CN101622684B

CN101622684B - 用于接通和中断电路的装置

Info

Publication number: CN101622684B
Application number: CN2008800060664A
Authority: CN
Inventors: 休格斯·菲利普提; 马塞厄斯·拉米恩
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE; Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2028-01-16
Also published as: FR2911719B1; FR2911719A1; US8446241B2; DE602008002897D1; WO2008090065A1; CN101622684A; EP2109871A1; JP2010517212A; JP5133354B2; EP2109871B1; US20100089739A1; ES2352412T3; ATE484068T1; RU2410790C1

Abstract

本发明涉及一种用于接通和断开电路的装置，该装置包括：火药(5)，该火药可以被点燃，其燃烧引起所述电路的中断和接通；用于火药(5)的点火装置；其特征在于：所述点火装置连接到所述电路，所述点火装置包括用于控制所述火药(5)的点火的具有磁作用的微动开关(M，M’)。

Description

用于接通和中断电路的装置

技术领域

本发明涉及用于中断/接通电路的装置。该装置基于火药(pyrotechniccharge)进行操作。

背景技术

特别地，从文献DE4406730知道的是一种用于中断电路的装置。特别地，该装置包括烟火致动器，该致动器包括火药和活塞，活塞的平动在火药燃烧产生的气体的影响下受控。活塞具有能够支承在初始地提供两个导体之间的电连接的连接桥上的指状物。该桥安装在弹簧上。在操作中，火药燃烧产生的气体引起活塞的移动，其推动桥以断开两个导体，从而中断电路。

为了控制火药的点火，现有技术的该装置需要使用外部检测件。而且，其主要使用机械装置，该机械装置可能随着时间而磨损，从而可能导致故障。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于中断/接通电路的装置，其不易随着时间破损并且通过利用火药进行操作，火药的点火直接在装置中进行控制。

该目的通过一种用于中断/接通电路的装置实现，该装置包括：

-火药，其可以被点燃，其燃烧分别引起电路的中断和接通，

-给火药点火的装置，

其特征在于：

-点火装置连接到电路，

-点火装置包括具有磁作用的微动开关，该微动开关能够控制火药的点火。

根据一特定特征，微动开关布置在电路分支上，该分支一端连接到电路，另一端接地。

根据另一特定特征，点火装置包括与微动开关串联安装并能够点燃火药的热阻元件。

根据第一变型实施例，微动开关由活动的永久磁体进行控制，其可以例如以平动方式被致动。

根据第二变型实施例，微动开关由激励线圈进行控制。

在第一构型中，激励线圈相对于电路并联安装。本发明的装置然后是用于中断电路的装置，其中该电路包括两个导体和能够在火药燃烧产生的气体影响下位移的连接件，该连接件初始时连接两个导体。

在第二构型中，激励线圈相对于微动开关并联安装。在这种情形下，其通过传感器进行控制。本发明的装置然后是接通装置，其中该电路包括两个导体和能够在火药燃烧产生的气体影响下位移的连接件。在该接通装置中，连接件初始时从两个导体断开，并且，例如，其与活塞连接，该活塞分隔第一腔室和第二腔室，该第一腔室包括火药，该第二腔室被两个导体通过。

根据本发明，采用的微动开关包括，例如，由铁磁材料制成的膜，其能够通过布置(aligned)在磁场的磁力线上而在两个位置之间驱动。

附图说明

通过参照通过例子给出并在附图中示出的实施例，其它特征和优点将从下面的详细描述显现出来，其中：

图1示意性地示出根据本发明的用于响应外部机械作用而中断电路的装置，

图2示意性地示出根据本发明的用于响应电路中的电流过载而中断电路的装置，

图3示意性地示出根据本发明的用于接通电路的装置，

图4-8示出用于本发明中的微动开关的第一变型，

图9-11示出用于本发明中的微动开关的第二变型。

具体实施方式

本发明涉及用于中断或者接通主电路的装置。该主电路可以例如为赋能电池、变压器、电梯制动装置(lift brakes)预留，或者为任何类型的需要快速且可靠地中断或者接通的电路预留。

图1和2所示的中断装置以及图3所示的连通装置的每一个包括主体1，该主体1被两个导电体6a，6b通过，所述两个导体6a，6b间隔开并连接到例如通过发电机G供电的设备A的主电力供应回路(图1)。在中断装置中，该两个导体6a，6b初始时通过连接件7连接，连接件7能够位移，从而初始时进行电连接，而在连通装置中，该两个导体6a，6b初始时间隔开并设计为通过能够位移的连接件700连接。该装置的主体1是密封的并包括一底部壁，在底部壁上形成断裂起始刻痕8。

在中断装置中，连接件7例如楔入两个导体6a，6b和主体的底部壁之间。

例如复合类型的火药5布置在主体1内部。该火药5的点火在主体1内部产生气体并通过连接件7，700的位移使得主电路中断或者主电路接通。气体通过主体1的断裂沿着断裂起始刻痕8释放。

根据本发明，中断/接通装置还包括在此及后描述的具有磁作用的微动开关M，M’。该类型的微动开关是特别有利的，因为其罩在完全密封的壳体内并且其对静电问题不敏感，而静电问题会引起火药的不适时的燃烧。其特别地可以通过MEMS(微机电系统)类型技术制造。

该类型的微动开关M，M’的两个变型在图4和9中示出。特别适合本发明的要求的其它类型的微动开关也是可以的，特别地“簧片”类型微动开关。

在图4和9中示出的两个变型实施例中，微动开关M，M’包括安装在基底S上的活动元件，该基底S由例如硅、玻璃、陶瓷或者印刷电路类型的材料制成。基底S在其表面30上支承例如至少两个相同且间隔开的平面导电触点或者迹线31，32，意在通过活动电触点21，21’进行电连接以为了获得电路的闭合。活动元件包括具有至少一层铁磁材料的可变形膜20，20’。铁磁材料是例如软磁类型的，并且可以是例如铁和镍的合金(“镍铁导磁合金”Ni₈₀Fe₂₀)。取决于膜中产生的磁分量的取向，膜20，20’可以呈现底部“闭合”位置，在该位置其活动触点21，21’电连接两个固定的导电迹线31，32以闭合电路；或者膜可以呈现升高的顶部“断开”位置，在该位置其活动触点21，21’与两个导电迹线分离以断开电路。在断开位置，自由空间必须足以符合在寄生电流的情形下“不打火(nonfire)”标准。

在如图4所示的第一变型中，微动开关M的膜20具有纵轴(A)并通过两个连接臂22a，22b连接到基底S，所述两个连接臂22a、22b连接所述膜20到两个锚定接触柱23a，23b，所述两个锚定接触柱23a，23b对称安装在其纵轴(A)的每一侧上并垂直于该轴(A)延伸。通过扭转两个连接臂22a，22b，膜20可以在其断开位置和闭合位置之间围绕旋转轴(R)枢转，该旋转轴(R)平行于通过膜20与导电迹线31，32的接触点描绘的轴，并垂直于其纵轴(A)。其活动电触点21安置在膜20下面、在膜20的一端处。

在该第一变型中，微动开关M的磁致动包括使得膜20经受永磁场B₀，该永磁场B₀优选地均一地并且例如在垂直于基底S的表面30的方向上，以将膜20保持在其每个位置；以及包括施加临时控制磁场Bc以驱动膜20从一个位置移动到另一位置，这是通过反转施加在膜20上的磁矩进行的。通过采用临时磁场B₀迫使膜20断开证明是必需的以承受静电放电和给予微动开关M强的电隔离。但是，如果膜在不工作时保证在断开时的足够空间，也可以不应用永磁场B₀。为了保证在断开时的该足够空间，膜20可以是具有机械预应力的，例如通过在其上增加由预应力材料制成的层。

为了产生永磁场B₀，永磁体(未示出)被使用，例如固定在基底S下面。临时磁场Bc例如通过利用与微动开关M相关的激励线圈4产生。该激励线圈4可以是平面的(图5)，集成到基底中，或者在外面，例如螺线管类型的。电流通过激励线圈4在平行于基底S且平行于膜20的纵轴(A)的方向产生临时磁场以控制膜20从其一个位置切换到其另一位置，这取决于线圈中的电流方向。这样的微动开关M的操作在下面结合图6-8详细描述。在图2和3中，线圈40，400以绕组形式示出，但是应当理解，其可以采用其它形式，特别地集成到微动开关M的基底中的平面形式(图5)。

支撑膜20的基底S布置为处于已经在前面提及的永磁场B₀的作用下。如图6所示，第一磁场B₀在膜20中初始产生沿其纵轴(A)的磁分量BP₂。由第一磁场B₀以及由膜20中产生的分量BP₂所致的磁矩将膜20保持在其一个位置，例如图6的断开位置。

参照图7，控制电流在限定方向通过激励线圈4会产生控制临时磁场Bc，其方向平行于基底S，且其方向取决于传送到线圈4中的电流的方向。临时磁场Bc在膜20的磁层中产生磁分量BP₃。如果控制电流在适当方向传送，该新的磁分量BP₃与在膜20的磁层中由第一磁场B₀产生的分量BP₂相反。如果分量BP₃的强度大于通过第一磁场B₀产生的强度，由第一磁场B₀和其分量BP₃产生的磁矩被逆转，并使得膜20从其断开位置切换到其闭合位置(图7)。

一旦膜20已经被切换，不再需要供应到线圈4的电流。根据本发明，磁场Bc仅过渡性地产生以使得膜20从一个位置切换到另一位置。如图8所示，膜20然后在仅第一磁场B₀的作用下保持在其闭合位置，该第一磁场B₀在膜20中产生新的磁分量BP₄以及因此新的磁矩，从而迫使膜20保持在其闭合位置(图8)。

在如图9所示的第二变型中，微动开关M’的膜20’具有纵轴(A’)并且在其一端通过连接臂22a’，22b’连接到一个或多个锚定接触柱23’，该锚定接触柱连接到基底S。膜20’能够相对于基底围绕垂直于其纵轴(A’)的旋转轴(R’)枢转。当膜20’枢转时，连接臂22a’，22b’在膜20’和锚定接触柱23’之间形成弹性连接并且被压弯。

在该第二变型实施例中，微动开关M’的磁致动示出在图10和11中。其包括施加永磁体4’产生的磁场。根据该致动模式，铁磁膜20’通过布置(align)在由永磁体4’产生的磁场的场线L上在其两种状态之间位移。结果，由永磁体4’产生的磁场具有场线L，该场线L的取向在膜20的铁磁层中沿着其纵轴(A’)产生磁分量(BP’₀，BP’₁)。在膜20’中产生的该磁分量(BP’₀，BP’₁)产生磁矩，该磁矩迫使膜20’呈现其断开(图10)或者闭合(图11)位置之一。通过位移永磁体4’，然后可能使得膜20’经受永磁体4’的磁场的场线L的两个不同取向，并使得膜20’在其两个位置之间转换。为了使得膜20’转换，永磁体4’的位移可以在平行于基底S的表面30或者垂直于所述表面30的方向进行。

这样，该装置的主体还包含点燃火药5的装置，其包括，特别地，如上所述的微动开关M，M’和热阻元件，例如热阻丝9，其意在点燃火药的加热由微动开关M，M’进行控制。微动开关M，M’相对于热阻丝9串联布置，当微动开关M，，M’闭合时其一端顺次接地，另一端连接主电路。热阻丝9靠近火药5定位，优选地与火药接触或者被火药覆盖(变型未示出)。作为一变型，火药5的点火可以直接通过微动开关进行，而不使用热阻丝9。结果，由某电流，微动开关可以设计为通过产生点燃火药5所需的能量而被蒸发。为此，微动开关例如包括可熔膜20，其能够在受控电流太强时蒸发。

断开装置的第一构型在图1中示出。该断开装置设计来对外部机械作用作出反应。该外部机械作用可以通过不同的装置产生，例如，流体(空气、水或者油)压力的增加，或者外部机械片的作用，该机械片设定为遵循温度变化而运动或者响应冲击。任何其它类型的传感器也是可以考虑的，特别地，“多物理”传感器，其根据不同物理参数例如压力、温度、速度等的变化产生机械响应。

在该第一构型中，所述装置包括活动永磁体10，例如以盘或者环的形式，安装在活动致动器OA上，在活动致动器OA上施加外部机械作用，与所述装置的轴(X)共轴。该致动件OA能够在施加标定的最小外部机械作用时平动位移，例如通过利用波纹管机构11、突然断裂弹性膜(未示出)或者利用相对于活动永磁体10同心地安置的盘或者环形式(未示出)的固定磁体。当通过致动件OA驱动时，活动永磁体10因此可以沿着装置的轴(X)在不工作位置和工作位置之间移动。

在该第一构型中，采用的微动开关M’是下面描述的第二变型类型的。该微动开关M’相对于装置的轴(X)偏移以使得能够在活动永磁体10产生的磁场作用下进行切换。

该第一构型的中断装置的操作如下：

当确定的最小强度的外部机械作用施加在致动件OA上时，致动件OA通过驱动活动永磁体10而沿着装置的轴(X)平动位移。在其不工作位置，活动永磁体例如对微动开关M’没有影响。微动开关M’的膜20’然后处于不工作位置，平行于基底，如图9所示，或者通过内部机械预应力升高，如图10所示。当活动永磁体10处于其底部工作位置时，其磁场在膜20’中感应磁分量，从而产生磁矩，迫使微动开关M’到闭合位置(图11)。

微动开关M’的闭合使得突然接地，从而使得可能加热热阻丝9并将其蒸发以产生点燃火药5所需的能量。

火药5燃烧产生的气体然后引起主体1沿着其断裂起始刻痕8断裂同时射出连接件7，以中断两个导体6a，6b之间的主电路。

在第二构型的中断装置中，如图2所示，活动永磁体10替换为在装置的轴(X)安置的激励线圈40。该中断装置因此不再对外部机械作用敏感，而是对电信号敏感。

该构型中应用的微动开关M是上面描述的第一变型类型的。因此，其通过例如结合到基底S并产生初始地将微动开关M保持在断开位置的磁场B₀的固定的永磁体(未示出)而极化。微动开关M相对于线圈40的轴偏移以使得处于其大致水平的场线的作用下。当线圈40被致动时，微动开关M然后处于平行于其基底S并在两个位置之间控制其膜20的临时磁场Bc(图7)的主要作用之下。

在图2中，激励线圈40通过围绕轭架的绕组示出，但是应当理解，其可以采取任何其它形式。如图5所示，其可以特别地为平面类型的，集成在支撑微动开关M的基底S中。

激励线圈40平行于主电路安置以被主电路的电流通过。因为由线圈40产生的场与通过其的电流成正比，所以当电流超过取决于待保护的设备的阈值时，微动开关因此可以切换。当该阈值被超过时，通过激励线圈40产生的临时磁场Bc在微动开关M的膜20中产生磁分量，该磁分量的强度足够迫使膜20处于其闭合位置(图7和8)，从而如在第一构型中导致火药5的点火以及通过排出连接件7而中断主电路。

如图3所示的接通装置也通过利用激励线圈400进行操作，该激励线圈400在该情形中相对于热阻丝9并相对于所采用的微动开关M’平行安装。该接通装置中采用的微动开关M’是上述第一变型类型的(图4-8)。其膜20通过固定永磁体(未示出)极化并通过线圈400产生的临时磁场Bc在其两个位置之间控制。如前面的，线圈400可以是平面类型的，集成到微动开关的基底S中(图5)。激励线圈400是例如通过传感器C控制在闭合。该传感器C能够例如采取对一个或多个物理参数例如温度、压力、加速度等敏感的开关的形式。特别地，可以认为加速度传感器包括多个根据本发明布置在与控制火药5的点火的微动开关M串联的电路上的MEMS类型微动开关。永磁体例如设定成根据加速度或者减速度的强度运动，以致动更多或更少的微动开关。当加速度或者减速度阈值达到时，所有的微动开关都闭合，从而允许电流通过激励线圈400。

连接件700安装为结合到活塞P上，该活塞P分隔主体1的内部空间为第一腔室500和第二腔室600，第一腔室500包含火药，第二腔室600被导体6a，6b通过并包含连接件700。活塞P是例如通过形成在主体1的内表面上的槽口300保持。

在操作中，当线圈400被致动时，其磁场作用在微动开关M上，迫使其进入到其闭合位置。微动开关M的闭合使得火药5加热起来并因此产生气体。在第一腔室500中产生的气体推动活塞P伴随连接件700一起移动直到连接件700连接两个导体6a，6b。该装置例如可以提供安全阀机构800以将燃烧气体从第一腔室500排出。

显然，在不脱离本发明的框架下，可以想到其它变型以及细节方面的改进，并类似地考虑使用等效装置。

Claims

1.一种用于中断/接通电路的装置，包括：

火药(5)，其可以被点燃，其燃烧分别引起所述电路的中断和接通，

点燃火药(5)的点火装置，

其特征在于：

所述点火装置连接到所述电路，

所述点火装置包括具有磁作用的微动开关(M，M’)，该微动开关能够控制所述火药(5)的点火。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微动开关(M，M’)布置在一端连接到电路而另一端接地的电路分支上。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述点火装置包括与所述微动开关(M，M’)串联连接并能够点燃所述火药(5)的热阻元件(9)。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述微动开关(M’)通过活动永磁体(10)进行控制。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述活动永磁体(10)可以以平动形式致动。

6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述微动开关(M，M’)通过激励线圈(40，400)进行控制。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述激励线圈(40)相对于所述电路并联安装。

8.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述电路包括两个导体(6a，6b)和连接件(7)，该连接件(7)能够在所述火药燃烧产生的气体的作用下位移。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述连接件(7)初始连接所述两个导体(6a，6b)。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述激励线圈(400)相对于所述微动开关并联安装。

11.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述激励线圈(400)通过传感器(C)进行控制。

12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述电路包括两个导体(6a，6b)和连接件(700)，该连接件(700)能够在所述火药(5)燃烧产生的气体的作用下进行位移。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述连接件(700)初始从所述两个导体(6a，6b)断开。

14.如权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述连接件(700)结合到活塞(P)上，该活塞(P)分隔第一腔室(500)和第二腔室(600)，该第一腔室(500)包含所述火药(5)，该第二腔室(600)被所述两个导体(6a，6b)通过。

15.如权利要求1-7或9-13中任一项所述的装置，其特征在于，所述微动开关(M，M’)包括由铁磁材料制成的膜(20，20’)，所述膜能够在其断开位置和闭合位置之间被驱动并布置在磁场的场线上。