CN106463283A - 高速限制电气开关设备 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及一种电气开关设备(1)，其包括：固定电极装置(3)；可移动电极装置(5)，其具有接触部分(5f)和排斥部分(5e)，其中可移动电极装置(5)被布置为在闭合位置与断开位置之间移动，在闭合位置中接触部分(5f)接触固定电极装置(3)，并且在断开位置中接触部分(5f)与固定电极装置(3)机械地分离，其中固定电极装置(3)和接触部分(5f)中的一个包括多个触指(5a‑5d)，当可移动电极装置(5)处于闭合位置中时多个触指中的触指全部被并联连接；以及线圈(7)，其相对于排斥部分(5e)是固定的，其中排斥部分(5e)被布置为与线圈(7)相邻，以使得线圈(7)能够将涡电流诱发到在排斥部分(5e)中产生涡电流，线圈(7)相对于排斥部分是固定的，其中线圈(7)具有在它的相对外侧端中的两个之间的第一尺寸(d2)，第一尺寸(d2)对应于在两个最外面的触指(5a、5d)之间的距离的大部分，并且其中线圈(7)限定对应于排斥部分(5e)的表面区域的大部分的区域，并且其中排斥部分(5e)适于提供针对由线圈(7)诱发在排斥部分(5e)中产生的涡电流的连续电流路径，该连续电流路径具有对应于线圈(7)的第一尺寸(d2)的尺寸。

Description

高速限制电气开关设备

技术领域

本公开内容大体涉及用于故障电流的快速限制和中断的电气开关。具体地，本发明涉及一种类型的电气开关，其包括被布置为划分流过电气开关的电流的多个触指。

背景技术

电气开关设备可以用于在故障的情况下阻断电路中的故障电路，以便限制由于故障电流可能引起的损害。电气开关设备可以包括多个可移动触指，其在跳闸操作后以高速从固定触头或电极被抛出。可移动触指当与固定触头机械连接时被并联连接，由此将电流划分到具有与可移动触指相等的数量的组件中。较大的电流可以因此由电气开关设备处置。

在产生大幅值的故障电流的快速电气故障的情况下，一般将期望尽可能快地使电路跳闸。US6777635公开了一种非常高速限制电气开关装置，其包括用于处置具有大幅值的电流的快速电气故障的电路。该开关装置包括能在故障的情况下连接到电压源的线圈，其中从线圈朝向触指抛出汤姆森效应推进器，其由于枢转顺时针，因此阻断与固定触头的接触，其中闩锁在它们重新落入接触位置中之前抓住触指。

尽管US6777635的公开内容提供快速跳闸，但是将仍然期望提供甚至更快的且更稳健的电气开关设备。

发明内容

鉴于上文，本公开内容因此是要提供一种解决或至少缓解现有技术的问题的电气开关设备。

因此提供了一种电气开关设备，其包括：固定电极装置；可移动电极装置，其具有接触部分和排斥部分，其中可移动电极装置被布置为在闭合位置与断开位置之间移动，在闭合位置中接触部分接触固定电极装置，并且在断开位置中接触部分与固定电极装置机械地分离，其中固定电极装置和接触部分中的一个包括多个触指，当可移动电极装置处于闭合位置中时多个触指全部被并联连接；以及线圈，其相对于排斥部分是固定的，其中排斥部分被布置为与线圈相邻以使得线圈能够在排斥部分中产生涡电流，其中线圈具有在它的相对外侧端中的两个之间的第一尺寸，第一尺寸对应于在两个最外边的触指之间的距离的大部分，并且其中线圈限定对应于排斥部分的表面区域的大部分的区域，并且其中排斥部分适于提供针对由线圈在排斥部分中产生的涡电流的连续电流路径，该连续电流路径具有对应于线圈的第一尺寸的尺寸的。

可以由此能够获得的效果在于可以提供更稳健的电气开关设备。这是由于对于断开操作不需要额外的致动器(例如现有技术中的汤姆森效应推进器)的事实。线圈通过将在排斥部分中产生涡电流来直接地影响可移动电极装置，其由此由于反向的洛伦兹力而在远离线圈的方向上被抛出。由于利用了较少的机械组件，所以较少的机械组件将受制于由于在跳闸时的非常高的功率运动的大量磨损。另外，由于存在线圈与可移动电极装置之间的直接电磁耦合，所以跳闸比现有技术中变得更快，现有技术中线圈在致动器产生电流以将致动器朝向可移动触头抛出以便使电路跳闸。

根据一个实施例，线圈是限定线圈平面的扁平线圈，其中当可移动电极装置处于闭合位置中时排斥部分被布置为与线圈平面大体平行。

根据一个实施例，排斥部分的宽度尺寸至少与固定电极部分的对应宽度尺寸一样大，排斥部分的宽度尺寸是在排斥部分的面对扁平线圈的两个外侧端之间的尺寸。

根据一个实施例，排斥部分限定可移动电极装置的大部分，并且其中由扁平线圈限定的区域对应于可移动电极装置的大部分。

根据一个实施例，固定电极装置是触指，其中可移动电极装置是板。

根据一个实施例，可移动电极装置是触指，其中固定电极装置是板。

根据一个实施例，连续电流路径由柔性导电元件提供，柔性导电元件被连接到两个最外边的触指以提供由扁平线圈产生的涡电流的电流路径。

根据一个实施例，柔性导电元件与触指中的全部触指电接触。

根据一个实施例，扁平线圈是螺旋形的。

根据第一实施例，整个扁平线圈被布置为与排斥部分相邻，使得由扁平线圈在排斥部分中产生的涡电流反映在扁平线圈中沿电流的整个流动路径流动的电流。

根据第一实施例，由扁平线圈限定的区域由扁平线圈的边界限定。

根据一个实施例，扁平线圈能响应于故障而连接到电压源。

一个实施例包括结构，该结构相对于可移动电极装置是固定的，其中排斥部分被枢转地耦合到该结构以使得可移动电极装置能够在闭合位置和断开位置之间枢转。

根据一个实施例，电气开关设备是低压电气开关设备或中压开关设备。

根据一个实施例，电气开关设备是空气电路断路器。

一般地，在权利要求中使用的所有术语应当根据它们在技术领域中的普通意义来理解，除非本文另外明确定义。对“一/一个/该元件、装置、组件、单元、等等”的所有引用应当被开放式地理解为指代元件、装置、组件、单元、等等的至少一个实例，除非另外明确陈述。

附图说明

现在将参考附图通过举例的方式来描述本发明构思的具体实施例，在附图中：

图la示意性地描绘了电气开关设备的第一示例的正视图；

图lb描绘了图la的电气开关设备的顶视图；

图2a示意性地描绘了电气开关设备的第二示例的正视图；

图2b描绘了图2a中的电气开关设备的顶视图；并且

图3示意性地示出了图1a和图2a中示出的电气开关设备的操作。

具体实施方式

现在将在后文中参考附图更完整地描述本发明构思，其中示出了例示实施例。然而，本发明构思可以以许多不同的形式来实现并且不应当被理解为限于本文阐述的实施例；相反，这些实施例通过举例的方式来提供使得本公开内容将是透彻的且完整的，并且将本发明构思的范围完整地传达给本领域技术人员。类似的附图标记在说明书中指代类似的元件。

图1a以简化的方式描绘了电气开关设备1。具体地，示出了仅仅处于闭合位置中的电极触头与彼此机械接触，并且处于断开位置中的电极触头被机械地分离。

电气开关设备1包括固定电极装置3、可移动电极装置5和线圈7。在下文中，线圈7将由扁平线圈示例，但是设想到例如围绕电磁芯缠绕的曲面线圈将被代替地使用。

可移动电极装置5具有接触部分5f和排斥部分5e，并且可相对于固定电极装置3并且相对于扁平线圈7移动。扁平线圈7和固定电极装置3被布置在可移动电极装置5的相同侧上，其中接触部分5f面对固定电极装置3并且排斥部分5e面对扁平线圈7。

其中扁平线圈意指为大体螺旋线线圈的线圈(即螺旋形线圈)和/或方形线圈，其中线圈被缠绕在大体单个平面中在本文中被称为线圈平面。在图la中，扁平线圈7在可见时利用实线绘制并且当隐藏在可移动电极装置5后时利用虚线来绘制。

根据图la中描绘的示例，固定电极装置3是板，并且可移动电极装置5包括多个触指5a-5d。根据该示例，示出了四个触指，但是触指的数量当然能够变化并且能够少于或多于图1a中例示的数量。触指5a-5d是纵向条，其可以包括多个层压导电片，或者可以由固体导电材料制成。可移动电极装置5的排斥部分5e被布置为与扁平线圈7电磁相互作用，并且可移动电极装置5的接触部分5f被布置为与固定接触装置3接触。应当指出，其中根据当前示例的部分旨在包括未机械耦合的若干部分，即触指中的全部的对应部分的集合。这些一起形成排斥部分和接触部分两者。

排斥部分5e具有借助于被机械地耦合到两个最外面的触指5a和5d的柔性导电元件6a和6b提供的连续电流路径。柔性导电元件6a和6b因此贯穿触指5a-5d中的全部。柔性导电元件6a和6b提供在两个最外面的触指5a与5d之间的电连接。柔性导电元件6a和6b还可以被连接到剩余的触指5c和5d，以使得在由于反向的洛伦兹力而从固定电极部分5f被抛出的情况下能够也致动这些触指。备选地，最外面的触指可以与最里面的触指机械地耦合。

根据可移动电极装置的变型，排斥部分可以任选地包括被布置在柔性导电元件6a和6b之间的额外的柔性导电元件，其中额外的接触点被提供在两个最外面的触指之间。最外面的触指5a和5d以及柔性导电元件6a和6b限定矩形，该矩形根据一个变型限定排斥部分5e的区域的边界，该区域大于由扁平线圈7限定的并且面对排斥部分5e的区域，通常为由扁平线圈7的最外面的匝包围的区域。

根据图la中的示例，固定电极装置3具有宽度尺寸d1，宽度尺寸d1足够大以使得接触部分5f的触指5a-5d中的全部能够被布置为当可移动电极装置处于闭合位置中时与固定电极装置3机械接触。接触部分5f的从一个较靠外的触指5a到另一最靠外的触指5d的宽度尺寸d2因此通常与固定电极装置3的宽度尺寸d1一样大。在闭合位置中，触指5a-5e被并联连接。此外，在闭合位置中，电流能够在固定电极装置3与可移动电极装置5之间流动。

电气开关设备1还包括结构9，结构9相对于可移动电极装置5是固定的，如图lb所示。具体地，可移动电极装置5可以被枢转地耦合到结构9。可移动电极装置5可以因此从闭合位置枢转到断开位置，在断开位置中可移动电极装置5与固定电极装置3机械地分离，以由此阻断流动通过电气开关设备1可以被连接在其中的电路的电流。根据一个变型，结构可以实际上被布置为跟随可移动电极装置的断开移动，尤其在采用处置可移动电极装置的正常断开的额外的机械机构的情况下，由此可移动电极装置在涉及线圈7的跳闸操作时经受平移和旋转运动。

扁平线圈7具有在它的相对的外侧端中的两个之间的第一尺寸d3，其通常小于接触部分5f的对应宽度尺寸d3。扁平线圈3限定线圈平面，其是扁平线圈3的匝中的至少一个被布置在其中的平面；对于螺旋形线圈，所有匝可以一般被布置在线圈平面中。扁平线圈7当可移动电极装置5处于闭合位置中时被布置为与排斥部分5e相邻。在该位置中，排斥部分5e的面对扁平线圈7的表面与线圈平面大体平行。另外，通过由两个最外面的触指5a和5d和两个最外面的柔性导电元件6a和6b界定的排斥部分5e限定的区域中的大部分与由扁平线圈7限定的区域(例如由扁平线圈7的最外面的匝限定的区域)重叠。以这种方式，可以提供排斥部分5e中的覆盖尽可能大的区域的涡电流路径。涡电流可以在其中循环的区域越大，洛伦兹力越大，并且因此跳闸动作越快。

扁平线圈7能例如借助于开关11(例如功率电子开关)连接到电压源13，例如充电电容器。应当指出，开关11和电压源13可以但不必形成电气开关设备1的部分；它们可以例如为能连接到电气开关设备的外部设备。当故障发生时，得到故障电流，开关11被闭合使得电压源13产生通过扁平线圈7的电流。因此，当开关11被闭合并且在扁平线圈7产生电流时，在由触指5a-5d和柔性导电元件6a、6b限定的连续电流路径中产生涡电流。这些涡电流在与电流流动通过扁平线圈7的方向相反的方向上流动，从而产生相反的洛伦兹力。由于扁平线圈7被布置为可移动电极装置5的与固定电极装置3的相同侧上，所以可移动电极装置在远离扁平线圈7和固定电极装置3的方向上被枢转地抛出，由此提供电路跳闸。图lb示出了处于断开状态中的电气开关设备1的顶视图，其中可移动电极装置5被布置在离固定电极装置3的一定距离处并且因此处于断开位置中。可移动电极装置5借助于诸如弹簧的能量累积构件15被偏置，以便确保当处于闭合位置中时触指5a-5d中的全部与固定电极装置3机械接触。箭头示出可移动电极装置5能够相对于固定电极装置3移动的方向。电气开关设备可以包括闩锁，闩锁被布置为在断开位置中抓住触指使得其弹回到与固定电极装置机械接触。

参考图2a和2b，现在将描述电气开关设备的第二示例。电气开关设备1’包括固定电极装置3’、可移动电极装置5’以及被布置在可移动电极装置5’的与固定电极装置3’相同侧上的扁平线圈7。

根据第二示例，固定电极装置3’包括多个触指3’a-3’d。可移动电极装置5’是板。电气开关设备1’以与电气开关设备1相似的方式工作，除了触指现在形成固定电极装置的部分而非可移动电极装置的部分。另外，固定电极装置3’现在借助于能量累积构件15被偏置朝向可移动电极装置5’。如以上在第一示例中所描述的，扁平线圈7相对于可移动电极装置5’的尺寸的尺寸同样地也适用于第二示例。

可移动电极装置5’具有被布置为机械地接触触指3’a-3’d的接触部分5’f以及被布置为与扁平线圈7电磁相互作用的排斥部分5’e。排斥部分5’e提供面对扁平线圈7的连续表面，该连续表面具有其大部分与由扁平线圈7限定的区域重叠的区域。涡电流可以由此以使得当开关11被设置在闭合位置中时，能够大体围绕整个排斥部分5’e循环的方式由排斥部分5’e中的扁平线圈7产生涡电流，从而使得电压源能够提供通过扁平线圈7的电流。

图3描绘了电气开关设备1、1’中的任一个的侧视图，其中可移动电极装置5、5’处于利用实线示出的闭合位置中，并且其中可移动电极装置4处于利用虚线示出的断开位置中。

在两个示例中，扁平线圈7可以是螺旋形的，即螺旋形线圈，例如具有圆形或大体圆形形状或方形或大体方形形状。

在任一实施例中，电气开关设备可以包括用于触头的正常断开的额外的机械机构，即用于将可移动电极装置设置在断开位置中，而线圈7仅仅在具有非高的电流的故障或中断的情况下被使用。在US6777635中描述了这种类型的机构的示例。

本文中呈现的电气开关设备可以被有益地利用在低压应用或中压应用中，其中电气开关设备可以分别是低压电气开关设备或中压开关设备。本文中公开的电气开关设备可以被利用在AC和DC应用两者中。电气开关设备可以是断路器，例如空气断路器。

以上已经主要参考几个示例描述了本发明构思。然而，如容易由本领域技术人员认识到的，除了以上公开的实施例之外的其他实施例在如由随附权利要求限定的本发明构思的范围内同样是可能的。例如，根据一个变型，固定电极装置和可移动电极装置两者都能够包括触指。

Claims (16)

1.一种电气开关设备(1；1’)，包括：

固定电极装置(3；3’)，

可移动电极装置(5；5’)，其具有接触部分(5f；5’f)和排斥部分(5e；5’e)，其中所述可移动电极装置(5；5’)被布置为在闭合位置与断开位置之间移动，在所述闭合位置中所述接触部分(5f；5’f)接触所述固定电极装置(3；3’)，并且在所述断开位置中所述接触部分(5f；5’f)与所述固定电极装置(3；3’)机械地分离，

其中所述固定电极装置(3；3’)和所述接触部分(5f；5’f)中的一个包括多个触指(5a-5d；3’a-3’d)，当所述可移动电极装置(5；5’)处于所述闭合位置中时所述多个触指全部被并联连接，以及

线圈(7)，其相对于所述排斥部分(5e；5’e)是固定的，其中所述排斥部分(5e；5’e)被布置为与所述线圈(7)相邻，以使得所述线圈(7)能够在所述排斥部分(5e；5’e)中产生涡电流，

其中所述线圈(7)具有在其相对外侧端中的两个之间的第一尺寸(d2)，所述第一尺寸(d2)对应于在两个最外面的触指(5a,5d；3’a,3’d)之间的距离的大部分，并且其中所述线圈(7)限定对应于所述排斥部分(5e；5’e)的表面区域的大部分的区域，并且其中所述排斥部分(5e；5’e)适于提供针对通过所述线圈(7)在所述排斥部分(5e；5’e)中产生的涡电流的连续电流路径，所述连续电流路径具有对应于所述线圈(7)的所述第一尺寸(d2)的尺寸。

2.根据权利要求1所述的电气开关设备(1；1’)，其中所述线圈(7)是限定线圈平面的扁平线圈，其中当所述可移动电极装置(5；5’)处于所述闭合位置中时所述排斥部分(5e；5’e)被布置为与所述线圈平面实质上平行。

3.根据权利要求2所述的电气开关设备(1；1’)，其中所述排斥部分(5e；5’e)的宽度尺寸(d4)至少与所述固定电极部分(3；3’)的对应宽度尺寸(d1)一样大，所述排斥部分(5e；5’e)的所述宽度尺寸(d4)是在所述排斥部分的面对所述扁平线圈(7)的两个外侧端之间的尺寸。

4.根据权利要求2或3所述的电气开关设备(1；1’)，其中所述排斥部分(5e；5’e)限定所述可移动电极装置(5；5’)的大部分，并且其中由所述扁平线圈(7)限定的区域对应于所述可移动电极装置(5；5’)的大部分。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的电气开关设备(1’)，其中所述固定电极(3’)是所述触指(3’a-3’d)，其中所述可移动电极装置(5’)是板。

6.根据权利要求1-4中的任一项所述的电气开关设备(1)，其中所述可移动电极装置(5)是所述触指(5a’5d)，其中所述固定电极装置(3)是板。

7.根据权利要求6所述的电气开关设备(1)，其中所述连续电流路径由柔性导电元件(6a、6b)提供，所述柔性导电元件被连接到所述两个最外面的触指(5a、5b)以提供由所述扁平线圈(7)产生的涡电流的电流路径。

8.根据权利要求7所述的电气开关设备(1)，其中所述柔性导电元件(6a、6b)与所述触指(5a-5d)中的所有触指电接触。

9.根据权利要求2-8中的任一项所述的电气开关设备(1；1’)，其中所述扁平线圈(7)是螺旋形的。

10.根据权利要求2-9中的任一项所述的电气开关设备(1；1’)，其中所述扁平线圈(7)是实质上圆形形状的或实质上方形形状的。

11.根据权利要求2-10中的任一项所述的电气开关设备(1；1’)，其中整个所述扁平线圈(7)被布置为与所述排斥部分(5e；5’e)相邻，使得由所述扁平线圈在所述排斥部分(5e；5’e)中产生的涡电流反映在所述扁平线圈中沿所述电流的整个流动路径流动的电流。

12.根据权利要求2-11中的任一项所述的电气开关设备(1；1’)，其中由所述扁平线圈(7)限定的所述区域由所述扁平线圈(7)的边界限定。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的电气开关设备(1；1’)，其中所述线圈(7)响应于故障能连接到电压源(13)。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的电气开关设备(1；1’)，包括结构(9)，所述结构(9)相对于所述可移动电极装置(5；5’)是固定的，其中所述排斥部分(5e；5’e)被枢转地耦合到所述结构(9)，以使得所述可移动电极装置(5；5’)能够在所述闭合位置和所述断开位置之间枢转。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的电气开关设备(1；1’)，其中所述电气开关设备(1；1’)是低压电气开关设备或中压开关设备。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的电气开关设备(1；1’)，其中所述电气开关设备(1；1’)是空气断路器。