具有电磁释放器的开关装置

申请号 CN200580039901.0 申请日 2005-11-15 公开(公告)号 CN101061559A 公开(公告)日 2007-10-24
申请人 ABB专利有限公司; 发明人 P·克莱伊斯; A·沃格尔; J·贝克; R·韦伯; R·科默特;
摘要 开关 装置(1、1a、1b、1c、1d),具有 外壳 (2、2a、2b、2c、2d)和至少一个包括固定和活动 接触 件(8、8a、8b、8c、8d;6、6a、6b、6c、6d)的接触部位(4、4a、4b、4c、4d)以及具有释放线圈(22、22a、22b、22c、22d)和释放 衔 铁 (24、24a、24b、24c、24d)的电磁释放器(20、20a、20b、20c、20d),其特征在于,所述释放衔铁(24、24a、24b、24c、24d)由具有 磁性 形状记忆效应的材料所制成,其中在出现 短路 电流 的情况下在所述释放线圈(22、22a、22b、22c、22d)的 磁场 的影响下,所述释放衔铁(24、24a、24b、24c、24d)发生 变形 ,并且由此使所述接触部位(4、4a、4b、4c、4d)断开。
权利要求

1.开关装置(1、1a、1b、1c、1d),具有外壳(2、2a、2b、2c、 2d)和至少一个包括固定和活动接触件(8、8a、8b、8c、8d;6、6a、 6b、6c、6d)的接触部位(4、4a、4b、4c、4d))以及具有释放线圈 (22、22a、22b、22c、22d)和释放(24、24a、24b、24c、24d) 的电磁释放器(20、20a、20b、20c、20d),其特征在于,所述释放 衔铁(24、24a、24b、24c、24d)由至少具有磁性形状记忆效应的材 料制成,其中在出现短路电流的情况下和/或在出现故障电流情况下在 所述释放线圈(22、22a、22b、22c、22d)的磁场的影响下,所述释 放衔铁(24、24a、24b、24c、24d)发生变形,并且由此使所述接触 部位(4、4a、4b、4c、4d)断开。
2.按权利要求1所述的开关装置,其特征在于,所述材料除了磁 性形状记忆效应还具有热性形状记忆效应,从而所述释放衔铁不仅在 磁场的影响下、而且在升高的温度的影响下发生变形。
3.按权利要求1或2所述的开关装置,其特征在于,所述释放衔 铁(24、24a、24b、24c、24d)由一种由镍、锰和镓制成的铁磁性形 状记忆合金制成。
4.按权利要求1到3中任一项所述的开关装置,其特征在于,所 述释放衔铁(24、24a、24d)是细长的构件,并且在出现短路电流的 情况下和/或出现故障电流的情况下在所述释放线圈(22、22a、22d) 的磁场的影响下沿其纵向轴线的方向伸长。
5.按权利要求1到3中任一项所述的开关装置,其特征在于,所 述释放衔铁(24b)构造为横梁状,并且在出现短路电流的情况下和/ 或出现故障电流的情况下在所述释放线圈(22b)的磁场的影响下发生 弯曲。
6.按权利要求1到3中任一项所述的开关装置,其特征在于,所 述释放衔铁(24c)构造为螺旋状,并且在出现短路电流的情况下和/ 或出现故障电流的情况下在所述释放线圈(22c)的磁场的影响下沿螺 旋纵向轴线的方向伸长。
7.按权利要求1到6中任一项所述的开关装置,其特征在于,所 述释放衔铁(24、40b、24c、24d)被所述释放线圈(22、22b、22c、 22d)所包围。
8.按权利要求1到6中任一项所述的开关装置,其特征在于,所 述释放衔铁(24a)安置在所述释放线圈(22a)的外部靠近该释放线 圈的地方。
9.按权利要求1到3中任一项所述的开关装置,其特征在于,所 述释放衔铁(24、24a、24d)是细长的部件并且不仅在出现短路电流 的情况下在所述释放线圈(22、22a、22d)的磁场的影响下、而且在 因过电流引起的温度升高的影响下沿其纵向轴线的方向伸长。
10.按权利要求1到9中任一项所述的开关装置,其特征在于, 所述释放衔铁(24b)构造为横梁状,并且不仅在出现短路电流的情况 下在所述释放线圈(22b)的磁场的影响下、而且在因过电流引起的温 度升高的影响下发生弯曲。
11.按前述权利要求中任一项所述的开关装置,其特征在于,所 述释放衔铁(24c)构造为螺旋状,并且不仅在出现短路电流的情况下 在所述释放线圈(22c)的磁场的影响下、而且在因过电流引起的温度 升高的影响下沿着螺旋纵向轴线的方向伸长。
12.按前述权利要求中任一项所述的开关装置,其特征在于,所 述释放衔铁(24、24b、24c、24d)被所述释放线圈(22、22b、22c、 22d)所包围。
13.按前述权利要求中任一项所述的开关装置,其特征在于,所 述释放衔铁(24a)安置在所述释放线圈(22a)外部靠近该释放线圈 的地方。
14.按前述权利要求中任一项所述的开关装置,其特征在于,在 出现过电流的情况下,借助于由所述导引过电流的释放线圈(22、22a、 22b、22c)进行的间接加热引起所述释放衔铁(24、24a、24b、24c) 的温度升高。
15.按前述权利要求中任一项所述的开关装置,其特征在于,在 出现过电流的情况下所述释放衔铁(24d)的温度升高通过流经所述释 放衔铁(24d)的过电流的直接加热引起。
16.按权利要求1到9中任一项所述的开关装置,其特征在于, 所述释放衔铁(24、24a、24b、24d)在第一端部上固定在与所述外壳 (2、2a、2b、2d)相连接的轴承(28、28a、28b、28d)中。
17.按权利要求1到9中任一项所述的开关装置,其特征在于, 所述释放衔铁(24、24a、24b、24c、24d)在其第二端部上与推杆(26、 26a、26b、26c、26d)处于有效连接之中。
18.具有磁性形状记忆效应的材料在用于开关装置(1、1a、1b、 1c、1d)的电磁释放器(20、20a、20b、20c、20d)中的应用,所述释 放器具有释放线圈(22、22a、22b、22c、22d)和释放衔铁(24、24a、 24b、24c、24d),其特征在于,所述释放器(20、20a、20b、20c、20d) 的释放衔铁(24、24a、24b、24c、24d)由所述具有磁性形状记忆效 应的材料制成,其中在出现短路电流和/或故障电流的情况下,所述释 放衔铁(22、22a、22b、22c、22d)在所述释放线圈(22、22a、22b、 22c、22d)的磁场的影响下发生变形,并且由此使接触部位(4、4a、 4b、4c、4d)断开。
19.按权利要求10所述的具有磁性形状记忆效应的材料的应用, 其特征在于,使用由镍、锰和镓制成的铁磁性形状记忆合金
20.具有磁性形状记忆效应的材料在开关装置(1、1a、1b、1c、 1d)中用于短路电流释放的应用,该开关装置包括接触部位(4、4a、 4b、4c、4d)和电磁释放器(20、20a、20b、20c、20d),其特征在于, 所述电磁释放器(20、20a、20b、20c、20d)的释放衔铁(24、24a、 24b、24c、24d)由所述具有磁性形状记忆效应的材料制成,所述电磁 释放器具有释放线圈(22、22a、22b、22c、22d)和释放衔铁(24、24a、 24b、24c、24d),其中在出现短路电流和/或故障电流的情况下,所述 释放衔铁(24、24a、24b、24c、24d)在所述释放线圈(22、22a、22b、 22c、22d)的磁场的影响下发生变形,并且由此使接触部位(4、4a、 4b、4c、4d)断开。
21.按权利要求20所述的具有磁性形状记忆效应的材料用于短路 电流释放的应用,该材料由一种由镍、锰和镓制成的铁磁性形状记忆 合金所制成。
22.具有组合式热性及磁性形状记忆效应的材料在用于开关装置 (1、1a、1b、1c、1d)的热性及磁性释放器(20、20a、20b、20c、20d) 中的应用,该热性及磁性释放器包括释放线圈(22、22a、22b、22c、 22d)和释放衔铁(24、24a、24b、24c、24d),其特征在于,所述释 放器(20、20a、20b、20c、20d)的释放衔铁(24、24a、24b、24c、 24d)由所述具有组合式热性及磁性形状记忆效应的材料制成,其中不 仅在出现短路电流情况下在所述释放线圈(22、22a、22b、22c、22d) 的磁场的影响下、而且在由过电流引起的温度升高的影响下,所述释 放衔铁(24、24a、24b、24c、24d)发生变形,并且由此使所述接触 部位(4、4a、4b、4c、4d)断开。
23.按权利要求22所述的具有组合式热性及磁性形状记忆效应的 材料的应用,该材料由一种由镍、锰和镓制成的铁磁性形状记忆合金 所制成。
24.具有组合式热性及磁性形状记忆效应的材料在开关装置(1、 1a、1b、1c、1d)中用于短路电流释放和过电流释放的应用,该开关 装置包括接触部位(4、4a、4b、4c、4d)和热性及磁性释放器(20、 20a、20b、20c、20d),其特征在于,所述释放器(20、20a、20b、20c、 20d)的释放衔铁(24、24a、24b、24c、24d)由所述具有组合式热性 及磁性形状记忆效应的材料制成,所述释放器具有释放线圈(22、22a、 22b、22c、22d)和释放衔铁(24、24a、24b、24c、24d),其中不仅 在出现短路电流的情况下在所述释放线圈(22、22a、22b、22c、22d) 的磁场的影响下、而且在由过电流引起的温度升高的影响下所述释放 衔铁(24、24a、24b、24c、24d)发生变形,并且由此使所述接触部 位(4、4a、4b、4c、4d)断开。
25.按权利要求14所述的具有组合式热性及磁性形状记忆效应的 材料用于短路电流释放及过电流释放的应用,该材料由一种由镍、锰 和镓制成的铁磁性形状记忆合金所制成。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的开关装置,该开关 装置具有外壳和至少一个包括固定接触件和活动接触件的接触部位以 及具有释放线圈和释放的电磁释放器。此外,本发明还涉及按权 利要求18、20和22所述的具有磁性形状记忆效应的材料的使用,该 材料用在用于开关装置的电磁释放器中,其中该释放器具有释放线圈 和释放衔铁。

背景技术

在所述类型的开关装置比如线路保护开关或者电机保护开关上, 所述电磁释放器用于在出现短路电流的情况下中断在输入端和输出端 之间的电流通路。在今天现有技术公开的电磁释放器,象比如在DE 101 26 852 C1或DE 100 10 093 A1中所说明的一样,在这种情况下全部按 照这样的原理进行工作,即释放衔铁在出现短路电流的时被置于朝向 磁芯方向的运动之中,并且在这种运动的过程中所述释放衔铁通过与 其处于有效连接之中的推杆将所述接触部位上的移动接触件从固定接 触件上推开,从而由此断开所述接触部位。公开的电磁释放器为此包 括通常由螺旋形卷绕的金属线制成的线圈以及磁芯,该磁芯与在外面 将该线圈包围的磁轭固定连接并且啮合在该线圈内部。所述释放衔铁 要么构造为枢轴衔铁要么构造为插入式衔铁,其中插入式衔铁同样处 于所述线圈的内部。所述衔铁在静止状态中借助于压弹簧与磁芯保 持间距。如果短路电流流过所述释放线圈,那么所述释放线圈的在这 种情况下产生的磁场就会使所述释放衔铁克服所述压力弹簧的复位力 朝所述磁芯移动。在切断短路电流之后,所述衔铁通过压力弹簧的复 位力又回到其原始位置中。
在今天,电磁释放器的结构在这种情况下开销很大并且产生很高 的费用,因为必须制造和组装许多具有很窄的公差的零件。
在现有技术中公开的热性释放器通常用由热双金属或者热性形状 记忆金属制成的释放元件工作,所述释放元件比如作为弯曲横梁或 盘实现。在DE 43 00 909 A1中公开了一种具有热双金属-弯曲横梁的热 性释放器。
在今天如此实现热性和磁性释放器,从而为每种释放原理制造自 己的元件。在此,将热性的第一分-释放器和磁性的第二分-释放器组装 起来,其中所述热性的第一分-释放器就象上面所提到一样具有由热双 金属或热形状记忆金属制成的热释放衔铁,并且所述磁性的第二分-释 放器具有释放线圈和磁性的释放衔铁。在DE 42 42 516 A1中公开了一 种热性-磁性的组合式释放器,其中所述热性的分-释放器构造为锁盘并 且所述电磁的分-释放器则由冲击衔铁-释放器构成。但这里也可以制造 两个分开的释放器,它们按照在空间上彼此靠近的方式组合成复杂的 组件。
因此所述热性和电磁的释放器的构造在今天还是要花很多开销并 产生很高费用,因为必须制造两种完整的释放器并且必须彼此组合在 一起,其中要制造许多具有很窄公差的零件并且组装在一起。
如今结构形式的故障电流保护开关具有电磁释放器,该释放器多 数是永磁释放器并且在此具有U形磁轭,枢轴衔铁与该U形磁轭共同 作用。所述枢轴衔铁在其一个端部的区域中与其中一个磁轭支臂可转 动地相连接,与此相反,所述枢轴衔铁的另一个端部覆盖着另一根磁 轭支臂的端面。借助于弹簧,给所述枢轴衔铁持久地在断开方向上加 载;为所述磁轭配设了在所述磁轭中产生磁通的永久磁铁,所述磁轭 将所述衔铁保持在一个特定的位置中,在该位置中所述衔铁或者说枢 轴衔铁覆盖着所述磁轭支臂的两个端面。此外,在磁轭上布置了一个 线圈,该线圈在出现故障电流时在所述磁轭内部产生磁通量,该磁通 量基本上抵消磁力,使得弹簧的弹力将所述枢轴衔铁置于断开位置 中,由此致动一个锁扣机构,利用该锁扣机构将所述故障电流保护开 关置于断开位置中。为了避免在所述枢轴衔铁和所述磁轭支臂的端面 之间出现粘结过程,将所述释放器装入一个密封的外壳中,其中推杆 从该外壳中伸出来,该推杆将所述故障电流保护开关的锁扣机构切断 并且由此关闭切断所述故障电流保护开关。

发明内容

因此,本发明的任务是可以更加简单地安装且由此以更加低廉的 成本制造所述类型的开关装置。
该任务对于纯粹的电磁短路-释放通过一种具有权利要求1所述特 征性特征的开关装置,通过按权利要求18所述特征性特征的具有磁性 形状记忆效应的材料在开关装置中的使用,并且通过按权利要求20所 述特征性特征的具有磁性形状记忆效应的、用于短路电流释放的材料 在开关装置中的使用得到解决。
因此,按本发明,所述释放衔铁由具有磁性形状记忆效应的材料 构成,其中在短路情况下在所述释放线圈的磁场的影响下所述释放衔 铁发生变形并且由此使所述接触部位断开。尤其所述释放衔铁可以由 一种由镍、锰和镓制成的铁磁性形状记忆合金构成。
在使用磁性形状记忆合金时,可以在氏体相中通过在双晶结构 的两个晶体结构方案之间的过渡引起形状变化,其中所述在晶体结构 之间的过渡通过外部的磁场进行控制。因此这些材料称为磁性形状记 忆合金或“Magnetic Shape Memory Alloys(磁性形状记忆合金)” (MSM)。
磁性形状记忆合金优选构造为由镍、锰和镓制成的铁磁性形状记 忆合金。更为精确的关于基于镍、锰和镓的铁磁形状记忆合金的结构 和作用原理的解释,比如可从WO 98/08261及WO 99/45631中获得。
通过相应的合金成分可以确定,在外部的磁场的如何定向时达到 最大的膨胀;比如所述磁场可以垂直或者横向于MSM-材料,用于达 到最大的膨胀。
用MSM-材料在外部磁场作用下实现的形状变化可以是线性膨 胀、弯曲或扭转(扭曲)。
本发明的优点在于,在按本发明的开关装置上所述磁性释放器的 结构大为简化。所述按本发明的磁性释放器与按现有技术的磁性释放 器相比可以更为紧凑和节省空间地实现。由此也可以更为简单和更为 紧凑地制造按本发明的具有按本发明的磁性释放器的开关装置。
按本发明的开关装置的另一优点就是磁性释放的快速特性。在此 不必对惯性质量进行加速,由于磁性形状记忆效应引起的形状变化几 乎无迟延地进行。
在出现较大的长度变化时,由于铁磁性形状记忆合金具有高磁-机 械能量转换系数,所以可以达到很高的调节力,这一点也十分有利。
在所述按本明的开关装置上,所述用于电磁释放的磁场由经电流 流过的线圈产生。
所述由铁磁性形状记忆金属制成的释放衔铁可以构造为细长的部 件,该部件在出现短路电流的情况下在所述释放线圈的磁场影响下沿 其纵轴线的方向膨胀。
所述释放衔铁也可以构造为横梁状,并且在出现短路电流的情况 下在所述释放线圈的磁场的影响下发生弯曲,或者该释放衔铁可以构 造为螺旋状并且在出现短路电流的情况下在所述释放线圈的磁场影响 下沿螺旋纵轴线的方向膨胀。在所述马氏体相中,磁性引起的形状变 化与线圈电流成正比。
按本发明的开关装置的一大优点在于,在使用由铁磁性形状记忆 金属制成的释放衔铁的情况下,所述电磁释放器的结构非常简单。该 释放器基本上仅仅包括线圈和所述释放衔铁。所述释放衔铁在此可以 在其第二端部上与推杆处于有效连接之中。但与按现有技术的释放器 相比,省去了所述磁芯和压力弹簧。而且所述按本发明的由铁磁性形 状记忆金属制成的释放衔铁的支承结构比用在传统的释放器上的释放 衔铁的支承结构简单。因为在传统的释放器上,释放衔铁必须容易移 动地支承,与此相反在按本发明的释放器上释放衔铁不再包括任何活 动的零件并且在一种优选的实施方式中固定地支承在第一端部上,其 中它在自身活动的第二端部上在磁场的作用下进行膨胀。在此尤其一 种实施方式十分有利,在该实施方式中所述释放衔铁在固定的第一端 部上固定在与外壳相连接的轴承中。
按本发明的开关装置的一大优点在于,所述释放线圈与所述由铁 磁性形状记忆金属制成的释放衔铁之间的空间配设关系可与开关装置 外壳内部的各种几何要求相匹配。例如,在一种优选的实施方式中, 所述释放衔铁可以被释放线圈所包围。按照另一种优选的实施方式, 所述释放衔铁可以安装在线圈的外部靠近线圈的地方。
由此可以在所述开关装置外壳的内部实现理想的空间利用,这就 使开关装置的结构更小并且由此使其成本更为低廉。
所述电磁释放器需要较少的对自身尺寸精度的要求较低的零件, 并且因此具有由铁磁性形状记忆金属制成的释放衔铁的电磁释放器的 安装也更加简单并且更加便宜。
一种与用于短路释放的释放器的结构非常类似的设计方案也可以 用在故障电流保护开关上。在此,所述由具有磁性形状记忆效应的材 料制成的元件直接作用于锁扣机构,所述故障电流保护开关的接触杆 与该锁扣机构耦合。在用于短路的释放器上所描述的基本构思在此意 义上也适用于故障电流保护开关的释放器,其中仅仅应该注意,在所 述线圈上存在的电压或者说能量作为次级电压比较小。
此外,该任务通过一种具有权利要求1和2所述特征性特征的开 关装置,通过按权利要求12所述特征性特征的具有组合式的热性和磁 性形状记忆效应的材料在开关装置中的使用,并且通过按权利要求14 所述特征性特征的具有组合式热性及磁性形状记忆效应的、用于短路 电流释放及过电流释放的材料在开关装置中的使用来解决。
因此,按本发明所述释放衔铁由一种具有组合式热性及磁性形状 记忆效应的材料制成,其中不仅在出现短路电流的情况下在所述释放 线圈的磁场的影响下而且在因过电流引起的温度升高的影响下所述释 放衔铁发生变形,并且由此使接触部位断开。尤其所述释放衔铁可以 由一种由镍、锰和镓制成的铁磁性形状记忆合金制成。
在使用磁性形状记忆合金时,在马氏体相中会因在双晶结构的两 种晶体结构方案之间的过渡引起形状变化,其中在所述晶体结构方案 之间的过渡通过外部的磁场进行控制。这些材料因此称为磁性形状记 忆合金或者“Magnetic Shape Memory Alloys(磁性形状记忆合金)” (MSM)。
磁性形状记忆合金优选构造为由镍、锰和镓制成的铁磁性形状记 忆合金。更为精确的关于基于镍、锰和镓的铁磁形状记忆合金的结构 和作用原理的解释,比如可从WO 98/08261及WO 99/45631中获得。
本发明其它优选的设计方案和改进方案及其它优点可从其它的从 属权利要求中获得。
附图说明
在附图中示出了本发明的五种实施例,并且下面借助于附图对本 发明以及本发明其它优选的设计方案进行详细解释和说明。其中:
图1是按本发明的开关装置的第一实施方式处于静止状态中的示 意图,该开关装置具有棒形的、由铁磁性形状记忆金属制成的释放衔 铁,该释放衔铁布置在释放线圈的内室中,
图2是按图1的第一实施方式处于释放状态中的示意图,
图3是按本发明的开关装置的第二实施方式处于静止状态中的示 意图,该开关装置具有棒形的、由铁磁性形状记忆金属制成的释放衔 铁,该释放衔铁布置在释放线圈的旁边,
图4是按图3的第二实施方式处于释放状态中的示意图,
图5是按本发明的开关装置的第三实施方式处于静止状态中的示 意图,该开关装置具有构造为一侧夹紧的弯曲横梁的、由铁磁性形状 记忆金属制成的释放衔铁,该释放衔铁布置在释放线圈的内部,
图6是按图5的第三实施方式处于释放状态中的示意图,
图7是按本发明的开关装置的第四实施方式处于静止状态中的示 意图,该开关装置具有由铁磁性形状记忆金属制成的螺旋状释放衔 铁,该释放衔铁布置在释放线圈的内部,
图8是按图7的第四实施方式处于释放状态中的示意图,
图9是按本发明的开关装置的第五实施方式处于静止状态中的示 意图,该开关装置具有棒形的、由铁磁性形状记忆金属制成的释放衔 铁以及由热双金属制成的热释放器,其中所述释放衔铁布置在释放线 圈的内部,
图10是按图9的第五实施方式处于释放状态中的示意图,
图11和12分别是第六实施方式处于未释放状态和释放状态中的 示意图,
图13是故障电流保护开关的示意图。

具体实施方式

图1示意示出了一个开关装置1的未释放状态,该开关装置1具 有外壳2、电磁释放器20和开关机构36。在图2中示出了按图1的开 关装置的释放状态,其中相同的或者起类似作用的组件或零件用相同 的附图标记来表示。
在输入端14和输出端16之间,电流通路延伸通过活动的绞合线 18、支承在接触杆轴承12中的接触杆10、包括位于所述接触杆10上 的活动接触件6和固定接触件8的接触部位4以及释放线圈22。在图1 所示的开关位置中,所述接触部位4闭合。这里还有一个磁轭40通过 状的中间件42与所述释放线圈22和固定接触件8相连接。
在此没有示出在有些开关装置中还额外包含的热性释放器,该热 性释放器在出现过电流时作用于所述开关机构,使得该开关机构而后 持续断开所述接触部位。
所述电磁释放器20包括所述释放线圈22和释放衔铁24,该释放 衔铁24在这里构造为横梁形,并且布置在所述释放线圈22的内部, 从而使所述线圈纵轴线和释放衔铁-纵轴线重合。
在固定的第一端部24’上,所述释放衔铁24固定在与所述外壳2 相连接的释放衔铁-轴承28中。在其自由的第二端部24”上,所述释放 衔铁24与推杆26处于有效连接之中。在这里将这种有效连接示为形 状配合连接,但作为替代方案,也可以实现传力连接或者材料连接。
所述释放衔铁24在其自由端部24”上具有槽口25,支承在释放杆 -轴承32中的释放杆30比如以处于其自由的第一端部30’上的叉形件啮 合在该槽口25中。所述释放杆30的自由的第二端部30”则啮合在滑杆 34中的空隙35中,该滑杆34通过作用线38与所述开关机构36处于 有效连接之中。
所述释放衔铁24由一种基于镍、锰和镓的铁磁性形状记忆合金制 成。这样的铁磁性形状记忆合金在原理上已经公开,并且可以购买得 到,它们比如由芬兰公司AdaptaMat Ltd.制造和销售。按本发明用在 开关装置中的铁磁性形状记忆合金的典型成分由结构式Ni65-x-y Mn20+xGa15+y确定,其中x处于3个原子百分数和15个原子百分数之 间,并且y处于3个原子百分数和12个原子百分数之间。这里所使用 的铁磁性形状记忆合金拥有这样的特性,即在其马氏体相也就是使所 述材料处于热转变温度之下的相中,在外部微小的磁场作用下在双晶 结构的两种晶体结构方案之间进行过渡,这种过渡在宏观上与形状变 化相关。在这里所选择的释放衔铁的实施方案中,所述形状变化在于 沿横梁纵轴线的方向的线性伸长。
在这里所使用的铁磁性形状记忆合金中的热转变温度处于室温范 围内,并且可以通过所述原子百分数份额x和y在带宽范围内的变化 进行调节。所述工作温度范围由此可以通过材料成分的选择在带宽范 围内进行调节,其中所述电磁释放器就在该工作温度范围内工作。
如果在短路情况下很高的短路电流流经所述开关装置2,那么所述 释放衔铁24由于上述效应而膨胀,并且因此所述推杆26将活动接触 件6从固定接触件8上推开,从而就象在图2中所示的一样断开所述 接触部位4并且切断该开关装置。在这过程中,所述铁磁性形状记忆 材料非常迅速地进行膨胀并且几乎没有迟延。迟延时间作为在短路电 流出现和释放衔铁24最大纵向膨胀之间的时差典型地处于一个毫秒的 数量级中。
释放过程在这里得到所述释放杆30的支持,该释放杆30在所述 释放衔铁24膨胀时围线着所述释放杆-轴承32顺时针转动,并且此时 将所述滑杆34沿其纵向延伸方向-这里由方向箭头S表示-推移,使得 该滑杆34通过所述作用线38致动所述开关机构36。
在释放所述开关装置之后,所述电流通路中断并且所述释放线圈 22的磁场也消失。因此所述释放衔铁24又收缩到其原始尺寸,由此所 述释放杆30又回到象在图1中所示的原始位置中。所述接触部位4现 在通过这里未示出的作用线通过所述开关机构36持续保持在断开位置 中。
在图3中示出了按本发明的开关装置1a的另一种实施方式的未释 放的状态,并且在图4中示出该开关装置1a的释放状态。相同的或者 起相同作用的组件或零件用和在图1和2中相同的附图标记表示,但 是增加了字母a。在按图3和4的开关装置1a和按图1和2的开关装 置1之间的主要区别在于,在前者中所述由基于NiMnGa的铁磁性形 状记忆合金制成的释放衔铁24a布置在所述释放线圈22a的外部。此 外,为简明起见,在图3和4中没有示出所述释放杆30a、滑杆34a和 开关机构36a。在短路情况下所述释放衔铁24a的形状变化在图3和4 所示的实施方式中由处于释放线圈22a的外部区域中的磁场所引起。 所述释放线圈22a及磁路的相应设计可以由普通技术人员借助于其普 通的专业知识并且在得到系统试验的支持下进行。
在图5中示出了按本发明的开关装置1b的另一种实施方式的未释 放状态,并且在图6中示出该开关装置1b的释放状态。相同的或者起 相同作用的组件或零件用和在图1和2所示开关装置1上相同的附图 标记表示,但是增加了字母b。在按图5和6的开关装置1b和按图1 和2的开关装置1之间的主要区别在于,在前者中所述释放衔铁24b 构造为弯曲横梁,该弯曲横梁以固定的第一端部24b’在一侧牢固地夹 紧在所述释放衔铁-支承点28b上。该释放衔铁24b布置在所述释放线 圈22b的内室中。在短路情况下由所述释放线圈22b的磁场所诱发的 形状变化在这里体现在所述释放衔铁24b在其自由的第二端部24b”上 的弯曲,参见图6。所述释放衔铁24b的自由的第二端部24b”啮合在 所述L形滑杆34b的第一支臂33b中的空隙35b中,由此该滑杆35b 在所述释放衔铁24b弯曲时沿所述第一支臂33b的纵向延伸方向-这里 由方向箭头S表示-的方向移动。所述滑杆34b在其第二支臂33b’上与 推杆26b处于有效连接之中,该推杆26b在所述滑杆34b移动时将活 动接触件6b从固定接触件8b上推开,并且由此断开所述接触部位4b。 为简明起见,在图5和6所示实施方式中没有示出所述开关机构36。
在图7中示出了按本发明的开关装置1c的另一种实施方式的未释 放状态,并且在图8中示出该开关装置1c的释放状态。相同的或者起 相同作用的组件或零件用和在图1和2所示开关装置1上相同的附图 标记表示,但是增加了字母c。在按图7和8的开关装置1c和按图1 和2的开关装置1之间的主要区别在于,前者所述释放衔铁24c构造为 螺旋状,并且在所述释放线圈24c的内部在平行于线圈轴线定向的导 套23c中导引。由所述释放线圈22c的磁场在短路情况下诱发出所述螺 旋状释放衔铁24c的形状变化,这种形状变化在这里体现在所述形成 释放衔铁的螺旋24c在螺旋纵轴线的方向上的伸长,这里通过方向箭 头L表示出这一方向。在所述螺旋状释放衔铁24c的自由的端部24c” 上,该释放衔铁24c与所述推杆26c处于有效连接之中,该推杆26c在 释放情况下断开所述接触部位4c,参见图8。
在图9中示出了按本发明的开关装置1d的另一种实施方式的未释 放状态,并且在图10中示出该开关装置1d的释放状态。相同的或者 起相同作用的组件或零件用和在图1和2所示开关装置1上相同的附 图标记表示,但是增加了字母d。
在图9和10所示实施方式中的电磁释放器20d的结构与在图1和 2所示实施方式中的电磁释放器20的结构相同。在按图9和10的实施 方式中,为简明起见没有示出所述输入端和输出端以及所述开关机 构。在按图9和10所示实施方式中的开关装置1d除了所述电磁释放 器20d还包括热式过电流释放器。该过电流释放器主要由热双金属条 44d构成,该热双金属条44d以其固定的第一端部44d”固定在双金属- 支架48d上,并且其活动的第二端部44d’啮合在所述滑杆34d的另一 个空隙35d’中。所述电流通路在这里从(未示出的)输入端经过活动 的第一绞合线18d、接触杆18d、由活动的及固定的接触件6d、8d构 成的接触部位4d、释放线圈22d、双金属支架48d、热双金属条44d、 活动的第二绞合线18d’一直延伸到(未示出的)输出端。
在出现过电流的情况下,所述热双金属条44d沿着由方向箭头B 所表示的方向弯曲,使得所述滑杆34d沿着其纵轴线-由方向箭头S所 表示-的方向移动,并且通过(这里未示出的)作用线与(这里同样未 示出的)开关机构共同作用,该开关机构而后持续断开所述接触部位 4d。在出现短路电流的情况下,就象在图1和2下面早已描述的一样 借助于所述电磁释放器20d进行释放。
为了在所述释放线圈22s的磁场由于在释放情况下的触头断开而 消失之后对所述释放衔铁24d的逆向变形进行支持,在按图9和10的 实施方式中设置了复位弹簧46d。该复位弹簧46d在这里是螺旋弹簧, 并且包括所述推杆26d。但它也可以是板式弹簧或者以其它合适的方式 方法进行构造。所述复位弹簧在未释放状态中(图9)处于松弛状态。 它以一个端部支撑在与外壳相连接的弹簧座50d上,并且以其另一个 端部支撑在所述释放衔铁24d的活动端部24d”上。在释放情况下(图 10),该复位弹簧因膨胀的释放衔铁24d而压缩。
在图1到10中所示出的和所说明的实施例是在使用电磁释放器的 情况下可能的按本发明的开关装置的示范性的非终结性的示意图,所 述电磁释放器具有由铁磁性形状记忆合金制成的释放衔铁。也可以从 所有其它在现有技术中公开的、具有电磁释放器的开关装置方案中, 通过按本发明使用用于形成所述释放衔铁的铁磁性形状记忆合金这种 方式来制造按本发明的开关装置。
在此主要为一些特定的材料对按图1到10的实施方式进行了解 释,其中仅仅涉及所述磁性形状记忆效应。如果使用那些不仅具有磁 性的而且具有热性的形状记忆效应的材料,那也可以使用完全相同和 一致的设计。由于可以完全取消所述热双金属44d并且仅仅将所述释 放衔铁24d不仅用于电磁释放而且用于热性释放,因此尤其产生一种 特别优选的实施方式,如图9和10所涉及的。
在图9中所示的实施方式与在图1中所示的实施方式之间的差别 在于,在图9中所示实施方式中直接通过电流对所述释放衔铁24d进 行加热,并且不是象在后一种实施方式中一样间接地通过来自释放线 圈22d的热辐射进行加热。在此对按图9的实施方式中的电流通路描 述如下:电流从输入端14d经活动的绞合线18d、接触杆10d、接触部 位4d通过所述释放线圈22d,并且进一步地按照与该释放线圈22d串 联的方式经另一活动的将所述释放线圈22d的这个端部与所述释放衔 铁24d的前面部分进行导电连接的绞合线18d’,通过所述释放衔铁24d 并且从该释放衔铁24d的固定的端部24d’进一步流向所述输出端16d。 在出现过电流的情况下,所述释放衔铁24d因此由电热直接进行加热。 由此可以在热方面对热性及磁性释放器20d进行更为精确的设计。
由于触点断开在所述释放线圈22d的磁场消失之后会出现短路电 流的情况,或者由于触点断开在所述释放衔铁24d冷却到低于所述热 转变温度的温度之后出现过电流情况,为了在这两种情况下进行释放 之后对所述释放衔铁24d的逆向变形进行支持,在按图9和10的实施 方式中设置了复位弹簧46d。该复位弹簧46d在这里是螺旋弹簧,并且 包括所述推杆26d。但它也可以是板式弹簧或者以其它合适的方式方法 进行构造。所述复位弹簧在未释放状态中(图9)处于松弛状态。它以 一个端部支撑在与外壳相连接的弹簧座50d上,并且以其另一个端部 支撑在所述释放衔铁24d的活动的端部24d”上。在释放情况下(图 10),该复位弹簧因膨胀的释放衔铁24d而压缩。
在图1到10中所示出的和所说明的实施例是在使用热性的和电磁 的释放器的情况下可能的按本发明的开关装置的示范性的非终结性的 示意图,所述热性的和电磁的释放器具有由铁磁性形状记忆合金制成 的释放衔铁。也可以从所有其它在现有技术中公开的、具有热性和电 磁的释放器的开关装置方案中,通过按本发明使用用于形成所述释放 衔铁的铁磁性形状记忆合金来制造按本发明的开关装置。
在图11中所示的实施方式与在图1中所示的实施方式之间的差别 在于,在图11所示实施方式中直接通过电流对所述释放衔铁24d进行 加热,并且不是象在后一种实施方式中一样间接地通过释放线圈22d 的热辐射进行加热。在此对按图9的实施方式中的电流通路描述如下: 电流从输入端14d经活动的绞合线18d、接触杆10d、接触部位4d通 过所述释放线圈22d,并且进一步地按照与该释放线圈22d串联的方式 经另一活动的将所述释放线圈22d的这个端部与所述释放衔铁24d的 前面部分进行导电连接的绞合线18d’,通过所述释放衔铁24d并且从 该释放衔铁24d的固定的端部24d’进一步流向所述输出端16d。在出现 过电流的情况下,所述释放衔铁24d因此由电热直接进行加热。由此 可以在热方面对热性及磁性释放器20d进行更为精确的设计。
由于触点断开在所述释放线圈22d的磁场消失之后会出现短路电 流的情况,或者由于触点断开在所述释放衔铁24d冷却到低于所述热 转变温度的温度之后出现过电流情况,为了在这两种情况下进行释放 之后对所述释放衔铁24d的逆向变形进行支持,在按图9和10的实施 方式中设置了复位弹簧46d。该复位弹簧46d在这里是螺旋弹簧,并且 包括所述推杆26d。但它也可以是板式弹簧或者以其它合适的方式方法 进行构造。所述复位弹簧在未释放状态中(图9)处于松弛状态。它以 一个端部支撑在与外壳相连接的弹簧座50d上,并且以其另一个端部 支撑在所述释放衔铁24d的活动的端部24d”上。在释放情况下(图 12),该复位弹簧因膨胀的释放衔铁24d而压缩。
在图1到12中所示出的和所说明的实施例是在使用热性的和电磁 的释放器的情况下可能的按本发明的开关装置的示范性的非终结性的 示意图,所述热性的和电磁的释放器具有由铁磁性形状记忆合金制成 的释放衔铁。也可以从所有其它在现有技术中公开的、具有热性和电 磁的释放器的开关装置方案中,通过按本发明使用用于形成所述释放 衔铁的铁磁性形状记忆合金来制造按本发明的开关装置。
在此还要简短地参考图1和2。在那里示出一种开关装置,该开关 装置为短路电流而设计。就象在这种情况下可以看出的一样,所述也 可以称为推杆的衔铁24的运动被传递给接触杆10。除此以外,推杆24 的运动也通过杠杆机构30和滑杆34传递给所述锁扣机构36。如果仅 仅为了在出现故障电流时断开电路而要对按图1的开关进行改动,那 么所述线圈22与故障电流保护开关中所谓的初级线圈相连接并且省去 所述推杆26,从而不是电源电流而是次级电流流经所述线圈22;而后 所述推杆24的运动比如通过部件30和34导向所述锁扣机构。当然也 存在这种可能性,即布置所述推杆24,使得其直接作用于所述锁扣机 构36。
这种布置方案的示意图可从图13中获得。将初级导线61和62从 互感器铁心60中穿过,所述初级导线61和62具有接触部位63和64。 围绕着所述互感器铁心60布置了与线圈66相连接的次级线圈65,推 杆67穿过该线圈66,该推杆67由具有磁性的形状记忆效应的材料、 但必要时也可以由具有磁性和热性的形状记忆效应的材料制成。该推 杆67按照箭头方向P1作用于锁扣机构68,并且在断路之后所述锁扣 机构按照箭头方向P2作用于所述接触部位63、64。与按图1的布置方 案相比,所述推杆67在图1中具有附图标记24;所述锁扣机构68在 图1中具有附图标记36,所述线圈66在按图1的布置方案中具有附图 标记22,并且就象可以看出的一样,缺少推杆件26,因为在这样的故 障电流保护开关上直接作用于所述接触部位63、64这种情况并不普 遍。
附图标记列表:   1、1a、1b、1c、1d   开关装置   2、2a、2b、2c、2d   外壳   4、4a、4b、4c、4d   接触部位   6、6a、6b、6c、6d   活动的接触件   8、8a、8b、8c、8d   固定的接触件   10、10a、10b、10c、10d   接触杆   12、12a、12b、12c、12d   接触件-轴承   14、14a、14b、14c   输入端   16、16a、16b、16c   输出端   18、18a、18b、18c、18d、18d’   活动的绞合线   20、20a、20b、20c、20d   电磁释放器   22、22a、22b、22c、22d   释放线圈   23c   导套   24、24a、24b、24c、24d   释放衔铁   24’、24b’   释放衔铁的固定端部   24”、24b”、24c”、24d”   释放衔铁的活动端部   25   槽口   26、26a、26b、26c、26d   推杆   28、28a、28b、28c、28d   释放衔铁-轴承   30   释放杆   30’   释放杆的自由的第一端部   30”   释放杆的自由的第二端部   32、32d   释放杆-轴承   33b   滑杆34b的第一支臂   33b’   滑杆34b的第二支臂   34、34b、34d   滑杆   35、35b、35d、35d’   滑杆中的空隙   36   开关机构   38   作用线   40、40a、40b、40c、40d   磁轭   42、42a、42b、42c、42d   中间件   44d   热双金属条   44d’   热双金属条的活动的端部   44d”   热双金属条的固定的端部   46d   复位弹簧   48d   双金属支架   50d   弹簧座   S、L、B   方向箭头
QQ群二维码
意见反馈