CN103370759A - 开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于闭合和/或断开电路的开关装置。该开关装置具有致动单元(3、5、22)和双稳态机构(6)。该致动单元(3、5、22)可在该开关装置处于闭合状态的第一末端位置与该开关装置处于断开状态的第二末端位置之间线性地移动。该线性移动限定了轴。该双稳态机构被配置为确保该致动单元(3、5、22)被保持在任意一个该末端位置中。根据本发明，双稳态机构包括与该致动单元(3、5、22)机械地连接的凸轮装置(7a、7b)以及至少一个凸轮从动件(8)。本发明还涉及所发明的装置的用途。

Description

开关装置

技术领域

本发明涉及用于闭合并且/或者断开电路并且包括致动单元和双稳态机构的开关装置，该致动单元可在该开关装置处于闭合状态的第一末端位置与该开关装置处于断开状态的第二末端位置之间线性地移动，其中，线性移动限定了轴，该双稳态机构被配置为确保该致动单元被保持在任意一个该末端位置中，其中，双稳态机构包括与该致动单元机械地连接的凸轮装置以及至少一个凸轮从动件。

在本申请的文本中类似于“径向”、“轴向”和“圆周”的术语涉及限定的轴。

背景技术

开关装置可能是用于快速闭合具体而言具有中或高电压电平的电路的闭合器。该开关装置通常具有可以朝向并且远离彼此移动的两个触头。该移动通常是线性的。可以通过一个触头部分是可移动的并且另一个触头部分是静止的或者两个触头部分都是可移动的，以实现该相对移动，并且每个可移动触头部分具有致动单元。

在触发信号之后，驱动装置激活该致动单元以闭合或断开电流。

将可移动触头部分极其稳定地保持在它的位置中是重要的，不论该位置是断开或闭合位置。这是由双稳态机构实现的。根据现有技术，双稳态机构是肘节设备(toggle device)。在WO03/096502和US6538347中公开了该设备的实例。

根据现有技术所使用的肘节设备由连接到致动单元的通常被形成为管的大量杆组成。每个杆连接到由压缩弹簧径向地朝向该管推动的活塞。在两个末端位置中，杆关于径向方向倾斜，其中对于两个末端位置在不同方向中倾斜。当驱动装置将该管从一个末端位置移动到另一个末端位置时，连接杆必须经过中间位置，其中，在该中间位置中该杆是径向的并且弹簧被最大程度压缩。该管即致动单元从一个末端位置到另一个末端位置的致动因此具有该杆从一个倾斜位置经由该径向中间位置移动到另一个末端位置的效果。因而将从在该末端位置处的基本上未压缩的状态开始逐渐压缩每个弹簧，直到该杆达到它的中间位置为止。此后，当杆从中间位置向另一个末端位置移动时逐渐释放弹簧。这意味着为了从任意一个末端位置移动致动单元必须克服用于压缩弹簧的力。因而，末端位置变得稳定。

虽然该已知双稳态机构通常令人满意地运行，但是它具有一些缺点。该机构复杂、昂贵并且组装费时。用于致动管的行程被最大化，并且如果希望更大的行程，则由于肘杆的给定最大倾斜的几何原因，也必须增加弹簧活塞的行程长度。完整的机械壳体因而需要更大的直径。这可能是有问题的，因为开关装置的绝缘体壳体可能如今已经相当大了，并且对于更大的行程需要更大的绝缘体。

在US3873791A、DD291192A5和WO2010/026048A1中公开了用于相似目的的双稳态机构的其它实例。US3873791A公开了包括和凸轮装置和凸轮从动件的双稳态机构。

发明内容

本发明的一个目的在于克服必须使用双稳态机构的常规设计的问题，具体而言改善该双稳态机构中的凸轮装置。

根据本发明，由一种包括以下具体特征的最初指定类型的开关装置实现该目标：每个凸轮从动件包括被配置为在该凸轮装置上滚动的滚轮，并且该凸轮装置具有凸轮轮廓，凸轮轮廓具有用于限定第一末端位置的第一轴向末端和用于限定第二末端位置的第二轴向末端，其中，凸轮轮廓包括在该凸轮轮廓的主要部分上延伸的弧形凸起部分，其中，凸轮部分形成与该轴的变化的角度，其中，该角度具有范围为10°到45°的最大值。

本发明的双稳态机构由比已知设备更少的零件组成并且装配更加容易并且快速得多。此外，凸轮的使用允许更大的自由度，以简单地通过相应地成形凸轮的轮廓来优化该开关装置的性能。另一个益处在于壳体的直径可以小得多，因为用于对着凸轮推动每个凸轮从动件的装置比根据现有技术的设备中的弹簧需要更小的径向空间，其中，根据现有技术的设备中的弹簧的尺寸必须允许杆从倾斜位置移动到径向位置。对于具有大行程长度的开关设备对此特别感兴趣。使用凸轮设备作为双稳态机构还具有可以简单地通过相应地成形凸轮的轮廓来自由地定制致动移动的特征以适用于各种应用的不同需求的优点，而就这点而言肘节设备具有更有限的灵活性。

通过由滚轮在凸轮从动件上建立的滚动接触，摩擦力被降低并且致动将是平滑的。凸轮轮廓的该指定的延伸特别适用于获得稳定的末端位置的目的。其助于进一步确保平滑的致动，避免受力形态的突然的改变，否则将在该轮廓的拐角处发生受力形态的突然的改变。指定的最大角度将出现在靠近凸轮轮廓的末端处，并且该指定的最大角度一方面大到足以在末端位置中创建稳定力并且另一方面小到足以将用于致动所需要的轴向力保持处于可接受的水平。

凸轮轮廓意味着凸轮装置的活动部分即与至少一个凸轮从动件协作的部分。该弧形凸起部分可以是圆形的。该圆形部分可以由多个不同半径的圆形段组成。该弧形部分可以可替换地是任意其他类型的曲线。该指定的角度优选地在20°到30°的范围内，以获得所述两个要求之间的良好的平衡折中。要理解，在该凸轮轮廓外部即在凸轮装置的活动部分的外部，该凸轮装置可以具有大于该限定范围的角度。

根据本发明的一个实施方式，凸轮从动件的数量是一或二。

仅使用两个凸轮从动件表示一种具有低的重量和平衡力的特别简单的设计。仅使用一个凸轮从动件还导致较少的移动零件，并且就这点而言设备因此被进一步简化。然而，在该情况中，缺点在于来自双稳态机构的力未被超过。如果仅使用一个凸轮从动件，则因此配置使得反作用力作用在直径正对凸轮从动件的侧面上是有利的。

根据一个实施方式，每个凸轮从动件被配置为可在与轴垂直的方向中移动。

因此，实现对称的受力形态，并且在末端位置处的稳定力是相等的。该垂直定向的移动还导致简单的设计和可靠的功能。

根据一个实施方式，每个凸轮从动件被配置为可关于该轴在径向方向中移动。

该实施方式优化凸轮与凸轮从动件之间的协作并且进一步简化设计。

根据一个实施方式，存在至少两个凸轮从动件，并且凸轮从动件可以在圆周方向中均匀地分布。

因而，由凸轮从动件在致动单元上施加的力被径向地平衡，这导致简单的构造，而对轴承或类似的导向元件的具有更少要求。利用两个凸轮从动件，则两个凸轮从动件彼此径向正对，并且如果利用三个凸轮从动件，则三个凸轮从动件被配置为彼此成120°角，诸如此类。

根据一个实施方式，存在至少两个凸轮从动件，并且凸轮从动件在同一径向平面中接触凸轮装置。

因而，消除在致动单元上来自凸轮从动件的任意弯曲力，这进一步助于简单并且可靠的构造。

根据一个实施方式，每个凸轮从动件包括受机械弹簧支撑的活塞。

这是用于确保凸轮从动件与凸轮装置之间的良好的接触并且用于获得在末端位置处的稳定力的简单的方式。优选地，该弹簧为压缩弹簧。

根据一个实施方式，凸轮轮廓是在轴向方向中对称的。

这表示简单的设计并且特别适用于对于致动运动的力和速度的要求在两个方向中基本上相等的应用。

根据一个替换实施方式，该凸轮轮廓在轴向是非对称的。

如果在两个末端位置处要求的条件不同例如不同的接触压力，则该形状是有利的。

根据一个实施方式，该凸轮装置由用于每个凸轮从动件的独立的凸轮单元组成，该凸轮单元具有盘形。

因而，与将凸轮装置做成用于所有凸轮从动件的、具有完全围绕轴延伸的凸轮轮廓的公共部分相比，可以保持凸轮装置的重量相对低。为了在致动期间允许尽可能快速的加速度和减速度，低的重量是重要的。可以由单个盘形件或由依附在一起或依附到致动装置的独立件构成独立的凸轮单元。

根据一个实施方式，致动单元包括与凸轮装置牢固地依附的杆。

当致动单元的形式是作为可移动触头部分而终接的杆时，靠着静止触头部分的接触表面可能相对大，以允许该装置用于高电流。可以通过将凸轮装置与杆一体地制造在一个部件中，将凸轮装置依附到杆。可替换地，可以独立地制造凸轮装置并且然后将凸轮装置与杆接合。

根据第二方案，本发明涉及所发明的开关装置用于闭合或切换中电压电平或高电压电平的电流的用途。

将中电压理解为1到72.5kV范围内的电压并且将高电压理解为高于72.5kV的电压。

本发明的使用与本发明的开关装置和它的优选实施方式的上述优点具有相同类型的优点。

在从属权利要求中详述了本发明的上述实施方式。要理解，当然可以由以上实施方式的任意可能的组合以及由下文的实例的描述中所述的那些实施方式与特征的任意可能的组合构成其他实施方式。

将通过本发明的实例的以下详细描述并且参考附图来进一步解释本发明。

附图说明

图1是经过根据本发明的开关装置的纵向剖面。

图2在纵向剖面中以放大的比例示出了图1的细节。

具体实施方式

图1示出了具有根据本发明的双稳态机构的开关装置。为了清楚起见，简化了该说明，以便关注与本发明的理解相关的方面。因此，省略了像导体和绝缘的细节。这些细节可以是任意常规的类型并且不需要描述。开关装置具有静止触头部分1和可移动触头部分2。可移动触头部分2被配置为第一杆3的上末端。杆3的下末端依附到导电材料的盘22。第二杆5从盘22的下面向下延伸。第二杆5被配置为与下文将进一步描述的双稳态机构协作。在该实例中，使得第一杆3与盘22相集成，但是可以可替换地由独立的部件制造它们。也可以可替换地将第二杆5与盘22集成。

杆3和杆5以及盘22一起形成了在本申请中被称为致动单元的东西。在附图中，开关装置处于断开状态。在将要将开关装置致动到它的闭合状态的情况中，驱动机构向上推动致动单元3、5、22，因而可移动触头部分2进入静止触头部分1，从而电路将被闭合。电流路径因而经由上盒25、从上盒25径向向内延伸的法兰26、接触元件11以及销3，从壳体24到可移动触头部分2。该驱动机构可以具有任意合适的类型。在该实例中，驱动机构由上线圈21和下线圈23组成，其中，线圈感应式地作用在导电盘22上以将致动单元3、5、22移动到闭合阶段。

开关装置具有根据本发明的双稳态机构6。参考图2解释双稳态机构6。在用于形成致动单元的一部分的杆5上牢固地依附两个凸轮单元7a、7b。凸轮单元7a、7b中的每一个是相对于杆5的轴径向地定向的盘。它们彼此直径地对立放置。在下文中，描述仅涉及图的右部并且要理解左部是相同的。

凸轮单元7b具有凸起的外轮廓20。凸轮单元7b在中间18具有最大值，从此对称地到达凸轮轮廓20的上末端点17和下末端点19。在该图中，该轮廓具有由半径不同的圆弧构成的形状，但是要理解，可以应用其他曲线。

双稳态机构在每个侧面上具有凸轮从动件8。凸轮从动件的滚轮9与凸轮单元7b的轮廓20接触。滚轮9被配置为能够在轮廓20上滚动并且滑动并且被弹簧15朝向轮廓20推动。弹簧15是在径向方向中延伸并且靠着支撑底面16坐落的机械压缩弹簧。弹簧15作用在活塞13的内末端壁14上。活塞13在壳体24的衬套12中可径向移位。滚轮9被安装在活塞13的径向内末端的销10上。

在如图所示的断开状态中，杆5处于它的最低位置。开关装置被稳定地保持在该位置中，因为从凸轮从动件8施加到凸轮轮廓20的上末端17的力由于凸轮轮廓20的倾斜而引起了对抗杆5的任意向上移动的阻力。元件因而不能从该位置无意地离开。

当要闭合开关装置时，线圈23被激活并且由感应力作用在盘22上以在箭头A的方向中快速地向上移动动盘22并且牵拉杆5。该力的大小使得充分地加速杆5，同时还克服来自凸轮从动件8的抵抗该移动的力。由于该致动移动，当杆5向上移动时，滚轮9在凸轮单元7b的轮廓20上滚动。因而，弹簧15开始被压缩，直到滚轮9到达轮廓20的顶端18为止。弹簧15从那里开始扩张，直到滚轮9到达轮廓的另一个末端19为止，其中，开关装置在该末端处闭合。由来自凸轮从动件8的力使杆15在该位置中保持稳定，其中，该力以与上述位置中类似的方式对抗该杆在向下方向中的移动。

Claims (12)

1.一种开关装置，用于闭合和/或断开电路并且包括致动单元(3、5、22)和双稳态机构(6)，所述致动单元(3、5、22)可在所述开关装置处于闭合状态的第一末端位置与所述开关装置处于断开状态的第二末端位置之间线性地移动，所述线性移动限定了轴，所述双稳态机构(6)被配置为确保所述致动单元(3、5、22)被保持在任意一个所述末端位置中，所述双稳态机构(6)包括机械连接到所述致动单元(3、5、22)的凸轮装置(7a、7b)以及至少一个凸轮从动件(8)，其特征在于，每个凸轮从动件(8)包括被配置为在所述凸轮装置(7a、7b)上滚动的滚轮(9)，并且特征在于所述凸轮装置(7a、7b)具有凸轮轮廓(20)，所述凸轮轮廓(20)具有用于限定所述第一末端位置的第一轴向末端(19)和用于限定所述第二末端位置的第二轴向末端(17)，所述凸轮轮廓(20)包括在所述凸轮轮廓(20)的主要部分上延伸的弧形凸起部分，所述凸起部分形成与所述轴的变化的角度，所述角度具有范围为10°到45°的最大值。

2.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述凸轮从动件(8)的数量是一或二。

3.根据权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，每个凸轮从动件(8)被配置为可在与所述轴垂直的方向中移动。

4.根据权利要求3所述的开关装置，其特征在于，每个凸轮从动件(8)被配置为可在关于所述轴的径向方向中移动。

5.根据权利要求3或4所述的开关装置，其特征在于，存在至少两个凸轮从动件(8)，并且所述凸轮从动件(8)在圆周方向中均匀地分布。

6.根据权利要求1到5中的任意一个所述的开关装置，其特征在于，存在至少两个凸轮从动件(8)，并且所述凸轮从动件(8)在相同的径向平面中接触所述凸轮装置(7a、7b)。

7.根据权利要求1到6中的任意一个所述的开关装置，其特征在于，每个凸轮从动件(8)包括由机械弹簧(15)支撑的活塞(13)。

8.根据权利要求1到7中的任意一个所述的开关装置，其特征在于，所述凸轮轮廓(20)在所述轴向方向中对称。

9.根据权利要求1到7中的任意一个所述的开关装置，其特征在于，所述凸轮轮廓(20)在所述轴向方向中不对称。

10.根据权利要求1到9中的任意一个所述的开关装置，其特征在于，所述凸轮装置(7a、7b)由用于每个凸轮从动件(8)的独立的凸轮单元(7a、7b)组成，所述凸轮单元(7a、7b)具有盘形。

11.根据权利要求1到10中的任意一个所述的开关装置，其特征在于，所述致动单元(3、5、22)包括杆(5)，所述凸轮装置(7a、7b)牢固地附接到所述杆(5)。

12.根据权利要求1到11中的任意一个所述的开关装置用于闭合或断开中电压电平或高电压电平的电流的应用。

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