CN112543985A - 开关装置和用于操作开关装置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种开关装置(10)包含第一端子触点(17)、布置在所述第一端子触点(17)处的第一固定触点(12)、接触桥(16)和布置在所述接触桥(16)处的第一可动触点(14)。所述第一固定触点(12)在所述开关装置(10)的接通状态下与所述第一可动触点(14)接触。所述第一固定触点(12)在所述开关装置(10)的断开状态下不与所述第一可动触点(14)接触。所述第一端子触点(17)具有弯曲形式，使得流经所述第一端子触点(17)、所述第一固定触点(12)、所述第一可动触点(14)和所述接触桥(16)的负载电流(I)在所述接通状态下具有U形路径。

Description

开关装置和用于操作开关装置的方法
技术领域
本公开涉及一种开关装置和一种用于操作开关装置的方法。
背景技术
开关装置可以被配置成用于切换DC电流，特别是用于切换更高的DC电流。开关装置可用于电迁移领域以及光伏系统、电池存储系统或不间断电源。
另外，可能需要开关装置来断开短路电流，例如大于10kA。由于在电动车辆中空间有限，所以开关装置应当以紧凑的形式实现。
发明内容
目的是提供一种开关装置和一种用于操作能够以较高电流操作的开关装置的方法。
这些目的由独立权利要求的主题来实现。进一步的发展和实施例在从属权利要求中描述。
除非另有说明，上述定义也适用于以下描述。
在实施例中，开关装置包含第一端子触点、布置在第一端子触点处的第一固定触点、接触桥和布置在接触桥处的第一可动触点。第一固定触点在开关装置的接通状态下与第一可动触点接触。第一固定触点在开关装置的断开状态下不与第一可动触点接触。
在实施例中，流经第一端子触点、第一固定触点、第一可动触点和接触桥的负载电流在接通状态下具有U形路径。
第一电弧可以在开关装置的接通状态与断开状态之间转变时在第一固定触点与第一可动触点之间生成。
有利地，U形负载电流产生磁场，所述磁场驱动第一电弧远离第一固定触点和第一可动触点。因此，开关装置还能够断开非常高的电流。U形可以被称为U型。
在实施例中，第一端子触点具有弯曲形式，使得流经第一端子触点、第一固定触点、第一可动触点和接触桥的负载电流在接通状态下具有U形路径。U形可以被称为U型。第一端子触点可被挤压或铣削。第一端子触点可以直接在挤压或铣削之后具有弯曲形式。或者，第一端子触点可以例如制成弯曲成弯曲形式的长方体部件。
在实施例中，第一端子触点形成U形路径的第一臂。接触桥形成U形路径的第二臂。第一可动触点和第一固定触点是第一臂与第二臂的耦合的一部分。
在实施例中，在接通状态中流经第一端子触点的负载电流具有八分之一圆形线与四分之三圆形线之间的路径。因此，第一端子触点的一部分可以具有八分之一圆形线与四分之三圆形线之间的形式。
在实施例中，在接通状态下流经第一端子触点的负载电流具有四分之一圆形线与一半圆形线之间的路径。因此，第一端子触点的一部分可以具有四分之一圆形线与一半圆形线之间的形式。
在实施例中，流经第一端子触点的负载电流的路径首先在第一方向上延伸，然后在与第一方向成至少45度的角度的第二方向上延伸。所述角度可以是至少90度。所述角度可以是至少135度。
在实施例中，流经第一固定触点与用于从开关装置外部连接第一端子触点的区域之间的第一端子触点的负载电流的路径首先在第一方向上延伸，然后在与第一方向成至少45度的角度的第二方向上延伸。所述角度可以是至少90度。所述角度可以是至少135度。所述角度可以是例如180度。
在实施例中，在接通状态下流经第一端子触点、第一固定触点、第一可动触点和接触桥的负载电流的路径在第一平面中延伸或近似延伸。
在实施例中，开关装置包含盖。第一端子触点可与盖齐平。第一端子触点可以不延伸超过盖。第一端子触点可布置在盖的凹部中。
在实施例中，开关装置包含磁芯。接触桥可以在从断开状态转变到接通状态时从磁芯移开。
在一个实施例中，接触桥在接通状态与断开状态之间的移动具有平行于第一平面的方向。
负载电流可以是负的或正的。负载电流可以是例如DC电流。
在一个实施例中，开关装置包含永磁体系统，所述永磁体系统包含第一极板和第二极板以及布置在第一极板与第二极板之间的永磁体。永磁体系统生成垂直于第一平面的磁场。
在实施例中，在开关装置的接通状态和断开状态下，第一固定触点和第一可动触点位于第一极板与第二极板之间。
在实施例中，开关装置包含布置在靠近第一固定触点的第一端子触点处的第一电弧流道。所述开关装置可以包含布置在靠近第一可动触点的接触桥处的第二电弧流道。
在实施例中，开关装置包含用于熄灭第一电弧的第一灭弧装置。第一灭弧装置可以连接到第一端子触点和/或第一电弧流道上。
在实施例中，第一端子触点、在接通状态与断开状态之间转变时在第一固定触点与第一可动触点之间生成的第一电弧以及接触桥形成第一磁场回路，所述第一磁场回路在第一灭弧装置的方向上吹动第一电弧。流经第一端子触点、第一电弧和接触桥的负载电流具有U形，特别是在侧视图中。U形负载电流生成第一磁场回路。接触桥的移动方向垂直于侧视图的方向。
在实施例中，开关装置包含第二端子触点、布置在第二端子触点处的第二固定触点和布置在接触桥处的第二可动触点。第二固定触点在开关装置的接通状态下与第二可动触点接触。第二固定触点在开关装置的断开状态下不与第二可动触点接触。
可以实现第二端子触点，例如第一端子触点。第一端子触点和第二端子触点可以相对于对称轴对称。
在实施例中，流经接触桥、第二可动触点、第二固定触点和第二端子触点的负载电流在接通状态下具有另一个U形路径。
第二电弧可以在开关装置的接通状态与断开状态之间转变时在第二固定触点与第二可动触点之间生成。
有利地，另一U形的负载电流产生磁场，所述磁场驱动第二电弧远离第二固定触点和第二可动触点进入第二灭弧装置。因此，开关装置还能够断开非常高的电流。
在实施例中，第二端子触点具有弯曲形式，使得流经接触桥、第二可动触点、第二固定触点和第二端子触点的负载电流在接通状态下具有另一个U形路径。可以制造第二端子触点，例如第一端子触点。
在开关装置的接通状态和断开状态下，第二固定触点和第二可动触点可以位于第一极板与第二极板之间。
在实施例中，第二端子触点、在接通状态与断开状态之间转变时在第二固定触点与第二可动触点之间生成的第二电弧以及接触桥形成第二磁场回路，所述第二磁场回路在第二灭弧装置的方向上吹动第二电弧。流经第二端子触点、第二电弧和接触桥的负载电流具有另一U形。另一U形的负载电流生成第二磁场回路。第一磁场回路和第二磁场回路被耦合。
在实施例中，开关装置包含布置在接触桥处的接触桥支架。接触桥支架可以刚性地附接或固定到接触桥。接触桥支架包含阻挡件。阻挡件可以大致垂直于或垂直于接触桥。阻挡件位于第一端子触点与第二端子触点之间。阻挡件与接触桥一起移动。有利地，在每个状态下，例如在断开状态、接通状态中以及在接触桥的动态提升期间，阻挡件将第一电弧与第二电弧分开。接触桥支架和接触桥可以在独立于第一端子触点和第二端子触点的形式的开关装置中实现。
有利地，阻挡件可插入在第一端子触点的U形的顶点与第二端子触点的U形的顶点之间。第一端子触点与第二端子触点之间的最小距离可在这两个顶点之间。
在实施例中，接触桥被实现为长方体或近似长方体。
在实施例中，开关装置进一步包含另一第一端子触点、布置在所述另一第一端子触点处的另一第一固定触点、另一第二端子触点、布置在所述另一第二端子触点处的另一第二固定触点、另一接触桥以及布置在所述另一接触桥处的另一第一可动触点和另一第二可动触点。
接触桥和另一接触桥并行操作，例如同时移动。
在实施例中，在开关装置的接通状态下，另一第一固定触点与另一第一可动触点接触，并且另一第二固定触点与另一第二可动触点接触。
在实施例中，在开关装置的断开状态下，另一第一固定触点不与另一第一可动触点接触，并且另一第二固定触点不与另一第二可动触点接触。
在实施例中，对于接触桥和另一接触桥的串联电路，以及对于接触桥和另一接触桥的并联电路，开关装置可配置为或可操作用于接触桥和另一接触桥的单独电路。
在实施例中，针对串联电路的实现，开关装置进一步包含将第二端子触点电耦合到另一第二端子触点的端子连接桥。因此，在开关装置的接通状态下，第一端子触点通过接触桥和另一接触桥电连接到另一第一端子触点。第一终端引线可连接到第一端子触点，而第二终端引线可连接到另一第一端子触点。因此，开关装置可以在高电压下工作。
在实施例中，针对并联电路的实现，开关装置包含将第一端子触点电耦合到另一第一端子触点的另一端子连接桥。第一端子引线可连接到端子连接桥，而第二端子引线可连接到另一端子连接桥。因此，开关装置可以承载高负载电流。
在实施例中，针对接触桥和另一接触桥的单独电路的实现，四个端子引线连接到第一端子触点、另一第一端子触点、第二端子触点和另一第二端子触点。开关装置被实现为两极开关装置，并且可以在一个时间点切换两个负载电流。
端子引线从外部连接到开关装置。终端引线可以被实现为连接线、母线或电力电缆。
开关装置可以被配置成使得端子连接桥和/或另一端子连接桥在开关装置的盖的外部。它们可以在制造开关装置之后插入，例如在开关装置的安装地点。
在实施例中，在断开状态下，流经第一端子触点、第一固定触点、第一电弧、第一可动触点和接触桥的负载电流具有U形。
开关装置可以是电动车辆和/或混合动力车辆的一部分。开关装置可以被实现为在空气中切换或密封的接触器或断路器。
开关装置被配置成在高电压下切换负载电流。高压可以是高于42V、高于72V、高于110V、高于220V、高于300V、高于360V、高于500V和/或高于1000V的任何电压。开关装置的负载电流的标称值可以高于20A、30A、100A、200A或500A。开关装置的过电流的标称值可以高于1kA、1.5kA、3kA、6kA或10kA。
在实施例中，一种用于操作开关装置的方法包含在开关装置的接通状态下使第一固定触点与第一可动触点接触，以及在开关装置的断开状态下使第一固定触点与第一可动触点脱离接触。
在实施例中，流经第一端子触点、第一固定触点、第一可动触点和接触桥的负载电流在接通状态下具有U形路径。流经第一端子触点、第一固定触点、第一电弧、第一可动触点和接触桥的负载电流在断开状态下具有U形路径。第一固定触点被布置在第一端子触点处。第一可动触点被布置在接触桥处。
在实施例中，第一端子触点弯曲，使得流经第一端子触点、第一固定触点、第一可动触点和接触桥的负载电流在接通状态下具有U形路径。
因此，第一端子触点弯曲，使得流经第一端子触点、第一固定触点、第一电弧、第一可动触点和接触桥的负载电流在断开状态下具有U形路径。第一电弧位于第一固定触点与第一可动触点之间。
用于操作开关装置的方法可以例如通过根据上述实施例之一的开关装置来实现。
附图说明
实施例的附图的以下描述可进一步说明和解释开关装置的各方面。具有相同结构和相同效果的部件和装置分别用相同的附图标记表示。就部件或装置在不同附图中的功能方面彼此对应而言，针对以下附图中的每一个不再重复其描述。
图1示出了开关装置的实例；
图2A至图2K示出了开关装置的细节的实例；和
图3示出了开关装置的另一实例。
具体实施方式
图1示出了开关装置10的实例。开关装置10实现遥控断路器功能。开关装置10包含封闭外壳(图2K所示)。开关装置10包含第一固定触点12、第一可动触点14、接触桥16和第一端子触点17。接触桥16可以称为“开关桥”。第一可动触点14固定在接触桥16上。第一固定触点12固定在第一端子触点17上。
此外，开关装置10包含第二固定触点13、第二可动触点15和第二端子触点18。第二固定触点13固定在第二端子触点18上。此外，第二可动触点15固定在接触桥16上。接触桥16被实现为长方体。接触桥16可以由铜制成。第一固定触点12和第二固定触点13也可称为“固定触点尖端”。第一可动触点14和第二可动触点15还可称为“可动触点尖端”。第一固定触点12和第二固定触点13可以由AgSnO2或AgZnO制成。第一可动触点15和第二可动触点16也可以由AgSnO2或AgZnO制成。
第一端子触点17具有弯曲形式。第一端子触点17具有U形。在实例中，第一端子触点17可以通过将长方体弯曲成U形而制造。实现所述第二端子触点18，例如所述第一端子触点17。第一端子触点17和第二端子触点18可以由铜制成。第一端子触点17和第二端子触点18均包含端子连接孔19、20。
开关装置10包含连接到第一端子触点17的第一电弧流道25。而且，开关装置10包含连接到接触桥16的第二电弧流道26。第一电弧流道25附接到第一固定触点12附近的第一端子触点17。第二电弧流道26附接到第一可动触点14附近的接触桥16。
此外，开关装置10包含连接到第二端子触点18的第三电弧流道27。此外，开关装置10包含连接到接触桥16的第四电弧流道28。电弧流道可由青铜制成，例如CnSn6、Cu或CuZn。
第一灭弧装置21连接到第一电弧流道25。第一灭弧装置21包含多个分隔板30，所述分隔板布置在芯体31中。芯体31保持分隔板30并连接到第一端子触点17。芯体31被实现为一个或多个灭弧室侧壁。分隔板30由不锈钢或铜制成。第二灭弧装置22连接到第三电弧流道27。
开关装置10包含接触桥支架29。接触桥支架29可以是例如聚醚醚酮的塑料，缩写为PEEK。接触桥16插入到接触桥支架29中。此外，接触桥支架29包含阻挡件32，其布置在第一端子触点17与第二端子触点18之间的空间中。阻挡件32不与第一端子触点17和第二端子触点18接触。阻挡件32具有板的形式。阻挡件32也可由塑料材料制成，例如PEEK。接触桥支架29和阻挡件32被制造为一个部件。因此，接触桥支架29和阻挡件32由一种相同的材料制成。
此外，开关装置10包含永磁体系统35，其具有永磁体36以及第一极板37和第二极板38。图1中未示出第二极板38。接触桥16、第一端子触点17和第二端子触点18以及第一灭弧装置21和第二灭弧装置22布置在第一极板37与第二极板38之间。永磁体36可以被实现为稀土磁体，并且可以是例如钕系的。第一极板37和第二极板38可以由钢制成。
此外，开关装置10包含磁驱动器组合件40。磁驱动器组合件40包含线圈41。此外，磁驱动器组合件40包含磁芯42，所述磁芯保持线圈41。另外，磁驱动器组合件40包含电枢43。此外，开关装置10包含桥101。桥101穿过线圈41。将电枢43耦合到桥101。将电枢43紧固到桥101。桥101包围磁芯42和电枢43。开关装置10包含接触弹簧44，其将电枢43通过桥101耦合到接触桥支架29。因此，电枢43没有被紧固到接触桥支架29和接触桥16。电枢43通过接触弹簧44耦合到接触桥支架29，从而连接到接触桥16。这种布置在图2A中详细示出。接触弹簧44可以由钢制成，例如inox钢。
接触桥16以及第一端子触点17和第二端子触点18是开关装置10的第一开关室45的一部分。第一开关室45包含第一灭弧装置21和第二灭弧装置22以及电弧流道25至28。
此外，开关装置10包含第二开关室46，其被实现为例如第一开关室45。因此，开关装置10包含另一接触桥16'、另一第一端子触点17'和另一第二端子触点18'、另一第一固定触点12'和另一第二固定触点13'以及另一第一可动触点14'和另一第二可动触点15'。开关装置10包含另一第一灭弧装置21'以及第二灭弧装置22'和电弧流道25'至28'。开关装置10包含另一永磁体系统35'，其具有另一永磁体36'以及另一第一极板37'和第二极板38'。另一接触桥16'、另一第一端子触点17'和另一第二端子触点18'等是第二开关室46的一部分。
开关装置10包含端子连接桥39。端子连接桥39将第一开关室45电耦合到第二开关室46。端子连接桥39将第二端子触点18电连接到另一第二端子触点18'。因此，端子连接桥39被插入到第二端子连接孔20和另一第二端子连接孔20'中，其在图1中被隐藏。端子连接桥39由铜制成。磁驱动器组合件40还通过桥101、接触弹簧44、销102(在图2A中示出)和接触桥支架29耦合到另一接触桥16'。
开关装置10被配置成设置在接通状态或断开状态。断开状态如图1所示。在断开状态下，第一固定触点12不与第一可动触点14接触。对应地，第二固定触点13不与第二可动触点15接触。因此，负载电流I通过接触桥16从第一端子触点17到第二端子触点18的的流动被禁止。
开关装置10通过接触桥16在垂直于接触桥16的方向上的移动被设置从断开状态进入接通状态。如图1和图2A所示，磁驱动器组合件40使接触桥16通过桥101和接触弹簧44朝向第一端子触点17和第二端子触点18移动。在接通状态下，第一固定触点12与第一可动触点14接触，并且第二固定触点13与第二可动触点15接触。因此，负载电流I可以从第一端子触点17通过第一固定触点12、第一可动触点14、接触桥16、第二可动触点15和第二固定触点13流到第二端子触点18。
开关装置10通过接触桥16的移动被设置从接通状态进入断开状态，所述移动使接触桥16与第一端子触点17和第二端子触点18分离。在负载电流I在切换之前流动的情况下，第一电弧23可以在第一固定触点12与第一可动触点14之间生成，而第二电弧24可以在第二可动触点15与第二固定触点13之间生成。
流经第一端子触点17的负载电流I具有曲线的或弯曲的路径。负载电流I具有U形或U型路径。对应地，流经第二端子触点18的负载电流I也具有曲线的或弯曲的路径。第二端子触点17中的负载电流I具有另一U形路径。U形路径的开口指向另一U形路径的开口。
在图1中，开关装置10包含两个电串联耦合的开关室45、46。通过图2A至图2G进一步解释电弧的熄灭。
图2A示出了图1所示实例的接触桥16、接触桥支架29和磁驱动器组合件40的横截面的实例。阻挡件32垂直于或近似垂直于接触桥16。接触桥16固定在接触桥支架29中。然而，接触桥支架29可相对于电枢43移动。接触弹簧44布置在电枢43与接触桥16之间。接触弹簧44将接触桥16压向第一端子触点17和第二端子触点18的方向。销102或螺栓附接到接触弹簧44的一端。销102指向接触桥16。因此，销102指向接触桥16的凹口108。接触弹簧44和销102布置在接触桥16与桥101之间，且因此布置在接触桥16与电枢43之间。在接通状态与断开状态之间的转变时，电枢43拉动桥101、接触桥支架29和接触桥16远离第一端子触点17和第二端子触点18。在图2A中，磁驱动器组合件40在开关方向上短路。磁驱动器组合件40连接到接触桥16。阻挡件32被实现为电弧阻挡件或电弧阻挡板。因此，接触桥16被接触弹簧44和销102保持在精确位置。
图2B示出了图1和图2A所示的接触桥16以及第一端子触点17和第二端子触点18在开关装置10的接通状态下的横截面的实例。为了更好地示出相关步骤，省略了一些部件。第一端子触点17具有第一臂70、第二臂71和连接部件72。连接部件72将第一臂70连接到第二臂71。第一端子触点17具有半圆形的形式或者包含具有半圆形形式的部件。第一臂70的主方向大致平行于接触桥16的主方向。因此，流经第一端子触点17的第一臂70、第一固定触点12、第一可动触点14和端子桥16的负载电流I具有U形或U型。
第二端子触点18具有另一第一臂73、另一第二臂74和另一连接部件75。第二端子触点18具有半圆形的形式或者包含具有半圆形形式的部件。另外，流经端子触点16、第二可动触点15、第二固定触点13和第二端子触点18的另一第一臂73的负载电流I具有另一U形或另一U型。第一端子触点17的连接部件72靠近第二端子触点18的另一连接部件75。U形和另一U形都“位于”接触桥16上。U形的底部和另一U形的底部都指向阻挡件32。U形的开口具有与另一U形的开口相反的方向。
在负载电流I为高值的情况下，例如在短路的情况下，负载电流I在第一电弧23的位置处生成高磁场。这个磁场高于由永磁体系统35生成的磁场。磁场的方向用带点的圆圈表示，其中磁场从所述图的平面出来。对应地，磁场被表示为在磁场进入所述图的平面的位置处带十字的圆圈。
在负载电流I具有高值的情况下，例如在短路的情况下，第一端子触点70的第一臂17和桥触点16中的负载电流I在第一固定触点12和第一可动触点14的位置处生成磁场。类似地，桥触点16和第二端子触点18的第一臂73中的负载电流I在第二固定触点13和第二可动触点15的位置处生成磁场。
在接通状态下流经第一端子触点17的负载电流I具有一半圆形线的路径。流经第一端子触点17的负载电流I的路径首先在第一方向上延伸，然后在与第一方向成180度的角度α的第二方向上延伸。
图2C示出了例如在从接通状态转变到断开状态时处于断开状态下的图2B中所示的横截面。在负载电流I具有高值的情况下，例如在短路的情况下，第一端子触点70的第一臂17和桥触点16中的负载电流I在第一电弧23的位置处生成磁场，使得第一电弧23被驱动进入第一灭弧装置21中(未示出)。第一电弧23上的力F是洛伦兹(Lorentz)力。因此，第一电弧23被洛伦兹力驱动进入第一灭弧装置21。
此外，流经桥触点16和第二端子触点18的第一臂73的负载电流I在第二电弧24的位置处生成高磁场。因此，第二电弧24被驱动进入第二灭弧装置22。第二室46内的另一第一电弧和另一第二电弧被驱动进入另一第一灭弧装置21'和另一第二灭弧装置22'。
图2D示出了处于断开状态的图2B和图2C所示的横截面，其中负载电流I在相反方向上流动。同样，对于沿相反方向流动的负载电流I，力F驱动第一电弧23进入第一灭弧装置21的方向，并且驱动第二电弧24进入第二灭弧装置22的方向。有利地，此效应与负载电流I的方向无关。
图2E示出了在负载电流I为低值的情况下图2B至图2D的横截面。在负载电流I为低值的情况下，例如在标称电路或更小的情况下，由负载电流I生成的磁场低于由永磁体系统35生成的磁场。如图2E所示，第一电弧23和第二电弧24被驱动进入阻挡物32中。阻挡件32被配置成防止第一电弧23和第二电弧24组合为直接在第一端子触点17与第二端子触点18之间的共同电弧。此效应取决于负载电流I的方向。因此，在负载电流I流入相反方向的情况下，第一电弧23和第二电弧24被驱动进入第一灭弧装置21和第二灭弧装置22中(图2E中未示出)。这里，力F和两个电弧23、24的运动取决于负载电流I的方向和磁场的方向。
因此，第一电弧23被驱动进入第一灭弧装置21或朝向阻挡件32。并且，第二电弧24被驱动进入第二灭弧装置22或阻挡件32中。因此，两个电弧都被驱动进入两个灭弧装置21、22，或者都被驱动到阻挡件32。
第一开关室45和第二开关室46被配置成使得当第一开关室45内的两个电弧被驱动进入阻挡件32时，第二开关室46内的两个电弧被驱动进入另外的灭弧装置21'、22'。对应地，第一开关室45和第二开关室46被配置成使得当第一开关室45内的两个电弧被驱动进入灭弧装置21、22时，第二开关室46内的两个电弧被驱动进入另一阻挡件32'。
如图1所示，由永磁体系统35生成的磁场的方向等于由另一永磁体系统35'生成的磁场的方向。由于第一电弧23中的电流方向与另一第一电弧中的电流方向相反，所以第一电弧23或另一第一电弧23被驱动到灭弧装置21、21'中的一个。因此，负载电流I被成功地中断。这对于小于标称值的负载电流I有效。
因此，第一开关室45和第二开关室46中的四个电弧在负载电流I的低值以及负载电流I的高值(例如在短路的情况下)时熄灭。
图2F示出了开关装置10的可选实例，所述实例是上述实例的进一步发展。第一端子触点17被实现为四分之一圆形线。因此，负载电流I具有U形路径，所述U形路径流经第一端子触点17、第一固定触点12、第一可动触点14和接触桥16，如图1、图2B至图2E所示。实现所述第二端子触点18，例如所述第一端子触点17。
在接通状态下流经第一端子触点17的负载电流I具有四分之一圆形线的路径。也可以利用第一端子触点17和第二端子触点18的其它实例来实现吹出场回路。因此，通常，在接通状态下流经第一端子触点17的负载电流I可以具有八分之一圆形线与四分之三圆形线之间的路径，或者可以具有在四分之一圆形线与一半圆形线之间的路径。
流经第一端子触点17的负载电流I的路径首先在第一方向上延伸，然后在与第一方向成90度的角度α的第二方向上延伸。通常，第一方向可具有与第一方向成至少45度的角α。
图2G示出了开关装置10的可选实例，所述实例是上述实例的进一步发展。第一端子触点17被实现为角形件。第一端子触点17可以具有L形(大写字母L形)。端子触点17的第一臂70与接触桥16平行或近似平行。流经第一端子触点17的负载电流I的路径首先在第一方向上延伸，然后在与第一方向成α角的第二方向上延伸。端子触点17的第二臂71与端子触点17的第一臂70成α角。角度α可以在30°至150°之间的范围之外。角度α可以在60°至100°之间的范围之外。角度α例如可以是90°。第一臂70可以具有短的长度。第一臂70可以被配置成提供仅用于第一固定触点12的区域。实现所述第二端子触点18，例如所述第一端子触点17。
图2H示出了第一端子触点17的实例，所述实例是上述实例的进一步发展。第一端子触点17具有U形。第一端子触点17具有第一固定触点12的中部与U形的底部之间的第一长度L1。底部是U形的顶点。第一端子触点17具有端子连接孔19的中部与U形的底部之间的第二长度L2。第一长度L1与第二长度L2之间的差值DL的量可以小于20mm或10mm或8mm。在实例中，差值DL可以是5mm。第二长度L2大于第一长度L1。总线连接线、螺栓、销或螺钉可插入端子连接孔19中。
或者，未示出，第一长度L1可以大于第二长度L2。
图2I示出了第一端子触点17的实例，所述实例是上述实例的进一步发展。第一电弧流道25具有附接到第一端子触点17的第一部件76。第一电弧流道25具有附接到第一部件76的第二部件77。第一灭弧装置21可以固定到第二部件77上。第一端子触点17的主表面相对于第一电弧流道25的第一部件76具有第一角度β。第一臂70的主表面相对于第一电弧流道25的第一部件76获得第一角度β。第一臂70的主方向相对于第一电弧流道25的第一部件76具有第一角度β。第一角度β可以在13度与53度之间或者可以在23度与43度之间。在实例中，第一角度β可以取33度。
第一固定触点12的中部到第一电弧流道25的第一部件76的端部具有第一距离D1，所述第一距离平行于第一端子触点17的主表面或第一臂70的主方向测量。第一部件76的长度大约为D1/cosβ。实现第二端子触点18，例如第一端子触点17。第一距离D1可以在12mm与42mm之间，或者可以在17mm与32mm之间。在实例中，第一距离D1可获得22mm。
图2J示出了接触桥16的实例，所述实例是上述实例的进一步发展。第二电弧流道26附接到接触桥16。接触桥16的主表面相对于第二电弧流道26具有第二角度γ。第一可动触点14的主表面相对于第二电弧流道26获得第二角度γ。接触桥16的主方向相对于第二电弧流道26具有第二角度γ。第二角度γ可以等于或近似等于第一角度β。第二角度γ与第一角度β之间的差值可以小于12度、6度或3度。在实例中，第二角度γ可以取31度。
第一可动触点14的中部到第二电弧流道26的端部具有第二距离D2，所述第二距离是平行于接触桥16的主表面或接触桥16的主方向测量的。第二电弧流道26的长度约为D2/cosγ。实现第二可动触点16，例如第一可动触点14。第一距离D1可以等于或近似等于第二距离D2。第一距离D1与第二距离D2之间的差值可以小于8mm、6mm或2mm。在实例中，第二距离D2可以取21mm。
图2K示出了开关装置10的可选实例，所述实例是上述实例的进一步发展。开关装置10包含盖103。盖103包含第一部件104和第二部件105。第一端子触点17和另一第一端子触点17'与盖103齐平。第一端子触点17和另一第一端子触点17'不延伸超过盖103。第一端子触点17和另一第一端子触点17'布置在盖103的凹部105中。第一端子触点17和另一第一端子触点17'提供平坦表面。端子连接桥39实现在盖103的外部。散热器106连接到端子连接桥39。散热器106被配置成耗散由具有标称电流值的负载电流I生成的热量。散热器106可以由铝制成，例如阳极化铝。因此，端子触点17、17'、18、18'以节省空间的方式实现。
图3示出了开关装置10的实例，所述实例是上述实例的进一步发展。在图3中，示出了图1的开关装置10的另一视图。图3仅示出了载流部件和灭弧部件。在图3中，开关装置10被实现为具有模块化开关室的多极DC开关装置。开关装置10包含第三开关室47。通常，开关装置10可包含如图1所示的两个室45、46、如图3所示的三个室45至47、多于三个室或仅一个室。开关室可以简称为室。
实现第三室47，例如第一室45。因此，开关装置10包含附加的接触桥16"、附加的第一端子触点17"和第二端子触点18"、附加的第一固定触点12"和第二固定触点13"以及附加的第一可动触点14"和第二可动触点15"。开关装置10包含附加的第一灭弧装置21"和第二灭弧装置22"以及电弧流道25"至28"。开关装置10包含附加的永磁体系统35"，其具有附加的永磁体36"和附加的第一极板37"和第二极板38"。附加的接触桥16"、附加的第一端子触点17"和第二端子触点18"等是第三开关室47的一部分。
省略了图1所示的端子连接桥39。因此，开关装置10被配置成用于切换三个独立极。在三个极的负载电流I的方向已知的情况下，每个极的一个室足以熄灭每个极的电弧。
在未示出的可选实施例中，开关装置10可以包含端子连接桥39，其将第二端子触点18连接到另一第二端子触点18'。开关装置10可以包含附加的连接桥。另一第一端子触点17'可以通过附加的端子连接桥连接到附加的第一端子触点17"。因此，三个开关室45至47串联连接。接触桥16、另一接触桥16'和附加的接触桥16"串联连接。磁驱动器组合件40使接触桥16、另一接触桥16'和附加的接触桥16"平行地移动。因此，在开关装置10从接通状态转变到断开状态时，可以生成六个电弧。因此，跨越六个电弧之一的电压仅仅是第一端子触点17与附加的第二端子触点18"之间的总电压的一部分。室45至47的串联连接或接触桥16、16'、16"的串联连接允许切换更高的电压。
室45至47的并联连接或者接触桥16、16'、16"的并联连接允许切换更高的电流。负载电流I流经如图1所示的两个接触桥16、16'、如图3所示的三个接触桥16、16'、16"、三个以上的接触桥或仅一个接触桥。
室45至47的串联连接或室45至47的并联连接可以例如在制造开关装置10之后进行，例如在安装开关装置10的工厂内(例如在电动车辆内)。接触桥16、16'、16"的串联连接或接触桥16、16'、16"的并联连接可以例如在制造开关装置10之后执行。
如图3所示，在开关装置10中，组件组合件被模块化地使用。几个开关室45至47可以以不同的方式配置成具有不同特性的开关装置。具有改进的短路性能(例如对于甚至更高的标称电压)的DC开关装置10可以使用几个开关室45至47的电串联布置来实现，其中可动接触桥16、16'、16"由具有适当磁力的公共磁驱动器组合件40操作。耐短路DC开关装置10可以通过省略端子连接桥39而实现用于几个独立的电流路径。在图3中，示出了用于三个不同电流路径的DC开关布置。
接触桥、灭弧装置和磁驱动器的组件可以用于制造这里所示的开关装置10，但也可以用于其它开关装置。
开关装置10可以被实现为遥控开关装置或远程控制开关装置。开关装置10被配置成传导和切换具有高DC电压的高负载电流。开关装置10被配置成用于大量的切换事件。开关装置10被配置成安全地断开高于1kA或高于10kA或高于20kA的短路电流。开关装置10被配置成在高于500V或高于1000V的电压下断开负载电流。
开关装置10被配置成在不使用保险丝的情况下安全地控制短路电流。在断开高短路电流的情况下，富能电弧23、24通过磁吹场从切换触点12快速移动到切换触点15，并在灭弧装置21、22中快速熄灭。永磁体系统35通常被配置成用于切换DC标称电流。然而，在短路的情况下，这些永磁体系统35通常不用于实现短的断开持续时间。通过形成接触桥16、第一端子触点17和第二端子触点18以及任选地其它部分的几何形状，磁场被增加了高的因子成为所谓的磁吹场回路。这个磁场在短路情况下生成，并对电弧23、24产生影响。
如图1所示，第一端子触点17和第二端子触点18包含呈U形的大回路，其中第一固定触点12和第二固定触点13被布置在大回路的外端。由铜制成的穿过盖103或开关装置10的外壳的短螺栓直接连接到开关室45、46内部的大回路。当在短路的情况下断开固定触点12和可动触点15时，由电流回路的动态场生成强磁力，这对两个生成的电弧23、24产生影响。两个电弧23、24通过可以连接到例如接触桥16的端部的电弧流道25至28被驱动进入独立于负载电流I的方向的两个灭弧装置21、22的方向。
在短路的情况下，两个电弧23、24当在灭弧装置21、22中运行时由于动态吹出场效应而被分成几个部分电弧。部分电弧的电压是分隔板30的数量的函数。对于每个灭弧装置21、22，部分电弧的电压被合计为总电压ULK。整个开关室45、46两端的总电压获得对应于基尔霍夫(Kirchhoff)网格定律的2ULK的值。当此总电压，或者可选地单个灭弧装置21、22两端的电压大于驱动电压时，电弧23、24熄灭并且负载电流I中断。
有利地，开关装置10包含具有相同结构的第二开关室46，以分离特别高电压的电流。第二开关室46与第一开关室45串联电连接。第二开关室46的另一接触桥16'通过磁驱动器组合件40与第一开关室45的接触桥16同步。两个开关室45、46的串联耦合通过在布置在附近的两个开关室45、46的两个端子触点18、18'之间具有足够横截面的导电连接来实现。在短路的情况下，形成四个电弧23、24，每个电弧由动态吹出力F驱动进入电弧区分装置21、22、21'、22'。此开关装置10的总电弧电压被加倍，达到ULK的四倍，从而增加了熄灭电弧23、24的能力。
当将DC低电流切换到较小的过电流时，具有两个串联耦合的相同开关室45、46的开关装置10具有另一行为。在这种情况下，由有效永磁体系统35、35'生成的磁场占主导，所述有效永磁体系统在两个开关室45、46中具有永磁体36、36'。永磁体系统35、35'以这样的方式定向，即两个开关室45、46中的一个中的两个电弧根据负载电流I的方向通过流道25至28在两个灭弧装置21、22、21'、22'的方向上被驱动，其中另一个开关室45、46的两个电弧在彼此相反的方向上移动。
电弧阻挡件或阻挡件32布置在接触桥16的中间。阻挡件32被实现为板。阻挡件32固定在开关移动的方向上。阻挡件32由温度不敏感的隔离材料实现。因此，阻挡件32被配置成抑制两个电弧23、24的短路。阻挡件32被配置成使得接触桥16被安装在阻挡件32的中间。
接触弹簧44也插入其中。销102提供安全引导，并且接触弹簧44使用具有固定装置的引导部件在切换程序期间提供接触桥16的足够接触力。引导部件布置在接触弹簧44的一侧与接触桥16之间。此外，在接通程序的情况下，接触弹簧44提供必要的接触力。阻挡件32在磁驱动器组合件40的方向上通过接触桥16的接触桥支架29耦合到电枢43。在常规断开程序的情况下，接触桥16与阻挡件32一起在断开位置的方向上移动。由于压配合连接，沿接触桥16的中间方向行进的电弧不能在阻挡件32的另一侧上形成基点，并且被阻止沿第二电弧24的方向进一步移动。因此，抑制了两个电弧23、24的短路。
在具有相对低的短路功率的过电流或短路的情况下，情况有所不同。在这种情况下，在触点刚断开之后的阶段，首先由端子触点17、18和接触桥16生成的动态磁场占主导，使得两个开关室45、46的电弧24、24在对应的灭弧装置21、22、21'、22'的方向上移动。流经接触桥16的负载电流I的水平通过电弧能量的减小而减小，所述电弧能量的减小是通过灭弧装置21、22、21'、22'中的电弧的进入而实现的。对应地，降低了动态吹出场的水平。这导致永久磁场对电弧23、24的影响增加。这可能导致一个开关室45、46，在负载电流I水平降低的阶段中，两个电弧23、24的运动方向反向，并且电弧23、24在朝向彼此的方向上运动，并因此在阻挡件32的方向上运动，所述两个电弧在开始时在灭弧装置21、22、21'、22'的方向上运动。
两个电弧23、24的短路可以由阻挡件32有效地抑制，也是在短路电流高于开关装置10的动态提升极限的情况下。在这种情况下，由动态洛伦兹力生成的接触桥16的打开运动实现了接触桥16的背侧在阻挡件32上的二维压力，使得在提升阶段期间也在接触桥16的背侧上禁止电弧23、24跨越阻挡件32的运动，因为阻挡件32和接触桥支架29在该方向上具有运动自由度并且独立于桥101的位置。
阻挡件32可以被实现为使得阻挡件32是接触桥支架29在开关移动方向上的延伸或伸长。接触桥支架29和阻挡件32可以被实现为一个零件或一个部件。开关装置10被建设性地实现，使得在接触桥16的打开运动的情况下、在标称电流的情况下以及在由短电流生成的动态提升的情况下，执行接触桥16的整个范围与阻挡件32的隔离材料的二维耦合。
根据开关装置10的典型应用，开关装置10可能不得不在较高电流或短路电流下仅经受有限数目的开关事件。因此，对于标称电流上的有限数目的开关事件，在适当选择的隔离材料上隔离阻挡件32的能力是足够的。
开关装置10具有高短路开关性能。开关装置10以适合在电动车辆中使用的紧凑形式实现。在传统开关装置的情况下，磁芯42布置在开关室45的底部并刚性地耦合到开关室45。移动磁电枢43可以完全直接布置在磁芯42上方和/或浸没在磁芯42中。接触桥支架29承载可动接触桥16。接触桥支架29由隔离材料制成。桥101在电枢43的指向磁芯42的一侧刚性地耦合到电枢43。
在图1和图2A所示的磁驱动器中，电枢43具有T形。可动电枢43布置在壳体的底部。磁芯42具有C形。磁芯42在开关室45的方向上直接布置在上方，并且刚性地耦合到驱动器的壳体。接触桥支架29在电枢43的面向开关室45的上侧处没有完全固定在磁驱动器之外。沿电枢43的纵向臂的外侧实现与电枢43的连接。因此，下部下降到磁芯42的水平上，使得磁驱动器的完整布置使用比传统磁驱动器更小的面积，导致在开关方向上非常紧凑地实现开关装置10。
开关装置10被实现为遥控开关装置。开关装置10被配置成用于传导和切换双向负载电流I和双向过电流。负载电流I可以高于100A。过电流可以是例如短路电流。开关装置10被实现用于负载下的大量开关事件，其中所述数量可以高于50,000。或者，所述数量可以高于100,000或500,000。
开关装置10以空间有效的方式制造。开关装置10包含与盖103的前侧均匀布置的端子触点17、18，所述端子触点伸入开关室45中并且在开关室45内以U形布置。此外，开关装置10包含可动接触桥16，其布置在端子触点17、18下方。另外，开关装置10包含有效的电弧驱动器和灭弧装置，其具有位于固定触点和可动触点12至15的端部的电弧流道25至28以及附接到这些部件的灭弧装置21、22。灭弧装置21、22被实现为去离子化灭弧装置，缩写为Deion灭弧装置。另外，开关装置10包含U形永久磁弧驱动器装置，所述U形永久磁弧驱动器装置包围所述装置，用于在短路情况下生成有效的动态磁吹出场，以及用于在标称电流和短路电流情况下快速电弧移动和熄灭。
接触桥16以及第一端子触点17和第二端子触点18具有短的长度，用于在承载高标称电流时限制电流热量。
开关装置10包含由隔离材料制成的阻挡件32，所述阻挡件在接触桥16的中部处包围可动接触桥16，用于防止两个电弧23、24短路。
用于接触桥16的接触桥支架29平行于电枢43被引导并且以节省空间的方式实现。
两个或更多个相同或几乎相同的开关室45至47以模块化概念以并联布置方式布置，所述开关室彼此串联连接以用于切换具有高标称电压的DC电流，或者所述开关室被配置成用于并联传导和切换若干DC负载电流I。
开关装置10使用例如具有电子快速去激励或快速放电的传统电磁驱动器来实现非常短的断开时间以用于快速断开短路电流。断开信号到触点完全断开之间的时间可以小于5毫秒。或者，所述时间小于2.5毫秒。或者，所述时间小于1毫秒。电磁驱动器具有减小的质量。此接触桥16的电枢43和接触桥支架29对质量有贡献。开关装置10显示出高接触压力和高排斥力。磁路通过使用成束的金属片实现了具有低涡流的构造，并因此适于快速再磁化。可以在没有外部辅助能量源的情况下实现快速场放电。
开关装置10可以被实现为电子控制开关装置。开关装置10可以包含集成霍尔(Hall)传感器装置或另一电流传感器，用于在高过流和短路电流的情况下快速断开线圈电流。开关装置10可以具有外部信号输入，用于在外部紧急事件的情况下遥控快速断开。开关装置10可以包含辅助触点装置，所述辅助触点装置具有与主触点互补的镜触点功能，所述主触点承载并切换负载电流，用于永久控制开关功能。
元件符号
10 开关装置
12、12'、12" 第一固定触点
13、13'、13" 第二固定触点
14、14'、14" 第一可动触点
15、15'、15" 第二可动触点
16、16'、16" 接触桥
17、17'、17" 第一端子触点
18、18'、18" 第二端子触点
19、20、19' 端子连接孔
21、21'、21" 第一灭弧装置
22、22'、22" 第二灭弧装置
23 第一电弧
24 第二电弧
25至28 电弧流道
29 接触桥支架
30 分隔板
31 芯体
32 阻挡件
35、35'、35" 永磁体系统
36、36'、36" 永磁体
37、37'、37" 第一极板
38、38'、38" 第二极板
39 终端连接桥
40 磁驱动器组合件
41 线圈
42 磁芯
43 电枢
44 接触弹簧
45 第一开关室
46 第二开关室
47 第三开关室
70、73 第一臂
71、74 第二臂
72、75 连接部件
101 桥
102 销
103 盖
104、105 部件
105 凹部
106 散热器
108 凹口
D1、D2 距离
F 力
I 负载电流
L1、L2 长度
α、β、γ 角

Claims (15)

1.一种开关装置，其包含
-第一端子触点(17)，
-第一固定触点(12)，其被布置在所述第一端子触点(17)处，
-接触桥(16)，
-第一可动触点(14)，其被布置在所述接触桥(16)处，以及
-磁驱动器组合件(40)，其包含线圈(41)和电枢(43)，
其中所述电枢(43)耦合到所述接触桥(16)，
其中所述第一固定触点(12)在所述开关装置(10)的接通状态下与所述第一可动触点(14)接触，
其中所述第一固定触点(12)在所述开关装置(10)的断开状态下不与所述第一可动触点(14)接触，并且
其中所述第一端子触点(17)具有弯曲形式，使得流经所述第一端子触点(17)、所述第一固定触点(12)、所述第一可动触点(14)和所述接触桥(16)的负载电流(I)在所述接通状态下具有U形路径。
2.根据权利要求1所述的开关装置，
其中所述第一端子触点(17)形成所述U形路径的第一臂，
其中所述接触桥(16)形成所述U形路径的第二臂，并且
其中所述第一可动触点(14)和所述第一固定触点(12)是所述第一臂与所述第二臂的耦合的一部分。
3.根据权利要求1或2所述的开关装置，
其中在所述接通状态下流经所述第一端子触点(17)的所述负载电流(I)具有八分之一圆形线与四分之三圆形线之间的路径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的开关装置，
其包含盖(103)，其中所述第一端子触点(17)与所述盖(103)齐平。
5.根据权利要求1至4所述的开关装置，
其中所述第一端子触点(17)具有U形，
其中所述第一端子触点(17)具有在所述第一固定触点(12)的中部与所述U形的底部之间的第一长度(L1)以及在所述第一端子触点(17)的端子连接孔(19)的中部与所述U形的所述底部之间的第二长度(L2)，并且
其中所述第一长度(L1)和所述第二长度(L2)之间的差值的量小于20mm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的开关装置，
其中所述磁驱动器组合件(40)包含磁芯(42)，所述磁芯保持所述线圈(41)，
其中所述接触桥(16)在从所述断开状态转变到所述接通状态时从所述磁芯(42)移开。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的开关装置，其中在所述接通状态下流经所述第一端子触点(17)、所述第一固定触点(12)、所述第一可动触点(14)和所述接触桥(16)的所述负载电流(I)的所述路径在第一平面中延伸或近似延伸，并且
其中所述接触桥(16)在所述接通状态与所述断开状态之间的移动具有平行于所述第一平面的方向(M)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的开关装置，其包含
第一电弧流道(25)，其被布置在靠近所述第一固定触点(12)的所述第一端子触点(17)处，以及
第二电弧流道(26)，其被布置在靠近所述第一可动触点(14)的所述接触桥(16)处。
9.根据权利要求8所述的开关装置，其包含
第一灭弧装置(21)，其用于熄灭起源于所述第一固定触点(12)与所述第一可动触点(14)之间的第一电弧(23)，并且
其中所述第一灭弧装置(21)连接到所述第一端子触点(17)和/或所述第一电弧流道(25)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的开关装置，
其中第一电弧(23)在所述接通状态与所述断开状态之间转变时在所述第一固定触点(12)与所述第一可动触点(14)之间生成，并且
其中流经所述第一端子触点(17)、所述第一固定触点(12)、所述第一电弧(23)、所述第一可动触点(14)和所述接触桥(16)的所述负载电流(I)具有U形。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的开关装置，其包含
-第二端子触点(18)，
-第二固定触点(13)，其被布置在所述第二端子触点(18)处，以及
-第二可动触点(15)，其被布置在所述接触桥(16)处，
其中所述第二固定触点(13)在所述开关装置(10)的所述接通状态下与所述第二可动触点(15)接触，并且
其中所述第二固定触点(13)在所述开关装置(10)的所述断开状态下不与所述第二可动触点(15)接触。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的开关装置，其包含接触桥支架(29)，所述接触桥支架被布置在所述接触桥(16)处并且包含阻挡件(32)，
其中所述阻挡件(32)位于所述第一端子触点(17)与所述第二端子触点(18)之间。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的开关装置，其进一步包含
-另一第一端子触点(17')，
-另一第一固定触点(12')，其被布置在所述另一第一端子触点(17')处，
-另一第二端子触点(18')，
-另一第二固定触点(13')，其被布置在所述另一第二端子触点(18')处，
-另一接触桥(16')，以及
-另一第一可动触点(14')和另一第二可动触点(15')，其被布置在所述另一接触桥(16')处。
14.根据权利要求13所述的开关装置，
其中所述开关装置(10)是可操作的
-用于所述接触桥(16)和所述另一接触桥(16')的单独电路，
-用于所述接触桥(16)和所述另一接触桥(16')的串联电路，以及
-用于所述接触桥(16)和所述另一接触桥(16')的并联电路。
15.一种用于操作开关装置的方法，其包含
-使第一固定触点(12)在所述开关装置(10)的接通状态下与第一可动触点(14)接触，以及
-使所述第一固定触点(12)在所述开关装置(10)的断开状态下不与所述第一可动触点(14)接触，
其中所述第一固定触点(12)被布置在第一端子触点(17)处并且所述第一可动触点(14)被布置在接触桥(16)处，
其中所述开关装置(10)包含磁驱动器组合件(40)，所述磁驱动器组合件包含线圈(41)和电枢(43)，
其中所述电枢(43)耦合到所述接触桥(16)，并且
其中所述第一端子触点(17)弯曲，使得流经所述第一端子触点(17)、所述第一固定触点(12)、所述第一可动触点(14)和所述接触桥(16)的负载电流(I)在所述接通状态下具有U形路径。
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