用于断路器的转动参数检测装置和断路器的制作方法

1.本发明属于断路器技术领域，尤其涉及一种用于断路器的转动参数检测装置和断路器。


背景技术：

2.断路器用来关合和开断高低压线路中的电流，绝大部分低压断路器通过转轴的转动来实现动触头和静触头的分离或闭合，从而实现高低压线路中电流的开断或关合。断路器是否能够在较短的时间内实现电流的关合或开断，与转轴的转动速度、转动角度等设计参数密切相关，这些设计参数能够有效地反映断路器的机械性能。目前，通常采用人工定期检查的方式来检查断路器的工作性能，然而这种方式无法检测出断路器的转动参数。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供一种用于断路器的转动参数检测装置和断路器，能够实时检测出断路器的转动参数。
4.第一方面，本发明实施例提供一种用于断路器的转动参数检测装置，所述断路器包括动触头和静触头，还包括用于驱动所述动触头向远离或靠近所述静触头运动的转轴；所述转动参数检测装置包括：
5.转动感知模组，包括磁体和骨架，所述骨架绕制有绕组，所述磁体和所述骨架中的一者设置于所述转轴的端面，另一者与所述转轴间隔设置；
6.信号处理模组，包括a/d转换模块和数据处理模块，所述a/d转换模块的输入端与所述绕组电连接，所述a/d转换模块的输出端与所述数据处理模块电连接，
7.其中，所述转轴转动时，所述磁体相对所述骨架转动，所述绕组输出第一电压信号，所述a/d转换模块将所述第一电压信号转化为第二电压信号并输出至所述数据处理模块，所述数据处理模块根据所述第二电压信号计算得到转动参数，所述转动参数包括转速和转动角度中的至少一项。
8.第二方面，本发明实施例提供一种断路器，包括：
9.用于驱动动触头向远离或靠近静触头运动的转轴；和
10.第一方面所述的转动参数检测装置。
11.本发明实施例中，通过为断路器设置转动参数检测装置，在断路器的转轴转动时，转动感知模组可随转轴转动生成电压信号，信号处理模组可根据电压信号计算得到转轴的转动参数。可见，本发明实施例能够实现断路器转动参数的实时检测。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1是本发明实施例提供的转动感知模组装配于断路器的结构示意图；
14.图2是本发明实施例提供的一种转动感知模组的结构示意图；
15.图3是本发明实施例提供的一种信号处理模组的结构示意图；
16.图4是本发明实施例提供的另一种信号处理模组的结构示意图；
17.图5是本发明实施例提供的另一种转动感知模组的结构示意图。
具体实施方式
18.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本发明，而不是限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
19.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
20.如图1所示，断路器10包括静触头11和动触头12，静触头11和动触头12组成触头对，动触头12可安装于支撑件13。断路器10还包括转轴14，转轴14可通过连杆机构15与支撑件13连接，转轴转动时，可推动连杆机构15驱动支撑件13运动，从而带动动触头12运动。具体的，当断路器10需要合闸时，使动触头12向靠近静触头11的方向运动，动触头12与静触头11闭合；当断路器10需要开闸时，使动触头12向远离静触头11的方向运动，动触头12与静触头11分离。
21.在整个过程中，断路器10的动触头12在小范围内运动，转轴14转动的角度一般较小，例如，转轴14转动的角度一般不超过45
°
，但断路器10需要在较短的时间内实现合闸或开闸，因此，需要确保动触头12以较快的速度运动，动触头12的运动速度与转轴14的转动速度成正相关的关系。
22.为了能够监测断路器10的工作性能，可通过检测转轴14的转动参数来实现，本发明实施例在于通过设置转动参数检测装置来实现转轴14转动参数的检测。
23.如图1至图4所示，转动参数检测装置包括：
24.转动感知模组20，包括磁体21和骨架22，骨架22绕制有绕组(未示出)，磁体21和骨架22中的一者设置于转轴14的端面，另一者与转轴14间隔设置；
25.信号处理模组30，包括a/d转换模块31(图中表示为“a/d”)和数据处理模块32(图中表示为“mcu”)，a/d转换模块31的输入端与绕组的输出端23电连接，a/d转换模块31的输出端与数据处理模块32电连接，
26.其中，转轴14转动时，磁体21相对骨架22转动，绕组的输出端23输出第一电压信号，a/d转换模块31将第一电压信号转化为第二电压信号并输出至数据处理模块32，数据处
理模块32根据第二电压信号计算得到转动参数，转动参数包括转速和转动角度中的至少一项。
27.在一些实施例中，磁体21设置于转轴14的端面，骨架22与转轴14间隔设置，这样，磁体21作为随动件可跟随转轴14一起转动，而骨架22可始终保持静止状态。
28.在一些实施例中，骨架22设置于转轴14的端面，磁体21与转轴14间隔设置，这样，骨架22作为随动件可跟随转轴14一起转动，而磁体21可始终保持静止状态。
29.无论采用上述何种方式，在转轴14转动的过程中，骨架22上的绕组切割磁体21的磁力线，产生感应电动势，绕组的输出端23输出第一电压信号，该第一电压信号的电压值与转轴14的转速成正比。
30.绕组的输出端23输出的第一电压信号作为信号处理模组30的输入，第一电压信号经a/d转换模块31转换后生成第二电压信号，并输出至数据处理模块32进行处理与修正，可得到转速和转动角度中的至少一项。数据处理模块32可以为微控制单元(micro controller unit，简称mcu)。
31.本发明实施例中，通过为断路器10设置转动参数检测装置，在断路器10的转轴14转动时，转动感知模组20可随转轴14转动生成电压信号，信号处理模组30可根据电压信号计算得到转轴14的转动参数。可见，本发明实施例能够实现断路器10转动参数的实时检测。
32.在一些实施例中，数据处理模块32包括转速计算单元和积分单元，其中，转速计算单元根据第二电压信号计算得到转速，积分单元对第二电压信号进行积分得到转动角度。
33.该实施方式中，数据处理模块32可以根据第二电压信号进行如下两种处理：其一，可根据第二电压信号计算得到转轴14的转速，其二，可对第二电压信号进行积分运算，得到与角度成正比的电压信号，从而计算得到转轴14的转动角度。这样，通过数据处理模块32同时得到了转轴14的转速和转动角度。
34.在一些实施例中，如图4所示，a/d转换模块31包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，第一输入端与绕组的输出端23电连接，第一输出端和第二输出端均与数据处理模块32电连接；
35.信号处理模组30还包括积分器33，积分器33的输入端与绕组的输出端23电连接，积分器33的输出端与第二输入端电连接，
36.其中，第二电压信号经由第一输出端输出至数据处理模块32，数据处理模块32根据第二电压信号计算得到转速；
37.积分器33对第一电压信号进行积分得到第三电压信号，a/d转换模块31还将第三电压信号转化为第四电压信号，第四电压信号经由第二输出端输出至数据处理模块32，数据处理模块32根据第四电压信号计算得到转动角度。
38.该实施方式中，第一电压信号一方面可经a/d转换模块31转换后输出至数据处理模块32进行处理与修正，此时可得到转轴14的转速；第一电压信号另一方面可经积分器33转化为与角度成正比的电压信号，再经a/d转换模块31转换后输出至数据处理模块32进行处理与修正，此时可获得转轴14的转动角度。具体如下：
39.根据电磁感应原理，永磁体21产生的磁力线切割绕组产生感应电动势。在磁体21的转动角度的范围内，绕组的磁通量不变，感应电动势与磁体21的转速成正比，与磁体21的转速有关的计算公式如下：
40.e＝nbsv
41.其中，n为绕组的匝数，b为磁感应强度，s为绕组的截面面积，v为相对运动速度。
42.对电动势进行时间积分，可获得与转动角度成正比的转动角度的参考量，转动角度的计算公式如下：
[0043][0044]
其中，c为转动角度调整系数，出厂时可根据实测进行初始化标定。
[0045]
这样，同时得到了转轴14的转速和转动角度。
[0046]
在得到了转轴14的转速和转动角度之后，可以根据转轴14的转速和转动角度对断路器的机械性能进行评估。
[0047]
在一些实施例中，数据处理模块32还可与积分器33电连接，这样，在转轴14一次转动之后，数据处理模块32可向积分器33发送初始化控制信号，以对积分器33进行初始化。
[0048]
在一些实施例中，信号处理模组30还包括信号放大器34，a/d转换模块31的输入端经由信号放大器34与绕组的输出端23电连接。
[0049]
该实施方式中，感应电动势的信号一般较弱，也就是说，第一电压信号一般较弱，基于此，通过设置信号放大器34，能够将绕组23产生的第一电压信号放大，例如，可放大至5v左右(-5v～5v)。该实施方式中，通过对第一电压信号进行放大，有利于提高后续电压信号的转化、处理与修正的精准度和灵敏度，从而有利于提高转轴14转动参数的检测精准度。
[0050]
以下对转动感知模组20的其他方面进行说明。
[0051]
转动感知模组20包括磁体21和骨架22。磁体21可以为单磁体21，也可以为多个磁体21的组合。磁体21的磁极面可以是平面，也可以是圆弧面。骨架22可以为圆弧形绝缘件，但不限于圆弧形，例如可以由多段骨架22组合形成。以骨架22为圆弧形为例，骨架22的圆心角决定了检测角度的范围，一般的，圆心角不小于转轴14的最大转动角度，例如，圆心角可以在45
°
至180
°
之间。绕组可以由带有绝缘皮的导线绕制于骨架22形成，绕线可尽量均匀。
[0052]
在一些实施例中，磁体21设置于转轴14的端面，磁体21的磁极面与转轴14的端面垂直。
[0053]
作为示例，磁体21的n极所在的磁极面与s极所在的磁极面平行，磁体21的形状可以为长方形，但不限于长方形。以磁体21的一个磁极面为笛卡尔坐标系的xy平面，磁体21中心为坐标原点，z轴垂直于磁体21极面。
[0054]
该实施方式中，磁体21作为随动件跟随转轴14转动，而骨架22可保持静止，例如，骨架22可设置于某个固定的支架上，或者，骨架22可设置于断路器10的壳体上，等等。将磁体21的磁极面与转轴14的端面垂直，可使磁体21的磁力线的方向随转轴14转动而变化，从而能够使骨架22上的绕组切割磁体21的磁力线，产生感应电动势。
[0055]
该实施方式中，由于骨架22可保持静止，因此，绕组的输出端23也可保持静止，相比于将骨架22设置于转轴14的端面，绕组与信号处理模组30之间的相对位置可保持不变，这能够提高绕组的输出端23与信号处理模组30之间电连接的稳定性，从而能够提高转动参数检测装置的整体稳定性。
[0056]
在一些实施例中，磁体21的转动中心轴与转轴14的转动中心轴重合。这样，在转轴14转动过程中，磁体21不会发生偏摆，转轴14也就不会受到磁体21的偏摆力，这有利于使转
轴14保持在较佳的工作状态。
[0057]
在一些实施例中，骨架22的中心轴与磁体21的转动中心轴重合。这样，骨架22所在的磁场强度不会因磁体21转动而发生明显的变化，因此，绕组的磁通量不会因磁体21转动而发生明显的变化，从而有利于提高转轴14转动参数的检测精准度。
[0058]
在一些实施例中，骨架22的形状为圆弧形，骨架22的圆心角大于或等于45
°
。例如，骨架22的圆心角为60
°
、90
°
或180
°
等等。
[0059]
在一些实施例中，如图5所示，骨架22包括第一子骨架221和第二子骨架222，第一子骨架221和第二子骨架222以磁体21的转动中心轴为对称轴对称设置，第一子骨架221绕制有第一绕组(未示出)，第二子骨架222绕制有第二绕组(未示出)，第一绕组的绕线方向与第二绕组的绕线方向相反。
[0060]
第一绕组的输出端231和第二绕组的输出端232均与信号处理模组30电连接。
[0061]
由于第一子骨架221和第二子骨架222以磁体21的转动中心轴为对称轴对称设置，因此，第一绕组产生的感应电动势等于第二绕组产生的感应电动势，这样，可使输出的电压信号增强，从而有利于提高转轴14转动参数的检测精准度。
[0062]
在一些实施例中，第一子骨架221和第二子骨架222的圆心角均为180
°
，第一子骨架221的端部与第二子骨架222的端部连接。这样，第一子骨架221和第二子骨架222围合成圆环形的骨架22。
[0063]
综上，本发明实施例通过为断路器10设置转动参数检测装置，在断路器10的转轴14转动时，转动感知模组20可随转轴14转动生成电压信号，信号处理模组30可根据电压信号计算得到转轴14的转动参数。可见，本发明实施例能够实现断路器10转动参数的实时检测。
[0064]
如图1至图5所示，本发明实施例还提供一种断路器10，包括：
[0065]
用于驱动动触头12向远离或靠近静触头11运动的转轴14；和
[0066]
转动参数检测装置。
[0067]
需要说明的是，上述转动参数检测装置的实施例的实现方式同样适应于该断路器10的实施例中，并能达到相同的技术效果，为避免重复，在此不再赘述。
[0068]
根据本发明实施例的断路器的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
[0069]
还需要说明的是，本发明实施例的转动参数检测装置不仅适用于断路器，还可以适用于其他需要检测转动参数的电器产品。
[0070]
应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。