CN106663555A - 具有改善的电弧熄灭机构的电开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电开关装置1，尤其直流接触器。该开关装置具有至少一个开关部位以及至少一个配属于该开关部位的电弧熄灭机构。该电弧熄灭机构包括至少一个熄灭元件和至少一个永磁体3用于影响在开关过程中出现的电弧。该电弧通过由永磁体产生的磁场吹入熄灭元件中。按本发明提出，所述至少一个永磁体同时形成了熄灭元件并且如此布置和极化，使得电弧由永磁体吸引，并且由此吸到永磁体处并且通过其熄灭。优选所述永磁体构造成柱形的棒形磁体并且借助于可夹的支架7安置在开关装置1处。在另一变型方案中，所述永磁体由硬铁氧体制成。优选所述永磁体由陶瓷制成的保护套包围。

Description

具有改善的电弧熄灭机构的电开关装置

技术领域

本发明涉及一种按独立权利要求1前序部分所述的电开关装置。所述电开关装置具有至少一个开关部位以及至少一个配属于该开关部位的电弧熄灭机构，其中，该电弧熄灭机构包括至少一个熄灭元件以及至少一个用于影响在开关过程中出现的电弧的永磁体。电弧通过由永磁体产生的磁场被吹入到熄灭元件中。所述电开关装置尤其涉及单向开关的直流接触器。

在开关过程中、也就是在打开接触部位时，在开关接触器的开关部位处形成了开关电弧。在此释放了大量热能，这会导致开关装置的损坏。尤其在接入特别高的电流时，开关电弧的存在或者说作用会导致开关设备的损坏或损毁。

背景技术

因此，由现有技术已知，设置所谓的电弧熄灭机构，其负责尽可能快地熄灭开关电弧。通常为此就直接在开关部位附近设置了多个熄灭元件。所述熄灭元件通常构造成板状的并且相互隔开地布置。其划分并且冷却所述开关电弧并且由此将其熄灭。不仅能够使用熄灭板件而且也能够使用陶瓷的熄灭板作为熄灭元件。为了将开关电弧驱动到（吹到）熄灭元件中，产生了合适的磁场。为了产生磁场通常设置永磁体。此外可以借助于极板合适地影响磁场的设计。

例如由德国专利文件DE 1246851 B已知所述类型的电开关装置。那儿所描述的电开关装置的电弧熄灭机构具有大量去离子板件作为熄灭板件。开关电弧通过永磁体被吹入到熄灭板件中。

此外，由DE 102010031907 B9已知所述类型的另一种电开关装置。在此也使用永磁体作为吹入磁体。所述熄灭元件在该开关装置中实施成陶瓷的熄灭板。

开头所述类型的开关装置例如作为直流接触器用在太阳能技术中。在该领域中的开关装置必须满足的要求越来越高。同时存在还越来越大的成本压力。基于成本压力，通常使用较小尺寸的开关接触器，然而其开关容量通常不再符合提升的要求。所使用的开关接触器的开关容量尤其不足以开关可能出现的短路电流。这意味着在开关过程中出现的开关电弧不能够安全地被置于熄灭。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种所述类型的具有改善的电弧熄灭机构的电开关装置。在此应该尽可能成本有利地并且简单地实现电弧熄灭机构的改善以及由此电开关装置的开关容量（Schaltvermögen）的改善。本发明尤其应该适合于使较小尺寸的直流接触器用在太阳能技术中。开关容量应该没有明显增加电开关装置的尺寸地得到改善。

该任务通过独立权利要求1的特征得到解决。因此，当所述至少一个永磁体同时形成了熄灭元件并且如下地进行布置以及极化，使得电弧被永磁体吸引，并且由此被吸到永磁体处并且通过永磁体熄灭时，在所述类型的电开关装置中存在所述任务的按本发明的解决方案。惊人地已经示出，永磁体能够代替熄灭板件或者陶瓷的熄灭板用作熄灭元件、更确切地说用于冷却所述开关电弧并且由此用于熄灭所述开关电弧。按本发明的解决方案还具有以下优点，即开关电弧不必通过额外的外部的吹入场吹入到熄灭区域中。更确切地说，开关电弧由熄灭元件（熄灭区域）本身所吸引。已经示出，由此能够特别快速并且可靠地熄灭所述开关电弧。按本发明的解决方案能够成本有利地并且简单地实现。此外其具有以下优点，即在很大程度上保持相同的外部尺寸的情况下能够显著改善所现存的带有传统的电弧熄灭机构的开关接触器的开关容量。此外，本发明不排除，除了构造成熄灭元件的永磁体之外设置常规的吹入磁体，其磁场增强了吹入作用并且通过可能额外设置的极性板合适地进行定向。

本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。

在本发明的特别优选的实施方式中，所述电弧熄灭机构具有熄灭腔室，其中，熄灭腔室具有出口开口，并且其中，所述至少一个用作熄灭元件的永磁体布置在出口开口的区域中。由电弧产生的气体或者说由电弧产生的等离子体通过出口开口从开关设备向外引导。在该实施方式中确保特别可靠地熄灭电弧。用作熄灭元件的永磁体在此特别优选地布置在熄灭腔室外在出口开口的区域中。

在本发明的另一优选的实施方式中，除了用作熄灭元件的永磁体之外还设置了以熄灭板件的或者陶瓷的熄灭元件的形式的另外的熄灭元件。所述另外的熄灭元件布置在永磁体和熄灭腔室内部的开关部位之间。在该实施方式中进一步改善了电弧熄灭的可靠性。此外，由此提高了用作熄灭元件的永磁体的使用寿命。

在本发明的另一特别优选的实施方式中，所述永磁体至少在暴露于电弧下的区域中由陶瓷制成的保护套包围。优选地，永磁体在其整个长度上由保护套包围。在该实施方式中，永磁体的熄灭电弧的作用即使在许多开关循环之后也几乎完全保持。由此提高了使用寿命。优选使用镁铝硅酸盐或者特别优选使用钙铝酸盐作为用于保护套的陶瓷材料。进一步优选地，陶瓷材料是玻璃纤维增强的，从而所述保护套是特别坚固的并且受到保护防止机械损坏。在此特别优选地，使用玻璃纤维增强的带有硅树脂的钙铝酸盐。

在本发明的特别优选的实施方式中，所述电弧熄灭机构具有至少两个永磁体，其分别用作熄灭元件并且如下地进行布置和极化，使得电弧由所述至少两个永磁体所吸引，所述永磁体同时形成了熄灭元件。特别优选地，甚至为每个电弧熄灭机构设置多个永磁体。这增强了电弧熄灭的作用并且提高了切断容量（Abschaltvermögen）。用作熄灭元件的永磁体为此全部沿着相同的方向进行极化。有利的是，所有永磁体至少在暴露于电弧下的区域中分别由陶瓷的保护套所包围。

优选地，所述永磁体是特别强的，从而由永磁体作用到电弧上的磁流密度至少为20毫特(Millitesla)、优选至少为25毫特。由此确保，所述电弧没有另外的支持地由永磁体所吸引并且熄灭。

在此特别有利的是，所述永磁体以与常规的熄灭板件或陶瓷的熄灭元件相同的方式相互隔开地布置。由此实现开关电弧的特别快速的并且有效的熄灭。所述永磁体之间的距离优选大于一毫米，并且进一步优选在1和3mm之间的范围中。永磁体的这种隔开的布置也具有以下优点，即由开关电弧产生的等离子体能够通过永磁体之间的空隙向外引导。进一步优选地，永磁体构造成细长的并且如下进行定向，使得其磁性轴线基本上垂直于开关电弧的投影的纵向定向。

在本发明的另一特别优选的实施方式中，所述永磁体由硬铁氧体制成。硬铁氧体是陶瓷材料，由此所述永磁体类似于常规的由陶瓷制成的熄灭元件地特别好地适用于电弧熄灭。在使用硬铁氧体永磁体时，也实现了开关电弧的特别有效的冷却。

在本发明的另一优选的实施方式中，所述永磁体实施成棒形磁体。由此一方面实现了特别好的熄灭作用，另一方面该棒形磁体涉及能够特别有利地购入（bezogen）的标准构件。当永磁体实施成柱形、也就是实施成圆形磁体时，实现了特别有效的熄灭作用。所述永磁体的轴线优选位于共同的平面中，并且进一步优选相互平行地定向。

在本发明的另一特别优选的实施方式中，所述永磁体借助于共同的支架安置在电开关装置处。由此得出特别简单的装配。通过共同的支架还能够确保，在各个永磁体之间始终维持最佳的距离。特别有利的是，所述支架能够夹到开关装置处。由此进一步简化了装配。此外通过以下方法获得了优点，即按本发明能够以特别简单的方式加装现存的电开关装置、例如现存的直流接触器。为此，所述支架优选如下地实施，使得其能够夹到电开关装置的壳体处或者现存的构件处。例如开关壳体的暴露的或者柱形包围的连接栓特别适合于安置。

在本发明的另一特别优选的实施方式中，所述电弧熄灭机构配属于开关装置的至少两个相互并排布置的极的熄灭区域，其中，电弧熄灭机构的永磁体在相互并排布置的开关部位的整个宽度上延伸。该实施方式例如特别适合用在两极的直流接触器中。在这种接触器中通常相互并排布置有两个开关部位，从而也会相互并排地形成两个开关电弧。该实施方式能够成本特别有利地并且简单地实现，因为对于两个或者甚至更多个相互并排的极的熄灭区域来说只需要一个电弧熄灭机构。

在此，当永磁体的支架至少部分地布置在相互并排布置的开关部位或者说极之间时，获得了特别有利的并且尤其节省空间的布置方案。

本发明还提供了一种用于电开关装置的电弧熄灭机构。该电弧熄灭机构包括至少一个熄灭元件以及至少一个永磁体用于影响在开关过程中出现的电弧，其中，电弧通过由永磁体产生的磁场吹入到熄灭元件中。按本发明，所述至少一个永磁体同时形成了熄灭元件并且如下地进行布置和极化，使得电弧被永磁体所吸引，并且由此磁性地被吸到永磁体处上并且由永磁体熄灭。

此外，本发明提供一种用于提高电开关设备的开关容量的方法，该电开关设备具有至少一个开关部位以及至少一个配属于开关部位的电弧熄灭机构，其中，电弧熄灭机构具有大量熄灭板件或者陶瓷的熄灭元件用于熄灭电弧。

在按本发明的方法中，将一个或多个永磁体在电弧熄灭机构的熄灭腔室的出口开口的区域中安置在电开关装置处，从而永磁体形成熄灭元件并且如下地进行布置和极化，使得电弧由永磁体吸引，并且由此被吸到永磁体处并且通过永磁体熄灭。熄灭板件或陶瓷的熄灭元件能够选择性地除去或者为了额外地支持电弧熄灭而留在设备中。

替代地，按本发明的方法包括以下方法步骤：

-除去熄灭板件或陶瓷的熄灭元件，并且

-将一个或多个永磁体安置在电开关设备处作为对于熄灭板件或陶瓷的熄灭元件的替代，从而永磁体形成了熄灭元件并且如下地进行布置和极化，使得电弧由永磁体吸引，并且由此磁性地被吸到永磁体处并且由永磁体熄灭。

用按本发明的方法能够以简单的方式加装现存的电开关装置、尤其直流接触器，用以提高其开关容量及尤其其短路开关能力（Kurzschlussschaltfähigkeit）。所述永磁体优选直接布置在熄灭腔室的开口前，从所述熄灭腔室中移除常规的熄灭板件或陶瓷的熄灭元件。

附图说明

下面根据附图更详细地解释本发明的实施例。附图示出：

图1是两极的直流接触器的斜视图，

图2是图1中的按本发明的实施方案的直流接触器连同安置在其处的永磁体，

图3是图2中按本发明的开关接触器的正视图，

图4是安置在图1-3中所示的开关接触器处的永磁体包括相应的支架的细节图，

图5是图1-3中按本发明的开关接触器的开关部位连同按本发明布置的永磁体的示意图，以及

图6是图2中的视图连同用于永磁体的陶瓷的保护套。

对于以下实施方案适用，相同的部件通过相同的附图标记表示。只要在附图中包含在所属的附图描述中没有更详细地探讨的附图标记，那么就参照之前的或之后的附图描述。

具体实施方式

图1示出了常规类型的单向开关的两极的直流接触器（Gleichstromschütze）1，其已经准备用于按本发明的实施方案。所述接触器拥有壳体15，在该壳体中安置有开关机构以及可运动的触点。在原本的开关壳体15下方示出了接触器的电磁驱动装置16。在前部的壳体狭窄侧面处可以看到两个连接触点11和12。因为涉及两极的开关接触器，所以总共设置了四个连接触点。因此，两个设置在前部的壳体狭窄侧面处的连接触点11和12中的每个连接触点能够借助于开关接触器与相应的位于对置的壳体狭窄侧面上的连接触点进行连接。所述四个连接触点分别引起壳体内部的固定触点。额外地，在壳体内部布置两个开关桥（Schaltbrücke），其由电磁驱动装置16进行操作并且分别使两个所述固定触点相互连接或者说相互分开。由此，总共存在四个开关部位、更确切地说分别位于固定触点中的一个和相应配属的接触桥之间。为每个开关部位分配电弧熄灭腔室。在前部的壳体狭窄侧面处可以看到总共四个熄灭腔室中的两个、也就是左边的熄灭腔室13和右边的熄灭腔室14。两个所示出的熄灭腔室13和14分别具有向外的开口，由此由开关电弧产生的等离子体能够从壳体内部向外到达。在图1中明显可以看到用于常规的熄灭板件的插入槽，其在所示出的开关接触器中已经除去。同样可以看到布置在壳体内部的熄弧磁铁的磁性极板6，所述开关电弧在开关接触器的常规实施方案中通过该磁性极板被吹入到熄灭板件中。

代替常规的熄灭板件，在所示出的开关接触器中使用按本发明的电弧熄灭机构，其安置在开关接触器的壳体15处。图1中的开关接触器在图2中连同按本发明的电弧熄灭机构一起示出。该电弧熄灭机构基本上由四个柱形的永磁体3构成，其直接布置在两个熄灭腔室13和14的开口前。如尤其从图4中获知的那样，所述四个永磁体3由共同的支架7保持，该支架可以安置在开关接触器1的壳体15处。该支架负责所述四个细长构造的柱形永磁体首先保持相互平行并且其次保持相互间略微隔开。所述四个永磁体的轴线位于平行于直接相邻的壳体狭窄侧面定向的平面中。所述平行的定向可以最好地在图3中看出。此外，图3示出了所述两个位于对置的壳体狭窄侧面处的开关部位也装备有按本发明的电弧熄灭机构。两个相邻的永磁体的外周缘之间的距离大约为2mm。永磁体3例如可以与支架7粘结或者拧紧。

借助于夹子连接实现了按本发明的电弧熄灭机构在开关接触器的壳体15处的固定。在图4中可以看到，所述永磁体3的支架7为此拥有两个弹性的夹子端部9和10。所述夹子端部如下地构造，使得其在支架安置在壳体处时与两个图1中所示的柱形的壳体元件8锁定。为此，上部的夹子端部9首先挂在两个柱形的壳体元件8中的上面那个壳体元件处，随后下部的夹子端部10朝下面的柱形的壳体元件按压，从而其轻易地回弹并且随后与所述下面的柱形的壳体元件锁定。所述两个柱形的壳体元件8涉及间距保持件，其布置在两个熄灭腔室13和14之间并且将相应的固定栓包围在两个熄灭腔室之间的区域中，壳体用所述固定栓保持在一起。通过所述永磁体3的支架7安置在两个布置在熄灭腔室13和14之间的间距保持件8处，所述支架本身也位于两个熄灭腔室的开口之间。相反，所述永磁体3侧向地从支架中伸出来并且因此相应地在一侧上在左边的熄灭腔室13的开口的整个宽度上延伸并且在另一侧上在右侧的熄灭腔室14的开口的整个宽度上延伸。以这种方式对于两个开关部位来说只需要一个按本发明的电弧熄灭机构。

在图5中示出了用于解释按本发明的电弧熄灭机构的工作原理的示意图。示出了开关部位，其包括布置在壳体内部的固定触点4以及相应的接触桥5的配属于所述固定触点的端部。由此，接触桥的端部形成了可运动的配对触点，该配对触点由按本发明的开关接触器的驱动装置16进行操作。附图示出了就在两个触点4和5打开之后的快照。在打开过程中，在接触部位之间形成了开关电弧2，其通过没有示出的熄弧磁铁的磁场并且此外也通过按本发明的永磁体3的磁场向右被驱动到或者说吹到永磁体3中。图5示出了所述永磁体3的轴线基本上垂直于开关电弧2的投影的纵向延伸定向。因此，通过永磁体3形成的磁场也基本上垂直于开关电弧的纵向延伸定向。所述磁场负责使所述开关电弧2向右迁移并且最后碰到永磁体3。其到达那里并且而后熄灭。按本发明，所述永磁体由硬铁氧体制成。在此涉及陶瓷材料，由此所述永磁体3类似于常规的由陶瓷制成的熄灭元件那样突出地适合于冷却并且熄灭电弧。通过开关电弧2产生的等离子体通过永磁体3之间的缝隙向外运输。

在图6中示出了本发明的特别优选的实施方式。该图示相应于图2中的图示，具有以下不同之处，即永磁体3分别由陶瓷制成的保护套17包围。所述保护套是空心柱形的并且贴靠在相应的永磁体的外周缘处。其例如能够与永磁体粘结。

指出的是，本发明不仅适合用于加装现存的开关接触器，而且也能够用在并且尤其用在完全新研发的电开关装置中。本发明提供了以下优点，即电开关装置的开关容量能够以特别简单的方式并且没有显著提高的位置需求地得到改善。能够额外地设置常规类型的将开关电弧驱动到熄灭布置中的吹入布置，然而这不总是强制要求的，因为开关电弧在按本发明的电弧熄灭机构中被电弧熄灭机构的永磁体本身吸引。所述永磁体同时是吹入磁体以及熄灭元件。

Claims (15)

1.电开关装置（1）、尤其直流接触器，所述电开关装置具有至少一个开关部位以及至少一个配属于所述开关部位的电弧熄灭机构，其中，所述电弧熄灭机构包括至少一个熄灭元件和至少一个永磁体（3）用于影响在开关过程中出现的电弧（2），其中，所述电弧（2）通过由所述永磁体（3）产生的磁场被吹入到所述熄灭元件中，其特征在于，所述至少一个永磁体（3）同时形成所述熄灭元件并且如下地布置和极化，使得所述电弧（2）由所述永磁体（3）吸引并且由此被吸到所述永磁体（3）处并且通过所述永磁体熄灭。

2.按权利要求1所述的电开关装置（1），其特征在于，所述电弧熄灭机构具有熄灭腔室（13、14），其中，所述熄灭腔室（13、14）具有出口开口，并且其中，所述至少一个用作熄灭元件的永磁体（3）布置在所述出口开口的区域中。

3.按权利要求1或2所述的电开关装置（1），其特征在于，所述永磁体（3）至少在暴露于所述电弧下的区域中由陶瓷制成的保护套（17）包围。

4.按权利要求1到3中任一项所述的电开关装置（1），其特征在于，所述电弧熄灭机构具有至少两个永磁体（3），所述永磁体分别用作熄灭元件并且如下地布置以及沿着相同的方向极化，使得所述电弧（2）由所述至少两个永磁体（3）吸引，所述至少两个永磁体同时形成熄灭元件。

5.按权利要求1到4中任一项所述的电开关装置（1），其特征在于，所述永磁体（3）是特别强的，从而由所述永磁体（3）作用到所述电弧（2）上的磁流密度至少为20毫特、优选至少25毫特。

6.按权利要求4或5所述的电开关装置（1），其特征在于，所述永磁体（3）以与常规的熄灭板件或陶瓷的熄灭元件相同的方式相互隔开地布置。

7.按权利要求1到6中任一项所述的电开关装置（1），其特征在于，所述永磁体（3）由硬铁氧体制成。

8.按权利要求1到7中任一项所述的电开关装置（1），其特征在于，所述永磁体（3）实施成柱形的棒形磁体。

9.按权利要求4到8中任一项所述的电开关装置（1），其特征在于，所述永磁体（3）借助于共同的支架（7）安置在所述电开关装置（1）处。

10.按权利要求9所述的电开关装置（1），其特征在于，所述支架（7）能够夹到开关装置（1）处。

11.按权利要求1到10中任一项所述的电开关装置（1），其特征在于，所述电弧熄灭机构配属于所述开关装置（1）的至少两个相互并排布置的开关部位，其中，所述电弧熄灭机构的永磁体（3）在所述相互并排布置的开关部位的整个宽度上延伸。

12.按权利要求11所述的电开关装置（1），其特征在于，所述支架（7）布置在所述相互并排布置的开关部位之间。

13.电弧熄灭机构，用于电开关装置（1），其中，所述电弧熄灭机构的突出之处在于权利要求1到12中任一项所述的特征。

14.用于提高电开关装置（1）的开关容量的方法，所述电开关装置具有至少一个开关部位以及至少一个配属于所述开关部位的电弧熄灭机构，其中，所述电弧熄灭机构具有带有出口开口的熄灭腔室（13、14）以及大量熄灭板件或者陶瓷的熄灭元件用于熄灭电弧，其特征在于，在所述出口开口的区域中将一个或多个永磁体（3）安置在所述电开关装置处，从而所述永磁体（3）形成熄灭元件并且如下地进行布置和极化，使得所述电弧（2）由所述永磁体（3）所吸引，并且由此被吸到所述永磁体（3）处并且通过所述永磁体熄灭。

15.按权利要求14所述的方法，其特征在于，首先移除所述熄灭板件或陶瓷的熄灭元件，并且将所述永磁体（3）作为对于所述熄灭板件或陶瓷的熄灭元件的替代安置在所述电开关装置（1）处。