CN112041959A

CN112041959A - 开关装置

Info

Publication number: CN112041959A
Application number: CN201980026738.6A
Authority: CN
Inventors: R·霍夫曼; F·维尔纳
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Electronics AG; TDK Corp
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2020-12-04
Also published as: US20210151269A1; DE102018109389A1; JP2021517730A; JP7202443B2; US11557448B2; WO2019201916A1

Abstract

说明一种开关装置（100），该开关装置在拥有包含H₂的气体的开关室（11）中具有至少一个固定的触头（2、3）和一个活动的触头（4），其中所述开关室（11）具有开关室壁体（12）和开关室底部（13）并且所述开关室（11）至少部分地具有聚合材料，在发热时能够从所述聚合材料中释放出氢。

Description

开关装置

技术领域

说明一种开关装置。

背景技术

所述开关装置尤其被构造为能够通过导电电流来运行的、以电磁方式起作用的摇控开关。所述开关装置能够通过控制电路来激活并且能够切换负载电路。尤其所述开关装置能够被构造为继电器或者接触器、尤其是被构造为功率接触器。特别优选的是，所述开关装置能够被构造为充气的功率接触器。

这样的开关装置、尤其是功率接触器的一种可能的应用情况是比如机动车、像比如用电或者部分用电来运行的机动车中的电池电路的断开和分开。这些机动车比如能够是纯粹用电池来运行的车辆（BEV：“Battery Electric Vehicle”）、能够通过插座或者充电站来充电的混合电动车（PHEV：“Plug-in Hybrid Electric Vehicle”）和混合电动车（HEV：“Hybrid Electric Vehicle”）。在此，通常不仅所述电池的正触头而且其负触头都借助于功率接触器来分开。这种分开在正常运行中、比如在车辆的静止状态中并且也在故障、像比如事故或者类似情况中进行。在此，所述功率接触器的主要任务是，将车辆转换为不带电压的状态并且中断电流。尤其在故障情况中，在中断电流时出现开关电弧。所述开关电弧应该予以消除，以用于可靠地中断电流并且防止开关的损坏。

为了消除电弧，通常使用含氢的充气并且额外地在出现电弧的区域中使用额外的永磁体、能够引起电弧的偏移的所谓的消弧磁体。比如公开文献EP 1 168 392 A1说明了这样的消弧磁体。

此外，释放气体的塑料、比如不饱和的聚酯或尼龙能够在电弧的附近引起消弧性能的改进。但是，这些释放气体的塑料的缺点是其高的碳份额，所述高的碳份额在塑料气化时可能尤其由于石墨的形成而导致室内壁上的传导的薄层并且由此可能影响到绝缘强度或者可能在最严重的情况下导致触头的短路。

发明内容

特定的实施方式的至少一项任务是，说明一种开关装置、特别优选是如下一种开关装置，在其中能够避免或者至少减少现有技术的所描述的缺点。

该任务通过一种按照独立权利要求的主题来解决。所述主题的有利的实施方式和改进方案在从属权利要求中来标明并且此外可以从以下说明和附图中得知。

按照一种实施方式，一种开关装置具有至少一个固定的触头和至少一个活动的触头。所述至少一个固定的触头和至少一个活动的触头被设置并且被设立用于接通并且切断能够连接到开关装置上的负载电路。所述活动的触头在所述开关装置中相应地能够如此在所述开关装置的不能接通的状态与能接通的状态之间运动，使得所述活动的触头在所述开关装置的不能接通的状态中与至少一个固定的触头隔开并且由此在电方面分开并且在接通的状态中相对于至少一个固定的触头具有机械接触并且由此与所述至少一个固定的触头电连接。特别优选的是，所述开关装置具有至少两个固定的触头，所述固定的触头彼此分开地布置在所述开关装置中并且所述固定的触头通过这种方式按所述活动的触头的状态而能够通过活动的触头彼此导电地连接或者彼此在电方面分开。

按照另一种实施方式，所述开关装置具有壳体，在该壳体中布置了所述活动的触头和至少一个固定的触头或者至少两个固定的触头。所述活动的触头尤其能够完全布置在壳体中。固定的触头布置在壳体中，这尤其能够意味着，至少所述固定的触头的、在接通的状态中与活动的触头处于机械接触之中的接触区域布置在壳体的内部。为了连接有待通过所述开关装置来转换的电路的馈电线，布置在所述壳体中的固定的触头能够从外面、也就是从所述壳体的外部来电接触。为此，布置在壳体中的固定的触头能够以一部分从所述壳体中伸出来并且在所述壳体的外部具有用于馈电线的连接可行方案。

按照另一种实施方式，所述触头布置在壳体中的气体氛围中。这尤其能够意味着，所述活动的触头完全布置在壳体中的气体氛围中并且此外所述固定的触头的至少几部分、比如所述固定的触头的接触区域布置在所述壳体中的气体氛围中。所述开关装置能够相应地特别优选是充气的开关装置、像比如充气的接触器。

按照另一种实施方式，所述触头、也就是说所述活动的触头完全并且所述固定的触头的至少几部分布置在所述壳体内部的开关室中，在所述开关室中存在所述气体、也就是气体氛围的至少一部分。所述气体能够优选具有至少50%的H₂的份额。作为氢的补充，所述气体能够具有惰性气体、特别优选是N₂和/或一种或者多种稀有气体。

所述开关室能够具有开关室底部和开关室壁体。所述活动的触头能够与轴相连接，其中所述轴从所述开关室底部中的开口中穿过。所述开关室壁体能够具有至少一个开口，其中所述至少一个固定的触头能够从所述开关室壁体中的开口中穿过。如果所述开关装置具有多个固定的触头，那么所述开关室壁体就能够优选为固定的触头中的每个固定的触头具有一相应的开口。所述开关室壁体能够特别优选地被成形成罩形并且能够为单一部分或多部分的结构。所述开关室底部能够特别优选被构造为板状并且同样为单一部分或多部分的结构。作为替代方案，所述开关室底部和所述开关室壁体也能够相反地来成形。此外，也可能的是，所述开关室底部和所述开关室壁体两者都被构造为罩形。在不取决于所述开关室壁体和开关室底部的形状的情况下，它们能够特别优选地如此相对于彼此来布置，从而形成除了前面所描述的开口之外封闭的空间，在所述空间中进行上面所描述的开关过程。

按照另一种实施方式，所述开关室至少部分地具有聚合材料，在发热时能够从所述聚合材料中释放出氢。尤其所述聚合材料能够如此构成，从而通过如在开关过程中可能在开关室中所出现的一样的电弧能够释放出氢。额外地释放的、特别优选呈H₂的形式的氢能够改进所述开关室中的消弧。

比如，所述开关室底部能够至少部分地具有所述聚合材料。这能够意味着，所述开关室底部能够具有由所述聚合材料构成的塑料护板。此外，所述开关室底部也能够由所述聚合材料来构成。

作为替代方案或补充方案，所述开关室壁体能够至少部分地具有所述聚合材料。尤其所述开关室壁体的一部分能够具有所述聚合材料。此外，所述开关室壁体也能够由所述聚合材料来构成。

按照另一种实施方式，所述聚合材料具有聚甲醛（POM）。特别优选的是，所述聚合材料是POM。POM是一种部分结晶的、在很大程度上线性的、能够通过链聚合或者链共聚来制造的、带有恢复的成分-CHR-O-的热塑性塑料，其中R表示有机残余物。特别优选的是，所述聚合材料具有结构（CH₂O）_n、也就是用作为残余物R的氢来构成或者由其构成。相应地，所述聚合材料的突出之处能够在于较低的碳份额和很小的、形成石墨的倾向性。通过尤其对（CH₂O）_n来说碳和氧的相同份额，能够在热分解并且尤其是由电弧所引发的分解时主要产生气态的CO和H₂。因此，几乎没有产生传导的壁体薄层并且额外的氢增强了消弧。

按照另一种实施方式，在所述开关室中布置有至少一个消弧磁体，所述消弧磁体能够特别优选地通过永磁体来构成。此外，也能够存在多个消弧磁体。在所述开关装置的在负载下的切断过程、也就是在负载电流还流动时在空间上分开活动的触头和一个或者多个固定的触头的情况下，在此产生的电弧通过所述消弧磁体而偏移并且被从接触区域中驱送出来。在此，所述电弧尤其也可能到达开关室的一个部件、比如开关室底部处。这个部件优选由所描述的聚合材料构成、也就是尤其用或者由POM来构成，而后通过对于这个部件的加热能够如前面所描述的那样释放额外的氢，从而能够使电弧的熄灭得到加速。

附图说明

另外的优点、有利的实施方式和改进方案从下面结合附图所描述的实施例中得出。其中：

图1A和1B示出了按照一种实施例的开关装置的示意图；并且

图2示出了按照另一种实施例的开关装置的一部分的示意图。

在实施例和附图中，相同的、同类的或者起相同作用的元件能够分别设有相同的附图标记。所示出的元件及其彼此间的尺寸比例不应该视为按照比例尺，更确切地说，各个元件、像比如层、构件、结构元件和区域为了更好的可图示性并且/或者为了更好的理解而可能夸大地示出。

具体实施方式

在图1A和1B中示出了一种用于开关装置100的实施例，所述开关装置比如能够用于转换强电流和/或高电压并且所述开关装置能够是继电器或接触器、尤其是功率接触器。在图1A中示出了三维的剖面图，而在图1B中则示出了二维的剖面图。以下描述同样涉及图1A和1B。所示出的几何形状仅仅是示范性的并且不应该限制性地来理解并且也能够作为替代方案来构成。

所述开关装置100在壳体1中具有两个固定的触头2、3和一个活动的触头4。所述活动的触头4被构造为接触板。所述固定的触头2、3与活动的触头4一起形成开关触头。所述壳体1主要用作用于布置在内部的组件的接触保护件并且具有塑料或者由塑料、比如聚对苯二酸丁二酯（PBT）或者充气的PBT构成。所述触头2、3、4比如能够用或者由铜、铜合金或者铜与至少另一种金属、比如钨、镍和/或铬的混合物构成。

在图1A和1B中示出了所述开关装置100处于静止状态中的情况，在所述静止状态中所述活动的触头4与所述固定的触头2、3隔开，因而所述触头2、3、4在电方面彼此分开。所述开关触头的所示出的结构以及尤其是其几何形状是纯示范性的并且不应该限制性来理解。作为替代方案，所述开关触头也能够不一样来构成。比如可能的是，所述开关触头中的仅仅一个开关触头被构造为固定的。

所述开关装置100具有活动的磁体衔铁5，其主要完成开关运动。该磁体衔铁具有磁芯6，该磁芯例如用或者由铁磁材料构成。此外，所述磁体衔铁5具有轴7，该轴从所述磁芯6中穿过并且在一个轴端上固定地与所述磁芯6相连接。在另一个与磁芯6对置的轴端上，所述磁体衔铁5具有活动的触头4，该活动的触头同样与轴7相连接。所述轴7比如能够用或者由不锈钢制成。

所述磁芯6被线圈8包围。所述线圈8中的能够从外部来接通的电流引起磁芯6的以及由此整个磁体衔铁6的沿着轴向方向的运动，直至所述活动的触头4与固定的触头2、3相接触。所述磁体衔铁5由此从与静止状态并且同时与分开的、也就是非接通的状态相对应的第一位置运动到与有源的、也就是接通的状态相对应的第二位置中。在有源的状态中，所述触头2、3、4在电方面彼此连接。在另一种实施方式中，所述磁体衔铁5作为替代方案也能够执行旋转运动。所述磁体衔铁5尤其能够被构造为拉伸衔铁或者翻转衔铁。为了导引轴7并且由此导引磁体衔铁5，所述开关装置100具有磁轭9，该磁轭能够具有纯铁或者低掺杂的铁合金或者由其构成并且该磁轭形成磁路的一部分。所述磁轭9具有开口，所述轴7在该开口中得到导引。如果中断所述线圈8中的电流，则通过一个或者多个弹簧10又使所述磁体衔铁5运动到所述第一位置中。所述开关装置100而后又处于静止状态中，在所述静止状态中所述触头2、3、4被断开。

在断开所述触头2、3、4时可能会产生电弧，所述电弧可能损坏接触面。由此可能存在以下危险，即：所述触头2、3、4通过由电弧引起的焊接而彼此“粘连”并且不再彼此分开。为了防止这样的电弧的产生或者至少为了支持对于所出现的电弧的消除，所述触头2、3、4布置在气体氛围中，使得所述开关装置100被构造为充气的继电器或者充气的接触器。为此，所述触头2、3、4在通过开关室壁体12和开关室底部13形成的开关室11的内部布置在所述壳体1的密封地封闭的部分中。所述壳体1以及尤其所述壳体1的密封地封闭的部分完全包围着磁体衔铁5和触头2、3、4。所述壳体1的密封地封闭的部分以及由此所述开关室11也填充有气体14。所述气体14能够在所述开关装置100的制造的范围内通过气体加注口15来注入，该气体尤其能够优选含有氢。尤其所述气体14能够在惰性气体、比如N₂和/或一种或者几种稀有气体中具有至少50%或者更多的H₂，因为含有氢的气体能够促进电弧的消除。

在所示出的实施例中，所述开关室壁体12被构造为罩状并且能够为单一部分或者多部分的结构。所述开关室底部13被构造为板状并且同样能够为单一部分或者多部分的结构。通过所述开关室底部13中以及开关室壁体12中的开口，与活动的触头4相连接的轴7以及所述固定的触头2、3能够从所提到的部件中穿过。所述开关室壁体12和开关室底部13由此包围着一个空间，在该空间中进行开关过程。作为所示出的实施例的替代方案，也能够考虑所述开关室壁体12和开关室底部13的其他几何形状。

此外，所述开关室11至少部分地具有聚合材料，在发热时能够从所述聚合材料中释放出氢。尤其所述聚合材料如此构成，从而通过冲击到所述聚合材料上的电弧能够释放出氢，以便通过额外地释放的、特别优选呈H₂的形式的氢也能够出现消弧的改进。所述聚合材料具有尤其拥有结构（CH₂O）_n的聚甲醛（POM）或者由其构成。如在概述部分中所描述的那样，这样的聚合材料的突出之处在于比其他聚合物低的碳份额和很小的形成石墨的倾向性，其中在进行尤其由电弧引发的分解时主要产生气态的CO和H₂。

特别优选的是，所述开关室底部13具有所述聚合材料。比如形成所述开关室底部13的一部分的、用并且优选由所述聚合材料构成的聚合物护板防止电弧可能到达处于其下面的法兰弯部处。此外，所述开关室底部13作为整体也能够由所述聚合材料构成。作为替代方案或者补充方案，所述开关室壁体12的部件或者所述开关室壁体12也作为整体能够用或者由所述聚合材料来构成。所述开关室11的不是通过所描述的聚合材料构成的部件、也就是所述开关室壁体12和/或开关室底部13的尤其不是通过所描述的聚合材料构成的部件比如能够用或者由诸如Al₂O₃的金属氧化物来制成。

在图2中示出了布置在所述开关室中的触头2、4的截取部分，其中图2的图示相对于图1A和1B的断面扭转了90°。如在图2勾画出的那样，在所述开关室的内部能够布置一个或者多个消弧磁体16、也就是优选永磁体，其能够引起电弧路径的延长或者电弧从触头之间的区域中的偏移。所述电弧在此尤其也可能到达开关室的部件、比如开关室底部和开关室壁体处。通过对于这个用或者优选由所描述的聚合材料、也就是尤其用或者由POM构成的部件的加热，而后如前面所描述的那样能够释放额外的氢，从而能够使电弧的熄灭得到加速。

按照另外的实施例，结合附图所描述的特征和实施例能够彼此组合起来，即使没有明确地对所有组合进行了描述。此外，作为替代方案或者补充方案，结合附图所描述的实施例能够具有按照概述部分中的说明的另外的特征。

本发明没有通过借助于实施例所作的描述而局限于所述实施例。更确切地说，本发明包括每个新特征以及特征的每种组合，这尤其包括权利要求中的特征的每种组合，即使没有在权利要求或者实施例中明确地对这种特征或者这种组合本身进行说明。

附图标记列表

1 壳体

2、3 固定的触头

4 活动的触头

5 磁体衔铁

6 磁芯

7 轴

8 线圈

9 磁轭

10 弹簧

11 开关室

12 开关室壁体

13 开关室底部

14 气体

15 气体加注口

16 消弧磁体

100 开关装置

Claims

1. 开关装置（100），在拥有包含H₂的气体（14）的开关室（11）中具有至少一个固定的触头（2、3）和一个活动的触头（4），其中

其中所述开关室（11）具有开关室壁体（12）和开关室底部（13）并且

所述开关室（11）至少部分地具有聚合材料，在发热时能够从所述聚合材料中释放出氢。

2.根据前一项权利要求所述的开关装置（100），其中所述开关室底部（13）至少部分地具有所述聚合材料。

3.根据前述权利要求中任一项所述的开关装置（100），其中所述开关室底部（13）具有由所述聚合材料构成的塑料护板。

4.根据前述权利要求中任一项所述的开关装置（100），其中所述开关室底部（13）由所述聚合材料来构成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的开关装置（100），其中所述开关室壁体（12）至少部分地具有所述聚合材料。

6.根据前述权利要求中任一项所述的开关装置（100），其中所述开关室壁体（12）由所述聚合材料来构成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的开关装置（100），其中所述聚合材料具有聚甲醛。

8.根据前一项权利要求所述的开关装置（100），其中所述聚甲醛具有结构（CH₂O）_n。

9.根据前述权利要求中任一项所述的开关装置（100），其中在所述开关室（11）中布置有至少一个消弧磁体。

10.根据前述权利要求中任一项所述的开关装置（100），其中所述气体具有至少50%的H₂的份额。