CN105244204A - 开关布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种开关布置(1)，特别地用于高电压和/或大电流区域，其具有两个触头(3)和一切换装置(5)，切换装置(5)能运动到分离位置(I)，在该分离位置中触头(3)彼此电分离。本发明的目的是提供一种可靠且简单的确定开关布置(1)是否绝缘的方案。根据本发明，其通过以切换装置(5)的位置的免接触测量的方式来实现对切换装置(5)在分离位置(I)中存在的检测。根据本发明的开关布置(1)包括检测器(8)，其通过免接触测量的方式检测切换装置(5)在分离位置(I)的存在。

Description

开关布置
技术领域
本发明涉及一种开关布置，或称为一种开关组件，其特别用于高电压和/或大电流区域，具有两个触头和一切换装置，所述切换装置可运动到分离位置，该分离位置中所述触头被彼此电分离。
背景技术
这样的开关布置例如在电动汽车中使用。为了确保，例如，在维修工作的情况中不出现危险电压，有必要的是能够检测到开关布置是充分绝缘的。
在过去的方法的情况下，测量是借以直接在电路中进行。在这种条件下，辅助继电器用于将测量设备耦合到电路。然而，这是很复杂的。
在一个不同的过去的方法的情况下，切换装置的位置由微动开关感测。然而，这是不可靠的，因为微动开关的部分会损坏，且因此对开关布置产生影响，使得它不再可靠地起作用。而且，这种方案通常不被允许，因为在特定环境下高电压可能存在于微动开关。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决方案，能够很容易地和可靠地确定开关布置是否处于绝缘。
根据本发明，它是这样实现的，切换装置在分离位置的存在通过切换装置的位置的免接触测量进行检测。为此目的，根据本发明的开关布置包括检测器，通过该检测器，可以以免接触的方式检测切换装置在分离位置的存在。
相比于现有技术中已知的用辅助继电器的测量，本发明的解决方案具有更简单的优势。而且，非接触的测量防止高电压或电流能够传入检测器。而且，检测器的缺陷不会导致开关的损坏。根据本发明的方案因此更加可靠。
根据本发明的方案可通过接下来的构造和进一步的改型而得以改进，其本身的是具有优势的且其可根据需要而彼此组合。
切换装置可被移动进桥接位置，该桥接位置中触头可通过切换装置彼此以导电的方式连接。为了能够确定切换装置是否处于桥接位置，检测器可被构造为使得所述检测器以免接触的方式检测切换装置在桥接位置中的存在。在一个相应的方法中，切换装置在桥接位置中的存在由切换装置的位置的免接触检测装置检测。
不仅是在分离位置和/或桥接位置中的存在，而且在位于其之间的位置中的存在，可由合适构造的检测器检测。特别地，检测器被构造为使得它能检测高或无限数量的中间位置，使得确定切换装置的在桥接位置和分离位置之间的连续或准连续的区域中的位置是可能的。
如果检测器允许位置的充分高的分辨率，则长期使用的切换装置或触头发生的磨损可以因此用它检测出。结果是，例如，磨损可被识别。如果有合适的高时间分辨率的检测器，这样的磨损测量也可以通过检测在特定时间点切换装置或者驱动切换装置的元件的位置来执行。这样的时间点特别地是在由切换装置的触点之间建立联系，以及切换装置和/或驱动切换装置的元件的结束位置的发生点。
触头可被布置在触头开关室中。因此，可实现保护触头免受外部影响，以及保护其他元件免受触头影响，可以被实现。开关布置可以为继电器或者保护装置。
开关布置可以具有信号可穿透的壁部区域，其可穿透可由检测器检测的信号。例如，其可以是在壁上的，或者壁的一部分上的，或者形成壁的凹槽或者开口。这样的壁可为壳体的壁，例如，壳体的外壁或内壁。
切换装置可包括用于接触桥(contactbridge)的驱动器。检测器可以朝向驱动器指向(directed)。可以在不记录接触桥本身的情况下进行分离状态的检测。特别地，检测器可被布置在驱动器的远离触头的侧面。壁部区域可存在于检测器和驱动器之间，其可穿透可由检测器检测的信号。这形成了简单和紧凑的设计。
驱动器可布置在接触桥和壁部区域之间，壁部区域可穿透可由检测器检测的信号。驱动器可布置在接触桥和检测器之间。检测器可布置在开关布置的侧面，开关布置关于驱动器位于接触桥的对侧。结果，在每种情况下，可实现紧凑的构造。
切换装置可包括电枢，其被布置在线圈中，并且电枢的位置可被检测器通过免接触的方式检测到。电枢可通过积极锁定的方式被连接，特别是刚性地(rigidly)连接到切换装置的其余部分，以使得切换装置的位置通过电枢的位置得出，以及特别是切换装置在分离位置的存在可被确定。电枢可用于驱动切换装置。依赖于电流是否流过线圈和电流具有的强度和方向，线圈可试着移动切换装置到分离位置，或者进入桥接位置或者移出桥接位置。这里，电枢因此不仅满足了传输力和/或运动给切换装置的功能，而且同时用作切换装置的位置的指示元件。
信号可穿透的壁部区域可被布置在驱动器的区域中，特别是在线圈的区域中。例如，它可被布置在线圈的后侧区域。耦合到切换装置，特别地耦合到接触桥的驱动器的元件，能够被信号可穿透的壁部区域感测。元件可被特别地直接感测，即不需要中间元件。这是一种简单的结构。
检测器布置在壳体的外侧，以及触头布置在壳体内侧。特别地，壳体可包括触头开关室。如果检测器没有布置在同一个壳体中，特别是不在触头开关室内部或者接近触头开关室，它不会暴露到负载，所述负载发生在切换时，例如电弧形成时。因此，检测器可被保护并可更长久使用。检测器可被设计成无壳体。检测器可被布置在壳体外，壳体内布置有触头。它可以，例如，被安置在独立的壳体内，或者它本身具有壳体。这样可以很容易的从检测器分离触头。
切换装置的位置可永久检测。特殊的检测步骤能被省略，结果是操作被简化。
开关布置可包括壳体。壳体可依次包括高电压区域和低电压区域，其中，触头布置在高电压区域，以及检测器布置在低电压区域。结果，高电压区域和低电压区域的分离可被实现。壳体可为整体不透气和/或不透液体的，并且防止灰尘进入。而且，壳体为防高电压穿透，以使得危险的高电压不能够穿透出壳体。
在第一构造中，高电压区域和低电压区域是彼此相互连接的。例如，两个区域可被布置在单个腔室内。例如，触头能够因此被布置在壳体的一侧，并且检测器被布置在壳体相对侧，在每个情况下处于壳体内部，以使得检测器可检测切换装置的位置，而不直接接触切换装置。
在进一步的构造中，高电压区域和低电压区域可由不透气和/或不透液体的信号可穿透的壁部区域彼此隔离。特别地，这样的壁部区域可以阻止高电压穿透入低电压区域。壁部区域同时可穿透用于检测器免接触检测的信号。在用电磁波检测的情况下，壁部区域可穿透电磁波。它可由绝缘介质或者以磁可穿透材料制造。例如，在磁性测量情况下，如果测量用可看得到的方式来进行，其可为透明窗或者透明分区，壁部区域可以透磁或导磁。
信号可穿透的壁部区域可为一分区，其将否则敞开的腔室分为两部分。在另一个构造中，信号可穿透的壁部区域为壁上的窗口，其将高电压区域和低电压区域彼此隔开。在两个构造的方案下，高电压区域和低电压区域彼此可靠地分离，以使得高电压不会穿透入低电压区域。损坏电力元件或伤害用户的风险因此降低。
在进一步优选的构造中，触头被布置在高电压壳体和/或检测器被布置在低电压壳体中，高电压壳体和/或低电压壳体在每个情况下为不透气和/或不透液体的。因此这包含分离的壳体，其本身减少了在每个情况下由于电压穿透对用户的危害。为了能够免接触测量，壁部区域可存在于高电压壳体区和/或低电压壳体上，其允许测量信号穿透。例如，窗口可存在于壁上或者整个壁上，或者整个壳体可被构造为可被信号穿透。
在一个特别的优选构造中，触头可被布置在高电压壳体内，并且检测器可被布置在低电压壳体内，低电压壳体和高电压壳体连结在一起。在第一实施方式中，高电压壳体在连结在一起的状态下是不透气和/或不透液体的。特别地，高电压壳体在非连结在一起的状态下不必为不透气和/或不透液体的，而是可以仅在与低电压壳体连结在一起时变为不透气和/或不透液体的。在这样的构造下，制造和维护都被简化。
壳体(一个或多个)或者触头开关室的不透气和/或不透液体的构造不总是必要的。首先，电压不穿透，特别是高电压不穿透的构造是优选的。粉尘不穿透的构造是进一步优选的。
在第二实施方式中，处于连结在一起状态下的高电压壳体与低电压壳体一起形成了不透气和/或不透液体的整个壳体。也是在这种情况下，高电压壳体和/或低电压壳体在非连结在一起的状态下不必为不透气和/或不透液体的。如此的密封可仅仅通过将两个壳体连结在一起来完成。在这样的构造情况下，制造方法也被简化。
在一个简化的构造中，壳体至少部分地由触头开关室的壁形成，以及至少部分由检测器室的壁形成。结果，需求的元件数量被减少。
为了达成检测器相对于要被测量元件的位置的简单调整，切换装置可以具有调整器件。这能够，例如，实现沿所有三维空间方向和沿着不同角度的检测器位置。
在一个优选构造中，执行免接触测量的检测器可以为光学传感器。例如，这可以为光栅，特别的为反射光栅，其检测开关元件在分离位置的存在。这样的检测器特别地可包括发射器和接收器。
可选的，可用其他的传感器，例如，超声传感器，或者检测开关元件的磁性传导部分的存在的传感器。
执行免接触检测的检测器可为磁场传感器。这样的磁场传感器可检测磁场强度或者强度变化。磁场例如可由附着的磁铁产生，特别地是永磁铁。特别地可为霍尔传感器。如果存在进一步的磁场产生元件，例如线圈，这可导致磁场传感器仅用于检测这些元件是否没有激活，例如，线圈是否无电流。这可以例如处于分离位置。
检测器可具有信号输出，如果切换装置位于分离位置，在该信号输出处会发出第一信号，并且如果切换装置不位于分离位置，在该信号输出处发出不同于第一信号的至少一个其他信号。这样的构造实现简单的信号评估。如果切换装置位于桥接位置，其中触头通过切换装置彼此连接，则不同于第一信号的第二信号和其他信号可在信号输出处发射。结果，切换装置位于桥接位置的正反馈可产生。其他信号可存在于信号输出，特别地是在第一信号和第二信号之间存在连续和准连续的信号区，以使得，例如，切换装置的位置可以更准确的确定。这样可以实现切换装置运动的更精确监控。
根据本发明的方案也可包括用于根据本发明的开关布置的开关。这样的开关构造为能够使用进行免接触测量的检测器进行测量。为此目的，可存在允许测量信号穿透的、信号可穿透壁部区域。例如，这种壁部区域可为开口或者窗口。
特别地，壁部区域为不透气和/或不透液体和/或非高电压穿透的，从而高电压不能出入。例如，窗口可被设在壁的开口处。
根据本发明的一个方法，穿过壳体壁进行检测。
本发明将会在下文以示例的方式参照附图详细描述。本文所示的优选构造和进一步改型本身的每一个是优选的，而且其可按需求的方式彼此组合。
附图说明
在附图中：
附图1示出了穿过根据本发明的开关布置的截面图的示意图；
附图2示出了开关的示意性局部透视图；
附图3A，3B示出了根据本发明的开关布置的进一步实施例的细节。
具体实施方式
开关布置1在图1中示出。开关布置1包括具有两个触头3的开关2，触头3被布置在触头开关室4内。切换装置5用于在两个触头3之间建立或断开电连接。为此目的，切换装置5可在如图1所示的分离位置I和桥接位置之间运动，在分离位置中触头3彼此电分离，在桥接位置中触头3通过切换装置5以导电的方式连接到彼此。
切换装置5包括接触桥18和电枢6。电枢6布置在线圈7中，为了示出其他元件，线圈7在图1中被展示为部分切除。依赖于电流是否在线圈中流动、以何种强度和沿哪个方向在线圈中流动，电枢6，由此以及切换装置5，沿着切换方向S或相反于切换方向S运动，并且开关2因此在触头3之间电导通或电绝缘。电枢6表示用于接触桥20的驱动器(drive)20的一部分。
特别地，大电流或高电压，例如用于电动车中，可能存在于触头3。电触头3在使用期间被焊接到切换装置5。这会导致不再可能打开开关2，即足够的绝缘不再能够获得。这会导致伤害，例如，当维护人员工作时。为了能够确保开关2的充分绝缘，开关布置1具有检测切换装置5位置的检测器8。特别地，它检测切换装置5是否处于分离位置I。为此目的，检测器8朝向电枢6的后侧61的区域对齐。
检测器为执行光学测量8的检测器8。检测器8被设计成反射光栅。检测器8包括发射器81，其发射光束82。光束82在电枢6的后侧61区域以不同方式反射(依赖于电枢6和后侧61的位置)，从而依赖于后侧61的位置，光束82的光或多或少地反射进接收器83。接收器83将光转换为电信号，以使得下游电子元件(未示出)可评估切换装置是否位于分离位置。
检测器8也可被构造为检测切换装置5是否存在于桥接位置。
在足够高的时间和/或空间分辨率的情况下，切换装置5的运动和/或电枢6的运动可用时间和/或空间分辨率在整个电枢行程上测量。如此的测量可被用于，例如，识别切换装置的磨损。这样的磨损可被呈现为，例如，电枢6和/或切换装置5的行程变得更长和/或沿着切换方向S运动。变化的运动分布(profile)也可指示磨损。这样变化的运动分布例如可通过对比更早的以及当前位置/时间特性来确定。特别地，例如，在闭合触头3的时间点时的电枢6的位置，以及电枢6的终端位置可被测量。磨损可从这些数据得出，因为该长度随着使用周期增强而延长。
为了使光束82能照射电枢6的后侧61，开关2的壳体9具有信号可穿透的壁部区域10，其被构造为如图1所示的构造中的开口或凹槽。在其他构造方案中，信号可穿透的壁部区域10可以，例如，也包括透明窗口。在如此构造的情况下，壁部区域10允许测量所需要的信号穿过，但是使壳体9密封，特别是不透气和/不透液体密封的，以及非高电压穿透密封。信号可穿透的壁部区域10布置在壳体9的后侧。驱动器20位于接触桥18和壁部区域10之间。而且，驱动器位于接触桥18和检测器8之间。驱动器20位于壳体9外部。不透气和不透液体的密封不是绝对必要的。非电压穿透，特别是非高电压穿透密封通常是足够的。非粉尘穿透密封也是优选的。
壁部区域10位于线圈7的区域，或驱动器20的区域中。它允许直接感知驱动器20的元件，也就是电枢6，而不需要其他中间元件。
在如图1所示的实施例的情况下，检测器8和开关2彼此被分离。两者在每个情况下均位于各自的壳体内。在可选的构造中，检测器8和开关2能够统一在单个壳体9内。这样的壳体可以整个为不透气和/或不透液体和/或非高电压穿透的。这样的壳体9内可存在高电压区域和低电压区域，触头3布置在高电压区域内，例如检测器8的低电压操作的元件布置在低电压区域内。两个区都可通过信号可穿透的壁部区域10彼此分离，特别地，以不透气和/或不透液体和/或非高电压穿透的方式彼此分离。
在与图1的构造相似的一种构造中，触头可被布置在第一壳体中，以及检测器8可被布置在第二壳体9中。具有触头3的壳体为高电压壳体，具有检测器8的壳体为低电压壳体。两个壳体可被连结在一起，从而高电压壳体仅在连结在一起的状态下以防高电压的方式密封，例如，由于开口点，例如，壁部区域10也能由低电压壳体密封。特别地，高电压壳体和低电压壳体在连结在一起的状态下可产生完整的，不透气和/不透液体和/或非高电压穿透的壳体，而在非连结在一起的状态下，至少有一个壳体不是不透气和/不透液体和/或非高电压穿透的。
检测器朝向驱动器20指向。直接检测接触桥18的位置不是必要的。检测器8被布置在驱动器20的侧面上，所述侧面背向触头3。通过检测器8测量的信号可穿透壁部区域10，该壁部区域10被布置在检测器8和驱动器20之间。这种布置，特别是检测器8不布置在触头3附近、特别是不在触头开关室4或者壳体9内这一事实导致检测器8被保护，因为其特别地不会在切换过程中暴露于负载或者污染物。特别地，它不会暴露于断开期间发生的电弧等离子体。
开关2的部分切面示意图如图2所示。如果切换装置5位于桥接位置(未示出)，则其再一次与触头3以导电方式连接。为此目的，切换元件5包括电枢6和连接到电枢的接触桥18。这里的连接是通过连接元件11间接连接的。弹簧12按压接触桥抵靠连接元件11的上侧，或者在桥接状态下，抵靠触头3。电枢6被布置在摩擦轴承13中，摩擦轴承13被构造在线圈7内。这里，弹簧14沿分离位置I的方向给电枢一预应力。线圈7包括线圈本体157和仅示意性示出的绕组16。
信号可穿透的壁部区域10是特别明显的，其在此被构造为在壳体9内的开口。电枢6和(由此)切换装置5的位置可通过透壁部区域10以免接触的方式被检测。由于非接触感测，确保了没有高电压被传送到检测器。
不同构造的开关布置1的细节如图3A和3B示意性所示，在这种情况下，电枢6的位置的免接触测量被执行。这里使用的检测器8包括可测量磁场的传感器。这可以涵盖，例如，霍尔传感器。依赖于电枢6的位置，磁路17闭合或断开，从而霍尔传感器测量磁场M的不同方向和/或强度。因此，电枢和与其连接的切换元件5的位置也可被推导。再次地，该测量是通过免接触的方式进行的。
附图
1开关布置
2开关
3触头
4触头开关室
5切换装置
6电枢
7线圈
8检测器，磁场传感器
9壳体
10壁部区域
11接触弹簧
12连接元件
13衬套轴承
14释放弹簧
15线圈本体
16绕组
17传感器磁通控制器
18接触桥
20马达
61电枢的后侧
81光源
82光束
83光学传感器
I停靠位置
S切换方向

Claims (15)

1.一种开关布置(1)，特别用于高电压和/或大电流区域，具有切换装置(5)和两个触头(3)，所述切换装置(5)可运动到停靠位置(I)，在该停靠位置中触头(3)彼此电分离，其中开关布置(1)包括检测器(8)，切换装置(5)在分离位置(I)中的存在能够通过该检测器(8)以免接触的方式被检测。
2.根据权利要求1所述的开关布置(1)，其中切换装置(5)包括用于接触桥(18)的马达(20)，且检测器朝向马达(20)指向。
3.根据权利要求1或2所述的开关布置(1)，其中切换装置(5)包括布置在线圈(7)内的电枢(6)，并且电枢(6)的位置可被检测器(8)以免接触的方式检测。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的开关布置(1)，其中切换装置(5)在桥接位置中的存在可被检测器(8)以免接触的方式检测，在所述桥接位置中触头(3)通过切换装置(5)而连接到彼此。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的开关布置(1)，其中触头(3)被布置在壳体(9)内，检测器(8)被布置在壳体(9)外。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的开关布置(1)，其中触头(3)被布置在高电压壳体内和/或检测器(8)被布置在低电压壳体内，并且高电压壳体和/或低电压壳体为不透气和/或不透液体的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的开关布置(1)，其中开关布置(1)包括壳体(9)，该壳体(9)包括高电压区域和低电压区域，其中触头(3)被布置在高电压区域中，且检测器(8)被布置在低电压区域中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的开关布置(1)，其中以免接触方式进行测量的检测器(8)是磁场传感器，特别是霍尔传感器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的开关布置(1)，其中以免接触方式进行测量的检测器(8)是光学传感器。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的开关布置(1)，其中检测器(8)具有信号输出，如果切换装置(5)位于停靠位置(I)，则第一信号在所述信号输出处发出，并且如果切换装置(5)不位于停靠位置(I)，则不同于第一信号的至少一个其他信号在所述信号输出处发出。
11.一种用于如权利要求1-10中任一项所述的开关布置(1)的开关(2)，其中开关(2)的壳体(9)的壁具有信号可穿透的壁部区域(10)。
12.一种用于测量具有切换装置(5)和两个触头(3)的开关布置(1)的开关状态的方法，所述切换装置(5)可运动到停靠位置(I)，在该停靠位置中触头(3)彼此电分离，其中切换装置(5)在停靠位置(I)中的存在通过切换装置(5)的位置的免接触测量而被检测。
13.根据权利要求12所述的方法，其中切换装置(5)包括布置在线圈(7)内的电枢(6)，并且电枢(6)的位置以免接触的方式被检测。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，穿过壳体壁进行检测。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中开关布置(1)和/或切换装置(5)的磨损通过以免接触方式进行测量的检测器(8)的信号的评估来识别。
CN201510551091.2A 2014-06-25 2015-06-25 开关布置 Active CN105244204B (zh)

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