CN112703572A - 具有紧凑结构的开关和转换开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关(1)，其包括适于容纳开关部件的开关本体(2)、从该开关本体伸出的至少两个端子触头(34、40)、能够在操作位置和断开位置之间移动的至少一个活动触头(29)，在操作位置中，活动触头在所述至少两个端子触头之间电气连接，在断开位置中，活动触头在所述至少两个端子触头之间电断开。该开关还包括移动机构(6)，该移动机构包括机动装置(9)和用于活动触头的支撑滑动元件(21)，该支撑滑动元件由移动机构和机动装置驱动，以便使活动触头能够在操作条件和断开位置之间移动。

Description

具有紧凑结构的开关和转换开关

技术领域

本发明涉及具有创新性的结构和功能构造以实现更紧凑结构的开关和转换开关。

更具体地但非排他地，本发明涉及转换开关，其适用于涉及大电流的工业应用，特别是在铁路领域。

背景技术

如在该特定技术领域中众所周知的，开关是可以“建立”或“断开”电路的电气部件，以中断电流或将其从一个导体转移到另一个导体。开关的机构在操作时会移除或恢复电路中的导电路径。

一种特定类型的开关是隔离开关。隔离开关用于确保电路完全断电以进行维修或维护。此类开关经常用于配电和工业应用中，在这些应用中，必须拆除机械的驱动电源以进行调节或维修。高压隔离开关用于变电站，以允许隔离诸如断路器、变压器和传输线之类的设备，以进行维护。隔离开关通常不用于电路的正常控制，而仅用于安全隔离。隔离开关可以手动或自动操作。

与负载开关和断路器不同，隔离开关缺少抑制电弧的机构，在载有大电流的导体电中断时出现这样的电弧。因此，它们是卸载装置，旨在仅在电流被一些其它控制装置中断后才打开。

在某些已知类型的应用中，当触头中断时，也可以使用另一个触头与不同的电路建立连接。

这就是所谓的“转换触头”或“转换开关”的情况，其中精确地设置了一组三个电触头，并且中断与一个装置的接触，然后与另一个装置建立接触。触头的控制可以是手动的，也可以是电子控制下的隔离开关的一部分。隔离开关可以由多于一组的转换触头组成。

一组三个触头称为极。转换隔离开关可以有一个或多个极。极中的触头可以由诸如钨、银合金或镀金之类的材料构成，这些材料坚硬且耐烧毁和腐蚀，或者如果没有可预见到的电弧，则可以是简单的铜。

转换开关可以具有不同的构造：单刀双掷或单极开关是仅从一个装置切换到另一个装置的拨动开关，而双掷或单刀双掷中心关闭开关具有两个“接通”位置和一个“断开”位置。

然而，这种类型的开关通常太大，尤其是在其中需要优化空间以组织尽可能多的电路的那些应用中。

鉴于此，例如，专利申请JP2,878,417B2描述了一种转换开关，该转换开关使用具有需要较小空间的两个并联连接的引线开关的布置。

尽管这种布置提供了无疑的优点，但是仍然存在缺点，特别是由于这种特殊布置而需要更复杂的内部结构以及其它尺寸增大。

发明内容

本发明的技术问题在于提供一种具有更紧凑构造的开关。

本发明的另一个目的是提供一种开关，其可以在额定电流方面保证更有效的操作，以支持高水平的短路电流。

本发明的另一个目的是提供一种开关，其可以保证更高的可靠性和长的使用寿命。

本发明的另一个目的是提供一种不需要复杂的制造成本的开关装置。

最后，本发明的目的是提供一种开关，其可以保证容易地安装在复杂的电气系统上。

基于本发明的解决方案的思想是提供一种更紧凑的机构，该机构能够在至少两个触头之间的互连中提供有效的断开，同时在需要时与另一个触头建立连接。

根据以上解决方案思想，该技术问题通过一种开关来解决，该开关包括适于容纳开关部件的开关本体、从该开关本体伸出的至少两个端子触头、能够在操作位置和断开位置之间移动的至少一个活动触头，在操作位置中，活动触头在所述至少两个端子触头之间电气连接，在断开位置中，活动触头与所述至少两个端子触头电断开。该开关还包括移动机构，该移动机构包括电动机动装置和用于活动触头的支撑滑动元件，该支撑滑动元件由移动机构和机动装置驱动，以便使活动触头能够在操作位置和断开位置之间移动；所述活动触头是相对于所述支撑滑动元件横向延伸的板杆。

优选地，开关本体适合于容纳所有开关部件。

优选地，活动触头适于在所述至少两个端子触头之间建立物理和电气连接，并且适于使所述至少两个端子触头之间的所述物理和电气连接脱离。

该结构保证获得允许可靠且有效的电气连接和断开的开关。

此外，该开关包括用于活动触头的每个位置的至少一个可释放的夹持装置，用于夹持所述活动触头的至少一个端部。

有利地，该可释放的夹持装置确保了用于电气连接的活动触头的正确定位和支撑。

根据本发明的一个特定方面，所述开关包括至少两个可释放的夹持装置，所述至少两个可释放的夹持装置对应于活动触头到达的每个位置而固定在开关本体中，并且其中所述至少两个可释放的夹持装置在活动触头的两个相对端部处定位在这些位置上。

有利地，由于这种特殊的构造，开关在结构上达到了良好的平衡，避免了活动触头的可能变形以及开关部件之间的错误连接。

根据本发明的另一方面，该开关还包括至少一个引导系统，该引导系统沿开关本体的中心轴线居中地延伸，以便在操作位置与断开位置之间引导活动触头；所述板杆相对于所述引导件横向延伸。

该特定方面允许在操作位置与断开位置之间快速且正确地运动。

优选地，移动机构是旋转运动机构。

根据本发明的一个特定方面，该旋转运动机构包括至少一对齿轮，这些齿轮通过机动装置运动，该对齿轮又至少移动杆，该杆连接到活动触头的支撑滑动元件，以便在活动位置和断开位置之间移动活动触头。

有利地，这种结构构造允许开关的非常紧凑的整体结构，同时保证有效的操作。

根据转换开关的特定方面，提供了另外的第三固定端子触头，使得当两个触头之间的连接断开时，在另外两个触头之间建立连接。

优选地，根据后一方面，机动装置使所述至少一个活动触头在第一位置和第二位置之间移动，该第一位置在两个端子触头之间建立物理和电气连接，第二位置在包括所述第三固定触头的其它两个端子触头之间建立物理和电气连接，同时使第一位置的所述物理和电气连接脱离。

该解决方案是紧凑的，并且在开关内建立不同的电气连接是快速的。

根据另一方面，至少一个端子触头连接到在开关本体的周边上延伸的接触条。

优选地，活动触头可以通过至少一个连接部分在不同的操作位置上联接到接触条。

根据另一个优选方面，开关本体能够以模块化的方式连接到类似的开关本体。该方面允许创建这样的单个空间安全的结构，其适合于电气连接和断开的更复杂的操作。

最后，必须注意，该开关适于在对应的电气系统中实施，特别是但不仅限于高压应用。

本发明的开关的进一步的特征和优点将从以下参考附图以非限制性示例的方式给出的描述中变得更加明显。

附图说明

-图1示出了根据本发明实现的开关的透视图；

-图2示出了图1的开关的后透视图；

-图3示出了处于操作构造中的图1的开关的前示意图；

-图4示出了处于另一操作构造中的图1的开关的前示意图；

-图5示出了处于另一操作构造中的图1的开关的前示意图。

具体实施方式

参考附图，附图标记1整体地、示意性地示出了根据本发明实现的转换开关。

该开关专门用于工业应用，其中必须以安全可靠的方式连接或断开高直流电流电路。

转换开关1提供了开关本体2，该开关本体包括开关1的所有运动部分，这将在下文中公开。

在图1所示的特定实施例中，将具体公开一种转换开关，但是相同的机构可以应用于隔离开关中。

在图1的所描述的示例性实施例中，开关本体具有大致平行六面体的形状，其深度远小于其它两个维度。

此外，具体地，图1示出了根据本发明的开关1，其前表面被移除以示出容纳在开关本体2中的元件，但是未示出马达以示出下面的元件。

开关本体2包括基部3，该基部适于通过两个凹口4连接在更复杂的系统内，或者简单地用作开关1的支撑件。

开关1在内部可以分为两个主要部分，靠近基部3的下部部分5和立在所述下部部分5之上的上部部分7，移动机构6容纳在下部部分中，电气连接组8容纳在上部部分中。这些空间参考涉及在竖直位置延伸的开关的安装。

移动机构6包括机动装置9。在优选实施例中，机动装置9是电动马达。移动机构6优选是旋转运动机构。

机动装置由水平隔板11覆盖，以保护机动装置9并划分下部部分5和上部部分7。

机动装置可操作地连接到齿轮系统12，该齿轮系统包括主齿轮13和副齿轮14。齿啮合在开关本体的深度方向上进行。

轴15连接在主齿轮13的平面表面16上。在图1所示的示例性实施例中，轴具有三个凸耳形状，以便更好地分配力。

杆17在其一个端部18上连接到轴15的一个凸耳19。因此，主齿轮13的旋转引起轴15的旋转，并且因此导致杆17的平移运动。

换句话说，轴15和杆17表示活塞杆/曲轴机构。

杆17还表示在下部部分5和上部部分7之间的连接。

杆17在相对端部20上沿开关本体2的深度方向具有U形截面。

U形相对端部20的腔与支撑滑动元件21互补。

支撑滑动元件21包括平行设置的前板22和后板23，大致在前板22和后板23的平均尺寸处，该前板和后板在开关本体的深度方向上通过连接部分24横向连接。换言之，支撑滑动元件在开关本体2的深度方向上是H形的。

前板22具有矩形截面，其中在下侧上具有面向杆17的凹部25。凹部25插入在杆17的U形相对端部20的腔中，并且优选地由横向销固定。

后板23在开关本体2的后表面26上。

优选地，在后板23和后表面26之间沿着开关本体2的中心轴线插置有引导件27。在所描述的实施例中，引导件27具有Ω形轮廓，并且后板23具有带凹槽28的相对应的形状，以在引导件27上滑动。

没有限制使用支撑滑动元件21可以在其上滑动的其它类型的引导件27。

活动触头29放置在连接部分24的上侧30上，并且例如通过螺钉或螺栓进行固定。活动触头29是相对于引导件27横向延伸的板条或板杆。

因此，支撑滑动元件21的滑动引起活动触头29的平移运动。

在支撑滑动触头21和活动触头29的下部位置处，在板条活动触头29的相对端部处设置有用于电气连接和夹持作用的一对夹持装置31。这些夹持装置31是向上取向的。

相比之下，在支撑滑动触头21和活动触头29的上部位置处，在活动触头29的相对端部处设置有一对相对的夹持装置32，相对的夹持装置32的夹持部分面向夹持装置31的夹持部分，因此是向下取向的。

因此，活动触头29通过支撑滑动触头21在两个末端位置之间移动，在末端位置中，活动触头分别被夹持装置31和相对的夹持装置32锁定就位。

在附图所示的特定实施例中，夹持装置32是特定的小型钳子，但是在不脱离由权利要求书限定的保护范围的前提下，不限制使用其它不同的可释放锁定装置。

对于每个活动触头29位置，也不限制仅使用一个夹持装置32。

对于每个活动触头29位置，优选使用两个夹持装置32构造，因为该构造保证了更好的结构平衡。

在开关本体2的侧向侧49上设有开口33。

端子触头34通过该开口33伸出。

端子触头34与接触条35相关联，该接触条从侧向侧49上的开口33在周边延伸到开关本体2的相对侧37的上端部36处。

在活动触头29的两个末端位置处，设置有与开口33平行的另外两个开口38和39。

两个对应的端子触头40和41从开口38和39伸出。在隔离开关中，仅提供从开口38伸出的端子触头40。

两个对应的连接元件42和43设置在开口38和39的相对侧37处，与接触条35接触。当活动触头处于其末端位置时，连接元件42、43允许接触条35与活动触头29连接并且分别连接到对应的端子触头40或41。

换言之，取决于活动触头29沿着接触条35的位置，相应地在端子触头34与端子触头40、41之间提供两种可供选择的连接构造。

在端子触头34相对于对应的端子触头41位于相对侧的情况下，不需要接触条35来使开关1正确地工作。

此外，在简单隔离开关的情况下，仅设置一个连接元件42。

在不背离所主张的权利要求所定义的保护范围的情况下，其它构造也是可能的。根据所需的连接构造，可以通过对应的开口(33、38、39和靠近端子42的开口(未在图中示出))在例如开关本体2的相对侧或不同侧上提供端子触头34、40、41的不同定位。

如图2所示，根据本发明的开关1的另一个重要特征是在开关本体2的外部存在与开关1的后侧相关联的电子板44。

该电子板44设置成用以调节对机动装置9的电力供应。更具体地，在本示例性但非限制性的实施例中，电子板44被构造为在预定的计划时间内向线圈提供正确的电压和电流值。

这些正确的电压和电流值的提供与控制电源的可能偏差无关，并且在-40℃至+75℃之间的操作温度变量范围内提供。

通过安装在电子板44上的散热元件和电路恢复装置，可以确保电子板44的高可靠性工作条件。

此外，根据更严格的铁路要求，控制板44设置有适当的抵抗辐射和传导干扰的能力。

提供了至少1500V(在50Hz下，在60s内)相对于地面的进一步特定绝缘。

电子板44安装在距开关本体2预定小距离处。在这方面，在开关本体2的后表面上设置有支柱45。

这些支柱45在开关本体2的结构中一体地形成为具有开口端的圆柱形，以容纳固定螺钉46的插入。

在电子板44上的保护盖47上设有用于固定螺钉46通过的孔48。该保护盖47优选地是方形的，具有倒圆形状的边缘。

从电子板提供外部电子连接48，以穿过保护盖47中的特定孔。

下面将描述根据本发明的开关的操作，特别是看示例性图3至图5，其示出了在移动机构6的运动期间的三个阶段。

机动装置9的致动使齿轮系统12旋转。主齿轮13的旋转引起连接在主齿轮13的平面表面上的轴15的旋转。轴15的旋转引起杆17的平移运动，杆的一端连接到轴15的一端。杆17的平移运动在支撑滑动元件21上并且因此引起活动触头29的推拉动作。在支撑滑动元件21和活动触头29的末端位置处，设置至少一个、优选两个夹持装置32，以便将活动触头21保持就位。在活动触头29的每个末端位置处，一个端子触头40、41伸出到开关本体2的外部。活动触头29与这样的部件形成电路经：端子触头40或41；在开关本体2的相对侧上的连接元件42或43；与该连接元件接触并且沿周边延伸到端子触头34的接触条35，该端子触头34在本实施例中位于端子触头40、41的同一侧上。

这样，通过可操作地连接到移动机构6的活动触头29的移动，可以在两个可能的电气路径之间切换。

在普通的隔离开关中，仅提供了两个端子触头34、40，因此齿轮系统12和轴15的旋转以及杆17和支撑滑动元件21的相应平移运动仅会引起活动触头29在端子触头34、40之间具有电气连接的操作位置与断开位置之间的运动。

有利地，开关1具有紧凑结构，该紧凑结构由采用齿轮系统12的移动机构6和活塞杆/曲轴类型的机构的特殊构造保证。

此外，有利地，本解决方案既可以应用于隔离开关，其中移动机构6断开两个端子触头之间的物理和电气连接，又可以应用于转换开关，其中两个端子触头之间的物理和电气断开对应于形成两个其它端子触头之间的物理和电气连接。

仍然有利地，开关1的结构允许其与公共基座串联连接，以便获得具有空间安全结构的更大和更复杂的开关。

另一个优点是由于移动机构6本身具有简单的构造并提供了简单的操作，因此很难受到重要故障的影响，并且易于修理。因此，该开关提供了更高的可靠性以及快速而廉价的维护。

另一个优点是由于端子触头的不同可能构造，其可以以最小的变化从开关本体的不同侧伸出，从而允许将开关1以不同的布置安装在不同的电路中。

因此，本发明适用于需要大电流开关的大多数应用。

本发明的另一个优点是，它可以简单地由任何部门的操作者使用，不需要任何特定知识，而只是基于可见的连接要求。

本发明的另一个优点是，它不需要特定的制造，这对于明显打算大量生产的部件来说是重要的。

有利地，根据本发明的隔离开关也可以用于高交流电流应用中。

最后，开关1可以在更复杂的电气系统中实施。

在前面的描述中，方向性术语如：“向前”、“向后”、“前”、“后”、“上”、“下”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”、“垂直”和“横向”，以及任何其它类似的方向性术语，仅涉及附图中所示的装置，并不涉及该装置的可能使用。因此，这些方向性术语在用于描述在水平表面上处于竖立竖直位置的接触器时，其含义仅为相对于装置的另一部分来标识装置的一部分，如图中所示。

如本文所用，术语“包括”及其派生词是开放式术语，其指定存在所述特征、元件、部件、组、整数和/或步骤，但不排除其它未声明的特征、元件、部件、组、整数和/或步骤的存在。该概念也适用于具有类似含义的单词，例如，术语“具有”、“包含”及其派生词。

此外，当以单数形式使用时，术语“构件”、“部段”、“部分”，“部”和“元件”可以具有单个部分或多个部分的双重含义。

Claims (13)

1.一种开关(1)，其包括：

开关本体(2)，所述开关本体适于容纳开关部件；

至少两个端子触头(34、40)，所述至少两个端子触头从所述开关本体(2)伸出；

至少一个活动触头(29)，所述至少一个活动触头能够在操作位置和断开位置之间移动，在所述操作位置中，所述活动触头(29)电气连接在所述至少两个端子触头(34、40)之间，在所述断开位置中，所述活动触头(29)与所述至少两个端子触头(34、40)电断开；

其特征在于，所述开关还包括

移动机构(6)，所述移动机构包括电动机动装置(9)；

支撑滑动元件(21)，所述支撑滑动元件用于所述活动触头(29)，由所述移动机构(6)和所述机动装置(9)驱动，以使所述活动触头(29)在所述操作位置和所述断开位置之间移动；

所述活动触头(29)是相对于所述支撑滑动元件(21)横向延伸的板杆。

2.根据权利要求1所述的开关(1)，其还包括用于所述活动触头(29)的每个位置的至少一个可释放的夹持装置(32)，用于夹持所述活动触头(29)的至少一个端部。

3.根据权利要求2所述的开关(1)，其包括至少两个可释放的夹持装置(32)，所述至少两个可释放的夹持装置对应于所述活动触头(29)所要到达的每个位置而固定在所述开关本体中，并且其中所述至少两个可释放的夹持装置(32)在所述活动触头(29)的两个相对端部处定位在这些位置上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的开关(1)，其还包括至少一个引导件(26)，所述引导件沿着所述开关本体(2)的中心轴线居中地延伸，以便在所述操作条件和所述断开位置之间引导所述活动触头(29)；所述板杆相对于所述引导件(26)横向延伸。

5.根据前述权利要求中任一项所述的开关(1)，其中所述活动触头(29)适于在所述至少两个端子触头(34、40)之间建立物理和电气连接，并且适于使所述至少两个端子触头(34、40)之间的所述物理和电气连接脱离。

6.根据前述权利要求中任一项所述的开关(1)，其中所述移动机构(6)是旋转运动机构。

7.根据权利要求6所述的开关(1)，其中所述旋转运动机构包括由所述机动装置(9)移动的齿轮系统(12)，所述齿轮系统(12)继而至少移动轴(15)和杆(17)，所述杆(17)连接到用于所述活动触头(29)的所述支撑滑动元件(21)，以便使所述活动触头(29)在所述操作位置和所述断开位置之间移动。

8.根据前述权利要求中任一项所述的开关(1)，其包括另外的第三固定端子触头(41)。

9.根据权利要求8所述的开关(1)，其中所述机动装置(9)使所述至少一个活动触头(29)在第一位置和第二位置之间移动；所述第一位置在两个端子触头(34、40)之间形成物理和电气连接；所述第二位置在包括所述第三固定端子触头的另两个端子触头(34、41)之间建立物理和电气连接，同时使第一位置的所述物理和电气连接脱离。

10.根据前述权利要求中任一项所述的开关(1)，其中至少一个端子触头(34)连接到接触条(35)，所述接触条(35)在所述开关本体(2)的周边上延伸。

11.根据权利要求10所述的开关(1)，其中所述活动触头(29)能够通过至少一个连接元件(42)在不同的操作位置连接到所述接触条(35)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的开关(1)，其中所述开关本体(2)能够以模块化的方式连接到类似的开关本体(2)。

13.一种电气系统，其包括至少一个根据权利要求1至12中任一项所述的开关(1)。

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