电流断续器(1)，带有电流入口(19)，其通过第一线圈(12)的缠绕线圈导体带(4)将电流(I)传导到第一固定接触(2)；并且具有接触摇杆(10)，其能够在两个开关位置之间移动并且具有互连的接触臂(8、9)，在接触摇杆(10)的第一开关位置，接触臂(8、9)将第一固定接触(2)与第二固定接触(3)电连接，其中第二固定接触(3)经由第二线圈(13)的缠绕线圈导体带(5)连接到电流出口(20)，用于将流经接触摇杆(10)的接触臂和线圈(12、13)的线圈导体带(4、5)的电流释放到电路断路器(1)的电流出口(20)，其中流经线圈(12、13)的缠绕线圈导体带(4、5)并且通过接触摇杆(10)的接触臂(8、9)的高电流，特别是短路电流，产生磁场，该磁场直接产生将接触摇杆(10)以高开关速度从第一开关位置移动到第二开关位置的开关力，在第二开关位置处两个固定接触(2、3)电断开并且电流(I)中断。
电流入口(19)，其经由第一线圈(12)的缠绕线圈导体带(4)将电流(I)传导到第一固定接触(2)；并且包括接触摇杆(10)，其能够在两个开关位置之间移动并且包括相互连接的接触臂(8、9)，该接触臂(8、9)在所述接触摇杆(10)的第一开关位置处将第一固定接触(2)与第二固定接触(3)电连接，其中第二固定接触(3)经由第二线圈(13)的缠绕线圈导体带(5)连接到电流出口(20)用于将流经所述接触摇杆(10)的接触臂(8、9)和线圈(12、13)的缠绕线圈导体带(4、5)的电流释放到所述电路断路器(1)的电流出口(20)，其中流经线圈(12、13)的缠绕线圈导体带(4、5)并且经过接触摇杆(10)的接触臂(8、9)的高电流，产生磁场，该磁场立即生成开关力，该开关力将所述接触摇杆(10)以高开关速度从第一开关位置移动到第二开关位置，在所述第二开关位置两个固定接触(2、3)电分离并且电流(I)中断。
其中所述接触摇杆(10)为U形，并且具有经由所述接触摇杆(10)的连接件(11)连接在一起的接触臂(8、9)。
其中两个线圈(12、13)的缠绕线圈导体带(4、5)各自形成细长的绕组腔(6、7)，在每个绕组腔中设置有U形接触摇杆(10)的接触臂(8、9)。
其中所述第一固定接触(2)由所述第一线圈(12)的缠绕线圈导体带(4)的位于所述绕组腔(6)内的端部形成，其中所述第二固定接触(3)由所述第二线圈(13)的缠绕线圈导体带(5)的位于所述绕组腔(7)内的端部形成。
其中所述线圈(12、13)的缠绕线圈导体带(4、5)各自围绕相应的线圈(12、13)的绕组腔(6、7)缠绕5～10次。
其中所述线圈(12、13)的缠绕线圈导体带(4、5)各自围绕细长的绕组腔(6、7)缠绕，其中每个绕组具有两个相互相对的细长线圈导体带部分，这两个相互相对的细长线圈导体带部分基本与接触摇杆(10)的布置在所述绕组腔(6、7)中的接触臂(8、9)相平行地延伸。
其中流经所述线圈(12、13)中的一个线圈的缠绕线圈导体带(4、5)并且流经相应线圈(12、13)的绕组腔(6、7)中布置的接触摇杆(10)的接触臂(8、9)的电流产生如下的力：由于相同的电流流动方向，在所述接触臂(8、9)与所述线圈(12、13)的缠绕线圈导体带(4、5)的第一线圈导体带部分之间的吸引力，并且由于相反的电流流动方向，在所述接触臂(8、9)与相应线圈(12、13)的缠绕线圈导体带(4、5)的第二线圈导体带部分之间的排斥力。
其中线圈(12、13)的缠绕线圈导体带(4、5)彼此电绝缘。
其中当出现高电流时，将所述接触摇杆(10)从第一开关位置移动到第二开关位置期间的开关持续时间少于0.1ms。
其中所述接触摇杆(10)的连接件(11)被机械地安装，从而在两个开关位置为接触摇杆(10)提供的稳定的端部位置。
其中所述缠绕线圈导体带(4、5)的横截面设计为用于超过100安培的电流强度。
其中所述线圈(12、13)的缠绕线圈导体带(4、5)的宽度超过1cm。
15.一种开关装置(17)，其具有根据权利要求1所述的电路断路器(1)，其中将可控半导体开关(18)与所述电路断路器(1)并联互连，从而抑制所述电路断路器(1)断开期间的电弧。
其中当出现高电流时，所述可控半导体开关(18)连通。
其中并联互连的可控半导体开关(18)在预定时间后被阻断。
19.根据权利要求15所述的开关装置，包括用于驱动可控半导体开关(18)的集成控制电路(23)。
其中集成在所述开关装置(17)中的控制电路(23)通过传感器来检测高电流的出现。
22.一种线路安全开关，其具有根据权利要求1所述的电路断路器(1)。
电流断续器
[0001] 本发明涉及用于短路电流的自触发电路断路器。
[0002] 当出现短路连接时，流过高于正常工作电流多倍的高电流。短路例如能够由已经损坏的绝缘或者由电流系统中的开关故障来引起。保护设备能够检测到这样的短路电流，并且电源开关或保险丝能够切断承载该电流的导体。短路可能有不同的起因。通常，短路由绝缘中断或者由对于绝缘做出的改变引起。电开关系统和设备中的缺陷电路和不遵守安全规则也会导致短路。如果不正确地限制短路电流，电线中或者电开关系统部件的过热能够造成损坏。为了预防电短路的后果，安全开关和安装保险丝能够用在例如低电压网络中。根据应用，必须充分快速地开关电路断路器。
[0003] 因此，本发明的目的在于提供一种电路断路器，其以快速且可靠的方式防止出现高电流。
[0004] 根据本发明，该目的通过具有权利要求1中所述的特征的电路断路器来实现。
[0005] 因此，在第一方面，本发明提供一种电路断路器，其包括：
[0006] 电流入口，其经由第一线圈的缠绕线圈导体带将电流传导到第一固定接触；并且包括接触摇杆，其能够在两个开关位置之间移动并且包括互连的接触臂，在接触摇杆的第一开关位置，接触臂将第一固定接触与第二固定接触电连接，其中第二固定接触经由第二线圈的缠绕线圈导体带连接到电流出口，用于将流经接触摇杆的接触臂和线圈的线圈导体带的电流释放到电路断路器的电流出口，其中流经线圈的缠绕线圈导体带并且通过接触摇杆的接触臂的高电流，特别是短路电流，产生磁场，该磁场直接生成将接触摇杆以高开关速度从第一开关位置移动到第二开关位置的开关力，在第二开关位置处两个固定接触电断开并且电流中断。
[0007] 根据本发明的电路断路器是自触发的。根据本发明的电路断路器尤其耐受外界影响。此外，根据本发明的电流断路器具有能够以相对低的费用进行生产的优点。
[0008] 在根据本发明的电路断路器的一个可能实施例中，接触摇杆是U形的，并且具有经由接触摇杆的连接件连接在一起的接触臂。
[0009] 在根据本发明的电路断路器的一个可能实施例中，两个线圈的缠绕线圈导体带各自形成细长的绕组腔，每个缠绕腔中配置有U形接触杆的接触臂。
[0010] 在根据本发明的电路断路器的另一可能实施例中，第一固定接触由第一线圈的缠绕线圈条的位于绕组腔内的端部形成，而第二固定接触由第二线圈的缠绕线圈条的位于绕组腔内的端部形成。
[0011] 在根据本发明的电路断路器的另一可能实施例中，线圈的缠绕线圈导体带各自围绕相应的线圈的绕组腔缠绕5至10次。
[0012] 在根据本发明的电路断路器的另一可能实施例中，线圈的缠绕线圈导体带各自围绕细长的腔缠绕，其中每个绕组具有两个相互相对的细长的线圈导体带部分，这两个相互相对的细长的线圈导体带部分基本与设置在绕组腔内的接触摇杆的接触臂相平行地延伸。
[0013] 在根据本发明的电路断路器的另一可能实施例中，流经线圈中的一个线圈的缠绕线圈导体带并且流经相应线圈的绕组腔中布置的接触摇杆的接触臂的电流，由于相同的电流流动方向，在接触臂与线圈的缠绕线圈导体带的第一线圈导体带部分之间产生吸引力，由于相反的电流流动方向，在接触臂与相应线圈的缠绕线圈导体带的第二线圈导体带部分之间产生排斥力。
[0014] 在根据本发明的电路断路器的另一可能实施例中，线圈的缠绕线圈导体带彼此电绝缘。
[0015] 在根据本发明的电路断路器的另一可能的实施例中，当高电流(特别是短路电流)出现时，接触摇杆从第一开关位置移动到第二开关位置期间的开关持续时间少于0.1ms。
[0016] 在根据本发明的电路断路器的另一可能的实施例中，接触摇杆的连接件被机械地安装，从而在两个开关位置为接触摇杆提供稳定的端部位置。
[0017] 在根据本发明的电路断路器的另一可能实施例中，线圈导体带的横截面被设计用于超过100安培的电流强度。
[0018] 在根据本发明的电路断路器的另一可能实施例中，线圈的线圈导体带的宽度超过1cm。
[0019] 在第二方面，本发明还提供了具有权利要求13中所述特征的开关装置。
[0020] 因此，本发明提供了一个开关装置，其包括根据本发明的第一方面的自触发电路断路器，其中将可控半导体开关与电路断路器并联互连，从而抑制电路断路器断开时的电弧。
[0021] 在根据本发明的开关装置的一个可能实施例中，当出现高电流，特别是短路电流时，可控导体开关连通。
[0022] 在根据本发明的开关装置的另一可能实施例中，并联互连的可控半导体开关在预定时间后被阻断。
[0023] 在根据本发明的开关装置的另一可能实施例中，其包括用于驱动可控半导体开关的集成控制电路。
[0024] 在根据本发明的开关装置的另一可能实施例中，集成到开关装置中的控制电路通过传感器检测高电流特别是短路电流的出现。
[0025] 在另一方面，本发明提供了一种线路安装开关，其具有根据本发明的第一方面的电路断路器。
[0026] 在此后参考所附附图的更多细节中将清楚根据本发明的电路断路器和根据本发明的开关装置的可能实施例。
[0027] 在附图中：
[0028] 图1示出根据本发明的电路断路器的一个可能实施例的透视图；
[0029] 图2示出根据本发明的开关装置的一个可能实施例的电路图；
[0030] 图3示出用于说明图2中所示的开关装置的工作模式的随时间的电压变化。
[0031] 图1示出在本发明的第一方面中的根据本发明的电路断路器1的一个可能的示例性实施例的示意图。在图1中，可以看到第一固定接触2和第二固定接触3。在所示示意性实施例中，两个固定接触2、3由线圈导体带4、5的端部形成。线圈导体带4、5各自围绕绕组腔6、7缠绕。接触摇杆10的接触臂8、9位于两个绕组腔6、7的每个绕组腔中，其中接触摇杆10的接触臂8、9经由如图1中所示的连接件11连接在一起。在所示的示意性实施例中，接触摇杆10因此是U形，并且包括两个接触臂8、9，其位于两个线圈12、13的绕组腔6、7中。第一线圈12由围绕绕组腔6缠绕的第一线圈导体带4形成。第二线圈13由围绕绕组腔7缠绕的第二线圈导体带5形成。线圈导体带4、5具有如图1中所示的宽度B。在一个可能的实施例中，线圈导体带
4、5的宽度B在1～2cm范围内，例如1.5～1.6cm。线圈导体带4、5各自围绕相关联的绕组腔6、
7缠绕多次。在一个可能的实施例中，两个线圈12、13的缠绕线圈导体带4、5各自围绕相应的线圈12、13的相关联的绕组腔6、7缠绕5～10次。
[0032] 由线圈导电带4的端部形成的第一固定接触2经由缠绕线圈导体带4电连接到电路断路器1的电流入口。由第二线圈导电带5的端部形成的第二固定接触3经由缠绕线圈导体带5连接到电路断路器1的电流出口。电流入口经由第一线圈12的第一缠绕线圈导体带4将电流I传导到第一固定接触2。在正常操作中，即高电流出现或者短路电流出现之前，U形接触摇杆10的第一接触臂8的远端14抵靠第一固定接触2。通过相同的方式，在正常操作中，U形接触摇杆10的第二接触臂9的远端15抵靠第二固定接触3。因此，在该开关位置中，两个固定接触2、3经由两个接触臂8、9和U形接触摇杆10的连接件11电连接在一起。U形接触摇杆10的连接件11和两个接触臂8、9由导电材料组成。经由第一线圈导体带4从电流入口流到第一固定接触2的电流I经由接触臂8、9及其之间的连接件11流到第二固定接触3，并且电流I从第二固定接触3经由电流断路器1的电流出口流出。只要流经的电流I不超过特定的电流阈值，电路断路器1就保持在该正常开关位置。
[0033] 流经两个线圈12、13的缠绕线圈导体带4、5并且经过接触摇杆10的两个接触臂8、9的高电流I(特别是短路电流)产生磁场B，该磁场B立即生成开关力F，开关力F将接触摇杆10以高开关速度从第一开关位置移动到第二开关位置，在第一开关位置中两个固定接触2、3经由接触摇杆10连接在一起，在第二开关位置中两个固定接触2、3电分离并且电流I中断。在一个可能的实施例中，当高电流(特别是短路电流)出现时，接触摇杆10从第一开关位置移动到第二开关位置期间的开关持续时间少于0.1ms。
[0034] 在图1中所示的实施例中，两个线圈12、13的缠绕线圈导体带4、5各自关于细长绕组腔6、7缠绕，其中两个相互相对的细长线圈导体部分的每个绕组，也就是上线圈导体带部分和下线圈导体带部分，基本与布置在绕组腔中的U形接触摇杆10的接触臂8、9平行地延伸。流经两个线圈12、13中的一个线圈的缠绕线圈导体带4、5并且流经相应线圈12、13的绕组腔6、7中布置的接触摇杆10的接触臂8、9的电流I，由于相同的电流流动方向，在接触臂8、9与相应线圈12、13的相应缠绕线圈导体带4、5的第一线圈导体带部分之间产生吸引力F1，由于相反的电流流动方向，在接触臂8、9与相应线圈12、13的相应缠绕线圈导体带的第二相对的线圈导体带部分之间产生排斥力F2。如图1中可见，在电路断路器1的第一正常开关位置，电流I从第一固定接触2经由接触臂8在朝向连接件11的方向流动，因此平行于流经第一线圈12的缠绕线圈导体带4的上线圈导体带部分的电流。由于所形成的磁场，接触臂8由第一线圈12的上线圈导体带部分利用吸引力F1向上吸引。通过相同的方式，图1清楚地示出流经第一线圈12的线圈导体带4的下线圈导体带部分的电流I以与流经第一接触臂8的电流I反平行或者相反方向流动，因此由于磁场产生排斥力F2。因此，接触臂8一方面被平行流过第一线圈12的上线圈导体带部分吸引，同时被第一线圈12的下线圈导体带部分排斥。吸引力F1和排斥力F2因此方向相同，并且在足够高的电流或者具有足够高电流振幅的电流的事件中，使得接触臂8由于产生的合开关力F(F＝F1+F2)以极高的开关速度从第一开关位置移动到第二开关位置，在第二开关位置中接触臂8与第一固定接触2分离并且因此电流I中断。
由于电流以平行或反平行的方式流过线圈13的线圈导体带部分，第二接触臂9以相同的方式被打开，即第二线圈13的第二线圈导体带5的上线圈导体带部分在接触臂9上施加吸引力F1，而由于所产生的磁场，第二线圈13的第二线圈导体带5的下线圈导体带部分在接触臂9上产生排斥力F2。
[0035] 如图1中所示，U形接触摇杆10的连接件11优选地被机械地安装，从而在两个开关位置为接触摇杆10提供的稳定的端部位置。支架16设置在U形连接摇杆10的连接件10上，并且利用弹簧在两个开关位置为U形接触摇杆10提供稳定的端部位置。在正常工作中，流经电路断路器1的电流I的幅度低，使得U形接触摇杆10位于低稳定端部位置，并且两个固定接触2、3电连接在一起。当高电流或者短路电流出现时，U形接触摇杆10由所产生的磁场力以高开关速度移动到另一个稳定端部位置，两个固定接触2、3在所述另一个稳定端部位置相互电分离。针对根据应用的不同连接强度，两个线圈12、13的两个线圈导体带4、5的绕组数量能够不同。两个线圈12具有的绕组越多，流过的电流I所产生的吸引力或排斥力越大，这些力作用于接触摇杆10的接触臂8、9，使得即使在相对低的电流强度，电流断路器1也触发。当出现短路电流是影响电路断路器1的自动跳闸触发。“自动跳闸触发”被理解成表示在不连接的原因仍然保持的同时防止系统或设备开启的机制。如图1中所示，根据本发明的电路短路器1优选在设计上是对称的并且包括各自围绕U形接触摇杆10的接触臂8、9的两个线圈
12、13。在替换实施例中，接触摇杆还能够各自被相关联的线圈围绕的更多数量的接触臂。
[0036] 图2示出根据本发明的开关装置17的一个可能实施方式的框图，该开关装置17包括自触发电路断路器1。电路断路器1是以高开关速度进行开关的自触发机械开关。在根据本发明的开关装置17中，可控半导体开关18设置为与电路断路器1并联，从而抑制电路断路器1断开时的电弧。可控半导体开关18例如是晶闸管等。如图2中所示，电路断路器1的电流入口19和电路断路器1的电流出口20各自连接到开关装置17的相关联的连接21、22。如图2中所示，半导体开关18(例如，晶闸管)与电路断路器1并联互连。当出现高电流I特别是短路电流时，可控半导体开关18连通。并联互连的半导体开关18在预定时间后被阻断。在图2中所示的实施例中，开关装置17包含通过传感器检测高电流(特别是短路电流)的存在的集成控制电路23。
[0037] 借助图3的电压曲线图，将更详细地说明图2中所示的开关装置17的工作模式，该开关装置17具有包含在其中的电路断路器1和与之并联互连的半导体开关18。最初，在正常工作中，电流I经由闭合的电路断路器1从开关装置17的电流入口21直接流到电流出口22。开关装置17是对称的，即电流入口21和电流出口22能够更换。在正常工作下，电流流经机械的电路断路器1，其中在该位置只有低电压U1，如图3中所示。电压U1能够是例如0.1伏特。在时间t1，短路电流出现，由于所产生的磁场力，利用高开关力将电路断路器1的接触摇杆10移动到另一开关位置，因此使得电路断路器1断开。产生的力直接作用于可移动的开关接触或接触摇杆10的接触臂。当电路断路器1断开时，电压11快速增大到较高的电压值U2，例如
20伏特。开关装置17的控制电路23检测到电压的增大，其中控制装置23-从特定的阈值-以特定时间延迟在时间t2处连接或者连通并联的半导体开关18。由此电压11减小至较低电压值U3，例如2伏特的电压。连通半导体开关18抑制机械电路断路器1中电弧的出现，从而导致对于电路断路器1的清楚保护或者较少劣化。在时间t3，可控半导体开关19由集成控制电路
23断开，电压升高至高电压值U4。在时间t3，半导体开关18以及电路断路器1处于开路或分离，因此电流I不再在开关装置17的电流连接21、22之间流动。由于图1中所示的电路断路器
1的具体设计在时刻t1的开关斜率特别陡，即机械开关的开关持续时间非常短，优选少于
0.1ms。在时刻t2连通半导体开关18的反应时间优选同样保持到最小，从而防止机械开关1处电弧的出现。在一个可能实施例中，当实际流动的电流I(特别是短路电流Ik)与正常电流INORM的比例超过特定比例时，自触发电路断路器1起作用。在一个可能实施例中，当短路电流Ik与正常电流INORM的比例≥20时，自触发电路断路器1起作用。根据线圈12、13的具体几何形状和线圈绕组的数量以及开关或接触摇杆10的设计，针对不同应用该比例能够不同。
[0038] 根据本发明的电路断路器1和如图2中所示的开关装置17能够用于最宽泛的应用，例如电动汽车、电池以及光伏系统。在一个可能实施例中，两个线圈12、13的线圈导体带4、5的横截面设计为用于超过100安培的电流强度。两个线圈12、13的缠绕线圈导体带4、5彼此电绝缘。流过线圈12、13的电流I产生立即作用于接触摇杆的可移动接触臂8、9的磁力F，并且因此开关速度极高并且开关持续时间极短。根据本发明的开关装置17包含由机械电路断路器1和半导体开关18的混合开关配置。该混合电路一方面特别快速地进行开关，另一方面特别耐受环境影响。另外，开关装置17中提供的混合电路配置具有特别长的服务寿命，并且允许大量的开关循环或开关过程。根据本发明的电路断路器1能够以相对简单的方式低成本地来生成。根据线圈导体带4、5的设计和两个线圈12、13的几何形状，电路断路器1还能够针对超过100安培的高电流密度(例如，400或者甚至800安培)来设计。自触发电路断路器1特征在于极高的开关速度，其中半导体开关18防止电弧的出现。在正常持续的操作中，电路断路器1处于闭合。由于在正常持续的操作期间电路断路器1具有极低的电压水平，因此在正常操作中使用根据本发明的开关装置17是的功率损耗极低。在图2中所示的实施例中，控制电路23集成在开关装置17中。在替换实施例中，半导体18还能够由设备或系统的外部控制电路来驱动。
