CN113745024A - 电气开关 - Google Patents

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Abstract

一种电气开关，包括框架(2)、第一静触头(31)、第二静触头(32)、滚动元件(4)以及安装至滚动元件(4)的动触头。滚动元件(4)可相对于框架(2)在第一位置与第二位置之间绕旋转轴线旋转。动触头包括第一接触部分(51)和第二接触部分(52)。在滚动元件(4)的第一位置中，动触头将第一静触头(31)与第二静触头(32)导电地连接，并且在滚动元件(4)的第二位置中，第一静触头(31)与第二静触头(32)断开电连接。第一接触部分(51)和第二接触部分(52)位于与旋转轴线垂直的中心平面的相反两侧。

Description

电气开关
技术领域
本发明涉及电气开关，更具体地涉及熄灭电气开关中的电弧。
背景技术
在断开事件期间，在静触头与远离静触头移动的动触头之间可能形成电弧。电弧导电，因此必须熄灭电弧以便将电气开关转换为非导通状态的断开状态。此外，电弧对于电气开关会是有害的，特别是在电弧持续时间长和/或频繁发生的情况下。
一种增强电气开关中的电弧熄灭的方法是增大在电气开关的断开状态下静触头与对应的动触头之间的间隙角。
发明内容
本发明的目的是提供一种电气开关，该电气开关与已知的电气开关相比适于更有效地熄灭电弧。本发明的目的通过下面描述的电气开关来实现。
在本发明的第一方面，提供了一种电气开关。该电气开关包括：框架；相对于框架固定安装的第一静触头；相对于框架固定安装的第二静触头；能够相对于框架在第一位置与第二位置之间绕旋转轴线旋转的滚动元件，其中，该滚动元件适于在断开事件中从第一位置转移到第二位置；以及安装到滚动元件并包括第一接触部分和第二接触部分的动触头，其中，在滚动元件的第一位置中，第一接触部分处于该第一接触部分与第一静触头接触的其第一位置、且第二接触部分处于该第二接触部分与第二静触头接触的其第一位置，使得动触头将第一静触头与第二静触头导电地连接，在滚动元件的第二位置中，第一接触部分和第二接触部分处于其第二位置使得第一静触头与第二静触头断开电连接，其中，在第一静触头与第一接触部分的第二位置之间存在第一分断区域，且在第二静触头与第二接触部分的第二位置之间存在第二分断区域，其特征在于，第一接触部分与第二接触部分位于与旋转轴线垂直的中心平面的相反两侧。
本发明基于提供具有下述的动触头的电气开关的思想，该动触头的第一接触部分和第二接触部分位于垂直于动触头的旋转轴线的中心平面的相反两侧，其中，第一接触部分是适于与电气开关的第一静触头接触的部分，第二接触部分是适于与电气开关的第二静触头接触的部分。
本发明的电气开关的优点是，在电气开关的断开状态下，每个静触头与对应的动触头之间的间隙角较大。本发明使得在电气开关的断开状态下，每个静触头与对应的动触头之间的间隙角大于350°。在一实施方式中，动触头的每个接触部分适于移动经过与另一接触部分相对应的静触头的角度位置。
附图说明
在下文中，将参照附图通过优选实施方式更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的实施方式的电气开关；
图2a和图2b示出了图1的电气开关的滚动元件和动触头；
图3a和3b示出了根据本发明的另一实施方式的电气开关的滚动元件和动触头；
图4a至图4c示出了图1的电气开关的相对于第一静触头和第二静触头处于不同位置的滚动元件；
图5a至图5c示出了根据本发明的又一实施方式的电气开关的相对于第一静触头和第二静触头处于不同位置的滚动元件；以及
图6示出了图1的电气开关的截面，使得对应于一个分断区域的灭弧板是可见的。
具体实施方式
图1示出了一种电气开关，该电气开关包括框架2、第一静触头31、第二静触头32、滚动元件4、动触头、灭弧板系统以及绝缘系统。图2a和图2b示出了电气开关的内部结构。图4a至图4c示出了相对于第一静触头31和第二静触头32处于不同位置的滚动元件4。图6示出了图1的电气开关的横截面。
第一静触头31和第二静触头32由导电材料制成，并且相对于框架2固定安装。滚动元件4由电绝缘材料制成，并且可相对于框架2在第一位置与第二位置之间绕旋转轴线旋转。滚动元件4适于在断开事件中从第一位置转移到第二位置，并且在闭合事件中从第二位置转移到第一位置。
动触头安装至滚动元件4，并包括第一接触部分51和第二接触部分52。动触头相对于滚动元件4是固定的。动触头由导电材料制成，使得第一接触部分51和第二接触部分52导电地连接。
第一接触部分51和第二接触部分52位于垂直于旋转轴线的中心平面的相反两侧。该中心平面是假想平面。第一接触部分51的自由端与第二接触部分52的自由端之间的在平行于旋转轴线的方向上的距离小于第一接触部分51的自由端与第二接触部分52的自由端之间的在垂直于旋转轴线的方向上的距离。
在滚动元件4的第一位置中，第一接触部分51与第一静触头31接触，并且第二接触部分52与第二静触头32接触，使得动触头将第一静触头31与第二静触头32导电地连接。在滚动元件4的第二位置中，第一接触部分51与第一静触头31保持一定距离，第二接触部分52与第二静触头32保持一定距离，使得第一静触头31与第二静触头32断开电连接。因此，断开事件适于将电气开关从接通状态转换为断开状态，而闭合事件适于将电气开关从断开状态转换为接通状态。
参照图2b，第一接触部分51和第二接触部分52在平行于中心平面的方向上延伸，并且它们彼此连接并具有中间部分，该中间部分相对于中心平面以大约35°角延伸。图3a和图3b示出了根据替代性实施方式的电气开关的滚动元件和动触头，其中，动触头线性地延伸穿过滚动元件4’，第一接触部分51’和第二接触部分52’相对于中心平面成大约35°角地延伸。动触头具有挠性结构，该挠性结构允许第一接触部分51’和第二接触部分52’弯曲，以便与对应的静触头连接和断开连接。
第一静触头31与第二静触头32之间的角距离是180°。第一静触头31与第二静触头32之间的角距离是从旋转轴线到第一静触头31的第一矢量与从旋转轴线到第二静触头32的第二矢量之间的角度。第一矢量和第二矢量垂直于旋转轴线，且该角距离是在垂直于旋转轴线的平面上测量的。
滚动元件4的第一位置与第二位置之间的旋转角度为310°。在电气开关的断开状态下，第一静触头31与第一接触部分51之间的间隙角为310°，第二静触头32与第二接触部分52之间的间隙角也为310°。因此，电气开关的总间隙角为620°。在断开事件期间，第一接触部分51适于移动经过第二静触头32的角度位置，并且第二接触部分52适于移动经过第一静触头31的角度位置。本文中，部件的角度位置是部件在中心平面上的投影的位置。在替代性实施方式中，电气开关的总间隙角小于或等于710°。
第一静触头与第二静触头之间的角距离可以被非常自由地选择，使得角距离可以是例如90°、180°、225°或360°。不管第一静触头与第二静触头之间的角距离如何，滚动元件的第一位置与第二位置之间的旋转角度都可以设计为接近360°。应当注意，在第一静触头与第二静触头之间的角距离为360°的实施方式中，第一接触部分不适于在断开事件期间移动经过第二静触头的角度位置，并且第二接触部分不适于在断开事件期间移动经过第一静触头的角度位置。
由于第一静触头31和第二静触头32的结构，滚动元件4适于在断开事件期间沿第一方向旋转，而在闭合事件期间沿第二方向旋转，其中第一方向和第二方向是相反的方向。在替代性实施方式中，滚动元件适于在断开事件期间和闭合事件期间均沿相同方向旋转。在使用了这种单向设计的情况下，与闭合事件有关的旋转角是360°和与断开事件有关的旋转角之差。例如，在与断开事件有关的旋转角是355°的情况下，则与闭合事件有关的旋转角是5°。
在第一静触头31与第一接触部分51的第二位置之间存在第一分断区域，并且在第二静触头32与第二接触部分52的第二位置之间存在第二分断区域。第一分断区域与第二分断区域中的每一者的角度尺寸等于滚动元件的第一位置与第二位置之间的旋转角度。
如果在断开事件之前在第一静触头31与第二静触头32之间存在电流，则在断开事件开始时，在第一静触头31与第一接触部分51之间产生第一电弧，并且在第二静触头32与第二接触部分52之间产生第二电弧。在断开事件期间，第一电弧需要被在第一分断区域中熄灭，第二电弧需要被在第二分断区域中熄灭。
灭弧板系统适于在断开事件期间增强电弧的熄灭。灭弧板系统包括在第一分断区域中的多个第一灭弧板901至911和在第二分断区域中的多个第二灭弧板。第一灭弧板901至911和第二灭弧板中的每一者都是由导电材料制成的大致U形的元件。在图6中可以看到第一分断区域和第一灭弧板901至911。
每个灭弧板与该灭弧板系统的其他灭弧板电绝缘。在断开事件期间，动触头的第一接触部分51适于在第一灭弧板的侧向分支之间通过，而动触头的第二接触部分52适于在第二灭弧板的侧向分支之间通过。这样的灭弧板在本领域中是众所周知的，因此在此不对其进行详细讨论。
连续的第一灭弧板之间的相互角距离根据距第一静触头31的角距离而增大，连续的第二灭弧板之间的相互角距离根据距第二静触头32的角距离而增大。参照图6，第一灭弧板901与第一灭弧板902之间的角距离远小于第一灭弧板910与第一灭弧板911之间的角距离。
在替代性实施方式中，第一灭弧板位于相对于第一静触头的以下角度位置：5°、10°、20°、40°、80°、130°、190°、260°、340°，并且第二灭弧板位于相对于第二静触头的对应的角度位置。以连续的灭弧板之间的相互角距离增大的方式设置的灭弧板系统特别适用于其总间隙角大于或等于360°的电气开关。
在另一替代性实施方式中，灭弧板系统包括在分断区域中的多个灭弧板，使得所述多个灭弧板中的第三灭弧板与第二灭弧板之间的角距离比所述多个灭弧板中的第二灭弧板与第一灭弧板之间的角距离至少大50％，并且所述多个灭弧板中的最后一个灭弧板与倒数第二个灭弧板之间的角距离为至少45°。所述多个灭弧板在分断区域中的顺序编号始于在断开事件期间动触头的相应的接触部分首先移动经过的灭弧板。
在另一替代性实施方式中，灭弧板系统包括多个灭弧板，连续的第一灭弧板之间的相互角距离是恒定的，且连续的第二灭弧板之间的相互角距离是恒定的。换言之，灭弧板可以以与现有技术的电气开关中的灭弧板相同的方式布置。
绝缘系统使第一分断区域与第二分断区域电绝缘。绝缘系统适于防止在电气开关的断开事件期间电弧从绝缘系统的一侧转移到另一侧。例如，当第一接触部分51移动经过第二静触头32的角度位置时，绝缘系统防止电弧从第一接触部分51向第二静触头32转移，电弧的这种转移将是有害的，因为它会阻止电气开关转换为非传导状态。
中心平面穿过绝缘系统。绝缘系统在中心平面上的投影的面积大于直径等于第一接触部分51的自由端与第二接触部分52的自由端之间的距离的圆。
绝缘系统包括框架的绝缘部分和滚动元件的绝缘部分64，两者均由电绝缘材料制成。框架的绝缘部分未在附图中示出。滚动元件的绝缘部分64的在中心平面上的投影与框架的绝缘部分在中心平面上的投影部分重叠，从而确保在框架的绝缘部分与滚动元件的绝缘部分64之间的接合处不存在用于电弧的路径。
第一接触部分51和第二接触部分52适于作为刀触头操作。这意味着在滚动元件4的第一位置，电流适于大致沿着平行于旋转轴线的方向在第一静触头31与第一接触部分51之间以及在第二静触头32与第二接触部分52之间流动。在替代性实施方式中，第一接触部分和第二接触部分适于作为保险杠式触头操作，其中在滚动元件的第一位置，电流适于大致沿着垂直于旋转轴线的方向在第一静触头与第一接触部分之间以及在第二静触头与第二接触部分之间流动。
图4a至图4c图示出了在断开事件期间滚动元件4的不同位置。在图4a中，滚动元件4处于第一位置。在图4c中，滚动元件4处于第二位置。在图4b中，滚动元件4已经顺时针旋转到第一位置与第二位置之间的位置，并且第一接触部分51已正好经过第二静触头32的角度位置。在图4a至图4c中，旋转轴线垂直于图像平面。
图5a至图5c示出了根据本发明的又一实施方式的电气开关的处于与图4a至图4c相对应的位置中的滚动元件4”。图5a至图5c的电气开关具有上文中讨论的单向设计。因此，通过顺时针旋转滚动元件4”，可以实现从图5c中所示的第二位置到图5a中所示的第一位置的转移。第一静触头31”的接触表面与第二静触头32”的接触表面是相对于中心平面成小角度的平坦表面，从而允许第一接触部分51”旋转越过第一静触头31”的角度位置，并允许第二接触部分旋转越过第二静触头32”的角度位置。第一静触头31”的接触表面是在滚动元件4”的第一位置中适于与第一接触部分51”接触的表面，第二静触头32”的接触表面是在滚动元件4”的第一位置中适于与第二接触部分接触的表面。
对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以以各种方式来实现本发明构思。本发明及其实施方式不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (14)

1.一种电气开关，包括：
框架(2)；
相对于所述框架(2)固定安装的第一静触头(31)；
相对于所述框架(2)固定安装的第二静触头(32)；
滚动元件(4)，所述滚动元件(4)能够相对于所述框架(2)在第一位置与第二位置之间绕旋转轴线旋转，其中，所述滚动元件(4)适于在断开事件中从所述第一位置转移到所述第二位置；以及
动触头，所述动触头安装到所述滚动元件(4)，并包括第一接触部分(51)和第二接触部分(52)，其中，在所述滚动元件(4)的所述第一位置中，所述第一接触部分(51)处于所述第一接触部分(51)与所述第一静触头(31)接触的所述第一接触部分的第一位置、且所述第二接触部分(52)处于所述第二接触部分(52)与所述第二静触头(32)接触的所述第二接触部分的第一位置，使得所述动触头将所述第一静触头(31)与所述第二静触头(32)导电地连接，在所述滚动元件(4)的所述第二位置中，所述第一接触部分(51)和所述第二接触部分(52)处于所述第一接触部分和所述第二接触部分的第二位置，使得所述第一静触头(31)与所述第二静触头(32)断开电连接，其中，在所述第一静触头(31)与所述第一接触部分(51)的第二位置之间存在第一分断区域，且在所述第二静触头(32)与所述第二接触部分(52)的第二位置之间存在第二分断区域，
其特征在于，所述第一接触部分(51)与所述第二接触部分(52)位于与所述旋转轴线垂直的中心平面的相反两侧。
2.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，所述电气开关包括使所述第一分断区域与所述第二分断区域电绝缘的绝缘系统，所述中心平面穿过所述绝缘系统。
3.根据权利要求2所述的电气开关，其特征在于，所述绝缘系统包括所述框架(2)的绝缘部分。
4.根据权利要求2所述的电气开关，其特征在于，所述绝缘系统包括所述滚动元件(4)的绝缘部分(64)。
5.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，所述电气开关包括用于在所述断开事件期间熄灭电弧的灭弧板系统，所述灭弧板系统包括在所述第一分断区域中的多个第一灭弧板(901-911)以及在所述第二分断区域中的多个第二灭弧板。
6.根据权利要求5所述的电气开关，其特征在于，连续的第一灭弧板(901-911)之间的相互角距离根据距所述第一静触头(31)的角距离而增大，且连续的第二灭弧板之间的相互角距离根据距所述第二静触头(32)的角距离而增大。
7.根据权利要求5所述的电气开关，其特征在于，所述多个第一灭弧板(901-911)中的每个第一灭弧板为大致U形的元件且定位成使得在所述断开事件期间，所述动触头的所述第一接触部分(51)适于在所述第一灭弧板(901-911)的侧向分支之间通过，所述多个第二灭弧板中的每个第二灭弧板为大致U形的元件且定位成使得在所述断开事件期间，所述动触头的所述第二接触部分(52)适于在所述第二灭弧板的侧向分支之间通过。
8.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，所述第一接触部分(51)的自由端与所述第二接触部分(52)的自由端之间的在与所述旋转轴线平行的方向上的距离小于所述第一接触部分(51)的自由端与所述第二接触部分(52)的自由端之间的在与所述旋转轴线垂直的方向上的距离。
9.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，所述第一接触部分(51)和所述第二接触部分(52)适于作为刀触头操作。
10.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，所述滚动元件(4)的所述第一位置与所述滚动元件(4)的所述第二位置之间的旋转角度大于或等于180°。
11.根据权利要求10所述的电气开关，其特征在于，所述滚动元件(4)的所述第一位置与所述滚动元件(4)的所述第二位置之间的旋转角度大于或等于300°。
12.根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，在所述断开事件期间，所述第一接触部分(51)适于移动经过所述第二静触头(32)的角度位置，且所述第二接触部分(52)适于移动经过所述第一静触头(31)的角度位置。
13.根据权利要求2所述的电气开关，其特征在于，所述绝缘系统在所述中心平面上的投影的面积大于直径等于所述第一接触部分(51)的自由端与所述第二接触部分(52)的自由端之间的距离的圆。
14.根据权利要求2所述的电气开关，其特征在于，所述绝缘系统包括所述框架的绝缘部分和所述滚动元件的绝缘部分(64)，其中，所述滚动元件的绝缘部分(64)在所述中心平面上的投影与所述框架的绝缘部分在所述中心平面上的投影部分重叠，从而确保在所述框架的绝缘部分与所述滚动元件的绝缘部分(64)之间的接合处中不存在电弧的路径。
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