用于切换器件的触点单元和切换器件的制作方法

1.本公开涉及用于切换器件的触点单元和切换器件。


背景技术：

2.切换器件通常包括切换部和致动部，致动部通常称为电磁致动器，用于设置切换部的切换状态。总体而言，快速关断以及安全可靠地消除切换器件的电触点之间产生的电弧是一项挑战。
3.文档ep 2590192 a1描述了一种用于多极直流操作的切换器。
4.本公开涉及用于切换dc电流的切换器件的触点单元。触点单元和相应的切换器件可用于电动车领域。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种用于切换器件的触点单元和一种切换器件，其能够安全可靠地消除电触点之间产生的电弧并且有利于低成本制造。
6.这些目的由独立权利要求的主题来实现。从属权利要求中描述了进一步的改进和实施例。
7.在一个实施例中，切换器件的触点单元包括第一固定触点和第二固定触点、触点桥，以及被布置在触点桥处的第一活动触点和第二活动触点，触点桥将所述第一活动触点和第二活动触点串联起来。触点单元还包括第一、第二以及第三电弧消除室，以及电弧引导系统。在触点单元处于接通状态的情况下，第一固定触点与第一活动触点接触，且第二固定触点与第二活动触点接触，并且在触点单元处于关断状态的情况下，第一和第二固定触点与第一和第二活动触点不接触。第一和第二电弧消除室和电弧引导系统相互协调配置，用于依赖于流过第一固定触点和第一活动触点的负载电流的电流方向消除在第一固定触点和第一活动触点之间产生的第一电弧，而第三电弧消除室被配置成在不依赖于流过第二固定触点和第二活动触点的过电流的电流方向的情况下消除在第二固定触点和第二活动触点之间产生的第二电弧。
8.通过使用所述的触点单元，切换器件以低成本制造是可行的，其能够安全可靠地消除在第一和/或第二固定和活动触点之间产生的电弧。特别地，触点单元能够构造包括功能上彼此分离的消除室的dc保护性切换器件。
9.这种保护性切换器件仅包括三个电弧消除室，每个电弧消除室具有各自的功能，因此，相对于更多消除室，能够节省费用。此外，通过仅使用三个电弧消除室，可以简化触点单元和相应的切换器件的结构，并且优选地实现为永磁体系统的电弧引导系统可以包括进一步有利于低成本设计的简化设计。
10.永磁场用于将切换器件中产生的电弧驱动到电弧消除室。此类永磁场叠加了电流自生磁场。依赖于电流流动的方向，上述磁场的叠加会导致永磁场的增强或减弱。在后一种情况下，依赖于电流流动引起的自生场的强度，电弧可以在两个电弧消除室中移动。例如，
在有过电流的情况下，开始时在电弧位置处产生的自生磁场可能高于永磁体产生的磁场。因此，电弧将进入第一消除室。在这里，电流将减小。因此，自生磁场的强度将降低，且在某一时刻变得低于永磁场。因此，电弧可能会从第一消除室向触点区域回流。如果在电弧位置处磁场强度相似但方向相反，则它们可能会相互抵消，并且没有(或只有很小的)产生的驱动力作用在电弧上，这可能会导致电弧基本上保持在其位置，例如，在电触点之间，因此，电流流动不会中断，并且可能会造成伤害或损坏。
11.通过使用所述触点单元的布置，可以避免这种情况。第一和第二电弧消除室就，例如，几个100a、500a或高达1000a的工作电流的切换与电弧引导系统协调配置。工作电流的切换可能会导致第一电弧在触点单元或切换器件的接通状态与关断状态之间转变时在第一固定触点与第一活动触点之间产生。电弧引导系统的永磁场被设计成比此额定工作电流产生的自生磁场更强。依赖于流过第一固定触点和第一活动触点的电流的方向，第一电弧被移动到第一或第二电弧消除室。
12.第三电弧消除室不依赖于电弧引导系统而配置，目的是切换过电流，例如，短路电流。当触点单元关断过电流时，第二电弧可以在切换器件的接通状态与关断状态之间转变时在第二固定触点和第二活动触点之间产生。与上述第一电弧相反，第二电弧始终移动到第三电弧消除室，而不依赖于流过第二固定触点和第二活动触点的过电流的方向。这可以通过不提供永磁场将电弧引导到第二活动触点和固定触点区域中来实现。对于过电流，自生磁场足以将电弧可靠地驱动到第三电弧消除室中。在这种情况下，没有将电弧驱离消除室的力。
13.因此，在不依赖于流过触点单元的固定触点和活动触点的电流的方向的情况下，产生的电弧被安全可靠地引导到相应的电弧消除室并且避免了由于剩余电弧造成的损坏。因此，所述触点单元进一步有利于减少磨损并延长切换器件的寿命。
14.流过固定触点和活动触点以及流过触点桥的电流可以是负的也可以是正的。特别地，电流可以是dc电流。流过处于接通状态的第一和第二活动触点之间的触点桥的电流在第一平面中延伸或近似延伸。触点桥在接通状态与关断状态之间的移动的方向垂直于第一平面。
15.根据触点单元的优选实施例，电弧引导系统包括永磁体系统，所述永磁体系统被配置成仅包围第一和第二电弧消除室。在另一实施例中，第一固定触点和第一活动触点在触点单元的接通状态和关断状态下位于由永磁体系统的磁场覆盖的区域内，而第二固定触点和第二活动触点在触点单元的接通状态和关断状态下位于永磁体系统的磁场覆盖的区域外。“位于磁场区域外”是指第二固定和活动触点处的磁场强度非常低，以至于不会影响在此位置产生的电弧的移动方向。
16.第三电弧消除室用于关断过电流，例如，短路电流，并且被配置成在不受永磁体系统影响的情况下消除相应的电弧。
17.第一和第二电弧消除室至少部分地被永磁体系统包围或围绕，使得，依赖于负载电流方向，负载电流的相应电弧被引导，以移动到第一或第二电弧消除室中。因此，使用所述触点单元的配置能够实现所有dc电流的安全关断。
18.在一个实施例中，永磁体系统包括分别包围第一和第二电弧消除室的内极板和外极板，以及布置在内极板和外极板之间以提供电弧引导磁场的永磁体。因此，在接通状态和
关断状态下，第一固定触点和第一活动触点可以布置在内极板和外极板之间，而在触点单元的接通状态和关断状态下，第二固定触点和第二活动触点可以布置在内极板和外极板的外部。
19.触点单元的永磁体系统被优选地配置成吹出在dc负载电流，例如，高达1000a的dc负载电流切换时产生的电弧。永磁体系统可以实现为磁场布置或永磁场布置。在此布置中，也可被称为磁性吹出磁场的磁场作用于在第一固定触点和第一活动触点之间产生的电弧上。磁场导致电弧柱的凸出，且导致移动远离前述切换触点。
20.由于电弧的长度在相应的电弧消除室的方向上增加，所以电弧电压增加。进一步增加是由电弧消除室的板将电弧分成多个电弧而引起的。当电弧电压(即维持电弧所需的电压)大于驱动电压时，电弧就会消除。
21.在触点单元的一个实施例中，内极板至少部分地呈l形，并且外极板至少部分地呈l形，包围第一和第二电弧消除室。可以有两个分离的内极板。外极板可以具有开口。垂直于内极板和外极板的内极板和外极板的横截面可示出两个l形，所述形状是在极板的一些部分处而不一定在极板的每一部分处。
22.根据另一优选实施例，触点单元包括分配给第三电弧消除室的磁性增强元件，所述磁性增强元件被配置成增强由第二固定触点和第二活动触点之间的电流(例如，过电流)自生的磁场。磁性增强元件优选地被实现为包括导磁材料的u形槽式电机，所述导磁材料包围至少第二固定触点和活动触点。u形槽式电机可延伸至第三电弧消除室，并且进一步包围第三电弧消除室。u形槽式电机增强由第二端子触点以及第二固定和活动触点形成的电流回路所产生的磁场。在不依赖于电流方向的情况下，此磁场的力作用在相同方向的电流上，将电弧引导到第三电弧消除室中。
23.在一个实施例中，触点单元还包括被布置在第一活动触点附近的触点桥处的一对电弧流道，以及被布置在第二活动触点附近的触点桥处的另一电弧流道。由于与过电流事件相关联的第三电弧消除室的配置，不需要提供第四电弧流道，因为在第二固定触点和活动触点之间产生的第二电弧会始终进入第三电弧消除室。
24.在另一实施例中，触点单元包括其上安装有第一固定触点的第一端子触点，以及其上安装有第二固定触点的第二端子触点。优选地，固定触点被软焊或焊接到相应的端子触点。第一端子触点的主方向平行于第二端子触点的主方向，且在第一活动触点与第二活动触点之间绘制的直(虚拟)线与第一端子触点的主方向交叉。例如，直线可以垂直于第一端子触点的主方向。因此，触点桥与第一端子触点和第二端子触点交叉或垂直。
25.触点桥可以包括其上固定有第一活动触点的第一外部部分以及其上固定有第二活动触点的第二外部部分。第一端子触点、在接通状态与关断状态之间的转变时在第一固定触点与第一活动触点之间产生的第一电弧，以及触点桥的第一外部部分可以形成第一磁场回路，所述第一磁场回路与优选地包括永磁体系统的电弧引导系统相互作用，将第一电弧吹向第一或第二电弧消除室的方向。
26.第二端子触点、在接通状态与关断状态之间的转变时在第二固定触点与第二活动触点之间产生的第二电弧，以及触点桥的第二外部部分可以形成第二磁场回路，所述第二磁场回路在不依赖于电流流动方向以及第一和第二电弧消除室的电弧引导永磁体系统的情况下将第二电弧吹向第三电弧消除室的方向。
27.在一个实施例中，切换器件包括如上所述的触点单元和耦合到触点单元的触点桥的电磁驱动单元。电磁驱动单元被配置成由于电磁驱动单元的至少一个磁线圈的励磁或去励磁，将触点单元和切换器件设置在接通状态或关断状态。
28.使用所述触点单元的实施例的切换器件的这种配置能够实现安全可靠的电弧消除，并且有利于防止损坏，且有利于低成本制造。因此，关于触点单元描述的适用特征和特性也关于切换器件而公开，反之亦然。
29.根据一个实施例，切换器件包括控制电路，所述控制电路具有耦合到电磁驱动单元的信号输入端的信号输出端，其中所述控制电路被配置成依赖于提供给所述电磁驱动单元的信号输入端的控制信号将所述切换器件设置在接通状态或关断状态。
30.所述切换器件可以包括如上所述的电磁驱动单元，其使用电枢和一个或多个磁线圈或替代致动器来移动触点桥和切换所述切换器件。
附图说明
31.以下对实施例的附图的描述可以进一步示出和阐释切换器件和切换布置的各方面。具有相同结构和相同效果的部分、器件和电路分别带有等效参考符号。就部分、器件或电路在不同附图中的功能方面彼此对应而言，对其的说明对于以下每一个附图而言不再重复。为了清楚起见，元件可能不会在所有附图中都带有相应的参考符号。
32.图1以立体图示出了用于切换器件的触点单元的示例；
33.图2以另一立体图示出了图1的触点单元；
34.图3以剖视图示出了切换器件的示例；以及
35.图4以另一剖视图示出了图3的切换器件。
具体实施方式
36.图1以立体图示出了用于切换器件的触点单元10的示例。图2示出了转向相反侧的触点单元10的另一立体图。所述切换器件实现电路切换功能和驱动功能。在下文中阐释切换功能。触点单元10包括第一固定触点12和第二固定触点13、第一活动触点14和第二活动触点15，以及触点桥16。触点桥16可以称为切换桥。第一活动触点14和第二活动触点15固定在触点桥16上。第二固定触点13和第二活动触点15如图2所示。相对于图1，在所示的三维视图中，它们被覆盖在触点单元10的其他部分的后面。触点桥16将第一活动触点14直接连接到第二活动触点15。
37.此外，触点单元10包括第一端子触点17和第二端子触点18。第一端子触点17和第二端子触点18可以称为第一和第二静止接触片、固定接触片，或端子接触片，且限定主电流路径的相应的端子总线。第一固定触点12直接固定在第一端子触点17上。第二固定触点13直接固定在第二端子触点18上。第一端子触点17和第二端子触点18各自具有端子连接孔19、20。具有端子连接孔19的第一端子触点17的一端被设计成用于接触从外部连接到触点单元10的第一端子引线。端子引线可被实现为汇流条或电力电缆。具有端子连接孔20的第二端子触点18的一端被设计成用于接触从外部连接到触点单元10的第二端子引线。与第二端子触点18的端子连接孔20相比，第一端子触点17的端子连接孔19可以在触点单元10的相对侧上。两个端子连接孔19、20被配置成用于，例如，经由插入到端子连接孔19、20中的螺
栓、销或立柱来固定所述两个端子引线。
38.触点单元10还包括第一电弧消除室21和第二电弧消除室22。第一电弧消除室21和第二电弧消除室22附接到第一端子触点17。触点单元仅包括另外一个电弧消除室，即固定在第二端子触点18上的第三电弧消除室23。
39.另外，触点单元10包括固定在第一活动触点14附近的触点桥16处的第一对电弧流道25、26。相应地，相对于第三电弧消除室23，触点单元10包括另一电弧流道27，其被固定到第二活动触点15附近的触点桥16(参见图2)。在图1中仅能看到电弧流道25、26。电弧消除室21
‑
23中的每一个包括布置在相应的保持器31中的多个分隔板30。保持器31用于保持分隔板30，且连接到第一端子触点17或第二端子触点18。
40.此外，触点单元10包括永磁体系统35，用于引导在第一固定触点12和第一活动触点14之间产生的电弧。永磁体系统35被配置成使其仅包围第一电弧消除室21和第二电弧消除室22，而不包围第三电弧消除室23。换言之，永磁体系统35的永磁场仅影响在第一固定触点12和第一活动触点14处产生且移动到第一电弧消除室21或第二电弧消除室22的电弧。
41.由于触点单元10的这种配置，切换器件可以低成本制造并且能够安全可靠地消除在相应的第一和/或第二固定和活动触点12、14和/或13、15之间产生的电弧。特别地，触点单元10能够构造包括功能上彼此分离的三个消除室的dc保护性切换器件。
42.第一电弧消除室21和第二电弧消除室22实现用于切换高达，例如，1000a的工作电流的相应的消除室。第一电弧消除室21和第二电弧消除室22以及永磁体系统35相互协调配置，以依赖于流过第一固定触点12和第一活动触点14的电流的电流方向消除在第一固定触点12和第一活动触点14之间产生的第一电弧。例如，如果电流被限定为负电流，则在第一固定触点12和第一活动触点14之间产生的第一电弧将被迫移动到第一电弧消除室21。因此，如果电流被限定为正电流，则在第一固定触点12和活动触点14之间产生的第一电弧将被迫移动到第二电弧消除室22。
43.第三电弧消除室23被配置成在不依赖于流过第二固定触点13和第二活动触点15的电流的电流方向的情况下消除在第二固定触点13和第二活动触点15之间产生的第二电弧。第三电弧消除室23实现了用于在不依赖于电流流动方向并且在永磁体系统35的磁影响区域之外的情况下切换过电流(例如，短路电流)的消除室。因此，通过所述触点单元10的布置可以安全可靠地关断所有dc电流。第二端子触点18、第二固定触点13和第二活动触点15，以及触点桥16靠近第二固定触点13的部分实现电流引导结构，所述电流引导结构能够形成电流回路，产生磁场，磁力在相同的方向上不断地作用，引导电弧进入第三电弧消除室23。
44.永磁场可以叠加电流自生磁场。依赖于电流流动的方向，磁场的叠加会导致增强或减弱。在后一种情况下，依赖于电流流动引起的自生场的强度，电弧可以在两个电弧消除室中移动。例如，在有过电流的情况下，开始时电弧位置处的自生磁场可能高于永磁体产生的磁场。因此，电弧将进入第一消除室。在这里，电流可能会减小。因此，自生磁场的强度将降低，并且在某一时刻变得低于永磁场。因此，电弧可能会从第一消除室向触点区域回流。如果在电弧位置处磁场强度相似但方向相反，则它们可以相互抵消，并且没有(或只有很小的)产生的驱动力作用在电弧上，这可能导致电弧基本上保持在其位置，例如，在电触点之间。电流流动不会中断，因此，可能会对部件造成伤害或损坏。通过使用所述触点单元10的布置，可以避免此类不利情况。
45.在所示实施例中，永磁体系统35仅围绕第一电弧消除室21和第二电弧消除室22。永磁体系统35包括分别实现为矩形体的两个永磁体36。因此，相应的永磁体36的六个面是矩形。可以使用铁氧体或稀土磁性材料实现相应的永磁体36。此外，永磁体系统35包括两个内极板37和一个外极板38。内极板37和外极板38呈l形，围绕第一电弧消除室21和第二电弧消除室22以及第一固定触点12和第一活动触点14和触点桥16的一部分。
46.永磁体36被布置在内极板37与外极板38之间。因此，内极板37可以是南极板，而外极板38可以被实现为北极板，反之亦然。外极板38在弯曲成l形之前，具有矩形的形状。
47.对应地，内极板37在弯曲成l形之前具有矩形片的形状。内极板37和外极板38可以具有开口。举例而言，内极板37被分开，以允许放置和移动触点桥16。特别地，第二固定触点13和第二移动触点15以及触点桥16的对应部分相对于l形极板37、38布置在外部。
48.触点单元10以及切换器件被配置成设置在接通状态或关断状态。所有附图中都示出了关断状态。在关断状态下，第一固定触点12不与第一活动触点14接触。对应地，第二固定触点13不与第二活动触点15接触。因此，负载电流经由触点桥16从第一端子触点17到第二端子触点18的流动被禁止。
49.通过触点桥16在垂直于触点桥16的方向上的移动，触点单元10和切换器件从关断状态被设置成接通状态。图3和图4中所示的电磁驱动单元50使触点桥16朝向第一端子触点17和第二端子触点18移动。在接通状态下，第一固定触点12与第一活动触点14接触，并且第二固定触点13与第二活动触点15接触。因此，负载电流可以从第一端子触点17经由第一固定触点12、第一活动触点14、触点桥16、第二活动触点15以及第二固定触点13流动到第二端子触点18。
50.通过触点桥16将触点桥16与第一端子触点17和第二端子触点18分开的移动，切换器件从接通状态被设置成关断状态。在负载电流在切换之前流动的情况下，第一电弧可以在第一固定触点12与第一活动触点14之间产生，而第二电弧可以在第二活动触点15与第二固定触点13之间产生。依赖于负载电流的方向，在第一电弧消除室21和第二电弧消除室22中的一个中驱动第一电弧。对于高负载电流，例如，＞50a，在不依赖于负载电流的方向的情况下在第三电弧消除室23中驱动第二电弧。对于较低的负载电流，例如，小于50a，可以不在第三电弧消除室23中驱动第二电弧，因为由磁性增强元件34(也称为“槽式电机”)增强的电流的磁场的驱动力可能太弱了。
51.第一电弧进入电弧消除室21、22中的一个的移动是由第一电弧的位置处的磁场造成的。磁场由永磁体系统35和由负载电流(例如，触点桥16的连接到第一活动触点14的外部部分中的负载电流以及流过第一端子触点17的负载电流的流动)的路径的不同区段产生。第二电弧以相应的方式移动，但不受永磁体系统35的磁场的影响，即仅受负载电流的磁场的影响。
52.包围第三电弧消除室23的磁性增强元件34，也称为“槽式电机”，可以增加第二电弧位置处的磁场，并且，在有过电流(例如，短路电流)的情况下可以帮助将第二电弧引导到第三电弧消除室23。增强元件34可具有如图2所示的u形横截面，其围绕第三电弧消除室23和在三个侧面上的触点桥16的一部分。增强元件34或槽式电机可以包括导磁材料，以实现有益地引导短路电弧。
53.当断开触点12到触点15时，产生的电弧被快速移开且消除，以安全地控制较高的
过电流。在有过电流的情况下，在第二固定触点13和第二活动触点15之间产生的第二电弧通过实现所谓的磁场回路或磁性吹出磁场回路的触点桥16的形式被移开。磁场回路增加了由电流自身产生的磁场。因此，在有过电流的情况下，在断开触点12到触点15的流程期间，动态洛伦兹力将电弧从触点12到触点15移向第二电弧消除室22或第三电弧消除室23的方向。
54.对于在第一电弧消除室21和第二电弧消除室22之间产生的第一电弧，永磁体系统35作用在第一电弧上并且依赖于负载电流的方向将其驱动到第一或第二电弧消除室中。永磁体系统35被实现为永磁场布置，且用于以作为标称电流或更小电流的负载电流来驱动第一电弧。
55.图3和图4分别示出了包括触点单元10和耦合的电磁驱动单元50的切换器件的剖视图。此外，示出了弹簧40，用于偏置触点桥16，触点桥16被配置成安全可靠地设置触点单元10和切换器件的关断状态。降噪或阻尼元件24布置在第二端子触点而不是第四电弧消除室处，即相对于第三电弧消除室23在触点桥16的相对侧。出于对称和进行可靠的移动控制的考虑，可以将流道28引导至体积减小元件24，如图所示，在触点桥16处形成。
56.所述的切换器件实现了保护性dc切换布置，其仅包括三个电弧消除室21到电弧消除室23，每个电弧消除室具有专用功能。因此，相对于更多消除室，所述切换器件的配置能够节省费用。此外，通过使用仅三个电弧消除室，即电弧消除室21到电弧消除室23的图示布置，可以简化触点单元10和切换器件的结构。这可以进一步通过永磁体系统35的简化设计来实现，从而进一步有利于低成本制造。
57.元件符号
58.10
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触点单元
59.12
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第一固定触点
60.13
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第二固定触点
61.14
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第一活动触点
62.15
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第二活动触点
63.16
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触点桥
64.17
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第一端子触点
65.18
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第二端子触点
66.19
ꢀꢀꢀꢀꢀ
端子连接孔
67.20
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端子连接孔
68.21
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一电弧消除室
69.22
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第二电弧消除室
70.23
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第三电弧消除室
71.24
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降噪元件
72.25
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电弧流道
73.26
ꢀꢀꢀꢀꢀ
电弧流道
74.27
ꢀꢀꢀꢀꢀ
电弧流道
75.28
ꢀꢀꢀꢀꢀ
流道
76.30
ꢀꢀꢀꢀꢀ
分隔板
77.31
ꢀꢀꢀꢀꢀ
保持器
78.34
ꢀꢀꢀꢀꢀ
磁性增强元件
79.35
ꢀꢀꢀꢀꢀ
永磁体系统
80.36
ꢀꢀꢀꢀꢀ
永磁体
81.37
ꢀꢀꢀꢀꢀ
内极板
82.38
ꢀꢀꢀꢀꢀ
外极板
83.40
ꢀꢀꢀꢀꢀ
弹簧
84.50
ꢀꢀꢀꢀꢀ
电磁驱动单元。