ES2633768T3 - Interruptor helicoidal - Google Patents

Abstract

Interruptor helicoidal (1) que comprende: un estátor (11) y un rotor (2) fabricados ambos de un material aislante, teniendo el estátor (11) una carcasa (7) y teniendo internamente una cámara de forma cilíndrica (3), y en el que el rotor (2) está alojado dentro de dicha cámara (3) y el rotor (2) es amovible definiendo un movimiento helicoidal alrededor de su eje de giro (X) entre una posición de cierre y una posición de corte eléctrico del interruptor (1), comprendiendo además el interruptor (1) al menos un par de contactos fijos (4,4') montados en la carcasa (7), al menos un contacto móvil (9) amovible entre una posición de cierre del interruptor (1) en la que establece continuidad eléctrica con los contactos fijos (4,4'), y una posición de abertura, en la que se impide la circulación de corriente, y en el que dicho al menos un contacto móvil (9) está montado en el rotor (9) y está configurado de forma que dispone de dos extremos accesibles por puntos distintos en la superficie exterior del rotor (2), caracterizado porque el rotor (2) es alargado respecto a su eje de giro (X) y el interruptor (1) además comprende dos o más contactos móviles (9,9',9'') montados en el rotor (2), en la misma posición pero en una posición axial diferente, del eje (X) de giro del rotor (2), el interruptor además comprende uno o más placas (19,19') fabricadas de un material conductor montadas en el estátor (11) exterior al rotor, que incorporan respectivamente zapatas (20,20') y están dispuestas de forma que en la posición de cierre eléctrico del interruptor (1), conectan en serie los contactos móviles (9,9',9'') entre los contactos fijos (4,4').

Description

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DESCRIPCION

Interruptor helicoidal Objeto de la invencion

La presente invencion pertenece al campo de los interruptores y/o seccionadores electricos, especialmente adaptados para la extincion del arco electrico producido en la apertura y cierre de los contactos de los mismos.

Mas concretamente, un objeto de la presente invencion es el de proporcionar un interruptor de corte de corriente, que permite una extincion rapida efectiva de los arcos electricos producidos en un circuito electrico durante las operaciones de corte y cierre del mismo, todo ello en un volumen reducido.

El interruptor de la invencion es especialmente aplicable al corte de corriente continua de alta potencia, donde la extincion del arco electrico es mas dificultosa que en corriente alterna.

Antecedentes de la invencion

En la actualidad es sabido que los arcos electricos producidos en circuitos electricos pueden provocar multiples problemas, debido a que la energfa calorica producida durante un arco electrico es altamente destructiva. Algunos de estos problemas son: el deterioro del material del interruptor, averfas y/o destruccion total o parcial de instalaciones electricas, incluso danos a las personas por quemaduras u otro tipo de lesiones.

La problematica de la extincion del arco electrico es especialmente acusada en el corte de corriente continua donde, a diferencia de la corriente alterna, no existe paso por cero, por lo que se produce un arco que debe ser eliminado lo antes posible mediante la desionizacion del medio y el aumento de la rigidez dielectrica.

Actualmente se conocen varias tecnicas para extinguir el arco electrico producido en la apertura y cierre de los contactos de un interruptor o seccionador de corriente. Todas estas tecnicas tienen como objetivo comun lograr que la energfa disipada en calor del arco electrico sea la menor posible, con el objetivo de que sea nula. Para ello, la variable cntica sobre la que se actua es el control del tiempo, intentando que la velocidad de apagado del arco electrico sea la mas rapida posible.

Para lograr dicho objetivo se conocen diversas tecnicas entre las que cabe destacar:

a) aumento de la distancia de separacion entre los contactos fijos y moviles del interruptor electrico, lo que implica mayor volumen de aire entre los mismos y por tanto, mayor tamano del interruptor.

-Incremento de velocidad de los dispositivos de disparo.

-Corte radial.

-Seriado de contactos simultaneos.

b) aumento de la longitud o “alargamiento” del arco electrico para un mismo instante de tiempo.

-Camaras apaga-chispas.

-Soplado magnetico y neumatico.

c) enfriamiento del arco electrico usando medios auxiliares para disminuir los efectos calonficos perjudiciales, como por ejemplo el empleo de hexafluoruro de azufre SF6 a presion.

d) actuacion sobre la rigidez dielectrica del medio para evitar reencendidos del arco por influencia del campo electrico debido a diferencias de potencial.

Sin embargo, aunque actualmente existen interruptores de corte electrico que combinan algunas de las tecnicas arriba citadas: camara apaga chipas con soplado magnetico o neumatico, separacion de contactos radial en lugar de lineal, etc., dichos interruptores actuales siguen sin resolver satisfactoriamente su principal cometido de extincion del arco electrico, ya que el tiempo de extincion sigue siendo demasiado alto y sigue existiendo deterioro del material, especialmente en aplicaciones muy exigentes como es el corte de corriente continua de alta potencia.

Ademas, las tecnicas conocidas para la extincion del arco, generalmente implican un aumento del volumen de los interruptores debido al volumen de aire necesario entre los contactos.

El funcionamiento de los mecanismos de corte de los interruptores, suele implicar algun tipo de impacto entre piezas, que a la larga, provoca el deterioro por desgaste del material que puede llevar a la destruccion del interruptor.

La patente US-4841833A describe un lanzador de proyectiles electromagnetico provisto con un interruptor de tiro que se abre y se cierra alternativamente para conmutar repetidamente la corriente desde una fuente de alimentacion de alta

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corriente hasta un par de rafles de lanzamiento de proyectiles. Un rotor que tiene un elemento de conduccion transversal se rota dentro de y se mueve axialmente a lo largo de un estator cilmdrico.

La patente US-4426562A describe un rotor cilmdrico de un interruptor para cambiar corrientes continuas muy grandes que tiene un elemento de conduccion que se extiende de forma arqueada sobre una parte de su superficie cilmdrica y axialmente a traves del mismo

La solicitud de patente EP-1267373A1 divulga un terminal de giro que tiene una superficie periferica exterior circunferencial que tiene su centro dispuesto en un eje de giro del terminal rotatorio y tiene areas conductoras electricamente y areas no conductoras electricamente dispuestas alternativamente en la superficie periferica exterior en la direccion circunferencial.

La solicitud de patente EP-074139A1 se refiere a un interruptor de alta tension dielectrico gaseoso del tipo soplador de arco.

La patente US-3330928A divulga un interruptor de mercurio.

Descripcion de la invencion

La presente invencion soluciona los inconvenientes anteriormente citados, proporcionando un interruptor de corte de corriente de acuerdo con la reivindicacion 1, que integra de forma simultanea y sinergica varias tecnicas de extincion de arco, logrando un corte rapido y efectivo del arco electrico en un reducido espacio y en un mismo instante de tiempo.

De este modo, un primer aspecto de la invencion se refiere a un interruptor de corte de corriente electrica, que comprende al menos un par de contactos fijos y un contacto movil desplazable entre una posicion de cierre del interruptor en la que establece continuidad electrica con los contactos fijos y una posicion de abertura en la que corta la circulacion de corriente.

El contacto movil esta dispuesto entre los contactos fijos y es desplazable siguiendo un desplazamiento helicoidal respecto a un eje. El desplazamiento helicoidal del contacto movil respecto a los contactos fijos es una combinacion de un movimiento radial junto con movimiento longitudinal del contacto movil, lo que tiene el efecto de lograr una mayor longitud de separacion entre contactos (alargamiento del arco electrico) para extinguir el arco de una forma rapida y en un reducido espacio.

De este modo, la invencion logra un alargamiento en forma helicoidal de la longitud del arco electrico sin necesidad de requerir de un mayor volumen de aire, lo que significa que para una misma corriente nominal de corte, el interruptor puede tener un tamano mas pequeno comparado con un interruptor del estado de la tecnica.

El interruptor incorpora un rotor de material aislante, en el que esta montado dicho al menos un contacto movil, donde el rotor es desplazable con una trayectoria helicoidal respecto a un eje de giro y de ese modo provoca el desplazamiento helicoidal del contacto movil.

Gracias al movimiento helicoidal, se puede aumentar la velocidad tangencial del punto de corte simplemente aumentando el radio de giro, incrementando asf la velocidad de corte de una forma sencilla, sin necesidad de complejos mecanismos y con un numero reducido de piezas, por lo que la fabricacion del interruptor es muy sencilla.

El rotor puede ser un cuerpo cilmdrico o con forma genericamente cilmdrica que se desplaza helicoidalmente respecto a su eje de revolucion de forma redproca, es decir, en los dos sentidos, para pasar de la posicion de cierre a la de corte y viceversa.

Un par de contactos fijos disponen de una superficie de contacto dispuesta para ser contactada por un contacto movil y el rotor esta configurado de forma que en la posicion de abertura del interruptor, el material aislante del rotor esta en contacto directo con los contactos fijos y cubre una parte mayoritaria de la superficie de contacto de los contactos fijos, por lo que no existe camara de aire alrededor de los contactos moviles y se reduce o imposibilita la aparicion del arco electrico.

Esta particularidad tiene el efecto de que mediante el interruptor de la presente invencion, se consigue un corte solido de la corriente, lo que significa que debido a la trayectoria helicoidal del rotor, en la posicion de corte electrico del interruptor (se impide la circulacion de corriente), el material aislante del rotor se interpone de forma instantanea entre los dos contactos moviles en el mismo instante en el que se produce el corte electrico, logrando el aislamiento electrico de los puntos de corte con la interposicion de un medio o material aislante solido entre los contactos fijos y moviles, en lugar de que el medio aislante sea el aire, aceite u otro lfquido aislante tal y como se conoce en el estado de la tecnica.

Descripcion de los dibujos

Para complementar la descripcion que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterfsticas de la invencion de acuerdo con un ejemplo preferente de realizacion practica de la misma, se acompana como parte integrante de dicha descripcion un juego de dibujos donde con caracter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

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La Figura 1 muestra una vista en despiece ordenado de una realizacion de un interruptor de corte por desplazamiento helicoidal segun la invencion.

La Figura 2 muestra la realizacion de la Figura 1 en la posicion inicial de 0° de giro del rotor, que corresponde a la posicion de cierre electrico del interruptor (se permite el paso de corriente), donde la figura 2a es una vista en alzado frontal sin el estator, la figura 2b es una vista en perfil, la figura 2c es una vista en perspectiva y la figura 2d es otra vista en perspectiva con el estator acoplado y parcialmente seccionado.

La Figura 3 muestra una representacion similar a la de la Figura 2, cuando el giro del rotor es de aproximadamente 45° con el sentido de giro de las agujas del reloj, que corresponde a una posicion de corte electrico.

La Figura 4 muestra una representacion similar a la de la Figura 2, cuando el rotor ha girado un angulo de 90° respecto a un eje vertical y la separacion entre el contacto movil y los contactos fijos es maxima.

La Figura 5 muestra una representacion esquematica de una alternativa de realizacion para producir el giro helicoidal del rotor, que se realiza mediante un cuerpo externo a la carcasa, en el que el rotor esta roscado. La vista consiste en un alzado lateral en seccion.

La Figura 6 es una vista en despiece ordenado similar a la de la Figura 1 de otra realizacion preferente de la invencion, en la que ademas de la funcion de interruptor, se implementa una conexion en serie-en paralelo-en serie de los contactos.

La Figura 7 muestra unas vistas en perspectiva de otro ejemplo de realizacion de la Figura 6, donde la Figura 7a es una vista de un rotor dotado de aletas de ventilacion, la Figura 7b es una vista de dicho rotor en la posicion de corte electrico; y la Figura 7c es una vista de dicho rotor en la posicion de electricamente cerrado o de continuidad electrica del interruptor.

La Figura 8 muestra una secuencia de movimiento de los contactos moviles de la realizacion de las Figuras 6 y 7 para realizar el cambio de conexion de una conexion en serie a una conexion en paralelo de los contactos moviles y los contactos fijos. Las Figuras 8d y 8h son vistas en perspectiva y el resto de dibujos muestran vistas en alzado lateral. El rotor y el estator no se han representado en la figura para mejorar la vision del movimiento de los contactos moviles. La secuencia de movimiento es la siguiente:

Figura 8a: interruptor en Off, posicion contactos moviles 0°.

Figura 8b: interruptor en Off, posicion contactos moviles 20°.

Figuras 8c y 8d: interruptor en On, posicion contactos moviles 30°.

Figura 8e: interruptor en On, posicion contactos moviles 45°.

Figura 8f: interruptor en On, posicion contactos moviles 60°, se produce la transicion en la conexion, los contactos pasan de estar conectados en serie a estar conectados en paralelo.

Figuras 8g y 8h: interruptor en On, posicion contactos moviles 90°.

La secuencia de dibujos muestra el movimiento de los contactos para pasar de la posicion de corte (Off) del interruptor a la posicion de cierre electrico (On), donde los contactos moviles se desplazan de izquierda a derecha en la figura. La transicion inversa, es decir paso de On a Off es identica pero siguiendo el orden inverso de los dibujos, es decir desde el (g) hasta el (a), moviendose en tal caso los contactos moviles de derecha a izquierda en la figura. Las flechas indican el recorrido de la corriente electrica en la posicion On.

Realizacion preferente de la invencion

La Figura 1 muestra una realizacion de un interruptor helicoidal (1) de corte solido que comprende un estator (11) que incluye una carcasa de material aislante (7,7'), destinada a montarse en una posicion fija de una instalacion electrica, por ejemplo en un cuadro electrico y que puede estar formada por dos mitades (7,7') acopladas entre sf. El estator (11) forma en su interior una camara con forma generalmente cilmdrica (3) dentro de la que se encuentra alojado un rotor (2) realizado con un material aislante y de modo que el rotor (2) es adecuado para desplazarse, definiendo un movimiento helicoidal dentro de dicha camara y respecto a su eje de revolucion (X).

Un par de contactos fijos (4,4') estan montados en dicha carcasa (7,7'), formando unos terminales de contacto (6,6') que emergen en dicha camara (3) y estan curvados en correspondencia con la curvatura de la superficie exterior del rotor (2). A su vez, el rotor (2) incorpora al menos un contacto movil (9) que es giratorio de forma solidaria con el rotor y por lo tanto tambien define un movimiento helicoidal alrededor del eje “X”.

Preferentemente el rotor (2) es al menos parcialmente hueco y dispone de dos aberturas transversales (8) situadas en puntos diametralmente opuestos del mismo. Para mejorar la conduccion, el contacto movil (9) consiste en esta realizacion en una o mas placas metalicas superpuestas (5,5') en contacto directo y de modo que los dos extremos de

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las placas metalicas (5,5') emergen diametralmente por dichas aberturas del rotor (8), quedando al ras de su superficie externa, para lo que dichos extremos son curvos segun la curvatura de la superficie externa del rotor.

La superficie exterior del rotor (2) se desliza en contacto permanente con los terminales de contacto (6,6') de los contactos fijos. Los contactos fijos (4,4') y el contacto movil (9) estan dispuestos para entrar en contacto en la posicion de cierre del interruptor (1) (Figura 2), mientras que en la posicion de corte electrico del interruptor (Figuras 3 y 4), los contactos fijos (4,4') estan en contacto con el material aislante del rotor (2). Para ello, una parte del rotor tiene una dimension coincidente con la distancia de separacion de los contactos fijos (4,4'), que pueden estar dispuestos de forma diametralmente opuesta respecto al eje de revolucion (X) del rotor (2).

Preferentemente, el interruptor comprende ademas al menos un anillo (10) de material aislante, montado con capacidad de giro dentro de la camara cilmdrica (3) del estator (11), para lo que la carcasa (7) dispone de unos asientos (12) en la camara (3) en la que estan alojados dichos anillos y de forma que la superficie interna de los anillos queda al ras de la superficie de la camara (3). El diametro de la camara cilmdrica (3) es coincidente o ligeramente mayor que el diametro externo del rotor (2), para permitir su deslizamiento dentro de la misma de forma ajustada. El rotor (2) se desliza sobre dichos anillos (10), que a su vez son giratorios respecto a la carcasa (7,7') de tal forma que los anillos (10) actuan como rodamientos que facilitan el giro del rotor (2). Para tal proposito, los anillos (10) se pueden fabricar con un material aislante que tenga un bajo rozamiento.

Los anillos aislantes (10) que rodean perimetralmente al rotor (2) ademas sirven para guiar el rotor (2) en su movimiento helicoidal y para el aislamiento electrico de los contactos moviles (9).

El estator (11) y el rotor (2) disponen de unas ventanas de ventilacion, concretamente las ventanas del rotor (13) y las ventanas del estator (14), que estan colocadas de forma que quedan superpuestas en la posicion de cierre electrico del interruptor (segun se muestra en la Figura 2d), formando asf un canal de ventilacion que comunica el interior del rotor (2) con el exterior del estator (11) permitiendo la ventilacion del interruptor y la salida de los gases generados durante las operaciones de corte de la corriente.

Para provocar el desplazamiento helicoidal del rotor (2) respecto a su eje de revolucion (X) dentro de la camara (3), el estator y el rotor estan configurados formando un acoplamiento roscado y complementario entre ambos. Concretamente, en el caso de la Figura 1, el rotor dispone en su superficie exterior de uno o mas canales (15) de trayectoria helicoidal, cooperantes con nervios (16) existentes en el interior de la camara (3) con forma analoga, de modo que dichos nervios estan insertados en dichos canales y se deslizan sobre ellos. El experto en la materia entendera que otras configuraciones son posibles, de modo que el estator y el rotor esten roscados entre sf de manera analoga a una tuerca y un tornillo, donde el rotor sena el tornillo giratorio respecto al estator.

Alternativamente, el giro helicoidal del rotor (2) se realiza mediante unos medios de accionamiento del rotor externos a la carcasa, concretamente mediante un cuerpo externo (29) a la carcasa tal y como muestra la Figura 5, de modo que una prolongacion (2') del rotor (2) esta alojada dentro de ese cuerpo (29) y gira alrededor del mismo mediante un acoplamiento roscado (30) formado complementariamente en ambos elementos. En esta realizacion de la Figura 5, el rozamiento entre el rotor (2) y la carcasa (7) es mmimo, ya que el rotor se apoya principalmente en el cuerpo (29), por lo que tan solo existina contacto entre los contactos moviles y la carcasa o contactos fijos (no representados en esa figura). La prolongacion (2') del rotor (2) consiste en un cuerpo acoplado axialmente en un extremo del rotor (2) fuera de la camara (3) de la carcasa (7,7'). El cuerpo externo (29) es fijo, por ejemplo puede estar fijado a la propia carcasa (7) o a otro elemento fijo del interruptor.

El rotor (2) se acciona mediante medios externos convencionales, por ejemplo una biela de acoplamiento (17) acoplada con un teton (18) emergente del rotor, que esta accionada a su vez por cualquier mecanismo apropiado. Dichos medios de accionamiento provocan el movimiento helicoidal del rotor en un sentido u otro, es decir, de forma redproca, a lo largo del eje (X) entre una posicion de cierre y una posicion de corte electrico del interruptor.

Para potenciar el efecto de extincion del arco, el interruptor de la invencion puede incorporar el corte del arco electrico mediante el seriado de contactos, junto con el incremento de la longitud del arco en cada punto de corte. Para ello, tal y como se muestra en la Figura 1, el interruptor incluye dos o mas contactos moviles (9) montados en el rotor en la misma posicion pero en una diferente posicion axial. Una o mas placas (19,19') fabricadas de un material conductor estan montadas en el estator (11) de forma exterior al rotor, que incorporan respectivamente zapatas (20,20') y estan dispuestas de forma que en la posicion de cierre electrico del interruptor, conectan en serie los contactos moviles (9) entre los contactos fijos (4,4') tal y como se muestra mas claramente en la Figura 2b, en la que las flechas indican el sentido de circulacion de la corriente electrica. De este modo el arco se divide en varios puntos de corte, por lo que su extincion es mas sencilla.

Las placas (19,19') estan permanente presionadas contra los contactos fijos (9) mediante un medio elastico, en este caso mediante pletinas (21,21') conformadas colocadas entre las placas (19,19') y los terminales fijos (4,4').

Un par de bornes de conexion metalicos (22,22') con forma de placa, sirven para la conexion electrica del interruptor con un circuito exterior. Dichos bornes (22,22') tienen forma de placa y estan dispuestos en partes opuestas de la carcasa (7,7') y estan conectados electricamente con los contactos fijos (4,4') con los que estan en contacto.

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Por otro lado, el rotor (2) esta abierto en sus extremos, es decir, es un cuerpo tubular y el interruptor dispone de una valvula de cierre trasera (24) montada en una posicion fija en la parte trasera de la carcasa (7,7'), por ejemplo mediante un soporte (26) unido a la carcasa. La valvula trasera (24) esta configurada para insertarse y deslizarse en el interior del rotor de forma ajustada por su parte posterior, cuando el rotor se desplaza hada dicha valvula en su posicion extrema en el movimiento para producir el corte electrico. En la posicion de cierre electrico del interruptor, la valvula de cierre trasera (24) no sella el rotor, tal y como se observa en la Figura 2b, por lo que permite la circulacion de aire hacia su interior.

De forma analoga, en la parte frontal del rotor (2) el interruptor dispone de una valvula de cierre frontal (25) montada en una posicion fija en la parte frontal de la carcasa (7,7,), por ejemplo mediante un soporte (27) unido a la carcasa. La valvula frontal (25) esta alojada en todo momento en el interior del rotor, concretamente en su parte frontal y esta configurada para deslizarse en el interior del rotor de forma ajustada, sellandolo hermeticamente. Alternativamente, en lugar de disponer de una valvula, en la realizacion de las Figuras 1 a 4, el rotor (2) puede tener un extremo cerrado y un extremo abierto, como el rotor de la Figura 6.

Las valvulas frontal y posterior (25,24) tienen forma cilmdrica y estan realizadas con un material aislante, por ejemplo un material plastico rfgido o flexible.

Por otro lado, el rotor (2) dispone de al menos un orificio pasante (28) situado preferentemente en el borde de una de las aberturas (8), de modo que dicho orificio pasante comunica el interior del rotor con el exterior del rotor y esta destinado a permitir la aspiracion del arco electrico hacia el interior del rotor, tal y como se describira mas adelante.

El funcionamiento del interruptor para producir el cierre y corte de corriente electrica, se ilustra en las Figuras 2 a 4.

En la situacion de la Figura 2 el interruptor esta en la posicion de cierre electrico y tal y como se muestra en el dibujo, los tres contactos moviles (9) estan conectados en serie mediante las placas (19,19') y sus zapatas (20,20') y a su vez un contacto movil (9) esta conectado con un primer contacto fijo (4) y otro contacto movil (9'') esta conectado con un segundo contacto fijo (4'), estableciendo continuidad electrica y permitiendo por lo tanto la circulacion de corriente, tal y como indican las flechas de la Figura 2b.

En esta misma situacion, las ventanas de ventilacion (13,14) del rotor y estator respectivamente, son coincidentes, es decir, estan superpuestas tal y como se observa en la Figura 2d, por lo que el interior del rotor esta comunicado con el exterior del estator, permitiendo la ventilacion natural del mismo por la circulacion de aire, tal y como indican las flechas de la Figura 2d. Ademas, gracias a que las ventanas (13,14) son coincidentes en esta posicion, los contactos moviles (9,9',9'') en el interior del rotor pueden ser visibles desde el exterior del interruptor, lo que aporta la ventaja adicional de que se puede inspeccionar visualmente el estado del interruptor, lo que puede ser util, por ejemplo, para un operario realizando labores de mantenimiento.

Para realizar el corte electrico, se hace girar el rotor (2) en el sentido de las agujas del reloj como se ve en la Figura 2a, con lo que el rotor se desplaza axialmente y define una trayectoria helicoidal en la direccion de la flecha “A” de la Figura 3b, mientras que al mismo tiempo la valvula de cierre posterior (24) al alcanzar un giro de aproximadamente 40° sella el extremo abierto posterior del rotor antes de que se corte la circulacion de corriente. Los contactos moviles (9,9',9'') se desplazan helicoidalmente en la misma direccion, deslizandose sobre las zapatas (20,20') hasta que alcanzan una posicion en la que dejan de estar conectados con las zapatas y se corta la circulacion de corriente, tal y como se aprecia en la Figura 3d.

El rotor (2) esta configurado de forma que en la posicion de abertura del interruptor, el rotor esta en contacto directo con las superficies de contactos de las zapatas (20,20') y cubre una parte mayoritaria de la superficie de esa superficie de contacto, tal y como se observa claramente en la Figura 3d. Uno de los efectos o ventajas asociada a esa caractenstica es que en el mismo instante en que las zapatas (20,20') y los contactos moviles (9,9',9'') dejan de estar conectados, el propio material aislante del rotor (2) entra en contacto directo con las zapatas y al mismo tiempo se desliza sobre ellas, por lo que se realiza el corte electrico mediante la interposicion inmediata de un medio o material solido, en lugar de aire como sucede convencionalmente en el estado de la tecnica.

Esa interposicion de un medio solido se produce a la vez en los dos pares de zapatas (20,20'), es decir, el aislamiento es doble y se realiza a presion debido a la presion de medios elasticos, en este caso los muelles (23,23') que presionan a los terminales de contacto (6,6'), que tienen forma de una pletina y tienen cierta capacidad de flexion. De este modo se potencia significativamente el aislamiento electrico entre los dos terminales fijos (4,4'), por lo que se dificulta aun mas la generacion del arco.

Al mismo tiempo que el rotor (2) comienza a girar, las ventanas de ventilacion del rotor (13) comienzan a ocultarse debajo de los anillos (10), convenientemente ubicados para tal funcion y a su vez el propio rotor cierra las ventanas de ventilacion (14) del estator. El rotor (2) se aproxima a la valvula de cierre posterior (24) que sella la boca posterior del rotor. Cuando el rotor ha girado 45° se encuentra en la posicion de la Figura 3, donde el interior del rotor esta completamente sellado ya que las ventanas de ventilacion estan cerradas y los extremos frontal y posterior del rotor estan sellados por las valvulas (24,25).

En tal situacion, el aire solo puede circular por los orificios pasantes (28), de modo que el movimiento relativo entre el rotor y las valvulas frontal y posterior (25,24), generan una succion similar a la producida por un embolo en una

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jeringuilla, que produce la aspiracion del arco electrico hacia el interior del rotor, lo que a su vez implica el estiramiento del arco y el enfriamiento de la zona de corte debido a la corriente de succion.

Para pasar de la posicion de corte electrico a la posicion de cierre o de continuidad electrica, se hace girar el rotor en sentido contrario a las agujas del reloj, como se ve en la Figura 4 a, con lo que el rotor se desplaza en la direccion contraria a la indicada por la flecha de la Figura 3b, hasta que el rotor alcanza de nuevo la posicion de la Figura 2.

Alternativamente, en la realizacion de las Figuras 1 a 4, el rotor (2) puede tener otra forma distinta a la cilmdrica, por ejemplo, puede tener la forma del rotor (2) mostrado en la Figura 6 con o sin aletas (32). Dicha Figura 6 representa otra realizacion preferente de la invencion, en la que ademas de la funcion de interruptor, los contactos moviles (9,9',9") y las zapatas estan colocados en relacion unos con respecto a otros y estan configurados de tal manera que a medida que el rotor se desplaza con su movimiento helicoidal alrededordel eje (X), es decir, mediante una combinacion de movimientos lineal y angular simultanea, se conmuta la conexion de los contactos moviles mediante las zapatas desde una conexion serie de los mismos hasta una conexion paralelo y viceversa en la operacion inversa.

De este modo, en los instantes de transicion en los que puede aparecer el arco electrico, es decir, transicion de conduccion a corte electrico (paso de On a Off) (Figuras 8c, 8d, 8e) y viceversa, las zapatas conectan los contactos moviles en serie con objeto de disponer de varios puntos de corte en serie y asf dividir el arco y facilitar su apagado.

En un instante posterior cuando el posible arco electrico ya ha desaparecido, es decir, cuando se alcanza el estado de conduccion electrica normal (Figuras 8 f, 8g, 8h), a medida que avanza el rotor, las zapatas conectan los contactos moviles en paralelo con objeto de dividir la circulacion de corriente entre los contactos moviles existentes y reducir asf la temperatura de cada uno de ellos.

El interruptor de la Figura 6 comprende igualmente un estator (11) que incluye una carcasa de un material aislante formada por dos mitades (7,7') acopladas entre sf, en cuyo interior existe una camara (3) dentro de la que se encuentra alojado un rotor (2) realizado con un material aislante. En esta realizacion no hay anillos aislantes (10) como el caso de la Figura 1, en su lugar el rotor (2) forma un sector cilmdrico (43) con el que apoya y desliza sobre una superficie complementaria (45) formada internamente en el estator (11).

El rotor (2) es igualmente hueco y desplazable con un movimiento helicoidal respecto a su eje de revolucion (X) dentro de la camara (3), el estator y el rotor estan configurados formando un acoplamiento roscado complementario entre ambos. Concretamente ese acoplamiento roscado, en la realizacion de las Figuras 6 y 7, consiste en un par de esferas metalicas (39,39') colocadas en puntos diametralmente opuestos del rotor (2), en particular de un sector cilmdrico (43) formado en dicho rotor (2), de modo que el rotor forma una especie de rodamiento.

Complementariamente, el estator (11) dispone en la superficie interna de la camara (3) de un par de canales (44,44') de trayectoria helicoidal cooperantes con las esferas (39,39') de modo que cada esfera se desliza a lo largo de un canal para producir el desplazamiento del rotor (2) con esa trayectoria respecto a su eje de revolucion (X).

Alternativamente, el rotor (2) puede estar montado en un cuerpo externo al estator (11) y estar roscado en ese cuerpo externo al igual que la realizacion de la Figura 5.

El estator (11) y el rotor (2) disponen de unas ventanas de ventilacion, concretamente la ventanas (40) del rotor (2) y las ventanas (14,14') del estator (11), para ventilar el interior del interruptor, a lo que contribuyen en esta realizacion las aletas de ventilacion (32) del rotor (2) removiendo el aire dentro de la camara (3) y expulsandolo al exterior a traves de las ventanas de ventilacion (14,14') del estator (11) con objeto de mejorar la reduccion de la temperatura del interruptor.

La configuracion y disposicion de los contactos fijos y moviles de esta realizacion se aprecia mejor en las Figuras 7 y 8. El rotor (2) es hueco y dispone de tres grupos de contactos moviles (9,9',9''), cada grupo formado por dos o mas placas metalicas (5) superpuestas y en contacto electrico, que tienen forma generalmente rectangular y estan alojadas dentro del rotor, de forma que son giratorias solidariamente con el desplazamiento helicoidal del rotor. Los extremos de las placas (5) emergen ligeramente por aberturas (8) del rotor (2) situadas en puntos diametralmente opuestos del mismo. Los extremos de las placas (5) son curvos (en forma de arco de circunferencia) en correspondencia con la curvatura de las superficies curvas (34,34'), quedando al ras de las mismas. La posicion de los tres grupos de contactos moviles (9,9',9'') en el rotor es la misma tal y como se observa en la Figura 7, pero a diferente cota axial respecto al eje (X).

Por otro lado, en esta realizacion, el interruptor incorpora como contactos fijos un par superior de zapatas conductoras (19,42) montadas en una posicion fija y superior del estator (11) (en la posicion normal de utilizacion del interruptor) y un par inferior de zapatas conductoras (19',42') montadas en una posicion fija e inferior del estator (11). Tanto el par de zapatas conductoras superior (19,42) como el inferior (19',42'), estan alineados segun la extension longitudinal del rotor (2) y son adyacentes. Para asegurar el aislamiento electrico entre esas zapatas conductoras, se dispone de una placa aislante situada entre las dos placas conductoras de cada par, en concreto una primera placa aislante (41) colocada entre las dos zapatas conductoras superiores (12,42) y una segunda placa aislante (41') entre las dos zapatas conductoras inferiores (12',42').

Las zapatas conductoras (19,42 19',42') estan permanente presionadas contra los grupos de contactos moviles (9,9',9'') o el rotor (2) mediante medios elasticos, en este caso mediante un par muelles superiores (23) y un par de muelles

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inferiores (23').

El interruptor incorpora un par de contactos fijos, en concreto un contacto fijo superior (4) en contacto electrico solo con la zapata conductora (42) y un contacto fijo inferior (4') en contacto electrico solo con la zapata conductora (19') tal y como se observa mas claramente en la Figura 8.

Como se observa en la Figura 6, un par de bornes de conexion metalicos (22,22') con forma de placa sirven para la conexion electrica del interruptor con un circuito exterior. Dichos bornes (22,22') tienen forma de placa y estan dispuestos en partes opuestas de la carcasa (7,7') y estan conectados electricamente con los contactos fijos (4,4').

Como se observa mejor en la Figura 7, el rotor (2) no tiene porque ser completamente cilmdrico ya que en este caso el rotor (2) es un cilindro cortado por dos planos paralelos entre sf, definiendo dos superficies planas (33,33') y paralelas entre sf dispuestas en lados diametralmente opuestos del rotor respecto a su eje (x) y dos superficies curvas (34,34') con la curvatura de un arco de circunferencia dispuestas en lados diametralmente opuestos del rotor respecto a su eje (x).

Las aletas de ventilacion (32,32') se disponen en dichas superficies planas (33,33') y se extienden a lo largo del rotor segun una lmea paralela al eje (x) y ademas tienen la ventaja adicional de que incrementan la lmea de contorno del rotor y por lo tanto incrementan la lmea de fuga del arco electrico, por lo que se mejora el aislamiento electrico, logrando cumplir las normativas mas exigentes en cuanto a aislamiento y todo esto en un reducido espacio. Para potenciar ese efecto de aislamiento, el rotor (2) incorpora ademas sendos canales (35,36') que se extienden a lo largo del mismo.

Los contactos moviles (9) emergen en ambas superficies curvas (34,34') y disponen de extremos con la misma curvatura.

Igualmente en esta realizacion de la Figura 7 se puede apreciar que el rotor (2) dispone de un extremo frontal cerrado (37), y un extremo posterior abierto (38) que es acoplable a una valvula de succion (24) que provoca la aspiracion del arco cuando el rotor (2) con su movimiento se desacopla de la valvula de forma similar a lo descrito con relacion a la Figura 1. La valvula de succion (24) tiene forma cilmdrica y esta realizada con un material elastico y aislante y esta configurada para acoplarse de forma ajustada en el interior del rotor (2).

Para producir dicha aspiracion del arco, el rotor (2) dispone de al menos un orificio pasante o abertura (40) que comunica el interior del rotor con el exterior.

Alternativamente, el rotor (2) de la realizacion de las Figuras 6 a 8 puede ser cilmdrico, con uno o dos extremos abiertos. Alternativamente, el rotor (2) de la realizacion de las Figuras 6 a 8 se puede accionar mediante un mecanismo externo a la carcasa (7,7') como por ejemplo el mostrado en la Figura 5, o mediante un mecanismo de accionamiento como el de la realizacion de la Figura 1.

Con la estructura y elementos descritos anteriormente, la funcionalidad de interruptor electrico asf como la conexion serie-paralelo-serie de los contactos moviles se obtiene de la forma que se describe a continuacion con referencia a la secuencia de figuras de la Figura 8.

Los tres grupos de contactos moviles (9,9',9'') giran simultaneamente con el rotor (2) definiendo un movimiento helicoidal respecto al eje de giro (X) del rotor, por lo que al mismo tiempo que se desplazan longitudinalmente en la direccion del eje (X) (de izquierda a derecha en la figura), van girando respecto a ese eje. En la posicion de la Figura 8a, los contactos moviles (9,9', 9'') estan en posicion horizontal en un angulo de 0°, en una posicion abierta (no hay conexion electrica) del interruptor. En un instante posterior cuando han girado 20°, Figura 8b, los extremos de los contactos moviles se han aproximado a los pares de zapatas conductoras superior e inferior (19,42, 19', 42'), pero aun no hay conexion electrica.

En un instante posterior cuando los contactos moviles (9,9',9'') han girado 30°, Figuras 8c y 8d, los extremos de los contactos moviles (9,9',9'') entran en contacto respectivamente con las zapatas superior e inferior (19,42,19',42') iniciandose la conduccion electrica segun indican las flechas de la Figura 8c y de modo que los tres grupos de contactos moviles (9,9',9'') quedan conectados en serie mediante las placas (19,42,19',42') por lo que la corriente electrica circulana segun indican las flechas del dibujo. De ese modo en el momento de aparicion de arco electrico, este queda dividido en varios puntos de corte, concretamente en seis puntos de corte correspondientes al numero de extremos de los tres grupos de contactos moviles (9,9',9''), por lo que el apagado del arco es mas sencillo.

En concreto, un primer extremo del primer grupo de contactos moviles (9) esta en contacto con la zapata (19') y un segundo extremo de ese mismo contacto esta en contacto con la zapata (19). Un primer extremo del segundo grupo de contactos moviles (9') esta en contacto con la zapata (42') y un segundo extremo del mismo contacto esta en contacto con la zapata (19). Un primer extremo del tercer grupo de contactos moviles (9'') esta en contacto con la zapata (42') y un segundo extremo de mismo contacto esta en contacto con la zapata (42).

El rotor (2) continua girando en la misma direccion, por lo que los contactos moviles (9,9', 9'') avanzan deslizandose respectivamente sobre las zapatas (19,42,19',42') llegando a una posicion de giro de 45° (Figura 8e), en la que los contactos moviles siguen estando conectados en serie, pero donde el extremo superior del segundo grupo de contactos moviles (9') esta muy cerca de la zapata (42).

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Cuando los contactos moviles llegan a la posicion de giro de 60° (Figura 8f), el extremo superior del segundo grupo de contactos moviles (9') entra en contacto con la zapata (42) y permanece en contacto con la zapata (19), con lo que los tres grupos de contactos moviles (9,9',9'') pasan a estar conectados en paralelo, tal y como muestran las flechas de esa figura. En la posicion de las Figuras 8g y 8h, los contactos moviles han girado 90° y se encuentran en una posicion vertical, en la que permanecen estables hasta que se realice una maniobra de abertura del interruptor y se inicie la secuencia inversa de movimiento.

Se puede apreciar que el cambio de conexion serie-paralelo y paralelo-serie se obtiene por la dimension de los contactos moviles (9,9',9'') y zapatas (19,42,19',42'), asf como por la posicion relativa entre todos ellos, teniendo en cuenta el desplazamiento helicoidal de los contactos moviles (9,9',9'').

En la transicion serie-paralelo, el primer grupo de contactos moviles (9) esta siempre conectado entre las zapatas (19,19') y el tercer grupo de contactos (9'') esta siempre conectado entre las zapatas (42,42'). Solo es necesario que el segundo grupo de contactos moviles (9') cambie de conexion y que pase de estar conectado entre las zapatas (19,42') a estar conectado entre las zapatas (19,42) y la zapata (42').

Por lo tanto, el interruptor de la presente invencion con una estructura sencilla, es capaz de reconfigurar la conexion de los mismos contactos internos en dos modos de operacion distintos con objeto de realizar su trabajo mas cntico, que es cortar o abrir la corriente electrica con la aparicion de un arco electrico y conectarlos de otra forma mas optima, es decir, en paralelo cuando ha terminado la funcion de corte de corriente para reducir el calentamiento del interruptor y las perdidas energeticas.

Una de las ventajas de la invencion, es que gracias a que el proceso de corte de corriente se realiza sin impacto entre piezas, se pueden utilizar materiales distintos a los empleados en la actualidad. De este modo en una realizacion preferida de la invencion, el rotor (2) es de vidrio, lo que aporta la ventaja adicional de que ese material es un excelente aislante de elevada rigidez dielectrica y presenta una alta resistencia al deterioro por el arco electrico, comparado con los materiales plasticos aislantes utilizados tradicionalmente en el estado de la tecnica, lo que a su vez alarga significativamente la vida util del interruptor. Alternativamente, el rotor tambien se puede fabricar de porcelana u otros materiales aislantes similares, obteniendose las mismas ventajas anteriormente comentadas respecto al vidrio.

Se puede apreciar a la vista de estas figuras que el interruptor desarrollado en la presente invencion es capaz de lograr en un mismo instante y con un unico movimiento al menos tres efectos, a saber:

-mayor separacion entre contactos en el proceso de corte gracias a la suma de desplazamiento radial y axial del movimiento helicoidal de los contactos moviles,

-corte de corriente con la interposicion instantanea (en el mismo momento del corte) de un material solido aislante, -conectar contactos en serie para aumentar la potencia de corte,

-y opcionalmente, la posibilidad de producir la aspiracion o succion del arco hacia el interior del rotor.

La estructura particular del interruptor permite que el mismo tenga un tamano reducido ya que no es necesario disponer de camaras de aire entre contactos, pudiendose alcanzar una reduccion de tamano de alrededor del 50% respecto a un interruptor convencional para la misma potencia de corte.

El funcionamiento del interruptor no implica el impacto brusco entre ninguna de sus piezas, lo que aumenta la vida util del interruptor y aumenta su fiabilidad

La realizacion representada en los dibujos se corresponde con un interruptor de un solo polo, es decir, unipolar. Sin embargo, para el experto en la materia, resulta claro que la misma estructura representada puede facilmente adaptarse para implementar un interruptor de varios polos.

Las diversas realizaciones y alternativas aqrn descritas pueden combinarse entre sf, dando lugar a otras realizaciones, como por ejemplo las obtenidas con las multiples combinaciones de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

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   REIVINDICACIONES

   1. - Interruptor helicoidal (1) que comprende:

   un estator (11) y un rotor (2) fabricados ambos de un material aislante, teniendo el estator (11) una carcasa (7) y teniendo internamente una camara de forma cilmdrica (3),

   y en el que el rotor (2) esta alojado dentro de dicha camara (3) y el rotor (2) es amovible definiendo un movimiento helicoidal alrededor de su eje de giro (X) entre una posicion de cierre y una posicion de corte electrico del interruptor (1),

   comprendiendo ademas el interruptor (1) al menos un par de contactos fijos (4,4') montados en la carcasa (7),

   al menos un contacto movil (9) amovible entre una posicion de cierre del interruptor (1) en la que establece continuidad electrica con los contactos fijos (4,4'), y una posicion de abertura, en la que se impide la circulacion de corriente,

   y en el que dicho al menos un contacto movil (9) esta montado en el rotor (9) y esta configurado de forma que dispone de dos extremos accesibles por puntos distintos en la superficie exterior del rotor (2),

   caracterizado porque el rotor (2) es alargado respecto a su eje de giro (X) y el interruptor (1) ademas comprende dos o mas contactos moviles (9,9',9'') montados en el rotor (2), en la misma posicion pero en una posicion axial diferente, del eje (X) de giro del rotor (2),

   el interruptor ademas comprende uno o mas placas (19,19') fabricadas de un material conductor montadas en el estator (11) exterior al rotor, que incorporan respectivamente zapatas (20,20') y estan dispuestas de forma que en la posicion de cierre electrico del interruptor (1), conectan en serie los contactos moviles (9,9',9'') entre los contactos fijos (4,4').
2. 2. - Interruptor helicoidal segun la reivindicacion 1, en el que al menos un par de contactos fijos (4,4') disponen de una superficie de contacto dispuesta para ser contactada por un contacto movil (9) y en el que el rotor (2) esta configurado de forma que en la posicion de abertura del interruptor (1), el rotor (2) esta en contacto directo con los contactos fijos (4,4') y cubre una parte mayoritaria de la superficie de contacto de los contactos fijos (4,4').
3. 3. - Interruptor helicoidal segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que ademas comprende un estator (11) que incluye una carcasa (7) de material aislante, en el que dichos contactos fijos (4,4') estan montados en dicho estator (11) y en el que el rotor (2) esta alojado dentro del estator (11) y en el que el estator (11) y el rotor (2) estan configurados formando un acoplamiento roscado complementario entre ambos para producir el desplazamiento helicoidal del rotor (2), de forma redproca entre las posiciones de cierre y abertura del interruptor (1).
4. 4. - Interruptor helicoidal segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el estator (11) dispone de una camara cilmdrica (3) en la cual se encuentra alojado el rotor (2), en el que el rotor (2) es al menos parcialmente hueco y en la que el estator (11) y el rotor (2) disponen de unas ventanas de ventilacion (13,14) colocadas de forma que en la posicion de cierre electrico del interruptor (1), quedan superpuestas definiendo un canal de ventilacion que comunica el interior del rotor (2) con el exterior del estator (3).
5. 5. - Interruptor helicoidal segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el rotor (2) dispone de al menos dos aberturas (8) situadas en puntos diametralmente opuestos de su superficie exterior y en el que el contacto movil (9) es una o mas placas metalicas superpuestas (5,5') alojadas en el rotor (2) de modo que los dos extremos del contacto movil (9) emergen por dichas aberturas (8) del rotor (2) y estan dispuestos para contactar con los correspondientes contactos fijos (4,4') en la posicion de cierre del interruptor (1).
6. 6. - Interruptor helicoidal segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que ademas comprende al menos un anillo (10) de material aislante, montado de forma solidaria en la camara cilmdrica (3) del estator (11), de modo que el rotor (2) se desliza sobre dichos anillos (10) y porque los contactos moviles (9,9',9'') estan dispuestos de forma que en la posicion de corte electrico, sus extremos libres estan enfrentados a un anillo aislante (10).
7. 7. - Interruptor helicoidal segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el rotor (2) dispone de un orificio pasante que comunica el interior del rotor (2) con el exterior y porque dispone de medios de succion dispuestos para provocar succion en el interior del rotor con objeto de aspirar el arco electrico hacia el interior del rotor (2) con el desplazamiento del mismo.
8. 8. - Interruptor helicoidal segun la reivindicacion 7, en el que dichos medios de succion comprenden al menos una valvula de cierre (24,25) dispuesta de forma enfrentada a un extremo abierto del rotor (2), en el que dicha valvula (24,25) esta adaptada para deslizarse en el interior del rotor (2) para producir succion.
9. 9. - Interruptor helicoidal segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el rotor (2) es de vidrio o de porcelana.
10. 10. - Interruptor helicoidal segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que ademas comprende:

    al menos dos contactos moviles (9,9',9'') montados en el rotor (2), en el que cada contacto movil (9,9',9'') esta

    configurado de forma que dispone de dos extremos accesibles por puntos distintos en la superficie exterior del rotor (2) y en el que los contactos moviles (9,9',9") estan colocados en el rotor (2) a diferente cota axial respecto al eje (X) del rotor

    (2),

    un primer par de zapatas conductoras (20,20') dispuestas de forma adyacente entre sf y alineadas segun la extension 5 longitudinal del rotor (2) y dispuestas para ser contactadas por un primer extremo de los contactos moviles (9,9',9'') y en el que una de estas zapatas (20,20') esta conectada con un primer contacto fijo (4,4') del interruptor (1),

    un segundo par de zapatas conductoras dispuestas de forma adyacente entre sf y alineadas segun la extension longitudinal del rotor (2) y dispuestas para ser contactadas por un segundo extremo de los contactos moviles (9,9',9'') y en el que una de estas zapatas esta conectada con un segundo contacto fijo (4,4') del interruptor (1),

    10 en el que los contactos moviles (9,9',9'') y las zapatas estan colocados relativamente entre sf de tal forma, que a medida que el rotor (2) se desplaza axialmente, en una primera posicion axial del rotor (2), los contactos moviles (9,9',9'') estan conectados entre sf en serie a traves de las zapatas y en una segunda posicion axial del rotor (2) los contactos moviles del rotor (2) estan conectados entre sf en paralelo a traves de las zapatas.
11. 11. - Interruptor helicoidal segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el rotor (2) esta configurado de 15 forma que dispone de dos superficies planas y paralelas entre sf dispuestas en lados diametralmente opuestos del rotor

    (2) respecto a su eje (X) y porque incorpora un sector cilmdrico mediante el cual se apoya y se desliza respecto al estator (11).
12. 12. - Interruptor helicoidal segun la reivindicacion 12, en el que el rotor (2) incorpora unas aletas de ventilacion (32) emergentes de dichas superficies planas.

    20 13.- Interruptor helicoidal segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 2 y/o 4 a 12, que incorpora un cuerpo

    externo (29) exterior a la carcasa (7) y en que el rotor (2) dispone de una parte alojada dentro de ese cuerpo externo (29) y gira alrededor del mismo mediante un acoplamiento roscado formando complementariamente en ambos elementos para producir el movimiento helicoidal del rotor (2).