CN111183498A - 用于接通以来自电压源的高电压运行的电负载回路的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在电驱动的行驶工具中通过以低电压运行的驱动装置接通以来自电压源的高电压运行的电负载回路的装置。根据本发明，接触栓(6)与线性驱动装置(2)的推杆(11)连接，并且接触栓(6)能够在开关壳体(4)中能够置于至少两个位置中，其中，开关壳体(4)在其内壁上具有至少两个接触环(5)，所述至少两个接触环中的一个接触环与所述电压源(7)连接并且另外的接触环与所述电负载回路(8)连接。

Description

用于接通以来自电压源的高电压运行的电负载回路的装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的、用于接通以来自电压源的高电压运行的电负载回路的装置。

背景技术

内燃机的有害物质排放在近些年越来越被严肃对待。因此，为了可以减少所述排放，在汽车领域中强烈要求使用电动机。在此由以下出发，可以更强地通过可再生能源满足对电流的需求。

为了可以由电动机替代内燃机，在大多数的情况下，大电流和高电压是必要的。因此，多个电存储单元、目前大多为锂离子蓄电池串联地连接。

单个电池通常以大约3.6V的电压工作。对于电动机特别是在使用在机动车中的情况中需要高于300V的电压，从而多于一百个所述的电池必须相应地被连接。现今，在确定的车辆中也已经以大约700V的电压工作。

因为可携带在电驱动的行驶工具中的蓄能器的容量是相对小的，所以必须确保，在停车时间期间不发生通过负载回路放电。为此，负载回路必须完全与蓄能器断开。通常这也是不成问题的，因为当不施加负载时，可能进行开关过程。通常为此使用接触器，所述接触器通过磁力将触头保持在闭合位置中。根据接触器安装在哪个位置中，对于车辆在行驶期间始终存在着下述情况，在所述情况中(例如在行驶经过凹坑时)强的加速度作用于接触器。由此，触头在一个时间段内可以打开，在该时间段内施加负载。这则导致产生电弧和触头的相应的烧坏。因此，所述开关不具有长的使用寿命并且必须经常更换。

发明内容

本发明的任务在于，这样构造一种用于接通以来自电压源的高电压运行的电负载回路的装置，以使得能够以简单和安全的方式不仅实现电负载回路和电压源之间的连接而且实现负载回路和电压源之间的断开。此外，应该防止开关装置的无意打开并且以所述方式极强地延长使用寿命。

该任务根据本发明通过一种具有权利要求1的特征的、用于接通以来自电压源的高电压运行的电负载回路的装置来解决。接触栓与线性驱动装置的推杆连接，并且接触栓在开关壳体中能够置于至少两个位置中，其中，开关壳体在其内壁上具有至少两个接触环，所述至少两个接触环中的一个接触环与电压源连接并且另外的接触环与负载回路连接，由此实现一种开关装置，所述开关装置可以在至少两个状态之间来回切换，其中，与在行驶工具中的安装位置无关地，这两个状态也不能由于在行驶期间的极端条件而无意地改变。因为所有有意的开关过程无负载地进行，所以安全地阻止产生电弧。

高电压在此理解为几百伏特的电压。线性驱动装置通过通常的车载电池来供应低电压(通常12V)。

本发明可以应用在所有电驱动的行驶工具中。在此，所有用于在陆地上、在水上和在空中运输人和/或货物的装置应视为行驶工具。“电驱动”意味着所有至少部分地被电驱动的行驶工具。所谓的混合动力车辆也属于所述电驱动的行驶工具，所述混合动力车辆部分地通过电动机和部分地通过内燃机驱动。

线性驱动装置可以理解为任何产生直线运动的驱动装置。也就是说，所有操纵设有螺纹的推杆的旋转驱动装置属于所述线性驱动装置，然而直接产生直线运动的压电驱动装置或者螺管线圈同样属于所述线性驱动装置。前提仅仅在于，驱动装置以大的力工作并且也具备大的保持力。

本发明的另外的细节和优点由从属权利要求得出。

优选地，接触栓在打开位置中仅仅与电负载回路连接并且在闭合位置中与负载回路并且与电压源连接。这实现准确地确定的切换状态，所述切换状态可以通过相对短的移动行程实现。仅仅必须断开或者关闭负载回路和电压源之间的导电连接。

为了可以使接触栓在开关壳体中移动而需要强力的并且安全的驱动装置。特别有利地，线性驱动装置(PDF文件的第3页)因此构造为步进电动机，并且转子具有用于使构造为螺纹杆的推杆运动的螺纹螺母，其中，防止推杆转动并且防止螺纹螺母相对于转子转动。现今，步进电动机是有利地可供使用的构件，所述构件可以非常准确地被控制。在大多数情况下仅仅需要在一个切换位置中初始化，从而可以在很大程度上省去用于其他切换位置的位置传感器。通过螺纹传动可以通过相对小的电动机以大的力使推杆运动。保持力也是极大的。步进电动机对于简单的操作也是安全的，因为需要确定的相位序列用于控制。

出于安全原因，当用于线性驱动装置的低的运行电压被切断并且由此不再能够按顺序地断开负载回路时，则开关装置会使负载回路与电压源断开。出于此目的，螺纹螺母能相对于旋转轴线同心地移动被支承，并且推杆在接触栓的闭合位置中朝向接触栓的打开位置的方向预紧，其中，螺纹螺母通过锁止构件保持在运行位置中。

锁止构件必须构造为使得其在用于按顺序运行开关装置所需的电压被切断时运动到下述位置中，所述位置允许螺纹螺母移动到停止运转位置中。因此有利地，锁止构件构造为螺管线圈，所述螺管线圈在施加电压时处于锁止位置中并且在切断所施加的电压时运动到释放位置中。也就是说，当用于按顺序断开开关装置的运行电压被切断时，则螺管线圈也断开并且释放螺纹螺母，所述螺纹螺母接着与处于预紧情况下的推杆共同运动并且将接触栓在开关壳体中带至打开位置中。为了避免电弧必须产生大的预紧力，所述大的预紧力使推杆强烈地加速并且使接触栓快速地运动。

然而负载回路不仅应在用于开关装置的运行电压被切断时与电压源断开，而且也应在行驶工具陷入事故时与电压源断开。只有这样才可以防止，供应给负载回路的高电压传导到与人或者可能与燃料或者其他易燃物质接触的构件上。因此特别有利地，气体发生器与开关壳体连接，所述气体发生器通过控制装置与碰撞传感器连接。通过气体发生器产生的气体压力产生大的力，从而可以实现使接触栓快速地运动到打开位置中。在此，所述高速度有助于避免电弧。然而气体在所述连接断开时至少也围绕接触栓流动，这也防止电弧产生(熄弧)。

为了可以通过由气体发生器产生的气体压力使接触栓从闭合位置运动到打开位置中而可能的是，推杆和螺纹螺母设有相对陡的螺纹。因为在这种情况下转子必须一同转动，系统具有一定的惯性并且切断过程占用较长的时间段。因此在一个有利的实施方案中，设置额定断裂位置。接触栓在事故时到打开位置中的运动能够以所述方式在转子不转动的情况下非常快速地进行。

额定断裂位置可以例如直接设置在推杆中。为此，两个同心的推杆部分可以通过压紧彼此连接。一旦大的力作用于接触栓，两个推杆部分就移动到彼此中。然而特别有利地，接触栓构造为单侧闭合的空心柱体，并且额定断裂位置具有在推杆和空心柱体的敞开侧之间的星形连接。在这个实施方式中不存在混合状态；可以清楚地看到，额定断裂位置是完好无损的还是断裂的。

有利地，在开关壳体的内壁上设置有第三接触环，所述第三接触环与大地或地线连接。以所述方式存在下述可能性，即在开关装置的打开位置中使负载回路与地线连接。优选地对于这种情况，在第三接触环和地线之间设置电阻，从而在切断之后可以实现电荷缓慢地流出。

然而优选地，第三接触环仅仅设置用于事故，从而在开关装置的正常的打开位置中不存在接触栓和第三接触环之间的导电连接。为了在事故之后不危害人，在这个事件之后应将电荷从负载回路中尽可能快速地导出。在这个实施方式中，可以在第三接触环和地线之间不设置电阻。在触发气体发生器时，接触栓运动到紧急位置中，在所述紧急位置中所述接触栓使负载回路与大地或地线连接。在所述紧急位置中，接触栓使与负载回路连接的接触环与第三接触环连接。如果由于高电流而导致焊接，这丝毫不重要，因为在事故之后无论如何要更换开关装置。

根据本发明的开关装置也可以设置在负载回路的两个接头上，从而负载回路在事故之后不但以其正极而且以其负极接地。

附图说明

本发明的另外的细节和优点由对一个实施例的说明得出，根据附图详细地说明该实施例。

附图中：

图1示出根据本发明的一个实施例的示意性的截面图，该实施例具有在打开位置中的开关，

图2示出了出自图1的实施例，该实施例具有在闭合位置中的开关，

图3示出在应急切断之后的、在图1和2中所示的实施例，和

图4示出在激活气体发生器之后、例如在事故之后的实施例。

具体实施方式

图1中所示的实施例具有主开关1，该主开关通过线性驱动装置2切换。线性驱动装置2具有位置固定地安装在驱动壳体13中的定子14和可转动地支承在定子14内部的转子15。与转子15的旋转轴线同心地设置螺纹螺母16，所述螺纹螺母与转子15抗扭地连接，然而能沿着转子15的旋转轴线移动地被支承。

同样与转子15的旋转轴线同心地设置推杆11，所述推杆这样被支承，以使得其能够沿着旋转轴线移动，然而不参与转子15以及与其抗扭地连接的螺纹螺母16的转动。推杆11在螺纹螺母16的区域中设有外螺纹，所述外螺纹与螺纹螺母16的内螺纹作用接触。

推杆11在其与主开关1对置的端部上设有推杆法兰20。该推杆法兰伸入到弹簧壳体3中，所述弹簧壳体相对于驱动壳体13位置固定地安装。弹簧21位于推杆法兰20和弹簧壳体3的朝向驱动壳体13的内壁之间，所述弹簧将推杆法兰20相对于弹簧壳体3的与驱动壳体对置的内壁轻微地预紧。

圆的螺母法兰17与螺纹螺母16连接，所述圆的螺母法兰位于驱动壳体13的相应的凹槽中。在用于螺母法兰17的凹槽旁边将螺管线圈18固定在驱动壳体13上。螺管线圈18设有锁止杆19，当给螺管线圈18通电流时，所述锁止杆锁止螺母法兰17并且以所述方式阻止螺纹螺母16在转子15的旋转轴线的方向上移动。

主开关1具有固定地安装的开关壳体4和在开关壳体4内部可移动地支承的接触栓6。接触栓6构造为空心柱体，所述空心柱体在其背离推杆11的端面上闭合。所述接触栓在其敞开侧与推杆11通过额定断裂位置12连接。

额定断裂位置12在附图中未明确地设计，然而应在下文中阐述一个可能的实施方式。额定断裂位置12优选地设计为独立的构件。该构件具有内部的环，所述内部的环与推杆11连接。同样地，该构件具有外部的环，所述外部的环与接触栓6的空心柱体的敞开的边缘连接。内部的环和外部的环通过三个梁彼此连接。所述梁构造为使得当预先确定的力在内部的环和外部的环之间作用时，则所述梁断裂。因此，所述梁构成真正的额定断裂位置。

开关壳体4在其内壁中具有三个环状的凹进部，接触环5置入到所述凹进部中。在此，左边的接触环与至电压源的接头7接触，中间的接触环与至负载回路的接头8接触，并且右边的接触环与至地线的接头9接触。接触栓6构造为使得其分别可以使两个接触环彼此电连接。

气体发生器10固定在开关壳体4的与驱动装置2对置的侧上。该气体发生器通过在这里未示出的开口与开关壳体4的内部空间连接。优选地，在左边的接触环和中间的接触环之间还存在紧靠在中间的接触环旁边的气体排出开口，然而所述气体排出开口在此同样未示出。

在下文中要按照根据本发明的装置在图1至4中的不同的位置详细地说明根据在电动车中的应用的功能。从以下出发，电动车具有12V车载电池和带有大约400V的初始电压的电压源。通过电压源给负载回路、在这个情况下一个电动机或者多个电动机供电。

图1中示出在打开位置中的开关装置。在该位置中，接触栓6仅仅与至负载回路的接头8进行接触。因此，未将电压施加给负载回路。点火开关钥匙已经处于点火锁中，从而通过12V车载电池给螺管线圈18通电流。因此，锁止杆19位于锁止位置中，在该锁止位置中通过螺母法兰17阻止螺纹螺母16沿着转子15的旋转轴线移动。在点火开关钥匙转动之后，也通过12V车载电池给线性驱动装置2通电流。通过转子15与螺纹螺母16一起沿着打开方向转动使推杆11向左移动。

在这个运动结束之后的位置在图2中示出。主开关1处于闭合位置中。通过额定断裂位置12与推杆11连接的接触栓6完全到达开关壳体4的左侧上。在此，所述接触栓在至电压源的接头7和至负载回路的接头8之间建立导电连接。

推杆法兰20也参与推杆11的运动并且处于初始位置左边。在此，弹簧21被拉紧。现在，推杆11连同接触栓6以及螺纹螺母16处于沿着主开关1的打开方向的预紧状态下。然而通过锁止杆19和螺母法兰17阻止推杆11、接触栓6和螺纹螺母16的相应的打开运动。

在电动车停放时，在点火开关钥匙旋回时给直线电动机这样通电流，以使得转子15沿着打开方向转动。在此，推杆11和接触栓6又被推到图1中所示的位置中。主开关1又处于其打开位置中。

然后，在将点火开关钥匙从点火锁中拔下时，螺管线圈18与12V车载电池的连接也被断开，从而锁止杆19运动到图1中未示出的释放位置中。然而这不影响螺纹螺母16和推杆11的位置，因为推杆法兰20已经贴靠在弹簧壳体3的内壁上并且不能继续向左移动。

如果12V车载电池在电动车运行期间(见图2)由于任意的原因被断开，则不再能够使电压源与负载回路断开，因为不再能够给线性驱动装置2通电流。对于这种情况，设置弹簧21和螺管线圈18。从图2中所示的运行位置出发，在12V车载电压被切断时，螺管线圈18断开并且锁止杆19运动到其释放位置中。

由此弹簧21的力此时通过推杆法兰20作用于推杆11并且使其与螺纹螺母16和接触栓6共同向右移动直至推杆法兰20又贴靠在弹簧壳体3的内壁上。主开关1此时如同在图1中那样处于打开位置中。因此，电压源和负载回路之间的连接被断开。在12V车载电压被切断之后的位置在图3中示出。

一旦进行修理，电动车又可以投入运行。在将点火开关钥匙插入点火锁中时，锁止杆19不能运动到其锁止位置中，因为螺母法兰17阻止所述锁止杆运动。因此，在此未示出的控制装置沿着打开方向给线性驱动装置2通电流。因为推杆11不能继续向右移动，所以螺纹螺母16被向左压回到转子15中。在到达螺纹螺母16的正常位置(如同在图1，2和4中那样)之后，锁止杆19此时又可以移到其锁止位置中并且电动车又准备起动(见图1)。

如果电动车陷入事故中，则应使负载回路非常快速地与电压源断开。又从图2中的运行位置出发，通过碰撞传感器和控制装置触发气体发生器10。所产生的气体流到开关壳体4中并且在那里产生大的压力。由此，额定断裂位置12断裂，并且接触栓6被向右压直至其贴靠在开关壳体4的朝向线性驱动装置2的侧壁上。该位置在图4中示出。为了内压力不导致开关壳体4的爆炸，在中间的接触环旁边设置在此未示出的气体排出开口。

在图4中，接触栓6在至负载回路的接头8和至地线的接头9之间建立连接。以所述方式在事故时不仅可以使负载回路与电压源断开，而且也还可以使负载回路放电。理想地，在电压源的正极和负载回路之间和在电压源的负极和负载回路之间各设置一个根据本发明的开关装置。在这种情况下，在事故时不仅将负载回路的负接头而且将负载回路的接头接地。

为了重新运行，在气体发生器10触发之后必须更换开关装置。

然而本发明的应用不仅局限于行驶工具，所述应用也可以使用在位置固定的设备中。因此例如可以有意义的是，通过所述根据本发明的开关装置中的一个或两个开关装置使光伏设备与具有逆变器和/或蓄电池的负载回路断开。

附图标记列表

1 主开关

2 线性驱动装置

3 弹簧壳体

4 开关壳体

5 接触环

6 接触栓

7 至电压源的接头

8 至负载回路的接头

9 至地线的接头

10 气体发生器

11 推杆

12 额定断裂位置

13 驱动壳体

14 定子

15 转子

16 六角螺母

17 圆的螺母法兰

18 螺管线圈

19 锁止杆

20 推杆法兰

21 弹簧

Claims (10)

1.一种用于在电驱动的行驶工具中通过以低电压运行的驱动装置接通以来自电压源的高电压运行的电负载回路的装置，其特征在于，接触栓(6)与线性驱动装置(2)的推杆(11)连接，并且所述接触栓(6)在开关壳体(4)中能够置于至少两个位置中，其中，所述开关壳体(4)在其内壁上具有至少两个接触环(5)，所述至少两个接触环中的一个接触环与所述电压源(7)连接并且另外的接触环与所述负载回路(8)连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接触栓(6)在打开位置中仅仅与所述负载回路(8)连接并且在闭合位置中与所述负载回路(8)并且与所述电压源(7)连接。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的装置，其特征在于，所述线性驱动装置(2)构造为步进电动机，并且转子(15)具有用于使构造为螺纹杆的推杆(11)运动的螺纹螺母(16)，其中，防止所述推杆(11)转动并且防止所述螺纹螺母(16)相对于所述转子(15)转动。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述螺纹螺母(16)能相对于所述旋转轴线同心地移动地被支承，并且所述推杆(11)在所述接触栓(6)的闭合位置中朝向所述接触栓(6)的打开位置的方向预紧，其中，所述螺纹螺母(16)通过锁止构件(18)保持在运行位置中。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述锁止构件构造为螺管线圈(18)，所述螺管线圈在施加电压时处于锁止位置中并且在切断所施加的电压时运动到释放位置中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，气体发生器(10)与所述开关壳体(4)连接，所述气体发生器通过控制装置与碰撞传感器连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述接触栓(6)具有至所述推杆(11)的额定断裂位置(12)。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述接触栓(6)构造为单侧闭合的空心柱体，并且所述额定断裂位置(12)具有在所述推杆(11)和所述空心柱体的敞开侧之间的星形连接。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，在所述开关壳体(4)的内壁上设置有第三接触环(5)，所述第三接触环与大地或地线(9)连接。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，在触发所述气体发生器(10)时，所述接触栓(4)运动到紧急位置中，在所述紧急位置中所述接触栓使所述负载回路(8)与大地或地线(9)连接。

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