CN113228218A - 功率开关的继电器单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率开关的继电器单元(1)。所述继电器单元(1)包括可填充灭弧气体的气体绝缘的壳体(5)和布置在所述壳体(5)内的导气结构(3)，所述导气结构具有导管(7)和至少一个换向元件(9、27、35)。所述导管(7)管状地围绕继电器单元(1)的纵轴线(13)延伸，以便导引热气离开电弧区域，所述热气通过由电弧加热灭弧气体在所述继电器单元(1)的电弧区域中产生。所述至少一个换向元件(9、27、35)构造为，使从所述导管(7)流出的热气发生围绕纵轴线(13)走向的回旋的流动。

Description

功率开关的继电器单元

本发明涉及一种功率开关的继电器单元，所述继电器单元具有可填充灭弧气体的气体绝缘的壳体。

功率开关具有接触元件，接触元件用于在接触元件相互分离的关断位置和接触元件相互贴靠的接通位置之间相对彼此移动以断开和闭合电路。气体绝缘的功率开关具有继电器单元，继电器单元填充有灭弧气体，用于熄灭在接触元件分离时在继电器单元的电弧区域中产生的电弧。灭弧气体通过电弧而在电弧区域中被局部强烈加热并电离成热气。该热气会导致功率开关的局部的介电缺陷并且因此例如通过混合较冷的灭弧气体被冷却或/和从电弧区域导引到继电器单元的介电方面不紧要的区域中。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种功率开关的气体绝缘的继电器单元，所述继电器单元在继电器单元中的热气流动导引方面被改进。

所述技术问题根据本发明通过权利要求1的技术方案解决。

本发明的有利的设计方案是从属权利要求的技术方案。

按照本发明的功率开关的继电器单元包括可填充灭弧气体的气体绝缘的壳体和布置在所述壳体内的导气结构，所述导气结构具有导管和至少一个换向元件。所述导管管状地围绕继电器单元的纵轴线延伸，以便导引热气离开电弧区域，所述热气通过由电弧加热灭弧气体在所述继电器单元的电弧区域中产生。所述至少一个换向元件构造为，使从所述导管流出的热气发生围绕纵轴线走向的回旋的流动。

因此，本发明设置了一种热气在继电器单元中的流动导引，其使热气通过导管轴向地，即沿继电器单元的纵轴线导引离开电弧区域并且使从导管流出的热气通过至少一个换向元件围绕纵轴线走向地回旋地流动。热气以此在远离电弧区域的区域中在换向元件的壳体中通过这种回旋流动与在那里的较冷的灭弧气体混合并且通过所谓的涡流式冷却被冷却。通过回旋式流动，继电器单元的壳体容积被更好地用于冷却热气并且因此相较于仅使用热气的轴向或径向的流动的冷却，热气的冷却被改善。以此还可以提高继电器单元的介电强度，并且继电器单元可以设计用于更大的电流。

本发明的设计方案规定，设有从所述导管的管外表面突起的带状的换向元件，所述带状的换向元件螺旋形卷绕地围绕所述纵轴线延伸。在此，带状的换向元件的邻接在所述管外表面上的并且朝向电弧区域的换向表面可以从所述管外表面以不同于90度的突起角度突起。此外，所述导管可以在带状的换向元件的区域中具有侧向的管开口。侧向的管开口的开口尺寸尤其可以随着所述管开口与电弧区域的距离的增加而增大。

本发明的上述设计方案通过螺旋式地围绕导管的外表面延伸的带状的换向元件造成热气的回旋流动。通过适当选择的突起角度可以优化回旋的流动导引。管开口实现热气从导管侧向地排出至换向元件。侧向的管开口的开口尺寸随着管开口与电弧区域的距离的增加而增大使得随着离电弧区域的距离增加，热气才能大量从导管流出，并且因此实现顶多只有少量热气返回电弧区域。

本发明的另外的设计方案规定，设有涡轮式的换向元件，所述涡轮式的换向元件环形地围绕所述导管的背离电弧区域的、开放的导管端部延伸并且具有从所述导管向外突出的换向叶片。所述换向叶片例如具有相对于与纵轴线正交的平面倾斜的叶片表面。此外，涡轮式的换向元件能够围绕所述纵轴线旋转。

本发明的上述设计方案通过涡轮式构造的换向元件造成热气的回旋流动。通过适当选择的倾斜可以优化回旋的流动导引。通过换向元件的可旋转性，回旋的流动可以被涡流式地冷却。

本发明的另外的设计方案规定，所述继电器单元具有通过所述导管的背离电弧区域的、开放的导管端部伸入所述导管内的蜗旋状的换向元件，所述蜗旋状的换向元件具有朝向电弧区域的凹槽。所述凹槽基本上具有围绕所述纵轴线延伸的锥形的螺旋体的形状，所述螺旋体的直径向着电弧区域的方向减小。此外，可以设有漏斗元件，所述漏斗元件布置在导管中在电弧区域侧在蜗旋状的换向元件的前方，并且所述漏斗元件具有漏斗开口，所述纵轴线延伸穿过所述漏斗开口。例如，所述漏斗元件至少在围绕漏斗开口延伸的区域内锥形地向着电弧区域的方向变细。此外，所述导管可以在蜗旋状的换向元件的区域中具有侧向的管开口。在此，侧向的管开口的开口尺寸尤其可以随着所述管开口与电弧区域的距离的增加而增大。

本发明的上述设计方案通过具有凹槽的蜗旋状的换向元件造成热气的回旋流动，所述凹槽具有锥形螺旋体的形状。热气可以通过漏斗元件导引到凹槽的电弧区域侧的端部，使得导引到换向元件的热气从换向元件的电弧区域侧的端部遵循凹槽的走向并且特别有效地被设置成回旋的流动。回旋流动的热气可以通过导管中的侧向的管开口被导引到导管的外部区域中，以便与位于那里的更冷的灭弧气体混合并且以此涡流式地冷却。

本发明的另外的设计方案规定，所述导管与所述壳体的内表面相间隔地布置在所述电弧区域与壳体的端部区域之间。由此，热气穿过导管导入壳体的端部区域并且以此有利地被导引远离电弧区域。

根据本发明的功率开关具有根据本发明的继电器单元。这种功率开关的优点由按照本发明的继电器单元的上述优点得出。

在下文中结合附图通过实施例的说明进一步清楚、明确和可理解地阐释本发明的前述的特性、特征和优点以及实现本发明的方式和方法。在附图中：

图1示出具有导气结构的第一实施例的功率开关的继电器单元的剖面图，

图2示出图1所示的导气结构的立体视图，

图3示出具有导气结构的第二实施例的功率开关的继电器单元的剖面图，

图4示出图3所示的导气结构的换向元件的立体视图，

图5示出具有导气结构的第三实施例的功率开关的继电器单元的剖面图，

图6示出图5所示的导气结构的换向元件的立体视图。

相应的部件在附图中配设相同的附图标记。

图1示出功率开关的继电器单元1的剖面图，继电器单元1具有导气结构3的第一实施例，其中，仅在对本发明来说重要的区域中示出继电器单元1。图2示出图1所示的导气结构3的局部立体视图。

继电器单元1具有可填充灭弧气体的气体绝缘的壳体5。在壳体5中还布置有图1未示出的接触元件，所述接触元件用于在接触元件相互分离的关断位置和接触元件相互贴靠的接通位置之间相对彼此移动，以便断开和闭合电路。继电器单元1尤其具有电弧接触元件，在电弧接触元件之间在分离时电弧在继电器单元1的电弧区域中燃烧。

所述导气结构1具有导管7和带状的换向元件9。导管7与壳体5的内表面10相间隔地布置在电弧区域和壳体5的端部区域11之间。导管7管状地围绕继电器单元1的纵轴线13延伸，以便导引热气，所述热气通过由电弧加热灭弧气体在电弧区域中产生。

换向元件9从导管7的管外表面15突起并且螺旋式卷绕地围绕纵轴线13延伸。换向元件9的邻接在管外表面15上的并且面向电弧区域的换向表面17可以从管外表面15以不同于90度的突起角度19突起。在图1中示出的实施例中，突起角度19小于90度。然而备选的是突起角度19可以大于90度。

导管7在带状的换向元件9的区域中具有侧向的管开口21。这些管开口21的开口尺寸随着管开口21与电弧区域的距离的增加而增大。壳体5的内表面10在壳体5的端部区域11中具有拱起部23，拱起部面对导管7的开口的导管端部25。

热气从电弧区域基本轴向，即沿纵轴线13流动穿过导管7。一部分穿过导管7流动的热气从侧向的管开口21向换向元件9的方向流出导管7。另一部分热气从导管7的导管端部25流出并且通过壳体5的内表面10向换向元件9的方向导引。从导管7排出的热气通过换向元件9在导管7外部构成螺旋式围绕纵轴线13延伸的回旋的流动，并且与位于那里的较冷的灭弧气体混合，热气由此通过所谓的涡流式冷却被冷却。热气的流动的流动方向在图1中以箭头表示。

图3示出功率开关的继电器单元1的剖面图，继电器单元1具有导气结构3的第二实施例，其中，还是仅在对本发明来说重要的区域中示出继电器单元1。

所述导气结构1具有导管7和涡轮状的换向元件27。如图1中所示的实施例，导管7与继电器单元1的壳体5的内表面10相间隔地布置在电弧区域和壳体5的端部区域11之间，并且管状地围绕继电器单元1的纵轴线13延伸。

图4示出换向元件27的立体视图。换向元件27环形地围绕导管7的背离电弧区域的开口的导管端部25延伸并且具有从导管7向外突出的换向叶片29。换向叶片29具有相对于与纵轴线13正交的平面倾斜的叶片表面31、33。换向元件27可以相对于导管7固定地布置或者围绕纵轴线13可旋转地构造。

壳体5的内表面10在壳体5的端部区域11中具有拱起部23，拱起部面对导管7的开口的导管端部25。

热气从电弧区域基本上沿轴向穿过导管7流动，从导管7的导管端部25流出并且通过壳体5的内表面10朝向换向元件27的方向导引。热气通过换向元件27在导管7外部构成螺旋式围绕纵轴线13延伸的回旋的流动，并且与位于那里的较冷的灭弧气体混合，热气由此通过涡流式冷却被冷却。在图3中也用箭头表示热气的流动的流动方向。

图5示出功率开关的继电器单元1的剖面图，继电器单元1具有导气结构3的第三实施例，其中，还是仅在对本发明来说重要的区域中示出继电器单元1。

导气结构1具有导管7、蜗旋状的换向元件35和漏斗元件37。如图1中所示的实施例，导管7与继电器单元1的壳体5的内表面10相间隔地布置在电弧区域和壳体5的端部区域11之间，并且管状地围绕继电器单元1的纵轴线13延伸。

图6示出换向元件35的立体视图。换向元件35在壳体5中布置在壳体的端部区域11上并且通过背离电弧区域的开口的导管端部25伸入导管7中。换向元件35具有面向电弧区域的凹槽39，所述凹槽基本上具有围绕所述纵轴线13延伸的锥形的螺旋体的形状，所述螺旋体的直径朝向电弧区域的方向减小。

漏斗元件37在电弧区域侧在换向元件35前方布置在导管7中并且具有漏斗开口41，纵轴线13延伸穿过漏斗开口。漏斗元件37在围绕漏斗开口41延伸的区域内锥形地朝向电弧区域的方向变细。

导管7在换向元件34的区域中在漏斗元件37和壳体5的端部区域11之间具有侧向的管开口21。这些管开口21的开口尺寸随着管开口21与电弧区域的距离的增加而增大。

热气从电弧区域基本上沿轴向穿过导管7流至漏斗元件37并且穿过漏斗开口41流至换向元件35。通过换向元件35的凹槽39使得热气构成遵循凹槽39的围绕纵轴线13回旋的流动。一部分热气从侧面的管开口21流出导管7。另一部分热气从导管7的导管端部25流出。热气在导管7外部回旋地围绕纵轴线13流动并且与位于那里的较冷的灭弧气体混合，热气由此通过涡流式冷却被冷却。热气流动的流动方向在图5和6中还以箭头表示。

在图1至图6中示出的实施例可以相互组合。例如图3和图4或图5和图6中所示的实施例的导管7可以具有一个部段，图1和图2所示的带状的换向元件9布置在该部段上。

尽管通过优选实施例详细示出并阐述了本发明的细节，但是本发明不受公开实施例的限制，并且只要不脱离本发明的保护范围，技术人员由此可以推导出其它变型方案。

Claims (15)

1.一种功率开关的继电器单元(1)，所述继电器单元(1)包括

-可填充灭弧气体的气体绝缘的壳体(5)和

-布置在所述壳体(5)内的导气结构(3)，所述导气结构具有导管(7)和至少一个换向元件(9、27、35)，

-其中，所述导管(7)管状地围绕继电器单元(1)的纵轴线(13)延伸，以便导引热气离开电弧区域，所述热气通过由电弧加热灭弧气体在所述继电器单元(1)的电弧区域中产生，并且

-所述至少一个换向元件(9、27、35)构造为，使从所述导管(7)流出的热气发生围绕纵轴线(13)走向的回旋的流动。

2.按照权利要求1所述的继电器单元(1)，其中，所述继电器单元(1)具有从所述导管(7)的管外表面(15)突起的带状的换向元件(9)，所述带状的换向元件螺旋形卷绕地围绕所述纵轴线(13)延伸。

3.按照权利要求2所述的继电器单元(1)，其中，带状的换向元件(9)的邻接在所述管外表面(15)上的并且朝向电弧区域的换向表面(17)从所述管外表面(15)以不同于90度的突起角度(19)突起。

4.按照权利要求2或3所述的继电器单元(1)，其中，所述导管(7)在带状的换向元件(9)的区域中具有侧向的管开口(21)。

5.按照权利要求4所述的继电器单元(1)，其中，侧向的管开口(21)的开口尺寸随着所述管开口(21)与电弧区域的距离的增加而增大。

6.按照上述权利要求之一所述的继电器单元(1)，其中，所述继电器单元(1)具有涡轮式的换向元件(27)，所述涡轮式的换向元件环形地围绕所述导管(7)的背离电弧区域的、开放的导管端部(25)延伸并且具有从所述导管(7)向外突出的换向叶片(29)。

7.按照权利要求6所述的继电器单元(1)，其中，所述换向叶片(29)具有相对于与纵轴线(13)正交的平面倾斜的叶片表面(31、33)。

8.按照权利要求6或7所述的继电器单元(1)，其中，涡轮式的换向元件(27)能够围绕所述纵轴线(13)旋转。

9.按照上述权利要求之一所述的继电器单元(1)，其中，所述继电器单元(1)具有通过所述导管(7)的背离电弧区域的、开放的导管端部(25)伸入所述导管(7)内的蜗旋状的换向元件(35)，所述蜗旋状的换向元件具有朝向电弧区域的凹槽(39)，所述凹槽基本上具有围绕所述纵轴线(13)延伸的锥形的螺旋体的形状，所述螺旋体的直径向着电弧区域的方向减小。

10.按照权利要求9所述的继电器单元(1)，其中，所述继电器单元(1)具有漏斗元件(37)，所述漏斗元件布置在导管(7)中在电弧区域侧在蜗旋状的换向元件(35)的前方，并且所述漏斗元件具有漏斗开口(41)，所述纵轴线(13)延伸穿过所述漏斗开口。

11.按照权利要求10所述的继电器单元(1)，其中，所述漏斗元件(37)至少在围绕漏斗开口(41)延伸的区域内锥形地向着电弧区域的方向变细。

12.按照权利要求9至11之一所述的继电器单元(1)，其中，所述导管(7)在蜗旋状的换向元件(35)的区域中具有侧向的管开口(21)。

13.按照权利要求12所述的继电器单元(1)，其中，侧向的管开口(21)的开口尺寸随着所述管开口(21)与电弧区域的距离的增加而增大。

14.按照上述权利要求之一所述的继电器单元(1)，其中，所述导管(7)与所述壳体(5)的内表面相间隔地布置在所述电弧区域与壳体(5)的端部区域(11)之间。

15.一种功率开关，具有按照上述权利要求之一构造的继电器单元(1)。

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