CN110235215B - 用于高强度电流切换应用的改进的接触器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改进的接触器装置(1)，其用于高强度电流切换应用，具体为必须接通和断开高强度直流电流的工业或铁路应用，所述接触器装置(1)包括开关基部部分(2)和灭弧部分(3)，所述开关基部部分包括高压部分(5)的电开关构件，所述灭弧部分覆盖所述开关构件。有利地，本发明的接触器装置包括相对于相互接触和抵靠位置朝向和远离彼此被驱动的一对活动触头(21、22)，这些活动触头(21、22)安装在肘节机构(30)的相应的触头端部(23、24)处，所述肘节机构由低压驱动部分(4)启动，所述低压驱动部分结合在所述开关基部部分中并且作用在所述肘节机构(30)上。

Description

用于高强度电流切换应用的改进的接触器装置
技术领域
本发明涉及用于高强度电流切换应用的改进的接触器装置。
更具体地而非排他性地，本发明涉及用于工业或铁路应用的接触器装置，在该工业或铁路应用中，高强度直流电流必须以高频率切换动作进行开关通断。
背景技术
在该特定技术领域中众所周知的是，接触器是具有电磁致动器的远程控制开关。
一般而言，在用于具有接触器线圈的接触器的控制电路和用于利用连接负载进行切换的接触器的负载电路之间存在差异。
在许多情况下，一旦足够的起动电流流过接触器线圈，接触器就响应并接通连接在负载回路中的负载。为了将接触器维持在该状态中，保持电流必须流过接触器。
在保持电流被切断之后，接触器断开。接触器线圈中存储的能量在无约束运行电路中被耗散掉。
这种已知结构的接触器通常包括固定触头和活动触头。
两种触头连接到供电线路的分支，供电线路通过桥接装置或诸如铜编织物的金属柔性连接器连接和断开。具体地，活动触头大致通过柔性连接编织物连接到供电端子。
开关装置的较高操作频率需要非常柔性的连接编织物，该编织物经受故障，降低了开关装置的使用寿命。
此外，活动触头相对于固定触头经受较高的偏移，以便在电流必须被中断时提供足够的有效打开空间，而不会产生过多的电弧。
为了确保有效切换动作，活动触头安装在机械运动系统上，该机械运动系统需要复杂的结构和精细的角度运动来足以在触头之间形成预定的空间。
活动触头的已知的运动机构通常是复杂的、昂贵的，并且不能够实现接触器装置的紧凑设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于高强度电流切换应用的改进的接触器装置，其具有的结构和功能特征能够改进开关装置的整体性能，同时获得更加紧凑的物理结构。
本发明的另一个目标在于提供一种接触器装置，其具有较高的可靠性和较长的使用寿命。
本发明的另一个目的在于提供一种接触器装置，在其使用寿命期间不需要任何特定的维护动作或机械调节。
这些目的是通过独立权利要求1的特征来实现的。其它的有利进展是从属权利要求的主题。
本发明的方案理念在于从接触器装置去除固定触头，同时提供相对于相互接触位置朝向和远离彼此被驱动的一对活动触头。
根据上述方案理念，通过一种改进的接触器装置来解决该技术问题，该接触器装置用于高强度电流切换应用，具体为必须接通和断开高强度直流电流的工业或铁路应用，所述接触器装置包括开关基部部分和灭弧部分，所述开关基部部分包括高压部分的电开关构件，所述灭弧部分覆盖所述开关构件，其特征在于，所述接触器装置包括相对于相互接触和抵靠位置朝向和远离彼此被驱动的一对活动触头，所述触头安装在肘节机构的相应的触头端部处，所述肘节机构由低压驱动部分启动，所述低压驱动部分结合在所述开关基部部分中并且作用在所述肘节机构上。
所述的活动触头是对称的，并且定位在所述肘节机构的对应的长形的臂的相应的触头端部处。
优选地，所述肘节机构包括一对杆，所述一对杆具有以滑动铰链连接的对应端部，该滑动铰链能够沿着所述开关基部部分中的框架的竖直狭槽向上和向下运动；所述杆由绝缘材料制成并且具有各自的相对端部，所述相对端部以铰接的方式分别联接到所述臂的与所述触头相对的对应端部。
更优选地，所述臂的与所述触头相对的每个端部由采用与所述杆相同的绝缘材料制成的元件的对应长形部分保持，并且连接到且优选地以铰接的方式连接到所述相对端部中的相应的端部。
此外，甚至更优选地，长形的所述臂通过对应的枢轴可枢转地支撑在所述开关基部部分的框架中，所述枢轴电连接到固定的端子电力触头，所述固定的端子电力触头伸出到所述开关基部部分之外。
优选地，每个所述臂由对应的枢轴支撑，所述枢轴在叉状臂的端部处横向地延伸，每个叉状臂连接到所述固定的端子电力触头中的一个对应的端子电力触头。
还应当要指出的是，所述滑动铰链优选地由低压驱动部分的主动端部接触。
更优选地，所述低压驱动部分包括作用在杆状件上的线圈，所述杆状件具有自由远侧端部，所述自由远侧端部连接到杠杆的一个端部，所述杠杆可枢转地安装在支轴上，所述支轴与所述开关基部部分的内部框架固定或一体成型；所述杠杆具有第二臂，所述第二臂的自由端部作用在所述肘节机构上，以启动所述活动触头的切换。
更优选地，每个臂和对应的支撑叉状臂之间插置有弹性元件，以便补偿触头的可能的劣化或变形。
此外，更优选地，在每个所述活动触头之上设置有电弧滚环，并且每个所述电弧滚环电连接到相应的耗散线圈，所述耗散线圈设置在每个所述臂的每个触头端部的肩部处。
优选地，一对侧向金属凸缘与每个活动触头侧向地相关联；每个金属凸缘具有朝向对应的电弧滚环的突出标志物。
更优选地，在所述活动触头的两侧上设置有极性金属板扩展部。
最后，必须要指出的是，本发明可以实施于电力系统，该电力系统至少包括在以下的描述中公开的接触器装置。
附图说明
从以下借助于参考附图的非限制性例子给出的说明，本发明的接触器装置的其它特征和优点将会变得明显。
-图1示出了根据本发明实现的接触器装置的示意性透视图；
-图1A示出了多极结构的示意性透视图，该多极结构包括三个本发明的接触器装置，形成3极模块化组合体；
-图1B示出了根据本发明的单极接触器的示意性透视图，但是包括与图1所示的不同的上部灭弧部分；
-图2示出了图1的接触器装置的基部部分的内部前视图；
-图3示出了图2的接触器装置的基部部分的上部部分的示意性透视图；
-图4示出了图2的接触器装置的基部部分的下部部分的示意性透视图；
-图5和6为处于两个不同操作条件的本发明的接触器装置的内部触头细节示意图；
-图7A和7B分别示出了处于两个不同操作条件的本发明的接触器装置的细节示意图；
-图8示出了本发明的接触器装置结合到更加复杂的电力系统或结构中的示意性透视图，例如具有双极、预充电接触器和预充电电阻器的系统。
具体实施方式
参考附图，在全文中用1示意性地示出根据本发明实现的接触器。
接触器1具体地用于工业或铁路应用，在该工业或铁路应用中，高强度直流电流必须开关通断以进行高频率切换动作。
只是为了反映这些类型的接触器所涉及的工作条件和电流值范围，应当指出的是，这些装置必须能够至少在400A至1800A之间的范围内且在1000V至4000V之间的操作电压范围内有效地切换电流。
这些操作范围甚至可以涉及到单级接触器。然而，在许多应用中，需要提供双极构造和/或三极构造。
在这个方面中，本发明的接触器1具有涉及单极构造的模块化结构，根据使用者的需要，该模块化结构可以被加倍或者设置成三极构造，该三极构造包括三个并行的模块，如图1A所示。
在以下的描述中，将仅仅公开单极模块的结构。
该模块具有封套或壳体10，该封套或壳体包括将在下文公开的接触器装置1的所有活动部分。
封套10由具有预定绝缘系数的合成塑料材料制成。这样的封套10具有基部凸缘13，并且包括内部框架20，该内部框架支撑接触器1的各种活动部件。
应当指出的是，设置有用于接触器1的固定的端子电力触头11和12。这些固定触头11、12在封套10的相对侧面上伸出。这些端子电力触头11、12均关联到设置在接触器装置1内的对应的内部活动触头21、22，如下文将要解释的。
本发明的接触器1被构造成用于在牵引车辆上通常出现的剧烈冲击和振动的情况下工作的电气设备。
然而，并不限制将这种类型的接触器1用于必须接通和断开高强度直流电流的所有应用中，例如：线路接触器、电力开关或转换器、牵引马达、电磁制动器和加热/空调系统。
接触器1包括开关基部部分2和上部灭弧部分3。
开关基部部分2对于各个不同的模块化接触器1而言是通用的，并且对应于封套10，而上部灭弧部分3可以被认为是封套10的顶部覆盖物，根据不同的电力范畴和接触器应当提供的电压范围可以具有不同的尺寸。开关基部部分2包括电开关构件，灭弧部分3用来覆盖和/或保护该电开关构件。
因此，根据必须要处理的不同电压范围以及应当完全保证灭弧的对应电弧隔板类型和能量容量，上部灭弧部分3在结构上可以是不同的。
例如，对于1000V的电压值而言，灭弧部分3可以具有图1所示的结构，而对于3000V的电压值而言，灭弧部分3'可能要求包括若干放电构件或者较大的极性扩展部的更大或更厚的部分3'，例如如图1B的接触器1'的实施例所示。
通用的开关基部部分2是根据本发明的接触器1或1'的芯部。
图2中示出了该开关基部部分2的内部示意性结构，包括本发明的电气开关构件。
开关部分2可以被认为分成较低的低压部分4和较高的高压部分5。
低压部分4用来驱动上部高压部分5的切换。
本发明的接触器1可以被认为是单稳态元件，根据使用者的需要可以设置有常闭触头或常开触头。
在这个方面中，根据本发明，开关部分2包括一对活动电触头21和22，所述一对活动电触头应当被设置成彼此抵靠，以允许高强度直流电流通过或流过。有利地，所述电触头21、22朝向和远离彼此对称地运动。
必须要注意的是，与已知的方案相比之下，本发明的接触器1、1'不具有固定触头，而是具有一对相互对称地运动的触头，该对触头相对于相互接触和抵靠位置而朝向和远离彼此被驱动。
每个活动触头21或22定位在肘节机构30的对应的长形臂25、26的触头端部23或24处，如图2和3所示且如下文所公开的。臂25、26由导电材料制成，例如由金属制成。
在触头21、22之上，但是仍然在开关基部部分2中，设置有相应的电弧滚环53、54。
这些电弧滚环53、54有助于耗散掉在活动触头21、22的打开阶段期间形成的电弧。更具体地，每个电弧滚环电连接到相应的耗散线圈51、52，该耗散线圈设置在各个臂25、26的各个触头端部23、24的肩部处。各个活动触头21或22与一对侧向金属凸缘55、56相关联，所述一对侧向金属凸缘具有朝向对应的电弧滚环53或54的突出标志物。
此外，在活动触头21、22的两侧上设置有极性扩展部50(也就是金属板或凸缘)。
图3示出了这些金属板50中的仅仅一个金属板，但是应当理解，在触头21、22的另一侧上还存在有位于平行位置中的对应板。
肘节机构30包括一对杆31和32，所述一对杆具有以滑动铰链33连接的对应的端部，该滑动铰链能够沿着框架20的竖直狭槽27向上和向下运动，如图7A和7B所示。杆31和32由绝缘材料制成，例如由热固性材料制成。
各个杆31、32的相对端部44、45连接到，优选地以铰接的方式分别连接到臂25和26的与触头21、22相对的对应端部。更具体地，臂25、26的与触头21、22相对的各个端部由采用与杆31、32相同的绝缘材料制成的元件的对应长形部分41、42保持。
这些长形部分41、42连接到，优选地以铰接的方式连接到相关的杆31或32，但是也连接到各个臂25、26的对应端部，使得长形部分41、42的运动反映在相关联的臂25、26的运动中。
每个臂25或26通过对应的枢轴28、29可枢转地支撑在框架20中。每个臂25、26由对应的枢轴28或29可枢转地支撑在大致对应于臂的整个纵向长度的三分之一的位置中。
杆31、32和臂25、26，连同对应的铰链接头33、枢轴28、29，以及杆31、32与长形部分41、42之间的连接件和与臂25、26之间的间接连接件，形成所述肘节机构30，该肘节机构能够将活动电触头21和22朝向和远离彼此驱动。肘节机构由低压驱动部分4启动，如下文所公开的。
杆31、32以及臂25、26由一对相同的并行部件形成，该对部件连接在一起，或多或少类似于桁架梁。
如上所述，每个臂25、26由对应的枢轴28、29支撑，但是这些枢轴分别在叉状臂35或36的端部处横向地延伸。这些叉状臂35、36由导电材料制成，例如由金属制成。
这些叉状臂35、36大致连接到固定的端子电力触头11和12。因此，通过在一侧处的部件11、35、25和21以及另一侧处的部件12、36、26和22之间的金属连续性来确保活动电触头21、22和固定端子触头11、12之间的电导通。
还必须要指出的是，每个臂25或26和对应的支撑叉状臂35、36之间插置有弹性元件47或48，例如压缩弹簧，以补偿活动触头21、22的可能的劣化或变形。
铰链接头33设置有中心环形弹性元件43，该中心环形弹性元件与低压驱动部分4的主动端部19接触，并且可以被认为是所述主动端部19和整个肘节机构30之间的缓冲器。该铰链接头33被推压以通过滑动引导件39(图7A和7B可见)沿着竖直狭槽27滑动，在图7A和7B中，该滑动引导件示出为处于与打开(向下)和闭合(向上)触头相对应的两个不同功能位置中。
回过来仅仅参考低压驱动部分4，该部分包括线圈6，该线圈被供电有低压基准电位，由于是常规类型而没有示出，由合适的开关致动器驱动。
线圈6作用在杆状件7上，该杆状件水平地延伸，并且与开关基部部分2内的接触器封套10的基部凸缘13平行。杆状件7克服弹性元件8(例如待被压缩的长形弹簧)的阻力而运动。
杆状件7的自由或远侧端部14连接到杠杆15的一个端部17，该杠杆可枢转地安装在支轴16上，该支轴与接触器1的开关基部部分2的内部框架20固定或一体成型。
杠杆15具有第一臂38和另一个或第二臂18，该第一臂连接到杆状件7的自由远侧端部14，当杠杆15由线圈6和杆状件7致动时，该另一个或第二臂18绕支轴自由运动。
该第二臂18的自由端部19通过环形弹性元件43作用在肘节机构30的铰链接头33上。
最后应当指出的是，设有电路49，以便根据低压驱动部分的不同的驱动致动器向线圈6提供不同的电压值。该电路49大致为电压电平位移器，适合于接收多个不同的电压值。此外，低压驱动部分4中还可以设有斩波器继电器装置46，以用于连接所有可能的中间电路。
根据以上描述，本发明的接触器装置1的功能应当是明显的。
根据本发明的方案理念，在接触器装置1中，不存在固定触头，相反具有相对于相互接触位置朝向和远离彼此被驱动的一对活动触头。
从图5和6的例子中可以清楚地看到，根据使用者的需要，接触器可以具有初始打开触头构造或闭合触头构造。
在任何情况下，根据设定的初始条件，低压驱动部分4的线圈6被偏置以使杆状件7运动，该杆状件连接到双臂杠杆15的一个端部17，该双臂杠杆可枢转地铰接在支轴16上。
与弹性元件8相对的杆状件7以及所连接的杠杆15的运动使得杠杆的自由端部19运动，该自由端部作用在肘节机构30的滑动铰链33上。
滑动铰链33沿着框架20的狭槽自由地向上和向下运动或者轴向地运动，以便进行向上或向下推动，该运动使得整个肘节机构30根据期望的需要提供活动触头21、22的闭合或开口。
本发明的双对称活动触头21、22的结构使得触头能够获得至少73mm的物理分离，这能够降低电弧的风险，并且使得本发明的接触装置进行尤为可靠的切换。
根据本发明的接触器也可以用于高强度交流电流应用中的切换。
在上文中，方向性术语，如：“向前”、“向后”、“前”、“后”、“上”、“下”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”、“侧”、“竖直”、“水平”、“垂直”和“横向”以及任何其它类似的方向性术语，仅仅涉及附图中所示的装置，而并不涉及同一装置的可能的用途。因此，在用来描述在水平面上处于竖立的竖直位置中的接触器时，这些方向性术语仅仅意味着识别如图所示的装置的一部分相对于另一个部分的位置。
本文所用的术语“包括”及其衍生词是开放性术语，规定了所述的特征、元件、部件、组、整数和/或步骤的存在，但是并不排除其它未列出的特征、元件、部件、组、整数和/或步骤。这个概念也适用于具有类似意思的词语，例如术语“具有”，“包含”及其衍生词。
此外，术语“构件”、“区段”、“部分”、“部”和“元件”在以单数形式使用时可以具有单个或多个的双重含义。

Claims (13)

1.一种改进的接触器装置(1)，其用于高强度电流切换应用，具体为必须接通和断开高强度直流电流的工业或铁路应用，所述接触器装置(1)包括开关基部部分(2)和灭弧部分(3)，所述开关基部部分包括高压部分(5)的电开关构件，所述灭弧部分覆盖所述电开关构件，其特征在于，所述接触器装置包括相对于相互接触和抵靠位置朝向和远离彼此被驱动的一对活动触头(21、22)，所述活动触头(21、22)安装在肘节机构(30)的相应的触头端部(23、24)处，所述肘节机构由低压驱动部分(4)启动，所述低压驱动部分结合在所述开关基部部分中并且作用在所述肘节机构(30)上，
其中所述活动触头(21、22)是对称的，并且定位在所述肘节机构(30)的对应的长形的臂(25、26)的相应的触头端部(23、24)处，
其中所述肘节机构(30)包括一对杆(31、32)，所述一对杆具有以滑动铰链(33)连接的对应端部，该滑动铰链能够沿着所述开关基部部分(2)中的框架(20)的竖直狭槽(27)向上和向下运动；所述杆(31、32)由绝缘材料制成并且具有各自的相对端部(44、45)，所述相对端部以铰接的方式分别联接到所述臂(25、26)的与所述活动触头(21、22)相对的对应端部。
2.根据权利要求1所述的改进的接触器装置，其特征在于，所述臂(25、26)的与所述活动触头(21、22)相对的每个端部由采用与所述杆(31、32)相同的绝缘材料制成的元件的对应长形部分(41、42)保持，并且连接到所述相对端部(44、45)中的相应的端部。
3.根据权利要求1所述的改进的接触器装置，其特征在于，所述臂(25、26)的与所述活动触头(21、22)相对的每个端部由采用与所述杆(31、32)相同的绝缘材料制成的元件的对应长形部分(41、42)保持，并且以铰接的方式连接到所述相对端部(44、45)中的相应的端部。
4.根据权利要求1所述的改进的接触器装置，其特征在于，每个长形的所述臂(25、26)通过对应的枢轴(28、29)可枢转地支撑在所述开关基部部分(2)的框架(20)中，所述枢轴电连接到固定的端子电力触头(11、12)，所述固定的端子电力触头伸出到所述开关基部部分(2)之外。
5.根据权利要求4所述的改进的接触器装置，其特征在于，每个所述臂(25、26)由对应的枢轴(28、29)支撑，所述枢轴在叉状臂(35、36)的端部处横向地延伸，每个叉状臂连接到所述固定的端子电力触头(11、12)中的一个对应的端子电力触头。
6.根据权利要求1所述的改进的接触器装置，其特征在于，所述滑动铰链(33)由低压驱动部分(4)的主动端部(19)接触。
7.根据权利要求1所述的改进的接触器装置，其特征在于，所述低压驱动部分(4)包括作用在杆状件(7)上的线圈(6)，所述杆状件具有自由远侧端部(14)，所述自由远侧端部连接到杠杆(15)的一个端部(17)，所述杠杆可枢转地安装在支轴(16)上，所述支轴与所述开关基部部分(2)的内部框架(20)固定或一体成型；所述杠杆(15)具有第二臂(18)，所述第二臂的自由端部作用在所述肘节机构(30)上，以启动所述活动触头(21、22)的切换。
8.根据权利要求5所述的改进的接触器装置，其特征在于，每个臂(25、26)和对应的支撑叉状臂(35、36)之间插置有弹性元件(47，48)，以便补偿活动触头(21、22)的劣化或变形。
9.根据权利要求1所述的改进的接触器装置，其特征在于，在每个所述活动触头(21、22)之上设置有电弧滚环(53、54)。
10.根据权利要求9所述的改进的接触器装置，其特征在于，每个所述电弧滚环(53、54)电连接到相应的耗散线圈(51、52)，所述耗散线圈设置在每个所述臂(25、26)的每个触头端部(23、24)的肩部处。
11.根据权利要求9或10所述的改进的接触器装置，其特征在于，一对侧向金属凸缘(55、56)与每个活动触头(21、22)侧向地相关联；每个金属凸缘具有朝向对应的电弧滚环(53、54)的突出标志物。
12.根据权利要求1所述的改进的接触器装置，其特征在于，在所述活动触头(21、22)的两侧上设置有极性金属板扩展部(50)。
13.一种电力系统，其至少包括根据前述权利要求中任一项所述的接触器装置。
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