CN111133546A - 电开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于中断电流路径，特别是用于中断机动车辆中的电压源的电流路径的电开关(100)，所述电开关(100)带有接触位置(106)，所述接触位置(106)由第一接触件(102)和以可围绕旋转轴线(108)运动的方式支承的第二接触件(104)形成。在此当两个接触件(102、104)接触时接触位置(106)电闭合，而当两个接触件(102、104)不接触时接触位置(106)电断开。此外，电开关(100)包括促动器单元(118)和可通过所述促动器单元(118)平动地运动的不导电的分离元件(116)，所述分离元件被设置为将两个接触件(102、104)相互分离，并且然后保持所述两个接触件(102、104)相互分离，以断开并且保持断开所述接触位置(106)，并且所述分离元件充当两个接触面之间的绝缘体。所述促动器单元(118)包括：与所述分离元件(116)机械联接的运动元件(120)；驱动装置(122)，所述驱动装置被设置为使所述运动元件(120)沿第一运动方向(128)运动以闭合所述接触位置(106)；用于产生和/或存储运动能的装置(126)，所述装置被设置为使所述运动元件(120)和/或所述分离元件(116)沿与所述第一运动方向(128)相反的第二运动方向(130)运动以断开所述接触位置(116)；和电磁促动器(124)。

Description

电开关

技术领域

本发明涉及一种用于中断电流路径的电开关，特别是用于中断机动车辆中的直流电压源的电流路径的电开关。

背景技术

下文主要结合用于车载电网的开关元件来描述本发明，所述车载电网在48伏或超过60伏的高压(HV)的范围内，或对于机动车辆常见的在400伏至1000伏之间的HV电压范围内。然而，本发明可以用于其中电负载被切换的所有应用。

当前，在机动车辆中，HV车载电网中的HV电池的分离在所有极以总共两个高压接触器进行。在正极侧，高压接触器后接有附加的HV保险装置以用于保险。在接触器之前，还可以在此侧设有烟火熔断器(烟火式保险装置)，所述烟火熔断器作为与接触器在技术上不同的部件在ASIL要求的多样性的意义上可以承担“硬”短路(通常直至16kA)的不可逆的分离的作用。另外，高压接触器在车辆侧也用于充电电流的所有极的切换。

对于高压接触器的挑战是所出现的电弧和熄灭电弧的措施。关于HV接触器，此处，特别地，用于与“将电弧压在壁上”的机构一起来增加电弧长度的熄弧磁体和使用惰性气体作为用于熄弧的保护气体是已知的。然而，在两种情况下，电弧的短期“容差”都会导致高压接触器的相对较低或不足的最大电流承载和分离能力，这由于在切换时输入到部件内的最大允许能量输入所导致。

在此在机动车辆中的应用中存在一些挑战。因此，使得HV保险装置的使用由于其承载能力而在小的过电流和动态电流历程时需要大的导线横截面。可用于功率范围

和

的接触器具有大的促动器，以确保在所需的较重的接触时的所要求的抗冲击性。促动器的大的线圈使得接触器相对昂贵并且要求相对高的、具有随之产生的高功率损耗的保持电流。机动车辆领域中已知的接触器无法分离大于6kA的电流，因为否则出现在开关电弧(切换时间

)中的能量会导致接触器的损坏。在已知的接触器中，在分离过程中，在固定接触部和被促动的接触部之间在两个接触点上都拉出电弧，所述电弧在接触点上燃烧至熄灭。这会导致损坏，并且接触部上的接触电阻随之升高。在高电流下，悬浮(电磁性接触部提升)导致可能将接触部焊合。

除切换速度的显着提高之外，挑战和要求也在于借助于合适的机构来实现开关电弧的快速中断。此外，应防止此电弧在闭合的接触器的接触面上形成。此外，在电弧很快中断时会导致电压升高，这可能需要以并联连接的部件来抵消以限制过电压。

发明内容

因此，本发明的任务是通过使用构造上尽可能简单的方式来完成一种电开关，所述电开关解决了所提到的挑战或者其中一部分，或至少完成对所述电开关的改进。

此任务通过独立权利要求的主题解决。在从属权利要求、说明书和附图中说明了本发明的有利改进。

在下文中描述的电开关适合于中断机动车辆中的电压源的电流路径。电开关包括由第一接触件和第二接触件形成的接触位置。接触件也可以称为接触部。第二接触件以可围绕旋转轴线运动的方式支承。当两个接触件在接触位置中接触时，接触位置被电闭合。对应地，当两个接触件不接触或没有电流从第一接触件流向第二接触件时，接触位置被电断开，反之亦然。此外，电开关包括促动器单元和分离元件。分离元件承担两个功能。第一，在分离元件侵入到两个接触件之间时，所述分离元件将接触件相互抬离；第二，分离元件充当两个接触件之间的绝缘体。通过此属性，此设计的介电强度高于常规接触器或继电器的介电强度。促动器单元被构造为使可平动运动的不导电的分隔元件沿第一运动方向并且替代地沿与第一移动方向相反的第二移动方向运动，以将两个接触件相互分离，从而断开电开关或中断电流路径或者将断开的开关再次闭合并且因此也将电流路径再次闭合。为此，促动器单元包括运动元件、驱动装置、用于产生并且同时或替代地存储运动能的装置和电磁促动器。运动元件与电开关的分离元件机械联接，使得运动元件的运动也意味着分离元件的对应的运动，并且反之亦然。驱动装置被设置为使运动元件沿第一运动方向运动以闭合接触位置。用于产生并且同时或替代地存储具有势能形式的运动能的装置被设置为使运动元件并且因此使分离元件沿与第一运动方向相反的第二运动方向运动，以断开接触位置。电磁促动器被设置为呈现三种运行状态。

在下文中，对单稳态电开关进行解释，所述电开关如果未被控制则断开电流回路。如果电磁促动器未通电，则运动元件可自由运动，并且可以通过用于产生并且同时或替代地存储运动能的装置沿第二运动方向运动，以断开接触位置或保持接触位置断开。在此工作状态中，通过将运动元件与驱动装置联接，可以使运动元件和分离元件沿第一运动方向运动，并且因此闭合分离位置。在此断开位置中，只要给电磁促动器通电，则现在电磁促动器可以锁定运动元件和/或分离元件。这反映在电磁促动器的至少三个运行状态中。在第一运行状态中，电磁促动器阻止运动元件沿第二运动方向的运动，或电磁促动器将运动元件锁定在限定的位置中。因此，运动元件被保持在静止位置，以保持接触位置闭合。在第二运行状态中，电磁促动器被设置为使运动元件沿驱动装置的方向运动，并且因此将驱动装置与运动元件机械联接。如果驱动装置与运动元件机械联接，则运动元件可以通过驱动装置沿第一运动方向运动，以闭合接触位置。在第三运行状态中，电磁促动器被设置为用于释放运动元件。因此，电磁促动器不阻止运动元件的运动，运动元件也不与驱动装置机械联接。因此，在电磁促动器的第三运行状态中，通过用于产生并且同时或替代地用于存储具有势能形式的运动能的装置，使运动元件可沿第二运动方向运动。通过运动元件并且因此联接的分离元件的此快速运动，将接触位置打开或将两个接触件相互分离，以然后保持两个接触件相互分离。

在此处描述的电开关中，并非促动如现有技术中已知的接触器的接触部，而是促动分离元件。此分离元件在接触件之间移动，因此使接触件之一被进一步构造为可运动的接触件。还认识到，接触器的闭合不必以与接触器的断开相同的速度进行。因此，在此处所述的电开关的情况中，接触部的闭合通过驱动装置进行，所述驱动装置例如被构造为带有传动机构的电动马达，并且断开通过用于产生和/或存储具有势能形式的运动能的装置进行，所述装置例如被构造为预张紧的弹簧。

此外，此处所述的电开关不需要当接触部闭合时必须持久地保持触发弹簧的张紧的大的提升磁体。替代地，仅需要较小的电磁促动器，所述电磁促动器可以在接触部闭合时将分离元件锁定在限定的位置中。电磁促动器可以例如被理解为磁阻促动器、提升磁体或英语所谓的螺线管。提升磁铁可以被构造为单稳态提升磁体。如果提升磁体是单稳态提升磁体，则电开关也是单稳态的。替代地，如果提升磁体是双稳态提升磁体，则电开关也对应地是双稳态的。因此，此特性直接传递到整个电开关。

在本电开关中，如所提出的方式来促动分离元件。在接通的状态中，接触部之间的分离元件被拉出。具有第二接触件形式的柔性接触部通过分离元件上的弹簧(特别地，接触压缩弹簧)被继续引导，从而与第一接触件“轻柔地”贴靠并且建立接触。由此完全防止或至少明显降低了接触碰撞。因此，避免了已知的接触器在接触部闭合时由于可运动的接触桥加速碰撞到刚性接触部上而产生的动作，即众所周知的接触部弹跳，其中接触桥还略微升起几次，因而出现小的电弧，所述电弧导致在正常运行中的增加的磨损，并且潜在地提高了在重复的开关周期后的过渡电阻。

此外，电磁促动器可以包括力存储驱动器。在此，力存储驱动器可以被构造为弹簧。力存储驱动器支持电磁促动器的单稳态特征，因为所述力存储驱动器在不通电的状态中从运动装置中被拉出。换言之，在不通电的状态中，可以拉回促动器(提升磁体的销)。因此，关断用于电磁促动器的电源导致运动元件的释放。

如已阐述，在此描述的电开关中，与现有技术中已知的解决方案不同，不是促动接触部而是促动分离元件。然而，在此将接触件构造为进一步可运动，但是在几何上将其布置为使得在短路情况中不出现由于悬浮的效果导致的升起，因为悬浮力的大部分可以被接触部本身接收。悬浮力是通常在接触位置上导致接触贴靠的力的分量，即导致可运动的接触部的升起(悬浮/大致“自由浮动”)的分量。此力始终由两部分组成：霍尔姆力和洛伦兹力。第一个力(霍尔姆力)来自所谓的α点(即实际接触位置)上的反平行的电流线，并且根据理论，其作用精确地垂直于固定的第一接触件。然后以升起方式作用于柔性的接触部的矢量分量因此取决于闭合状态中的角度。第二个力是已知的经典的洛伦兹力，此力当电荷在静止磁场中运动时产生。在此描述的接触器结构的情况中，此力不具有升起作用，而是甚至与电流方向无关地反作用于导致接触部升起的霍尔姆力的分量。这是与现有技术的接触器的主要区别，在现有技术中所描述的两个分量都“100％”地以升起方式起作用。

在一个实施方案中，分离元件的一部分倾斜于分离元件的运动方向走向。在此，分离元件的运动方向基本上对应于分离元件的主延伸方向。分离元件的倾斜走向的部分因此具有尖端、斜坡或斜面的形状。通过分离元件的此尖端，当第二接触件沿第二运动方向运动时，第二接触件通过尖端与第一接触件分离。因此使得分离过程容易，并且接触件可以在尖端上滑动。

在一个实施方案中，分离元件基本上包括陶瓷材料，或分离元件基本上由陶瓷材料制成。这产生了高的电的绝缘性。

在一个实施方案中，分离元件的倾斜走向的部分选择地由导电的电阻材料制成。此外，通过分离元件上的导电尖端可以防止在闭合的开关的接触面上出现电弧。仅当导电尖端完全位于柔性接触部上时，即第二接触件已运动经过时，才出现开关电弧。因此，在可运动的第二接触件和导电尖端之间可以出现开关电弧。在此，分离元件的倾斜于分离元件的运动方向走向的部分被称为导电尖端。导电的电阻材料仅被施加到对应部分的表面上，或所述部分完全由对应的导电的电阻材料制成，例如由金属制成。

可以通过对应的电阻材料的构造以及因此而导电的尖端来构造电阻器，使得所述地电阻器满足预充电电路的功能。有利地，可以以此避免在高接通电流时的瞬变，由此保护电开关和后接的电负载。如果在尖端的区域内分离元件的电阻值对应于对应地构造的预充电电阻器的电阻，则可以通过首先使接通电流流过此尖端并且仅在限定的时间后才闭合开关接触部来进行预充电。

此外，电开关可以具有电绝缘的底板，当分离元件沿第二运动方向运动时，分离元件的尖端或倾斜走向的部分在两个接触件分离之后侵入到所述底板内。为此，底板具有空缺，所述空缺基本上对应于分离元件的尖端的形状，并且所述空缺被成形为使得当分离元件的尖端侵入到底板内时，分离元件的尖端基本上完全地填充所述空缺。因此，空缺可以被理解为底板内的孔或凹陷。

为了熄灭电弧，分离元件然后在接触位置断开之后侵入到空缺内，或换言之侵入到底板的凹陷内。在此处将电弧强冷却并且熄灭。因此，在此所述的电开关的一个实施方案中，与现有技术相比，可以省去保护气体和/或熄弧磁体。因此这是有利的，因为当使用保护气体时，即使在“寿命终止”时也必须确保充足的气压，这导致了高密封性的要求。由于永磁体也很昂贵，因此取消永磁体也是有利的。总体而言，因此可以在成本较低的同时改进功能性。通过取消在用于熄弧的现有技术中使用的熄弧磁体，也消除了电开关的优选方向。在此描述的电开关沿两个流动方向具有相同的载流能力和电流切换能力。因此，也可有效地保护充电过程。

驱动装置可以被构造为电动马达或带有传动装置的电动马达。驱动装置在此可以包括齿轮，所述齿轮可以与运动元件机械地联接，以将驱动装置的旋转运动转换为运动元件的平动比例运动。替代地，可以构思螺杆作为旋转运动至平动运动的转换器。

在一个实施方案中，用于产生并且同时或替代地用于存储运动能的装置是弹簧，特别地是构造为螺旋形式的弹簧。在此，所述弹簧可以是压缩弹簧或拉伸弹簧，其中所述弹簧沿第二运动方向起作用，以快速断开接触位置。

运动元件可以是齿条。因此，通过使齿条的齿与齿轮的齿啮合，驱动装置的齿轮可以与齿条机械联接。

如上所述，电磁促动器被设置为在第一运行状态中阻止运动元件沿第二运动方向的运动。为了实现此目的，齿条可以具有孔或空缺，所述孔或空缺被成形为使得当电磁促动器处于第一运行状态时，电磁促动器的元件，例如锁止螺栓，接合到所述孔或空缺内。因此，根据构造，运动元件沿第二运动方向或沿两个运动方向的运动被阻止。

用于控制电磁促动器和驱动装置的运行状态的控制装置可以以对应的电子器件的形式集成到电开关内。此类控制装置具有对应的控制连接部。

作为控制设备的部分或作为单独的装置，可以设有状态监测装置，所述状态监测装置通过端子电流测量来确定电开关的状态。替代地，也可以通过由电磁促动器检测锁止元件的位置来进行状态监测。

此外，电开关可以具有预充电电路，所述预充电电路特别地包括与机电继电器或功率半导体组合的电阻器。以此方式，特别地保护了高压车载电网的电容器免受陡峭的电流瞬变的影响，因为否则所包含的电容器在非稳定状态中如同短路方式起作用。在电开关的一个特殊的实施方案中，甚至可以完全省去预充电电路，其中所述预充电电路的功能由电开关(接触器)本身来承担。这首先在如下情况中可考虑，即在尖端的区域内分离元件的电阻值对应于上述外部电阻器的电阻值，并且通过首先在此尖端上接通电流并且在限定的时间之后(例如在300ms之后)就完全“移出”分离元件并因此将开关接触部闭合来进行预充电。其次，如果所使用的中间电路电容器的对应的耐冲击负载能力是给定的，也可以潜在地省去预充电并且进行直接的硬接通。常规的接触器在硬接通到电容器内时在大约40至100个切换循环之后磨损，因为在进行带有相关的电弧效应的接通时，碰撞在接触面上造成相当大的磨损。此效果不存在于本发明的装置中，因为在接通时避免了碰撞。

与现有技术中已知的解决方案相比，此处描述的电开关的实施方案在相同的速度下实现了“软”和“硬”短路的整体上明显改进的分离能力，使得可以省去总是后接的HV保险装置，这又意味着实现了导线横截面的降低。

附图说明

下文参考附图解释本发明的有利的实施例。各图为：

图1至图3示出根据本发明的第一实施例的电开关的示意图；

图4至图5示出根据本发明的第二实施例的电开关的示意图；和

图6至图7示出霍尔姆力和洛伦兹力的作用方式的示意图。

附图仅是示意图，并且仅用于解释本发明。在全文中，相同或作用相同的元件被设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了根据第一实施例的电开关100。电开关100具有两个接触件102、104，所述接触件102、104在接触位置106中接触。电开关因此被闭合。第一接触件102被构造为刚性的。第二接触件104被布置为可绕旋转轴线108运动。此外，开关具有第三接触件110。第二接触件104和第三接触件110相互电连接。这通过柔性导线112实现，所述柔性导线112的一端与第二接触件104连接而所述柔性导线112的另一端与第三接触件110连接。在第一接触件104和第三接触件110上分别设有用于与例如机动车辆中的电压源的电流路径连接的螺纹接触部114。此外，电开关100包括不导电的分离元件116和与分离元件116连接的促动器单元118。分离元件1 16被设置为可平动运动。此外，分离元件116被设置为将两个接触件102、104，即第一接触件102和可运动的第二接触件104相互分离，并且然后保持其相互分离。促动器单元118包括运动元件120、驱动装置122、电磁促动器124和用于产生和/或存储运动能的装置126。运动元件120与分离元件116机械联接。因此，运动元件120的运动被直接传递到分离元件116，并且反之亦然。驱动装置122被设置为使运动元件120沿第一运动方向128运动以闭合接触位置106。用于产生和/或存储运动能的装置126被设置为使运动元件120和/或分离元件116沿第二移动方向130运动以断开接触位置。在此，第一运动方向128和第二运动方向130指向两个彼此相反的方向。

电磁促动器124具有至少三个运行状态，以及从这些运行状态之一到其他运行状态之一的转变。在图1至图3中可见三种运行状态，换言之，这些图的不同在于电磁促动器124所呈现的运行状态。图1示出了处于第三运行状态中的电磁促动器124，其中释放了运动元件120的运动。在此状态中，用于产生和/或存储运动能的装置126直接地作用到运动元件120上，并且间接地作用到分离元件116上，或在未示出的实施例中直接地作用到分离元件116上并且通过两者的机械联接间接地作用到在运动元件120上。图2示出了处于第二运行状态中的电磁促动器124，其中电磁促动器124沿驱动装置122的方向压运动元件120，由此驱动装置122与运动元件120机械联接。现在可以通过驱动装置122的对应的控制使运动元件120沿第一运动方向128运动，由此将接触位置106闭合。图3最后示出了电磁促动器124的第一运行状态，其中所述电磁促动器124阻止了运动元件120的运动，并且将运动元件120保持在限定的位置中。被构造为弹簧132的用于产生和/或存储运动能的装置126被保持在预张紧下。换言之，运动元件120因此被保持在静止位置中，以此将接触位置106保持闭合，并且因此两个电接触件102、104在两个螺纹接触部114之间建立电连接。

在图1至图3所图示的实施例中，运动元件120被成形为齿条134。驱动装置122被构造为电动马达136。此外，当接触位置106闭合时，可运动的第二接触件104通过接触压力弹簧138的回复力被压到第一接触件102上。

为了更好地抑制在断开过程期间的电弧形成，在所图示的实施例中，分离元件116在面对第二接触件104的侧上具有倾斜于分离元件116的运动方向走向的部分140。此倾斜的部分140也被称为尖端142、斜面、楔形部或斜切部。在特殊的实施例中，如在图1至图3中所图示，分离元件116的构造为尖端142的倾斜走向的部分140由导电的电阻材料制成，以在接触部分离的初始阶段尚不产生电弧，而是在短时间内仍允许电流流动。电流流动在开始时尚不中断，并且因此也尚不出现电弧。仅当尖端142已在第一接触件102和第二接触件104之间完全运动通过时，分离元件116的跟进子部分才转变为绝缘的、不导电的材料部分。此时，尖端142侵入到电开关100的底板144内。底板144是电绝缘的并且具有与尖端142的形状相适应的空缺146，所述空缺146被成形为使得分离元件116的尖端142在其(如此处所描述地)侵入到底板144内时基本上完全地填充所述空缺146。

除电动马达136之外，驱动装置122还包括齿轮148。在实施例中，齿轮148也可以理解为传动装置。齿轮148的齿在图2的图示中(即在电磁促动器124的第二运行状态中)与齿条134的齿啮合。

电磁促动器124基本上是提升磁体150，其中附加地设有拉伸弹簧152。拉伸弹簧152被设置为在提升磁体150断电的状态中使其电枢/销沿离开齿条134的方向运动，以释放所述齿条134。由此保证电磁促动器124是单稳态的。此外，因此将电开关的安全状态设为“关闭”。

如果省去弹簧152的使用，则提升磁体是双稳态的，这也将被直接传递到整个接触器。

第一接触件102具有绝缘套154，所述绝缘套154在接触位置106的区域内被中断以为接触区域156留出空间。接触面156以导电的方式穿透绝缘套154。因此，在第二接触件104和接触面156之间建立电接触。接触面156是第一接触件102的一部分，使得此外可在第一接触件102和第二接触件104之间建立电接触。绝缘套154有助于防止或减少电弧。绝缘套154例如由塑料或陶瓷材料制成。

运动元件120或齿条134具有空隙158或孔，在对应的工作模式下(即在第三运行状态中)，电磁驱动器124的硬件接合到所述空隙158或孔内，以阻止运动元件120或齿条134的运动。在一个实施方案中，提升磁体150具有电枢，所述电枢的从提升磁体150伸出的部分在提升磁体150的与拉伸弹簧152对置的侧上从所述提升磁体150伸出。此伸出的部分被成形为在第三运行状态中接合到空隙158内，并因此阻止运动元件120的运动。

换言之，在下文中再次描述了电开关100。用于切换直流电的设备(例如，在此示出的电开关100)例如适合于在负载下产生和分离机动车辆中的电压源。所述设备具有切换区域和促动器区域。在切换区域中存在两个接触部(第一接触件102和第二与第三接触件104、110)，其中一个接触部(第二与第三接触件104、110)通过柔性连接部160偏转。弹簧或接触压缩弹簧138(特别是被构造为螺旋弹簧或扭力弹簧的接触压缩弹簧138)将柔性接触部分(第二接触件104)压到另一接触部(第一接触件102)上。根据柔性触部的构造，到第二接触部上的贴靠可以以点、面或线的方式实施。此第二接触部(第一接触件102)是刚性的，并且具有位于前方的面(接触表面156)，在电开关100闭合的状态中柔性接触部(第二接触件104)在所述位于前方的面处贴靠。在此接触面156之外，第一接触件102被绝缘材料、特别是塑料包围。由此，在进一步的过程中实现接触部的双侧分离。

在促动器区域中存在电动马达136，所述电动马达136带有未明确示出的传动装置和电磁促动器124，特别是磁阻促动器(提升磁体150)，以及齿条134和优选地被构造为螺旋形式的另外的弹簧132。齿条134与分离元件116连接。分离元件116具有未示出的侧向引导件，或在被被动地、侧向地引导，并且因此可以在接触件102、104之间运动。弹簧132可以直接地或通过齿条134间接地连接到分离元件116上。分离元件116由不导电的材料、优选由陶瓷或玻璃制成，但是在一个实施例中分离元件116的尖端142由导电的材料、优选地由金属制成。

电动马达136的传动装置或齿轮148和齿条134在不通电的状态中不相互接合。通过相对于齿条134法向布置的电磁促动器124的通电，电磁促动器124将齿条134压入电动马达136的传动装置内或齿轮148内。然后，通过电动马达136的通电，分离元件116在两个接触件102、104之间运动出，并且因此将弹簧132预张紧。在限定的位置上，齿条134具有孔或空隙158，被进一步通电的促动器124可以侵入到所述孔或空隙158内。通过此机构，齿条134与电动机136的传动装置或齿轮148相互分离，并且分离元件116被锁止。与现有技术中已知的解决方案相比，电开关100具有决定性的优点，即不需要电磁促动器来保持预张紧的弹簧132的全部力，因此导致显着更低的保持电流，这允许将促动器或促动器单元118构造为明显更小、更轻并且因此也更廉价。

在此，根据使用目的，电磁促动器124可以被构造为单稳态或双稳态的电磁促动器。此特性也将直接传递到也被称为接触器电开关100。在下文中，首先考虑单稳态设计。

通过关断电磁促动器124上的控制电流，通过复位弹簧152将促动器124从齿条134内的孔(空隙158)移出。分离元件116然后卡在开关100的接触部(接触件102、104)之间。该分离元件116的导电尖端142将被构造为可运动的第二接触件104升起。但是因为电流最初可以继续流过导电的尖端142，所以在闭合的开关100的接触面(接触位置106)上最初不出现开关电弧。由此保护了接触位置106。仅当导电尖端142已完全在柔性的第二接触件104上移过时才出现开关电弧。所述开关电弧出现在此第二接触件104和导电尖端142之间。为熄灭此电弧，分离元件116然后直接侵入到底板144的空缺内。在此处将电弧强冷却并且熄灭。

与现有技术中已知的解决方案相比，所有这些措施均实现了对于“硬”短路的整体上明显更大的分离能力，使得可以省去目前为止采用的后接HV保险装置，这又能够减小导线横截面。

除上述根据图1至图3的装置之外，也可构思的是，如在以下图4和图5中所示，将促动器单元118放置在连接接触部之间。然而，上述的并且在图1至图3中示出的装置具有以下优点，即促动器单元118和带有接触部的开关区域在空间上是分开的。由此容忍更高的接触连接部温度。另外，可以以此方式减小接触长度。此外，根据图1至图3的第一实施例的另一优点在于，电磁的洛伦兹力在此处在通电的情况下还提高了接触力。

根据装置的尺寸设定，可以将其构造为用于40-60V范围内的低压应用、特别是48V应用，或者用于电压范围为400-1000V的HV应用。此外，电开关100可以被分级构造，使得所述电开关可用于不同的最大分离电流。因为与现有技术中已知的解决方案不同，并非促动接触部本身而是促动第三元件(在此为分离元件116)，所以可以在促动器设备保持大致相同时使用不同的导体横截面。

电磁促动器124和电动马达136的控制通常通过在此未图示的控制连接来进行，并且电磁促动器124和电动马达136的顺序通电次序通过外部电子器件来实现。

选择地，为形成电开关100的诊断能力，可以附加地集成用于状态监测的端子电流测量。此外，可以通过上述电磁促动器的销的位置检测来设置状态监视。

在一个特殊的实施例中，外部的预充电电路(如目前与电开关100在正极侧并联连接的外部的预充电电路)可以被集成到电子器件内。在现有技术中，此预充电电路由继电器和电阻器组成。当系统开启时，首先接通继电器，使得安装在系统中的组件(特别是电容器)不直接以全运行电流被加载。此预充电电路可以通过电阻器和功率半导体代替，以集成到开关的电子器件内。

在图4和图5中所示的电开关100的第二实施例中，将促动器单元布置在第一接触件102和第三接触件110之间。如在第一实施例中的情况，关于第二接触件104，在与分离元件116对置的侧上布置有带有空缺146的底板144。接触压力弹簧138布置在第二接触件104与底板144之间，以在电开关100闭合过程中使第二接触件104又与第一接触件102电接触并且机械接触，或在两个接触件102、104之间建立电接触和机械接触时保持此接触。在电开关100的闭合状态中，第二接触件104相对于第一接触件102倾斜地布置。第一接触件102和第二接触件104之间的对应角度通常在10°至80°之间变动，其中所述对应角度优选地在20°至45°之间。分离元件116的尖端142的倾斜度与所述角度有关。在此，尖端142优选具有锐角。

如前文中已经解释，在此所述的电开关100、600的特别的优点在于霍尔姆力和洛伦兹力作用到电开关100、600上的方式。为此，在图6中图示了常规的接触器600。电流象征性地由标记为i的箭头符号示出。可平移运动的电枢672布置在线圈670内，所述电枢被设置为通过切换件674将第一电流轨676与第二电流轨678连接。在接触器600的闭合的状态中，在开关件674和两个电流轨676、678之间将接触部闭合。在根据图6的图示中，开关件674在图平面中向上运动以断开接触器600。霍尔姆力680在开关件674与两个电流轨676、678之间的接触位置中在图平面中向上作用。因此，洛伦兹力682在图平面中向上作用在开关元件674上。因此，洛伦兹力682和霍尔姆力680沿相同方向作用，所述方向对应于用于断开接触器600的运动方向。

如根据图1至3的第一实施例所示，在电开关100的情况下，霍尔姆力680和洛伦兹力682不同。在图7中，在此电开关100的简化图中示出了对应的力箭头。紧靠力780沿第三接触件110的方向垂直作用到第一接触件102的接触位置106上。在此，可以以矢量方式观察紧靠力780。紧靠力780的第一力矢量780'沿第二接触件104起作用，第二力矢量780”施加在第二接触件104的尖端上，并且与紧靠力780的矢量的尖端形成力三角形。第二力矢量780”垂直于紧靠力780的方向或换言之平行于第一接触件102。第一力矢量780'从接触位置106沿第二接触件104的主延伸方向走向。洛伦兹力782作用到第二接触件104上，其中洛伦兹力782的方向与第二力矢量780”完全相反。

由于以上详细描述的设备是实施例，因此本领域技术人员可以以惯常的方式在很大程度上对其进行修改，而不脱离本发明的范围。特别地，各个元件的相互机械布置和尺寸关系仅作为示例示出。

附图标记列表

100 电开关

102 第一接触件

104 第二接触件

106 接触位置

108 旋转轴线

110 第三接触件

112 导线

114 螺纹接触部

116 分离元件

118 促动器单元

120 运动元件

122 驱动装置

124 电磁驱动器

126 用于产生和/或存储运动能的装置

128 第一运动方向

130 第二运动方向

132 弹簧

134 齿条

136 电动马达

138 接触压缩弹簧

140 倾斜走向的部分

142 尖端

144 底板

146 空缺

148 齿轮

150 提升磁体

152 拉力弹簧，复位弹簧

154 绝缘套

156 接触面

158 空隙

160 柔性连接

600 接触器，电开关

670 线圈

672 电枢

674 开关件

676、678 电流轨

680、780 紧靠力

780’ 紧靠力的第一力矢量

780” 紧靠力的第二力矢量

682、782 洛伦兹力

Claims (16)

1.一种用于中断电流路径，特别是用于中断机动车辆中的电压源的电流路径的电开关(100)，所述电开关至少带有：

a.接触位置(106)，所述接触位置(106)由：

b.第一接触件(102)，和

c.以可围绕旋转轴线(108)运动的方式支承的第二接触件(104)形成,

d.其中当所述两个接触件(102、104)接触时，所述接触位置(106)电闭合，并且其中当所述两个接触件(102、104)不接触时，所述接触位置(106)电断开，

其中所述电开关(100)此外具有：

e.促动器单元(118)，

f.能够通过所述促动器单元(118)平动地运动的、不导电的分离元件(116)，所述分离元件被设置为将所述两个接触件(102、104)相互分离，保持分离，并且作为接触面之间的绝缘体起作用，

其中，所述促动器单元(118)至少具有：

g.与所述分离元件(116)机械联接的运动元件(120),

h.驱动装置(122)，所述驱动装置(122)被设置为使所述运动元件(120)沿第一运动方向(128)运动以闭合所述接触位置(106)，

i.用于产生和/或存储具有势能的形式的运动能的装置(126)，所述装置被设置为使所述运动元件(120)和/或所述分离元件(116)沿与所述第一运动方向(128)相反的第二运动方向(130)运动以断开所述接触位置(106)，和

j.电磁促动器(124),所述电磁促动器被设置为：

-在第一运行状态中，阻止所述运动元件(120)沿所述第二运动方向(130)的运动，和/或将所述运动元件(120)锁止在限定的位置中，并且因此将所述运动元件(120)保持在静止位置，以保持所述接触位置(106)闭合，和

-在第二运行状态中，使所述运动元件(120)沿所述驱动装置(122)的方向运动并且与所述驱动装置(122)机械联接，由此所述运动元件(120)能够通过所述驱动装置(122)沿所述第一运动方向(108 20)运动，以闭合所述接触位置(106)，并且

-在第三运行状态中，释放所述运动元件(120)，使得所述运动元件(120)和所述分离元件(116)能够通过用于产生和/或存储具有势能形式的运动能的所述装置(106.20)沿所述第二运动方向(130)运动以断开所述接触位置(106)，且/或因此断开所述接触位置(106)。

2.根据前一权利要求所述的电开关(100)，其中，所述分离元件(116)的部分(140)以尖端(142)、斜面或斜切的形式倾斜于所述运动方向(128、130)和所述分离元件(116)的主要延伸方向走向，使得当沿所述第二运动方向(130)运动时，所述第二接触件(104)通过所述尖端(142)与所述第一接触件(102)分离。

3.根据前一权利要求所述的电开关(100)，其中，所述分离元件(116)的倾斜走向的所述部分(140)由导电的电阻材料制成。

4.根据前一权利要求所述的电开关(100)，其中，选择所述分离元件(116)的电阻以限制在高接通电流下的瞬变。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的电开关(100)，其中，当所述分离元件(116)沿所述第二运动方向(130)运动时，在所述两个接触件(102、104)分离之后，所述分离元件(116)的尖端(142)侵入到电绝缘的底板(144)内。

6.根据前一权利要求所述的电开关(100)，其中，所述底板(144)具有空缺(146)，所述空缺基本对应于所述分离元件(116)的所述尖端(142)的形状，并且被成形为使得当所述分离元件(116)的所述尖端(142)侵入到所述底板(144)内时，所述分离元件(116)的所述尖端(142)基本上完全填充所述空缺(146)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电开关(100)，其中，所述分离元件(116)基本上包括陶瓷材料。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电开关(100)，其中，所述驱动装置(122)被构造为电动马达(136)或带有传动装置的电动马达(136)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电开关(100)，其中，用于产生和/或存储运动能的所述装置(126)被构造为弹簧(132)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电开关(100)，其中，所述运动元件(120)被构造为齿条(134)或替代地被构造为螺杆。

11.根据前述权利要求所述的电开关(100)，其中，所述齿条(134)具有空隙(146)、孔或空缺，所述空隙(146)被成形为使得当所述电磁促动器(124)处于第一运行状态中时，所述电磁促动器(124)的元件接合到所述空缺内。

12.根据前述权利要求中任一项所述的电开关(100)，其中，所述电磁促动器(124)被构造为提升磁体(150)，特别是被构造为单稳态提升磁体，和/或包括能量存储驱动器或拉伸弹簧(152)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的电开关(100)，其中，所述第一接触件(102)具有绝缘套(154)，所述绝缘套(154)在所述接触位置(106)的区域内具有贯穿所述绝缘套(154)的导电接触面(156)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的电开关(100)，其中，所述电开关带有用于控制所述电磁促动器(124)和所述驱动装置(122)的运行状态的控制装置，其中，所述控制装置具有对应的控制连接部。

15.根据前述权利要求中任一项所述的电开关(100)，其中，所述电开关带有借助于端子电流测量和/或所述电磁促动器的能够运动的元件的位置检测的状态监测装置。

16.根据前述权利要求中任一项所述的电开关(100)，其中，所述电开关带有预充电电路，所述预充电电路特别地包括电阻器和功率半导体。

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