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1、(10)申请公布号 CN 102834883 A (43)申请公布日 2012.12.19 C N 1 0 2 8 3 4 8 8 3 A *CN102834883A* (21)申请号 201180010126.1 (22)申请日 2011.01.19 102010008755.6 2010.02.17 DE H01H 7/16(2006.01) H01H 9/56(2006.01) (71)申请人 E.G.O. 电气设备制造股份有限公司 地址德国奥伯德丁根 (72)发明人 M.保卢斯 M.施密特 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人赵辛 杨国治 (54) 发。
2、明名称 用于断开开关的方法和装置 (57) 摘要 一种用于在开关中分开动触点与静触点的方 法，该开关通断交流电，以约13的相角在电流 下一次或紧接着的过零之前将一短的机械的脉冲 给到开关上，以用于分开触点的脉冲方向。为此在 静触点上设有一压电致动器。这个致动器也可以 测量所施加的接触力，由此除了上述的相角以外 只有在非常微小的、接近零的接触力时才释放脉 冲。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.08.17 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2011/050688 2011.01.19 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/101193 DE 2011.。
3、08.25 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/1页 2 1. 一种用于断开开关或用于分开动触点与静触点的方法，其中该开关通断交流电，其 特征在于，以5至20之间的相角在电流下一次或紧接着的过零之前将一机械的脉冲给 到开关上，尤其以用于分开动触点与静触点的脉冲方向。 2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相角约为10至18，最好约为13。 3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，不测量接触力地将一脉冲以5至 20之间的相角在电流下一次过零之前。
4、给到开关上。 4. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，持续地测量接触力并且在低于约0.01N 至0.03N的动触点与静触点之间的接触力阈值和5至20之间相角时释放所述脉冲。 5. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，总是只在电流的每个第二半波 时以5至20之间的相角在电流下一次过零之前将所述机械脉冲给到开关上，其中最好 将所述机械脉冲给到开关上，如果所述静触点或不运动的触点在分开接触时与阴极的另一 触点相比是阳极的话。 6. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述脉冲具有几毫秒的持续时 间，最好约3毫秒。 7. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述脉冲。
5、具有约15m至 50m的偏移，最好约30m。 8. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述脉冲作用于支承动触点的 通断驱动装置上、最好一通断臂上，或者作用于动触点本身上。 9. 如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述脉冲作用于静触点本身 上，其中最好一用于脉冲的致动器直接顶靠在静触点上。 10. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述脉冲利用致动器释放，该 致动器设计成电磁的、热的或压电的致动器。 11. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述致动器同时设计成用于 测量动触点与静触点之间的接触力。 12. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其特。
6、征在于，为了准确地释放，持续地检测 电流的相角。 13. 一种用于执行如上述权利要求中任一项所述方法的装置，其特征在于，所述装置 具有一开关，它具有一动触点和一静触点，它们可以相互运动，其中所述开关具有一致动 器，用于产生一脉冲，具有沿着动触点与静触点分开方向的脉冲方向，其中所述致动器作用 于静触点或动触点上或者说作用于支承动触点的通断驱动装置上。 14. 如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述致动器设计成压电致动器，其中它 最好设计成同时用于测量动触点与静触点之间的接触力，其中所述致动器尤其与动触点或 静触点形成一结构单元或者支承动触点或静触点。 15. 如权利要求13或14所述的装置，。
7、其特征在于，所述静触点相对固定或刚性地设置 在开关上并且所述动触点由一通断驱动装置或通断臂支承，其中一释放装置、最好一热释 放装置顶靠在通断驱动装置上。 权 利 要 求 书CN 102834883 A 1/4页 3 用于断开开关的方法和装置 技术领域 0001 本发明涉及一种用于断开开关或用于分开动触点与静触点的方法以及相应的装 置，由此最好可以实现无电弧地断开。 背景技术 0002 在断开开关时或者在分开动触点与静触点时经常存在问题，在电流还流动时、尤 其也在交流电中可能产生电弧，它不仅可能延迟分开触点，而且损伤触点。主要在交流电 中、例如50Hz在分开触点时由于微小的接触距离总是直到接着的。
8、电流经过零点存在电弧。 这可能持续最多接近10毫秒。尽管理论上的方法能够有力地非常快速地断开开关或者分 开触点，但是这在实践中总是不能足够快速地实现。而是存在电弧。 0003 这也适用于例如由DE 10 2006 057 260 A1已知的专用开关。在这里在超过释放 点时一种速动弹簧要负责快速通断。但是在这里也不能避免，在相切时存在持续几毫秒的 上述电弧。 0004 由DE 1096453已知，在近似的开关中在作用于动触点和静触点上的力上在电流 相中叠加一完全脉冲的小的力。因此可以大约以电流过零实现断开开关。但是必须持续地 施加力。 0005 由DE 1113745已知一类似的开关。在这里专门。
9、详细提到振动，它们能够有助于， 防止动触点与静触点粘接或焊接。 发明内容 0006 本发明的目的是，实现一种上述的方法以及相应的装置，通过它们可以避免现有 技术的问题，尤其可以实现一种可靠的以及无损失的用于通断的方法以及相应的开关。 0007 这个目的通过具有权利要求1特征的方法以及具有权利要求13特征的装置得以 实现。本发明的有利以及优选的扩展结构是其它权利要求的内容并且在下面详细解释。下 面的某些特征只用于描述本方法或只用于描述本装置。但是它们能够彼此独立地不仅适用 于本方法，而且适用于本装置。权利要求原文与说明书内容具有明确的关系。 0008 在此规定，所述开关通断交流电，有利地以50/。
10、60Hz的频率，100至400伏以及直 到约16A的电流，即在家电或工业领域。按照本发明以5至20的角度或相角、有利地以 10至18、特别有利地以约13在电流过零之前将一机械的脉冲给到开关或触点上。这 个脉冲尤其具有用于分开动触点与静触点的脉冲方向，或者说该脉冲在动触点与静触点相 互分开的方向上运动。由此不仅可以一般地实现更轻松地分开动触点与静触点。在本发明 的研究范围里面已经发现，以上述这种相角将一脉冲作用于开关上使动触点与静触点分开 导致正好在负载电流过零时自动断开。在此开关的机械惯性或系统的总延迟的作用是，一 相应的脉冲在电流快过零之前以足够小的接触力分开触点，接触力如同在所期待的断开触。
11、 点时产生的那样。 0009 如果所施加的使动触点与静触点彼此顶压的接触力还足够大或者说非常大，由此 说 明 书CN 102834883 A 2/4页 4 短的脉冲可能是不足够的或者说触点保持连接。只有当低于一定的接触力阈值并且以给定 的相角释放脉冲时，才使触点在电流下一次过零时分开。在本发明范围内发现的特别有利 的相角约为13。在较迟钝的系统中该相角可能略微更大，在灵敏的或不迟钝的系统中该 相角也可能更小，例如更多地在上述5或上述10的方向上。因此确定正确的相角是有 意义的，因为用于准时释放脉冲的时间窗口只有约100微秒。 0010 在本发明的第一简单扩展结构中可以规定，以上述相角在每次过零。
12、之前将一相应 短的脉冲给到开关或一触点上。如果要通断或分开触点，则对于接触力正好非常小的时刻， 或者说在下一半波时使触点相互分开并且打开开关。这种打开以相应地与系统协调的相 角正好在电流过零时并由此没有电弧地实现。这是本发明的简单的扩展结构，其中结构上 和测量技术上的费用是有限的。为此必须承受，非常频繁地或者说在开关闭合状态中在每 个半波时必须释放脉冲。在这里尽管在运行中有时导致出现电弧。但是磨损总是下降到其 10%，这在没有本发明按照这个扩展结构时是常见的。 0011 本方法在原则上可选择的扩展结构中可以更好或更准确地实现，附加地还测量接 触力，有利地持续地测量。即，可以规定，不必持续地或者。
13、太频繁地释放这种脉冲或者给到 开关上，而是只有当接触力低于一定的接触力阈值的时候。即，这种低于是对此的一个可靠 的指示，不久开关要断开或者说动触点与静触点要分开。因此例如可以规定，接触力阈值在 0.01N和0.03N之间，有利地约为0.02N。因此通常要考虑，正好在接触力还下降并且以上 述在5和20之间或在10和18之间的相角在电流过零之前释放脉冲，由此正好在下 一次过零时使动触点与静触点彼此分开。 0012 也有利地持续地检测相角，特别有利地以公知的电流测量。测量电流或者说校准 电流变化上的通断时刻与电压变化相比具有优点，主要在通断感应负载时通过相位移产生 更少的问题或者说形成更少的火花或电。
14、弧。在这里测量电流更准确。因为这种开关的通常 热技术的驱动装置是相对缓慢的，具有足够的时间由多个半波用于通断，如果接触力下降 到一定的数值以下，从其开始脉冲导致正确的通断，直到这个时刻，当接触力没有本发明的 存在变到零或者说开关以一般的方式和方法通断，同时可能产生电弧。 0013 当总是这样通断，使更稳定或更结实或更沉重的触点是阳极的或者说与另一触点 相比是阳性的，特别要考虑电弧特性。通常这个是静触点，因为它也设置在更粗的并由此更 好导热的支架上。由此可以考虑，在可能产生电弧时，阳极触点的温度更高并因此损伤更 大。在这个结实的触点上可以更好地排出产生的热量。 0014 在上述的速动开关中两个触。
15、点一般以约0.4N至0.6N的力相互顶靠。 0015 在本发明的有利扩展结构中所述脉冲相对较短并可以持续几毫秒。例如至少2毫 秒至4毫秒，最好3毫秒。较长的脉冲没有优点，但是也没有负面作用。 0016 上述脉冲的偏移同样可以位于几m的范围，最好约15m至50m。特别有利的 是，脉冲具有约30m的偏移。在此要施加的脉冲力可以是极其微小的，有利地小于0.5N， 这伴随着MEMS的应用。 0017 可以在本发明的扩展结构中使用的MEMS系统也可以具有相应的通断逻辑，它是 所谓的学习能力或适配性。因此可以检测，实际上在一次性调整相角时是否也没有电弧地 分开触点。如果在这里要在开关或整个系统中得到变化或。
16、位移，则可以再调整相角，用于避 免产生电弧。此外在这里甚至可以规定，在这种控制器里面编程，有针对性地以尽管大、但 说 明 书CN 102834883 A 3/4页 5 是重复的间隔产生电弧。这种电弧的优点是，有目的地清洁触点氧化的表面，由此可以得到 积极的效果。但是在这里预测地达到在500至1000次通断过程以后一个电弧的频率。 0018 上述的MEMS元件可以有利地包含所有的功能，即一个压电元件不仅作为脉冲致 动器而且作为测量接触力的传感器。同样可以含有通断逻辑。仅仅通过附加的触点供电。 0019 按照本发明的一个扩展结构能够使脉冲作用于一通断驱动装置上，最好一通断臂 上，它支承动触点，也可。
17、以作用于动触点本身上。因为可能需要直接分开动触点与静触点。 0020 在本发明的备选扩展结构中，所述脉冲作用于静触点上或者支承静触点的装置 上，至少只要这个装置与其它开关相比不太结实或沉重或刚性地构成。在此在本发明的有 利扩展结构中使产生脉冲的致动器直接顶靠在静触点上。在本发明特别优选的扩展结构中 这样的致动器甚至可以支承静触点或者形成用于静触点的固定基体。 0021 有利地在一个开关中使用本发明，它是热技术驱动的或者通过热膨胀元件例如双 金属元件或类似元件释放，如同例如在上述的DE 102006057260 A1中所述的那样。 0022 作为致动器有利地使用电磁的、热的或压电的致动器。出于简。
18、单性以及由于其结 实的结构优选使用压电致动器。 0023 在本发明的另一扩展结构中按照上述两个原则上的选择同时可以使致动器用于 测量动触点与静触点之间的接触力，尤其通过使用MEMS。为此可以特别好地使用上述的压 电致动器，由此也降低结构上以及控制费用。MEMS芯片可以具有全部的传感器技术和致动 器以及为此的评价和控制电路以及必要时匹配的控制电路。 0024 本发明或按照本发明的开关装置可以一般地应用于开关，特别有利地一方面用于 具有速动弹簧的开关，它们可以热技术地或由双金属释放，例如按照EP 1569257 A，另一方 面也用于继电器、尤其是电磁继电器。在那里也可以改善通断过程。 0025 这。
19、些和其它特征还由权利要求、也由说明书和附图给出，其中各个特征分别单独 或者以多个组合的形式在本发明的实施例中和其它的领域中实现并且可以是受保护的实 施例，对于它们在这里主张权利要求。分布到申请各个段落以及中间过渡不局限于其一般 有效性。 附图说明 0026 在附图中简示出本发明的实施例并且在下面详细解释。在附图中示出： 图1按照本发明的装置示意图，具有组合的致动器包括开关静触点上的传感器， 图2具有和没有本发明的电流以及接触力和断开的随时间变化的曲线图。 具体实施方式 0027 所示的通断装置11或开关12在通断臂14上具有一动触点15。这个通断臂14在 左侧固定支承在通断臂基础16上。但是它。
20、也可以通过一释放器18构成，它例如使杆调节器 中的杆，例如由EP 1569257已知的那样。也可以选择它是电磁继电器的、压电元件或MEMS 的释放器。可以看出，释放器18向下顶压在通断臂14上，用于释放通断/分开过程。 0028 在开关12的闭合位置动触点15在位于上面的通断臂14中顶靠在静触点20上。 由此电流可以通过触点副流动。静触点20支承或固定在压电元件22上，压电元件又设置 在静触点基体23上。压电元件22形成上述的力传感器，用于检测接触力。此外它也同时 说 明 书CN 102834883 A 4/4页 6 形成致动器，它给出在开关12上的机械脉冲。为此短时间地控制压电元件22。因为。
21、压电元 件由于其支承在稳定的静触点基体23上，在这个方向上是固定的，因此它给出其脉冲在所 在的静触点上并由此再给到顶靠在通断臂14上的动触点15上。 0029 借助于图2描述通断特性。在那里一方面示出电流在相角上的正弦变化。在基频 50Hz时一个电压波或者其360相角对应于20毫秒的时间。 0030 此外在图2中示出接触力，通过它使动触点15顶靠在静触点20上。它在所示的 示例中减小，但是这有利地不必一定直线地实现。可以看出，如虚线所示，接触力在某时达 到零或小于零，并且设计成上述速动弹簧的通断臂14一般这样运动，它使动触点15与静触 点20分开。但是因为在这里电流还继续流动或者离开其下一次过。
22、零一段距离，产生或可能 产生持续数毫秒的电弧。 0031 如上所述，通过在图1中未示出的电流检测持续地检测电流相角。类似地适用于 利用压电元件22测量动触点15与静触点20之间的接触力。这个接触力在所示的示例中 达到约0.02N，如果相角总共约420，即在下一次过零之前的长度。如果在检测时刻电流 在下一次过零之前具有约13的相角，则在这里接触力再一次略微下降到0.02N。未示出 的控制器可以识别两个条件作为满足并且使压电元件22作为致动器，给出短时间脉冲。如 图1所示，这样调整这个脉冲，它使通断臂14上的动触点15离开而分开接点或者说打开开 关12。这以一定的惯性或延迟实现，主要由于机械惯性引起，在非常短的时间或正好这样的 时间以后，在电流过零后分开触点。因此不产生干扰的电弧。 0032 如同由虚线变化曲线所示，如果接触力完全到零，对此一个时刻接通，如果电流接 近其最大值。可以得到持续约4毫秒的电弧，它导致上述的有害结果。 0033 压电元件22作为致动器可以产生上述约30m偏移的脉冲和略小于0.5N的力。 其持续时间例如为3毫秒。 说 明 书CN 102834883 A 1/2页 7 图 1 说 明 书 附 图CN 102834883 A 2/2页 8 图 2 说 明 书 附 图CN 102834883 A 。