A的處于閉合位置的電磁促動(dòng)器的圖形。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)示出在圖1和2中的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，電磁促動(dòng)器100包括可動(dòng)銜鐵12 和固定磁軛ll?？蓜?dòng)銜鐵12和固定磁軛11這樣形成具有氣隙的可變形磁路1。作為示例 性實(shí)施例，可動(dòng)銜鐵12配合在固定軛11中?？蓜?dòng)銜鐵12安裝為沿著固定軛11的縱軸Y 軸向滑動(dòng)。 所述可動(dòng)銜鐵12在打開位置Kl和閉合位置K2之間運(yùn)動(dòng)。作為操作的一個(gè)例子， 如圖2所示的閉合位置K2通常對(duì)應(yīng)可動(dòng)銜鐵12和固定軛11之間存在的氣隙最小，打開位
5置對(duì)應(yīng)最大氣隙。 電磁促動(dòng)器100還包括勵(lì)磁線圈3，激勵(lì)電流I可以在其中流動(dòng)。勵(lì)磁線圈3然后 用來產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力Fm，從而導(dǎo)致可動(dòng)銜鐵12的運(yùn)動(dòng)。勵(lì)磁線圈3連接到處 理單元2的控制裝置21。電磁促動(dòng)器包括處理單元2。如圖1和2所示，電磁促動(dòng)器100 是單穩(wěn)態(tài)的?？蓜?dòng)銜鐵的逆向打開運(yùn)動(dòng)然后通過未示出的復(fù)位系統(tǒng)例如復(fù)位彈簧產(chǎn)生。
如圖7B所示的根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的處理單元2包括用以在勵(lì)磁線圈3的 端子處產(chǎn)生電壓脈沖的控制裝置21。 如圖4所示，控制裝置21用以產(chǎn)生周期電壓波幀，其包括至少n個(gè)整流半周期S,。 作為一個(gè)例子，周期電壓波幀具有等于或者大于50ms的持續(xù)時(shí)間。 根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，每個(gè)半周期包括至少第一和至少第二脈沖式激勵(lì)指令SA、SB。第 一脈沖式激勵(lì)指令SA開始于大致半周期Si的零電壓處，第二脈沖式激勵(lì)指令SB大致終止 于所述半周期的零電壓處。通過第一半周期Si的脈沖式激勵(lì)指令產(chǎn)生的電力小于或者等 于通過在所述第一半周期Si之后的第二半周期Si+1的脈沖式激勵(lì)指令產(chǎn)生的電力。
通過控制裝置21發(fā)送的最后一個(gè)整流半周期Sn優(yōu)選地包括基本上開始于第一脈 沖式激勵(lì)指令SA結(jié)束時(shí)的第二脈沖式激勵(lì)指令SB。 優(yōu)選地，為了保證最大數(shù)量的情形下的有效促動(dòng)，控制裝置21產(chǎn)生包括至少五個(gè) 連續(xù)的整流半周期的周期電壓波幀。 根據(jù)如圖6所示的替代實(shí)施例，控制裝置21產(chǎn)生包括至少第三脈沖式激勵(lì)指令Sc 的至少一個(gè)整流半周期。所述第三脈沖式激勵(lì)指令Se設(shè)置在所述第一和第二脈沖指令SA， Se之間的時(shí)間。 例如，電磁促動(dòng)器用于斷路器、差動(dòng)斷路器以及附件(麗，MX， 0C...)的遙控。
如圖7A和7B所示，處理單元2特別地包括連接到內(nèi)部存儲(chǔ)裝置22的微控制器 23。處理單元包括微控制器23的電源電路24。線圈3的控制裝置21包括通過整流器電橋 D29連接到主電源的電源開關(guān)Z6。電源開關(guān)Z6優(yōu)選地為晶體管。 整流器電橋D29優(yōu)選地包括頭尾相靠地配合的四個(gè)二極管并使得能夠獲得具有 全波整流正弦波函數(shù)形狀的供電電壓。微控制器23通過控制接口 25控制電源開關(guān)Z6的 斷開和閉合。 根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的變型，整流器電橋使得能夠獲得具有半波整流正弦波函數(shù)形狀 的供電電壓。 處理單元2包括用于檢測(cè)主電壓的零穿越的裝置26。同步信號(hào)用于產(chǎn)生電壓波并 調(diào)節(jié)脈沖式激勵(lì)指令以及保證相鄰的開關(guān)裝置單元的閉合動(dòng)力。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，電壓零 穿越的檢測(cè)通過微處理器的內(nèi)部比較器執(zhí)行。根據(jù)替代實(shí)施例，其可以通過外部比較器或 者Zener 二極管檢測(cè)。 續(xù)流二極管(free-wheel diode) D15優(yōu)選地并聯(lián)到線圈3的端子。 根據(jù)替代實(shí)施例，位置傳感器，其未示出，可以連接到微控制器23以在可動(dòng)鐵芯
12的行程結(jié)束時(shí)停止促動(dòng)命令。 為了防止電壓涌動(dòng)以及特別是電火花或者通過促動(dòng)器的命令產(chǎn)生的電壓涌動(dòng)，處 理單元2包括在線路端連接的變阻器RV。 根據(jù)替代實(shí)施例，用于產(chǎn)生如圖4-6所示的控制規(guī)則的處理單元2可以包括在具有E形磁性結(jié)構(gòu)的電磁促動(dòng)器101中。如圖8A和8B所示，這樣的電磁促動(dòng)器分別表示在 打開位置和閉合位置。 根據(jù)另一替代實(shí)施例，用于產(chǎn)生如圖4-6所示的控制規(guī)則的處理單元2可以包 括在本申請(qǐng)人在與本申請(qǐng)同日提交的名稱為"electromagnetic actuatorof a remote control unit and unit comprising same (遙控單元的電磁促動(dòng)器以及包括該電磁促動(dòng)器 的遙控單元)"專利申請(qǐng)所述的電磁促動(dòng)器中。
權(quán)利要求
一種處理單元(2)，包括用于作用在至少一個(gè)勵(lì)磁線圈(3)上以移動(dòng)電磁促動(dòng)器(100，101)的可動(dòng)銜鐵(12)的控制裝置(21)，所述控制裝置(21)產(chǎn)生包括至少n個(gè)整流半周期(Si)的周期電壓波幀，其特征在于，至少一個(gè)半周期(Si)包括至少第一和至少第二脈沖式激勵(lì)指令(SA，SB)，-所述第一脈沖式激勵(lì)指令(SA)大致開始于半周期的零電壓處，以及-所述第二脈沖式激勵(lì)指令(SB)大致終止于所述半周期的零電壓處，第一半周期(Si)的所述脈沖式激勵(lì)指令(SA，SB)的電力小于或者等于在所述第一半周期(Si)之后的第二半周期(Si+1)的脈沖式激勵(lì)指令的電力。
2. 如權(quán)利要求1所述的處理單元，其特征在于，至少一個(gè)整流半周期包括第一和第二 脈沖式激勵(lì)指令(SA， S》，所述第二脈沖式激勵(lì)指令(SB)大致開始于所述第一脈沖式激勵(lì) 指令(SA)的結(jié)束處。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的處理單元，其特征在于，所述控制裝置(21)產(chǎn)生包括至少 第三脈沖式激勵(lì)指令(Se)的至少一個(gè)整流半周期，所述至少第三脈沖式激勵(lì)指令介于所述 第一和第二脈沖式激勵(lì)指令(SA， SB)之間的時(shí)間內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求l-3中任一項(xiàng)所述的處理單元，其特征在于，所述控制裝置(21)包括通 過整流器電橋(D29)連接到主電源的電源開關(guān)(Z6)，使得能夠獲得具有半波或者全波整流 正弦波函數(shù)形狀的供電電壓。
5. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理單元，其特征在于，所述控制裝置(21)產(chǎn)生包 括至少五個(gè)整流半周期(Si)的周期電壓波幀。
6. 如權(quán)利要求5所述的處理單元，其特征在于，所述控制裝置(21)產(chǎn)生具有等于或者 大于50ms持續(xù)時(shí)間的周期電壓波幀。
7. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理單元，其特征在于，該處理單元包括連接到內(nèi) 部存儲(chǔ)裝置(22)的微控制器，所述微控制器(23)通過供電電路(24)供電。
8. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理單元，其特征在于，該處理單元包括變阻器 (RV)，該變阻器(RV)設(shè)計(jì)為在線路端連接到所述主電源。
9. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理單元，其特征在于，該處理單元包括用于檢測(cè) 所述主電壓的零穿越的裝置(26)，同步信號(hào)被產(chǎn)生以調(diào)節(jié)所述脈沖式激勵(lì)指令(SA，SB，SC)。
10. —種電磁促動(dòng)器(IOO，IOI)，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理單元 (2)，其特征在于，該電磁促動(dòng)器包括-可動(dòng)銜鐵(12)和固定磁軛(ll)，所述可動(dòng)銜鐵(12)能夠在打開位置(Kl)和閉合位 置(K2)之間移動(dòng)，-至少一個(gè)連接到所述處理單元(2)的所述控制裝置(21)的勵(lì)磁線圈(3)，所述勵(lì)磁 線圈用于使得所述可動(dòng)銜鐵(12)移動(dòng)。
全文摘要
一種處理單元，包括用于作用在至少一個(gè)勵(lì)磁線圈(3)上以移動(dòng)電磁促動(dòng)器(100)的可動(dòng)銜鐵(12)的控制裝置(21)，所述控制裝置(21)產(chǎn)生包括至少n個(gè)整流半周期的周期電壓波幀。至少一個(gè)半周期包括至少第一和至少第二脈沖式激勵(lì)指令，第一脈沖式激勵(lì)指令大致開始于一半周期的零電壓處，第二脈沖式激勵(lì)指令大致終止于該半周期的零電壓處。通過第一半周期的脈沖式激勵(lì)指令產(chǎn)生的電力小于或者等于通過在該第一半周期之后的第二半周期的脈沖式激勵(lì)指令產(chǎn)生的電力。
文檔編號(hào)H02P11/00GK101783644SQ20091025346
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者埃里克·弗南德茲, 塞德里克·布里奎特 申請(qǐng)人:施耐德電器工業(yè)公司