CN102947908A - 带有超快致动机构的电气开关装置及包括该装置的混合开关 - Google Patents

Abstract

一种带有超快致动机构的用于打开电触头（21、22）的开关装置，其包括推进线圈（12）和导电盘（11）。静触头（21）在闭合位置与动触头（22）配合，通过导电盘（11）的推斥，所述触头运动至打开位置。偏置装置（5）产生闭合力（F1），从而将所述电触头（21、22）保持在闭合位置。在打开位置的动触头（22）的闭锁构件（30）包括具有吸引线圈（33）的磁轭（32），吸引线圈（33）提供可动磁性衔铁（31）的吸引力（Fa）。包括驱动构件的触头承载座（23）支撑着动触头（22），驱动构件用于与可动磁性衔铁（31）配合从而使其产生运动，前提是当动触头（22）运动时。

Description

带有超快致动机构的电气开关装置及包括该装置的混合开关

技术领域

本发明涉及一种带有超快致动机构的用于打开电触头的电气开关装置。该机构包括具有与导电盘相关联的推进线圈的电动脱扣单元。静触头在闭合位置与动触头配合，当向推进线圈供电时，通过导电盘的推进，所述电触头运动至打开位置。偏置装置用于产生闭合力，从而将所述电触头保持在闭合位置。在打开位置的动触头的闭锁构件包括具有吸引线圈的磁轭，吸引线圈用于提供可动磁性衔铁的吸引力。所述衔铁被设计成被动触头驱动运动，从而与固定磁轭接触。

本发明还涉及一种混合电流中断开关，其包括并行的机械断开构件和电气断开构件。

背景技术

专利申请（FR-A-2815611、US2002/0044403 A1、WO03/056586 A1）里特别描述了超快触头打开或闭合的致动机构的使用。

以公知的方式，如图1所示，开关装置包括具有与动触头22配合的静触头21的接触器单元20，动触头22由触头承载座23支撑。电触头分别连接到要被开关的外部电路的电气端子。触头的打开和闭合控制，换句话说，也就是动触头的运动由致动机构控制。

通过该装置所要寻求实现的目的是触头的超快打开和闭合。

某些解决办法建议致动机构具有常规的汤姆逊效应电动脱扣单元。如图1和2所示，电动脱扣单元10包括与导电盘11相关联的称为推进线圈12的线圈。所述盘布置在闭合位置上并且与推进线圈12的绕组的表面面对且有一小段距离。推进线圈12要么相对于该装置的框架7是固定的，要么被触头磨损补偿系统14支撑着。该补偿系统可能例如包括泡沫、弹性体或弹簧。

开关装置包括在所述电触头21、22的闭合位置的由导电盘11-触头承载座23形成的可动组件的偏置装置5，所述装置产生闭合力F1。

为了打开触头，电流流过推进线圈12并产生磁场，该磁场生成电动斥力Fp，该力在与其旋转轴Y平行的方向上推斥导电盘11。同时，导电盘11的运动促使触头承载座23及动触头22运动，从而打开开关装置的电触头。之所以采用这种类型的机构，是因为其执行起来比较简单，而且生产成本较低。

未示出的另一非常有效的解决办法在于将第二线圈放置在导电盘的位置。然后通过第二运动线圈，由这两个线圈产生的斥力联合用于动触头的超快运动。然后配置这两个线圈，以使得产生相反的电动斥力。每个线圈产生磁场，而磁场生成趋于排斥另一线圈的电动斥力。在这两个斥力的共同作用之下，可动线圈将不太迅速地运动，却表现出其它的优点。这种装置的主要优点在于斥力与推进电流的波形无关地产生，就像常规的汤姆逊效应推进器的情况那样。为了斥力表现其自身，电流不必通过在次级线圈 比如固体盘里产生傅科电流而被感应出。所有这些类型的装置可用在超快打开机电式断路器上，从而使得能够实现非常高的短路电流限制。此外，双线圈装置可以以非对称的形式或带有不同形状的线圈使用。其在电子控制的程度上也可以是复杂的。更复杂的电子器件可以达到更高水平的功能，从而使得能够更好地控制该装置。可动线圈的运动行程可被特别控制，在任一方向上能够放慢或加快。要么通过相对于偏置力而控制斥力，要么通过当包括双线圈推进力时这个第一控制与电流的单独调节的结合，可获得这种变化的放慢/加快。

也可能设想用于使触头保持在打开位置的构件。这些保持或闭锁构件产生将触头承载座23和动触头22保持在开关装置的电触头的打开位置的力。

闭锁构件可以是电磁类型的，如本申请者提交的专利FR2867304里描述的那样。如图2B所示，通过额外的电磁吸引力将触头21、22保持在打开位置。当吸引线圈33的激励发生时，在打开位置的由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件的闭锁构件30然后包括用于通过吸引与磁轭32配合的可动磁性衔铁31。可动磁性衔铁31机械地连接着由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件。如示例实施例那样，不可变形的刚性杆将由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件与可动磁性衔铁31连接起来。然后，所述组件的任何运动同时致使可动磁性衔铁31运动，反之亦然。这些电磁闭锁构件表现出增加了由推进线圈推动的套件的重量的缺点，因为运动部件增加的重量对于打开速度起到不利的作用。

闭锁构件也可以是采用例如闭锁销的机械类型的。当闭锁构件是机械的时，它们可能表现出产生额外摩擦的缺点。

发明内容

因此，本发明的目的是纠正当前技术的缺点，从而建议一种包括超快致动机构和有效磁性闭锁构件的开关装置。

根据本发明的电气开关装置的动触头由触头承载座支撑，该触头承载座包括用于当动触头的运动发生时与可动磁性衔铁配合的驱动构件。使所述驱动构件与可动磁性衔铁接触会致使后者在磁轭的方向上运动。

根据本发明的改进模式，触头承载座固定地安装到导电盘上，组件的驱动构件被定位在导电盘上。

优选的是，当动触头和静触头之间的距离至少比所述电触头的总打开距离的50%要大的时候，驱动构件用于与可动磁性衔铁接触，从而驱动后者运动。

根据本发明的改进模式，闭锁构件包括用于将由导电盘-触头承载座-动触头形成的可动组件保持在打开位置的保持构件，通过该保持构件，将吸引力应用在所述组件上。

最好是，保持构件包括与布置在触头承载座上的位置相配合的销子，从而防止由导电盘-触头承载座-动触头形成的可动组件回到闭合位置。

优选的是，由磁轭的吸引线圈提供的吸引力的强度高于由偏置装置提供的闭合力。

优选的是，可动磁性衔铁包括磁性盘，该磁性盘设计为处于打开位置，与吸引线圈的表面面对且有一小段距离并与磁轭接触。

本发明涉及一种包括并行的机械断开构件和电气断开构件的混合电流中断开关。该机械断开构件由如前述定义的那样的电气开关装置形成。

附图说明

从本发明的特别实施例的下列描述中，其它的优点和特征将变得更加清晰明朗，实施例仅是为了非限制性的目的，且示出在附图中，其中：

图1A和1B示出了根据现有技术的开关装置的示意性截面视图；

图2A和2B示出了公知的包括磁性闭锁的开关装置的示意性截面视图；

图3A示出了根据本发明优选实施例的开关装置在闭合位置的示意性截面视图；

图3B示出了根据图3A的装置在打开过程中的示意性截面视图；

图3C示出了根据图3A的装置在打开位置的示意性截面视图；

图4示出了根据本发明的混合开关的示意性视图。

具体实施方式

根据如图3A至3C所示的本发明的优选实施例，带有超快致动机构的用于打开电触头21、22的电气开关装置1包括电动脱扣单元10。

所述脱扣单元包括与导电盘11相关联的推进线圈12。如图3A所示，所述导电盘位于闭合位置上，且与推进线圈12的绕组的表面相对且有一小段距离。在电触头21、22的闭合位置，导电盘11优选的是与推进线圈12的绕组的表面接触。在示例实施例中，导电盘11的外径至少等于推进线圈12的外径。

根据特别实施例，推进线圈12及导电盘11的旋转轴Y是相同的或在一条直线上。

根据特别实施例，通过磨损补偿系统14，推进线圈12连接到框架7上。不论电触头的磨损处于什么样的状态，磨损补偿系统14能够将保持在闭合位置的推进导电盘11尽可能地靠近推进线圈12。

所述脱扣单元包括具有与动触头22配合的静触头21的接触器单元20。动触头22通过触头承载座23连接着导电盘11。从而导电盘11沿着其旋转轴Y的任何平移运动整体地传递至沿着同样轴运动的动触头22。

所述脱扣单元包括偏置装置5，该装置用于产生闭合力F1从而将所述电触头21、22保持在闭合位置。根据特别实施例，偏置装置5优选的是包括螺旋弹簧。如图3A至3C所示，在打开电触头21、22时，该弹簧趋于被压缩。然后，闭合力F1成为施加在由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件上的压力。

所述脱扣单元包括在打开位置的动触头22的闭锁构件30。所述闭锁构件用于将由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件保持在电触头21、22的打开位置。根据本发明的实施例，闭锁构件30包括固定磁轭32，该磁轭具有用于被供电从而提供电磁吸引力Fa的吸引线圈33。

闭锁构件30另外还包括用于与固定磁轭32接触的可动磁性衔铁31。动触头22驱动可动磁性衔铁31运动，所述衔铁的驱动是直接的或间接的。根据特别实施例，由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件用于驱动可动磁性衔铁31，以使得后者运动。

如示例实施例那样，磁轭32是环形的。将吸引线圈33定位在开口环形内侧。为了使开口环形重新闭合，可动磁性衔铁31包括用于与磁轭32配合的磁盘。与可动磁性衔铁31相关联的固定磁轭32从而形成了磁路。由吸引线圈33产生的磁场线在磁路内环绕回来，穿过在所述轭部和所述衔铁之间的接触区域的位置处存在的空气隙。

根据本发明的优选的操作模式，由所述吸引线圈33提供的电磁吸引力Fa用于将可动磁性衔铁31和由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件保持在打开位置。由磁轭32的吸引线圈33提供的电磁吸引力Fa与由偏置装置5提供的闭合力F1相反。此外，闭锁力Fa的强度大于在闭合位置的由偏置装置5提供的闭合力F1。根据如图3A、3B和3C所示的本发明的优选实施例，闭锁构件30包括保持构件9，该保持构件用于将由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件保持在打开位置。如示例实施例那样，保持构件9可包括与布置在触头承载座23上的位置相配合的销子，从而防止所述可动组件回到闭合位置。

根据特别操作模式，提供的电磁吸引力Fa也用于吸引可动磁性衔铁31至抵着磁轭32的位置。由吸引线圈33供给的电磁吸引力Fa从而有助于可动磁性衔铁31的运动，并可在由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件与所述衔铁接触从而促使后者运动之前导致可动磁性衔铁31运动。

在开关装置的优选的第一操作阶段，当向推进线圈12供电时，通过导电盘11的推斥，将所述电触头21、22移至打开位置。当电流流过推进线圈12时，后者实际上产生生成电磁斥力Fp的磁场。为了示例的目的，电脉冲由特别是脉冲源的能量源传送，其可由先前充电的电容器形成。斥力Fp在与旋转轴Y平行的方向上推斥导电盘11。同时，导电盘11的运动促使触头承载座23及动触头22的运动。所述动触头离开闭合位置。不论由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件处于什么样的位置，斥力Fp的强度远大于由偏置装置5的柔性构件施加的闭合力F1的强度（Fp>>F1）。从而在要移动的质量为最小的情况下，执行电触头21、22的分离。由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件的加速度是最大的。在该第一操作阶段过程中，由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件的运动是完全独立于可动磁性衔铁31的运动的。所述组件实际上执行了自由行程，在此期间，动触头22运动至打开位置。“自由行程”的意义从而是由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件在不促使可动磁性衔铁31运动的情况下而运动的事实。

当动触头22和静触头21之间的距离足够大的时候，第二操作阶段就开始了。当动触头22和静触头21之间的距离或分离间隙使得能够执行电流中断时，认为所述的动触头22的运动是足够了的。在该操作阶段，连接到动触头22的触头承载座23包括与可动磁性衔铁31接触从而使后者运动的驱动构件。

如示例实施例那样，当触头承载座23已运动且致使动触头22和静触头21之间的距离至少比电触头21、22的总打开距离的50%要大的时候，那么驱动可动磁性衔铁31运动就开始了。

如示例实施例那样，在触头承载座23固定地安装到导电盘11上的状态下，驱动构件定位在导电盘11上，从而与可动磁性衔铁31的磁盘的表面直接接触。由于在由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件中的动能存储，在驱动构件和所述可动磁性衔铁31之间的冲击促使所述衔铁抵着磁轭32运动。如示例实施例那样，由导电盘11-触头承载座23形成的可动组件和可动磁性衔铁的各自的质量基本上是相等的。由于这种质量平衡，在所述驱动构件和所述衔铁之间的冲击一方面促使可动磁性衔铁31具有非常高的加速度，而另一方面使得由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件非常大幅度地慢下来。

在第三操作阶段，被供电的吸引线圈33提供吸引力Fa。通过闭锁构件30的保持构件9，将吸引力Fa施加在由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件上。这样，在第二操作阶段的末尾，可动磁性衔铁31抵着磁轭32的定位使得能够将由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件保持在克服闭合力F1的打开位置。只要向吸引线圈33供电，可动磁性衔铁31相对于磁轭32则仍是闭锁的，并且进而防止动触头22回到闭合位置。如图3C所示，固定地安装到可动磁性衔铁31上的保持构件9将由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件保持在打开位置。此外，在该第三阶段期间，不再向推进线圈12供电，推进力Fp随之为零。通过施加电磁吸引力Fa的闭锁构件30，将所述电触头21、22保持在打开位置。所述电磁吸引力Fa的强度大于在闭合位置的由偏置装置5的柔性构件施加的闭合力F1（Fa>>F1）。

在第四操作阶段，不再向吸引线圈33供电，吸引力Fa随之为零。然后，由于闭合力F1的作用，动触头22可移回至与静触头21接触。由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件回到其闭合位置，电触头21、22因此再次闭合。开关装置回到稳定的闭合位置。

根据开关装置的特别操作模式，在第一操作阶段期间，可动磁性衔铁31开始缓慢运动。向磁轭32的吸引线圈33供电，并执行对可动磁性衔铁的吸引。在所述冲击发生时，该可动磁性衔铁31随后接收由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件存储的动能，并继续其行程直至它与磁轭32接触。

有利地是，本发明的开关装置使得能够降低由推进力推动的运动部件的重量。在由导电盘11-触头承载座23-动触头22形成的可动组件的运动开始时，尚未固定地安装到可动组件上的闭锁构件30实际上往往没有放慢动触头22的断开。

如图4所示，本发明涉及一种混合电流中断开关。该混合电流中断开关包括与称为固态构件的电气断开构件100并行连接的机械断开构件1。机械断开构件1由如前述定义的那样的电气开关装置形成。

电气断开构件100用于确保非常快速的电子中断，从而是极其限制性的打开构件。中断电路的能量主要被吸收在至少一个变阻器101里。然而，在额定操作下，固态断开构件100的确表现出很低的散热能力。这个与固态断开构件的操作所固有的问题需要所述断开构件与另一种中断构件比如特别是机械中断构件1耦合。

根据本发明的特别实施例，固态电断开构件100是那些超快固态断路器，如本申请者提交的专利FR 2651915中描述的那样。

称为混合的中断的目的从而是消除固态断开构件100的缺点，而保留后者的优点。在机械打断开构件1的闭合位置的电触头21、22从而确保在正常操作条件下的电流流动。在发现电故障的情况下，十分迅速地断开电触头21、22，从而将电流传至固态断开构件100的电路上，而固态断开构件100此时掌控电流的中断以及变阻器101里短路能量的吸收。

Claims (8)

1.一种带有超快致动机构的用于打开电触头（21、22）的电气开关装置，其包括：

-电动脱扣单元（10），其包括与导电盘（11）相关联的推进线圈（12），

-静触头（21），其在闭合位置与动触头（22）配合，当向推进线圈（12）供电时，通过导电盘（11）的推进，所述电触头（21、22）运动至打开位置，

-偏置装置（5），其用于产生闭合力（F1），从而将所述电触头（21、22）保持在闭合位置，

-在打开位置的动触头（22）的闭锁构件（30），所述构件包括具有吸引线圈（33）的磁轭（32），吸引线圈（33）用于提供可动磁性衔铁（31）的吸引力（Fa），所述衔铁被设计成被动触头（22）驱动运动，从而与固定磁轭（32）接触，

其特征在于，动触头（22）被触头承载座（23）支撑，所述触头承载座（23）包括驱动构件，该驱动构件被设计成当动触头（22）运动时与可动磁性衔铁（31）配合，使所述驱动构件与可动磁性衔铁（31）接触，从而致使后者在磁轭（32）的方向上运动。

2.根据权利要求1所述的电气开关装置，其特征在于，触头承载座（23）固定地安装到导电盘（11）上，组件的驱动构件被定位在导电盘（11）上。

3.根据权利要求1或2所述的电气开关装置，其特征在于，驱动构件被设计成：当动触头（22）和静触头（21）之间的距离至少比所述电触头的总打开距离的50%大时与可动磁性衔铁（31）接触，从而驱动后者运动。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电气开关装置，其特征在于，所述闭锁构件（30）包括用于将由导电盘（11）-触头承载座（23）-动触头（22）形成的可动组件保持在打开位置的保持构件（9），通过保持构件（9）将吸引力（Fa）施加在所述组件上。

5.根据权利要求4所述的电气开关装置，其特征在于，所述保持构件（9）包括与布置在触头承载座（23）上的位置相配合的销子，从而防止由导电盘（11）-触头承载座（23）-动触头（22）形成的可动组件回到闭合位置。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电气开关装置，其特征在于，由磁轭（32）的吸引线圈（33）提供的吸引力（Fa）的强度高于由偏置装置（5）提供的闭合力（F1）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电气开关装置，其特征在于，可动磁性衔铁（31）包括磁性盘，该磁性盘被设计成定位在打开位置，其与吸引线圈（33）的表面面对且有一小段距离，并与磁轭（32）接触。

8.一种混合电流中断开关（100），其包括并行的电气断开构件和机械断开构件，其特征在于，所述机械断开构件由根据前述权利要求1至7中任一项所述的电气开关装置（1）形成。

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