CN104170041B - 电路开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电路开关(10)，其包括：第一可移动元件(11)，其被配置为可通过施加于所述第一可移动元件的力(F)而发生移动，所述力具有平行于第一轴线(A1)的方向(D1)；和第二可移动元件(12)，其包括可移动触点(13)并且被配置为利用所述力而使得所述可移动触点在对应于开关断开或闭合电路(24)的断开和闭合位置之间平行于第二轴线(A2)进行移动；其中该第一轴线与第二轴线形成角度；并且其中该第一可移动元件和第二可移动元件以第一接合件(14)枢转地布置至彼此。

Description

电路开关

技术领域

本发明涉及一种用于对可移动触点进行移动以便断开或闭合电路的电路开关及其方法。

背景技术

接触器是用于对电路进行开关的电控开关。电磁体被用于通过迫使移动触点与静止触点电接触而闭合电路。用于闭合操作的能量通常通过机械机制从电磁体传输至移动触点。该机制可以具有直接连接或固定齿轮比。移动和静止触点可能发生磨损并且其电气寿命可能通过移动触点以高速会合静止触点而减少，并且可能会形成触点弹跳，这会出现减少电气寿命的电弧。

文献US2011/0155555、US5541378、US3992600和CN101702388中示出了要在传输机制上拥有可变速度，这些文献公开了如何对开关的闭合施加阻尼。根据US2011/0155555的解决方案是使用具有不同斜率的滑动元件。在US5541378中，使用了具有曲线路径的基于凸轮盘的驱动设备。在US3992600中，使用了具有杠杆和第二质量的杆以便影响开关的速度，并且在灭弧室中使用的CN101702388中，连接杆能够在曲线路径中移动。这些公开给出了可替换的解决方案，它们均具有自身的优势和缺陷。

发明内容

本发明的目标是至少缓解现有技术所存在的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种电路开关，其包括：第一可移动元件，其被配置为通过施加于所述第一可移动元件的力而可移动，所述力具有平行于第一轴线的方向；和第二可移动元件，第二可移动元件包括可移动触点并且被配置为利用所述力而使得所述可移动触点在对应于开关断开或闭合电路的断开和闭合位置之间平行于第二轴线进行移动；其中该第一轴线与第二轴线形成角度；并且其中该第一可移动元件和第二可移动元件以第一接合件枢转地布置至彼此。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电路开关的方法，该电路开关包括以第一接合件枢转地布置至第二可移动元件的第一可移动元件，该方法包括：以平行于第一轴线的方向对第一可移动元件施加力，而使得该力经由第一接合件传送至第二元件，并且使得第二元件的可移动触点平行于第二轴线发生移动并且与固定触点相接触，由此闭合该电路，其中该第一轴线与第二轴线形成角度；并且通过向第一元件施加力而保持可移动触点与固定触点相接触。

本发明的设备方面可以被用于执行本发明的方法方面。

通过形成角度(不互相平行)的第一和第二轴线，即通过具有与可移动触点由于所施加力而发生移动的方向有所不同的方向的所施加力的方向，以及通过互相枢转地布置的第一和第二元件，在其上施加力的第一元件的分段平行于第一轴线的移动与可移动触点平行于第二轴线的移动的比率可以有所变化。该移动比率例如可以通过选择第一和第二轴线之间的角度或者通过第一和第二元件的设计而得到控制。该开关也可以利用更为紧凑的设计来制造，因为其可以在可移动开关的移动方向被制造得更小。其额外的优势在于，为了保持可移动触点与固定触点相接触而需要施加的力可以有所减小。

以上和下文中关于本发明的任意方面的讨论同样处于与本发明的任意其它方面相关的可应用部分之中。

本发明在开关为接触器的情况下是特别适用的，但是其它类型的开关也可以从本发明获益。

在本发明的一些实施例中，第一轴线与第二轴线形成直角。这可以简化本发明开关的设计。

施加于开关的第一元件的力可以是电磁力，即由电磁体所产生并且施加于第一元件的分段的力，但是也考虑其它类型的致动器。

在本发明的一些实施例中，第一可移动元件包括第一部分和第二部分，该第一部分和第二部分以第二接合件枢转地布置至彼此。第一部分可以被配置为具有对其所施加的力，并且第二部分则可以是之前以第一接合件枢转地布置至第二元件并且能够经由第二和第一接合件将力从第一部分传送至第二元件的部分。通过将第一元件划分为至少两个枢转地布置至彼此的部分，可移动触点由于所施加力而进行的移动例如可以通过调节第一和第二接合件之间的距离而额外地受到控制。

第一可移动元件可以包括被配置为在第一元件通过力进行移动时沿第一导引表面进行滚动的第一滚轮，所述第一表面平行于第一轴线。这可以是一种在第一元件由于对其所施加的力而进行移动时对其至少一部分进行导引的便利方式。第一滚轮可以具有关于第一元件的分段固定的旋转轴线。这意味着该滚轮并不允许沿第一元件发生移动，而是固定至该元件的一个分段。如果第一元件如以上所提到的被划分为不同部分，则该滚轮与之相接的分段例如可以是第一部分或第二部分或者是接合第一和第二部分的接合件。

第二可移动元件可以包括被配置为在第二元件通过力进行移动时沿第二导引表面进行滚动的第二滚轮，所述第二表面平行于第二轴线。这可以是一种在第二元件由于从第一元件所传送的力而进行移动时对其至少一部分进行导引的便利方式。该第二滚轮可以具有关于第二元件的分段固定的旋转轴线。这意味着该滚轮并不允许沿第二元件发生移动，而是固定至该元件的一个分段。如果第一部分被划分为不同部分，则该滚轮与之相接的分段例如可以是任意这样的部分或者是接合第一和第二元件的接合件，在这种情况下，第二滚轮可以同时接合至第一和第二元件。

在本发明的一些实施例中，该开关被配置用于作为高电流电路的电路，优选地是用于至少1000安培的电流的电路。利用本发明所提供的可变移动/速度(齿轮)比，可移动触点可以轻易地被更为稳固地压在固定触点上，减少了阻抗并且因此减少了在触点之间的界面处的热生成。以这种方式，可以降低损失并且可以使用较高电流，而并不会由于过高温度而降低其可用性。本发明的示例性实施例可以被常规地用于具有至少1000A、至少1500A或至少2000A的电流的电路，该电流诸如处于2000A和3500A之间。

如这里所讨论的，可以向第一元件施加力以便使得可移动触点发生移动。在移动期间可能具有比先前的力更高、更低或相同大小的力可以因此被用来将可移动触点相对固定触点进行适当固定。在本发明的一些实施例中，可移动触点可以在所施加力例如通过调谐生成该力的致动器(例如，电磁体)而被去除的情况下自动从固定触点分离(断开连接)。该分离例如可以通过重力作用或者利用链接至可移动触点的回位弹簧作用。

总体上，除非这里以其它方式另外明确定义，否则在权利要求中所使用的所有术语都根据其在该技术领域的常规含义进行解释。除非以其它方式另外明确指出，否则对“一/一个/该元件、装置、组件、器件、步骤等”的所有引用都要开放地被解释为指代元件、装置、组件、器件、步骤等的至少一个实例。除非明确指出，否则这里所公开的任意方法的步骤都并非必然以所公开的确切顺序来执行。针对本公开的不同特征/组件使用“第一”、“第二”等仅是意在将该特征/组件与其它类似特征/组件加以区分而并非对该特征/组件施加以任何顺序或等级。

附图说明

现在参考附图通过示例对本发明进行描述，其中：

图1是本发明的开关的实施例的示意性侧视图。

图2是本发明的开关的另一个实施例的示意性侧视图。

图3是通过实验获得的示出齿轮比的示图，该齿轮比作为在图1或2的开关实施例中所施加力的方向的移动的函数。

图4是本发明的方法实施例的示意性流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参考其中示出本发明的某些实施例的附图而对本发明进行更为全面地描述。然而，本发明可以以许多不同形式来体现并且不应当被理解为局限于这里所给出的实施例；相反，这些实施例是作为示例提供从而本公开将是全面且完整的，并且将向本领域技术人员全面传递本发明的范围。同样的附图标记贯穿该描述而指代同样的要素。

当本文提到轴线或方向互相成角度时或者形成角度等时，其意味着该轴线或方向并非互相平行。

当本文提到力具有方向时，除非以其它方式指出，否则这是总的力的方向，而不是所意指的力分量的方向。

第一和第二元件可以被示为传输装置的至少一部分，该传输装置用于将施加于第一元件的力转化为可移动触点的移动。

图1图示了本发明的接触器开关10的实施例。

接触器10包括第一元件11，其被配置为要被作用以力F。在图1的实施例中，第一元件针对施加在第一元件11的第一部分15的末端的力F进行配置。第一部分15例如可以是有线圈电磁体(未示出)作用于其上的金属芯部，或者力F可以从这样的芯部传送至第一部分15。第一部分15被配置为平行于第一轴线A1以与图中的双头箭头D1所指示的相反方向往复移动。第一元件11的第一部分15被枢转地布置至第一元件11的第二部分16。第一部分15通过在接合件17中彼此相接的部分而被枢转地布置至第二部分16。接合件17极其枢轴轴线关于第一元件的第一和第二部分是静止的，并且因此无法沿第一和第二部分中的任意一个进行滑动。第一滚轮18包括在第一元件11中，附接在接合件17处。第一滚轮18具有关于其与之附接的第一元件11的分段为静止的旋转轴线20。在图1的实施例中旋转轴线20基本上与接合件17的枢轴轴线相一致。第一滚轮18靠在第一导引表面19上，被配置为在第一元件11由于所施加力F而发生移动时在该第一导引表面19上进行滚动。第一导引表面19优选地平行于第一轴线A1。

如以上所提到的，第一元件11的第二部分16枢转地附接至所述第一元件11的第一部分15，而且还在第一接合件处14枢转地布置/附接至第二元件12的第一部分29。第二部分16将两个枢轴接合件17和14互相分开，这用来调节该图中第一元件11的第一部分15的水平速度与第二元件12的垂直速度之间的可变比率。第一元件11的第二部分16例如可以被成形为杆，其在杆16的第一末端处利用接合件17接合至第一元件11的第一部分15，并且在杆16的第二末端利用接合件14接合至第二部分12的第一部分29。为了将力传输部分和致动器与由接触器10所控制的电路24中的电流进行电绝缘，第一元件11的第二部分16以及第二元件12的第一部分29可以由电绝缘材料形成，诸如至少一种绝缘刚性塑料材料。

第二元件12的第一部分29枢转地布置/附接至第一元件12的第二部分16。第二元件12的第一部分29通过在接合件14处互相附接的部分而枢转地布置至第一部分11的第二部分16。接合件14及其枢轴轴线关于第二元件12的第一部分29和第一元件11的第二部分16是静止的，并且因此无法沿第一和第二部分中的任一个进行滑动。第二滚轮21包括在第二元件12中，其在接合件14处附接。第二滚轮21具有关于附接至其的第二元件12的分段静止的旋转轴线23。在图1的实施例中，旋转轴线23基本上与第一接合件14的枢轴轴线相一致。第二滚轮18靠在第二导引表面22上，它被配置为在第二元件12由于所施加力F而发生移动时在该第二导引表面22上进行滚动。第二导引表面22优选地平行于第二轴线A2。

至少一个接触弹簧26可以被附接至并且处于第二元件12的第一部分29与可移动触点13之间。如果第一部分29为杆状，则第一接合件14可以处于杆29的第一末端而接触弹簧26则可以接合在杆29的第二末端。(本文所讨论的)第二元件12的第一部分29、接触弹簧26和可移动触点13这三个部分可以平行于第二轴线A2的按行顺序排列。接触弹簧26被配置为利用相对均匀的压力将可移动触点13压向固定触点25以便避免例如由于不均匀的力F或者接触器10中的振动等所导致的意外的电路断开或不必要的发热。

可移动触点13包括在第二元件12中并且被配置为利用所施加的力F平行于轴线A2而在如双头箭头D2所指示的往复方向进行移动。在图1的实施例中，可移动触点13由于在第一元件11的第一部分15上水平施加的力而垂直向下移动。这是因为轴线A1和A2互相成角度α，在该实例中，互相成大约90°的角度α。随着可移动触点13向下移动，其将与固定触点25相接触，后者在这里包括通过可移动触点13而互相形成电连接的两个部分25，因此电路24被闭合而允许电流经由可移动触点13流动。

至少一个回位弹簧27可以链接至可移动触点13而使得回位弹簧27可以作用，以在力F被去除、中断或者充分减小时将可移动触点13从固定触点25分开。如图1所示，该回位弹簧可以附接至并且处于可移动触点13和基础表面28之间。典型地，该回位弹簧27基本上比接触弹簧26更弱，以避免接触弹簧26在可移动触点与固定触点25相接触之前被回位弹簧27充分按压。然而，回位弹簧27足够强以将可移动触点13从固定触点25分开，并且因此还足够强以使得第一和第二元件11和12发生移动。在图1的实施例中，这意味着回位弹簧27相对重力垂直工作。然而，利用本发明，在该机械传输装置的一些部分并未垂直布置在可移动触点13和回位弹簧27上方的情况下，施加于回位弹簧27的强度要求可以有所减小并且回位弹簧也能够更快速并且更容易地将触点互相分开，减少触点之间的电弧能量，减少触点的磨损并且因此延长所述触点的电气寿命。因此，触点的电气和机械寿命都可以利用本发明而有所改进。而且，由于回位弹簧具有较低负载，所以开关10可以更为坚固并且对于外部冲击和振动较不敏感。

如能够在图中看到的，利用本发明，将更容易地适当固定可移动触点13而闭合电路，原因在于导引表面19将协同力F而将可移动触点13保持在闭合位置。因此，力F的大小可以有所减小和/或可移动和固定触点可以以有所增大的力被压在一起，与现有技术相比减小了触点阻抗。

图2图示了本发明的接触器开关10的另一个实施例。与图1的实施例的不同之处在于，第一元件11被设计为使得所施加的力在第一元件11的第一部分15上进行拉动，而不是像图1的实施例中那样推动，以便将可移动触点13朝向固定触点25移动。该设计使得在第一元件11的第一和第二部分15和16之间的第二接合件17处形成锐角，而不是像图1的实施例中那样的钝角。如图1和2所图示的，根据元件11和12的机械传输的设计，所施加的力可以是推动和拉动力之一或其二者。

通过例如调节轴线A1和A2之间并且因此是导引表面19和22的角度α，可以按照期望对齿轮比(第一元件11的第一部分15相对于第二元件12的移动速度而朝向固定触点25的移动速度)以及齿轮比的变化进行调节。除此之外或可替换地，可以通过调节传输元件11和12的设计来调节齿轮比，例如通过调节第一和第二接合件14和17之间和/或第一和第二滚轮18和21的旋转轴线20和23之间的距离。

图1和2图示了具有可变齿轮比的电路开关的两个不同的实施例，但是从本公开意识到的是，在所附独立权利要求的范围内可能有许多其它设计来获得可变齿轮比。

图3是如图1或图2所示的接触器10的齿轮比的仿真试验数值的图形。该图形将齿轮比示出为机械传输的第一元件11的第一部分15的位置的函数。该位置作为距0.000米的起始位置的以米为单位的距离而给出，最远到图1和2的第一部分15的冲程长度的左侧。齿轮比被计算为可移动触点13在平行于轴线A2的方向D2朝向固定触点25的垂直速度除以第一部分15在平行于第一轴线A1的第一方向D1(朝向图1和2的右侧)的水平速度。如在图中所看到的，齿轮比以6开始，即可移动触点的垂直速度为第一部分15的水平速度的6倍(过程的起始比率取决于所选择的起始位置)。随后，该齿轮比逐渐(指数地)减小而当可移动触点13与固定触点25相接触时以0.2终止。仅使用图中所示的冲程的一部分(齿轮比)可能是方便的，例如齿轮比处于2:1和1:2之间的部分。以这种方式，触点上的机械磨损由于触点的低冲击速度而有所减小，同时与贯穿整个冲程的线性1:1比率相比，接触器用来闭合电路24的整体时间周期会相同甚至有所减小，在该示例中，使用25mm的冲程长度，但是相同原则对于其它冲程长度同样有效。

图4是本发明的方法实施例的示意性流程图。力F以平行于第一轴线A1的方向D1被施加于(1)第一可移动元件11(步骤1)，而使得该力F经由第一接合件14被传送至第二元件12并且使得第二元件12的可移动触点13平行于第二轴线A2发生移动，并且与固定触点25相接触，由此闭合电路24。第一轴线A1与第二轴线A2形成角度α。可移动触点13利用对第一元件11所施加的力F而被保持(步骤2)与固定触点25相接触。如果适宜，力F的大小与使得可移动触点13发生移动时相比可以有所减小、增大或相同。为了节省用于将触点压制在一起的能量，力F在一些实施例中可以有所减小，因为导引表面19可以协同力F而将触点固定2在一起(例如，用于产生力F的电磁体的线圈能量可以有所减小)。然而，为了减小接触阻抗以及发热(因此减少电路24中的能量损失)，力F可以在可移动触点已经与固定触点相接触之后有所增大以便增大可移动和固定触点之间的接触力。为了再次断开电路24，施加于第一元件的力F可以被去除(步骤3)，由此例如回位弹簧27能够将可移动触点13从固定触点分离，由此断开电路24并中断其中的电流I。

以上已经主要参考几个实施例对本发明进行了描述。然而，如本领域技术人员所轻易意识到的，以上所公开以外的其它实施例在如所附专利权利要求所限定的本发明的范围之内同样是可能的。

Claims (12)

1.一种电路开关(10)，包括：

第一可移动元件(11)，其被配置为响应于施加于所述第一可移动元件(11)的力(F)而沿所述第一可移动元件的第一轴线(A1)平行地移动，所述力(F)具有平行于第一轴线(A1)的方向(D1)；以及

第二可移动元件(12)，其包括可移动触点(13)并且被配置为利用所述力(F)而使得所述可移动触点(13)在对应于所述电路开关(10)断开或闭合电路(24)的断开位置和闭合位置之间平行于第二轴线(A2)进行移动；

其中所述第一轴线(A1)与所述第二轴线(A2)形成角度(α)；并且

其中所述第一可移动元件(11)和所述第二可移动元件(12)在第一接合件(14)中枢转地布置至彼此。

2.根据权利要求1所述的电路开关(10)，其中所述电路开关为接触器。

3.根据权利要求1或2所述的电路开关(10)，其中所述第一轴线(A1)与所述第二轴线(A2)形成直角(α)。

4.根据权利要求1或2所述的电路开关(10)，其中施加于所述第一可移动元件(11)的所述力(F)为电磁力。

5.根据权利要求1或2所述的电路开关(10)，其中所述第一可移动元件(11)包括第一部分(15)和第二部分(16)，所述第一部分和所述第二部分在第二接合件(17)中枢转地布置至彼此，其中所述第一部分(15)被配置为具有对其所施加的所述力(F)，并且所述第二部分(16)在所述第一接合件(14)中被枢转地布置至所述第二可移动元件(12)并且能够经由所述第二接合件和所述第一接合件(17，14)将所述力(F)从所述第一部分(15)传送至所述第二可移动元件(12)。

6.根据权利要求1或2所述的电路开关(10)，其中所述第一可移动元件(11)包括被配置为在所述第一可移动元件(11)通过所述力(F)进行移动时沿第一导引表面(19)滚动的第一滚轮(18)，所述第一导引表面(19)平行于所述第一轴线(A1)。

7.根据权利要求6所述的电路开关(10)，其中所述第一滚轮(18)具有关于所述第一可移动元件(11)的分段固定的旋转轴线(20)。

8.根据权利要求1或2所述的电路开关(10)，其中所述第二可移动元件(12)包括被配置为在所述第二可移动元件(12)通过所述力(F)进行移动时沿第二导引表面(22)滚动的第二滚轮(21)，所述第二导引表面(22)平行于所述第二轴线(A2)。

9.根据权利要求8所述的电路开关(10)，其中所述第二滚轮(21)具有关于所述第二可移动元件(12)的分段固定的旋转轴线(23)。

10.根据权利要求1或2所述的电路开关(10)，其中所述电路开关(10)被配置用于作为高电流(I)电路的所述电路(24)，所述电路用于至少1000、1500或2000安培的电流(I)。

11.一种电路开关(10)的方法，所述电路开关(10)包括在第一接合件(14)中枢转地布置至第二可移动元件(12)的第一可移动元件(11)，所述方法包括：

以平行于所述第一可移动元件(11)的第一轴线(A1)的方向(D1)对所述第一可移动元件(11)施加力(F)以沿第一轴线平行地移动所述第一可移动元件，使得所述力(F)经由所述第一接合件(14)传送至所述第二可移动元件(12)，并且使得所述第二可移动元件(12)的可移动触点(13)平行于第二轴线(A2)移动并且与固定触点(25)相接触，由此闭合电路(24)，其中所述第一轴线(A1)与所述第二轴线(A2)形成角度(α)；以及

通过向所述第一可移动元件(11)施加所述力(F)而保持所述可移动触点(13)与所述固定触点(25)相接触。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

去除施加于所述第一可移动元件(11)的所述力(F)，由此回位弹簧(27)能够将所述可移动触点(13)从所述固定触点(25)分离，因此断开所述电路(24)并中断其中的电流(I)。