CN103038850A

CN103038850A - 电接触器

Info

Publication number: CN103038850A
Application number: CN2011800336708A
Authority: CN
Inventors: 安德烈斯·巴奥尔; 莱纳·容克; 马库斯·施托费尔斯
Original assignee: Schaltbau GmbH
Current assignee: Schaltbau GmbH
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2013-04-10
Also published as: EP2599099A1; DE102010032456A1; WO2012013252A1; DE102010032456B4; US20130181793A1

Abstract

本发明涉及电接触器，包括主触点和辅助触点，用以启动主触桥和辅助触桥的电枢，以及将电枢从过渡位置或终点位置恢复到初始位置的装置，其中，为了电磁驱动电枢，提供了预充电线圈和拾波线圈，除预充电线圈外，拾波线圈也被提供电流，或拾波线圈独立于预充电线圈被提供电流。线圈轭铁以这种方式排列，当对预充电线圈提供相等的电流时，由预充电线圈产生的磁场而作用于电枢的磁力在电枢的终点位置大于过渡位置，其中，磁力在电枢的过渡位置上与恢复电枢至初始位置的装置中的恢复力一致而在电枢终点位置上大于恢复力，且预充电线圈用于把电枢从初始位置移动到过渡位置和将电枢保持在终点位置，此外，拾波线圈用于将电枢从过渡位置移动到终点位置。

Description

电接触器

技术领域

根据独立权利要求1的前序，本发明涉及一种电接触器。这种接触器包括一个外壳，至少两个固定的主触点和一个主触桥，至少两个固定的辅助触点和一个辅助触桥，其中，主触点，辅助触点和触桥置于外壳内。这种电接触器进一步包括一个用以启动主触桥和辅助触桥的电枢。在第一开关位置，主触点和辅助触点都打开，这时电枢处于初始位置。在第二开关位置，辅助触点闭合而主触点打开。因此，电枢处于过渡位置。在第三开关位置，辅助触点和主触点都闭合，这时电枢处于终点位置。所述接触器进一步包括至少一个线圈，能够向该线圈提供电流以便电磁驱动电枢，其中由于线圈产生的磁场而作用于电枢上的磁力实现对电枢的驱动。此外，提供了一个构成磁轭的线圈轭铁（coilyoke）。最后，这种接触器还包括用于将电枢恢复到初始位置的装置。通过该装置作用于电枢上的恢复力的方向与磁场产生的磁力方向相反，并且该恢复力在电枢的终点位置大于过渡位置。

背景技术

这种接触器用来在主触点闭合前通过辅助触点对例如电容器等进行预充电。例如，在直流电通过接触器被切换到转换器或换流器时，这种预充电是必要的。通常，在这种转换器或换流器的入口处会设有一个大电容器。如果直流电通过主触点直接切换至电容器，短路电流实际上会在一定时间段内流动；即短路电流一直持续到电容器的电荷产生阻抗为止。这种高短路电流流动的时间长度取决于电容器的电容和电源的内阻抗，以及导线（lead）的阻抗。高电流对主触点有害，并可能导致主触点的熔化。不管怎样，这都会使工作寿命减少。现有技术是通过辅助触点和一个电阻对电容器预充电，之后再闭合主触点。

一种上文所述类型的接触器可以从DE3105117A1中得知。在这种接触器里，辅助触点被设计作为先导触点。就是说，在接通过程中，通过电枢从初始位置向终点位置的移动，辅助触点首先闭合，这样，例如电容器就可以通过辅助触点和与辅助触点相连的一个电阻被短暂地充电。然而，电枢会立即从驱动它的线圈处进一步朝终点位置移动，于是主触点在辅助触点闭合后的短时间内也会闭合。一个类似的接触器也可以从DE10315243B3中得知。然而，与DE3105117A1中得知的接触器相反，在这里的关断过程中，辅助触点首先打开，而主触点随后打开。

对于现有技术中已知的接触器，一般而言，在主触点关闭前辅助触点已经闭合的时间量不能改变。任何情况下，从初始位置切换到终点位置时，电枢在其从初始位置到终点位置的路径上都会首先闭合辅助触点，然后闭合主触点。只有辅助触点闭合的电枢的过渡位置无法以一种受控的方式长时间地维持。这就会有一些缺陷，无法将主触点的闭合设计为依赖于例如辅助触点闭合后产生的电流的强度。从现有技术中可知，前文所述的这种类型的接触器的进一步的缺陷在于，为了把电枢从初始位置移动到终点位置，驱动电枢的电磁线圈必须有一个相对大的尺寸。就是说，驱动电枢的电磁线圈的功率消耗相对较大，所以，现有技术中已知的接触器会表现出高的功率耗散，即使线圈只把电枢保持在终点位置。

发明内容

因此，本发明的任务是说明前文所述类型的接触器以受控的方式把电枢保持在只有辅助触点闭合的过渡位置的一种可能性。本发明的另一项任务是说明一种显著降低了功耗的前文所述类型的接触器。

根据本发明，这项任务通过权利要求一中的特征得到了解决。因此，根据本发明，如果能提供一个预充电线圈和一个能在除预充电线圈之外被提供电流或独立于预充电线圈被提供电流的拾波线圈（pick-up coil）以电磁驱动电枢，就存在一种解决该任务的方法，其中，线圈轭铁以这样一种方式设置：当对预充电线圈提供同等大小的电流时，由于预充电线圈所产生的磁场而作用于电枢的磁力在电枢的终点位置上大于过渡位置上，其中所述磁力在电枢的过渡位置与恢复力一致而在电枢的终点位置大于恢复力，并且其中预充电线圈被提供用来将电枢从初始位置移动到过渡位置和把电枢保持在终点位置，此外，拾波线圈被提供用来将电枢从过渡位置移动到终点位置。

本发明提供的优势在于电枢能够以受控的方式保持在过渡位置，这时只有辅助触点闭合，而主触点不闭合。因此，通过适当的测量电子学，能够确定，例如，在由辅助触点闭合的电路中是否存在短路。如果存在短路，进一步的接通过程就会被中断。本发明的另一个优势是电枢可被低功率的预充电线圈保持在辅助触点和主触点都闭合的终点位置，这样，接触器的功率消耗就相对较低。在接通过程中，拾波线圈必须只在短时间里接通。拾波线圈通常更强，但只在短时间里工作。

本发明进一步的实施例包括各从属权利要求中的主题。

因此，在本发明的一个优选实施例中，除预充电线圈之外拾波线圈也被接通以驱动电枢从过渡位置到终点位置。单从理论上讲，也可以关闭预充电线圈而只接通拾波线圈来驱动电枢从过渡位置到终点位置，然而，在这种情况下，拾波线圈应该被设计的更强。

在本发明进一步的优选实施例中，预充电线圈与拾波线圈相互同中心地排列。因此，预充电线圈产生的磁场能以最优的方式被拾波线圈增强。优选地，预充电线圈和拾波线圈至少包围电枢的一部分。这样，就可以在电枢上施加一个很大的磁力。此外，这种布置考虑到了节约空间的设计。

在本发明进一步的优选实施例中，预充电线圈与拾波线圈相互缠绕，其中拾波线圈代表外绕组（outer winding）。这使接触器具有高成本收益并且易于制作。

在本发明进一步的优选实施例中，如果拾波线圈的欧姆阻抗小于预充电线圈的欧姆阻抗，那么拾波线圈的功率就很大，并且因此由拾波线圈产生的电枢上的磁力也很大，由此可以保证一个快速且安全的接通过程。优选地，用来绕成拾波线圈的线比预充电线圈的线更粗。

在本发明进一步的优选实施例中，用于将电枢恢复到初始位置的装置包括第一弹簧，其设置在电枢的第一弹簧挡板和与外壳相连的第二弹簧挡板之间并且在处于初始位置和终点位置之间的每一电枢位置上向电枢施加恢复力。第一弹簧保证线圈的电源一中断就立即关断接触器。优选地，该用于将电枢恢复到初始位置的装置进一步包括第二弹簧，其比第一弹簧短并同样地设置在第一弹簧挡板和第二弹簧挡板之间。因此，当电枢位于初始位置和过渡位置的临近处之间时，第二弹簧不向电枢上施加任何力。当电枢位于过渡位置的临近处与终点位置之间时，由第二弹簧向电枢上施加恢复力。因此，可以在一个步骤中进一步以一个简单的方式增加接近于过渡位置的电枢上的恢复力，这样预充电线圈就不足以将电枢从过渡位置进一步移动到终点位置。优选地，第二弹簧比第一弹簧更硬（harder）。

在本发明进一步的优选实施例中，第一弹簧和第二弹簧被设计为螺旋弹簧并且相互同中心地排列。这里考虑了根据本发明的接触器的一种简单结构。在本发明进一步的优选实施例中，电阻与辅助触点的连接头相连以限制由辅助触点所闭合的电路中的电流强度。这里，电阻可以集成到接触器的外壳内。也可以在电路中将电阻与接触器互连。电阻的规格应考虑到例如与接触器相连的电容器的预充电问题。

在本发明更具体的优选实施例中，还有一个用来接通和关断预充电线圈及拾波线圈并且测量和监控流过辅助触点的电流的电子系统。优选地，所述电子系统以这样的方式提供：在接通过程中，如果在第二开关位置电子系统测得的电流强度下降到第一阈值以下，除了接通预充电线圈以外，电子系统也使拾波线圈接通一定的时间段，这样电枢从过渡位置移动到终点位置，其中，如果在第二开关位置电子系统测得的电流强度在一定的时间段内超过第二阈值，电子系统关断预充电线圈，这样电枢就被恢复力移动到初始位置。所述电子系统考虑了对由接触器开关的电路中的短路的检测，在存在短路的情况下防止主触点闭合。

在本发明进一步的优选实施例中，主触点和辅助触点大体并排地排列在同一平面上，这样，触点就以一种垂直于电枢移动方向的方式对齐。这里考虑了接触器的一个十分紧凑的设计。

在本发明进一步的优选实施例中，接触器还包括一个触桥支座，该触桥支座上设置有主触桥和辅助触桥，其中该触桥支座与电枢相连。优选地，利用接触压力弹簧，主触桥与辅助桥被弹簧加载在触桥支座上。通过接触压力弹簧，在电枢的终点位置主触桥被压紧在固定的主触点上，而在电枢的过渡位置和终点位置，辅助触桥被压紧在固定的辅助触点上。从而，在电枢的各个位置上以一种固定的且安全的方式闭合相应的触点，这样可以防止由外部机械压力，例如交通工具运行时产生的振动所造成的触点的断开。优选地，辅助触桥的接触压力弹簧比主触桥的接触压力弹簧长，其中，在第一开关位置，辅助触点和辅助触桥间的距离比主触点和主触桥间的距离大。这样就以一个简单的方式在电枢的过渡位置上实现了辅助触点的闭合，而主触点不会同样地被闭合。

在本发明一个更具体的优选实施例中，主触点和辅助触点被设置在一个共同的电弧控制装置的区域中。具体地，在关断时，也就是在触点打开时会产生电弧，这可能导致触点的熔化。可以利用电弧控制装置避免这种结果，以提高接触器的工作寿命。对主触点和辅助触点使用一个共同的电弧控制装置可以实现一个紧凑的设计。电弧控制装置优选地包括一个控制区域，控制区域中带有几个分层排列的断弧板（arc interruption plate）。从而，在控制区域充满惰性气体时，可提升电弧控制装置的效果。

在本发明更具体的优选实施例中，接触器被设计为具有两个极，并且包括四个主触点连同四个辅助触点。从而，每两个触点由一个触桥闭合。

附图说明

下面根据附图，更具体地描述本发明的一个实施例。

描述如下：

图1为依照本发明的，处在第一开关位置的接触器的前视示意图；

图2为依照本发明的图1中的接触器在第二开关位置的示意图；

图3为依照本发明的图1，图2中的接触器在第三开关位置的示意图；

图4为根据本发明的图1到图3中的接触器触点排列的俯视图；

图5为具有依照本发明的图1到图4中的接触器的转换器电路的线路图；以及

图6为预充电线圈和拾波线圈的线圈电压的时间顺序图，和在接通，关断过程中主触点和辅助触点的位置。

具体实施方式

对于下面的陈述，同样的附图标记指定同一元件。

图1示出依照本发明的接触器的前视结构示意图。接触器1包括一个外壳（未示出），图示的所有元件都封装在所述外壳中。图示的接触器被设计为具有两个极（pole），并且，对每一极，包括与外壳稳固相连的两个主触点3以及同样与外壳稳固相连的两个辅助触点5。这里，两个主触点3和两个辅助触点5，可以根据图1中的情形，被连续地排列，正如在图4触点排列的俯视图里看到的。图1中连续排列的一对主触点3配有一个主触桥4，在主触桥4的作用下可以闭合每对主触点3。相应地，每对辅助触点5配有一个辅助触桥6。正如从图4中的俯视图可以看到的，每个主触点对的各自的尾部的主触点3具备独有的端口15。类似的，尾部的辅助触点5也具备独有的端口16。可被一个主触桥闭合的一对主触点3中的每一个配有一对辅助触点5，其中为前部的主触点和辅助触点提供了一个公共端口15/16。使用接触压力弹簧18，主触桥4连同辅助触桥6被弹簧加载在与电枢7稳固相连的触桥支座17上。电枢7用来启动主触桥以及辅助触桥4和6，并且被预充电线圈9和拾波线圈10驱动。线圈轭铁8用作预充电线圈9和拾波线圈10的磁轭。预充电线圈9和拾波线圈10相互同中心地排列并环绕电枢7。两个同样相互同中心地排列的螺旋弹簧11和12被设置于形成在电枢7的台阶（step）上的挡板13和用来将电枢7恢复到图1所示的电枢初始位置的线圈轭铁8之间。因此，初始位置的电枢只受到第一弹簧11朝向初始位置方向的预张力。

当电压施加到预充电线圈9时，预充电线圈9产生磁场，该磁场在电枢7上施加磁力，这样电枢7连同触桥支座17被向上提升至图2所示的过渡位置。这个如图2所示的电枢7的过渡位置，对应于接触器1的第二开关位置，在这里辅助触点5通过辅助触桥6闭合。在这个第二开关位置，通过稍长于主触桥4的接触压力弹簧的接触压力弹簧，将辅助触桥6压紧在辅助触点5上。然而，在第二开关位置，主触桥4与主触点3分离，所以主触点3没有闭合。在第二开关位置，第一螺旋弹簧11已经受到一定程度的压缩，其中，一个朝着图1所示的电枢的初始位置方向的，增强的恢复线圈力施加在电枢7上。此外，在图2所示的第二开关位置的第二螺旋弹簧12由于线圈轭铁8和弹簧挡板13间的距离缩短也受到影响，同样在电枢7上施加一个恢复力。如图2所示，根据本发明，在对应于电枢7的过渡位置的接触器1的第二开关位置上，预充电线圈9产生的作用于电枢7的磁力与由弹簧11，12以及已被涉及到的辅助触桥6的接触压力弹簧18产生的反方向施加到电枢7的力相平衡。因此，只要向预充电线圈9施加恒定的电压，如图2所示的接触器1的第二开关位置就是一个稳定的开关位置。

如果除预充电线圈9之外，拾波线圈10也被接通，电枢7会从图2所示的过渡位置上升到图3所示的终点位置。在电枢7的这一终点位置上，根据本发明的接触器1处于第三开关位置，在这里辅助触点5和主触点3都闭合。在这个第三开关位置上，电枢7与线圈轭铁8非常接近。因此，一旦到达第三开关位置，电枢7上就会被施加一个非常大的磁力；于是，拾波线圈10可以被再次关断，因为由预充电线圈9产生的磁场已足够将电枢7保持在终点位置上。

图5示出了一个具有根据本发明的图1至图4所示的接触器的转换器电路的线路图。直流电源19的两极通过公共端口15/16与一对指定的主触点和辅助触点连接。一旦辅助触点5在根据本发明的接触器的第二开关位置上闭合，电流就会通过电阻14流向外部电路，通过所述电流对上行连接到换流器21的电容20充电。利用合适的电子系统，可以测量和/或监控由此产生的电流。一旦电流降到一定的阈值以下，电容就被充分地充电；接触器1可被互连到第三开关位置，在这里主触点3也闭合。结果是，电阻14被桥接（bridge）并且几乎没有电流流过辅助触点5。图5中，本发明所述的接触器1的外壳由附图标记2表示。

图6最后示出了向预充电线圈施加的电压U_SV，向拾波线圈施加的电压U_SA，以及辅助触点5和主触点3的开关状态的时间顺序。接通过程从T0时间点开始；电压被施加到预充电线圈9。经过由电枢移动引起的一段时间偏移，辅助触点5在时间点T₁处闭合。在时间点T₂，除预充电线圈外，拾波线圈也在一段短时间内接通。假定拾波线圈被短暂地接通至时间点T₄，电枢被抬高至终点位置，这样，在时间点T₃，主触点3也是闭合的。在主触点闭合后，拾波线圈可被再次关断，这就是施加到拾波线圈的电压U_SA再次降到0的原因。在时间点T₅，关断指令被发送，指令相应地把施加到预充电线圈的电压U_SV也降至0。通过复位弹簧，电枢7被返回到最初的位置。因此，主触点3先打开，随后，辅助触点5打开。

应该注意的是，本发明所述的接触器也可以用于交流电用途，比如在有预充电过程的时候。在图1至图4中示意性示出的接触器还具有一个未在图中示出的电弧控制装置，用来控制在主触点和辅助触点关断和/或打开时产生的电弧。

Claims

1.电接触器，包括：外壳；至少两个固定的主触点和一个主触桥；至少两个固定的辅助触点和一个辅助触桥，其中，主触点，辅助触点和触桥设置在外壳内；用来启动主触桥和辅助触桥的电枢，其中，在第一开关位置，主触点和辅助触点都打开并且电枢处在初始位置，在第二开关位置，辅助触点闭合而主触点打开并且电枢处在过渡位置，以及，在第三开关位置，辅助触点和主触点都闭合并且电枢处在终点位置；至少一个可被提供电流以便电磁驱动电枢的线圈，其中，由于线圈产生的磁场而作用于电枢上的磁力实现对电枢的驱动；形成磁轭的线圈轭铁；以及用于将电枢恢复至初始位置的装置，其中，通过该装置作用在电枢上的恢复力与磁场产生的磁力方向相反，并且在电枢的终点位置大于在过渡位置，其特征在于，提供用于电磁驱动电枢的预充电线圈和能在除预充电线圈之外还被提供电流或独立于预充电线圈被提供电流的拾波线圈，其中线圈轭铁以这样一种方式设置：当向预充电线圈提供相等的电流时，在电枢的终点位置由于预充电线圈产生的磁场而作用于电枢上的磁力大于在电枢的过渡位置由于预充电线圈产生的磁场而作用于电枢上的磁力，其中所述磁力在电枢的过渡位置上与恢复力一致，而在电枢的终点位置上大于恢复力，其中所述预充电线圈用于将电枢从初始位置移动到过渡位置和把电枢保持在终点位置，而且，所述拾波线圈用于将电枢从过渡位置移动到终点位置。

2.根据权利要求1所述的接触器，其特征在于，除预充电线圈之外拾波线圈也被接通以驱动电枢从过渡位置到终点位置。

3.根据权利要求1或2所述的接触器，其特征在于，预充电线圈和拾波线圈相互同中心地设置并且围绕电枢的至少一部分。

4.根据权利要求3所述的接触器，其特征在于，预充电线圈和拾波线圈相互缠绕，其中拾波线圈表示外绕组。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的接触器，其特征在于，拾波线圈的欧姆阻抗小于预充电线圈的欧姆阻抗。

6.根据权利要求5所述的接触器，其特征在于，绕成拾波线圈的线比绕成预充电线圈的线更粗。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的接触器，其特征在于，用于将电枢恢复至初始位置的装置包括第一弹簧，其设置在电枢的第一弹簧挡板和与外壳相连的第二弹簧挡板之间，并且在处于初始位置和终点位置之间的电枢的每一位置上施加恢复力。

8.根据权利要求7所述的接触器，其特征在于，所述装置进一步包括第二弹簧，其比所述第一弹簧短并且同样设置在所述第一弹簧挡板和所述第二弹簧挡板之间，其中，当电枢处于初始位置和与过渡位置的临近位置之间时，第二弹簧不在所述电枢上施加任何力，并且其中当电枢处于这个与过渡位置临近的位置和终点位置之间时，由第二弹簧在电枢上施加恢复力。

9.根据权利要求8所述的接触器，其特征在于，第二弹簧比第一弹簧硬。

10.根据权利要求8或9所述的接触器，其特征在于，第一弹簧和第二弹簧被设计为螺旋弹簧并且相互同中心地排列。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的接触器，其特征在于，辅助触点的连接头连有附加的电阻以限制由辅助触点所闭合的电路中的电流强度。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的接触器，其特征在于，还具有用于接通和关断预充电线圈和拾波线圈并测量和监控流过辅助触点的电流的电子系统。

13.根据权利要求12所述的接触器，其特征在于，如果在接通过程中在第二开关位置上由电子系统测得的电流强度下降到第一阈值以下，除预充电线圈外，电子系统也将拾波线圈接通一定的时间段，使得电枢从过渡位置移动到终点位置，其中，如果在第二开关位置上由电子系统测得的电流强度在一定的时间段内超过第二阈值，电子系统关断预充电线圈，使得电枢被恢复力移动到初始位置。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的接触器，其特征在于，主触点和辅助触点在同一平面内大体并排地排列，使得触点就以一种垂直于电枢的移动方向的方式对齐。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的接触器，进一步包括触桥支座，在其上设置有主触桥和辅助触桥，其中所述触桥支座与所述电枢相连。

16.根据权利要求15所述的接触器，其特征在于，利用接触压力弹簧，主触桥和辅助触桥被弹簧加载于所述触桥支座上。

17.根据权利要求16所述的接触器，其特征在于，辅助触桥的接触压力弹簧比主触桥的接触压力弹簧长，其中在第一开关位置辅助触点和辅助触桥间的距离大于主触点和主触桥间的距离。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的接触器，其特征在于，主触点和辅助触点设置在一个共同的电弧控制装置的区域里。

19.根据权利要求18所述的接触器，其特征在于，所述电弧控制装置包括带有几个分层排列的断弧板的控制区域。

20.根据权利要求19所述的接触器，其特征在于，所述控制区域充满保护气体。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的接触器，其特征在于，所述接触器被设计为具有两个极，并且包括四个主触点连同四个辅助触点。