CN107408478B - 用于通过电流路径的电流的通断切换的开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过电流路径的电流的通断切换的开关装置，其具有至少一个静触头(11,12)和至少一个动触头(14,15)，其中，所述动触头相对于所述静触头是可移动的，以形成或断开所述电流路径(10)，以及用于在接触形成位置和接触断开位置之间的跨接线(17)的功能运动的驱动器(1)，其中，在所述接触形成位置，所述动触头(14,15)和所述静触头形成所述电流路径，且具有用于在短路或过载的情况下断开所述电流路径的高速断路器(2)，其中，所述高速断路器(2)的所述衔铁(4)刚性地耦合至所述动触头(14,15)。

Description

用于通过电流路径的电流的通断切换的开关装置

技术领域

本发明涉及用于对通过电流路径的电流进行通断切换的开关装置，其具有至少一个静触头和至少一个动触头，其中动触头相对于静触头是可移动的，以形成和断开电流路径，具有用于在接触形成位置和接触断开位置之间的跨接线的运动的驱动器，其中，在接触形成位置，静触头、动触头形成电流路径，以及具有用于在短路或过载情况下断开电流路径的高速断路器。

背景技术

例如，具有相应的、通常为电磁驱动器的这种类型的开关装置被用于电机起动器中。这些适合于负载的功能切换、断开过载和在短路的情况下断开。基本上，为了实现这个功能，也可以使用两个单独的开关装置，即作为电源开关的电机保护开关和作为负载开关的接触器。可替换地，电机起动器是已知的，其中开关和保护功能被集成在一个开关装置中。通常，为了这个目的，这些开关装置具有手动的、机械的开关锁。

在文献WO 2014/023326 A1中，描述了用于紧凑的和远程操作的电机起动器的开关装置或用于开关装置的驱动器，负载的功能切换、断开过载和断开短路仅通过一个装置实现。断开短路的问题是必须非常快速地和永久地断开闭合的触头，从而确保电弧的安全熄灭，并避免电弧的重新点火和触头的焊接。为此，驱动器具有双极电磁驱动单元，其具有可移动衔铁和用于衔铁在两个永磁稳定的衔铁位置之间的可逆运动的两个固定的电磁线圈，其中动触头可以通过第一电磁线圈的选择性激励而被移动至接触形成位置，并且在电流路径中的短路允许的最大断开时间内，动触头可以通过第二电磁线圈的选择性激励而被移动至接触断开位置。

用于通断切换的电磁驱动器具有如下缺点：它们具有相对大的运动质量，这是导通过程所必须的。然而，由于惯性，这种类型的驱动器具有相应地长的断开时间。因此，能够实现的断开时间可能潜在地太长，以致无法安全地断开短路。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于通过电流路径的电流的通断切换的开关装置，包括用于断开电流路径的高速断路器，无论用于功能切换的驱动器的断开时间如何，可以快速地和安全地执行断开过载和断开短路，并且允许紧凑的、节省空间的结构。

根据本发明的用于通过电流路径的电流的通断切换的开关装置具有至少一个静触头和至少一个动触头，其中，动触头能相对于静触头移动，以形成和断开电流路径。这种类型的触头系统可以具有单个触头对。其被优选地配置为双断开，两个动触头特别地通过动触头支架被连接，以相对于电流路径的两个静触头可移动。在下文中使用名称“动触头”和“静触头”，而不是在每一种情况下论述具有双断开触头系统的实施例的可能性，因为这是本领域技术人员所熟悉的。在这种程度下，具有两个动触头的动触头支架也被术语“动触头”所涵盖。

根据本发明的开关装置还具有用于在接触形成位置和接触断开位置之间的跨接线的运动的驱动器，其中在接触形成位置的动触头和静触头形成电流路径，以使得驱动器也被更普遍地指定为用于开关装置的功能切换的驱动器。

而且，根据本发明的开关装置具有用于在短路或过载的情况下断开电流路径的高速断路器。用于开关装置的功能切换的驱动器和高速断路器的驱动器都优选地是电磁驱动器。

根据本发明，规定为，动触头沿跨接线在第一止动件和第二止动件之间被可移动地引导，且被刚性地耦合至高速断路器的衔铁。

根据本发明的开关装置的一个优点是，在跨接线的接触形成位置，沿跨接线可移动地引导的动触头可以在短路的情况下通过高速断路器与静触头分离。本领域技术人员知道，在短路的情况下，动触头的提升通常最初由电动提升力引起，并且高速断路器优选地防止动触头回落以及进一步移动这些动触头离开静触头。在此也结合高速断路器的触发描述了当不需要断开短路电流时已知的电动提升力的利用。高速断路器和动触头之间的刚性耦合也有利地确保高速断路器的加速的触发，因为高速断路器中的气隙由于电动提升已经被减小。此外，刚性耦合允许触发之后永久地断开的动触头的复位，以及高速断路器和/或用于功能切换的驱动器的同时有利地节省空间的构造和/或布置。

根据优选的实施例，规定为，高速断路器的衔铁借助于螺旋弹簧偏置，以使得动触头被螺旋弹簧在跨接线的第一止动件的方向上偏置。特别优选地规定为，衔铁的螺旋弹簧同时用作动触头的接触压力弹簧。在跨接线的接触形成位置，在第一止动件的方向上偏置的动触头与静触头形成电流路径，使得衔铁的螺旋弹簧同时用作动触头的接触压力弹簧。因此，有利地节省单独的接触压力弹簧。

在跨接线的接触形成位置中，在短路或过载的情况下，在第一止动件的方向上偏置的动触头优选地被高速断路器移动抵靠第二止动件，以使得电流路径断开，其中第二止动件与第一止动件相反地布置在跨接线。在短路的情况下，在高速断路器防止动触头回落以及在第二止动件的方向上进一步移动动触头之前，动触头的第一次提升通常由电动提升力引起。

根据另一优选的实施例，规定为，跨接线上设置有保持机构，以将由高速断路器断开的动触头保持在第二止动件上。该实施例的优点是，由于灭弧过程，即使高速断路器的励磁电流降低，电流路径也保持断开。因此，可以有利地避免动触头的回落、电弧的重新点火或甚至动触头到静触头的焊接。

保持机构优选地具有永磁系统，以在高速断路器的触发之后，利用与螺旋弹簧的弹簧力相反的磁力进一步将动触头保持在第二止动件上，其中磁力的量大于弹簧力的量。由于高速断路器使得动触头与第二止动件直接接触，保持机构的磁力可以有利地没有气隙地作用在动触头上。为此，至少一个动触头优选地被布置在由导磁材料制成的动触头支架上，特别地被固定至动触头支架。特别优选地规定为，动触头支架由具有由铜材料制成的第一层和由铁质材料制成的第二层的电镀材料组成。

根据另一优选的实施例，规定为，在高速断路器的触发之后，通过用于跨接线的运动的驱动器的断开过程进行动触头的复位。因此节省了在触发之后用于复位高速断路器的单独的机构。

为此，在驱动器的断开过程期间，反向止动件优选地限制了动触头的移动范围，其中，仅在高速断路器的先前触发之后，换句话说，在高速断路器断开电流路径之后，动触头到达反向止动件。在正常操作中，在没有通过短路或过载触发高速断路器的情况下，反向止动件不会影响动触头的移动。特别优选地，具有衔铁的高速断路器的磁芯形成反向止动件。因此，动触头的移动一方面受到一个移动范围的限制，特别地受静触头限制，以及另一方面，在高速断路器的触发之后，受反向止动件限制。在高速断路器的触发之后，由于反向止动件，仅在动触头从保持机构先释放之后，跨接线的接触断开位置到达。为此，需要比保持机构的保持力更大的合力。这个合力由接触压力弹簧的力和用于跨接线的运动的驱动器的力组成。用于跨接线的运动的驱动器的力通常由螺旋弹簧提供。

附图说明

下面将参考附图借助于实施例更加详细地描述本发明。实施例仅是示例性的，且并不限制本发明的总体构思。

在附图中：

图1是根据本发明的开关装置的示意图；

图2是处于断开状态的根据图1的开关装置的实施例的一部分的详细视图；

图3A和3B是处于导通状态的根据图2的实施例的一部分的详细视图；

图4A和4B是处于被触发的高速断路器断开的状态的根据图2的实施例的一部分的详细视图；

图5是处于高速断路器的复位状态的根据图2的实施例的一部分的详细视图。

具体实施方式

举例来说，图1是具有结构的根据本发明的开关装置的简化示意图。为此，用于通过电流路径10的电流的通断切换的开关装置具有两个静触头11、12，两个静触头11、12与动触头支架16上的两个动触头14、15协作用于形成和断开电流路径10。电磁驱动器1用于在接触形成位置和接触断开位置之间的跨接线17的运动，动触头支架16被跨接线17引导，结合下面的附图将更详细地论述跨接线17。用于在短路或过载情况下断开电流路径10的高速断路器2也仅示意性地示出，并且下面将参考附图更详细地描述精细的结构和功能。断开短路需要动触头14、15从静触头11、12的非常快速和永久的分离。在短路电流的情况下，通过高速断路器2进行断开，由电动提升力引起动触头14、15的第一次提升。动触头14、15从静触头11、12的分离产生电弧，电弧在每种情况下被引导到灭弧系统21中。

下面将参考图2、3A和3B更加详细地描述根据本发明的开关装置的实施例的结构。图2示出了处于断开状态的开关装置的一部分的详细视图，以及图3A和3B示出了处于导通状态的开关装置的一部分的详细视图。在用于跨接线17的运动的电磁驱动器1中，为了简单起见，仅示出了驱动衔铁1，驱动衔铁1被螺旋弹簧(未示出)在图2所示位置的方向上偏置，且在导通过程的情况下，通过电磁线圈(未示出)在图3A所示的位置的方向上移动。相应的接触器驱动器1的结构对于本领域技术人员是充分地已知的。

驱动器1被设置用于在接触形成位置和接触断开位置之间的跨接线17的运动，跨接线17在图2中被示出处于接触断开位置，其中动触头14、15被布置为远离静触头11、12，因此电流路径10被断开。动触头14、15被布置在动触头支架16的相对端上，动触头支架16继而沿着跨接线17在第一止动件18和第二止动件19之间可移动地引导。当跨接线17处于根据图2的接触断开位置时，动触头14、15或连接的动触头支架16置于跨接线17的第一止动件18上，从而防止了接触路径10的形成。动触头14、15被接触压力弹簧5偏置抵靠第一止动件18，其在下面将结合高速断路器2的描述更详细地论述。在导通过程的情况下，电磁驱动器1被激活并将跨接线17移动到其接触形成位置，如图3A所示。跨接线17的运动导致动触头14、15与静触头11、12接触，从而形成电流路径10。由接触压力弹簧5偏置的动触头支架16不再置于跨接线17的第一止动件18上。功能断开过程相应地进行，驱动器1被停用，从而驱动器1的螺旋弹簧(未示出)使得跨接线17再次移动回到接触断开位置。因此，跨接线17的第一止动件18夹带布置在动触头支架16上的动触头14、15，并由此将它们与静触头11、12分开。结合图1所述，产生的电弧被引导到相应的灭弧系统21中。

高速断路器2被布置成与用于功能切换的驱动器1相对，以使得电流路径10在驱动器1和高速断路器2之间延伸。结果，可以实现开关装置的特别紧凑的构造方式。用于在短路或过载的情况下断开电流路径10的高速断路器2具有磁芯9、磁轭3、衔铁4和电磁线圈7。衔铁4通过刚性联轴器8连接至动触头支架16上的动触头14、15。结果，高速断路器2可以断开电流路径10，而跨接线17处于根据图3A的接触形成位置。接触压力弹簧5偏置动触头14、15抵靠跨接线17的第一止动件18或抵靠静触头11、12，接触压力弹簧5同时是用于高速断路器2的衔铁4的螺旋弹簧5。弹簧力通过衔铁4和刚性连接件8传递到具有动触头14、15的动触头支架16。

在图3B中，放大示出了处于根据图3A的接触形成位置的跨接线17。这里可以看出，动触头支架16沿着跨接线17在第一止动件18和第二止动件19之间被引导。当形成电流路径10时，动触头支架16在接触形成位置的方向上的运动受到置于静触头11、12上的动触头14、15的限制，而第一止动件18由驱动器1进一步移动，以使得在跨接线17上的第一止动件18和动触头支架16之间产生间隙。

保持机构20设置在第二止动件19上，以将由高速断路器2断开的动触头14、15保持在第二止动件19上。下面将参照图4A和4B进一步描述高速断路器2的触发。流经电磁线圈7的触发电流引起高速断路器2的触发，使得衔铁4被吸引，并且动触头支架16上的动触头14、15通过刚性连接件8远离静触头11、12移动。跨接线17继续位于接触形成位置，但电流路径10被触发的高速断路器2断开。这意味着动触头14、15不再与静触头11、12接触，因为它们已经在动触头支架16上通过来自衔铁4的刚性连接件8分离。在高速断路器2移动动触头14、15远离静触头11、12之前，动触头14、15的实际释放通常在电动提升力的作用下发生，以避免开关电弧的重新点火或触头的焊接。

在触发之后，动触头支架16上的动触头14、15置于跨接线17的第二止动件19上，如可以特别地在根据图4B的放大视图中看出。由于电流路径10的断开，以及在动触头14、15和静触头11、12之间产生的电弧移动到相应的灭弧系统21(参见图1)中，通过电磁线圈7的励磁电流下降，从而衔铁4的螺旋弹簧5能够使动触头14、15再次在静触头11、12的方向上往回移动。为了安全地防止这种情况，在所示的实施例中，保持机构20设置在跨接线17的第二止动件19上，其防止动触头14、15和动触头支架16从止动件19释放。在所示的实施例中，永磁系统被用作保持机构20，其磁力足以抵抗螺旋弹簧5的压力以保持动触头支架16置于止动件19上。结果，确保了短路电流的安全断开，且避免了开关电弧的重新点火或触头的焊接。动触头支架16特别地由导磁材料制成，优选地由具有由铜材料制成的第一层22和由铁质材料制成的第二层23的电镀材料制成。

根据本发明的开关装置的另一个优点是，由于驱动器1将跨接线17从接触形成位置移动至接触断开位置，触发的高速断路器2可以特别容易地复位到其启动状态。图5示出了高速断路器2的复位过程，因此有利地通过断开过程进行，如先前结合图2、3A和3B所描述的。为了复位高速断路器2，动触头支架16上的动触头14、15必须从具有保持机构20的第二止动件19上释放。为此，动触头支架16上的动触头14、15在跨接线17的接触断开位置的方向上的运动受反向止动件6限制，反向止动件6被布置为使得跨接线17的接触断开位置还未到达。反向止动件6使得动触头支架16从第二止动件19释放，使得跨接线17可以再次到达接触断开位置。仅在高速断路器2触发之后提供反向止动件6的作用，因为仅在这种情况下，动触头支架通过第二止动件19上的保持机构20被保持。

图5精确地示出了跨接线17的位置，其中动触头14、15已经达到由止动件6限定的最终位置。所示的实施例中的止动件6以高速断路器2的磁芯9的形式实现，衔铁4撞击到磁芯9。然而，止动件6也可以以不同的方式实现，例如作为跨接线17外部的单独的止动件，动触头支架16被移动抵靠止动件6。处于图5所示的位置的跨接线17还未达到其接触断开位置(参见图2)，从而驱动器1仍进一步将跨接线17移动到接触断开位置，其结果是，动触头支架16上的动触头14、15通过刚性连接件8和衔铁4从具有保持机构20的第二止动件19分离，因为来自驱动器1的附加的力加上螺旋弹簧5的力超过保持机构20的磁力。此后，开关装置再次到达图1所示的位置，其中跨接线17处于接触断开位置，且动触头14、15被接触压力弹簧5偏置抵靠跨接线17的第一止动件18。因此，开关装置准备用于进一步的导通过程。

附图标记列表

1 用于开关装置的功能切换的驱动器

2 高速断路器

3 高速断路器的磁轭

4 衔铁

5 螺旋弹簧和接触压力弹簧

6 反向止动件

7 电磁线圈

8 刚性联轴器

9 高速断路器的磁芯

10 电流路径

11 静触头

12 静触头

14 动触头

15 动触头

16 动触头支架

17 跨接线

18 第一止动件

19 第二止动件

20 保持机构

21 用于电弧的灭弧系统

22 第一层

23 第二层

Claims (12)

1.一种用于通过电流路径的电流的通断切换的开关装置，其具有至少一个静触头(11,12)和至少一个动触头(14,15)，其中，所述动触头相对于所述静触头是可移动的，以形成和断开所述电流路径(10)，具有用于在接触形成位置和接触断开位置之间的跨接线(17)的运动的驱动器(1)，其中，在所述接触形成位置，所述动触头和所述静触头形成所述电流路径，且具有用于在短路或过载的情况下断开所述电流路径的高速断路器(2)，其特征在于，所述动触头(14,15)沿所述跨接线(17)在第一止动件(18)和第二止动件(19)之间被可移动地引导，且被刚性地耦合至所述高速断路器(2)的衔铁(4)，所述跨接线(17)上设置有保持机构(20)，以将被所述高速断路器(2)断开的所述动触头(14,15)保持在所述第二止动件(19)上。

2.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述衔铁(4)借助于螺旋弹簧(5)偏置，使得所述动触头(14,15)被所述螺旋弹簧(5)在所述跨接线(17)的所述第一止动件(18)的方向上偏置。

3.根据权利要求2所述的开关装置，其特征在于，所述衔铁(4)的所述螺旋弹簧(5)用作所述动触头(14,15)的接触压力弹簧。

4.根据权利要求2或3所述的开关装置，其特征在于，在所述跨接线(17)的接触形成位置中，在短路或过载的情况下，在所述第一止动件的方向上偏置的所述动触头(14,15)被所述高速断路器(2)移动抵靠所述第二止动件(19)，以使得所述电流路径(10)断开，其中所述第二止动件(19)与所述第一止动件(18)相反地布置在所述跨接线上。

5.根据权利要求3所述的开关装置，其特征在于，所述保持机构(20)具有永磁系统，在所述高速断路器(2)触发之后，所述永磁系统利用与所述螺旋弹簧(5)的弹簧力相反的磁力进一步将所述动触头(14,15)保持在所述第二止动件(19)上，其中所述磁力的量大于所述弹簧力的量。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的开关装置，其特征在于，所述至少一个动触头(14,15)被布置在由导磁材料制成的动触头支架(16)上。

7.根据权利要求6所述的开关装置，其特征在于，所述动触头支架(16)由具有由铜材料制成的第一层(22)和由铁质材料制成的第二层(23)的电镀材料组成。

8.根据权利要求1或5所述的开关装置，其特征在于，在所述高速断路器(2)触发之后，通过用于所述跨接线(17)的运动的所述驱动器(1)的断开过程进行所述动触头(14,15)的复位。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的开关装置，其特征在于，在所述跨接线(17)的所述接触断开位置，所述第二止动件(19)位于所述动触头(14,15)的移动范围之外。

10.根据权利要求9所述的开关装置，其特征在于，在所述驱动器(1)的断开过程期间，反向止动件(6)限制了所述动触头(14,15)的移动范围，其中，仅在所述高速断路器(2)先断开所述电流路径(10)之后，所述动触头到达所述反向止动件。

11.根据权利要求10所述的开关装置，其特征在于，具有所述衔铁(4)的所述高速断路器(2)的磁芯(9)形成所述反向止动件(6)。

12.根据权利要求3或5所述的开关装置，其特征在于，由所述接触压力弹簧(5)的力和用于所述跨接线(17)的运动的所述驱动器(1)的力共同产生的力足以将所述动触头(14,15)从所述保持机构(20)释放。