专利名称：具有烟火致动的电路断路器的制作方法
技术领域：
·
本发明涉及一种烟火致动电开关，其例如用作断路器并优选地使用已知的气体微发生器。优选的应用领域是要求包含电路断路器的电动车辆，从而使车辆及其乘客的安全在电池和/或相关电路发生故障的时候、例如发生事故的时候均得到保证。因此，本发明主要旨在通过提供传动系构件的紧急关断来保护电动汽车的乘客。然而，这种装置也能够用于其他领域，比如航空、航天、航海等等。
背景技术：
电动车辆的发展导致了例如锂电池等高存储容量和高功率电池的使用。因此，这种电池的安全使用就成为关注的焦点。但是，电动车辆的安全并不仅仅取决于电池。驱动系中所有链路和与电池的连接的安全都必须优化，这是因为他们必须经得住道路车辆固有的冲击和振动、并在事故或部件自身故障导致短路的时候迅速隔离。因此，需要进行电气保护的主要电源元件首先是电池的各个元件，其次是驱动系统、动能恢复装置(超级电容器)、用于将直流转换为交流的电子装置、用于对提供至马达的电力进行控制的系统等等。因此，有必要提供具有迅速可靠致动的车辆断路器，其能够使得故障部件紧急关断。在操作异常的时候、或在一个或多个检测器已经发出警告信号或乘客存在高风险(触电、中毒、烧伤等等)的重大事故的时候，该紧急关断也能够被激活。已经提出了几种装置和断路器。例如，从文献EP1502683中已知一种配备有空心活塞的烟火致动断路器，其具有面向该活塞的气体发生器和待切断的电导体。其中在烟火跳闸时的压力下积聚有燃烧气体的空心活塞移动并推动配备有可以切断导体的一种刀具的另一元件。由于该装置要求大量的生产成本相对高的精密部件，该装置是很复杂的。而且，这些部件的组装需要掌握以小的机械公差进行组装和接合操作，这使得很难进行自动化以实现高生产率。此外，当烟火压力建立时，该装置会具有引起气体泄漏的不良密封，这能危及断路器的正确操作。
发明内容
本发明可以克服所有这些困难。更具体地，本发明涉及一种烟火致动电开关，其包括位于同一个壳体中的烟火跳闸的气体发生器和与所述气体发生器相关联的可变结构腔，其特征在于，所述烟火致动电开关还包括在所述烟火跳闸之前构成所述腔的底部隔板的导电叶片，并且所述叶片的两个端部从所述壳体的外部是可接触到的，所述底部隔板包括至少一个可断开切口，所述可断开切口用于当所述气体发生器发出气体时电气分开所述可接触到的端部，并且在所述气体发生器的相对于所述导电叶片的另一侧限定有间隙空间，以使得所述叶片的至少一部分已断开的部分在所述气体发生器跳闸的时候进入所述间隙空间。换句话说，在最基本的版本中，烟火致动气体发生器直接面向构成在跳闸时容积变化的腔的隔板的切断叶片，以朝向间隙空间驱动由叶片构成的所述底部隔板的至少一部分。例如，所述壳体由塑铸获得。优选地，限定在所述气体发生器的另一侧的间隙空间设置有具有负压力(negative draft)的壁，以使得所述叶片的已断开部分在所述间隙空间内沿着其整个行程进行摩擦。叶片的已断开部分在间隙空间的具有负压力的壁上的摩擦使得所述可变结构腔在叶片的已断开部分的位移中始终保持气密性。因而，所述烟火跳闸的气体发生器的燃烧气体仍然被局限在所述可变结构腔内以保证所述可变结构腔的增压。由此获得的断路器具有低质量和小体积，尤其适合自动化的批量生产。事实上，该自动化生产能够在注塑机周围非常简单地组织，从而通过塑铸形成容纳气体发生器和叶片的外壳体。 根据优选实施例，在气体发生器和导电叶片之间夹有可移动密封元件。例如，该可移动密封元件构成在烟火跳闸之前在所述可变结构腔内介于气体发生器和所述可断开叶片之间的滑动塞。该元件用于防止叶片的断开引起气体泄漏导致降压。这种降压的确可以在第一操作时刻之后引起烟火填料(pyrotechnic charge)的熄灭,或者可以导致施加至叶片的压力不足，从而造成不完全断开或部分或太慢的电气切断。根据一种变型例，可移动密封元件是开口连接至所述气体发生器的出口的封闭波纹管。在此情况下，在烟火跳闸之后，气体仍然被局限在波纹管内并使后者膨胀，所述膨胀使所述叶片断开。根据上文限定的变型例，可能导电的残余燃烧气体也被阻止与叶片的已断开端部相接触。因而获得了较好的电隔离。
根据随后以示例形式单独给出的并参考所附非限制性附图对符合本发明原理的几种烟火致动电开关所做的描述，本发明将得以更好地理解，本发明的其他优点将变得更加清楚，其中图1是根据本发明的装置的第一实施例的分解透视图；图2是同一装置组装后的剖视图；图3A和3B是对应于图1和2的实施例的简化示意图，以图示其操作；图4A和图4B是类似于图3A和3B的视图，其图示了同一实施例的变型；图5是根据本发明的装置的第二实施例的剖视图；图6A和6B是对应于图5的实施例的简化示意图，以图示其操作；图7A和7B是类似于图6A和6B的视图，其图示了同一实施例的变型例；图8A和8B是类似于图6A和6B的视图，其图示了同一实施例的变型例；图9A和9B是类似于图6A和6B的视图，其图示了同一实施例的变型例；图1OA和IOB是类似于图6A和6B的视图，其图示了同一实施例的变型例；图1IA和IIB是类似于图6A和6B的视图，其图示了另一实施例；图12A和12B是类似于图1lA和IlB的视图，其图示了变型例；以及
图13A和13B在截面图中分别图示了跳闸之前和之后的第三实施例。
具体实施例方式更具体地，考虑到图1、2以及3A、3B，示出了构成断路器的烟火致动电开关11，其具有壳体13和安装在所述壳体中的烟火致动气体发生器15，所述壳体限定出腔17，所述腔17的结构在所述气体发生器发出气体的时候发生变化。在本示例中，如更进一步所述，当气体发生器15发出在压力下的气体时，该腔的容积增大。例如由铜制成的矩形导电叶片19穿过壳体13。导电叶片的端部20a、20b从壳体向外延伸并因此可接触地实现开关的电连接，即，允许开关插入电路中，以使其安全。根据本发明的重要特征，在前述烟火跳闸之前(S卩，在气体发生器的点火和气体在压力下的发出之前，此处为在腔17内部)的情况下，腔17的隔板19a由导电叶片构成，更具体地由导电叶片的中间部分构成。再者，构成腔17的底部并与气体发生器15相对的该隔板19a包括至少一个可断开切口 22(或任何其他预切割装置)，以当气体发生器发出气体时，换言之，当腔17的容积突然改变时，从电气上分开叶片的所述可接触到的端部20a、20b。·此外，在跳闸之前，在气体发生器的构成腔17的底部隔板的导电叶片19的另一侧限定出间隙空间21。因而，叶片的至少一部分断开的部分、即所述底部隔板19a能够在气体发生器15的跳闸时进入间隙空间。例如，这种可断开切口 22的形状允许一部分所述叶片(在这种情况下为腔17的底部隔板19a)在所述气体的影响下被完全分离并被驱动进入所述间隙空间21中。优选地，在腔17的边界附近的叶片中有两个平行的横向切口 22。叶片的另外两边(在其纵向方向上)位于间隙空间21的开口的两个边缘的附近。在图示了简易自动化的工业实施方案的图1和2中，可以看到，气体发生器15被容纳在大体圆柱形的封闭容器25中，两个电叉26进入气体发生器中以对填料(charge)进行点火。该容器和限定出矩形开口的矩形(或方形)基座27对齐，该矩形开口与其间插入有叶片19的两个平行肋28毗接。容器25插入具有矩形开口 30和允许叶片穿过的两个缝隙31的套管29中。装配到套管29的封闭袋33限定出所述间隙空间。容器25、套管29以及袋33可由塑料制成，并如图所示通过焊接或任何其他方法进行组装。然后，它们限定出壳体13。此外，为了提高装置的可靠性，具有矩形横截面的开放袋35被插入到封闭袋33中。该开放袋包括搁在封闭袋33的肩部37上的矩形栏杆36。栏杆36包括定位为面向限定在叶片中的底部隔板19a的外围的矩形切口 39。因而，开放袋35的中心部分设计为与栏杆的上部分开，并与隔板19a—起行进至所述间隙空间21中。在叶片和开放袋的对应开口之间夹有两个矩形垫圈41、42。这些垫圈位于矩形切口 39的两侧中的任一侧。从图3A和3B的简化示意截面图的对比中，可轻易推断出装置的操作。在烟火跳闸的时候，加压的气体在腔17中积聚，并引起叶片19的两个切口 22的断开，从而将腔17的底部隔板19作为一个整体朝向间隙空间21驱动。叶片的端部20a、20b之间的电连接确定地被中断。由于间隙空间21的横截面从开口到袋的底部减小，已断开的隔板19a将自身嵌入间隙空间中，并且卡滞在那里，这防止了已断开的叶片的两端之间的任何瞬时接触。
栏杆36断开之后，由垫圈42、底部隔板19a以及与空间21的壁摩擦的已断开的袋35的最里面部分提供了阻止气体进入间隙空间的间隙空间21侧的气密性。在即将描述的变型例和实施例中，类似的结构元件具有相同的附图标记。例如，没有必要完全分开腔17的底部隔板。叶片可包括至少一个折弯区，以允许断开的叶片的至少一部分折弯并进入间隙空间。这是图4A和4B所图示的内容。根据该变型例，在底部隔板19a的中部提供有单个可断开的横向切口 22。位于腔17的边缘附近的切口的任一侧并与该切口平行的叶片的两个平行的变薄部分限定出两个折弯区45。因而，在烟火跳闸的时候，底部隔板19a从中部断开，且所述隔板的两部分折弯并进入间隙空间21中，且同时经受永久变形。图4B中图示了最终状态，端部20a、20b之间的电气连续性被中断。图5图示了与图2相似的另一实施例。图中也示出了在所述间隙空间的开口的两个相对边缘附近具有两个平行可断开切口 22的叶片19的实施例。该实施例值得注意之处在于在所述气体发生器和导电叶片19之间包含有可移动密封元件。此处，可移动密封元件 构成了能够在所述可变结构腔内移动的滑动塞50。在烟火跳闸之前，该滑动塞介于气体发生器和叶片之间。该滑动塞的气密滑动在跳闸期间以及跳闸之后可以阻止气体到达叶片。当对比图6A和6B时，本实施例的操作变得清楚。在跳闸之前(图6A)，可移动密封元件实际上占据了气体发生器和叶片之间的全部空间。其基本上支承于构成底部隔板19a的叶片的整个部分。在跳闸之后(图6B)，由发生器发出的气体保留在可变结构腔17中。图7A和7B图示了该实施例的变型例，根据该变型例，单个可断开切口 22限定在所述底部隔板19a的中部，如图4A和4B的实施例那样，两个折弯区45限定在底部隔板的任一侧。操作相似，唯一不同在于切口 22通过在腔内压力的增大的影响下进行位移的滑动塞50而断开。图8A和8B的变型例与图6A和6B的实施例相似，唯一不同在于滑动塞50连接至由两个可断开切口限定出的所述底部隔板19a。操作与图6A和6B的实施例的操作相同。在图9A和9B的实施例中，滑动塞50a具有构成肋的侧向延伸部53，该侧向延伸部支承于与靠近所述隔板的侧边缘的单个可断开切口 22相邻的所述底部隔板19a的一部分。折弯区45在所述端部隔板的另一端附近限定为与可断开切口 22平行。在烟火跳闸的时候，如图9B所示，切口 22断开，滑动塞的侧向延伸部促使折弯。根据图1OA和IOB的变型例，所述底部隔板包括位于底部隔板中部的单个可断开切口 22和位于靠近间隙空间21的开口的端部的底部隔板的任一侧的两个折弯区45。进一步地，滑动塞50b设置有突出肋56，该突出肋在跳闸之前支撑在底部隔板19a上并与所述可断开切口平行。在跳闸之后，状态如图1OB所示，由于滑动塞50b，气体被局限在腔内。图1lA和IlB的变型例就叶片19的结构而言与图6A和6B的变型例相似。另一方面,在烟火跳闸之前,可移动密封兀件50c与所述气体发生器15的封袋58形成一体,该封袋在侧面具有可断开区59，该可断开区在烟火跳闸的时候能够实现与封袋的下部分的分离，这与上述滑动塞具有相同的作用。图12A和12B的变型例就叶片19的结构和可移动密封元件的形状而言与图9A和9B的变型例相似，但在烟火跳闸之前，可移动密封元件与所述气体发生器15的封袋58形成一体，并具有允许滑动塞在气体压力的影响下分开的可断开区59a。
最后，根据图13A和13B的实施例，所述可移动密封元件是安装在可变结构腔17中的封闭波纹管60，该可变结构腔的一个开口连接至所述气体发生器的出口。在跳闸之前，状态如图13A所示，波纹管60缩回其自身中。叶片的结构与例如图5中的结构一致。在跳闸之后(图13B)，气体导致波纹管60在所述可变结构腔17内延长，这导致所述底部隔板19a在间隙空间21内断开。在该实施例中，燃烧气体仍然被局限在波纹管60内。很明显，本发明不仅限于上述实施例，也包括具体是不同变型例的结构元件的所有可能的组合，尤其是叶片结 构和构成滑动塞或封闭波纹管的可移动密封元件的结构。
权利要求
1.一种烟火致动电开关，其包括位于同一个壳体中的烟火跳闸的气体发生器(15)和与所述气体发生器相关联的可变结构腔(17)，其特征在于，所述烟火致动电开关还包括在所述烟火跳闸之前构成所述腔(17)的底部隔板(19a)的导电叶片(19)，并且所述叶片的两个端部(20a、20b)从所述壳体的外部是可接触到的，所述底部隔板包括至少一个可断开切口(22)，所述可断开切口(22)用于当所述气体发生器发出气体时电气分开所述可接触到的端部，在所述气体发生器的相对于所述导电叶片的另一侧限定有间隙空间(21)，以使得所述叶片的至少一部分已断开的部分在所述气体发生器跳闸的时候进入所述间隙空间。
2.根据权利要求1所述的开关，其特征在于，在所述气体发生器(15)和所述导电叶片(19)之间夹有可移动密封元件(50、60)。
3.根据权利要求2所述的开关，其特征在于，所述可移动密封元件构成在烟火跳闸之前在所述可变结构腔中介于所述气体发生器和所述叶片之间的滑动塞(50)。
4.根据权利要求2所述的开关，其特征在于，所述可移动密封元件是安装在所述可变结构腔(17)内的封闭波纹管(60)，所述封闭波纹管(60)的一个开口连接至所述气体发生器的出口。
5.根据权利要求3或4所述的开关，其特征在于，所述至少一个可断开切口(22)的形状使得所述叶片(19)的一部分被所述可移动密封元件完全分离并被驱动进入所述间隙空间(21)中。
6.根据权利要求3或4所述的开关，其特征在于，所述叶片包括至少一个折弯区(45)，以通过所述可移动密封元件使得所述已断开叶片的至少一部分折弯并且进入所述间隙空间(21)中。
7.根据权利要求6所述的开关，其特征在于，所述开关包括限定在所述可断开切口(22)的任一侧的两个折弯区(45)。
8.根据权利要求6所述的开关，其特征在于，所述开关包括单个折弯区(45)和单个可断开切口(22)。
9.根据权利要求2 8中的任一项所述的开关，其特征在于，所述可移动密封元件包括位于所述可断开切口(22)附近的肋(53、56)。
10.根据权利要求2 9中的任一项所述的开关，其特征在于，所述可移动密封元件在烟火跳闸之前与所述气体发生器的封袋(58)成为一体，并且所述封袋包括可断开区(59)。
全文摘要
本发明具体涉及一种构成断路器开关的电路断路器，其中，导电叶片被烟火致动气体发生器的跳闸断开。根据本发明，具有烟火致动的气体发生器(15)设置为发出由填料燃烧引起的气体，所述发生器与可变结构腔(17)相关联，可断开导电叶片(19)构成所述腔的背壁，在气体致动下发生的所述叶片的断开引起电路的中断，所述叶片构成所述电路的一部分。
文档编号H01H39/00GK103003907SQ201180021855
公开日2013年3月27日 申请日期2011年3月11日 优先权日2010年3月15日
发明者埃夫拉尔·博格 申请人:海瑞克里兹