CN101390180A - 磁致伸缩的电开关装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种电开关装置，所述电开关装置具有至少一个接触点，所述接触点具有至少一个驱动装置，所述电开关装置直接打开和/或通过具有闩锁点的开关机构打开所述接触点，其中所述驱动装置具有带预定形状的部件，所述部件由形状记忆合金制成，所述形状记忆合金在电磁场影响下改变其形状并由此打开或闭合接触点或双接触点，或者使开关机构解锁。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个接触点的电开关装置，该电开关装置直接借助致动器打开或者通过具有闩锁点的开关机构打开，其中该致动器打开闩锁点和/或接触点。
背景技术
在这种意义下的电开关装置为线路断路器、漏电断路器、动力电路断路器等，以及接触器。
在线路断路器的情况下，设置了具有闩锁点的开关机构，一方面，闩锁点通过热敏释放装置(例如，通过双金属条或形状记忆合金条)解锁从而打开接触点；另一方面，如果发生过电流，热敏释放装置则会跳闸。因为线路断路器还需要断开短路，所以还设置了具有线圈、磁轭、磁芯和电枢的电磁释放装置；该电枢可通过心轴或杆撞击线路断路器的接触杆，并且通过滑动件形式的连接驱动闩锁点，使得一旦接触杆打开，该接触杆就因闩锁点的解锁而通过电枢保持在打开状态。线路断路器必须在带负荷或者在发生短路电流的情况下进行其作业。
上述内容同样也适用于电力电路断路器。然而，在电力电路断路器的情况下，接触点由双接触点取代，其中设置了通过接触杆桥接的两个固定接触件。如果发生短路，则该接触杆会通过电磁释放装置进入打开状态，并且同时释放闩锁点；与线路断路器的情况一样，由于过电流，可利用热敏释放装置的弯曲打开闩锁点。
漏电断路器具有在发生漏电时打开接触点的任务。因为漏电通常在几毫安培范围内，所以如同对线路断路器的预期一样，电磁释放装置至少不能用在独立于系统电压而跳闸的情况中。通过漏电变压器探测漏电的发生，其中导线形成初级线圈。连接在电磁释放装置上的次级线圈与变压器关联。这种释放装置通常具有U形磁轭，磁轭的翼部末端被铰接的电枢覆盖，借助弹簧使该电枢持续朝断开方向运动。永磁体与磁轭关联，其中永磁体在磁轭中产生稳定的磁通量，由此使电枢保持在闭合位置，也就是保持在电枢停留在磁轭翼部末端上的位置。借助与磁轭关联并且包围磁轭翼部或腹板之一的线圈，将由变压器次级线圈产生的电压转换成磁通量，该磁通量的方向与永磁体产生的磁通量的方向相反。结果，对电枢的吸引力减小并且该电枢被弹簧移至打开位置，由此通过连接在电枢上的销使闩锁机构解锁，从而使漏电断路器的开关触点移至打开位置。这种释放装置的问题在于，由于环境影响或其它影响，在电枢所脱离的磁轭面上可能存在吸附作用，所以铰接电枢有时不能打开，从而使得漏电断路器甚至在发生漏电时也不能跳闸。由于这种释放装置的敏感性，还需要将其插入需要与周围环境密封的壳体中。然而，无法防止湿气等通过使销通向外部的开口进入壳体。因此，所有漏电断路器制造者都推荐通过按压测试按钮来测试漏电；借助测试按钮来模拟在次级线圈中和在与磁性释放装置关联的线圈中产生跳闸电流的漏电，从而断开漏电断路器。
还使用所谓的保持磁体释放装置来代替这种永磁体释放装置。在这种保持磁体释放装置的情况下，设置了具有较窄截面的磁轭，在发生漏电时，较窄截面中的材料达到磁性饱和，从而使电枢借助弹簧脱离磁轭。
在任何情况下，这种电磁释放装置的实施例都非常复杂。
仅用于接通和断开的电开关装置称为接触器，其通常具有与电枢关联的U形或E形磁芯和与磁轭关联的线圈，在电流通过时线圈吸引电枢或者使电枢下落，从而打开或者闭合接触点。一般来说，在这些接触器的情况下，设置了总是用接触杆桥接的双接触点。
所有驱动器类型通常是完全不同的，只有线路断路器与电力电路断路器具有相似之处。然而，用于漏电断路器的释放装置既不适合接触器也不适合线路断路器；相反，至少在释放装置用来独立于系统电压起作用时，可容纳于线路断路器中的电磁释放装置不适合漏电断路器。
发明内容
本发明的目的是提供一种释放装置，该释放装置可用于所有类型的这种开关装置，在这种情况下，其基本构造应当相同，并且仅根据电流水平进行变型。
根据本发明权利要求1的特征实现上述目的。
因此，根据本发明，致动器包括预定长度的部件，所述部件由在电磁场影响下改变长度的形状记忆合金制成。
在这种情况下，所述部件的位置紧邻产生电磁场的装置，以使该电磁场影响所述部件。
在另一种优选结构中，所述产生电磁场的装置为线圈，其包围所述呈细长心轴形的部件。
WO 98/08261已经描述了这种形状记忆合金；参见第2-5页，第二节结尾。该文献还说明了在何种电场强度下材料起作用；但暂时没有提到任何应用。
以公开号WO 99/45631公开了描述这种形状记忆合金的另一份文献。
在进一步的从属权利要求中给出了本发明的其它优选结构和改进形式。
附图说明
下面参考附图更详细地说明和描述本发明、本发明的其它优选构造和改进形式以及本发明的其它优点，在附图中示出了本发明的几个示例性实施例，其中：
图1示意性示出处于接通状态的开关装置；
图2示出处于断开状态的图1所示的开关装置；
图3示意性示出漏电断路器；
图4示意性示出处于接通状态的接触器；
图5示出用于电开关装置的远程驱动装置；以及
图6示出根据本发明其它实施例的远程驱动装置。
具体实施方式
参考图1。
图1示意性示出带有壳体2、电磁释放装置20和开关机构36的处于未跳闸状态的开关装置1。图2示出处于跳闸状态的图1所示的开关装置，其中相同或相似的功能组件或部件由同一附图标记表示。电流通路经由活动绞合线18、安装在接触杆支座12中的接触杆10、包括位于接触杆10上的活动接触件6和固定接触件8的接触点4以及跳闸线圈22在输入夹紧件14与输出夹紧件16之间延伸。在图1所示的开关位置中，接触点4是闭合的。磁轭40还通过凸耳形中间件42与跳闸线圈22和固定接触件8连接。
在一些开关装置中还附加地包括没有示出的热敏释放装置，并且该热敏释放装置在发生过电流时作用于开关机构，从而使所述开关机构永久性地打开接触点。
电磁释放装置20包括跳闸线圈22和跳闸电枢24，在这种情况下，该跳闸电枢呈杆状并且设置在跳闸线圈22的内部，使得该线圈的纵轴线与跳闸电枢的纵轴线重合。
首先，跳闸电枢24的第一固定端24’保持在与壳体2连接的跳闸电枢支座28中。跳闸电枢24的第二自由端24”与冲杆26操作连接。在这种情况下，操作连接表现为互锁连接，但是作为另外一种选择，操作连接也可以采用摩擦锁合或粘合。
跳闸电枢24的自由端24”具有槽口25，安装在跳闸杆支座32中的跳闸杆30例如利用位于其第一自由端30’处的叉形件接合在该槽口中。跳闸杆30的第二自由端30”接合在滑动件34的切口35中，该滑动件通过作用线38操作连接在开关机构36上。
跳闸电枢24包括基于镍、锰和镓的铁磁性形状记忆合金。这种铁磁性形状记忆合金通常是已知的并且是可获得的；例如，由芬兰AdaptaMat Ltd.公司制造并销售的铁磁性形状记忆合金。在根据本发明的开关装置中使用的铁磁性形状记忆合金的典型成分由结构式Ni65-x-yMn20+xGa15+y规定，其中x在3原子百分数至15原子百分数之间，y在3原子百分数至12原子百分数之间。本文所用的铁磁性形状记忆合金具有以下特性：在其马氏体相(材料在热转变温度以下时所处的相)中，在微观等级的外部磁场的作用下，发生双晶体结构的两个晶体结构变体之间的转变，宏观上这种转变与形状变化相关联。在本文所选的跳闸电枢的实施例中，形状变化包括在杆的纵轴线方向上的线性伸长。
在本文所用的铁磁性形状记忆合金情况下，热转变温度在室温附近并且可通过在上述范围内改变原子百分数比例x和y进行调节。由此可通过在上述范围内选择材料的组成来调节电磁释放装置起作用的工作温度范围。
如图2所示，如果发生短路时流经开关装置2的短路电流高，那么跳闸电枢24因上述效应而伸长，使得冲杆26撞击活动接触件6以使其移动远离固定接触件8，从而使接触点4打开并且开关装置跳闸。在这种情况下，铁磁性形状记忆材料迅速并且几乎没有任何延迟地伸长。延迟时间(即在出现短路电流与跳闸电枢24达到最大伸长长度之间的时间差)通常为1毫秒数量级。
在这种情况下，跳闸过程由跳闸杆30辅助，该跳闸杆在跳闸电枢24伸长时围绕跳闸杆支座32沿着顺时针方向旋转，并且在该过程中使滑动件34沿着其纵向(如方向箭头S所表示)移动，因而滑动件34通过作用线38驱动开关机构36。
在开关装置跳闸之后，电流通路就会被中断并且跳闸线圈22的磁场再次消失。结果，跳闸电枢24将再次收缩到其初始尺寸，因而跳闸杆30也再次移动回到图1所示的初始状态。接触点4此刻借助开关机构36通过作用线(本文未示出)永久性地保持在打开状态。
图3示意性示出漏电断路器。
在图3中示意性示出这种装置。具有接触点63和64的初级导体61和62穿过变压器铁心60。次级线圈65设置在变压器铁心60周围，其中次级线圈65与线圈66连接，由具有磁性的材料(但也可由具有磁性和热形状记忆效应的材料)制成的冲杆67穿过线圈66。这种冲杆67沿着箭头方向P1作用于开关机构68，并且在解锁过程之后，开关机构沿着箭头方向P2作用于接触点63和64。与图1所示的装置相比，冲杆67在图1中的附图标记为24；开关机构68在图1中的附图标记为36，线圈66在图1所示的装置中的附图标记为22，并且如图所示，因为在这种漏电断路器情况下通常不直接作用于接触点63和64，所以省略冲杆元件26。
参考图4。
图4示出具有两个固定接触件73和74的接触器或接触器70的几部分，其中这两个固定接触件相互间隔开，设置在接触架71和72上，并且通过安装有活动接触件76和77的接触杆桥接。图4示出接触器70处于接触件73和76；74和77相互触接时的接通状态。
由具有磁性形状记忆效应的材料制成的冲杆78与接触杆75连接，其中冲杆呈细长冲杆形状，其一端通过接触压缩弹簧79连接在接触杆75上，另一端固定保持在支座80中，支座80固定在壳体中。
冲杆78被电磁体系统81包围。
如果现在要打开开关，那么使冲杆的材料通过电磁形状记忆效应而变形；当然，也存在这样的方案，即：冲杆78在正常状态下(即在无应力状态下)设置成使接触点73和76；74和77是打开的。由于磁性形状记忆效应，在控制电流的作用下，冲杆将因电磁体系统81产生的磁场而伸长并且将使接触点闭合，因此接触压缩弹簧79在接通过程中通常被轻微压缩。
在图5所示的实施例中，由具有磁性形状记忆效应的材料制成的冲杆82被线圈83包围，利用高通滤波器并通过供电线路84和85为线圈83供应电流，其中该高通滤波器由电容器86和电阻器87组成。如果冲杆82因磁场而伸长，那么该冲杆将驱动接触杆88并打开接触点91，其中该接触点由安装在活动接触杆88上的接触件89和固定接触件90组成。
图6示出线路断路器内部的视图，其中仅示出了对本发明重要的部件。
具有正面93的线路断路器整体用附图标记为92表示，拨动开关96的开关手柄94从正面伸出，其中该拨动开关可旋转地安装在附图标记95处。开关手柄94一体地形成在可旋转的轮轴97上。在附图标记98处，冲杆99接合在轮轴97上，并且冲杆99与由具有磁性形状记忆效应的材料制成的细长部件100连接。部件100被线圈101包围，并且在电流流过时部件100的长度变化，因此冲杆99驱动轮轴97，从而驱动开关手柄94。因为在线路断路器的情况下，开关手柄通常链接和连接到开关机构上，所以在这种方式中，开关装置通过具有冲杆99的部件100接通。
Claims (8)
1.一种电开关装置，其具有至少一个接触点，所述接触点具有至少一个驱动装置，所述电开关装置直接打开和/或通过具有闩锁点的开关机构打开所述接触点，
其特征在于，所述驱动装置具有带预定形状的部件，所述部件由形状记忆合金制成，所述形状记忆合金在电磁场的影响下改变其形状并由此打开或闭合接触点或双接触点，或者使开关机构解锁。
2.如权利要求1所述的电开关装置，
其特征在于，所述部件的位置紧邻产生电磁场的装置，以使电磁场影响所述部件。
3.如权利要求2所述的电开关装置，
其特征在于，所述产生电磁场的装置为线圈，其包围所述部件，所述部件呈细长心轴形。
4.一种电开关装置，
其特征在于，所述部件改变其长度或者被扭曲。
5.如前述权利要求中任一项所述的电开关装置，其具有开关机构和带活动接触件的活动接触杆，所述活动接触件与固定接触件相互作用，
其特征在于，所述部件在短路产生的电磁场的影响下改变其形状。
6.如权利要求1-4中任一项所述的电开关装置，
其特征在于，所述部件在漏电产生的电磁场的影响下改变其形状。
7.如权利要求1-4中任一项所述的电开关装置，
其特征在于，所述部件为接触器的一部分，其在电流冲击产生的电磁场的影响下改变其形状。
8.一种电开关装置，其可借助电脉冲远程地接通或断开，
其特征在于，在电流冲击产生的电磁场的影响下改变其形状的、用于进行断开或接通操作的部件以同样方式作用于接触杆和/或开关手柄，从而使接触杆和/或开关手柄接通和断开。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090318 |