CN110574135A - 具有改进的永磁灭弧的开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关装置，其具有至少一个触点和与触点配对的永磁吹弧装置。吹弧装置具有第一侧向极板、第二侧向极板、布置在其间的中心极板以及用于产生磁吹熄场的至少一个第一永磁体。至少一个第一永磁体被布置并且要么直接地要么经由磁导体与极板中的至少一个接触，使得吹熄场的第一磁场区域被提供在第一侧向极板与中心极板之间，并且使得吹熄场的第二磁场区域被提供在第二侧向极板与中心极板之间，其中，第一磁场区域的磁场线与第二磁场区域的磁场线相反地对准。吹熄场附加地具有过渡区域，该过渡区域将第一磁场区域和第二磁场区域连接在一起，并且磁场线在每种情况下在过渡区域中从第一磁场区域和第二磁场区域开始朝向触点等同地对准，使得断开触点时在过渡区域内产生的切换电弧取决于电流方向从触点引导到要么第一磁场区域中要么第二磁场区域中，并且在所述区域中在两种情况下都沿相同方向从触点吹离。根据本发明，吹弧装置具有至少一个第二永磁体（15）作为辅助磁体，并且辅助磁体布置成直接接近触点（7.1），使得辅助磁体（15）的磁场（17）的至少一个区段放大过渡区域中的吹熄场。

Description

具有改进的永磁灭弧的开关装置

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分所述的开关装置。

背景技术

通用开关装置包括至少一个触点和与触点相关联的永磁吹弧装置（permanentmagnetische Lichtbogenblaseinrichtung）。吹弧装置具有第一侧向极板、第二侧向极板、布置在其间的中心极板以及用于产生磁吹熄场（magnetischen Blasfelds）的至少一个第一永磁体。至少一个第一永磁体被布置并且要么直接地要么经由磁导体与极板中的至少一个接触，使得吹熄场的第一磁场区域被提供在第一侧向极板与中心极板之间，并且使得吹熄场的第二磁场区域被提供在第二侧向极板与中心极板之间，其中，第一磁场区域的磁场线与第二磁场区域的磁场线相反地对准，并且其中，吹熄场附加地具有过渡区域，该过渡区域将第一磁场区域和第二磁场区域连接在一起。磁场线在每种情况下在过渡区域中从第一磁场区域和第二磁场区域开始朝向触点等同地对准，使得断开触点时在过渡区域内产生的切换电弧取决于电流方向从触点引导到要么第一磁场区域中要么第二磁场区域中，并且在所述区域中在两种情况下都沿相同方向从触点吹离。

三个极板基本上相对于彼此平行地定向。一般来说，提供两个第一永磁体，其中，这两个第一永磁体相对于彼此被相反地极化。这两个第一永磁体可以分别与两个侧向极板中的一个配对，或者它们可以布置在中心极板的相对侧上。两个侧向极板例如各自与中心极板连接，例如经由磁导体或回路连接。第一永磁体可以是该磁连接的一部分，或者本身形成侧向极板与中心极板之间的连接元件。

根据独立权利要求1的前序所述部分的开关装置提供的优点是，仅要求一个单个灭弧装置的开关装置的双向操作是可能的。在切换电弧取决于电流方向偏转到第一或第二磁场区域中之后，切换电弧始终独立于电流方向沿相同方向从触点吹离，使得切换电弧可以独立于电流方向在同一个灭弧装置中熄灭。为此所要求的灭弧装置可以具有任何设计，并且不是本申请的主题。例如，其可以是具有多个陶瓷熄灭元件或熄灭板的常规灭弧室。由于吹熄场仅以永磁方式产生，因此不要求吹熄线圈。因此，通用开关装置相对紧凑，具有轻重量，且此外还廉价。

通用开关装置例如从DE 10 2015 000 796 A1、EP 3048626 A1和US 2012145675A1已知。

通用类型的现有开关装置的问题在于，可以仅达到一定的开关功率确保开关装置的可靠功能。随着开关功率的增加，开关装置必须具有对应更大的设计。在这种情况下，越来越难以控制切换电弧并将其导引到相应正确的磁场区域中。使用更强大的永磁体来构建吹熄场基本上是可能的，然而，其在一定程度上大大增加了制造成本。

发明内容

因此，本发明的目的是进一步开发一种通用类型的开关装置，使得通过开关装置的对应更大的设计，可以确保电弧进程的可靠行为。开关装置的廉价制造将仍然是可能的。

本发明通过独立权利要求1的特征实现。相应地，利用根据独立权利要求1的前序部分所述的开关装置，如果吹弧装置包括至少一个第二永磁体作为辅助磁体，则给出根据本发明的目的的解决方案，其中，辅助磁体布置成直接接近触点，使得辅助磁体的磁场的至少一个区段放大过渡区域中的吹熄场。

根据本发明的解决方案通过开关装置的对应大的设计以特别廉价的方式准许电弧进程的可靠行为。

应强调的是，辅助磁体具有与（一个或多个）第一永磁体的功能不同的功能。（一个或多个）第一永磁体与三个极板中的至少一个配对，且因此要么直接地要么经由对应的磁回路与对应的极板磁连接。在本发明权利要求1的意义上，辅助磁体不是这种情况。辅助磁体不与三个极板中的任合一个直接接触，并且也不经由对应的磁导体与极板连接。辅助磁体的功能是仅在磁吹熄场的过渡区域中引起磁场的放大。该放大被限制到过渡区域，并且与第一或第二磁场区域无关。

本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

根据本发明的优选实施例，辅助磁体布置成使得其相对于吹弧装置的由中心极板的延伸的平面限定的对称平面是平面对称的。以这种方式，在过渡区域中引起磁场的对称放大。由于辅助磁体（特别是相对于触点和吹弧装置）可谓中心地布置，因此放大发生在特别关键的区域（即，形成电弧的区域）中。

此处，特别有利的是，辅助磁体的磁化装置包括与第一磁场区域的磁场线和第二磁场区域的磁场线两者所成的直角。

在最简单的情况下，仅提供一个单个辅助磁体。然而，也可以布置多个辅助磁体，使得它们各自放大磁吹熄场的过渡区域的一个区段。

如果标准部件能够用于辅助磁体，则导致根据本发明的开关装置的廉价制造。有利的永磁体具有长方体或圆柱形形状，然而，根据本发明的另一实施例，辅助磁体也可以表现为环形部段并且被径向地磁化。在该实施例中，如果使用一个单个辅助磁体，则有可能在过渡区域的相对大的区段中放大磁吹熄场。基本上，辅助磁体也可以被实施为使得其放大完整的过渡区域中的磁吹熄场。在这种情况下，辅助磁体将是延伸超过180°的环形部段。

根据本发明的另一特别优选的实施例，提供了两个辅助磁体，其中，相对于吹熄装置的由中心极板的延伸的平面限定的对称平面，两个辅助磁体相对于彼此对称地布置。在该实施例中，可通过使用廉价的标准永磁体来放大过渡区域的相对大的区段。

以特别优选的方式，在这种情况下，两个辅助磁体的磁化的方向各自包括与对称平面所成的角度，该角度大于0°且小于90°。此外，优选地，该角度在5°与45°之间的范围中。特别优选地，该角度在5°与30°之间的范围中。

根据本发明的另一优选实施例，触点包括第一触头和第二触头，其中，第一触头和第二触头可以在致动开关装置时彼此接触，并且其中，辅助磁体布置在第一或第二触头的背离相应的另一触头的一侧上。在该实施例中，辅助磁体可以布置成使得其磁场的一个区段放大过渡区域中的吹熄场，而辅助磁体的磁场的剩余区段对吹熄场不具有负面影响。触头优选地由非磁性金属组成，优选地由铜组成。因此，它们对辅助磁体的磁场完全不具有影响。

根据本发明的另一实施例，辅助磁体可以容易地与相应触头稳固地连接。例如，可以将辅助磁体胶合或拧到对应触头。然而，以特别优选的方式，辅助磁体被保持在开关装置的壳体的对应凹部中。壳体可以由例如塑料组成。

根据本发明的另一优选实施例，辅助磁体是稀土磁体。

附图说明

下文将参考附图更详细地图示本发明的实施例。在附图中：

图1示出了根据本发明的开关装置的斜视图，

图2示出了沿着图1中所绘的交线II通过图1的根据本发明的开关的截面（截面侧视图），

图3示出了沿着图1中所绘的交线III通过图1的根据本发明的开关的截面（纵向截面），

图4示出了沿着图1中所绘的交线IV通过图1的根据本发明的开关的截面（截面平面图），

图5示出了图2中所示的根据本发明的开关的第一触点的详细视图，其中根据第一示例性实施例根据本发明提供了辅助磁体，

图6示出了到图5中详细示出的触点的固定触头上的平面图，

图7示出了对应于图6的平面图的侧视图，

图8示出了图7的修改，其中辅助磁体被保持在开关装置的壳体的凹部中，

图9示出了根据本发明的第二示例性实施例的到与图6类似的固定触头上的平面图，以及

图10示出了根据本发明的第三示例性实施例的到与图6和图9类似的固定触头上的平面图。

具体实施方式

在以下说明中，等同的部分由等同的附图标记指定。如果附图包含并未在附图的相关描述中明确讨论的附图标记，则参考先前的或后面的附图描述。

图1示出了根据本发明的开关装置1的对角视图。开关装置是单极接触器。图2示出了沿着图1中所绘的交线II通过图1的根据本发明的开关的截面。图III示出了沿着图1中所绘的交线III通过图1的根据本发明的开关的截面。图IV示出了沿着图1中所绘的交线IV通过图1的根据本发明的开关的截面。

接触器1具有两个固定触头7.1和7.2，该两个固定触头7.1和7.2各自与对应的引脚8.1、8.2电连接。两个固定触头7.1和7.2可以借助于接触桥10以导电的方式彼此连接。接触桥10由电磁驱动器19的电枢致动，并且具有两个可移动触头9.1、9.2。当触头被闭合时，第一可移动触头9.1放置成与第一固定触头7.1邻接。第二可移动触头9.2接触第二固定触头7.2。在附图中，用附图标记20指定开关装置的底座20，电磁驱动器附接在该底盘处。

当触头被断开时，在第一固定触头7.1与第一可移动触头9.1之间，以及在第二固定触头7.2与第二可移动触头9.2之间各自产生一个切换电弧。

为了防止开关装置由于切换电弧的形成而损坏，后者必须被引导离开接触区并且熄灭。在下文中，第一固定触头7.1和第一可移动触头9.1的配对将被指定为第一触点。第二触头7.2和第二可移动触头9.2的配对将被指定为第二触点。开关装置包括用于两个触点中的每一个的吹弧装置，以将切换电弧吹离触点。两个吹弧器件中的每一个分别与一个灭弧装置5.1和5.2配对。两个灭弧装置5.1和5.2布置在壳体的相对侧处。第一灭弧装置5.1与第一触点7.1/9.1配对。第二灭弧装置5.2与第二触点7.2/9.2配对。此外，在壳体的上部侧面处，第三灭弧装置5.3被布置并且与第一触点和第二触点两者都配对。通过第三灭弧装置，熄灭电位将根据需要而提高。位于灭弧装置之间的壳体的部分可由适合的铜板32保护而免受电弧的影响。所有三个灭弧装置5.1、5.2和5.3各自具有一个在另一个上交替地堆叠的若干熄灭元件。熄灭元件由陶瓷组成。作为替代方案，它们也可以被设计为熄灭板。

下文将针对第一触点来说明吹弧装置的构造，该第一触点由第一固定触头7.1和第一可移动触头9.1组成。可以在很大程度上仅关于图4重现该说明。在根据本发明的开关装置中排他地以永磁方式创建由吹弧装置创建的吹熄场。不要求电驱动的吹熄线圈。在权利要求的意义上，图4中所示的两个永磁体2.1和2.2形成第一永磁体。它们布置在第一触点与跟第一触点配对的灭弧装置5.1之间。第一永磁体2.1与第一侧向极板6.1直接接触，该第一侧向极板6.1布置在图1中所示的开关壳体的侧壁处。第二永磁体2.2也与第二侧向极板6.2直接接触，该第二侧向极板6.2布置在相对的壳体侧面处并且在图1中示出。中心极板6.3存在于两个侧向极板6.1与6.2之间，该中心极板6.3平行于两个侧向极板6.1、6.2延伸并且被表示在图4中。在两个永磁体与中心极板6.3之间各自布置有一个磁回路。回路和永磁体两者都为圆柱形设计。

两个永磁体2.1和2.2被相反地极化。北极各自分别位于第一极板6.1和第二极板6.2处的外部。共有的南极位于中心极板6.3处。相反的极化引起建立在第二侧向极板6.2（右侧）与中心极板6.3之间的磁场定向成与建立在第一极板6.1（左侧）与中心极板6.3之间的磁场相反。这一情形从图4中所绘的磁场线23也是明显的。

极板限定它们之间的两个通道，这两个通道各自从第一触点开始终止于灭弧装置5.1中。此处，在第一侧向极板6.1与中心极板6.3之间存在第一通道4.1。在第二侧向极板6.2与中心极板6.3之间存在第二通道4.2。两个通道被两个被相反地极化的磁场中的一个散布，这两个磁场各自横向于两个通道的纵向延伸。两个侧向极板6.1、6.2侧向地到达触点附近，中心极板6.3略微较短并且在触点前面终止。这导致了触点处的磁吹熄场的过渡区域。分别大致在固定触头7.1或可移动触头9.1的中心中，磁场线垂直于通道4.1和4.2中的两个磁场的磁场线延伸。在过渡区域中，磁场线在180°的角度上呈准扇形展开。由此，通道4.1中的磁场的方向在过渡区域中被反向，直到其最终对应于通道4.2中的磁场的方向。

如果现在第一引脚8.1与电压源的正极端子连接，则在触点的断开期间，切换电弧3.1在第一触点处形成并且首先被图4中的磁吹熄场向右偏转（在图4中，切换电弧位于投影平面下方），且随后进入第二侧向极板6.2与中心极板6.3之间的通道4.2。切换电弧3.1的移动方向针对该情况用箭头24图示。如果第一引脚8.1与电压源的负极端子连接，则切换电弧首先沿相反方向向左偏转。然后，它沿着由箭头25图示的路径进入第一侧向极板6.1与中心极板6.3之间的左通道4.1。在两种情况下，切换电弧随后被磁吹熄场驱动到灭弧装置5.1中。中心极板6.3还在面向灭弧装置5.1的相对端部处略微短于两个侧向极板6.1、6.2。由此，磁吹熄场还包括在灭弧装置5.1前面不远处的过渡区域，该过渡区域将切换电弧引导到灭弧装置5.1的中心中。由此，灭弧装置5.1可以保持紧凑。

在由第二固定触头7.2和第二可移动触头9.2形成的第二触点处，也提供了吹弧装置，其具有与第一触点处的吹弧装置的设计等同的设计。在图4的表示中，形成于触点7.1/9.1和7.2/9.2处的两个切换电弧3.1和3.2（取决于电流方向）最初要么两者都向右偏转，要么两者都向左偏转，然后被吹到相应的灭弧装置5.1或5.2中，并且其后还吹到第三灭弧装置5.3中。取决于电流方向，因此切换电弧3.1和3.2要么通过通道4.1（如图2中所示），要么通过通道4.2而被驱动到灭弧装置中。

在图2中，能够看到，提供了若干所谓的电弧隔板，以一方面引导切换电弧，且另一方面使其一路延伸到灭弧装置中。第一固定触头7.1与第一电弧隔板11配对，并且第二固定触头7.2与第二电弧隔板12配对。第一电弧隔板11和第二电弧隔板12分别在相应的固定触头7.1和7.2与相应的对应灭弧装置5.1或5.2之间延伸。它们各自分别将固定触头7.1或7.2与对应引脚8.1或8.2连接。第一电弧隔板11和第二电弧隔板12布置在相应的中心极板6.3下方，并且以其宽度在对应的吹弧装置的第一通道4.1和平行的第二通道4.2两者上延伸。此外，提供了第三电弧隔板13和第四电弧隔板14。第三电弧隔板13和第四电弧隔板14各自以弧形从第一可移动触头9.1延伸到第二可移动触头9.2，使得第三电弧隔板13和第四电弧隔板14各自与接触桥10一起形成几乎闭合的环路。如图2中所示，第一和第二吹弧装置的中心极板6.3各自布置在第三电弧隔板13与第四电弧隔板14之间。在图2的表示中，第三电弧隔板13位于两个中心极板6.3后面，且因此在该图示中以虚线示出。

第三电弧隔板13和第四电弧隔板14的端部各自与接触桥10的端部稍微间隔开，使得接触桥10可以相对于第三电弧隔板和第四电弧隔板移动。如果切换电弧从触点吹离，则切换电弧的基部从接触桥分别跳到第三或第四电弧隔板。接触桥的拐角优选地为圆形的，以增加使用寿命。

第一吹弧装置的第一电弧吹熄磁体2.1和第二吹弧装置的第一电弧吹熄磁体2.1布置在由第三电弧隔板13和接触桥10形成的环路内，第一吹弧装置的第二电弧吹熄磁体2.2和第二吹弧装置的第二电弧吹熄磁体2.2布置在由第四电弧隔板14和接触桥10形成的环路内。由此，电弧吹熄磁体以简单方式受防护而免受电弧的影响。不需要陶瓷等的电弧吹熄磁体的保护性覆盖物。

如从图2能够获得，接触桥10布置成具有在两个固定触头7.1和7.2上方的两个可移动触头9.1和9.2。电磁驱动器19位于两个触点下方。这具有的优点在于，壳体的上部部分可以完全移除以用于维护，从而准许自由接近触点。借助于图1中所示的闩锁件26来实现上部壳体部分的锁定。

第一和第二吹弧装置的中心极板6.3以电绝缘方式被覆盖。接触桥10布置在电绝缘材料的触头承载件27上。如图3中所示，触头承载件27在第一触点与第二触点之间在开关装置的壳体的光宽度上延伸。触头承载件在两侧上没入壳体的对应沟槽中，使得形成迷宫型密封屏障以用于由电弧构建的等离子体。此外，在触头承载件27下方，波纹管28被布置，以防止接地端接，否则如果相应地高的负载被切换，该接地端接会在电弧放电到开关装置的驱动器的轭板期间由于由电弧产生的等离子体而发生。

在这一点上，应注意，除了两个所示的极板布置（其各自与两个灭弧装置5.1和5.2中的一个配对并且各自由极板6.1、6.2和6.3组成）之外，可以提供有利地至少有一个附加的极板布置，其与第三灭弧装置5.3配对并且还可以附加地与两个侧向灭弧装置5.1和5.2的区域配对。该附加的极板布置的极板优选地几乎在第三灭弧装置5.3的完整长度上延伸。在该实施例中，极板6.1、6.2和6.3略微较小，或在第三灭弧装置略微下方终止。该附加的极板布置的电弧吹熄磁体可以在中心地布置在第三灭弧装置的区域中。

图5示出了图2中所示的根据本发明的开关的第一触点的详细视图。如该表示中所示的，根据本发明提供的辅助磁体15布置成与触点直接接近，该辅助磁体15放大过渡区域中的吹熄场。辅助磁体15位于固定触头7.1的背离可移动触头9.1的底部侧面上。用附图标记17指定由辅助磁体产生的磁场的磁场线。作为来自图5中的表示且特别是来自图7中的表示的结果，仅磁场的上部部分实际上是相关的，因为仅磁场的该部分对形成在第一触点7.1/9.1处的切换电弧3.1有影响。

如图6所示的，辅助磁体15布置成使得其相对于吹弧装置的由中心极板6.3的延伸的平面限定的对称平面16是平面对称的。辅助磁体15的磁化的方向包括与第一磁场区域4.1的磁场线和与第二磁场区域4.2的磁场线所成的直角。

辅助磁体15可与固定触头7.1/11稳固地连接。例如，胶合或拧接是可能的。图8示出了修改，其中辅助磁体15以简单的方式被接收并保持在根据本发明的开关装置的壳体18的凹部21中。

图9示出了第二示例性实施例，其中每触点采用两个辅助磁体15。两个辅助磁体相对于吹弧装置的对称平面16对称地布置。两个辅助磁体15的磁化方向包括与对称平面16所成的角度α，该角度α大致为20°。

图5至图9中所示的辅助磁体可被设计为简单的长方体或圆柱形永磁体，优选地被设计为稀土磁体。相比之下，图10示出了另外的示例性实施例，其中辅助磁体15表现为环形部段并且被径向地磁化。在该示例性实施例中，吹熄场的过渡区域可以通过一个单个辅助磁体在相对宽阔的区段中被放大。然而，图10中的根据示例性实施例的辅助磁体15比图5至图9中的示例性实施例中所采用的标准磁体更复杂且因此制造更昂贵。

Claims (10)

1.一种开关装置（1），具有至少一个触点和与所述触点相关联的一个永磁吹弧装置，其中，所述吹弧装置包括第一侧向极板（6.1）、第二侧向极板（6.2）、布置在其间的中心极板（6.3）以及用于产生磁吹熄场的至少一个第一永磁体（2.1、2.2），其中，所述至少一个第一永磁体（2.1、2.2）被布置并且要么直接地要么经由磁导体与所述极板（6.1、6.2、6.3）中的至少一个接触，使得所述吹熄场的第一磁场区域被提供在所述第一侧向极板（6.1）与所述中心极板（6.3）之间，并且使得所述吹熄场的第二磁场区域被提供在所述第二侧向极板（6.2）与所述中心极板（6.3）之间，其中，所述第一磁场区域的磁场线（23）与所述第二磁场区域的磁场线（23）相反地对准，并且其中，所述吹熄场附加地具有过渡区域，所述过渡区域将所述第一磁场区域和所述第二磁场区域连接在一起，其中，所述磁场线（23）在每种情况下在所述过渡区域中从所述第一磁场区域和所述第二磁场区域开始朝向所述触点等同地对准，使得断开所述触点时在所述过渡区域内产生的切换电弧（3.1、3.2）取决于电流方向从所述触点引导到要么所述第一磁场区域中要么所述第二磁场区域中，并且在两种情况下在所述区域中都沿相同方向从所述触点吹离，其特征在于，所述吹弧装置具有至少一个第二永磁体作为辅助磁体（15），其中，所述辅助磁体（15）布置成直接接近所述触点，使得所述辅助磁体（15）的磁场的至少一个区段放大所述过渡区域中的所述吹熄场。

2.根据权利要求1所述的开关装置（1），其特征在于，所述辅助磁体（15）布置成使得其相对于所述吹弧装置的由所述中心极板（6.3）的延伸的平面限定的对称平面（16）是平面对称的。

3.根据权利要求1或2所述的开关装置（1），其特征在于，所述辅助磁体（15）的磁化的方向包括与所述第一磁场区域的磁场线和所述第二磁场区域的磁场线两者所成的直角。

4.根据权利要求1或2所述的开关装置（1），其特征在于，所述辅助磁体（15）表现为环形部段并且被径向地磁化。

5.根据权利要求1所述的开关装置（1），其特征在于，提供两个辅助磁体（15），其中，所述两个辅助磁体（15）相对于所述吹弧装置的由所述中心极板（6.3）的延伸的平面限定的对称平面（16）彼此对称地布置。

6.根据权利要求5所述的开关装置（1），其特征在于，所述两个辅助磁体（15）的磁化的方向包括分别与所述对称平面（16）所成的角度α，所述角度α大于0°且小于90°。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的开关装置（1），其特征在于，所述触点包括第一触头（7.1、7.2）和第二触头（9.1、9.2），其中，所述第一触头和所述第二触头可以在致动所述开关装置时彼此接触，并且其中，所述辅助磁体（15）布置在所述第一触头或所述第二触头的背离相应的另一触头的那侧上。

8.根据权利要求7所述的开关装置（1），其特征在于，所述辅助磁体（15）与相应触头（7.1、7.2、9.1、9.2）稳固地连接。

9.根据权利要求7所述的开关装置（1），其特征在于，所述辅助磁体（15）被保持在所述开关装置（1）的壳体（18）的凹部（21）中。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的开关装置（1），其特征在于，所述辅助磁体（15）是稀土磁体。