用于电气保护的装置的制作方法

1.本公开涉及一种用于提供电气保护的装置。特别地，本公开涉及一种用于在包括一个或多个电机单元的设备处提供电气保护的装置。


背景技术：

2.例如手动搅拌机、切碎机或榨汁机之类的家用电器的电动马达作为将电能转换为机械能的能量转换器来操作。对于这些家用电器中的一些，电气可能在操作期间被阻塞，例如，由于被搅拌的食物的高粘度和/或食物中的固体颗粒和/或错误使用，手动搅拌机的(多个)组件可能被阻塞。被阻塞的(多个)组件将导致驱动电动马达被阻塞。
3.根据安全规定，当转子被阻塞时不得超过最高绕组温度。对于手持器具、必须用手或脚保持开启的器具以及用手连续加载的器具，可以通过使用可以在不超过被允许绕组温度的情况下被锁定30秒或者在超过被允许绕组温度之前将其关闭的电机来满足安全标准。


技术实现要素：

4.如上面所提及，解决电动马达过热问题的方法之一是使用被构造为在不超过最高绕组温度的情况下被锁定30秒的电动马达。然而，该技术需要一定质量的磁线材料以及用于绕组和转子叠片的电机/定子材料。此外，还需要熔断器以在大电流故障状况下(例如整流器短路)切断电源。解决此问题的另一种方法是使用切断元件，该切断元件可以在达到最高绕组温度之前起作用以切断电动马达处的被锁定转子的电流。这种方法包括用于切断流向被锁定转子的电流的温度切断(tco)电阻器或正温度系数(ptc)电阻器，以及用于在大电流故障状况下(例如整流器短路)切断电源的熔断器。解决此问题的另一种方法是仅使用熔断器来切断被锁定转子的电源。然而，由于分断能力(breaking capacity)低，这种场景中的熔断器的特性通常不能可靠地切断大电流故障状况(例如整流器短路)。
5.如上面所指出，当前可用的解决方案需要付出巨大的努力(以及成本)才能满足安全标准的要求。因此，使用低成本组件来防止在包括电机单元的设备处的被锁定转子过热将是有利的。
6.为了更好地解决前面提到的一个或多个问题，在第一方面，一种用于在包括电机单元的设备处提供电气保护的设备。该装置包括：连接到电机单元的第一熔断器，第一熔断器具有第一分断能力、第一组时间-电流特性和第一额定值；连接到第一熔断器和电机单元的第二熔断器，第二熔断器具有第二分断能力、第二组时间-电流特性和第二额定值，其中第二组时间-电流特性与第一组时间-电流特性不同，并且第二额定值与第一额定值不同，其中第一熔断器和第二熔断器串联连接，其中第一熔断器的第一分断能力的值被设置为使得在大电流故障状况下，第一熔断器在第二熔断器之前起作用以中断电流，并且其中第二熔断器的第二组时间-电流特性的值被设置为使得在电机单元的被锁定转子状况下，第二熔断器在电机单元达到最高绕组温度之前起作用以中断电流。
7.在一些实施例中，第二额定值可以低于第一额定值。
8.在一些实施例中，第二分断能力可以低于第一分断能力。
9.在一些实施例中，第一分断能力可以在1200a到1800a之间的范围内，并且第二分断能力可以在25a到45a之间的范围内。
10.在一些实施例中，该装置还可以包括布置在第一熔断器和第二熔断器之间的开关或电子控制电路。
11.在一些实施例中，该装置还可以包括连接到电机单元的整流器单元，该整流器单元被配置为向电机单元提供整流电压。
12.在一些实施例中，提供了一种包括如本文所述的装置的设备，该设备还包括电机单元。该设备可以是以下设备中的一个：电动搅拌机、电动切碎机、电动榨汁机和电动食品加工机。
13.根据上述方面和实施例，解决了现有技术的限制。特别地，上述方面和实施例使得包括被锁定转子状况和高电流故障状况的电机故障场景能够通过包括熔断器布置的装置来有效地解决。上述实施例提供了一种为配备有电机驱动组件的器具提供电气保护的低成本且有效的方式。
14.因此，提供了一种用于在包括电机单元的设备处提供电气保护的改进装置。本公开的这些和其他方面将从下文描述的实施例中变得明显并且参考下文中描述的实施例来阐明。
附图说明
15.为了更好地理解实施例，并且为了更清楚地示出它们可以如何实施，现在将仅通过示例的方式对附图进行参考，其中：
16.图1是根据一个实施例的包括用于提供电气保护的装置的设备的框图；
17.图2是根据另一个实施例的用于提供电气保护的装置的电路图；
18.图3a是图示在图2的装置处的被锁定转子场景中的电流流动的电路图；
19.图3b是图示在图2的装置处的整流器单元短路场景中的电流流动的电路图；和
20.图4是根据另一个实施例的用于提供电气保护的装置中的第一熔断器和第二熔断器的时间与电流的曲线图。
具体实施方式
21.如上面所指出，提供了一种解决现有问题的改进装置。
22.图1示出了根据实施例的包括装置100的设备200的框图，装置100能够被用于在设备200处提供电气保护。装置100包括第一熔断器110、第二熔断器120、开关130和整流器单元140。设备200包括电机单元210。设备200可以是电动搅拌机、电动切碎机、电动榨汁机或电动食品加工机。
23.第一熔断器110被连接到设备200的电机单元210。第一熔断器100具有第一分断能力、第一组时间-电流特性和第一额定值。第二熔断器120被连接到第一熔断器110和电机单元210，并且具有第二分断能力、第二组时间-电流特性和第二额定值。第二熔断器120的第二组时间-电流特性与第一组时间-电流特性不同，并且第二额定值与第一额定值不同。第一熔断器110和第二熔断器120串联连接。在一些实施例中，第二额定值可以低于第一额定
值。此外，在一些实施例中，第二分断能力可以低于第一分断能力。例如，第一熔断器110的第一分断能力可以在1200a和1800a之间的范围内，而第二分断能力可以在25a和45a之间。
24.第一熔断器110的第一分断能力的值被设置为使得在高电流故障状况下，第一熔断器110在第二熔断器120之前起作用以中断电流，或者在第二熔断器120不能永久地中断电流的情况下中断电流(例如，如果电流高于第二熔断器的分断能力)。在一些实施例中，第一熔断器110的分断能力(即第一分断能力)可以根据ice出版物60127，其为1500a，并且第二熔断器120的分断能力(即第二分断能力)可以根据ice出版物60127，其为25a。第二组时间-电流特性的值被设置为使得在电机单元210的被锁定转子状况下，第二熔断器120在电机单元达到最高绕组温度之前起作用以中断电流210。
25.开关130被布置在第一熔断器110和第二熔断器130之间。虽然在图1中，开关130被示为装置100的组件，但是应当了解，在其他实施例中，开关可以被实现为设备200的组件而不是装置100的组件。还将了解，在一些实施例中，装置100或设备200可以不包括开关130。
26.整流器单元140被配置为向设备200的电机单元210提供整流电压。虽然在图1中整流器单元140被示为装置100的一个组件，但是应当了解，在其他实施例中，整流器单元140可以被实现为设备200的组件而不是装置100的组件。还将了解，在一些实施例中，装置100或设备200可以不包括整流器单元140。
27.应当了解，图1仅示出了说明装置100和设备200的一个方面所需的组件，并且在实际实现中，装置100可以包括所示组件的备选或附加组件。例如，在一些实施例中，电机单元可以是装置100的组件。例如，在一些实施例中，代替开关，装置可以包括被配置为控制电路中的电流流动的控制单元(例如，电子控制电路)，该控制单元被连接到第一熔断器110和第二熔断器120。具体地，控制单元可以被布置在第一熔断器110和第二熔断器120之间，或者它可以被布置在第二熔断器120和设备200的电机单元210之间。控制单元也可以被实现为设备200的组件而不是装置100的组件。
28.图2是根据另一个实施例的用于提供电气保护的装置的电路图。将参考图3a和图3b来解释图2中的图表所表示的电路的功能性，图3a和图3b分别图示了在图2的装置处的被锁定转子场景中以及在图2的装置处的整流器单元短路场景中的电流流动。
29.如图2中所示，这个实施例中的装置包括第一熔断器f1、第二熔断器f2、开关sw、形成整流器单元的多个整流二极管(第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4)、表示电机单元的端子m 和m-、以及表示电源的端子l和n。在本实施例中，电机单元(由端子m 和m-表示)是直流(dc)电机单元。在图3a和图3b中所图示的两种场景中，开关sw都闭合以允许电流流动。
30.同样如图2中所示，第一熔断器f1、第二熔断器f2和开关sw串联连接。第一熔断器f1具有第一分断能力、第一组时间-电流特性和第一额定值。第二熔断器f2具有第二分断能力、第二组时间-电流特性和第二额定值。第二组时间-电流特性与第一组时间-电流特性不同，第二额定值与第一额定值不同。更详细地，第一分断能力的值被设置为使得在高电流故障状况下，第一熔断器f1在第二熔断器f1之前起作用以中断电流，并且第二组时间-电流特性的值被设置为使得在电机单元的被锁定转子状况下，第二熔断器f2在电机单元达到最高绕组温度之前起作用以中断电流。第一分断能力的示例范围可以是1200-1800a，并且第二分断能力的示例范围可以是25-45a。为了便于说明，本实施例中的第一熔断器f1具有比第
二熔断器f2(第二分断能力)更高的分断能力(第一分断能力)。
31.在本实施例中，开关sw被布置在第一熔断器f1和第二熔断器f2之间，以使得可以通过开关sw的打开和闭合来手动中断电流。由多个二极管d1、d2、d3、d4表示的整流器单元被配置为向电机单元提供整流电压。如上面参考图1所提及的，开关sw和整流器单元可以是可选的，并且因此在备选实施例中，这些组件可以不存在于电路布置中。
32.参考图3a，当装置处存在被锁定转子场景时，通过电路的电流路径由端子l和n之间的电路图中的虚线来表示。更详细地说，经由端子m 和m-以及整流器单元的第二二极管d2和第三二极管d3，电流通过电机单元。电流还通过第一熔断器f1和第二熔断器f2，以及两个熔断器之间的开关sw。如上面所解释的，由于第二熔断器f2具有比第一熔断器f1更低的分断能力，因此第二熔断器f2由于被锁定转子电流的增加而跳闸。
33.参考图3b，当电路的整流器单元短路时，通过电路的电流路径由端子l和n之间的电路图中的虚线表示。更详细地说，在这种场景中，整流器单元中存在短路，特别地第一二极管d1。电流不通过电机单元，而是经由第一二极管d1和第三二极管d3而通过整流器单元。电流还通过第一熔断器f1和第二熔断器f2，以及两个熔断器之间的开关sw。由于在这种情况下存在高过载电流，因此第一熔断器f1在第二熔断器f2之前跳闸。这是由于第一熔断器f1的时间-电流特性被设置为使得超过某个电流阈值时，第一熔断器f1在第二熔断器f2之前跳闸，而在某个电流阈值之下，第一熔断器f1在第二熔断器f2之后跳闸。更详细地说，由于高过载电流超过了与两个熔断器f1和f2的时间-电流特性相关联的特定电流阈值，所以第一熔断器f1在第二熔断器f2之前跳闸。与两个熔断器的时间-电流特性相关联的电流阈值可以基于电机单元和实现该装置的设备的特性来确定(或预先确定)。
34.参考图4更详细地解释图2、图3a和图3b中所图示的装置的电路布置的操作，特别是第一熔断器f1和第二熔断器f2的时间-电流特性。
35.图4是根据另一个实施例的用于提供电气保护的装置中的第一熔断器和第二熔断器的时间与电流的曲线图。为了说明的目的，将参考图2、图3a和图3b中的图所表示的电路中的组件来解释图4的曲线图。
36.第一熔断器f1的时间-电流特性，即第一组时间-电流特性，和第二熔断器f2的时间-电流特性，即第二组时间-电流特性，分别在曲线图中用不同的样式虚线来表示并在曲线图的图例中被标记为“熔断器f1”和“熔断器f2”。图3a和图3b所表示的两种不同场景中的电路中的电流变化分别用实线来表示，并在曲线图中被标记为(带箭头)“情况“被锁定转子
””
和“情况“高过载电流
””
(例如，当存在整流器单元短路时)。“高过载电流”意指发生短路时的情形，例如整流器单元短路发生时电流在电路中流动。参考图3b，这是“高过载电流”情形的典型情况。
37.参考表示在“情况“被锁定转子
””
的场景中的电路中的电流变化的实线，在t＝0.1到t＝10期间，电流从8a的值开始下降到3.5a左右，并且在此期间，表示电路中的电流变化的实线与表示第二熔断器f2的时间-电流特性的虚线相交。如图4的曲线图中的箭头所标记的，在这两条线的交点处，第二熔断器f2跳闸并开始熔化。由于这种场景中的电流变化总是低于第一熔断器f1的分断能力(即表示电流变化的实线与表示第一熔断器f1的时间-电流特性的虚线不相交)，因此在本公开的至少一些实施例中，第一熔断器f1在“被锁定转子”的情况下不受影响。
38.参考表示在“情况“高过载电流”的场景中的电路中的电流变化的实线，在t＝0.1s到t＝0.4s期间，电流保持在13-15a左右的相同高值，并且在这个时间期间，表示电路中的电流变化的实线与表示第一熔断器f1在t＝0.1s和t＝0.2s之间的时间段期间的时间-电流特性的虚线相交。如图4的曲线图中的箭头所标记的，在这两条线的交点处，第一熔断器f1跳闸并开始熔化。
39.还应注意，在t＝0.4s附近，表示电路中的电流变化的实线也与表示第二熔断器f2的时间-电流特性的虚线相交。然而，在第一熔断器f1和第二熔断器f2串联连接的实现中，当电路处于高电流故障状态时，在第二熔断器f2受到影响之前，第一熔断器f1将跳闸并熔断以中断电流流动。例如，如曲线图中所示，第一熔断器f1将在t＝0.1s到t＝0.2s左右跳闸，而第二熔断器f2将在t＝0.4s左右跳闸(假设电流仍在流动)。由于一旦第一熔断器f1跳闸，电流将被中断，因此在大电流故障状况下，第二熔断器f2将保持不受影响。
40.因此，提供了一种改进的用于提供电气保护的装置，它克服了现有的问题。
41.通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施这一事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何参考符号不应被解释为限制范围。