DE102016011341A1 - High-voltage contactor arrangement for a motor vehicle and method for transferring a high-voltage contactor arrangement between an open and a closed state - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Hochvoltschaltschützanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Hochvoltschaltschützanordnung (10) eine mit Strom beaufschlagbare Spule (12), einen Anker (14) und ein mit dem Anker (14) gekoppeltes erstes Kontaktelement (18) aufweist, wobei die Hochvoltschaltschützanordnung (10) dazu ausgelegt ist, den Anker (14) durch Strombeaufschlagung der Spule (12) zu bewegen, um die Hochvoltschaltschützanordnung (10) von einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand der Hochvoltschaltschützanordnung (10) zu überführen. Dabei ist das erste Kontaktelement (18) nur mit dem einen Anker (14) über ein Koppelgetriebe (16) gekoppelt.The invention relates to a high-voltage contactor arrangement (10) for a motor vehicle, wherein the high-voltage contactor arrangement (10) has a coil (12), an armature (14) and a first contact element (18) coupled to the armature (14) High-voltage contactor assembly (10) is adapted to move the armature (14) by energizing the coil (12) to transfer the high-voltage contactor assembly (10) from an open state to a closed state of the high-voltage contactor assembly (10). In this case, the first contact element (18) is coupled only to the one armature (14) via a coupling mechanism (16).
Description
Die Erfindung geht aus von einer Hochvoltschaltschützanordnung und einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a high-voltage contactor arrangement and a method according to the preamble of the independent claims.
Hochvoltschaltschütze für Elektrofahrzeuge werden üblicherweise durch eine Spule angesteuert, die einen Anker mit direkt darauf befestigtem Kontaktbalken bewegt. Die Bewegung des Ankers entspricht dabei exakt der Bewegung des Kontaktbalkens und die Kontaktkraft entspricht der Haltekraft der Spule-Anker-Kombination bei gegebenem Strom abzüglich der Kraft einer Rückholfeder zur Zurückführung des Ankers in seine Ausgangsposition und abzüglich von Levitationskräften. Da die Leistungsaufnahme der Spule nicht beliebig gesteigert werden kann, wird die Kurzschlussstromfähigkeit der Bauteile durch Levitationskräfte begrenzt.High-voltage contactors for electric vehicles are usually driven by a coil that moves an anchor with directly attached contact bar. The movement of the armature corresponds exactly to the movement of the contact beam and the contact force corresponds to the holding force of the coil-armature combination at a given current minus the force of a return spring to return the armature to its original position and minus levitation. Since the power consumption of the coil can not be arbitrarily increased, the short circuit current capability of the components is limited by levitation forces.
Die
Nachteilig bei diesem Schalter ist, dass dieser durch die vielen Bauteile, insbesondere der beiden magnetischen Kerne, die sich aufeinander zu und voneinander weg bewegen, und zwar senkrecht zur Kontaktbewegung, sehr bauraumaufwändig ist.The disadvantage of this switch is that it is very space-consuming due to the many components, in particular the two magnetic cores, which move towards and away from each other, perpendicular to the contact movement.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Hochvoltschaltschützanordnung für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Überführen einer Hochvoltschaltschützanordnung zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand bereitzustellen, welche eine möglichst bauraumeffiziente Ausgestaltung der Hochvoltschaltschützanordnung und zugleich eine möglichst hohe Kontaktkraft ermöglichen.The object of the present invention is therefore to provide a high-voltage contactor arrangement for a motor vehicle and a method for transferring a high-voltage contactor arrangement between an open and a closed state, which allow a space-efficient configuration of the high-voltage contactor arrangement and at the same time the highest possible contact force.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hochvoltschaltschützanordnung und ein Verfahren zum Überführen einer Hochvoltschaltschützanordnung zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a high-voltage contactor arrangement and a method for transferring a high-voltage contactor arrangement between an open state and a closed state with the features according to the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Hochvoltschaltschützanordnung für ein Kraftfahrzeug weist eine mit Strom beaufschlagbare Spule, einen Anker und ein mit dem Anker gekoppeltes erstes Kontaktelement auf. Dabei ist die Hochvoltschaltschützanordnung dazu ausgelegt, den Anker durch Strombeaufschlagung der Spule zu bewegen, um die Hochvoltschaltschützanordnung von einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand der Hochvoltschaltschützanordnung zu überführen. Erfindungsgemäß ist dabei das erste Kontaktelement nur mit dem einen Anker über ein Koppelgetriebe gekoppelt.The high-voltage contactor arrangement according to the invention for a motor vehicle has a coil which can be acted upon by current, an armature and a first contact element coupled to the armature. In this case, the high-voltage contactor arrangement is designed to move the armature by energizing the coil in order to transfer the high-voltage contactor arrangement from an open state to a closed state of the high-voltage contactor arrangement. According to the invention, the first contact element is coupled to only one armature via a coupling gear.
Das Koppelgetriebe ermöglicht es vorteilhafterweise eine Übersetzung bereitzustellen, um bei gleicher Leistungsaufnahme der Spule eine deutliche Erhöhung der Kontaktkraft zu ermöglichen. Durch eine Erhöhung der Kontaktkraft wiederum kann sowohl ein höherer Dauerstrom, als auch eine deutlich erhöhte Pulsstrombelastbarkeit erzielt werden. Bei gegebener Stärke einer Rückholfeder, die ebenfalls als Teil der Hochvoltschaltschützanordnung vorgesehen sein kann, um den Anker in seine Ausgangsposition zurückzuführen, kann eine höhere Losbrechkraft erzeugt werden, wodurch ein dauerhaftes Verschweißen der Schaltschütze unwahrscheinlicher wird. Bei idealer Auslegung kann gleichzeitig die Leistungsaufnahme der Ansteuerspule gesenkt werden. Zusätzlich wird durch die Erfindung ein besonders kompakter Aufbau einer Hochvoltschaltschützanordnung bereitgestellt, da zum Bewegen des Kontaktelements lediglich ein Anker erforderlich ist.The coupling mechanism advantageously makes it possible to provide a translation in order to allow a significant increase in the contact force with the same power consumption of the coil. By increasing the contact force in turn, both a higher continuous current, as well as a significantly increased pulse current carrying capacity can be achieved. Given the strength of a return spring, which may also be provided as part of the high voltage contactor assembly, to return the armature to its home position, a higher breakaway force may be generated, thereby rendering permanent wear of the contactors less likely. With an ideal design, the power consumption of the drive coil can be reduced at the same time. In addition, the invention provides a particularly compact design of a high-voltage contactor arrangement, since only one armature is required for moving the contact element.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Koppelgetriebe derart ausgelegt, dass eine durch das Koppelgetriebe bereitgestellte Übersetzung zwischen dem Anker und dem ersten Kontaktelement im geöffneten Zustand größer ist als im geschlossenen Zustand. Dadurch kann bei geöffnetem Schaltschütz eine hohe, bei geschlossenem eine niedrige Übersetzung erreicht werden. Entsprechend wird bei einer konstant über den Anker aufgeprägten Leistung bei geöffnetem Schaltschütz, das heißt im geöffneten Zustand, die Translationsgeschwindigkeit der Kontaktplatte, das heißt des ersten Kontaktelements, maximal, während im geschlossen Zustand die Kontaktkraft maximiert wird.In an advantageous embodiment of the invention, the coupling gear is designed such that a provided by the coupling gear ratio between the armature and the first contact element in the open state is greater than in the closed state. As a result, when the contactor is open, a high, with a closed low translation can be achieved. Accordingly, at a constant impressed on the armature power at open contactor, that is in the open state, the translation speed of the contact plate, that is, the first contact element, maximum, while in the closed state, the contact force is maximized.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Hochvoltschaltschützanordnung ein zweites Kontaktelement auf und die Hochvoltschaltschützanordnung ist derart ausgestaltet, dass das erste Kontaktelement das zweite Kontaktelement im geschlossenen Zustand mechanisch kontaktiert und im geöffneten Zustand das erste Kontaktelement vom zweiten Kontaktelement beabstandet ist. Durch die Erfindung wird es vorteilhafterweise ermöglicht, dass durch das Vorsehen des Koppelgetriebes eine besonders hohe Kontaktkraft vom ersten Kontaktelement auf das zweite Kontaktelement im geschlossenen Zustand aufgebracht wird.In a further advantageous embodiment of the invention, the high-voltage contactor arrangement has a second contact element and the high-voltage contactor arrangement is configured such that the first contact element mechanically contacts the second contact element in the closed state and in the opened state the first contact element is spaced from the second contact element. By the invention, it is advantageously possible that by providing the coupling gear a particularly high contact force from first contact element is applied to the second contact element in the closed state.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Koppelgetriebe im geschlossenen Zustand der Hochvoltschaltschützanordnung im Wesentlichen einen Totpunkt auf. Unter einem Totpunkt ist hierbei zu verstehen, dass die verbindenden Gelenke eines Hebelmechanismus, in diesem Fall des Koppelgetriebes, und die einwirkenden Kraftvektoren auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Im Wesentlichen kann hierbei so verstanden werden, dass eine durch die Gelenke verlaufende Gerade und der einwirkenden Kraftvektoren um höchstens einen vorbestimmten Maximalwinkel voneinander abweichen. Wenn im geschlossenen Schaltzustand, ähnlich wie bei einem Kniehebelspanner, annähernd ein Totpunkt erreicht wird, kann vorteilhafterweise gleichzeitig die Leistungsaufnahme der Ansteuerspule gesenkt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the coupling gear in the closed state of the high-voltage contactor arrangement substantially at a dead center. Under a dead center is to be understood here that the connecting joints of a lever mechanism, in this case the coupling gear, and the acting force vectors lie on a common line. In this case, it can essentially be understood that a straight line extending through the joints and the force vectors acting differ from one another by at most a predetermined maximum angle. If, in the closed switching state, similar to a toggle lever tensioner, approximately one dead center is reached, the power consumption of the drive coil can advantageously be simultaneously reduced.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überführen einer Hochvoltschaltschützanordnung für ein Kraftfahrzeug zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand, wobei die Hochvoltschaltschützanordnung eine mit Strom beaufschlagbare Spule, einen Anker und ein mit dem Anker gekoppeltes erstes Kontaktelement aufweist. Dabei bewegt die Hochvoltschaltschützanordnung den Anker durch Strombeaufschlagung der Spule, um die Hochvoltschaltschützanordnung von einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand der Hochvoltschaltschützanordnung zu überführen. Darüber hinaus wird dabei eine Bewegung des ersten Kontaktelements, welches nur mit dem einen Anker über ein Koppelgetriebe gekoppelt ist, durch das Koppelgetriebe übersetzt.The invention further relates to a method for transferring a high-voltage contactor arrangement for a motor vehicle between an open and a closed state, wherein the high-voltage contactor arrangement comprises a coil, an armature and a first contact element coupled to the armature. In doing so, the high voltage contactor assembly moves the armature by energizing the coil to transition the high voltage contactor assembly from an open state to a closed state of the high voltage contactor assembly. In addition, a movement of the first contact element, which is coupled only to the one anchor via a coupling gear, translated by the coupling gear.
Die für die erfindungsgemäße Hochvoltschaltschützanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Merkmale, Merkmalskombinationen und deren Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochvoltschaltschützanordnung und ihren Ausgestaltungen genannten gegenständlichen Merkmale die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch weitere Verfahrensschritte.The features, feature combinations and their advantages mentioned for the high-voltage contactor arrangement according to the invention and its embodiments apply in the same way to the method according to the invention. In addition, the subject features mentioned in connection with the high-voltage contactor arrangement according to the invention and its embodiments enable the development of the method according to the invention by further method steps.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Hochvoltschaltschützanordnung oder eine ihre Ausgestaltungen.Moreover, the invention also relates to a motor vehicle with a high-voltage contactor arrangement according to the invention or one of its embodiments.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or alone in the single figure can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone, without the frame to leave the invention.
Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung einer Hochvoltschaltschützanordnung
Durch das Koppelgetriebe
Um den Anker wieder in seine Ausgangsposition zu bewegen und dadurch die Hochvoltschaltschützanordnung vom geschlossenen Zustand wieder in den geöffneten Zustand zu überführen, kann weiterhin eine nicht dargestellte Rückholfeder vorgesehen sein.In order to move the armature back to its original position and thereby to transfer the high-voltage contactor arrangement from the closed state back to the open state, a return spring, not shown, may continue to be provided.
Dadurch werden insgesamt eine Hochvoltschaltschützanordnung und ein Verfahren zum Überführen der Hochvoltschaltschützanordnung zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand bereitgestellt, durch welche eine Erhöhung der Kontaktkraft, sowie ein daraus resultierender höherer Dauerstrom, als auch eine deutlich erhöhte Pulsstrombelastbarkeit erzielt werden kann. Zusätzlich kann bei gegebener Stärke der Rückholfeder eine höhere Losbrechkraft erzeugt werden, wodurch ein dauerhaftes Verschweißen der Schaltschütze unwahrscheinlicher wird.As a result, a total of a high-voltage contactor and a method for Transferring the high-voltage contactor arrangement provided between an open and a closed state, by which an increase in the contact force, as well as a resulting higher continuous current, as well as a significantly increased pulse current carrying capacity can be achieved. In addition, a higher breakout force can be generated at a given strength of the return spring, whereby a permanent welding of the contactors is unlikely.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- HochvoltschaltschützanordnungHigh-voltage contactor arrangement
- 1212
- SpuleKitchen sink
- 1414
- Ankeranchor
- 1616
- Koppelgetriebecoupling gear
- 1818
- Erstes KontaktelementFirst contact element
- 2020
- Zweites KontaktelementSecond contact element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 4562418 A [0003] US 4562418 A [0003]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R230 | Request for early publication | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |