CN110867350A - 用于包含烟火特征的切换装置的无源触发机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于包含烟火特征的切换装置的无源触发机构。本文公开了用于激活电气切换装置(例如接触器装置和熔丝装置)内的烟火特征的无源触发机构。烟火特征的激活被配置为改变切换装置的内部部件的配置并防止电流流过该装置。在一些实施方式中，触发机构包括响应磁场的特征，例如簧片开关。在一些实施方式中，簧片开关响应升高的电流并且然后可以使用具有升高的电流的信号来激活烟火特征。在其他实施方式中，簧片开关使用来自辅助电源的功率信号来激活烟火特征。

Description

用于包含烟火特征的切换装置的无源触发机构

技术领域

本文描述了涉及用于电气切换装置(例如接触器装置和电熔丝装置)的触发机构和配置的装置。

背景技术

连接和断开电路与电路本身一样古老，并且通常用作在“开”和“关”状态之间将电源切换到连接的电气装置的方法。通常用于连接和断开电路的一个装置的示例是接触器，其电连接到一个或多个装置或电源。接触器被配置为使得其可以断开或完成电路以控制进出装置的电力。一种常规接触器是气密密封接触器。

除了在装置的正常运行期间用于连接和断开电路的接触器之外，可以采用各种附加装置以提供过电流保护。这些装置可以防止电气系统或连接的电气装置的短路、过载和永久性损坏。这些装置包括断开装置，其可以以永久方式快速断开电路，使得电路将保持断开，直到断开装置被修理、更换或重置。一种这样的断开装置是熔丝。传统的熔丝是一种低电阻的电阻器，用作牺牲装置。典型的熔丝包括金属线或金属条，当过多的电流流过它时熔化，从而断开它连接的电路。

随着社会的进步，对电气系统和电子装置的各种创新变得越来越普遍。这种创新的示例包括电动汽车的最新进展，有朝一日可以成为节能标准并取代传统的石油动力汽车。在这种昂贵且常规使用的电气装置中，过电流保护特别适用于防止装置故障并防止对装置的永久性损坏。此外，过电流保护可以防止安全隐患，例如电气火灾。这些对电气系统和装置的现代改进需要现代解决方案以增加触发熔丝装置的机构的便利性和效率。

发明内容

本文描述了用于激活烟火特征的无源触发部件和配置，以用作切换装置(例如接触器或熔丝装置)内的熔断机构。这些无源触发配置可以被配置为响应于阈值磁场强度而触发，该阈值磁场强度对应于流过装置的与危险过电流相对应的电流的阈值水平。触发这些无源触发配置所需的电流阈值水平可以与无源触发机构(例如簧片开关)和装置的一部分(例如连接到电源端子的电源端子或特征)之间的距离相关。

根据本发明的电气切换装置的一个实施方式包括具有内部部件的壳体，该内部部件被配置为将切换装置的状态从允许电流流过切换装置的闭合状态改变到断开流过切换装置的电流的打开状态。包括烟火特征，其被配置成与内部部件相互作用，以在烟火特征被激活时将切换装置从闭合状态转换到打开状态。还包括无源触发器开关结构，其被配置为当无源触发器开关结构被触发时激活烟火特征，无源触发器开关结构被配置为响应于流过切换装置的升高的电流信号而触发。无源触发器开关还被布置为使用升高的电流信号来激活烟火特征。

根据本发明的电气系统的一个实施方式包括工作电源电路，该工作电源电路包括通过电流路径耦合到工作负载的工作电源，在电源和负载之间具有接触器。包括烟火激活电路，烟火激活电路包括触发器，该触发器被设置为感测工作电源电路中的升高的电流，该激活电路还包括烟火致动器，触发器激活所述烟火致动器以在接触器上操作以断开工作电源电路中的电流路径。

根据本发明的烟火激活电路的一个实施方式包括触发器，该触发器被设置为根据电路中的升高的电流感测磁场。包括烟火致动器，其中，触发器响应于升高的电流水平激活烟火致动器以断开承载升高的电流的电路，其中，触发器使用升高的电流来激活烟火致动器。

通过以下详细描述并结合附图，本发明的这些和其他进一步的特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的，其中，相似的数字表示附图中的对应部分，其中：

附图说明

图1是能够结合本发明的特征的接触器的实施方式的正面剖视图，以允许电流流过该装置的“闭合”方向示出；

图2是图1的接触器装置的实施方式的正面剖视图，以防止电流流过该装置的“打开”或“断开”方向示出；

图3是图1的接触器装置的实施方式的正面剖视图，以不同的方向示出，其中，断开元件已被“触发”；

图4是能够结合本发明的特征的熔丝装置的正面剖视图，以静止的“未触发”状态示出；

图5是能够结合本发明的特征的熔丝装置的正面剖视图，以激活的“触发”状态示出；

图6是结合本发明特征的烟火触发配置的正面、顶部透视图；

图7是图6的烟火触发配置的后视、顶视图；

图8是结合了本发明特征的另一种烟火触发配置的正面、顶部透视图；

图9是图8的烟火触发配置的后视、顶视图；

图10是结合本发明的特征的又一种烟火触发配置的正面、顶部透视图；

图11是图10的烟火触发配置的一部分的正面剖视图；

图12是根据本发明的烟火电源切换电路的一个实施方式的示意图；

以及

图13是根据本发明的烟火电源切换电路的另一实施方式的示意图。

具体实施方式

本公开现在将阐述各种实施方式的详细描述。这些实施方式阐述了无源切换特征和配置，用于与集成了烟火断路特征的诸如接触器或熔丝装置的切换装置一起使用。这些切换装置可以电连接到电气装置或系统，以“开启”或“关闭”所连接的装置或系统的电源。虽然本文公开的示例装置可以利用主动触发配置来补充或代替所公开的无源特征，但是无源特征提供了响应于阈值电流水平自动触发烟火电路断开的优点。

在一些实施方式中，印刷电路板(PCB)或外部触发机构被配置为将信号引向与烟火装药连通的烟火销。用于触发切换装置的烟火特征的该信号的电力可以由单独的电源(即，除了切换装置所连接的装置或电气系统的电源之外的电源)提供。可选地，可以从切换装置所连接的装置或电气系统的电源提供或转移用于信号的电力。烟火装药被配置为用作熔丝，通过接触器或熔丝装置永久地断开电路，例如通过使可动触头移动而不与固定触头接触。

PCB或外部触发机构包括无源触发器开关，例如簧片开关，其在其静止状态下打开，防止触发信号被发送到烟火销并因此允许电流流过该装置。无源触发器开关可以被配置为响应于具有足够强度的磁场而触发，该磁场可以被计算为对应于通过装置的期望阈值电流水平，例如，危险的过电流。由于触发无源触发器开关所需的磁场所需的阈值强度取决于无源触发器开关与磁场源的接近程度，因此无源触发器开关可被配置为“接近开关”。这允许基于无源触发器开关与装置的区域(例如电源端子之一)之间的距离来设置期望的跳闸电流。

在其他实施方式中，可以包括附加特征。例如，铁核心结构可以至少部分地围绕切换装置的一个电源端子定位，并且跳闸电流可以由核心结构和无源触发器开关之间的距离确定。在一些实施方式中，可以利用外部触发机构，其可以包括导电总线部分和通过非磁性间隔物部分与导电总线部分隔开的无源触发器开关。在这些实施方式中，跳闸电流可以由非磁性间隔物部分的厚度确定。

在整个说明书中，所示的优选实施方式和示例应被视为示例，而不是对本发明的限制。如本文所用，术语“发明”、“装置”、“本发明”或“现有装置”是指本文所述的本发明的任何一个实施方案，以及任何等同物。此外，在整个本文件中引用“发明”、“装置”、“本发明”或“现有装置”的各种特征并不意味着所有要求保护的实施方式或方法必须包括所引用的特征。

还应理解，当元件或特征被称为“在”另一元件或特征上或与其“相邻”时，它可以直接在另一元件或特征上或与其相邻，或者也可以存在中间元件或特征。还应理解，当一个元件被称为“附接”、“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接附接、连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接附接”、“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。

本文可以使用诸如“外部”、“上方”、“下方”、“下面”、“水平”、“垂直”和类似术语的相对术语来描述一个特征与另一个特征的关系。应当理解，除了图中所示的方向之外，这些术语旨在包含不同的方向。

尽管本文可以使用术语第一、第二等来描述各种元件或部件，但是这些元件或部件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件或部件与另一个元件或部件区分开。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件或部件可以被称为第二元件或部件。

本文使用的术语仅用于描述特定实施方式，并不意图限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，术语“包括”、“包含”，当在本文中使用时，指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或更多其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。

本文参考作为本发明的理想化实施方式的示意图的不同视图和图示来描述本发明的实施方式。因此，预期由于例如制造技术和/或公差导致的图示形状的变化。本发明的实施方式不应被解释为限于本文示出的区域的特定形状，而是包括例如由制造导致的形状偏差。

应当理解，当第一元件被称为“在”、“夹”或“夹在”两个或更多个其他元件中间时，第一元件可以直接在两个或更多个其他元件之间或者中间元件也可以存在于两个或更多个其他元件之间。例如，如果第一元件在第二元件和第三元件“之间”或“夹在”之间，则第一元件可以直接在第二元件和第三元件之间而没有中间元件，或者第一元件可以与一个或多个附加元件相邻，第一元件和这些附加元件都在第二和第三元件之间。

在详细描述结合本发明的特征的特定烟火触发配置之前，首先将描述结合烟火特征并提供根据本发明的无源触发配置的示例环境的示例切换装置。这些切换装置可包括任何包含烟火特征的切换装置，例如，配置成允许装置在“开”和“关”状态之间切换的接触器。

在一些接触器装置中，烟火特征用作结合到接触器装置中的熔丝元件。这种接触器装置的示例在题为“集成烟火断开特征的接触器装置(Contactor Device IntegratingPyrotechnic Disconnect Features)”的美国申请第16/101,143号中提出，该申请转让给本申请的受让人Gigavac有限公司并且其通过引用结合到本申请中。除了被配置为在“开”和“关”状态之间自由切换的接触器之外，根据本公开的烟火触发配置还可以与牺牲熔丝装置一起使用，该牺牲熔丝装置被配置为在未被触发时允许电流通过电气系统或装置，并且在触发时防止电流通过电气系统或装置。这种熔丝装置的示例在题为“机械保险装置(MECHANICAL FUSE DEVICE)”的美国申请第15/889,516号中提出，该申请转让给本申请的受让人Gigavac有限公司，并且其通过引用结合到本申请中。

参考包含烟火特征的示例性接触器装置，图1示出了接触器装置100的示例性实施方式的截面图，该接触器装置100包括集成的烟火断开特征，其在过电流的情况下可用作牺牲断开器。图1示出了处于“闭合”电路位置的接触器装置100，其中启动了流过接触器装置的电流。图1还示出了接触器装置100的烟火断开部分处于其非触发或“设定”机械方向，允许接触器装置正常工作以在其“闭合”和“打开”位置之间操作。接触器装置100的断开部分也具有“触发”方向，其中电路断开并且通过接触器装置的电流被永久地禁用，直到装置被更换或修理和重置为止。“闭合”和“打开”接触器模式以及“设定”和“触发”断开模式都在本文中进一步详细描述。

图1的接触器装置100包括主体102(也称为壳体102)，以及两个或更多个固定触头结构104、106(示出两个)，其被配置为将接触器装置的内部部件电连接到外部电路，例如电连接到电气系统或装置。主体102可包括能够支撑如本文所公开的接触器装置100的结构和特征的任何合适的材料，优选的材料是坚固的材料，其可以为接触器装置100提供结构支撑，而不会干扰通过固定触头104、106和装置的内部部件的电流。在一些实施方式中，主体102包括耐用塑料或聚合物。主体102至少部分地围绕接触器装置100的各种内部部件，这将在本文中进一步详细描述。

主体102可包括适于容纳各种内部部件(包括任何规则或不规则的多边形)的任何形状。主体102可以是连续结构，或者可以包括连接在一起的多个部件，例如，包括基体“杯”和用环氧材料密封的顶部“头部”部分。一些示例性主体配置包括美国专利第7,321,281、7,944,333、8,446,240和9,013,254号中所阐述的那些主体配置，所有这些专利均转让给本申请的受让人Gigavac有限公司，并且所有这些都通过引用整体并入本文。

固定触头104、106被配置成使得容纳在主体102内的接触器装置100的各种内部部件可以与外部电气系统或装置电连通，使得接触器装置100可以用作开关以断开或完成如本文所述的电路。固定触头104、106可包括用于提供与接触器装置的内部部件的电接触的任何合适的导电材料，例如，各种金属和金属材料或本领域已知的任何电接触材料或结构。固定触头104、106可包括单个连续接触结构(如所示出的)或可包括多个电连接结构。例如，在一些实施方式中，固定触头104、106可包括两个部分，从主体102延伸的第一部分，其电连接到主体102内部的第二部分，第二部分被配置为与如本文所述的主体内部的其他部件相互作用。

主体102可以被配置为使得容纳接触器装置100的各种内部部件的主体102的内部空间被气密密封。当与使用电负性气体耦合时，这种气密密封配置可以帮助减轻或防止相邻导电元件之间的电弧，并且在一些实施方式中，有助于在空间分离的触头之间提供电隔离。在一些实施方式中，主体102可处于真空条件下。利用任何已知的产生气密密封的电气装置的工具，可以密封主体102。气密密封装置的一些示例包括美国专利第7,321,281、7,944,333、8,446,240和9,013,254号中所述的那些气密密封装置，所有这些专利均转让给本申请的受让人Gigavac有限公司，并且所有这些都通过引用整体并入本申请。

在一些实施方式中，主体102可以至少部分地填充有电负性气体，例如六氟化硫或氮和六氟化硫的混合物。在一些实施方式中，主体102包括对注入壳体的气体具有低渗透性或基本无渗透性的材料。在一些实施方式中，主体可包括各种气体、液体或固体，其被配置为增加装置的性能。

在描述用于过电流保护的接触器装置100的烟火断开特征之前，首先将描述在接触器装置100的普通切换使用期间使用的接触器部件。当不与主体102内部的任何其他部件相互作用时，固定触头104、106相反地彼此电隔离，使得电不能在它们之间自由流动。固定触头104、106可以通过任何已知的电隔离结构或方法彼此电隔离。

当接触器装置100处于其“闭合”位置时，如图1所示，两个电气隔离的固定触头104、106都与可动触头108接触。可动触头108用作桥接器，以允许电信号流过装置，例如，从第一固定触头104流到流到可动触头108、流到第二触头106，反之亦然。因此，接触器装置100可以连接到电路、系统或装置并且在可动触头与固定触头电接触的同时完成电路。

可动触头108可包括任何合适的导电材料，包括本文所讨论的关于固定触头104、106的任何材料。与固定触头104、106一样，可动触头108可包括单个连续结构(如所示出的)，或者可以包括彼此电连接的多个组成部分，以便用作电隔离的固定触头104、106之间的接触桥，使得电可以流过接触器装置100。

可动触头108可以被配置为使得其可以移入和移出与固定触头104、106的电接触。这使得电路在可动触头与固定触头104、106电接触时“闭合”或完成，并且当可动触头108不与固定触头104、106电接触时，“打开”或断开。固定触头104、106在不接触可动触头时彼此电隔离。在一些实施方式中，包括图1所示的实施方式，可动触头108物理连接到轴结构110，轴结构110被配置为在接触器装置100内沿预定距离移动。轴110可包括适合于其作为内部可移动部件的特征的任何材料或形状，该内部可移动部件物理地连接到可动触头108，使得可动触头108可随轴110移动。

如本文所述，轴110的运动控制可动触头108的运动，其反过来又控制可动触头108相对于固定触头104、106的位置，其反过来又控制电流流过接触器装置100。轴的运动可以通过各种配置来控制，包括但不限于电气和电子、磁和螺线管、以及手动。用于控制连接到可动触头的轴的示例性手动配置在本申请的受让人Gigavac有限公司的美国专利第9,013,254号中阐述，并且所有这些通过引用整体并入本申请中。手动控制特征的一些示例配置包括磁性配置、隔膜配置和波纹配置。

在图1所示的实施方式中，通过使用螺线管配置来控制轴110的运动。柱塞结构111连接到轴110的一部分或者至少部分地围绕轴110的一部分。主体102还容纳螺线管112。可以使用许多不同的螺线管，合适的螺线管的一个示例是在低电压和相对高的力下操作的螺线管。合适的螺线管的一个示例是来自Bicron有限公司的市售螺线管型号SD1564 N1200，尽管可以使用许多其他螺线管。在所示的实施方式中，柱塞结构111可包括可由螺线管112移动和控制的金属材料。柱塞结构111的移动控制连接轴110的移动，连接轴110反过来又控制连接的可移动触点108的移动。

轴110的行进距离可以利用各种特征来控制，例如，用于控制跳闸/超跳闸距离的弹簧或者可以阻挡或限制轴110的行进距离的主体102的各个部分。在图1所示的实施方式中，轴110的行进距离部分地由硬止挡113控制，该硬止挡113被配置为抵靠轴110的翼状部分114，以便当轴110已经从固定触头104、106行进足够的距离时，限制轴110的距离。硬止挡113可包括适于提供与轴110相互作用的表面的任何材料或形状，以限制轴110的移动或行进距离。在图1所示的实施方式中，硬止挡113包括塑料材料。在一些实施方式中，硬止挡件113被配置为在烟火断开元件被触发时断开或剪断，这将在下面进一步详细讨论。

现在已经阐述了接触器装置110的基本切换特征，现在将描述烟火断开元件。接触器装置100可包括可用作过电流保护的若干元件，包括烟火装料202和活塞结构204。活塞结构204可定位在一个或多个内部部件附近或至少部分地围绕它们，例如，如所示的轴110。活塞从静止位置的移动可以改变内部部件的配置以断开流过装置的电流，例如，如本文所述，通过推动或以其他方式移动轴100。烟火装药202可以配置成使得当电流超过预定阈值水平时它被激活，以防止对连接的电气装置的永久性损坏或诸如电气火灾的安全危险。

接触器装置100可包括各种传感器特征，其可检测何时通过装置的电流已达到危险水平并且可在检测到该阈值水平时触发烟火装药。在一些实施方式中，接触器装置100可包括专用电流传感器，其被配置为检测流过装置的电流水平。电流传感器可以被配置为在电流达到阈值水平时直接或间接地激活烟火装药。在一些实施方式中，当检测到阈值电流水平时，电流传感器可以发送与检测到的电流成比例的信号以激活烟火装药。在一些实施方式中，电流传感器可包括霍尔效应传感器、变压器或电流钳表、电阻器、光纤电流传感器或干涉仪。

在一些实施方式中，烟火装药202被配置为由电脉冲激活并且由安全气囊系统驱动，该安全气囊系统被配置为检测多个因素，类似于现代车辆中使用的因素。在一些实施方式中，接触器装置100可包括一个或多个烟火销203，其可被配置为在烟火销203接收激活信号时触发烟火装药202。在一些实施方式中，烟火装药可以连接到已经监测流动电流的另一个部件。该另一个部件，例如电池管理组件，然后可以被配置为在检测到阈值电流水平时发送信号以激活烟火装药。

烟火装药202可以是单电荷结构或多电荷结构。在一些实施方式中，烟火装药202包括双重装料结构，其首先包括引发剂装料，并且然后包括第二气体发生剂装料。如本文所述，如果使用的烟火装药足以提供足够的力来移动活塞结构204以永久地破坏接触器装置100的电路，则可以使用许多不同类型的烟火装药。在一些实施方式中，烟火药料202包含高氯酸锆，其优点是适合用作引发剂装料和气体发生剂装料。在一些实施方式中，引发剂装料包括快速燃烧的材料，例如高氯酸锆、高氯酸锆钨、高氯酸钛钾、高氯酸氢钾或高氯酸氢钾。在一些实施方式中，气体发生剂装料包括缓慢燃烧的材料，例如硝酸硼钾或黑色粉末。

当烟火装药202被激活时，所产生的力使得活塞结构204被驱动远离其在烟火装料202附近或周围的静止位置，这又使活塞结构204推靠在轴110上并且使得轴被驱动远离固定触头104、106。所产生的力也足以使硬止挡113断裂或剪断，导致轴110被迫进一步远离固定触头104、106，例如，被推入主体102的单独的内部隔室206中。活塞结构204可包括足够的尺寸(例如，形状、尺寸、空间方向或其他配置)，使得活塞结构204可将内部部件保持在一定位置或电流不能流过接触器装置的配置。这例如通过将轴110保持在远离固定触头104、106的位置来完成，例如通过保持轴110使得其基本上位于主体102的单独的内部隔室206内。这反过来使得连接到轴110的可动触头108与固定触头104、106分开甚至更大的空间间隙，使得装置处于“触发”或永久“打开”配置，其中电无法流过装置。在一些实施方式中，活塞结构204包括足够的尺寸，使得一旦其通过激活烟火特征202而移位，活塞结构204就被迫进入与主体102的一部分相互作用的位置，使得它不容易被移动。

除了固定触头104、106与可动触头108之间快速产生的大空间间隙之外，还可以使用其他结构。例如，在一些实施方式中，可以利用一个或多个电弧喷出磁体208(示出两个)来进一步控制电弧。虽然用于断开电流的主要方法是如本文所述将触头快速打开到更大的气隙，但是，例如通过使用气体发生器装料，通过针对电弧的二次气体爆破还可以获得额外的性能。

在一些实施方式中，包括图1所示的实施方式，可以包括其他可选的设计特征，这可以帮助防止由于烟火装药202的激活而导致的气体快速累积所造成的危险。在这些实施方式中，主体102可以被配置为使得当烟火装药202被激活时，活塞结构204以足够的力驱动轴110以刺穿主体102的一部分。这将允许气体的快速积聚逸出。在一些实施方式中，这通过主体102的一部分实现，该部分包括可在烟火断开循环期间被刺穿的隔膜，例如，通过轴110的尖锐部分210，允许气体从主体102的连接的通气部分212逸出，该隔膜可以是高温过滤膜。然后，高温气体可以从主体102中排出。压力释放可以冷却电弧并改善性能并且防止接触器壳体破裂。

在正常切换操作期间断开通过接触器装置100的电流的电路与在装置处于其“触发”状态时通过接触器装置100的电流的电路的永久断开之间的差异在图2至图3中更好地示出。图2至图3示出了图1的接触器装置100，但是处于不同的方向。接触器装置100包括主体102、固定触头104、106、可动触头108、轴110、柱塞结构111、螺线管112、硬止挡113、轴110的翼状部分114、烟火装药202、热销203、活塞结构204、主体102的单独的隔室206、电弧吹出磁体208、轴110的尖锐部分210、以及主体102的通气部分212。

接触器装置100在图2中示出处于其“打开”状态，其示出了轴110移动使得连接的可动触头108通过断开空间间隙302与固定触头104、106分离。如图2所示，接触器装置100仍然处于“设定”位置，而没有激活烟火特征。断开空间间隙302使可动触头108与固定触头104、106隔开足够的距离，否则这些触头彼此电隔离，以断开通过该装置的电流。相反，图3示出了当烟火装药202被激活时接触器装置100处于其触发状态，使得活塞结构204在远离固定触头104的方向上对轴110和可动触头108用力。这在固定触头104、106和可动触头108之间快速产生较大的断路空间间隙350。

如图3所示，由烟火装药202的激活产生的力以及由此引起的活塞结构204和轴110的突然运动足以使硬止挡113断裂或剪断以从其与主体113连接的原始位置移位。硬止挡113可包括与主体102连接或集成的坚固材料，使得其在“闭合”和“打开”电路状态之间的正常装置操作期间用作轴110的止动件。然而，在烟火断开特征的操作期间，硬止挡113可以被有意地设计成“失效”作为止动结构并且断开或剪断以允许轴110进入单独的主体隔间206。

在一些实施方式中，活塞结构204可以被配置为使得其在烟火装药202被激活之后可以与主体102的活塞止动部分352相互作用。这可以例如通过与活塞结构204的位置相互作用来完成，例如，活塞止动部分352的一部分被配置为与活塞结构204上的另一部分相互作用或配合。

在一些实施方式中，活塞结构204将不会处于与活塞止动部分352接触的位置，直到活塞结构204已经通过激活烟火装药202而移位。这导致当烟火装药202已经被激活并且活塞结构204从其静止位置受力时，活塞结构204被保持在活塞止动部分352和可动触头108之间。如图3所示，该配置将活塞结构204置于将活塞结构204保持或锁定在可动触头108上的位置。活塞结构204将可动触头108保持在适当位置并有助于保持电路断开空间间隙350使得固定触头104、106和可动触头108不会滑回彼此接触，使得接触器装置100不可操作。

在一些实施方式中，作为主体102的活塞止动部分352的替代或补充，主体102的单独的隔室206可包括足够的尺寸，包括例如尺寸和形状，使得单独的隔室206可以与轴110的一部分相互作用，该部分由于烟火装药202的激活已经移动到单独的隔室206中。

在一些实施方式中，单独的隔室可以被配置成与剪切的硬止挡113或连接到轴110的另一结构相互作用，轴110已经由于烟火装药202的激活而移动到单独的隔室206中。在常规装置操作期间，轴110或连接结构的这些部分先前不在单独的隔室206内，而是在过电流保护操作期间在烟火循环期间被迫进入单独的隔室206。单独的隔室206包括足够的尺寸、形状或附加特征，例如，被配置为与轴110或连接结构上的相应特征相互作用或配合的特征，以将轴110保持在适当位置，使得连接到轴110的可动触头108不能滑回与固定触头104、106接触。

除了前述特征之外，图1至图3的接触器装置100还可以包括PCB 400。如本文将进一步讨论的，PCB允许有效且方便地将接触器装置100的内部部件连接到结合本发明特征的烟火触发配置。PCB 400可以是PCB，其设计成适应结合本发明特征的烟火触发配置。在图1至图3所示的实施方式中，PCB 400显示为位于接触器装置100的顶部附近；然而，应当理解，PCB 400可以位于接触器装置100的任何部分中或上，并且可以在接触器装置100的内部或接触器装置100的外部。

除了可以在正常操作期间操作以限制或允许电流流过装置的接触器装置之外，可以用作与无源烟火触发配置一起使用的示例环境的另一类型的切换装置是熔丝装置。熔丝装置仅允许在正常操作期间电流流过装置，并且当阈值电流水平通过装置时用作牺牲电路断开。图4至图5示出了这样的示例性熔丝装置430，其包括类似的特征，并且与图1至图3中的接触器装置100类似地操作，然而，不包括一些这些特征，例如用于打开和关闭固定和可移动触点的螺线管或其他机构。在正常操作期间，熔丝装置430始终处于“闭合”状态，允许电流流过装置，直到烟火特征被激活，导致装置此后处于“打开”状态，防止电流流过装置。图4至图5示出了主体432(类似于上面图1至图3中的主体102)、固定触头434、436(类似于上面图1至图3中的固定触头104、106)。然而，在该实施方式中，固定触头434、436与电源端子438、440分开形成，电源端子438、440电连接到固定触头434、436，用于连接到外部电路，电源端子和固定触头与图1至图3的实施方式相同。图4至图5进一步示出了可动触头442(类似于上面图1至图3中的可动触头108)、轴结构444(类似于上面图1至图3中的轴结构110，除了不同形状)。

轴结构444连接到可动触头442和活塞结构446(其类似于上面图1至图3中的活塞结构204)。活塞结构446可以至少部分地围绕烟火装药448，使得当烟火装药448被激活时，可动触头442和活塞结构446被迫沿远离固定触头434、436的方向，因此断开电路。在一些实施方式中，熔丝装置430可包括支撑结构450，支撑结构450被配置为帮助将固定触头434、436和可动触头442保持就位。在一些实施方式中，触发烟火装药448使得活塞结构446被驱动远离烟火装药，其方式是支撑结构450被破坏或移位。在一些实施方式中，熔丝装置430可以由有源信号触发。在一些实施方式中，熔丝装置430可以由无源触发配置触发，例如本文所讨论的那些。图4示出了处于“闭合”状态的熔丝装置430，其中固定触头434、436和可动触头442在一起并且允许流过装置430的电流。相反，图5示出了在触发烟火装药448之后熔丝装置430处于其“打开”状态，其中固定触头434、436和可动触头444是分开的，并且防止了流过装置430的电流。

由于两种类型的切换装置，接触器和熔丝装置已经被描述为可以利用根据本公开的烟火触发机构的示例环境，现在可以更全面地描述烟火触发机构的实施方式。在关于图6至图11描述的以下实施方式中，将参考应用于图1至图3的接触器装置来描述烟火触发配置。然而，应当理解，关于图6至图11描述的烟火触发配置可以应用为在任何包含烟火特征的切换机构中的触发装置，包括例如关于图4至图5描述的熔丝装置。

图6示出了烟火触发配置500，其包括PCB 502(迹线未示出)(类似于图1至图3中的PCB 400)、电源端子504(类似于图1至图3中的固定触头结构104、106)、以及无源触发器开关506。图6还示出了与电气装置503集成的烟火触发配置500，其包括主体508，主体508可以类似于主体102，其中包含内部部件。图6中的烟火触发配置500被示出为没有主体的顶部“帽”部分，使得PCB 502可见并且暴露，然而，应当理解，在正常的装置操作中，可以包括诸如包括帽和环氧树脂材料的封闭的主体的部件。图6还示出了烟火销510，其类似于图1至图3中的烟火销203。包括线圈销512，其允许电连接到内部线圈或螺线管，例如，类似于图1至图3中的螺线管112。还包括管状结构514，其可以有助于形成电气装置503内的电负性气体的内部气密密封或管理。

在图6的烟火触发配置500的操作中，当预定水平的电流通过装置503时，例如，表示危险电流水平的电流水平可导致装置的永久性损坏或产生诸如火灾的危险，无源触发器开关506将被激活。这反过来完成了将信号传输到烟火销510的电路，从而激活内部烟火元件，例如诸如图1至图3中的烟火装药202。在这些实施方式中，PCB 502可以被配置为使得它将触发信号引导到烟火销510，烟火销510与装置503内部的烟火特征电连通。该触发信号的电通路可以取决于关闭或激活无源触发器开关506，使得当无源触发器开关506打开或未触发(处于静止状态)时，阻碍了触发信号到烟火销510的电通路。同样，当无源触发器开关506闭合或启动时，触发信号可以指向烟火销510并触发内部烟火特征。

无源触发器开关506可以连接到传感器，该传感器被配置为检测当预定水平的电流通过装置503时，传感器发信号通知无源触发器开关506以触发。在一些实施方式中，无源触发器开关506本身被配置为在流过装置503的电流达到预定水平时检测或无源地响应和触发。例如，在一些实施方式中，无源触发器开关506包括开关，该开关被配置为对流过装置503的电源端子504的电流或者通过装置503的区域的电流产生的磁场作出反应。

在一些实施方式中，无源触发器开关506是簧片开关或其他切换机构，其被配置为响应于产生足够强度的磁场而激活。簧片开关可以使用不同的配置。例如，簧片开关可以被配置为使得触头在静止时打开，当存在足够的磁场时关闭，或者在静止时关闭，当存在足够的磁场时打开。此外，在一些实施方式中，簧片开关可以组织成簧片继电器并且由磁线圈致动。在本文中结合有簧片开关的大多数实施方式中，簧片开关被配置成使得触头在静止时打开，防止电信号行进到烟火销510并激活烟火特征，直到对应于危险电流水平的足够磁场闭合簧片开关。

在一些实施方式中，PCB 502包括多个无源触发器开关安装特征516，其允许根据期望的跳闸电流调节烟火触发配置500。例如，图7示出了烟火触发配置500、PCB 502、电气装置503、电源端子504、无源触发器开关506、主体508、烟火销510、线圈销512、管状结构514和触发器开关安装特征516。如图7所示，通过将无源触发器开关506安装到触发器开关安装特征516中的不同的一个，可以调节所需的跳闸电流，其进而调整无源触发器开关506与一个或多个电源端子504之间的跳闸距离518。

通过调节无源触发器开关506与一个或多个电源端子504之间的跳闸距离518，可以调节流过装置503的电流量，该电流量是激活无源触发器开关506所需的，因此触发装置的内部烟火特征。例如，无源触发器开关506可以包括簧片开关，该簧片开关被配置为当由于流过电源端子504的预定电流水平而产生预定磁场时激活。触发无源触发器开关506所需的磁场强度，以及因此触发无源触发器开关506所需的流过装置的相应电流的电平，可以通过简单地改变无源触发器开关506和电源端子504之间的跳闸距离518来调节。在所示的实施方式中，这可以通过将无源触发器开关506安装到不同的无源触发器开关安装特征516来实现。

通过将无源触发器开关506移动远离电源端子504，将需要更大的磁场并因此需要更大的电流来触发无源触发器开关506并因此触发装置503的烟火特征。这可以提供具有预先设计的PCB的预先设计的切换装置，使得该装置可以批量制造，同时允许基于无源触发器开关506在无源触发器开关安装特征516中的不同的一个处放置的不同的跳闸电流。例如，无源触发器开关安装特征516可以在PCB 502的与不同水平的磁场强度相对应的位置上，这反过来可以对应于不同水平的期望跳闸电流。公司可以制造一种PCB配置，并且可以将无源触发器开关506放置在不同的无源触发器开关安装特征516上，以产生将在不同电流下跳闸的装置。在利用线圈或螺线管的实施方式中，例如与接触器一样，无源触发器开关506可以被配置为关闭线圈的电源。在这些实施方式中，这种配置可以减少烟火特征打开触头所花费的时间，因为它不必抵抗线圈。

在其他实施方式中，可以包括附加特征来代替触发器开关安装特征516或者除了触发器开关安装特征516之外还包括附加特征，以便进一步与无源触发器开关506交互。例如，图8示出了具有类似于图6和图7中的烟火触发配置500的烟火触发配置600的装置602。装置603包括PCB 602(类似于图7中的PCB 502)、电气装置603(类似于图7中的电气装置503)和电力终端604(类似于图7中的电力终端504)。装置603还包括无源触发器开关606(类似于图7中的无源触发器开关506)、主体608(类似于图7中的主体508)、烟火销610(类似于图7中的烟火销510)、线圈销612(类似于图7中的线圈销512)和管状结构614(类似于图7中的管状结构514)。尽管类似的实施方式可以包括触发器开关安装特征，但是图8中所示的实施方式不包括触发器开关安装特征。相反，烟火触发配置600包括核心结构630，其有助于确定烟火触发配置600的目标跳闸电流。

核心结构630可包括能够引导、指引或控制由流过装置603的电流产生的磁场的任何已知材料。例如，在一些实施方式中，核心结构630包括金属。在一些实施方式中，核心结构630包括铁、铁合金或其他含铁材料。在一些实施方式中，核心结构630是磁性的。核心结构630可包括产生所需磁场特性的任何合适的形状或配置，包括任何规则或不规则多边形或定制形状。在图8所示的实施方式中，核心结构630包括弯曲的条形。核心结构630可以配置在相对于装置603和PCB 602的任何空间位置，以促进产生的磁场和无源触发器开关606之间的相互作用。在图8所示的实施方式中，核心结构630至少部分地围绕电源端子604中的一个并且与无源触发器开关606相邻。

从核心结构630产生的磁场可以比电源端子本身产生的磁场更重要，并且可以通过调整核心结构630的一部分与无源触发器开关606之间的距离来控制期望的触发电流，而不是从如图6至图7的实施方式中的电源端子604和无源触发器开关606。例如，图9示出了烟火触发配置600、PCB 602、电气装置603、电源端子604、无源触发器开关606、主体608、烟火销610、线圈销612、管状结构614和核心结构630。图9还示出了无源触发器开关606和核心结构630之间的跳闸距离636。与图7至图8的实施方式类似，无源触发器开关606可包括簧片开关或其他无源机构，其被配置为当由于流过电源端子604和/或核心结构630的预定电流水平而产生预定磁场时激活。

触发无源触发器开关606所需的磁场强度，以及因此流过触发无源触发器开关606所需的装置的相应电流的水平，可以通过简单地改变无源触发器开关606和核心结构630的一部分之间的跳闸距离636来调整。通过将无源触发器开关606移动远离核心结构630，将需要更大的磁场，并且因此需要更大的电流来触发无源触发器开关606，并且因此触发装置603的烟火特征。

在一些实施方式中，代替触发器开关安装特征606或核心结构630或除了触发器开关安装特征606或核心结构630之外，可以使用外部触发机制。在一些实施方式中，该外部触发机制可以代替对PCB的需要，但是在其他实施方式中，除了PCB之外还可以使用外部触发机制。在图10中示出了一个示例实施方式，其中，外部触发机构取代了对PCB的需要。图10示出了烟火触发配置700(类似于图8中的烟火触发配置600)。配置700包括电气装置703(类似于图8中的电气装置603)、电源端子704(类似于图8中的电源端子604)、无源触发器开关706(类似于图8中的无源触发器开关)、主体708(类似于图8中的主体608)、烟火销710(类似于图8中的烟火销610)、接入点712(其可以提供到内部螺线管或线圈的线路接入)、以及管状结构714(类似于图8中的管状结构614)。图10还示出了包括顶部或帽部分716的主体708，电源端子704通过顶部或帽部分716突出。

应当理解，图10中所示的主体708的帽部分716的类似顶部或帽部分可以应用于包含本发明特征的所有其他实施方式。例如，应当理解，图6和图8的装置实施方式被示出为没有帽部分，以便更好地示出下面的PCB配置。然而，在最终组装期间，图6和图8的实施方式可以使所有内部部件完全封闭在主体内并且包括主体的帽部分。

图10的实施方式还示出外部触发机构730，其包括无源触发器开关706、导电汇流条732和间隔部分734。如图10所示，导电汇流条732可以包括多个连接部分，其中所示实施方式中的导电汇流条732包括第一连接点736和第二连接点738，第一连接点736被配置为在电源端子704中的一个处连接到装置708，并且第二连接点738被配置为连接到外部电源。

导电汇流条732可包括任何导电材料，例如金属材料。在一些实施方式中，导电汇流条732包括铜。间隔物部分734可包括非磁性材料。导电汇流条732可以被配置成允许电流流到烟火销710并因此触发装置703的内部烟火特征。类似于图6和图8所示的实施方式中的无源触发器开关，无源触发器开关706被配置在打开状态，其不允许电流通过导电汇流条732并因此允许触发烟火特征。

当来自装置703的电流达到阈值水平时，产生足够的磁场以触发无源触发器开关706。这允许来自连接到导电汇流条732的第二连接738的外部电源的电流到流过导电汇流条732到达烟火销710并因此触发装置的烟火特征。

可以通过调节无源触发器开关706与导电汇流条732之间的距离来调节激活无源触发器开关706所需的阈值磁场，并因此确定足够危险以保证激活烟火电路断开特征所需的电流水平。这可以通过例如调节非磁性间隔物部分734的厚度来实现。例如，图11示出图10的外部触发机构730的特写截面图，包括无源触发器开关706、导电汇流条732和间隔物部分734、第一连接点736和第二连接点738。图11还示出跳闸距离750，其对应于非磁性间隔物部分734的厚度。

与上面讨论的实施方式类似，无源触发器开关706可以包括簧片开关或其他无源机构。该开关可以被配置为当由于流过电源端子604的预定电流水平而产生预定磁场时激活，在这种情况下，电源端子604与外部触发机构电连接。触发无源触发器开关706所需的磁场强度，以及因此触发无源触发器开关706所需的流过装置703的相应电流的水平，可以通过简单地改变无源触发器开关706和导电汇流条732之间的跳闸距离750来调节。通过增加非磁性间隔物部分734的厚度，以及因此使无源触发器开关706远离导电汇流条732，更大的磁场，以及因此更大的电流，将需要触发无源触发器开关706并因此触发装置703的烟火特征。同样通过将无源触发器开关706移动得更靠近导电汇流条732，将需要更小的磁场，并且因此需要更小的电流来触发无源触发器开关706并因此触发装置703的烟火特征。

应当理解，根据本发明，可以以许多不同的方式布置不同的烟火无源切换电路。图12示出根据本发明的烟火无源切换电路800的一个实施方式的简化示意图。电路800通常包括工作电源电路802，其包括耦合到工作负载806的标准工作电源804，工作负载806由电源802通电和供电。接触器或熔丝808布置在电路800中以当危险电流在电路802中流动时断开电源804与负载之间的电连接。应当理解，熔丝808还可以包括用作接触器的特征，以在正常操作条件期间将电源804与负载断开。还应理解，熔丝808可包括接触器，其中无源切换电路800操作以改变接触器的状态以断开如上所述的电路路径。

可以包括烟火激活电路810，其被布置为与工作电源电路802一起工作以防止过电流状况。电路810包括如上所述的烟火致动器/激活器812，其被布置为在激活时改变熔丝808的状态。电路还包括过电流致动的烟火熔丝触发器814，其在电路802附近布置在允许其感测电路802中的过电流状态的位置。在所示的实施方式中，触发器814可包括簧片开关，但是应该理解，可以使用许多不同的替代装置。触发器814可以放置在相对于电路802的许多不同位置，例如与如上所述的电源端子相邻，或者与承载操作电流的电路中的其他导体相邻。电路810还可以包括辅助电源816，当熔丝触发器响应于升高的电流水平而关闭时，辅助电源816可以耦合到烟火致动器812。

在操作期间，熔丝808闭合，允许工作电源功率804为负载806供电。当正常电流水平流过电路802时，触发器814保持打开并且辅助电源816与烟火致动器812断开。当高于某一水平(危险的高水平)的电流流过电路802时，触发器814响应于升高的磁场而闭合。这将辅助电源连接到烟火致动器812，使其致动并断开熔丝808。这又使工作电源804与负载806断开，以断开电路802中升高的电流的导电路径。

应当理解，根据本发明的其他电路可以以许多不同的方式与许多不同的装置和元件一起布置。可以使用许多不同的辅助电源，其中一些实施方式使用集成电池或电容器电路来存储足以启动烟火致动器812的电荷。在其他实施方式中，辅助电源可以包括仍然足以启动烟火致动器812的板载低压电源。

图13示出根据本发明的烟火无源切换电路900的另一实施方式，其包含许多与图12中所示的切换电路800相同的特征。电路900包括工作电源电路902，工作电源电路902包括耦合到工作负载906的标准工作电源904。接触器或熔丝908布置在电路900中以当危险电流在电路902中流动时在电源904和负载906之间断开电连接。

电路900包括烟火致动器/激活器912和类似于上述那些的过电流致动的烟火熔丝触发器914。然而，在电路900中，这些元件没有布置在与辅助电源一起工作以启动烟火致动器912的单独的烟火激活电路中。相反，这些元件与工作电源电路902集成在一起，触发器914被设置为感测电路902中的升高的电流，并且还在承载升高的电流的导体处耦合到电路902。在所示的实施方式中，触发器914与熔丝908并联耦合到电路导体，但是应该理解，它可以以其他方式布置。

在正常操作期间，触发器914打开并且来自电源904的电力通过熔丝908传导到负载906。当触发器914感测到升高的电流时，它关闭并且升高的电流通过触发器914到达烟火致动器912，启动致动器并断开熔丝908。这破坏电源904和负载908之间的正常传导路径。

触发器914还被布置为使得来自电源904的升高的电流快速破裂或以其他方式销毁触发器914，从而断开通过触发器914的电流路径。触发器914承载足够长的电流以激活致动器，但此后不久就被销毁。这导致电源904与负载906电隔离，并且任何升高的电流路径被破坏。应当理解，触发器914和致动器912可以具有在破裂或启动期间包含它们的元件，例如像环氧树脂的包封材料。

还应理解，根据本发明的电路的元件可以使用许多不同的电导体耦合在一起。这可以包括印刷电路板上的导电路径或导线。还应理解，上述电路可以布置在接触器或熔丝上并与其成为一体，以提供易于使用和紧凑的装置。电路900可以提供某些优点，例如不需要单独的辅助电源来激活烟火致动器912。这可以导致简化且更便宜的装置。

尽管已经参考本发明的某些优选配置详细描述了本发明，但是其他版本也是可能的。本发明的实施方式可以包括各个附图中示出的兼容特征的任何组合，并且这些实施方式不应限于那些明确示出和讨论的那些。因此，本发明的精神和范围不应限于上述版本。

前述内容旨在覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改和替代构造，其中，如果没有在任何权利要求中阐述，则明确地或隐含地，本公开的任何部分都不旨在专用于公共领域。

Claims (21)

1.一种电气切换装置，包括：

壳体；

所述壳体内的内部部件，所述内部部件被配置为将所述切换装置的状态从允许电流流过所述切换装置的闭合状态改变到断开流过所述切换装置的电流的打开状态；

烟火特征，被配置为与所述内部部件相互作用，以在所述烟火特征被激活时将所述切换装置从所述闭合状态转换到所述打开状态；

无源触发器开关结构，被配置为在被触发时激活所述烟火特征，所述无源触发器开关结构被配置为当阈值电流水平流过所述切换装置时，响应于磁场达到阈值强度而触发；以及

电源端子，电连接到所述内部部件以连接到外部电路。

2.根据权利要求1所述的电气切换装置，其中，所述无源触发器开关包括簧片开关。

3.根据权利要求1所述的电气切换装置，其中，所述无源触发器开关连接到PCB。

4.根据权利要求3所述的电气切换装置，其中，所述磁场的所述阈值强度至少部分地由所述无源触发器开关距所述电源端子中的至少一个的距离确定。

5.根据权利要求4所述的电气切换装置，其中，所述PCB包括多个无源触发器开关安装特征。

6.根据权利要求5所述的电气切换装置，其中，所述多个无源触发器开关安装特征被配置在距所述电源端子中的至少一个的不同距离的位置处，使得所述位置对应于基于不同磁场阈值强度的不同的期望触发阈值。

7.根据权利要求3所述的电气切换装置，还包括至少一个核心结构。

8.根据权利要求7所述的电气切换装置，其中，所述核心结构至少部分地围绕所述电源端子中的至少一个。

9.根据权利要求8所述的电气切换装置，其中，所述磁场的所述阈值强度由所述无源触发器开关距所述至少一个核心结构的一部分的距离确定。

10.一种电气切换装置，包括：

壳体；

所述壳体内的内部部件，所述内部部件被配置为将所述切换装置的状态从允许电流流过所述切换装置的闭合状态改变到断开流过所述切换装置的电流的打开状态；

烟火特征，被配置为与所述内部部件相互作用，以在所述烟火特征被激活时将所述切换装置从所述闭合状态转换到所述打开状态；

无源触发器开关结构，被配置为在触发时激活所述烟火特征，所述无源触发器开关结构被配置为响应于流过所述切换装置的升高的电流信号而触发，所述无源触发器开关被设置为使用所述升高的电流信号来激活所述烟火特征。

11.根据权利要求10所述的电气切换装置，其中，所述无源触发器开关包括簧片开关。

12.根据权利要求10所述的电气切换装置，其中，所述无源触发器开关连接到PCB。

13.根据权利要求12所述的电气切换装置，其中，所述PCB包括多个无源触发器开关安装特征。

14.根据权利要求13所述的电气切换装置，其中，所述多个无源触发器开关安装特征被配置在距电源端子中的至少一个的不同距离的位置处，使得所述位置对应于基于不同磁场阈值强度的不同的期望触发阈值。

15.根据权利要求10所述的电气切换装置，还包括电源端子，其中，所述无源触发器开关被设置为响应于所述电源端子中的升高的电流而触发。

16.一种电气系统，包括：

工作电源电路，包括通过电流路径耦合到工作负载的工作电源，接触器位于所述电源和负载之间；

烟火触发器电路，包括触发器/开关，被设置以感测所述工作电源电路中的升高的电流；以及

烟火致动器，所述触发器/开关激活所述烟火致动器以在所述接触器上运行以断开所述工作电源电路中的所述电流路径。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述接触器包括壳体内的内部部件，所述内部部件被配置为将切换装置的状态从允许电流流过所述接触器的闭合状态改变到断开流过所述接触器的电流的打开状态。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，当所述烟火致动器被激活时，所述烟火致动器与所述内部部件相互作用，以将所述接触器从所述闭合状态转换到所述打开状态。

19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述触发器电路使用所述升高的电流来激活所述烟火致动器。

20.根据权利要求17所述的系统，其中，所述触发器电路使用辅助电源来激活所述烟火致动器。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述辅助电源包括电池、电容器电路或低压电源。

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