形成快速作用的断路器的电开关 |
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| 申请号 | CN201380042729.9 | 申请日 | 2013-06-26 | 公开(公告)号 | CN104541354A | 公开(公告)日 | 2015-04-22 |
| 申请人 | 海瑞克里兹; | 发明人 | 弗雷德里克·马林; 罗曼·罗伦宗; | ||||
| 摘要 | 一种常闭式电 开关 ，所述电开关具有例如由烟火气体发生器启动以断开所述电开关的滑动组件。在启动之前，所述滑动组件的导电部(21)与轴向偏移的分别属于两个导电片(13，14)的两个同轴环(13a，14a)紧密 接触 ，并且在 致动器 被触发之后，上游导电片(13)与所述滑动组件的所述导电部分离。根据本 发明 ，滑动组件包括开口管，所述开口管设置有沿着管的整个长度延伸的狭缝，且所述滑动组件的所述导电部由所述开口管的全部或部分构成，所述导电部与初级导电片之间的夹紧 力 由所述开口管的弹性提供。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电开关(11,11A,11B)，其包括： |
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| 说明书全文 | 形成快速作用的断路器的电开关技术领域[0001] 本发明涉及特别是起到断路器作用的电开关。更加特别地，本发明涉及具有滑动组件的电开关，特别是下述类型的电开关，其包括：空心主体，所述空心主体限定有空腔；滑动组件，所述滑动组件包括至少一个导电部并且适于在所述空腔内从“初始”第一位置移动至第二位置；致动器，所述致动器被布置用来与所述滑动组件协同工作且使所述滑动组件在所述空腔内移动；和分别作为上游导电片和下游导电片的至少两个初级导电片，这两个导电片均包括伸入所述空腔的环，所述环是同轴的且在所述滑动组件的行进方向上轴向偏移，其中，当所述滑动组件位于所述第一位置时，所述滑动组件的导电部至少与所述两个初级导电片紧密电接触，且当所述滑动组件位于所述第二位置时，所述上游导电片与所述滑动组件的导电部分离。 背景技术[0004] 与此相反，术语“次级导电片”用来表示仅当滑动组件已经移动至第二位置以后(比如，当例如因为认为第一电路的部件发生故障所以第一电路的部件已经被隔离且第二电路闭合时)与滑动组件的导电部连接的导电片。 [0005] 在许多应用中，需要具有这样的电开关：这样的电开关快速且可靠，能够断开故障电路以隔离一个或多个部件((特别是当它们已经出现故障时)，并且还能够在适当的时候同时进行操作以闭合支路。 [0006] 专利文献FR 2953322说明了上述类型的电开关的示例，其中，由于环是开口环从而将对电连接给予一定量的回弹，或者因为滑动组件是通过压入接合(forced engagement)而被接合于环，所以滑动组件与导电片之间经由紧密接合的环产生电接触。然而，长远来看，在应力释放的影响下，开口环形状走样并趋于变成椭圆形。在这样的情况下，环与滑动组件之间的电接触可能变得不确定或甚至可能丧失。因此证明了在导电片的孔环(annular ring)之间凭借力安装滑动组件是困难的。 发明内容[0007] 本发明的目的是提供避免上述缺点的电开关。 [0008] 特别地，本发明的目的是提供上述类型的电开关，所述电开关能够被非常容易地组装，能够以非常短的时间响应并且提供长期可靠的电连接。 [0009] 更加精确地，本发明提供了一种电开关，其包括：空心主体，所述空心主体限定有空腔；滑动组件，所述滑动组件包括至少一个导电部并且适于在所述空腔内从“初始”第一位置移动至第二位置；致动器，所述致动器被布置用来与所述滑动组件协同操作且用来使所述滑动组件在所述空腔内移动；以及至少两个初级导电片，所述至少两个初级导电片分别作为上游导电片和下游导电片，所述上游导电片和所述下游导电片均包括伸入所述空腔的环，所述环是同轴的且在所述滑动组件的行进方向上轴向偏移，其中，当所述滑动组件位于所述第一位置时，所述滑动组件的所述导电部通过夹紧力与两个所述初级导电片连接，且当所述滑动组件位于所述第二位置时，所述上游导电片与所述滑动组件的所述导电部分离；所述开关的特征在于：所述滑动组件包括至少一个开口管，所述开口管具有沿着管的整个长度延伸的狭缝，并且所述滑动组件的所述导电部由所述开口管的全部或部分构成，所述导电部与所述初级导电片之间的所述夹紧力由所述开口管的弹性提供。 [0011] 借助于上述设置，只要电开关位于初始位置，就能够通过可靠的电接触闭合与初级导电片连接在一起的电路。因为初级导电片与滑动组件的导电部之间的连接是通过开口管的初始夹紧而构建获得的永久性电接合，所以即使电开关经受振动或冲击，这些元件之间的电接触也能够得到良好控制并且不会随着时间而劣化。避免了诸如断续接触、焦耳效应损失和电弧等等不良现象。当滑动组件在致动器的驱动下从第一位置移动至第二位置时，至少一个导电片不再电连接至滑动组件的导电部。两个初级导电片之间的电连接被断开，并且电路成为开路状态。 [0012] 狭缝提供开口管弹性，开口管弹性使得更容易建立电接合。因此，开口管能够被接合为导电片的环之间的压入配合。 [0013] 术语“压入配合(force fit)”特别用来表示下述的基本上径向的力：该力施加到管的纵向自由端以使这些纵向自由端彼此相向移动并减小管的径向尺寸，并且一旦已经将管插入在环之间，就释放管的纵向自由端以使所述管在管的弹性的作用下压向环的内表面。 [0014] 在这样的开口管的情况下，应力的任何释放都将导致开口管的直径增大并因此有助于改善电接触，并且在环内的组装期间，其受到环的内部直径的限制。 [0015] 开口管的弹性提供这样的夹紧力：所述夹紧力强到足以确保电阻是非常小的，但是仍然限制当操作开关时使所述开口管移动所需的力。 [0016] 实际上，可以通过下述内容来确定所述紧固力：选择静止直径比容纳所述开口管的环的内部直径大约4％至5％的开口管，并且通过借助于构成所述开口管的材料的弹性将所述开口管装配到所述环中。在这样的情况下，能够获得30微欧姆(μΩ)至50μΩ等级的接触电阻。 [0017] 以更通常的方式，能够通过对下述方面进行调整来调节所述夹紧力： [0018] 导电片的环的直径与开口管的静止时的外部直径之间的夹紧间隙，以及特别是当使管的限定狭缝的两个自由端一起移动时施加至开口管的初始应力； [0020] 材料的自然属性。 [0021] 具有通过结构能够获得的与行进轴正交的夹紧力的这一事实使得能够减小移动所述开口管所需的力。 [0022] 此外，随着开口管与所述环之间的夹紧程度的变化，开口管在空腔内的运动阻力变化很小。 [0023] 应当理解的是，通过从标准管开始，然后通过简单的铣削或切割操作对标准管进行开缝，能够非常简单地获得开口管。 [0024] 在本发明中，优选使用连续(即，不径向开缝)的孔环。通过使用具有符合要求的公差并且没有因释放应力而变形(像开口环会发生的那样，因为开口环通常在狭缝附近会变成椭圆形)的风险的工业技术的冲制或冲压可以容易地获得这样的环。 [0025] 在本发明的实施例中，所述狭缝在所述开口管的轴向方向上延伸。 [0026] 有利地，管中的狭缝的宽度可以被选择用来至多补偿导电片与所述开口管之间的直径差，所述开口管的直径在压入装配之前大于所述导电片的所述环的直径。 [0027] 在实施例中，所述滑动组件包括额外夹紧元件，所述额外夹紧元件插入在所述开口管的内部并且被构造用来朝着所述导电片将向外的径向夹紧力施加至所述开口管。优选地，所述额外夹紧元件由绝缘材料制成。 [0028] 在实施例中，所述致动器是烟火气体发生器(例如，微型气体发生器及其烟火引燃器，或者烟火引燃器)且所述滑动组件包括在所述空腔内可移动的活塞，所述烟火气体发生器与所述活塞之间限定有气体膨胀室。在优选方式中，所述活塞由绝缘材料制成。 [0029] 在实施例中，所述活塞包括适于容纳密封环的至少一个周向槽。 [0030] 在实施例中，所述活塞由绝缘材料制成并且包括第一部和第二部，所述第一部适于沿着所述空腔滑动，所述第二部位于与所述第一部成直线的位置处且适于至少部分地插入所述开口管内以构成所述开口管的引导元件。 [0031] 在实施例中，所述第二部凭借力被安装在所述开口管内。因此，所述引导元件具有迫使所述开口管径向开口的额外功能，从而加强所述开口管与所述导电片的环的电连接。 [0032] 在实施例中，所述活塞具有在上游轴向开口的空腔，由该空腔限定的空间构成所述气体膨胀室的至少一部分。 [0033] 在实施例中，所述开关包括布置于第一初级导电片和第二初级导电片下游的至少一个次级导电片，其中，所述滑动组件的行程是这样的：当所述滑动组件处于所述第二位置时，所述第二初级导电片通过所述滑动组件的所述导电部电连接至所述次级导电片。 [0034] 上面定义的结构有利于扩展断路器和/或转换开关的数量。以这样的方式且在可能的变型中，开关的特征在于：从上游到下游相互成直线地布置的至少两组初级导电片，每组包含两个初级导电片，并且所述滑动组件包括相应数量的互相电绝缘的导电部，当所述滑动组件位于初始位置时，各所述导电部仅与相应的各组的导电片互连。 [0035] 应该理解的是，在上述的变型中，位于一组初级导电片下游的另一组的两个初级导电片中的上游初级导电片相对于所述一组导电片起到次级导电片的作用。 [0036] 在具有多个初级导电片组的这种同类型的实施例中，还能够确保所述滑动组件及所述两组的导电片的布置是这样的：对于所述滑动组件的中间位置，所述两组的导电片经由所述导电部电互连。 [0037] 例如，为了获得这种结果，两个所述导电部可以被厚度比所述导电片的厚度小的绝缘部分隔开，以此使得在行程的特定时刻，所述滑动组件的两个导电部通过一个导电片的环的厚度电连接在一起。这种瞬态位置例如能够使短暂地闭合支路以确保在所述滑动组件行进期间内电路的连续性成为可能。 [0038] 在实施例中，当所述滑动组件从所述第一位置移动至所述第二位置时，通过用于引导所述滑动组件的引导部，所述空心主体内的空腔终止于所述空心主体的下游端。当所述滑动组件位于所述第二位置时，引导部用来适当地定位滑动的导电开口管。当在这个第二位置中所述电开关要闭合一个或多个支路时，引导部用来确保特定的导电片与滑动组件的一个(或多个)导电部之间的良好质量的可靠电接触。附图说明 [0039] 鉴于下面的纯粹作为示例给出的并参照附图说明的根据本发明原理的电开关的实施例的说明，本发明能够得到更好地理解且因此本发明的其它优点将显现得更加清楚，其中： [0040] 图1A和图1B是示出了形成断路器的电开关的结构和操作的示意性纵向截面图； [0041] 图2是如图1A和图1B所示的电开关的一个可能的技术实施例的分解立体图； [0042] 图3A至图3C是示出了另一个实施例的结构和操作的示意图； [0043] 图4A至图4C是示出了又一个变型实施例的类似于图3A至图3C的视图；并且[0044] 图5示出了适于本发明使用的又一个变型活塞。 具体实施方式[0045] 更加具体地参照图1和图2，能够看到根据本发明的电开关11的第一实施例，在本示例中，电开关11更加特别地构成连接至如上定义的两个初级导电片13和14的用于任何电路的断路器。 [0046] 断路器开关11具有限定了空腔19的由电绝缘材料制成的空心主体16、致动器23和突入到空腔19中的两个初级导电片13、14。 [0047] 电开关11还具有适于在空腔内运动的滑动组件20。在示出的示例中，空腔19为圆柱形且滑动组件20自身基本上是圆柱形的。 [0048] 滑动组件20包括具有至少一个导电部的开口管(split tube)21。在图1和图2示出的示例中，开口管21整体导电。 [0049] 滑动组件20还具有形成一种活塞的且适于在空腔内移动以带着开口管21随之移动的滑块22，滑块22由绝缘材料制成的。 [0050] 在示出的示例中，致动器23是安装于空心主体中以与空腔19相通的传统类型的烟火气体发生器。 [0051] 烟火气体发生器23与活塞22的一个轴向端面之间限定有气体膨胀室25。更加具体地，在示出的示例中，在活塞22的面向气体发生器23的上游面，活塞22具有空腔26，且空腔26构成气体膨胀室25的一部分。 [0052] 在滑块22与致动器23，即，与被减小至最小体积的膨胀室25实际接触的初始位置，两个导电片13和14经由位于被称为“初始”位置的第一位置的开口管21而被电连接在一起。经由开口管21的导电部，即，本示例中的整个开口管建立电接触。 [0053] 如所示，在致动器23的作用下，即，当烟火气体发生器被点燃时，开口管21在空腔内朝着第二位置运动(图1B)，且在这样的情况下，两个导电片13和14之间的电连接被断开，以此使得上游的初级导电片13与开口管21分离。 [0054] 根据本发明的显著特征，两个导电片包括沿着滑动组件20的行进方向轴向偏移的且同轴的两个环13a和14a，且当滑动组件位于所述第一位置时，这些环13a和14a至少与滑动组件的导电部(本示例中，开口管21)紧密接触。在本示例中，环13a和14a的内表面与空腔19的壁齐平。当滑动组件位于第二位置时，环13a与滑动组件的导电部(即，开口管21)分离。 [0055] 有利地，在所述第一位置，开口管21与所述初级导电片13、14的环13a、14a之间被接合为压入配合，因而在启动电开关11之前的整个时间段内保证了所述初级导电片之间的极好的电连接。 [0056] 图2示出了如何能够以简单和廉价的方式实现根据上述的断路器的电开关。 [0057] 通过将分别作为左边元件30和右边元件31的两个外壳元件30和31组装在一起来限定空心主体16。 [0059] 导电片分别具有通过连接条13b、14b横向延伸的环13a、14a，连接条13a、14a突出至绝缘的空心主体外部从而能够与断路器外部的电路连接。 [0060] 第二外壳元件31具有两个通孔36，紧固螺栓37能够插入通孔36中。以与第一外壳元件30相同的方式，第二外壳元件31同样具有横向开口凹入34，横向开口凹入34的形状被限定为接纳各导电片13和14的一部分以及气体发生器支撑件12的一部分。 [0061] 气体发生器支撑件12安装在两个外壳元件30、31之间并且在端部具有容纳气体发生器23的孔38。气体发生器23安装在所述支撑件12内部以在所述孔38的内部限定气体膨胀室25。 [0062] 如上所述，通过力将开口管21分别接合于两个环13a和14a。 [0063] 以这样的方式，在所述第一或“初始”位置，同轴的且轴向偏移的两个环13a和14a通过开口金属管21电互连。 [0064] 在示出的示例中，滑块22插入在可滑动的开口管21的内部。滑块22因此执行下面的功能： [0065] 圆柱形状的且直径基本上等于空腔19的直径的第一部或上游部41沿着所述空腔的内表面滑动。 [0066] 在图1和图2中，在第一部41的面朝上的上游表面中，第一部41包括空腔26，空腔26限定了膨胀室25的初始体积的一部分且在本示例中同样基本上为圆柱形。 [0067] 能够在图2中看出，第一部41具有彼此轴向间隔开的两个周向槽61和62，两个周向槽61和62分别容纳密封O型环63和64。因此，活塞22封闭气体膨胀室25并且使压力能够在该室的封闭环境下快速上升。防止了气体膨胀室25内产生的气体向导电环13a和14a渗透。 [0068] 有利地，至少一个所述周向槽形成有缺口65，并且缺口65被构造用来形成校准通道，所述校准通道用于使气体在活塞22被安装于气体发生器支撑件12中的时候能够从气体膨胀室逸出。 [0069] 至少部分位于开口管上游的活塞22具有将由气体膨胀室25内的气体产生的压力传递至开口管21的功能，以使得能够通过移动开口管21来断开电路。 [0070] 这个第一部41向下游延伸有具有稍小直径的第二部42，第二部的所述稍小的直径被选择为：一旦开口管已经被插入在环13a与环14a之间，就使得第二部42能够被插入到开口管内(可能成为压入配合)。 [0071] 当开口管在空腔19内移动时，这个第二部可以起到开口管的引导元件的作用。 [0072] 在有利的实施例中，第二部还可以形成有用于将开口管压至环13a和14a的额外夹紧元件。 [0073] 在烟火气体发生器23被触发之后，情况如图1B所示。两个导电片13和14之间的电连接已经断开。 [0074] 应当注意到，在本示例中，一旦活塞22被插入在环之间，活塞22在位于开口管正上游的部分就呈现出至多等于开口管外直径的直径。在示出的示例中，活塞的上游部的直径甚至略小于开口管的直径，以此使得在带动开口管时，活塞能够容易地在环之间滑动而不被卡住。在本示例中，通过下述结构使这成为可能：活塞沿着滑动的空腔的最远上游部(在本示例中，由发生器支撑件的内孔形成)与所述空腔的较大的下游部(由外壳元件形成，且所述环突入所述下游部)之间的直径差小。 [0075] 能够从图中看出，空腔19通过引导部45往下游延伸，引导部45用来当开口管21从第一位置到达第二位置时引导开口管21，并且用来确保开口管21沿着直的路径。 [0076] 在空腔19的端部安装有阻尼垫9。必要时，这个阻尼垫9具有当导电的开口管21和绝缘的活塞22与开关主体16的端部接触时减小来自这两个部件的冲击能量的功能。 [0077] 更加特别地，参照图3A至图3C，可以观察到，能够使用与上述模块相同的模块以简单的方式获得既形成断路器又形成转换开关的电开关11A。 [0078] 更加具体地，当滑动组件20位于第一或“初始”位置时，从电学的角度来说，情况如图3A所示，即，与上面的示例一样，两个初级导电片13和14通过开口管21互连。 [0079] 然而，除了两个导电片13和14以外，电开关11A还包括位于下游初级导电片14下游的次级导电片50，次级导电片50也具有环50a，环50a通过突出于开关主体外部的导电条50b在一侧延伸。 [0080] 当滑动组件位于第一位置时，次级导电片与开口管21是分离的。 [0081] 相反地，当烟火气体发生器23被触发后，滑动组件20将被发现位于第二位置(图3C)时，下游初级导电片14通过开口管21电连接至所述次级导电片50，而上游初级导电片 13与导电的开口管21分离。开口管21的长度是这样的长度：在滑动组件20的行程期间内，该长度使得所有的三个导电片13、14和50通过开口管21短暂地电互连。这是图3B所示的情况。因此，能够在断路器断开之前闭合支路。 [0082] 图4A至图4C示出了可以使用与图2所示的部件大概类似的部件制成的开关11B的另一个实施例，其中，从上游到下游彼此排出一排的几组初级导电片对能够都与单个滑动组件相关联。在本示例中，仅示出了两组这样的初级导电片对，但是清楚的是，可以以模块化的方式将装置“扩展”为具有更多组这样的导电片。 [0083] 能够看出：限定空腔19的由电绝缘材料制成的空心主体16在轴向上比上述实施例中的空心主体16更长，并且被安装在该空心主体的一端的烟火式致动器23与活塞22A的相邻端联合限定了气体膨胀室25。 [0084] 图5中更加详细地示出了本示例中的活塞22A，活塞22A与上述实施例的活塞在形状上的不同之处在于：活塞22A没有延伸出用于伸入开口管中的额外引导部。换言之，在本示例中，开口管21A在空腔19内与可移动的活塞22A是分离的。活塞22A则被置于开口管21A与烟火气体发生器之间，膨胀室25被限定在活塞22A与致动器23之间。 [0086] 在本示例中，能够看到第一组的两个初级导电片113、114和第二组的两个初级导电片213、214，且开口管具有相应数量的(即，本示例中为两个)彼此电绝缘的导电部58、59。在本示例中，开口管21A具有两个金属部，这两个金属部被在初始位置处在两组初级导电片对之间延伸的绝缘部60分隔开。以这样的方式，如图4A所示，当滑动组件位于初始位置时，所述导电部58、59分别仅与各自对应的组的导电片互连。在烟火气体发生器被启动后，情况如图4C所示，即，开口管21与第一组(上游组)的上游初级导电片113完全脱离，第一组的下游初级导电片114经由上游开口管58与第二组的上游初级导电片213接触，而第二组(下游组)的下游初级导电片214与下游部分的开口管59电接触但是与所有的其它导电片电绝缘，这是因为绝缘部60位于第二组(下游组)的两个初级导电片之间。因此，在这样的布置中，在两组初级导电片之间执行了转换功能，即，第二组的上游初级导电片213相对于第一组起到了次级导电片的作用。 [0087] 能够从图中看出，开口管21A的所述两个导电部被绝缘部60分隔开，绝缘部60的厚度比导电片(特别是第二组的上游导电片213)的厚度小。因此，如图4B所示，当滑动组件正在移动过程中，并且因为开口管21A的上游部与第一组的上游导电片之间的接触还没有被断开，两组的所有导电片经由开口管在短时间内互连。 [0088] 在所有实施例中，有利的是，可以穿过主体16在空腔19与外部之间设置小截面的通道，以有利于滑动组件20移动。 [0089] 此外，气体发生器的燃烧产物可能是导电的或者可能含有金属粒子。如果是在高压条件下断开电路，那么活塞22移动之后，膨胀室25内可能发生电弧或金属电镀。因此，有利的是，活塞22由绝缘材料制成以使在启动之后两个环13a和14a被绝缘部分隔开。 |
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