多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节方法和装置 |
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| 申请号 | CN201410290178.4 | 申请日 | 2014-06-24 | 公开(公告)号 | CN104124114B | 公开(公告)日 | 2016-08-24 |
| 申请人 | 上海诺雅克电气有限公司; | 发明人 | 敖登贵; 徐永富; 段育明; | ||||
| 摘要 | 多极电磁脱扣器的 短路 保护动作 电流 调节方法及其装置，其电磁系统包括辅助静 铁 芯、第二静铁芯、线圈、复位 弹簧 和动铁芯，并且在初始 位置 ，辅助静铁芯与动铁芯之间设有第一间隙，动铁芯与第二静铁芯之间具有第二间隙，其厚度随脱扣 阈值 的大小变化而同向变化， 复位弹簧 的弹 力 随脱扣阈值的大小变化而反向变化，当脱扣电流值由大向小调节时，线圈的 能量 随流过的电流以二次方关系减小，同时，动铁芯与第二静铁芯之间的电磁吸引力反比于第二间隙的厚度的减小以二次方关系加大，通过这两个二次方函数之间自动达到的平衡，使脱扣电流值的调节与动铁芯的动作所需的电磁吸引力呈线性的固定对应关系，用户调节脱扣阈值方便、可靠、稳定。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节方法，其特征在于：所述电磁脱扣器的电磁系统(101)包括辅助静铁芯(18)、第二静铁芯(21)、线圈(23)、复位弹簧(24)和动铁芯(25)，并且在初始位置，所述的动铁芯(25)与第二静铁芯(21)之间具有第二间隙L2，所述第二间隙L2的厚度随脱扣阈值的大小变化而同向变化，所述复位弹簧(24)的弹力随脱扣阈值的大小变化而反向变化，当脱扣电流值由大向小调节时，所述线圈(23)的自感磁能随流过的电流以二次方函数减小，同时，动铁芯(25)与第二静铁芯(21)之间的电磁吸引力反比于所述第二间隙L2的厚度的减小以二次方函数加大，通过这两个二次方函数之间自动达到的平衡，使脱扣电流值的调节与动铁芯(25)的动作所需的电磁吸引力呈线性的对应关系。 |
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| 说明书全文 | 多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节方法和装置技术领域背景技术[0002] 众所周知，低压断路器是一种具有保护功能的开关电器，其最基本的保护功能如过载保护和短路保护，其中短路保护是通过瞬时脱扣器来执行的。根据UL489标准的规定，瞬时脱扣器需要具有设定的脱扣阈值可调的功能，即通过操作脱扣器上的旋钮可调整该脱扣器的脱扣电流动作预设值(以下简称“脱扣阈值”)，因而，具有这种功能的脱扣器通常简称为瞬时可调脱扣器。这里所述的脱扣阈值是指与设计允许的短路电流的最大值相关的设定值，通常由该断路器的额定电流整定。瞬时可调脱扣器的脱扣阈值可调的功能，就是指脱扣电流的阈值可调，以使同一个电磁脱扣器能满足不同工况下调整短路电流的最大允许值的要求，或者说能满足不同额定电流的断路器的要求。常用的瞬时可调脱扣器如电磁脱扣器，通常包括电磁线圈、磁轭、动铁芯、静铁芯和复位弹簧，在正常情况下，流过电磁线圈内的电流小于脱扣阈值，动铁芯在复位弹簧的弹力作用下保持与静铁芯分离，并在动铁芯与静铁芯之间形成一定厚度的空气隙，当流过电磁线圈内的实际电流等于或大于脱扣阈值时，则动铁芯马上产生脱扣动作，由于此时动铁芯与静铁芯之间的电磁吸引力变为大于复位弹簧的弹力，所以动铁芯能克服复位弹簧的弹力向静铁芯移动，直至与静铁芯吸合，动铁芯向静铁芯的移动触动断路器的跳闸杠杆动作，并致使断路器实现瞬时脱扣跳闸，从而起到短路保护作用。 [0003] 然而，目前的瞬时可调脱扣器普遍存在动作值不稳定、可靠性差的问题，尤其是长期以来，设计人员在设计较小电流(例如100A以下)的瞬时可调脱扣器时，难以解决动作值不稳定、可靠性差的问题。申请人分析其原因发现由脱扣动作电流可调所涉及的函数模型具有多元及复杂函数关系的特点，而且是由电磁学的和机械学的两种模型复合而成。目前的瞬时可调脱扣器的设计由于一是忽略了与调节脱扣动作电流相关的变量及其与调节脱扣动作电流的函数关系，二是对可调脱扣器系统的各变量元素之间缺乏必要的平衡科学规划，从而使较多的变量元素因同时调节而失衡，由此导致可调脱扣器的物理特性和机械特性的失控，这必然会使可调脱扣器出现动作值不稳定、可靠性差等一系列问题，同时使得脱扣阈值的可调范围不能做大。如ZL200820214752.8号中国专利所公开的螺管式电磁脱扣器，该专利通过旋钮调节弹簧的长度，实现短路电流的线性调节，通过磁轭上设置调节螺钉组件，能微调磁间隙，消除了由零件本身、装配引起的脱扣器电流整定值的不一致，较好地解决了初始整定值的一致性，但由于该现有技术忽略了电磁线圈的磁场能量这个变量和该变量正比于脱扣动作电流的二次方的函数关系，另外，虽然复位弹簧的弹性变形量与其弹力之间为线性的函数关系，但是没有考虑其动铁芯与静铁芯之间的电磁吸引力与脱扣动作电流之间的函数关系是复杂的非线性、非三角函数关系，仍然存在着不稳定性和可靠性差的问题，这是常见的基于弹力平衡原理设计脱扣阈值可调的电磁脱扣器的一个代表性实例。因此，该类现有技术产品必然存在以下缺陷：一是由于电磁线圈的磁场能量的大幅度下降，使得磁间隙的漏磁占电磁线圈的磁场能量的比重大幅度上升，因此调节旋钮的脱扣电流指示与实际的脱扣动作电流值之间存在很大的误差，特别在小脱扣电流情况下，这种误差和不稳定性更加严重，由此还大大限制了脱扣动作电流的可调范围。二是由于该电磁脱扣器系统的各变量元素之间没有设计平衡规划的结构，因此脱扣电流的调节误差对于制造误差十分敏感，即使在通过调节螺钉可对磁间隙进行微调的情况下，也只能改善各相脱扣器的初始状态的不一致性，不能解决在各调节状态下各相电磁脱扣器的脱扣阈值与实际的脱扣动作电流值的一致性。三是由于实际的脱扣动作电流值与复位弹簧的弹力之间不是线性的函数关系，因此脱扣阈值的调节范围较小，并在小的脱扣阈值的状态下的工作稳定性和脱扣可靠性问题更加凸显。四是由于这种基于弹力平衡原理的可调脱扣器必须将复位弹簧设置在线圈的外面，这样不仅结构复杂、体积大、安装调试困难，而且还需增加如短轴与滑动槽这样的滑动配合副，无法保证复位弹簧与动铁芯的移动方向平行(更不可能实现同轴)，由此必然加剧脱扣动作值不稳定、可靠性差、设定的脱扣阈值与实际的脱扣动作电流值之间误差大和不稳定性问题。 发明内容[0004] 为了克服上述基于弹力平衡原理的可调脱扣器现有技术的诸多缺陷，本发明的目的在于提供一种多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节方法和采用该方法实现的装置，它是基于新的能量平衡原理设计的新一代的脱扣阈值可调的电磁脱扣器，采用简单、小型、易行的优化结构，可全面平衡与调节脱扣阈值相关的各个电磁的和机械的变量元，不仅能实现脱扣阈值可调范围的最大化和实际脱扣动作电流值与设定的脱扣阈值的误差最小化，而且在包括大脱扣阈值与小脱扣阈值状态下的各调节状态下都具有稳定、可靠的脱扣动作性能。 [0005] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。 [0006] 一种多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节方法，所述电磁脱扣器的电磁系统101包括辅助静铁芯18、第二静铁芯21、线圈23、复位弹簧24和动铁芯25，并且在初始位置，所述的动铁芯25与第二静铁芯21之间具有第二间隙L2，所述第二间隙L2的厚度随脱扣阈值的大小变化而同向变化，所述复位弹簧24的弹力随脱扣阈值的大小变化而反向变化，当脱扣电流值由大向小调节时，所述线圈23的自感磁能随流过的电流以二次方关系减小，同时，动铁芯25与第二静铁芯21之间的电磁吸引力反比于所述第二间隙L2的厚度的减小以二次方关系加大，通过这两个二次方函数之间自动达到的平衡，使脱扣电流值的调节与动铁芯 25的动作所需的电磁吸引力呈线性的固定对应关系。 [0007] 进一步的优选方式是：所述的动铁芯25与辅助静铁芯18之间具有用于平衡漏磁的第一间隙L1，并且所述的第一间隙L1的厚度随所述第二间隙L2的厚度的大小变化而反向变化、第一间隙L1与第二间隙L2的厚度之和L始终保持不变。 [0008] 本发明的技术方案还包括一种多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节装置，其采用并实现了前述多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节方法，所述调节装置包括各极公用的基座34和脱扣阈值调节装置103、安装在所述基座34上的电磁系统101、用于在脱扣阈值调节装置103与电磁系统101之间传动的联接装置102和用于传递脱扣动作的联接杆17。所述的电磁系统101包括空心腔的线圈骨架22、分别固定在线圈骨架22的空心腔两端的第二静铁芯21和辅助静铁芯18、套装在线圈骨架22上的线圈23、分别与第二静铁芯21和辅助静铁芯18固定联接的磁轭19、以可在第二静铁芯21和辅助静铁芯18之间直线移动方式安装在线圈骨架22的空心腔内的动铁芯25以及由动铁芯25与第二静铁芯21定位在线圈骨架 22内的复位弹簧24，用于驱使动铁芯25与第二静铁芯21分离。所述的联接杆17安装在的辅助静铁芯18的中心孔180内，所述联接杆17包括与动铁芯25的一端固定联接的内端171和与所述联接装置102联接并联动的外端172。所述的辅助静铁芯18与动铁芯25之间设有第一间隙L1，所述的第二静铁芯21与动铁芯25之间设有第二间隙L2，在脱扣阈值调节装置103通过联接杆17驱使动铁芯25移动进行调节的过程中，所述的脱扣阈值调节装置103的脱扣阈值与所述的第一间隙L1和第二间隙L2这三者之间联动、并同时满足以下变化关系：第二间隙L2的厚度随脱扣阈值的大小变化而同向变化、第一间隙L1的厚度随第二间隙L2的厚度的大小变化而反向变化、第一间隙L1与第二间隙L2的厚度之和L始终保持不变。 [0009] 再一种具体优选是：所述的脱扣阈值调节装置103包括固定安装在基座34上的支架32、枢转安装在支架32上的旋钮11、以枢转并能轴向移动的方式安装在基座34上的牵引杆29和微调螺钉13，所述旋钮11的下端部设有齿轮30，所述的牵引杆29上设有与旋钮11上的齿轮30啮合的齿条31、多个向外伸出的杆15、多个螺纹孔38、一个用于输出脱扣动作的锁扣37和复位定位面36，所述的各杆15分别与所在极的联接装置102配合联接，每个螺纹孔38内安装有一个微调螺钉13。 [0010] 又一种具体优选是：所述的联接装置102通过导轨副可直线移动地安装在所在极的电磁系统101的磁轭19上，联接装置102上设有与电磁系统101的联接杆17的外端172联接且联动的固定槽62、与脱扣阈值调节装置103的杆15配合联接的直线轮廓面14和与脱扣阈值调节装置103的微调螺钉13接触配合的曲线轮廓面33，所述的联接装置102直线移动的方向B与所述的联接杆17的直线移动的方向A平行。 [0011] 又一种具体优选是：所述的动铁芯25的一端与联接杆17的内端171同轴固定联接，动铁芯25的另一端设有与所述内端171相对应的同轴孔250，所述的第二静铁芯21上设有与动铁芯25上的同轴孔250相对应的轴向孔210。 [0012] 一种进一步优选的实施方式是：所述的复位弹簧24的一端抵接安装在动铁芯25的同轴孔250内，复位弹簧24的另一端抵接安装在第二静铁芯21的轴向孔210内。 [0013] 另一种具体优选：所述的受脱扣阈值调节装置103驱动的联接杆17所用材料优选为非导磁材料。 [0014] 一种进一步优选的实施方式是：所述的导轨副为设置在联接装置102上的两个定位凸台16、16′和设置在磁轭19上的两个导轨槽39。 [0015] 再一种进一步优选的实施方式是：所述的直线轮廓面14的分布方向C与联接装置102直线移动的方向B垂直，曲线轮廓面33沿分布方向C设有连续变化的落差H。 [0016] 本发明的多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节方法和采用该方法实现的装置通过对线圈23、磁轭19、第二静铁芯21、辅助静铁芯18、动铁芯25、线圈骨架22、动铁芯25的一端与辅助静铁芯18之间的第一间隙L1和动铁芯25的另一端与第二静铁芯21之间的第二间隙L2的结构及参数的一系列优化设计，获得了脱扣动作电流与动、静铁芯之间的吸合动作的临界距离(即动铁芯25与第二静铁芯21之间的第二间隙L2的厚度)，能实现自动线性平衡，使脱扣动作电流与第二间隙L2的厚度之间形成线性函数关系，并利用这种线性函数关系，实现大幅度扩大脱扣阈值的调节范围的效果，同时还能大幅度改善脱扣性能和动作质量，即不管设定的脱扣阈值的大小，使断路器实际的脱扣动作电流值都具有理想的精度及可靠性和稳定性。附图说明 [0017] 图1、2是本发明的多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节装置的整体结构示意图，图1所示的电磁脱扣器处于大的脱扣阈值状态，图2所示的电磁脱扣器处于小的脱扣阈值状态。 [0018] 图3、4是本发明的多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节装置的内部结构示意图，图3中所示的电磁脱扣器处于大的脱扣阈值状态，图4中所示的电磁脱扣器处于小的脱扣阈值状态。 [0019] 图5是本发明的多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节装置的联接装置102的一种方案的整体结构示意图。 [0020] 图6是本发明的多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节装置的联接装置102与电磁系统101的装配结构示意图。 [0021] 图7是本发明的多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节装置的脱扣阈值调节装置103的牵引杆29上的齿条31与旋钮11上的齿轮30啮合结构示意图。 [0022] 图8是本发明的多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节装置的脱扣阈值调节装置103的旋钮11与支架32枢转安装的结构分解示意图。 具体实施方式[0023] 下面结合图1至图8以三极断路器为例，详细说明本发明的多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节方法及其装置的具体实施方式，本发明不限于以下实施例的描述。 [0024] 图1、2的本发明实施例的整体结构示意图中所示的三极电磁脱扣器是断路器的一个部件，包括一个三极公用的基座34、一个三极公用的脱扣阈值调节装置103、三个电磁系统101、三个联接装置102以及联接杆17，图1中所示的电磁脱扣器处于大的脱扣阈值状态，而图2中所示的电磁脱扣器处于小的脱扣阈值状态。三个电磁系统101分别配置于断路器的三个极，每个电磁系统101上配置一个联接装置102。图1、2所示的基座34也是断路器的壳座，在基座34上不仅装有电磁系统101、脱扣阈值调节装置103(参见图3)等部件，而且还装有断路器的其它公知的部件，包括断路器的操作机构(图中未示出)、接线装置(图中未示出)。参见图1，电磁系统101安装固定在基座34内，包括导电板20、导电板27、磁轭19、辅助静铁芯18、第二静铁芯21、动铁芯25、弹簧24、线圈骨架22和线圈23，导电板20、27与线圈23焊接在一起，两个静铁芯18、21分别固定在磁轭19的两端，并由线圈骨架22限制，动铁芯25安装在线圈骨架22内，可在两个静铁芯18、21之间来回移动，弹簧24安装在线圈骨架22内，由动铁芯25与第二静铁芯21定位。图3、4中示出了其中一极电磁系统101和一个联接装置102的内部结构，参见图3、4，在初始位置，动铁芯25与辅助静铁芯18之间具有第一间隙L1，动铁芯25与第二静铁芯21之间具有第二间隙L2，总的间隙L＝L1+L2且L2＞L1，动铁芯25在辅助静铁芯18与第二静铁芯21之间运动，总的间隙L始终保持不变。 [0025] 基于申请人长期以来对影响复位弹簧的弹性变形量与其弹力之间为线性的函数关系、电磁线圈的磁场能量正比于脱扣动作电流的二次方的函数关系、以及动铁芯与静铁芯之间的电磁吸引力与脱扣动作电流之间的复杂的非线性、非三角函数关系不能综合平衡的因素的反复深入研究，申请人发现如ZL200820214752.8专利所代表的现有弹力平衡模型的问题是由于采用的是复位弹簧的弹力大小随脱扣阈值同向变化的联动关系，完全排除了磁间隙与脱扣阈值之间的对应变化的联动关系，即大的脱扣阈值对应复位弹簧的大的弹力，而小的脱扣阈值对应复位弹簧的小的弹力，而不管脱扣阈值调节到大或小的值，动、静铁芯之间的磁间隙厚度是不变的。但是客观上由于复位弹簧的结构功能，决定了其大的弹力只能对应动、静铁芯之间的小的磁间隙，不可能对应大的磁间隙，而小的弹力只能对应大的磁间隙，不可能对应小的磁间隙。因此，申请人认为，现有技术的弹力平衡错在恰恰是要尽可能排除磁间隙与脱扣阈值之间应建立对应变化的联动关系，而这正是导致可靠性差的常规设计误区，本发明正好要与此相反，本发明基于能量平衡原理在结构上让第二间隙L2的厚度能够随脱扣阈值的大小变化而同向变化，有意建立了动、静铁芯之间的磁间隙随脱扣阈值同向变化的联动关系。在此所谓的同向变化，是指大的脱扣阈值对应第二间隙L2的大的厚度，小的脱扣阈值对应第二间隙L2的小的厚度。也就是说，由于第二间隙L2的厚度越小，动铁芯25与第二静铁芯21之间的电磁吸引力越大，本发明的第二间隙L2的厚度随脱扣阈值的大小变化而同向变化的联动变化关系，可使复位弹簧的弹力随脱扣阈值的大小变化而反向变化，即大的脱扣阈值对应复位弹簧的小的弹力，而小的脱扣阈值对应复位弹簧的大的弹力。具体地说，由于螺旋管式线圈23(以下简称“线圈”)的自感磁能正比于线圈23内流过的电流的二次方，动铁芯25与第二静铁芯21之间的电磁吸引力反比于动铁芯25与第二静铁芯21之间的第二间隙L2的厚度的二次方，本发明的方法通过在设计上使这两个二次方函数之间自动达到平衡，可实现以下第一平衡模型的效果：当脱扣电流值由大向小调节时，线圈23的自感磁能以二次方关系减小；同时，第二间隙L2的减小使动铁芯25与第二静铁芯21之间的电磁吸引力以二次方关系加大，这两者的平衡可使脱扣电流值与动铁芯25的动作所需的电磁吸引力成线性的固定对应关系。然而，从上述的第一平衡模型效果出发，要实现所述的线性的固定对应关系，还需要平衡与线圈能量和电磁吸引力相关的其它函数关系，特别是一些非线性的函数关系。动铁芯与静铁芯之间的磁间隙具有漏磁，在第二间隙L2变化时，其漏磁也随着变化，而漏磁与线圈能量和电磁力之间存在复杂的函数关系，要实现当设定脱扣阈值变大时，所对应的线圈23的能量变大，同时第二间隙L2的厚度也变大，或反之，当设定脱扣阈值变小时，所对应的线圈23的能量变小，同时第二间隙L2的厚度也变小，本发明的简单易行而又具有实效的方法是采用平衡漏磁的第二平衡模型，通过在初始位置增加一个在动铁芯25与辅助静铁芯18之间的第一间隙L1作为漏磁环节，并且保持辅助静铁芯18与第二静铁芯21的相对端的端面积一样，可实现以下第二平衡模型的效果：无论怎样调节，总的间隙L＝L1+L2可始终保持不变，即漏磁不变，本发明有意破坏了脱扣阈值与线圈 23的能量之间原有的线性平衡关系(第二间隙L2的厚度变大，漏磁也增加)，实现了设定的脱扣阈值与脱扣机构实际的动作电流值的一致，于是可通过旋钮及其上的刻度轻易可实现所期望的对脱扣阈值调节的线性平滑变化。由此可见，本发明的能量平衡模型不仅包括磁力和弹力两个平衡元，而且还包括了与能量相关的漏磁、导磁率等多个平衡元，上述本发明的第一和第二平衡模型是建立在对瞬时电磁脱扣装置的电磁学原理的新的客观认识基础之上并巧妙应用电磁学的基本理论联系实际研究的结果，克服了现有技术认识的偏见。 [0026] 下面结合上述基于能量平衡原理实现的多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节方法对本发明的装置的优化结构详细说明，将使与现有技术的基于弹力平衡原理的设计的区别变得更加清楚和易于理解。 [0027] 参见图1至图4，所述的电磁系统101包括空心构造的线圈骨架22、分别固定在线圈骨架22的空心腔两端的第二静铁芯21和辅助静铁芯18、套装在线圈骨架22外的线圈23、分别与第二静铁芯21和辅助静铁芯18固定联接的磁轭19、以可在第二静铁芯21和辅助静铁芯18之间直线移动方式安装在线圈骨架22的空心腔内的动铁芯25以及由动铁芯25与第二静铁芯21定位在线圈骨架22内的复位弹簧24，用于驱使动铁芯25与第二静铁芯21分离。所述的联接杆17安装在的辅助静铁芯18的中心孔180内，所述联接杆17包括与动铁芯25的一端固定联接的内端171和与所述联接装置102联接并联动的外端172。线圈23两端的两个导电板20和27与断路器的主电路串联联接的电气构造可采用已知的结构。凹形结构的磁轭19分别与第二静铁芯21和辅助静铁芯18的固定联接，使得磁轭19、第二静铁芯21、辅助静铁芯 18、线圈骨架22和线圈23联接为一个整体，其中磁轭19不仅具有导磁的功能，而且还具有电磁系统101的机架功能，通过磁轭19与基座34的固定联接，便可实现电磁系统101在基座34上的定位安装。线圈23套装在线圈骨架22上的结构，使得流过线圈23的电流能在线圈骨架 22的空心腔内生成感应磁场，基于电磁学理论可知，在线圈23、磁轭19、第二静铁芯21、辅助静铁芯18、动铁芯25和线圈骨架22的形状结构和参数确定的情况下，所述的感应磁场的能量正比于线圈23内流过的电流的二次方。如上所述，本发明基于能量平衡原理，在结构上创建了平衡漏磁用的第一间隙L1，并且还建立了第一间隙L1的厚度随第二间隙L2的厚度的大小变化而反向变化，以及第一间隙L1与第二间隙L2的厚度之和始终保持不变的联动关系。 在此所述的反向变化是指：当第二间隙L2增大时，第一间隙L1随之减小；相反，当第二间隙L2减小时，第一间隙L1随之增大。下面结合图3和图4进一步说明该联动变化关系，图3中所示的电磁脱扣器处于大的脱扣阈值状态，图4中所示处于小的脱扣阈值状态。设定在图3状态下的第一间隙L1的厚度为L10，第二间隙L2的厚度为L20，当脱扣阈值向小调节到达图4状态时，第二间隙L2减小(其厚度L20′＜L20)，第一间隙L1随之增大(其厚度L10′＞L10)，但第一间隙L1与第二间隙L2的厚度之和始终保持不变，即L10+L20＝L10′+L20′。显然，通过创建第一间隙L1的结构和通过L1+L2不变的联动变化关系，可有效杜绝漏磁对于脱扣阈值与电磁力之间成线性的固定对应关系的干扰。为了获得平衡漏磁的第二平衡模型的优选固定对应效果，一种可选择采用的结构方案是，所述的动铁芯25的一端与联接杆17的内端171同轴固定联接，动铁芯25的另一端设有与所述内端171相对应的同轴孔250。显然，通过增设同轴孔250，使得动铁芯25两端的两个端面积尽可能大小相等，或者说，使参与构成第一间隙L1的动铁芯25的一端的端面积与参与构成第二间隙L2的动铁芯25的另一端的端面积尽可能大小相等。为了进一步获得更好的固定对应效果，另一种优选采用的结构方案是，所述的第二静铁芯21上设有与动铁芯25上的同轴孔250相对应的轴向孔210。显然，通过增设轴向孔 210，使参与构成第二间隙L2的第二静铁芯21上的端面面积与参与构成第一间隙L1的辅助静铁芯18上的端面面积尽可能大小相等。 [0028] 本发明实现使脱扣动作电流与第二间隙L2的厚度之间形成线性函数关系的结构优化设计的特点在于：所述的联接杆17安装在的辅助静铁芯18的中心孔180内，联接杆17的内端171与动铁芯25的一端固定联接，联接杆17的外端172与联接装置102联接并联动。当脱扣阈值调节装置103通过联接杆17驱使动铁芯25移动进行调节的过程中，脱扣阈值调节装置103的脱扣阈值与所述的第一间隙L1和第二间隙L2这三者之间联动、并同时满足以下变化关系，即，第二间隙L2的厚度随脱扣阈值的大小变化而同向变化、第一间隙L1的厚度随第二间隙L2的厚度的大小变化而反向变化、第一间隙L1与第二间隙L2的厚度之和始终保持不变。第一间隙L1仅用于漏磁平衡，第二间隙L2用于实现与脱扣阈值的平衡，由于吸合力是与线圈23的能量成正比，而线圈23的能量与第二间隙L2的厚度成反比，于是可保持能量不变，而只要能量保持不变，所述吸合力与能量的线性关系就保持不变，因为脱扣电流动作值的二次方与第二间隙L2的厚度的二次方函数自动平衡，即脱扣阈值的大小与第二间隙L2的厚度大小同向变化。 [0029] 参见图3，本发明的辅助静铁芯18用导磁材料制成，辅助静铁芯18提供了四种可实现不同功能的结构特征：第一，它是磁路中的一个器件；第二它与磁轭19和线圈骨架22固定联接，是构成电磁系统101的机架的必要联接件；第三，它与动铁芯25一起形成具有平衡漏磁功能的第一间隙L1，并设有构成第一间隙L1的一个端面；第四，它具有一个容纳联接杆17穿过的中心孔180，中心孔180与联接杆17形成机械配合的关系.为了尽可能减少由该配合关系所致的不利于能量平衡的因素，一种有效的措施是，联接杆17的材料优选为非导磁材料。辅助静铁芯18与联接杆17的以下结构还构成基于能量平衡原理的新的第三平衡模型：由于所述的联接杆17安装在辅助静铁芯18的中心孔180内，联接杆17的内端171与动铁芯25的一端固定联接，联接杆17的外端172与联接装置102联接并联动，因此,据此结构的效果是，在调节脱扣阈值的过程中，联接杆17在线圈骨架22的空心腔内的长度(简称“腔内长度”)是随脱扣阈值的大小变化而同向变化的，即：脱扣阈值增大，联接杆17的腔内长度随之增大；脱扣阈值减小，联接杆17的腔内长度随之减小。如果在联接杆17采用导磁材料的情况下，其腔内长度的变化导致联接杆17在线圈骨架22的空心腔内的体积(简称“腔内体积”)变化会导致螺旋管式线圈23的自感磁能的变化；如果联接杆17采用非导磁材料，其腔内长度的变化导致联接杆17在线圈骨架22的空心腔内的体积(简称“腔内体积”)变化不会导致螺旋管式线圈23的自感磁能的变化。作为最优选的方案联接杆17采用导磁材料，但是，本发明不排除联接杆17采用导磁材料，但如果采用导磁材料，需满足复位弹簧24的弹力大小随联接杆17的腔内体积的变化而同向变化的条件，以便建立起联接杆17的腔内体积与复位弹簧 24的弹力所形成的函数关系的平衡模型，有利于使脱扣电流值与动铁芯25的动作所需的电磁吸引力成线性的固定对应关系。图3、4所示的复位弹簧24为压簧，它安装在线圈骨架22的空心腔内的第二间隙L2中间，复位弹簧24的两端分别与动铁芯25、第二静铁芯21联接。为了进一步简化结构，一种优选的方案是，复位弹簧24的安装可直接借用动铁芯25和第二静铁芯21上现有的功能孔实现，即：所述的复位弹簧24的一端抵接安装在动铁芯25的同轴孔250内，复位弹簧24的另一端抵接安装在第二静铁芯21的轴向孔210内。这里的抵接安装是指采用一种已知的抵接结构的安装，例如在同轴孔250和轴向孔210内分别设有抵接用的台阶，复位弹簧24安装在孔(同轴孔250、轴向孔210)内，同时复位弹簧24的端部与台阶抵接，以限制复位弹簧24的轴向与径向移动。与现有技术相比，上述实施例的弹簧安装结构的优点是显而易见的，它不仅简化了结构，而且使得复位弹簧24的弹力与电磁吸引力在同一作用线上，克服了现有专利弹力作用方向与动铁芯移动方向之间存在夹角存在的不足，即必须在弹力传递链中附加设置运动方向垂直于动铁芯运动方向的由短轴和滑动槽构成的滑动副。 当然，本发明不排除采用将复位弹簧设置在线圈骨架的空心腔内或者采用拉簧或其他类型的弹簧的可替代的方案。 [0030] 如图3、4所示，本发明的多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节装置，就机械结构而言它与操作机构相关，就电路结构而言它与接线装置相关，具体地说：其输出脱扣动作的锁扣37与操作机构的跳闸杆配合联接，以将锁扣37的脱扣动作能直接驱动断路器跳闸。作为脱扣阈值可调的瞬时电磁脱扣器，通常情况下，其电磁系统101的线圈23串联联接在断路器的一个极的主电路中，即串联联接在断路器的一个极的输入接线装置与输出接线装置之间，当线圈23内流过的电流达到或超过设定的脱扣动作电流阈值(以下简称“脱扣阈值”)时，电磁系统101的动铁芯25产生脱扣动作，该脱扣动作通过联接杆17和联接装置102传递给脱扣阈值调节装置103的锁扣37。三个电磁系统101中的任意一个产生脱扣动作均可致使断路器脱扣跳闸。参见图1至4及图7和8，所述的脱扣阈值调节装置103包括固定安装在基座 34上的支架32、枢转安装在支架32上的旋钮11、牵引杆29和微调螺钉13，旋钮11同时调节三个电磁系统101的脱扣阈值，旋钮11的下端部设有齿轮30，牵引杆29以枢转并能轴向移动的方式安装在基座34上，牵引杆29上设有一个可与旋钮11上的齿轮30啮合的齿条31、多个向外伸出的杆15、多个螺纹孔38、一个用于输出脱扣动作的锁扣37和复位限位面36，其中各杆 15分别与所在极的联接装置102配合联接，每个螺纹孔38内安装一个微调螺钉13，所述的复位限位面36与基座34配合，限制牵引杆29在复位状态下作顺时针方向转动，为牵引杆29提供稳定的复位状态。这里所述的“配合联接”是指一种包括接触配合和分离配合的联接，具体参见图3、4：在复位状态下，杆15与联接装置102的直线轮廓面14不接触，从而为调节脱扣阈值留出联接装置102的移动行程；在脱扣过程中，联接装置102的移动带动直线轮廓面14移动，使直线轮廓面14与杆15接触，再由直线轮廓面14驱动杆15动作。旋钮11枢转安装在支架32上的结构如图8所示，它包括同轴设置在支架32上两个开孔63、64、同轴设置在旋钮11上的两个凹进的轴段61、62，所述的两个轴段61和62分别安装在两个开孔63和64内，以构成实现旋钮11的枢转安装的转动副机构。牵引杆29安装在基座34上的结构可采用已知转动轴的支承结构，该结构对牵引杆29具有限制4个自由度的作用，仅允许牵引杆29仍有转动和轴向移动2个自由度。当转动旋钮11时，图8所示的旋钮11的下端部的齿轮30驱动图7所示的牵引杆29上的齿条31，使牵引杆29作轴向移动。当从杆15或锁扣37输入一个动作时，杆15或锁扣37带动牵引杆29转动，牵引杆29的转动实现杆15与锁扣37的绕轴联动。图3所示的微调螺钉13和图8所示的螺纹孔38配对设置，其数量与断路器的极数相等。锁扣37通过与断路器的操作机构的跳闸杆配合联接，将其绕牵引杆29转动的脱扣动作输出给所述的跳闸杆，所述的配合联接的结构是常用的结构。旋钮11的顶端面上设有调节槽35，调节槽35为如图8所示的箭头形状，在基座34的外表面的与箭头相对应的区域设有指示脱扣阈值的标记(图中未示出)，转动旋钮11时，所述的箭头能指向不同脱扣阈值的标记。调节槽35可供工具(例如螺丝刀之类)插入以驱动旋钮11转动。 [0031] 参见图1至6，所述的联接装置102通过导轨副可直线移动地安装在所在极的电磁系统101的磁轭19上，联接装置102上设有与电磁系统101的联接杆17的外端联接且联动的固定槽62、与脱扣阈值调节装置103的杆15配合联接的直线轮廓面14、与脱扣阈值调节装置103的微调螺钉13接触配合的曲线轮廓面33，联接装置102直线移动的方向B与联接杆17的直线移动的方向A平行。在此所述的配合联接同前述含义，所述的“接触配合”是指一种包括接触和分离的配合，具体结合图4、5：在复位状态下，曲线轮廓面33与脱扣阈值调节装置103的微调螺钉13接触；在脱扣过程中，联接装置102的移动同时带动曲线轮廓面33和直线轮廓面14向下移动，使曲线轮廓面33与微调螺钉13分离，然后直线轮廓面14与杆15接触，再由直线轮廓面14驱动杆15动作；在复位过程中，联接装置102的移动同时带动曲线轮廓面33和直线轮廓面14向上移动，使直线轮廓面14与杆15分离，然后曲线轮廓面33与微调螺钉13接触，再由曲线轮廓面33驱动微调螺钉13并带动牵引杆29复位。所述的导轨副为设置在联接装置 102上的两个定位凸台16、16′(参见图5)和设置在磁轭19上的两个导轨槽39(参见图6)，两个定位凸台16、16′分别安装在两个导轨槽39内，导轨槽39为直线槽，以实现联接装置102的可直线移动。参见图5，所述的直线轮廓面14的分布方向C与联接装置102直线移动的方向B垂直，曲线轮廓面33沿分布方向C设有连续变化的落差H。所述的固定槽62与联接杆17的外端172的T形柱端实现联接，并使联接装置102与联接杆17联动。应当能理解到，具有联接并联动的固定槽62完全不同于如ZL200820214752.8专利公开的滑动槽，联接杆17与固定槽62之间没有滑动配合关系，因此它不存在滑动槽结构所导致的各种公知的缺陷。 [0032] 下面结合图1至4说明本发明的多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节装置的脱扣阈值调节操作的过程。在图1和2所示的状态下，操作旋钮11向脱扣阈值小的方向转动，齿轮30驱动牵引杆29上的齿条31，使牵引杆29由图1所示位置向右移动到图4所示的位置，同时微调螺钉13的顶端在联接装置102的曲线轮廓面33上向右滑动，并驱动联接装置102由图1所示位置向下移动到图4所示的位置，同时联接装置102带动联接杆17和动铁芯25由图1所示位置向下移动到图4所示的位置，使第二间隙L2的厚度变小为L20′、第一间隙L1的厚度增大到L10′，同时复位弹簧24的高度变低、弹力增大。反之，在图3和4所示的状态下，操作旋钮11向脱扣阈值由小向大的方向转动，便可使各动作件回到图1和2所示的状态。 [0033] 下面结合图1至4进一步说明本发明的多极电磁脱扣器的短路保护动作电流调节装置的脱扣动作过程。当流过线圈23的电流达到或超过设定的脱扣阈值时，由线圈23的自感磁能所致的动铁芯25与第二静铁芯21之间的电磁吸引力克服复位弹簧24的弹力向第二静铁芯21方向移动，直至动铁芯25与第二静铁芯21吸合，动铁芯25的移动带动联接杆17向下移动，联接杆17的向下移动带动联接装置102向下移动，联接装置102的向下移动带动其上的直线轮廓面14向下移动，直线轮廓面14与脱扣阈值调节装置103的牵引杆29上的杆15接触配合，直线轮廓面14的向下移动驱动杆15，从而带动牵引杆29作逆时针方向(如图3和4所示的转动方向)的转动，牵引杆29的逆时针转动带动锁扣37逆时针转动，锁扣37的逆时针转动致使操作机构脱扣、断路器跳闸。断路器跳闸后，线圈23内的电流为0，线圈23失去磁能，动铁芯25与第二静铁芯21失去电磁吸引力，动铁芯25在复位弹簧24的弹力作用下向上移动，动铁芯25的向上移动带动联接杆17和联接装置102复位，联接装置102的复位带动其上的曲线轮廓面33向上移动，曲线轮廓面33的向上移动驱动牵引杆29上的微调螺钉13向上移动，微调螺钉13的向上移动带动牵引杆29作顺时针方向转动，直至牵引杆29上的限位面36受到基座34的限制，电磁系统101、联接装置102和牵引杆29上的与脱扣动作相关的运动件及运动部位进入稳定的复位状态。 [0034] 下面结合图1至4进一步说明本发明的脱扣阈值可调的电磁脱扣器的初始脱扣阈值的微调过程：在复位状态下，操作微调螺钉13使其转动，可微调联接装置102的上下移动，以实现初始的实际脱扣动作电流值与设定的脱扣阈值的一致性以及各极之间的实际脱扣动作电流值的一致性。由于采用了能量平衡原理，使得各极的实际脱扣动作电流值与设定的脱扣阈值之间的对应具有较高的精度，因此，只要初始的实际脱扣动作电流值与设定的脱扣阈值一致，即可保证在不同的脱扣阈值状态下，各极的实际脱扣动作电流值与设定的脱扣阈值之间的对应均具有较高的精度。 [0035] 应该理解到的是，上述各实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。例如，图1至图8给出的实施例并不限于三极的情况，它的极数与安装在基座34上的电磁系统101和用于脱扣阈值调节装置103与电磁系统101之间传动的联接装置102的配置数量相一致，而基座34和脱扣阈值调节装置103是公用的。 |
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