CN104380413B - 用于指示开关装置的状态的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于指示电开关装置的状态的设备，该电开关装置包括被布置为能够在第一和第二位置之间移动的可移动触点(102)。该设备包括布置在该可移动触点上的至少一个突出接触部件(4A,4B)；至少一个接触栓(2A,2B)，其被布置为接近于该可移动触点，而使得所述接触部件在该可移动触点处于第一位置时与该接触栓相接并且所述接触部件在该可移动触点处于第二位置时与该接触栓相分离，由此该接触部件和接触栓形成电开关(10A,10B)；以及检测器装置(8)，其被配置为检测所述电开关何时闭合，并且因此检测该可移动触点何时处于第一位置。

Description

用于指示开关装置的状态的设备

技术领域

本发明涉及一种用于指示电开关装置的状态的设备，该电开关装置包括能够在第一和第二位置之间移动的可移动触点。

背景技术

开关装置可能是用于快速闭合尤其是中压或高压水平的电路的闭合器。这样的开关装置通常具有两个能够相对彼此可移动的触点。该移动通常是线性的。该相对移动之所以能够实现可以是在于一个触点可移动而另一个则静止，或者两个触点都可移动。

在技术应用中使用包括可移动触点的开关装置来打开和闭合电路在许多领域是常见且普遍的。与之相关联的还需要确定特定开关装置是处于打开还是闭合状态，例如用来确定在服务期间接触设备是否安全或者是否已经完全实现了操作，闭合或打开。在本领域内，已知有多种不同的检测器和指示器。

然而，许多位置检测器和指示器存在着使得它们不足以胜任某些应用的缺陷。例如，在用于高压应用的快速闭合开关的领域内，关键的是指示器以高速度和高加速度可靠地操作。许多种类的指示器在用于需要较高速度和高加速度的应用时易于损坏。快速闭合开关的触点的相对速度在正常情况下处于10m/s或更大的范围。然而，可商业获得的微型开关仅能够经受大约1m/s。

例如，至于使用诸如光学指示器之类的适于高速使用的检测器，在一些应用中也由于开关装置存在颗粒或污垢而涉及到缺陷，上述颗粒或污垢可以遮挡指示器所使用的光学信号并且因此妨碍可靠操作。

如今的解决方案是对快速闭合开关进行额外的演练，这仅是确保其在系统再次投入使用之前处于打开状态。

因此，明显需要一种更为可靠且有效的检测器或指示器，其能够在高速应用中工作而没有损坏或传递不可靠结果的风险。

发明内容

本发明的目标是消除以上所描述的问题或者至少使得其最小化。这通过一种根据所附权利要求1的用于指示开关装置的状态的设备所实现。

该设备包括布置在该可移动触点上的至少一个突出接触部件；接触栓，其被布置为接近于该可移动触点而使得所述接触部件在该可移动触点处于第一位置时与该接触栓相接触，并且所述接触部件在该可移动触点处于第二位置时与该接触栓分离，由此该接触部件和接触栓形成电开关；以及检测器装置，其被配置为检测所述电开关何时闭合并且因此检测该可移动触点何时处于第一位置。

该接触栓能够被制作的非常稳固并且能够抵受由于该开关装置的快速闭合所导致的力度和张力。由于本发明，实现了一种简单，稳固且可靠的指示设备。因此，快速闭合开关装置的状态能够被确定以确认开关是处于打开还是闭合以及操作完全实现。

因此通过能够以确定性确定开关是否处于打开位置，能够使得例如出于维护的目的而对设备进行安全处理。由于简单且稳固的构造，该指示设备是可靠的，其具有长的寿命并且几乎不需要维护。

该设备包括机械部分和电气部分。该机械部分是接触部件和接触栓，并且该电气部分是检测装置。这两个部分可以有利地远离彼此定位并且通过一个或多个诸如线缆的绝缘连接器互相连接。因此，较敏感的检测装置或者至少其主要部分可以远离该开关装置安全定位同时稳固的机械部分则被定位在该开关装置内部。另外，由于本发明的机械属性以及将机械部分安装在开关装置内部的可能性，污垢颗粒的存在并不会对本发明的操作造成不利影响。

根据本发明的实施例，该设备包括电源以及被配置为连同该接触部件和接触栓所形成的电开关一起形成闭合电路的第一电阻器。优选地，该第一电阻器与第一开关串联布置以避免在该开关闭合时发生断路。

例如，该电路经由支撑结构电连接至可移动触点。例如，如果可移动触点连接至接地，则可以在电路中使用相同的接地电位。通过使用与可移动触点相同的电位，诸如本地接地，该指示设备仅需要一个用于连接至检测装置的绝缘连接器。该电路中所涉及的组件通常是标准组件，这使得该指示设备易于制造和调适并且是成本有效的。通过能够利用本发明而能够使用在特定地点可获得的任意电压，变压器或适配器也并不需要，这使得本发明更为成本有效且方便。

根据本发明的实施例，该检测器装置包括测量单元，其被布置为测量电路中的电压或电流，并且该检测器装置被配置为基于所测量的电压或电流的水平来检测可移动触点何时处于第一位置。该电压/电流水平能够通过不同的已知设备测量。这是一种检测开关单元的状态的简单方式。

根据本发明的实施例，该设备包括布置在可移动触点上的一个或两个突出接触部件；第二接触栓，其布置为邻近该可移动触点而使得该一个或两个接触部件之一在可移动触点处于第二位置时与该第二接触栓接触，并且该一个或两个接触部件之一在该可移动触点处于第一位置时远离该第二接触栓，由此该可移动触点和第二接触栓形成第二电开关，并且该检测器装置被配置为检测该第二开关何时闭合并且因此检测该可移动触点何时处于第二位置。该实施例使得还可能检测该开关装置何时处于第二状态。

虽然使用相同的接触部件来检测打开和闭合状态两者是可能的，但是由于在开关装置内缺少空间这样并非始终都是方便的。

根据本发明的实施例，该设备包括彼此远离地布置在可移动触点上的第一和第二接触部件；并且所提到的第一接触栓被布置为使得该第一接触部件在可移动触点处于第一位置时与第一接触栓相接触并且第一接触部件在可移动触点处于第二位置时远离第一接触栓，并且第二接触栓被布置为使得第二接触部件在可移动触点处于第二位置时与第二接触栓相接触，并且第二接触部件在可移动触点处于第一位置时远离第二接触栓。该实施例使得可能减小接触栓之间的距离并且相应地减小接触栓所需空间的高度。

根据本发明的实施例，第二电开关是闭合电路的一部分。

根据本发明的实施例，该检测装置被配置为基于所测量的电压/电流的水平来检测可移动触点是处于第一还是第二位置。

根据本发明的实施例，第二开关被布置为与所提到的第一开关和电源并联，并且该电路包括与由第二接触栓和接触部件所形成的第二开关串联布置的第二电阻器，以实现与第一开关相比不同的电压和电流水平，并且因此使得可能对不同位置进行检测。

根据本发明的实施例，该检测器装置被配置为检测所提到的第一开关和第二开关两者何时打开，并且因此检测可移动触点何时位于第一和第二位置之间的位置并且已经发生可能的故障。该实施例使得可能检测到可移动触点何时被卡在打开和闭合位置之间的位置。

根据本发明的实施例，接触栓是加载弹簧，以改善接触栓与可移动触点上的接触部件之间的接触。

附图说明

现在将参考附图对本发明进行更为详细的描述，其中：

图1示出了根据本发明实施例的用于指示开关装置的状态的设备的一部分的总体横截面图，其中该开关装置处于第一状态；

图2示出了根据图1的设备的总体横截面图，其中该开关装置处于第二状态；

图3以特写图示出了图1和2的设备的横截面图；

图4示出了根据图1-3的设备的电路图；

图5示出了根据本发明另一个实施例的设备的电路图；

图6示出了根据本发明的设备的另一个示例。

具体实施方式

图1和2示出了关于开关装置100所安装的位置指示器1的示例。位置指示器1是用于检测开关状态的设备的一部分。该图示为了清楚而进行简化以便聚焦于理解本发明相关的各个方面。因此删除了如用于控制开关操作的致动器、开关安装于其中的外壳以及其它一般性组件的细节。该细节可以是任意常规类型并且不需要在这里进行描述。

开关装置100具有安装在壳体103中的杆或管形式的静止触点101和可移动触点102。为了闭合该开关，可移动触点102被致动以执行朝向静止触点101的运动从而将静止触点101和可移动触点102连接。为了检测该开关装置处于对应于如图1所示的其中可移动触点102没有与静止触点101相接触的打开位置的第一状态，还是处于对应于如图2所示的其中可移动触点和静止触点102、101互相接触的闭合位置的第二状态，使用根据本发明的指示设备。该开光装置包括用于支撑可移动触点102的支撑结构12。该支撑结构电连接至可移动触点102，后者通常具有本地接地电位。该支撑结构包括其包围可移动触点102并且对其进行支撑的外壳103，安装在延伸至外部控制单元14的导电条105上的底部凸缘，该外部控制单元14用于控制该可移动触点的移动。因此，控制单元14和可移动触点102具有相同的接地电位。

位置指示器1包括至少一个接触栓，但是优选地具有至少两个接触栓2A、2B，它们安装在邻近同样构成指示设备的可移动触点的可移动触点102。在可移动触点102上安装有至少一个突出接触部件，但是优选地安装有至少两个接触部件4A、4B，从而使得第一接触部件4A在可移动触点102处于打开状态时紧靠第一接触栓2A，并且第二接触部件4B在可移动触点102处于闭合状态时紧靠第二接触栓2B。突出接触部件4A、4B被布置在可移动触点上并且由导电材料制成，优选地与可移动触点为相同材料。接触部件被布置为与可移动触点电接触。该接触部件也可以是可移动触点的一部分。因此，第一接触栓2A和可移动触点102形成第一电开关10A，并且第二接触栓2B和可移动触点102形成第二电开关10B。

接触部件4A、4B优选地为楔形形状以给予接触栓2A、2B稳定且可靠的操作，并且因此允许它们相对于端子6A、6B移动而不会受到过度磨损和拉扯。

第一和第二接触栓2A、2B中的每一个被安装在由导电材料制成的端子6A、6B中，从而它们能够执行朝向可移动触点102的线性移动并且始终与端子6A、6B接触。端子6A、6B中的每一个被安装在由绝缘材料制成的绝缘套管6C、6D中。此外，第一和第二接触栓2A、2B分别由常规机械弹簧5A、5B所预先加载，这将接触栓2A、2B推向可移动触点102。

第一和第二端子6A、6B中的每一个还包括第一和第二连接端子7A、7B，它们能够连接至指示设备1另外的组件。用于接触栓和端子的材料是导电金属材料，诸如铝、铜或钢。因此，通过将第一和第二接触栓2A、2B布置在端子6A、6B内部进而连接至连接端子7A、7B，允许接触栓2A、2B与连接端子7A、7B电接触。可移动触点102连接至已知电位，优选地连接至接地或本地接地(未示出)。如图2所示，端子7A、7B通过电阻器R1互相连接。端子7A例如经由线缆3连接至开关装置的控制单元14。控制单元14包括检测器装置8，其被配置为检测第一或第二开关何时闭合，并且因此检测可移动触点何时处于打开或闭合位置。在可替换实施例中，该控制单元还被配置为检测第一和第二开关二者何时均打开，并且因此检测可移动触点何时处于第一和第二位置之间的位置。该实施例使得可能检测到已经发生了的故障，例如可移动触点已经被卡在第一和第二位置之间的位置。在图4中，该控制单元包括逻辑电路以基于来自检测单元8C的输出判断开关装置的状态。在可替换实施例中，检测器装置8可以位于控制单元14的外部。

在图3中，示出了位置指示器1的机械部分在开关装置100处于第二状态(即如图2所示的闭合状态)时的特写截面图。在该位置，第二接触部件4B紧靠第二接触栓2B从而将预先加载的弹簧5B推入到端子6B中。因此，第二接触部件4B电连接至第二连接端子7B而使得电流能够从一方流至另一方。

如能够在图2中看到的，第一接触栓2A并未与可移动触点102或者第一和第二接触部件4A、4B中的任一个相接触，并且因此没有从第一连接端子7A到可移动触点102形成电连接。因此，在闭合状态，第二开关10B被闭合而第一开关10A被打开。

如果可移动触点102和开关装置100已经处于打开位置，则条件将会逆转，从而在第一连接端子7A和可移动触点102之间将存在电连接，但是第二连接端子7B和可移动触点102之间则没有。因此，在打开状态，第一开关10A被闭合而第二开关10B被打开。

因此，在开关装置100的第一和第二状态的每一个之中，电流能够从连接端子7A、7B中的一个而不是另一个流向可移动触点102。

图4示出了根据本发明的第一实施例的指示设备的电路图。该指示设备包括位置指示器1和检测装置8，用于检测开关10A、10B的状态并且因此检测开关装置100的状态，如以下将更为详细描述的。检测装置8包括电源8A以及连接至电源8A和测量单元8C的电阻器R2，该测量单元8C诸如电压计，其被配置为测量电阻器R2和诸如本地接地端的已知电位之间的电压。在这种情况下，控制单元被配置为基于所测量电压的水平来检测可移动触点102处于第一还是第二位置。提供了两个检测器端子8D、8E以用于针对检测装置8的输出和输入。检测器装置8可以是开关装置的控制单元14的一部分。

可替换地，测量单元8可以被配置为测量电阻器R2之上的电压。在可替换实施例中，测量单元8C是对电路中的电流进行测量的安培计。该安培计可以被配置为测量检测器装置8的不同位置的电流，诸如与电阻器R2串联或者处于电源8A和本地接地之间的电流。在这种情况下，控制单元被配置为基于所测量的电流的水平来检测可移动触点102处于第一还是第二位置。

如该电路图所示，检测装置8经由沿安装在第一连接端子7A上的绝缘连接器/线缆3的第一检测器端子8D连接至位置指示器1。电阻器R1被提供在第一连接端子7A和第二连接端子7B之间。如之前已经提到的，可移动触点102连接至接地、本地接地或者与电源8A所连接的电位相同的另一个已知电位。该连接可以经由如图2所示的开关装置的支撑结构12形成或者由单独的连接器所形成。

电阻器R1、R2优选为高效的电阻器，例如1kΩ，50W，但是它们的属性可以根据特定应用以及电源8A的属性而变化。电源8A可以根据其它组件而在5-500V的间隔中变化。通常，可以使用现场的任意可用电压并且根据该电压来选择电阻器R1、R2。作为示例，其中电阻R1＝R2＝25kΩ的电阻器适合与50V电压的电源8A一同使用。优选地，该电阻器为相同尺寸。

控制单元14包括例如CPU、PLC或FPGA的逻辑电路，其被用来基于所测量的电压或电流水平判断开关装置的状态。控制单元14被配置为基于所测量的电压或电流的水平检测可移动触点处于第一还是第二位置。

现在将参考附图以及本发明的第一、第二和第三优选实施例对指示设备的操作进行更为详细的描述。

在第一优选实施例中，该指示设备包括如图1-3所示的第一和第二接触栓2A、2B以及图4的电路图。

当开关装置100处于第一状态即如图1所示的打开位置时，第一接触部件4A与第一接触栓2A相接触，而使得电流能够在第一连接端子7A和可移动触点102之间流动，这意味着第一开关10A被闭合。当确定开关装置100的状态时，将由电压计8C测量电位差，对应于电阻器R1的端部之间的电位差。如果第二连接端子7B没有连接至可移动触点102，并且第二开关10B相应地打开，则没有电流通过电阻器R1流动，并且因此电压计8C检测不到电位差。

当开关装置100处于第二状态，即图2和图3中所示的闭合位置时，第二接触部件4B与第二接触栓2B相接触，而使得电流能够在第二连接端子7B和可移动触点102之间流动，并且第二开关相应地闭合。第一接触部件4A没有与第一接触栓2A相接触，并且相应地第一开关10A打开。在该第二状态，电流通过电阻器R1流动。如果R1＝R2，则测量设备8C所测量的电压水平是电压源8A的电压水平的一半。

电源8A所给出的电压可以为任意大小并且所选择的电阻器R2、R1为适宜大小。有利的是，选择电阻器R2的电阻等于R1以促成第一和第二状态的区分。因此，如果电源给出10V并且电阻相等，则开关装置100对应于打开位置的第一状态将在电压计处给出0V电位，而第二状态则将给出5V电位。

如果开关装置100出现故障，而使得例如可移动触点102处于其中接触部件4A、4B都不紧靠接触栓2A、2B的位置，则没有电流能够从连接端子7A、7B中的任一个流向可移动触点102。由于电阻器R2的布置，电压计将显示出与电源所给出的相同的电位，即以上所描述示例中的10V。由于因此使用了两个不同的电阻器R2、R1，所以该故障能够被明确识别并且不会与第一和第二状态中的任何一个造成混淆。

在如图5所示的第二优选实施例中，指示设备1仅包括一个开关10A，其包括一个接触栓2，即第一接触栓2A；并且仅有一个接触部件，其被布置为在开关装置100处于对应于打开位置的第一状态时与第一接触栓2A相接触。能够使得该实施例更为有效，因为所需要的组件更少，并且还能够将指示设备的重量保持为很低。通过检测打开位置，能够确定例如为了进行维护操作而触碰设备是否安全，并且在许多应用中，该信息足以安全地处理并操作开关装置100。因此，该实施例能够被视为特别简单且成本有效的指示设备，同时仍然保留了本发明的主要概念的全部优势，也就是指示器的可靠性和高速。

在该第二实施例中，如果如以上所给出的示例中那样使用10V的电源8A，则测量单元8C将在开关装置100处于第一(即打开)状态的情况下检测到0V，否则就检测到10V。在该实施例中，闭合状态和故障两者都将向测量单元8C给出相同数值。

该第二优选实施例的电路图与图4中所示的不同之处在于第二开关10B和电阻器R1被省略，仅留下了电阻器R2和第一开关10A以及指示设备1中的输入/输出连接(分别经由绝缘连接器连接至点8D并且通过支撑结构连接至点8E)。

由于本发明，根据任意实施例，都能够以安全的方式对快速闭合开关装置的状态进行检测。通过可移动触点与接触部件、接触栓和弹簧的交互，能够以简单且稳固的方式检测开光装置的状态，其能够抵受可移动触点的高开关速度。而且，开关装置100的静止触点101和可移动触点102处存在的污垢或颗粒一般不会影响到指示设备1的操作，并且由于为可移动触点102和电源8A使用了诸如接地或本地接地之类的公共电位，所以从指示设备1到检测器装置8仅需要一个绝缘连接器，与接触栓的数量无关。由此，指示设备1和绝缘连接器在开关装置及其周围所需要的空间非常少。由于开关装置100的外壳内的压力可能非常高，所以仅使用一个绝缘连接器也降低了从外壳内部发生泄漏的风险。

所要注意的是，根据本发明的指示设备能够与仅需要进行小幅修改的各种不同开关装置一同工作。因此，本发明并非被认为局限于这里所描述的开关装置的类型。本发明可以与使用低压、中压和高压的开关装置一同使用，并且如以上已经详细描述的，在对开关高速操作来说非常重要的情况下是特别有利的。

图6示出了根据本发明的指示设备的另一个示例，其包括接触栓20以及多个接触部件22A-22C，它们被配置为检测可移动触点的多种状态。在该示例中，可移动触点102已经被提供以三个突出接触部件22，它们被布置为与可移动触点电绝缘并且经由电阻器24接地。可替换地，每个接触部件利用其自己的电阻器单独接地。该设备可以包括并联连接的若干个接触栓。

本发明能够在所附权利要求的范围内以许多种方式进行变化。例如，如本领域技术人员将会容易理解的，接触栓的预先加载可以使用任意类型的弹簧部件来进行或者使用将它们推向可移动部分的其它方法来进行。而且，检测器装置和位置指示器可以是位于开关装置的集成单元。如果需要，如以上所描述的，开关装置的状态能够由指示设备所确定，但是通过任意适当手段被传输至诸如计算机等的远程控制单元或设备以便进行分析。在可替换实施例中，可移动触点上的相同接触部件能够被用来形成具有第一以及第二接触栓的开关。仅通过增加更多接触栓并且将电阻器连接至那些栓，该设备能够轻易进行扩展以检测另外的位置。因此，在本发明的其它实施例中，可能具有三个或更多的接触栓以及一个或多个相对应的触点部分以使得能够检测更多的状态/位置。作为电压计的可替换形式，能够使用安培计来测量电路中的电流并且确定开关装置的状态。

Claims (12)

1.一种用于闭合中压或高压水平电路的开关装置(100)所述装置包括被布置为能够在第一和第二位置之间进行移动的可移动触点(102)，其特征在于，所述装置包括用于指示所述开关装置的状态的设备，所述设备包括：

-至少一个突出接触部件(4A，4B)，被布置在所述可移动触点上；

-接触栓(2A，2B)，被布置为与所述可移动触点分离，使得所述接触部件在所述可移动触点处于所述第一位置时紧靠所述接触栓，并且所述接触部件在所述可移动触点处于所述第二位置时远离所述接触栓，由此所述接触部件和所述接触栓形成第一电开关(10A)；以及

-检测器装置(8)，被配置为检测所述电开关何时闭合，并且因此检测所述可移动触点何时处于所述第一位置，所述检测器装置包括被布置为与所述电开关一起形成第二电路的电源(8A)，以及被布置为测量所述第二电路中的电压或电流的测量单元(8C)，并且所述检测器装置被配置为基于所测量的电压或电流的水平来检测所述可移动触点何时处于所述第一位置。

2.根据权利要求1所述的开关装置，其中所述设备包括被布置为与所述第一电开关(10A)和所述电源(8A)一起形成闭合电路的第一电阻器(R2)。

3.根据权利要求2所述的开关装置，其中所述第一电阻器(R2)与所述第一电开关(10A)串联布置。

4.根据权利要求2所述的开关装置，其中所述设备包括：

布置在所述可移动触点(102)上的一个或两个突出接触部件(4A，4B)；以及

第二接触栓(2B)，所述第二接触栓(2B)被布置为与所述可移动触点分离，使得所述一个或两个接触部件中的一个接触部件在所述可移动触点处于所述第二位置时紧靠所述第二接触栓，并且所述一个或两个接触部件中的所述一个接触部件在所述可移动触点处于所述第一位置时远离所述第二接触栓，由此所述接触部件中的所述一个接触部件和所述第二接触栓形成第二电开关(10B)，并且所述检测器装置(8)被配置为检测所述第二开关何时闭合，并且因此检测所述可移动触点何时处于所述第二位置。

5.根据权利要求4所述的开关装置，其中所述设备包括：

-彼此远离地布置在所述可移动触点上的第一和第二突出接触部件(4A，4B)，并且所提到的所述第一接触栓(2A)被配置为使得所述第一接触部件(4A)在所述可移动触点处于所述第一位置时与所述第一接触栓相接触，并且所述第一接触部件在所述可移动触点处于所述第二位置时远离所述第一接触栓，并且所述第二接触栓(2B)被配置为使得所述第二接触部件(4B)在所述可移动触点处于所述第二位置时与所述第二接触栓相接触，并且所述第二接触部件在所述可移动触点处于所述第一位置时远离所述第二接触栓。

6.根据权利要求4或5所述的开关装置，其中所述第二电开关(10B)是所述闭合电路的一部分。

7.根据权利要求6所述的开关装置，其中所述检测器装置被配置为基于所测量的电压或电流的水平来检测所述可移动触点(102)是处于所述第一位置或所述第二位置。

8.根据权利要求6所述的开关装置，其中所述闭合电路包括与所述第二电开关(10B)串联布置的第二电阻器(R1)。

9.根据权利要求6所述的开关装置，其中所述第二电开关(10B)被布置为与所提到的所述第一电开关(10A)和所述电源(8A)并联。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的开关装置，其中所述检测器装置(8)被配置为检测所提到的所述第一电开关(10A)和所述第二电开关(10B)两者何时同时打开，并且因此检测所述可移动触点(102)何时位于所述第一位置和所述第二位置之间的位置。

11.根据权利要求1-5中任一项所述的开关装置，其中所述闭合电路经由支撑结构(12)电连接至所述可移动触点(102)。

12.根据权利要求1-5中任一项所述的开关装置，其中所述接触栓(2A，2B)是弹簧加载的。