ES2613430T3 - Interruptor eléctrico reconfigurable - Google Patents

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ES2613430T3
ES2613430T3 ES13382417.7T ES13382417T ES2613430T3 ES 2613430 T3 ES2613430 T3 ES 2613430T3 ES 13382417 T ES13382417 T ES 13382417T ES 2613430 T3 ES2613430 T3 ES 2613430T3
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José Óscar Andaluz Sorlí
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  • Rotary Switch, Piano Key Switch, And Lever Switch (AREA)

Abstract

Interruptor eléctrico (1) que comprende: al menos un par de contactos fijos (4,4') y al menos un contacto móvil (9) amovible entre una posición de cierre del interruptor en la que establece continuidad eléctrica con los contactos fijos (4,4'), y una posición de abertura en la que se impide la circulación de corriente, caracterizado porque además comprende: un rotor (2) fabricado de material aislante y que tiene una superficie exterior y un eje (X), donde el rotor ((2) es amovible axialmente alrededor de su eje (X), al menos dos contactos móviles (9,9',9'') montados en el rotor (2), donde cada contacto móvil (9,9',9'') tiene dos extremos y está configurado de forma que un primer un primer extremo es accesible a través de un primer punto en la superficie exterior del rotor (2), y un segundo extremo es accesible a través de un segundo punto en la superficie exterior del rotor (2), y donde los contactos móviles (9,9',9'') están colocados en el rotor (2) a diferente posición axial respecto al eje (X) del rotor (2), al menos un primer par de zapatas conductoras (19,19',42,42') dispuestas de forma adyacente entre sí y alineadas según la extensión longitudinal del rotor (2), y dispuestas para ser contactadas por un primer extremo de los contactos móviles (9,9',9''), y donde una de estas zapatas conductoras (19,19',42,42') está conectada con un primer contacto fijo (4,4') del interruptor, al menos un segundo par de zapatas conductoras (19,19',42,42') dispuestas de forma adyacente entre sí y alineadas según la extensión longitudinal del rotor (2), y dispuestas para ser contactadas por un segundo extremo de los contactos móviles (9,9',9''), y donde una de estas zapatas conductoras (19,19',42,42') está conectada con un segundo contacto fijo (4,4') del interruptor (1), donde los contactos móviles (9,9',9'') y las zapatas (19,19',42,42') están colocados relativamente entre sí, de tal forma, que a medida que el rotor (2) se mueve axialmente, en una primera posición axial del rotor (2), los contactos móviles (9,9',9'') están conectados entre sí en serie a través de las zapatas (19,19',42,42'), y en una segunda posición axial del rotor los contactos móviles (9,9',9'') del rotor (2) están conectados entre sí en paralelo a través de las zapatas (19,19',42,42').

Description

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DESCRIPCION
Interruptor electrico reconfigurable Objeto de la invencion
La presente invencion pertenece al campo de los interruptores y/o disyuntores electricos, especialmente adaptados para la extincion del arco electrico producido en la apertura y cierre de los contactos de los mismos.
Mas concretamente, un objeto de la presente invencion es el de proporcionar un interruptor de corte de corriente, que permite una extincion rapida efectiva de los arcos electricos producidos en un circuito electrico durante las operaciones de corte y cierre del mismo, todo ello en un volumen mas reducido.
Otro objeto de la invencion, es del de proporcionar un interruptor de corriente reconfigurable, de modo que durante el proceso transitorio para pasar al corte de corriente o pasar a la conexion de corriente, los contactos internos del interruptor estan conectados en serie con objeto de cortar la corriente en varios puntos y facilitar la extincion del arco, y durante el estado permanente de conduccion de corriente del interruptor, esos mismos contactos se conectan en paralelo con objeto de dividir la corriente en varias ramas y asi reducir la temperatura del material conductor.
El interruptor de la invencion, es especialmente aplicable al corte de corriente continua de alta potencia, donde la extincion del arco electrico es mas dificultosa que en corriente alterna.
Antecedentes de la invencion
En la actualidad, es sabido que los arcos electricos producidos en circuitos electricos pueden provocar multiples problemas, debido a que la energia calorica producida durante un arco electrico es altamente destructiva. Algunos de estos problemas son: el deterioro del material del interruptor, averias y/o destruccion total o parcial de instalaciones electricas, incluso danos a las personas por quemaduras u otro tipo de lesiones.
La problematica de la extincion del arco electrico es especialmente acusada en el corte de corriente continua donde, a diferencia de la corriente alterna, no existe paso por cero, por lo que se produce un arco que debe ser eliminado lo antes posible mediante la des-ionizacion del medio y aumento de la rigidez dielectrica.
Actualmente se conocen varias tecnicas para extinguir el arco electrico producido en la apertura y cierre de los contactos de un interruptor o disyuntor de corriente. Todas estas tecnicas tienen como objetivo comun lograr que la energia disipada en calor del arco electrico sea la menor posible, con el objetivo de que sea nula. Para ello, la variable critica sobre la que se actua es el control del tiempo, intentando que la velocidad de extincion del arco electrico sea la mas rapida posible.
Para lograr dicho objetivo se conocen diversas tecnicas entre las que cabe destacar:
a) aumento de la distancia de separacion entre los contactos fijos y moviles del interruptor electrico, lo que implica mayor volumen de aire entre los mismos, y por tanto, mayor tamano del interruptor.
- Incremento de velocidad de los dispositivos de disparo.
- Corte radial.
- Contactos de conexion serialmente simultaneo.
b) aumento de la longitud o “alargamiento” del arco electrico para uno y el mismo instante de tiempo.
- Camaras de arcos.
- Soplado magnetico y neumatico.
c) enfriamiento del arco electrico usando medios auxiliares para disminuir los efectos calorificos perjudiciales, como por ejemplo el empleo de hexafloruro de azufre SF6 a presion.
d) actuacion sobre la rigidez dielectrica del medio para evitar re-ignicion del arco por influencia del campo electrico debido a diferencias de potencial.
Sin embargo, aunque actualmente existen interruptores de corte electrico que combinan algunas de las tecnicas arriba citadas: camara de arcos con soplado magnetico o neumatico, separacion de contactos radial en lugar de lineal, etc., dichos interruptores actuales siguen sin resolver satisfactoriamente su principal cometido de extincion del arco electrico, ya que el tiempo de extincion sigue siendo demasiado alto y sigue existiendo deterioro del material, especialmente en aplicaciones muy exigentes, como es el corte de corriente continua de alta potencia.
Ademas, las tecnicas conocidas para la extincion del arco, generalmente implican un aumento del volumen de los
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interruptores debido al volumen de aire necesario entre los contactos.
La operacion de los mecanismos de corte de los interruptores, suele implicar algun tipo de impacto entre piezas, que a la larga provoca el deterioro por desgaste del material que puede llevar a la destruccion del interruptor.
La patente US-3120585A se refiere a un interruptor giratorio con juegos de contactos reemplazables y que tiene un eje de rotor aislante 18 que lleva una primera y una segunda serie de elementos de contacto moviles dispuestos en una disposicion lineal espaciada, tal como cuando el rotor esta girado, Respectivos contactos estacionarios. El rotor no se mueve linealmente a lo largo de un eje.
La patente US-4841833A se refiere a un interruptor para un lanzador de proyectiles electromagnetico, donde un interruptor de disparo que alternativamente se abre y cierra para conmutar repetidamente la corriente desde un suministro de alta corriente a un par de carriles de lanzamiento de proyectiles. Un rotor que tiene un elemento conductor transversal se hace girar dentro y se mueve axialmente a lo largo de un estator cilindrico.
La solicitud de patente EP-1267373A1 se refiere a un aparato de control de potencia.
La solicitud de patente EP-0741399A1 se refiere a un interruptor de alta tension dielectrico de gas del tipo soplador de arco
Descripcion de la invencion
La presente invencion soluciona los inconvenientes anteriormente citados, proporcionando un interruptor de corte de corriente que integra de forma simultanea y sinergica varias tecnicas de extincion de arco, logrando un corte rapido y efectivo del arco electrico, en un espacio mas reducido y en un mismo instante de tiempo.
De este modo, un primer aspecto de la invencion se refiere a un interruptor de corte de corriente electrica, que comprende al menos un par de contactos fijos y un contacto movil amovible entre una posicion de cierre del interruptor en la que establece continuidad electrica con los contactos fijos, y una posicion de abertura en la que corta la circulacion de corriente.
El interruptor lineal, ademas comprende un rotor de material aislante amovible definiendo un movimiento al menos con una componente lineal respecto a un eje, de modo que al menos un par de contactos moviles estan montados en el rotor y estan configurados de forma que disponen de dos extremos accesibles por dos puntos distintos en la superficie exterior del rotor. Por otro lado, unos medios de conexion externos al rotor, estan dispuestos y configurados para interconectar en serie o en paralelo los contactos moviles, concretamente en serie en el proceso de transicion del interruptor, y en paralelo en el estado permanente de conduccion.
Esos medios de conexion pueden consistir en un primer y un segundo par de zapatas (o escobillas), colocadas de forma adyacente entre si y dispuestas para ser contactadas por un primer extremo de los contactos moviles.
Los contactos moviles y las zapatas estan colocados relativamente entre si y/o estan configurados de tal forma, que a medida que el rotor se mueve, en una primera posicion axial del rotor, precisamente en la transicion de estado del interruptor de corte a conduccion o viceversa, los contactos moviles estan conectados entre si en serie a traves de las zapatas, con objeto de cortar la corriente en varios puntos o cerrar el interruptor en varios puntos, para asi disminuir la intensidad del arco y facilitar su extincion.
Ademas, en una segunda posicion axial del rotor los contactos moviles del rotor estan conectados entre si en paralelo a traves de las zapatas, con objeto de dividir la circulacion de corriente en varias ramas y asi reducir la temperatura que se genera en el material conductor.
De este modo el interruptor de corriente objeto de la invencion es reconfigurable, ya que durante el proceso transitorio de corte de corriente los contactos internos del interruptor estan conectados en serie, y durante el estado permanente de conduccion de corriente del interruptor, esos mismos contactos estan conectados en paralelo.
El movimiento del rotor para producir la conexion serie-paralelo-serie de los contactos moviles, es una combinacion de un movimiento giratorio y un movimiento lineal respecto al eje del rotor. Para ello, en una realizacion preferente, el rotor es amovible de forma helicoidal, la cual incluye una componente de movimiento giratorio y simultaneamente una componente de movimiento lineal. En otra realizacion preferente, el rotor es amovible en una secuencia de dos movimientos, un primer movimiento giratorio solo y segundo movimiento lineal solo, ambos respecto al mismo eje.
Los contactos moviles giran solidariamente con el rotor, por lo que son amovibles siguiendo un movimiento helicoidal alrededor de un eje que pasa por el centro de los contactos moviles, o alternativamente con el movimiento secuencial anteriormente mencionado. El movimiento helicoidal del contacto movil respecto a los contactos fijos, es una combinacion de un movimiento radial junto con movimiento longitudinal del contacto movil, lo que tiene el efecto de lograr una mayor longitud de separacion entre contactos (alargamiento del arco electrico) para extinguir el arco de una forma rapida y en un espacio mas reducido.
De este modo, la invencion logra un alargamiento en forma helicoidal de la longitud del arco electrico sin necesidad
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de requerir de un mayor volumen de aire, lo que implica que para una misma corriente nominal de corte, el interruptor puede tener un tamano mas pequeno comparado con un interruptor del estado de la tecnica.
Como resultado del movimiento helicoidal, se aumenta la velocidad tangencial del punto de corte en funcion del radio de giro, incrementando asi la velocidad de corte de una forma sencilla, sin necesidad de complejos mecanismos y con un numero mas reducido de piezas, por lo que la fabricacion del interruptor es muy sencilla.
El interruptor reconfigurable de la invencion permite la conexion de sus contactos moviles en serie para potenciar corte de corriente al conectarlos, y conectarlos en paralelo en una situacion estable del interruptor una vez finalizada la funcion de corte de corriente.
Si los contactos moviles siguiesen conectados en serie cuando hay corriente electrica circulando por el interruptor, los contactos moviles generarian mas calor que si estan en paralelo, con lo que el interruptor se calentaria mucho y habria perdidas energeticas. Sin embargo, al conectar los contactos moviles en paralelo, el interruptor se calienta menos por lo que hay menos perdidas energeticas, y ademas permite que el mismo interruptor pueda trabajar con mas holgura termica. Por ejemplo, para cumplir la norma UL para el mercado norte-americano en la parte de calentamiento, actualmente es necesario sobredimensionar los contactos de cobre para que se caliente menos.
Sin embargo, con el interruptor reconfigurable de la presente invencion, se ha comprobado que el calentamiento se reduce en un 50% con los mismos contactos actuales cuando estan conectados en paralelo. Por lo tanto, el interruptor de la presente invencion con una estructura sencilla, es capaz de conectar los mismos contactos internos de una forma para realizar su trabajo mas critico que es cortar o abrir una corriente electrica con la aparicion de arco electrico, y conectarlos de otra forma mas optima para cuando ha terminado la funcion de corte de corriente.
Para superar esos inconvenientes, la solucion que adoptan actualmente los fabricantes, es construir interruptores mas grandes.
Sin embargo, con el interruptor de la invencion de forma muy sencilla y economica se aprovecha el avance lineal de los contactos moviles, con o sin rotacion simultanea, para realizar la transicion serie paralelo.
Descripcion de los dibujos
Para complementar la descripcion que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracteristicas de la invencion, de acuerdo con una realizacion practica preferente de la misma, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de dibujos donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- muestra una vista despiezada ordenadamente de un ejemplo de realizacion de un interruptor de corte por movimiento helicoidal segun la invencion, en la que ademas de la funcion de interruptor, se implementa una conexion serie-paralelo de los contactos moviles.
Figura 2.- muestra unas vistas en perspectiva del ejemplo de realizacion de la figura 1, donde la figura 2a es una vista de un rotor segun la invencion dotado de aletas de ventilacion, la figura 2b es una vista de dicho rotor en la posicion de corte electrico; y la figura 2c es una vista de dicho rotor en la posicion de cierre o continuidad electrica del interruptor.
Figura 3.- muestra una secuencia de movimiento de los contactos moviles de la realizacion de las figuras 1 y 2, para realizar el cambio de conexion de serie a paralelo de los contactos moviles y contactos fijos con movimiento helicoidal del rotor. Las figuras 3d y 3h son vistas en perspectiva, y el resto de dibujos son vistas en alzado lateral. El rotor y el estator no se han representado en la figura para mejorar la vision del movimiento de los contactos moviles. La secuencia de movimiento es la siguiente:
figura 3a: interruptor en Off, posicion contactos moviles 0°.
figura 3b: interruptor en Off, posicion contactos moviles 20°.
figuras 3c y 3d: interruptor en On, posicion contactos moviles 30°.
figura 3e: interruptor en On, posicion contactos moviles 45°.
figura 3f: interruptor en On, posicion contactos moviles 60°, se produce la transicion en la conexion, los contactos pasan de estar conectados en serie a estar conectados en paralelo.
figuras 3g y 3h: interruptor en On, posicion contactos moviles 90°.
La secuencia de dibujos muestra el movimiento de los contactos para pasar de la posicion de corte (Off) del interruptor a la posicion de cierre electrico (On), donde los contactos moviles se mueven de izquierda a derecha en
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la figura. La transicion inversa, es decir paso de On a Off es identica pero siguiendo el orden inverso de dibujos, es decir desde el (g) al (a), moviendose en tal caso los contactos moviles de derecha a izquierda en la figura. Las flechas indican el recorrido de la corriente electrica en la posicion On.
Figura 4.- muestra una representacion esquematica de una alternativa de realizacion en la que el giro helicoidal del rotor se realiza mediante un cuerpo externo a la carcasa, en el cual el rotor esta roscado. La vista consiste en un alzado lateral en seccion.
Figura 5.- es una representacion similar a la de la figura 3 pero de una realizacion preferente en la que el rotor en lugar de desplazarse de forma helicoidal, se mueve con dos tipos de movimientos encadenados, primero con un movimiento giratorio en un mismo plano respecto a un eje, y a continuacion con un movimiento lineal alrededor de ese mismo eje. En la figura 5, las figuras 5a, 5d y 5g son vistas en alzado lateral, las figuras 5b, 5e y 5h son vistas en alzado frontal, y las figuras 5c, 5f y 5i son vistas en perspectiva. La secuencia de movimiento es la siguiente:
figuras 5a, 5b y 5c: interruptor en Off, posicion contactos moviles 0° (horizontales).
figuras 5d, 5e, 5f: interruptor en On, posicion contactos moviles 90° (vertical), han girado 90° en un mismo plano respecto a la posicion anterior, contactos conectados en serie,
figuras 5g, 5h y 5i: interruptor en On, posicion contactos moviles 90°, pero desplazados axialmente a la derecha respecto a la posicion anterior, y pasan a estar contactos conectados en paralelo.
Realizacion preferente de la invencion
En la figura 1 se aprecia una realizacion de un interruptor (1) electrico segun la invencion, que comprende un estator (11) que incluye una carcasa (7,7') de material aislante, destinada a montarse en una posicion fija de una instalacion electrica por ejemplo en un cuadro electrico, y que puede estar formada por dos mitades (7,7') acopladas entre si. El estator (11) forma en su interior una camara con forma general cilindrica (3) dentro de la cual se encuentra alojado un rotor (2) realizado con un material aislante, y de modo que el rotor (2) esta adaptado para desplazarse axialmente dentro de dicha camara y respecto a su eje de revolucion (X). En la realizacion de la figura 1 el rotor se mueve axialmente al mismo tiempo que gira respecto a su eje (X), con lo que realiza un movimiento helicoidal respecto a ese eje (X).
Un par de contactos fijos (4,4') estan montados en dicha carcasa (7,7'), y disponen de respectivas superficies de contacto (6,6') dispuestas para ser contactadas por un contacto movil (9), para lo cual estan curvados en correspondencia con la curvatura de la superficie exterior del rotor (2). A su vez, el rotor (2) incorpora al menos un contacto movil (9) el cual es giratorio de forma solidaria con el rotor y por lo tanto tambien define un movimiento helicoidal alrededor del eje “X”.
Los contactos fijos (4,4') y el contacto movil (9) estan dispuestos para entrar en contacto en la posicion de cierre del interruptor (1) (figura 2 c), mientras que en la posicion de corte electrico del interruptor (figuras 1 y 2 b), no permiten la circulacion de corriente. Los contactos fijos (4,4') estan dispuestos de forma diametralmente opuesta respecto al eje de revolucion (X) del rotor (2).
Para provocar el movimiento helicoidal del rotor (2) respecto a su eje de revolucion (X) dentro de la camara (3), el estator y el rotor estan configurados formando un acoplamiento complementario roscado entre ambos. Concretamente ese acoplamiento roscado, en la realizacion de la figura 1 consiste en uno o mas canales (44) de trayectoria helicoidal existentes en la superficie interior del estator (11), y un par de esferas metalicas (39,39') acopladas en puntos diametralmente opuestos del rotor (2) y deslizantes por dichos canales. En particular las esferas se disponen en un sector cilindrico (43) formado en dicho rotor (2), de modo que el rotor forma un tipo de rodamiento.
El rotor (2) se opera mediante medios externos convencionales, por ejemplo una biela (17) acoplada con un teton (18) emergente del rotor, la cual esta accionada a su vez por cualquier mecanismo apropiado. Dichos medios de accionamiento provocan el movimiento el rotor, en un sentido u otro, es decir, de forma reciproca a lo largo del eje (X) entre una posicion de cierre y una posicion de corte electrico del interruptor.
El experto en la materia entendera que otras configuraciones son posibles para obtener dicha configuracion roscada o de husillo entre rotor y estator, con objeto de producir el movimiento helicoidal del rotor. Por ejemplo, alternativamente, el giro helicoidal del rotor (2) se realiza mediante unos medios de roscado externos a la carcasa, concretamente mediante un cuerpo externo (29) a la carcasa tal y como muestra la figura 5, de modo que una prolongacion (2') del rotor (2) esta alojada dentro de ese cuerpo (29) y gira alrededor del mismo mediante un acoplamiento roscado (30) formando complementariamente en ambos elementos (29,2'). En esta realizacion de la figura 5, el rozamiento entre el rotor (2) y la carcasa (7) es minimo, ya que el rotor apoya principalmente en el cuerpo (29), por lo que tan solo existiria contacto entre los contactos moviles y la carcasa o contactos fijos (no representados en esa figura). La prolongacion (2') del rotor (2) consiste en un cuerpo acoplado axialmente en un extremo del rotor (2) fuera de la camara (3) de la carcasa (7,7'). El rotor (2) es accionado mediante medios externos que actuan sobre uno de sus extremos libres (37). El cuerpo externo (29) es fijo, por ejemplo puede estar fijado a la
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propia carcasa (7) o a otro elemento fijo del interruptor.
Para potenciar el efecto de extincion del arco, ademas de incrementar la longitud del arco en cada punto de corte, el interruptor de la invencion puede incorporar el corte del arco electrico mediante el seriado de contactos. Para ello, tal y como se muestra en la figura 1, el interruptor incluye dos o mas contactos moviles (9) montados en el rotor en la misma posicion (misma posicion angular respecto al eje), pero a diferente posicion axial. Una o mas zapatas (19,19', 42,42') fabricadas de material conductor estan montadas en el estator (11) de forma exterior al rotor, y estan dispuestas de forma que en la posicion de cierre electrico del interruptor, conectan en serie los contactos moviles (9) entre los contactos fijos (4,4') tal y como se muestra mas claramente en la figura 3b, en la que las flechas indican el sentido de circulacion de la corriente electrica. De este modo, el arco se divide en varios puntos de corte, por lo que su extincion es mas sencilla.
Un par de bornes de conexion metalicos (22,22') con forma de placa, sirven para la conexion electrica del interruptor con un circuito exterior, y estan dispuestos en partes opuestas de la carcasa (7,7') y estan conectados electricamente con los contactos fijos (4,4') con los que estan en contacto.
Por otro lado, el rotor (2) dispone de un extremo frontal cerrado (37) y un extremo posterior abierto (38) que da acceso a una parte interior hueca del rotor, de modo que una valvula de succion (24) es acoplable a ese extremo abierto. La valvula (24) esta montada en una posicion fija en la parte trasera de la carcasa (7,7'), y tiene unos resaltes (26) para evitar su giro. La valvula (24) esta configurada para insertarse en el interior del rotor cuando el rotor se mueve hacia dicha valvula en su posicion extrema, en el movimiento para producir el corte electrico. Al retroceder el rotor, se desacopla de la valvula (24) y se provoca una succion en el interior del rotor, que aspira el arco electrico. Para permitir esa aspiracion, el rotor dispone de unos orificios pasantes dispuestos en los bordes de los contactos moviles.
En la posicion de cierre electrico del interruptor, la valvula de cierre (24) no sella el rotor, tal y como se observa en la figura 2b, por lo que permite la circulacion de aire hacia su interior. La valvula de succion (24) tiene forma cilindrica, y esta realizada con un material elastico y aislante, ya sea rigido o flexible.
El rotor (2) dispone de al menos un conducto pasante (40) que comunica el interior con el exterior del rotor, el cual hace la funcion de chimenea en la posicion cerrada del interruptor por ventilacion natural, de modo que el aire caliente circula hacia las zapatas y se libera por los huecos y holguras que quedan entre los bornes de salida. En el proceso de corte, el mismo conducto pasante (40) se utiliza para liberar los gases succionados por la valvula (24) por los orificios de los moviles, dando salida directa alineada con las ventanas del estator (14 y 14').
En la situacion de la figura 1 el interruptor esta en la posicion de abertura electrica, por lo que los tres contactos moviles (9,9',9'') no estan conectados con las zapatas (19,19', 42,42') y se impide la circulacion de corriente. Para realizar el cierre del interruptor, se hace girar el rotor (2) segun las agujas del reloj visto en la figura 2b por ejemplo, con lo cual el rotor se mueve axialmente definiendo una trayectoria helicoidal, de modo que los contactos moviles (9,9',9'') se mueven helicoidalmente en la misma direccion, hasta que llegan a contactar con las zapatas (19,19', 42,42'), momento en el que los tres contactos moviles se conectan entre si en serie a traves de las zapatas, formando un circuito que conecta los contactos fijos (4,4'), por lo que se cierra el interruptor para permitir la circulacion de corriente, tal y como se describe mas adelante con mayor detalle con relacion a la figura.
En el proceso inverso, para pasar de la posicion de cierre o de continuidad electrica a la posicion de abertura, se haria girar el rotor con movimiento helicoidal en sentido contrario a las agujas del reloj desde la posicion de la figura 3g hasta que el rotor alcanza de nuevo la posicion de la figura 3a.
Unas ventanas (14,14') existentes en el estator permiten visualizar la posicion de los contactos moviles (9,9',9'') en el interior del rotor, de modo que se puede inspeccionar visualmente el estado del interruptor, lo cual puede ser util por ejemplo para un operario realizando labores de mantenimiento.
La configuracion y disposicion de los contactos fijos y moviles de esta realizacion, se aprecia mejor en la figura 2. El rotor (2) es parcialmente hueco y dispone de tres grupos de contactos moviles (9,9',9'') cada grupo formado por dos o mas placas metalicas (5,5') superpuestas y en contacto electrico, las cuales tienen forma general rectangular y estan alojadas dentro del rotor, de forma que son giratorias solidariamente con el movimiento helicoidal del rotor. Los extremos de las placas (5,5') emergen ligeramente por aberturas (8) del rotor (2) situadas en puntos diametralmente opuestos del mismo. Los extremos de las placas (5,5') son curvos (en forma de arco de circunferencia) en correspondencia con la curvatura de las superficies curvas (34,34') quedando a ras de las mismas. La posicion de los tres grupos de contactos moviles (9,9',9'') en el rotor es la misma tal y como se observa en la figura 5b, pero a diferente cota axial respecto al eje (X).
Por otro lado, en esta realizacion, el interruptor incorpora como contactos fijos un par superior de zapatas (19,42) montadas en una posicion fija y superior del estator (11) (en la posicion normal de utilizacion del interruptor), y un par inferior de zapatas (19',42') montadas en una posicion fija e inferior del estator (11). Tanto el par de zapatas superior (19,42) como la inferior (19',42'), estan alineadas segun la extension longitudinal del rotor (2) y son adyacentes por parejas. Alternativamente, se puede disponer de mas de dos grupos de zapatas adyacentes en
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cada lado del rotor, y tres o mas contactos moviles, en funcion de las necesidades de corte de corriente.
Para asegurar el aislamiento electrico entre las zapatas adyacentes, se dispone de una placa aislante situada entre las dos placas conductoras de cada par, en concreto una primera placa aislante (41) colocada entre las dos placas conductoras superiores (12,42), y una segunda placa aislante (41') entre las dos placas conductoras inferiores (12',42').
Las zapatas (19,42 19',42') estan permanente presionadas contra los grupos de contactos moviles (9,9', 9'') o el rotor (2) mediante un medio elastico, en este caso mediante un par muelles superiores (23) y un par de muelles inferiores (23').
El interruptor incorpora un par de contactos fijos, en concreto un contacto fijo superior (4) en contacto electrico solo con la zapata (42) y un contacto fijo inferior (4') en contacto electrico solo con la zapata (19') tal y como se observa mas claramente en la figura 3 a. Las zapatas (19,42') no estan conectadas con otro elemento del interruptor, y sirven para interconectar los contactos moviles (9,9', 9'') entre si.
El rotor (2) incorpora unas aletas de ventilacion (32,32') que giran solidariamente con el mismo, y que sirven para mover el aire alrededor del rotor dentro de la camara (3) y expulsarlo al exterior a traves de las ventanas de ventilacion (14,14') del estator (11) con objeto de mejorar a reducir la temperatura del interruptor. Preferentemente, las aletas de ventilacion (32,32') se extienden a lo largo del rotor segun una linea paralela al eje (x). Como se observa en la figura 2, el rotor (2) dispone de dos chaflanes consistentes en dos superficies planas (33,33') y paralelas entre si dispuestas en lados diametralmente opuestos del rotor respecto a su eje (x), y dos superficies curvas (34,34') con la curvatura de un arco de circunferencia, dispuestas en lados diametralmente opuestos del rotor respecto a su eje (x). Alternativamente, el rotor puede ser un cilindrico completo.
Las aletas (32,32') se proyectan desde dichas superficies planas (33,33'), y ademas tiene la ventaja adicional de que incrementan la linea de contorno del rotor y por lo tanto incrementan la linea de fuga del arco electrico, por lo que se mejora el aislamiento electrico logrando cumplir las normativas mas exigentes en cuanto a aislamiento, y todo ello en un espacio mas reducido. Para incrementar aun mas la linea de fuga del arco electrico, el rotor (2) incorpora sendos canales (35,36') que se extienden a lo largo del mismo.
Los contactos moviles (9) emergen en ambas superficies curvas (34,34') y disponen de extremos con la misma curvatura.
Con la estructura y elementos descritos anteriormente, la funcionalidad de interruptor electrico, asi como la conexion serie-paralelo-serie de los contactos moviles, se obtiene de la forma que se describe a continuacion con relacion a la secuencia de figuras de la figura 3.
Los tres grupos de contactos moviles (9,9', 9'') giran simultaneamente con el rotor (2) definiendo un movimiento helicoidal respecto al eje (X) de rotacion del rotor, por lo que al mismo tiempo que se mueven longitudinalmente en la direccion del eje (X) (de izquierda a derecha en la figura), van girando respecto a ese eje. En la posicion de la figura 3 a, los contactos moviles (9,9', 9'') estan en posicion horizontal en un angulo de 0°, en una posicion abierta (no hay conexion electrica) del interruptor. En un instante posterior cuando han girado 20° figura 3b, los extremos de los contactos moviles se han aproximado a los pares de zapata conductoras superior e inferior (19,42, 19', 42'), pero aun no hay conexion electrica.
En un instante posterior cuando los contactos moviles (9,9', 9'') han girado 30°, figuras 3 c y d, los extremos de los contactos moviles (9,9', 9'') entran en contacto respectivamente con las zapatas conductoras superior e inferior (19, 42, 19', 42') iniciandose la conduccion electrica segun indican las flechas de la figura 3c, y de modo que los tres grupos de contactos moviles (9,9', 9'') quedan conectados en serie mediante las zapatas (19,42,19',42') por lo que la corriente electrica circularia segun indican las flechas. De ese modo, en el momento de aparicion de arco electrico, este queda dividido en varios puntos de corte, concretamente en seis puntos de corte correspondientes al numero de extremos de los tres grupos de contactos moviles (9,9', 9''), por lo que la extincion del arco es mas sencillo.
En concreto, un primer extremo del primer grupo de contactos moviles (9) esta en contacto con la zapata (19'), y un segundo extremo de ese mismo contacto esta en contacto con la zapata (19). Un primer extremo del segundo grupo de contactos moviles (9') esta en contacto con la zapata (42'), y un segundo extremo mismo contacto, esta en contacto con la zapata (19). Un primer extremo del tercer grupo de contactos moviles (9'') esta en contacto con la zapata (42'), y un segundo extremo de mismo contacto, esta en contacto con la zapata (42).
El rotor (2) continua girando en la misma direccion, por lo que los contactos moviles (9,9', 9'') avanzan deslizando respectivamente sobre las zapatas (19,42,19',42') llegando a una posicion de giro de 45° (figura 3e), en la que los contactos moviles siguen estando conectados en serie, pero donde el extremo superior del segundo grupo de contactos moviles (9') esta muy cerca de la zapata (42).
Cuando los contactos moviles llegan a la posicion de giro de 60° (figura 3f), el extremo superior del segundo grupo de contactos moviles (9') entra en contacto con la zapata (42) y permanece en contacto con la zapata (19), con lo
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que los tres grupos de contactos moviles (9,9', 9") pasan a estar conectados en paralelo, tal y como muestran las flechas de esa figura. En la posicion de las figuras 3g y h, los contactos moviles han girado 90° y se encuentran en una posicion vertical, en la que permanecen estables hasta que se realice una maniobra de abertura del interruptor, y se inicie una secuencia inversa de movimiento.
Se puede apreciar, que el cambio de conexion serie-paralelo y paralelo-serie, se obtiene por la dimension de los contactos moviles (9,9', 9'') y zapatas (19,42,19',42'), asi como por la posicion relativa entre todos ellos, teniendo en cuenta el movimiento helicoidal de los contactos moviles (9,9', 9'').
En la transicion serie-paralelo, el primer grupo de contactos moviles (9) esta siempre conectado entre las zapatas (19,19'), y el tercer grupo de contactos (9'') esta siempre conectado entre las zapatas (42,42'). Solo es necesario que el segundo grupo de contactos moviles (9') cambie de conexion, y que pase de estar conectado entre las zapatas (19,42') a estar conectado entre las zapatas (19,42) y la zapata (42').
La figura 5 representa una realizacion alternativa del movimiento del rotor y contactos moviles para producir la conexion serie-paralelo-serie, que en lugar de ser helicoidal como en el caso de las figuras anteriores, es una secuencia de movimientos, un primer movimiento giratorio respecto a un eje de giro, seguido de un segundo movimiento lineal a lo largo de ese mismo eje. Ambas realizaciones tienen en comun que la reconfiguracion de los contactos moviles serie-paralelo-serie se realiza mediante un movimiento lineal de esos contactos, combinado con una rotacion en el caso del movimiento helicoidal, y sin rotacion en caso de la realizacion de la figura 5.
El proceso de reconfiguracion de la conexion de los contactos moviles de esta realizacion, es identica a la descrita anteriormente con relacion a la figura 3. En las figuras 5 a,b,c, los contactos moviles (9,9',9'') estan en posicion horizontal y no hay circulacion de corriente. Para cerrar el interruptor se hace girar los contactos moviles alrededor del eje (X) mediante el rotor (no presentado) en el sentido de las agujas de un reloj y sobre un mismo plano, es decir sin movimiento axial, hasta que los contactos moviles alcanzan una posicion vertical y entran en contacto con las zapatas (19,42,19',42') quedando conectados entre si en serie y permitiendo la circulacion de corriente.
A continuacion, mantenido los contactos moviles en la posicion de la figura 5e, se mueve el rotor linealmente alrededor del eje X, deslizando los extremos de los contactos moviles sobre las zapatas, hasta que los contactos moviles quedan conectados entre si en paralelo, como se aprecia en la figura 5g y su detalle ampliado.
El proceso de corte de corriente seria el inverso, movimiento el rotor desde la posicion de la figura 5 g a la figura 5 a.
Para producir este movimiento secuencial de los contactos moviles, el interruptor incorpora o lleva asociados unos medios de accionamiento, tal y como un mando o pulsador que mediante un mecanismo adecuado, manual o automatico, realiza los dos movimientos del rotor anteriormente descritos. El experto en la materia esta familiarizado con los mecanismos de accionamiento para este tipo de interruptores, por lo que sabria como implementar esos medios de operacion.
Una de las ventajas de la invencion, es que gracias a que el proceso de corte de corriente se realiza sin impacto entre piezas, se pueden utilizar materiales distintos a los empleados en la actualidad. De este modo, en una realizacion preferida de la invencion, el rotor (2) esta fabricado de vidrio, lo cual aporta la ventaja adicional de que ese material es un excelente aislante de elevada rigidez dielectrica, y presenta una alta resistencia al deterioro por el arco electrico, comparado con los materiales plasticos aislantes utilizados tradicionalmente en el estado de la tecnica, lo cual a su vez alarga significativamente la vida util del interruptor. Alternativamente, el rotor tambien se puede fabricar de porcelana, obteniendose las mismas ventajas anteriormente comentadas respecto al vidrio.
Se puede apreciar a la vista de estas figuras, que el interruptor desarrollado en esta invencion, es capaz de lograr en un mismo instante y con un unico movimiento al menos tres efectos, a saber:
- mayor separacion entre contactos en el proceso de corte, gracias a la suma de movimiento radial y axial del movimiento helicoidal de los contactos moviles,
- conectar contactos en serie para aumentar potencia de corte,
- y opcionalmente, la posibilidad de producir la aspiracion o succion del arco hacia el interior del rotor.
- Otro efecto ventajoso es que la conexion en paralelo de los contactos moviles en el estado permanente de conduccion, hace que mejore termicamente el comportamiento del interruptor y ayuda a superar las normativas. Ademas, otra ventaja muy importante de la conexion en paralelo, es que al tener menos temperatura interior favorece menos la ionizacion del ambiente, lo que favorece que el corte del arco sea mas rapido, por lo que es un factor sinergico mas para favorecer la extincion del arco. Si el interior esta con mayor temperatura (p.e. si estan todos los contactos en serie generando calor) facilita a que el arco se mantenga mas tiempo o salte con mas facilidad.
La particular estructura del interruptor, permite que el mismo tenga un tamano mas reducido, ya que no es
necesario disponer de camaras de aire entre contactos, pudiendo alcanzar una reduccion de tamano alrededor del 50% respecto a un interruptor convencional para la misma potencia de corte.
La operacion del interruptor no implica el impacto brusco entre ninguna de sus piezas, lo que aumenta la vida util del interruptor y aumenta su fiabilidad
5 La realizacion representada en las figuras, se corresponde con un interruptor de un solo polo, es decir, unipolar. Sin embargo, para el experto en la materia, resultara claro que la misma estructura representada puede facilmente adaptarse para implementar un interruptor de varios polos.
Las diversas realizaciones y alternativas descritas en la presente memoria pueden combinarse entre si, dando lugar a otras realizaciones como por ejemplo las obtenidas con las multiples combinaciones de las reivindicaciones 10 adjuntas.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Interruptor electrico (1) que comprende:
    al menos un par de contactos fijos (4,4') y al menos un contacto movil (9) amovible entre una posicion de cierre del interruptor en la que establece continuidad electrica con los contactos fijos (4,4'), y una posicion de abertura en la que se impide la circulacion de corriente,
    caracterizado porque ademas comprende:
    un rotor (2) fabricado de material aislante y que tiene una superficie exterior y un eje (X), donde el rotor ((2) es amovible axialmente alrededor de su eje (X),
    al menos dos contactos moviles (9,9',9'') montados en el rotor (2), donde cada contacto movil (9,9',9'') tiene dos extremos y esta configurado de forma que un primer un primer extremo es accesible a traves de un primer punto en la superficie exterior del rotor (2), y un segundo extremo es accesible a traves de un segundo punto en la superficie exterior del rotor (2),
    y donde los contactos moviles (9,9',9'') estan colocados en el rotor (2) a diferente posicion axial respecto al eje (X) del rotor (2),
    al menos un primer par de zapatas conductoras (19,19',42,42') dispuestas de forma adyacente entre si y alineadas segun la extension longitudinal del rotor (2), y dispuestas para ser contactadas por un primer extremo de los contactos moviles (9,9',9''), y donde una de estas zapatas conductoras (19,19',42,42') esta conectada con un primer contacto fijo (4,4') del interruptor,
    al menos un segundo par de zapatas conductoras (19,19',42,42') dispuestas de forma adyacente entre si y alineadas segun la extension longitudinal del rotor (2), y dispuestas para ser contactadas por un segundo extremo de los contactos moviles (9,9',9''), y donde una de estas zapatas conductoras (19,19',42,42') esta conectada con un segundo contacto fijo (4,4') del interruptor (1),
    donde los contactos moviles (9,9',9'') y las zapatas (19,19',42,42') estan colocados relativamente entre si, de tal forma, que a medida que el rotor (2) se mueve axialmente, en una primera posicion axial del rotor (2), los contactos moviles (9,9',9'') estan conectados entre si en serie a traves de las zapatas (19,19',42,42'), y en una segunda posicion axial del rotor los contactos moviles (9,9',9'') del rotor (2) estan conectados entre si en paralelo a traves de las zapatas (19,19',42,42').
  2. 2. - Interruptor segun la reivindicacion 1, en el que el rotor (2) es amovible definiendo un movimiento helicoidal respecto a un eje de giro (X).
  3. 3. - Interruptor segun la reivindicacion 1, en el que el rotor es amovible en una secuencia de dos movimientos, un primer movimiento giratorio respecto a un eje de giro (X), seguido de un segundo movimiento lineal a lo largo de ese mismo eje.
  4. 4. - Interruptor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los contactos moviles (9,9',9'') estan colocados en el rotor (2) en la misma posicion angular con respecto al eje (X) del rotor (2).
  5. 5. - Interruptor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los contactos moviles (9,9',9'') disponen de extremos accesibles por puntos diametralmente opuestos en la superficie exterior del rotor (2).
  6. 6. - Interruptor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer y el segundo par de zapatas (19,19',42,42') estan enfrentadas entre si en lados diametralmente opuestos del rotor (2).
  7. 7. - Interruptor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos uno de los contactos moviles (9,9',9'') esta formado por dos o mas placas conductoras superpuestas (5,5') en contacto directo entre si.
  8. 8. - Interruptor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores que ademas comprende un estator (11) que incluye una carcasa (7,7') de material aislante, en el que dichos contactos fijos y las zapatas estan montados en dicho estator (11), y en el que el rotor (2) esta alojado dentro del estator (11).
  9. 9. - Interruptor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el estator (11) y el rotor (2) estan configurados formando un acoplamiento roscado complementario entre ambos, para producir el movimiento helicoidal del rotor (2), y de forma reciproca entre una posicion de cierre y una posicion de corte electrico del interruptor (1).
  10. 10. - Interruptor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 8, que incorpora un cuerpo externo (29) fuera de la carcasa (7,7'), y porque el rotor (2) dispone de una parte alojada dentro de ese cuerpo externo (29) y es giratorio alrededor del mismo mediante un acoplamiento roscado formando complementariamente en ambos elementos (29,2) para producir el movimiento helicoidal del rotor (2) y de forma reciproca entre una posicion de
    cierre y una posicion de corte electrico del interruptor (1).
  11. 11. - Interruptor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el estator (11) dispone de una camara cilindrica (3) en la cual se encuentra alojado el rotor (2), donde el rotor (2) es al menos parcialmente hueco, y donde el estator (11) y el rotor (2) disponen de unas ventanas de ventilacion (14,14') colocadas de forma que quedan
    5 superpuestas en la posicion de abertura electrica del interruptor, definiendo un canal de ventilacion que comunica el interior del rotor (2) con el exterior del estator (11).
  12. 12. - Interruptor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el rotor (2) dispone de un orificio pasante que comunica el interior con el exterior del rotor, y porque dispone de medios de succion para aspirar el arco electrico hacia el interior del rotor (2) con el movimiento del mismo.
    10 13.- Interruptor segun la reivindicacion 12, en el que el rotor (2) dispone de un extremo abierto y dichos medios de
    succion comprenden al menos una valvula de cierre dispuesta para cerrar el extremo abierto del rotor, y configurada para deslizar en el interior del rotor (2) de forma ajustada, para provocar succion en el interior del rotor (2).
  13. 14. - Interruptor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el rotor (2) esta fabricado de vidrio o 15 de porcelana.
  14. 15. - Interruptor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el rotor (2) forma dos superficies planas y paralelas entre si dispuestas en lados diametralmente opuestos del rotor respecto a su eje (X), y porque incorpora un sector cilindrico mediante el cual es soportado y desliza respecto al estator (11).
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