专利名称：配有一种热及电磁的断路器的开关装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分中所述的开关装置，该开关装置配有一外壳；至少一个包含一固定的接触件和一活动的接触件的接触点；一具有一脱开线圈和一可使接触点打开的脱开衔铁的热及磁的断路器。此外，本发明还涉及一种根据权利要求13前序部分所述的、在一种用于一开关装置的具有一脱开线圈和一脱开衔铁的热及电磁的断路器中对于具有磁性形状记忆效应的材料的应用，并涉及一种根据权利要求16前序部分所述的、在一种开关装置中将一种具有磁性形状记忆效应的材料用于短路电流断路和过电流断路的应用，所述开关装置具有一接触点和一热及电磁的断路器。
在这种开关装置上，例如在线路保护开关上或电动机保护开关上，电磁断路器用于在出现短路电流的情况下实现输入端子和输出端子之间的电流电路的断路。热断路器用于在出现过电流的情况下实现电流电路的断路，该过电流超过额定电流达一定值并超过一定时间。在现有技术状况中如今所知道的电磁断路器，例如在DE 101 26 852 C1中或DE 100 10 093 A1中所介绍的电磁断路器，于此都是按下述原理工作的一脱开衔铁在出现短路电流时，被置于向着一磁芯运动中，在此运动过程中该脱开衔铁经过一与之处于有效连接中的推杆，将接触点上的活动的接触件从固定的接触件冲开，从而使接触点被打开。为此，已知的电磁断路器都包含一线圈，该线圈通常是用绕成螺旋状的金属线制造的，还包含一与一在外面环绕该线圈的磁轭固定地相连的磁芯，该磁芯啮入到该线圈的内部。脱开衔铁要么作为折叠式衔铁设计，要么作为插入式衔铁设计，后者也可处在该线圈内。该衔铁在静态中可利用一压力弹簧保持在离磁芯的一定距离上。当短路电流通过脱开线圈时，由此产生的脱开线圈的磁场便会促使脱开衔铁克服压力弹簧的复位力而被移动到磁芯上。在短路电流切断之后，脱开衔铁又可借助压力弹簧的复位力再被移回到它的原始位置上。
在现有技术中，已知的热断路器通常是以采用热双金属或热形状记忆金属做成的脱开元件进行工作的，这些元件例如是作为横梁或作为卡盘予以实现的。DE 43 00 909 A1中公开了一种配有一热双金属横梁的热断路器。
如今，热磁断路器是由第一个热部分-断路器和第二个磁部分-断路器组合而成的，该热部分-断路器配有一用热双金属或热形状记忆金属做成的热脱开衔铁，如前面所述及的；该磁部分-断路器配有一脱开线圈和一磁性脱开衔铁。DE 42 42 516 A1公开了一种热-磁联合断路器，其上的热部分-断路器是作为卡盘设计的，而电磁部分-断路器则是通过一冲击衔铁-断路器设计的。但在此也是设计出两个分开的断路器，它们从空间上说是彼此挨近地组合成一复合的组件。
因此，现在的热及电磁的断路器的构造是非常复杂的，而且制造成本高，这是因为必须将两个完整的断路器构造并彼此组合起来，于此，需要制造出许多具有很小公差的零部件并将之组合。
因此，本发明的任务是设计出一种装配较简单因而生产成本较合算的开关装置。
上述任务是通过具有权利要求1所述特征的一种开关装置加以解决的，该任务还通过根据权利要求13特征所述的、在一种开关装置中对于具有联合的热-磁形状记忆效应的材料的应用来解决，并通过根据权利要求16特征所述的、在一种开关装置中将一种具有联合的热-磁形状记忆效应的材料用于短路电流断路和过电流断路的应用。
依本发明，脱开衔铁也包含两个有效连接的部分-脱开衔铁，其中第一个部分-脱开衔铁是用具有一种磁形状记忆效应的第一种材料成形的；第二个部分-脱开衔铁是用一种热双金属成形的，或者是用一种具有热形状记忆效应的材料成形的，或者是用一种具有联合的热-磁形状记忆效应的材料成形的，其中，无论在短路电流时脱开线圈的磁场影响之下，还是在由于过电流所引起的温度升高影响之下，脱开衔铁都会变形，从而促使接触点打开。
在磁性的形状记忆合金上，可能在马氏体相位中，由于一孪晶结构的两个晶体结构变体之间的过渡而引起一种形变，于此，两个晶体结构变体之间的过渡通过一外磁场加以控制。因此，这类材料称之为磁性形状记忆合金或“磁性形状记忆合金”(MSM)。
对已知的热性形状记忆合金，于此也称之为“热性形状记忆合金”(TSM)例如以Ni-Ti为基的合金，两种类型，在两种类型之间结构部件变换，是在材料的不同相位中形成的在材料的一所谓的跃迁温度之下的一马氏体相和一在该跃迁温度之上的奥氏体相。如果材料温度超过该跃迁温度，则产生相过渡，随之便出现形变。
由此可知，热性形状记忆合金在其功能上是与同样已知的热双金属有所不同的。一种热双金属-薄板就是由两个具有不同热膨胀系数的焊在一起的金属薄板构成的。在加热时，热双金属的一面的膨胀大于另一面，从而使得该热双金属薄板总体上朝着较小热膨胀系数材料的方向弯曲。
磁性的形状记忆合金有利地用由镍、锰和镓组成的铁磁形状记忆合金加以成形。对以镍、锰和镓为基础的铁磁形状记忆合金的结构和功能，例如在WO 98/08261以及WO 99/45631中做了较详细的说明。
通过相应的合金成分便可或合适的角度交叉决定在外磁场的何种取向情况下可达到最大膨胀，例如该磁场垂直于MSM-材料，借以达到最大膨胀。
利用MSM-材料在一外磁场的影响下所达到的形变可以是线性膨胀、弯曲或扭曲。
在MSM-材料上，在马氏体和奥氏体相之间，除发生磁激发的过渡之外，也会发生一种热激发的过渡。
当该外磁场足够小的时候，上述这些材料所表现的行为是与传统的热性形状记忆金属一样的。于此，可以通过相应的合金成分来决定热跃迁温度，从而为有关用途来进行适配。
在MSM-材料上，只要施加一外磁场，便可在跃迁温度以下，即在低温相或马氏体相中引起一种所谓的形变。没有外磁场，或者在很小的外磁场的情况下，形变是在超过或低于跃迁温度时因热感应而发生的。
本发明的优点在于在本发明提出的开关装置上，两种脱开原理，即热脱开原理和电磁脱开原理，都可在一唯一的并不复杂的脱开元件上予以实现。从而大大简化了一热及磁的断路器的结构。本发明提出的热及磁的断路器比起现有技术中那种联合两个分开的热断路器和磁断路器的做法，要紧凑得多，而且可节省装配空间。因此，本发明提出的配有一本发明提出的热及磁的断路器的一种开关装置，在结构上也是较为简单和紧凑的。
本发明提出的开关装置的另一优点是磁性脱开的快速性。不需要用于对于有惯性的物质进行加速，基于磁性的形状记忆效应的形变几乎无延迟地发生。
另一有利之处是，基于采用铁磁形状记忆合金时高的磁-机械能量转换效率，在相当大的长度变化条件下也可达到一种高的调节力。
在本发明提出的开关装置上，用于电磁脱开的磁场可以通过一种流过电流的线圈来产生。
根据本发明的一有利的实施方式，第一个和第二个部分-脱开衔铁都是用各自具有不同成分的由镍、锰和镓组成的铁磁形状记忆合金成形的。
第一个磁性部分-脱开衔铁和第二个热性部分-脱开衔铁可以有利地作为纵向延伸的组件加以成形，依此，在短路电流情况下，在处于脱开线圈的磁场影响下的第一个部分-脱开衔铁，和处于因过电流而引起的温度升高的影响下的第二个部分-脱开衔铁，都会沿其纵轴线方向膨胀。第一个部分-脱开衔铁例如是与第二个部分-脱开衔铁形状配合连接地相连的，从而形成一二部式的脱开衔铁，它的一部分是由热性的形状记忆材料制成的，它的另一部分则是由磁性的形状记忆材料做成的。也可以考虑在磁性的衔铁和热性的衔铁之间的其它类型的有效连接。重要的是，第二个热性部分-脱开衔铁和第一个磁性部分-脱开衔铁都可以彼此独立地变型，从而使得该二部式的脱开衔铁总体上既可受到磁性激发又可受到热性激发而作用于设备开关装置的接触点。
第一个和第二个部分-脱开衔铁也可以设计成梁状的，依此，在短路电流情况下处于脱开线圈的磁场影响之下的第一个部分-脱开衔铁会变弯，而第二个部分-脱开衔铁则处于因过电流而引起的温度升高的影响下会变弯。于此，第一个部分-脱开衔铁可以用一种铁磁形状记忆合金的条带制成，在其宽边上形状配合连接地安置一热双金属条带。
另一有利的可行的结构形式是如此设计的，将第一个和第二个部分-脱开衔铁设计成螺旋形的，依此，在短路电流情况下处于脱开线圈的磁场的影响之下的第一个部分-脱开衔铁及处于因过电流所引起的温度升高的影响之下的第二个部分-脱开衔铁，都会沿着螺旋纵轴线的方向膨胀。
该脱开衔铁于此可以在其第二个端上与一推杆处于有效连接之中。本发明提出的用铁磁形状记忆金属制成的脱开衔铁的支承，比起传统的断路器上的脱开衔铁的支承来，是较简单的。这是因为在传统的断路器上，脱开衔铁必须要稍微能活动地加以支承，而在本发明提出的断路器上，脱开衔铁不再有活动的部分，而且按照一有利的实施方式在其一第一端上是固定地被支承的，于此，它在其第二个可活动的端上，在磁场的作用下或在由过电流造成的温度升高的情况下，都会膨胀或弯曲。有一特别有利的实施方式，依此，脱开衔铁在第一个固定端部上被保持在一与外壳相连接的支座上。
根据本发明提出的热及磁的断路器的一有利的实施方式，脱开衔铁、特别是第二个热性部分-脱开衔铁在过电流情况下的温度升高，是利用间接的加热而引起的。为此，过电流例如流过脱开线圈，而所述脱开衔铁被安置在该脱开线圈的近旁。在脱开线圈由于过电流而加热时，脱开衔铁特别是第二个热性部分-脱开衔铁会通过热辐射而间接地随之被加热。
另一有利的实施方式，其特征在于，脱开衔铁特别是第二个热性部分-脱开衔铁在过电流情况下是通过直接的加热实现其温度升高的。于此，该脱开衔铁直接地被过电流所流过，并通过基于由电流所感应的电阻加热，该脱开衔铁特别是第二个热性部分-脱开衔铁得以加热。
本发明提出的一种开关装置的一大优点在于脱开线圈对于用铁磁形状记忆金属做成的脱开衔铁的空间配置是可以多方面与开关装置外壳内的几何构形要求相适配的。因此，根据一有利的实施方式，脱开衔铁可以被脱开线圈所包含。根据另一有利的实施方式，脱开衔铁可以安置在脱开线圈的外面的近旁。
附加另一热性脱开元件是不必要的。
这样就可达到开关装置外壳内的一种最佳空间利用，这一点可导致开关装置获得更小的、因而制造成本更合算的结构形式。
对于热及电磁的断路器来说，所需的部件较少，对其尺寸精度要求亦较低，配有一用铁磁形状记忆金属制成的脱开衔铁的一种热及电磁的断路器的安装因此是比较简单和比较节约的。
本发明的其它有利的设计和改进及其它优点见其它各项从属权利要求中所述。
下面参照绘示本发明的五个实施例的附图，对本发明及本发明的其它各项有利发展，做详细说明和介绍。
附图表示
图1示意地绘示出本发明提出的一种配有棒状脱开衔铁的开关装置的第一实施方式，由第一个用铁磁形状记忆金属制成的磁性部分-脱开衔铁和第二个用热形状记忆金属制成的热性部分-脱开衔铁所构成，被安置在一脱开线圈的内腔中，处于静止状态中；图2图1所示第一实施方式的示意图，处于脱开的状态中；图3本发明提出的一种开关装置的第二个实施方式的示意图，配有一棒状脱开衔铁，由第一个用铁磁形状记忆金属制成的磁性部分-脱开衔铁和第二个用热形状记忆金属做成的热性部分-脱开衔铁所构成，被安装在一脱开线圈的旁边，处于静止状态，图4图3所示第二个实施方式的示意图，处于脱开的状态；图5本发明提出的一种开关装置的第三个实施方式的示意图，配有一作为一端被夹持的横梁设计的脱开衔铁，由第一个用磁性形状记忆金属条带制成的磁性部分-脱开衔铁和第二个用热双金属条带制成的热性部分-脱开衔铁所构成，被安置在脱开线圈的内部，处于静止状态；图6图5所示的第三个实施方式的示意图，处于脱开的状态；图7本发明提出的一种开关装置的第四个实施方式的示意图，配有一螺旋形的脱开衔铁，由第一个用磁性形状记忆金属螺旋制成的磁性部分-脱开衔铁和第二个用热双金属螺旋制成的热性部分-脱开衔铁所构成，被安置在脱开线圈的内部，处于静止状态；图8图7所示第四个实施方式的示意图，处于脱开的状态；图9本发明提出的一种开关装置的第五个实施方式的示意图，配有一有电流通过的棒状脱开衔铁，由第一个用铁磁形状记忆金属制成的磁性部分-脱开衔铁和第二个用热性形状记忆金属制成的热性部分-脱开衔铁所构成，被安置在一脱开线圈内部，处于静止状态；图10图9所示第五个实施方式的示意图，处于脱开的状态。
图1中示意地绘示出一种开关装置1，配有一外壳2、一热及电磁的断路器20和一开关机构36，处于未脱开的状态中。图2中示出图1所示的开关装置，处于已脱开的状态，其中相同的或作用近似的组件或部件都用同一附图标记来表示。
在一输入端子14和一输出端子16之间延伸着一电流电路，经过一活动的绞合线18、一被支承在一接触杆支座12中的接触杆10、一包含着一处在接触杆10上的活动的接触件6和一固定的接触件8的接触点4以及一脱开线圈22。在图1中所示的开关位置上，接触点4是关闭的。还有一磁轭40经过一耳状中间件42与脱开线圈22和固定的接触件8相连。
所述热及电磁的断路器20包含脱开线圈22和一脱开衔铁24，该脱开衔铁在此是设计成梁形的，它在脱开线圈22的内部是如此安置的，使得线圈纵轴线和脱开衔铁纵轴线相重合。
脱开衔铁24是由第一个磁性部分-脱开衔铁124和第二个热性部分-脱开衔铁224所构成的，二者在一连接点125上彼此相连。这种连接可以是形状配合连接的、传力连接的或材料融合连接的。
在第一个固定端部24’上，第一个磁性部分-脱开衔铁124被保持在一与外壳2相连的脱开衔铁-支座28中。在其第二个自由端部24”上，第二个热性部分-脱开衔铁224与一推杆26有效相连。这种有效连接在这里显示为形状配合的连接，另外当然也可以实现传力的连接或材料融合的连接。
在其自由端部24”上，第二个热性部分-脱开衔铁224具有一凹槽25，一被支承在一脱开杆-支座32中的脱开杆30例如以一处于其第一自由端部30’上的叉头啮合到该凹槽中。脱开杆30的第二个自由端部30”啮合到一滑板34上的一凹口35中，该滑板经过一条作用线38而有效地与开关机构36相连。
第一个磁性部分-脱开衔铁124是用一种以镍、锰和镓为基础的、具有磁性形状记忆效应的铁磁形状记忆合金制成的。这类铁磁形状记忆合金基本上都是大家熟悉的而且是可供应的，例如芬兰的Adapta-Mat有限公司就生产和经销这类合金。用于本发明提出的开关装置上的铁磁形状记忆合金的典型成分是由结构式Ni65-X-YMn20+XGa15+Y给定的，式中的X在3原子百分数和15原子百分数之间，而Y则在3原子百分数和12原子百分数之间。
这里所使用的铁磁形状记忆合金具有如下特性在其马氏体相中(即这样一种相使得材料处于热跃迁温度以下)在一外磁场的影响下，从微观尺度看，在一孪晶结构的两个晶体结构变体之间发生一种过渡(Uebergang)，这种过渡在宏观上是与一形变相连的。根据在这里所选择的脱开衔铁的实施方式，该形变在于沿着梁纵轴线的方向的一种线性膨胀。
第二个热性部分-脱开衔铁224在此例如是用一种原则上已知的由镍-钛组成的热性形状记忆合金制成的。在这种材料上，众所周知，在超过热跃迁温度时，热性形状记忆材料(即使没有外磁场)即从其马氏体相过渡到它的奥氏体相。这种相过渡是可逆的，而且是与一种形变相联系的，这种形变在这里同样是作为梁状的第二个热性部分-脱开衔铁224的一种长度改变加以确认的。
但是，第二个热性部分-脱开衔铁224也可以用由镍、锰、镓组成的一种铁磁形状记忆合金制成，这种合金在其成分上与在第一个磁性部分-脱开衔铁中所用的合金因其热跃迁温度之故而有所不同。在这里所用的铁磁形状记忆合金上，热跃迁温度在室温范围内，而且通过原子百分数部分X和Y的变动可在一种带宽内进行调节。因此，热及磁的断路器作为纯磁性断路器工作所处的工作温度范围可以在一种带宽内通过材料成分的选择进行调节。
在超过热跃迁温度时，铁磁形状记忆材料(即使没有外磁场)过渡到它的奥氏体相，其性能行为基本上与以镍和钛为基础的一种传统的热性形状记忆金属相似。第一个磁性部分-脱开衔铁124的铁磁形状记忆合金因而是如此组成的，使得能保证一种有效的磁性相互作用；而第二个热性部分-脱开衔铁224的铁磁形状记忆合金则是如此选择的，使得热跃迁温度处于所希望的范围内，而无需顾及磁性相互作用的效果。
短路电流断路发生时的情况如下。如果一高的短路电流流过处于短路情况下的开关装置2，则第一个磁性部分-脱开衔铁124由于上述的磁性形状记忆效应之故而膨胀。第二个热性部分-脱开衔铁224不改变其长度，但却被正在膨胀的第一个磁性部分-脱开衔铁124所带动，从而使推杆26将活动的接触件6从固定的接触件8冲开，于是，接触点4被打开，开关装置被脱开，如图2中所示。这时，铁磁形状记忆材料的膨胀发生得很迅速，几乎是没有延迟的。延迟时间作为短路电流产生和脱开衔铁24的最大长度膨胀之间的时差典型地在一毫秒的数量级内。
在这里，所述脱开是由脱开杆30来执行的，该脱开杆在脱开衔铁24膨胀时，顺时针地围绕着脱开杆支座32旋转，于此将滑板34依其纵延伸方向如方向箭头S所示地推移，使得该滑板34经过作用线38操纵开关机构36，该开关机构经过图中未示出的有效连接方式持续地使接触点保持打开着。
在开关装置脱开之后，电流电路即被中断，脱开线圈22的磁场再次消失。于是，第一个磁性部分-脱开衔铁124又缩回到它的原始尺寸，并同时带动第二个热性部分-脱开衔铁，这样，脱开杆30也又回到其原始位置上，如图1中所示。这时，由于图中未示出的有效连接之故，接触点4通过开关机构36而持久地被保持在打开位置上。
热过电流断路发生的情况如下如果在电流电路中流过开关装置1的电流超过其额定值达一较高的值，而且经过了比允许的时间来说长的时间，则第二个热性部分-脱开衔铁224由于脱开线圈22产生的热辐射之故而被加到这样一种温度，该温度处于热性形状记忆金属的热跃迁温度以上。于是就会发生第二个热性部分-脱开衔铁224的热感应的形变，这种形变在这里也定义为一种线膨胀。第一个磁性部分-脱开衔铁124不改变其长度，这是因为在过电流情况下磁场不足之故。通过第二个热性部分-脱开衔铁224的膨胀及由于第一自由端部30’的啮合，脱开杆30便依顺时针方向围绕脱开杆支座32旋转，并同时依滑板的纵延伸方向推动滑板34，如方向箭头S所示，使得该滑板34经过作用线38触动开关机构36，该开关机构经过图中未示出的有效连接方式打开接触点，并将之持续地保持于打开状态。
电磁性的和热性的脱开，就是由唯一的功能构件来执行的，该功能构件由两个功能不同的、协同作用的区域构成。因此，一种配有所述的热及磁的断路器的开关装置的构造是很简单的，而且由于省去了一完全的组件，所以比起传统的开关装置的情况来，在制造成本上更为有利。
在图3中示出本发明提出的一种开关装置1a的另一实施方式，处于未脱开的状态；图4中示出开关装置1a，处于脱开的状态。相同的或作用相同的组件和部件均用图1和2中所标记的相同附图标记来表示，只补充字母a。图3和4所示开关装置1a与图1和图2所示开关装置1之间的主要区别在于就前者而言，配有第一个磁性部分-脱开衔铁124a和第二个热性部分-脱开衔铁224a的脱开衔铁24a被安置在脱开线圈22a的外面。此外，为了简单明了起见，脱开杆30a、滑板34a及开关机构36a都未在图3和4中绘示出来。在短路电流情况下，第一个磁性部分-脱开衔铁124a的形变，在图3和图4中所示的实施方式中，是通过脱开线圈22a外区中的磁场促成的。脱开线圈22a和磁路的相应设计可以由一位专业人员借助其一般专业知识和系统的试验来完成。在热性超负荷情况下，对于第二个热性部分-脱开衔铁224a的加热同样是由脱开线圈22a的热辐射造成的。
图5中示出本发明提出的一种开关装置1b的另一实施方式，处于未脱开的状态；图6中示出的开关装置1b，处于脱开的状态。相同的或作用相同的组件和部件都用与图1和2中所示开关装置1所用的相同的附图标记，只补充字母b。图5和6所示的开关装置1b与图1和2所示开关装置1之间的主要区别在于就前者而言，配有第一个磁性部分-脱开衔铁124b和第二个热性部分-脱开衔铁224b的脱开衔铁24b是作为横梁设计的。第一个磁性部分-脱开衔铁124b是作为一种由铁磁形状记忆合金制成的板条加以成形的。第二个热性部分-脱开衔铁224b是作为一种由热性形状记忆合金制成的板条或者作为一种由已知的热双金属制成的板条加以成形的。第一个磁性部分-脱开衔铁124b和第二个热性部分-脱开衔铁224b的两种板条在一宽侧面上彼此形状配合连接地、传力连接地或材料融合连接地相连，使得这两个部分-脱开衔铁之一的弯曲可使脱开衔铁24b总体弯曲。脱开衔铁24b以第一个固定端部24b’单侧地固定地夹紧在脱开衔铁支承点28b上，从而使它总体上起着横梁的作用。脱开衔铁24b被安置在脱开线圈22b的内腔中。由脱开线圈22b的磁场在短路情况下所导致的形变在这里存在于第一个磁性部分-脱开衔铁124b的一种弯曲；由于脱开线圈22b的热辐射所造成的温度升高而导致的形变在这里则存在于第二个热性部分-脱开衔铁224b的一种弯曲，都分别在第二个自由端部24b”上，见图6所示。脱开衔铁24b的第二个自由端部24b”啮入L-形滑板34b的第一股部33b上的一凹穴35b中，这样该滑板在脱开衔铁24b弯曲时就可沿着第一股部33b的纵向延伸方向，如以方向箭头S所表示的那样被推移。在其第二个股部33b’上，滑板34b与一推杆26b有效相连，该推杆在滑板34b移动时将活动的接触件6b从固定的接触件8b冲开，从而将接触点4b打开。为了简明起见，开关机构36在图5和6所示的实施方式中未示出。
图7中示出本发明提出的一种开关装置1c的另一实施方式，处于未脱开的状态；图8中示出的开关装置1c，处于脱开的状态。相同的或作用相同的组件和部件都以图1和2中所示开关装置1所用的同一附图标记表示，只补充字母c。图7与8所示开关装置1c和图1与2所示开关装置1之间的主要区别在于就前者而言，脱开衔铁24c是设计成螺旋形的，并在脱开线圈22c的内部被安置在一与线圈轴线相平行定位的导套23c中。该脱开衔铁是由第一个磁性部分-脱开衔铁螺旋124c和第二个热性部分-脱开衔铁螺旋224c所构成的。这两个部分-脱开衔铁螺旋124c和224c是先后挨紧布置的，而且在连接点125c上形状配合连接地、传力连接地或材料融合连接地彼此相连。第一个磁性部分-脱开衔铁螺旋124c是用一种以镍、锰和镓为基础的、具有磁性形状记忆效应的铁磁形状记忆合金制成的。第二个热性部分-脱开衔铁螺旋224c在这里例如是用一种原则上已知的以镍-钛为基础的热性形状记忆合金制成的，或者是用一种热双金属制成的。
由于脱开线圈22c的磁场在短路情况下所导致的、或者通过基于脱开线圈22c的热辐射而使脱开衔铁24c温度升高所导致的螺旋状脱开衔铁24c的形变，在这里的第一种情况下，在于第一个磁性部分-脱开衔铁螺旋124c的一种膨胀，这样第二个热性部分-脱开衔铁螺旋224c也随之被推移；或者在第二种情况下，上述形变在于第二个热性部分-脱开衔铁螺旋224c的一种膨胀，因此，在任一种情况下，上述形变都在于已形成了脱开衔铁的螺旋24c沿螺旋纵轴线的方向、如方向箭头L所示的一种整体膨胀。在螺旋状脱开衔铁24c的活动的端部24c”上，该脱开衔铁与推杆26c处于有效连接之中，该推杆在脱开情况下打开接触点4c，见图8所示。为了简明起见，开关机构及其与脱开衔铁24c和接触点4c的有效连接线均未在图中示出。
图9中示出本发明提出的一种开关装置1d的另一实施方式，处于未脱开的状态；图10中示出的开关装置1d，处于已脱开的状态。相同的或作用相同的组件和部件均用图1和2中所示开关装置1所用相同的附图标记表示，只补充字母d。
图9中所示的实施方式与图1中所示实施方式的区别在于就前者而言，脱开衔铁24d的加热是直接通过电流实现的，而不是如后者那样是间接经过脱开线圈22的热辐射而来的。图9所示的实施方式中的电流电路的情况如下电流从输入端子14d，经过活动的绞合线18d、接触杆10d、接触点4d，通过脱开线圈22d，进而与之串联，经过另一活动的绞合线18d’(该活动的绞合线将脱开线圈22d的端头同第二个热性部分-脱开衔铁224d实现电连接)通过该热性部分-脱开衔铁224d和第一个磁性部分-脱开衔铁124d，并从这一脱开衔铁的固定端部24d’，进而达到输出端子16d。在一种过电流的情况下，第一个热性部分-脱开衔铁224d这样通过电流热量直接进行加热。这样就可实现热及磁的断路器20d的一种热性上更准确的设计。
为了有助于脱开衔铁24d在断路后的反向变形(在短路电流情况下，是在脱开线圈22d的磁场消失之后；或者在过电流情况下，则是由于接触点打开，脱开衔铁24d冷却到一种低于热跃迁温度的温度之后)，在图9和10所示的实施方式中，配置了一复位弹簧46d。该复位弹簧在这里是作为螺旋弹簧设计的，并包围着推杆26d。该弹簧但是也可以作为板式弹簧设计，或者按其它型式设计。复位弹簧在未脱开的状态中(图9)是松弛的。该弹簧以其一端支撑在一与外壳相连的弹簧支座50d上，以其另一端支撑在脱开衔铁24d的活动的端部24d”上。在脱开情况下(图10)，该复位弹簧是通过正在膨胀的脱开衔铁24d而被压缩的。
图1至10中所示出的和所说明的实施例都只是一种范例，并不是本发明提出的可行的开关装置的结论性介绍，本发明提出的开关装置都采用一种热及电磁的断路器，该断路器配有一由第一个磁性部分-脱开衔铁和第二个热性部分-脱开衔铁构成的脱开衔铁。也可以利用所有其它的在现有技术中已知的具有热及电磁的断路器的开关装置变型来制造本发明提出的开关装置，为此根据本发明在一种由第一个磁性部分-脱开衔铁和第二个热性部分-脱开衔铁所构成的脱开衔铁的第一个磁性部分-脱开衔铁中采用一种铁磁形状记忆合金。
图中附图标记一览表1，1a，1b，1c，1d 开关装置
2，2a，2b，2c，2d 外壳4，4a，4b，4c，4d 接触点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 接触杆支座14，14a，14b，14c 输入端子16，16a，16b，16c 输出端子18，18a，18b，18c，18d，18d’ 活动的绞合线20，20a，20b，20c，20d 热及磁的断路器22，22a，22b，22c，22d 脱开线圈23c导套24，24a，24b，24c，24d 脱开衔铁124，124a，124b，124c，124d第一磁性部分-脱开衔铁125，125a，125b，125c，125d连接点224，224a，224b，224c，224d第二个热性部分-脱开衔铁24’，24b’，24d’ 脱开衔铁的固定端部24”，24b”，24c”，24d” 脱开衔铁的活动端25，25d凹处26，26a，26b，26c，26d 推杆28，28a，28b，28c，28d 脱开衔铁支座30，30d脱开杆30’，30d’脱开杆的第一自由端部30”，30d”脱开杆的第二自由端部32，32d脱开杆支座33b滑板34b的第一股部33b’ 滑板34b的第二股部34，34b，34d 滑板35，35b，35d 滑板上的凹穴36，36d开关机构38，38d作用线40，40a，40b，40c，40d 磁轭
42，42a，42b，42c，42d 中间件46d 复位弹簧50d 弹簧支座S，L方向箭头
权利要求
1.开关装置(1，1a，1b，1c，1d)，配有一外壳(2，2a，2b，2c，2d)，并配有至少一个包含一固定的接触件(8，8a，8b，8c，8d)和一活动的接触件(6，6a，6b，6c，6d)的接触点(4，4a，4b，4c，4d)，并配有一包含着一脱开线圈(22，22a，22b，22c，22d)和一脱开衔铁(24，24a，24b，24c，24d)的热及磁的断路器(20，20a，20b，20c，20d)，其特征在于，脱开衔铁(24，24a，24b，24c，24d)包含至少两个有效连接的部分-脱开衔铁，第一个部分-脱开衔铁(124，124a，124b，124c，124d)是用具有一种磁性形状记忆效应的第一种材料制成的；第二个部分-脱开衔铁(224，224a，224b，224c，224d)是用一种热双金属制成的，或者是用一种具有热性形状记忆效应的材料制成的，或者是用一种具有联合的热性和磁性形状记忆效应的材料制成的，其中，脱开衔铁(24，24a，24b，24c，24d)无论在短路电流情况下在受到脱开线圈(22，22a，22b，22c，22d)的磁场影响时、还是受到由于过电流引起的温度升高影响时，都会变形，从而促使接触点(4，4a，4b，4c，4d)打开。
2.按权利要求1所述的开关装置，其特征在于，第一个部分-脱开衔铁(124，124a，124b，124c，124d)是利用一种包括了镍、锰和镓的铁磁形状记忆合金制成的。
3.按权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，第一个和第二个部分-脱开衔铁(124，124a，124b，124c，124d；224，224a，224b，224c，224d)是利用一种包括镍、锰和镓的不同组成成分的铁磁形状记忆合金制成的。
4.按权利要求1至3中任一项所述的开关装置，其特征在于，所述第一个和第二个部分-脱开衔铁(124，124a，124b，124c，124d；224，224a，224b，224c，224d)都是纵向延伸的构件，其中，在短路电流情况下受到脱开线圈(22，22a，22b，22c，22d)的磁场影响时，第一个部分-脱开衔铁(124，124a，124b，124c，124d)依其纵轴线的方向膨胀；在受到由于过电流所引起的温度升高的影响时，第二个部分-脱开衔铁(224，224a，224b，224c，224d)依其纵轴线的方向膨胀。
5.按权利要求1至3中任一项所述的开关装置，其特征在于，第一个和第二个部分-脱开衔铁都是梁形的，其中，在受到短路电流情况下受到脱开线圈的磁场影响时，第一个部分-脱开衔铁变弯曲；在受到由于过电流所引起的温度升高的影响时，第二个部分-脱开衔铁变弯曲。
6.按权利要求1至3中任一项所述的开关装置，其特征在于，第一个和第二个部分-脱开衔铁都是螺旋状的，其中，在短路电流情况下受到脱开线圈的磁场影响时，第一个部分-脱开衔铁沿着螺旋纵轴线的方向膨胀；在受到由于过电流所引起的温度升高的影响时，第二个部分-脱开衔铁沿着螺旋纵轴线的方向膨胀。
7.按权利要求1至6中任一项所述的开关装置，其特征在于，脱开衔铁是由脱开线圈所包围的。
8.按权利要求1至6中任一项所述的开关装置，其特征在于，脱开衔铁被安置在所述线圈外部的近旁区域中。
9.按以上权利要求中任一项所述的开关装置，其特征在于，在过电流情况下，脱开衔铁的温度升高是利用了通过引导着过电流的脱开线圈的间接加热而引起的。
10.按权利要求1至8中任一项所述的开关装置，其特征在于，在过电流情况下，脱开衔铁的温度升高是通过由于流过该脱开衔铁的过电流的直接加热而引起的。
11.按权利要求1至10中任一项所述的开关装置，其特征在于，脱开衔铁在一第一端部处被保持在一与外壳相连的支座上。
12.按权利要求1至10中任一项所述的开关装置，其特征在于，脱开衔铁在其第二个端部处与一推杆有效相连。
13.具有磁性形状记忆效应的一种材料在一种开关装置的热及电磁的断路器中的应用，该断路器包含一脱开线圈和一由两个有效相连的部分-脱开衔铁所组成的脱开衔铁，其特征在于，断路器的第一个部分-脱开衔铁是用具有磁性形状记忆效应的材料制成的；第二个部分-脱开衔铁是用一种热双金属制成的，或者是用一种具有热性形状记忆效应的材料制成的，或者是用一种具有联合的热性和磁性形状记忆效应的材料制成的，其中，无论在短路电流情况下受到脱开线圈的磁场的影响时，还是在受到由于过电流所引起的温度升高的影响时，所述脱开衔铁都变形，从而致使接触点打开。
14.如权利要求13所述的、具有磁性形状记忆效应的一种材料的应用，该材料为一种包括镍、锰和镓的铁磁形状记忆合金。
15.如权利要求14所述的、具有磁性形状记忆效应的一种材料的应用，其特征在于，第一个和第二个部分-脱开衔铁(124，124a，124b，124c，124d；224，224a，224b，224c，224d)由包括镍、锰和镓的不同组成成分的铁磁形状记忆合金制成。
16.具有磁性形状记忆效应的一种材料的应用，用于在一包含一脱开线圈和一热及电磁的断路器的开关装置中实现短路电流断路和过电流断路，其特征在于，包含两个有效相连的部分-脱开衔铁的脱开衔铁的第一个部分-脱开衔铁是用具有磁性形状记忆效应的材料所制成的；包含两个有效相连的部分-脱开衔铁的脱开衔铁的第二个部分-脱开衔铁是用一种热双金属制成的，或者是用一种具有热性形状记忆效应的材料制成的，或者是用一种具有联合的热性和磁性形状记忆效应的材料制成的，其中，无论在短路电流情况下受到脱开线圈磁场的影响时，还是受到由于过电流所引起的温度升高的影响时，脱开衔铁都变形，从而实现接触点的打开。
17.如权利要求16所述的、将具有磁性形状记忆效应的一种材料用于短路电流断路和过电流断路的应用，这种材料是一种包括镍、锰和镓的铁磁形状记忆合金。
18.如权利要求17所述的、将具有磁性形状记忆效应的一种材料用于短路电流断路和过电流断路的应用，该材料是包括镍、锰和镓的不同组成成分的铁磁形状记忆合金，用于形成第一个和第二个部分-脱开衔铁(124，124a，124b，124c，124d；224，224a，224b，224c，224d)。
全文摘要
本发明涉及开关装置(1，1a，1b，1c，1d)，配有一外壳(2，2a，2b，2c，2d)；至少一个包含一固定的接触件(8，8a，8b，8c，8d)和一活动的接触件(6，6a，6b，6c，6d)的接触点(4，4a，4b，4c，4d)；一热及磁的断路器(20，20a，20b，20c，20d)，该断路器包含一脱开线圈(22，22a，22b，22c，22d)和一脱开衔铁(24，24a，24b，24c，24d)，其特征在于，脱开衔铁(24，24a，24b，24c，24d)包含至少两个有效相连的部分－脱开衔铁，第一个部分－脱开衔铁(124，124a，124b，124c，124d)是用具有一种磁性形状记忆效应的第一种材料制造的；第二个部分－脱开衔铁(224，224a，224b，224c，224d)是用一种热双金属制造的，或者是用一种具有热性形状记忆效应的材料制造的，或者是用一种具有联合的热性和磁性形状记忆效应的材料制造的，其中，无论在短路电流情况下受到脱开线圈(22，22a，22b，22c，22d)的磁场影响时，还是受到由于过电流所引起的温度升高的影响时，脱开衔铁(24，24a，24b，24c，24d)都会变形，从而促使接触点(4，4a，4b，4c，4d)打开。
文档编号H01H71/40GK101061560SQ200580039923
公开日2007年10月24日 申请日期2005年11月15日 优先权日2004年11月22日
发明者P·克莱伊斯, A·沃格尔 申请人:Abb专利有限公司