CN109964297A - 真空开关设备及其电触头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于真空开关设备的电触头(100，200)。真空开关设备(2)包括第二电触头。电触头(100)包括中心部分(102)和各自从所述中心部分延伸出的多个翼瓣部分(110，120，130，140)。多个翼瓣部分中的每一者具有第一表面(112，132，152，172)和第二表面(114，134，154，174)。第一表面(112，132，152，172)面向第一方向并且被构造成与第二电触头(200)接合。第二表面面向与第一方向大致相反的第二方向。多个翼瓣部分中的至少一者还具有槽状部分(116，136，156，176)，该槽状部分从第二表面朝第一表面向内延伸。

Description

真空开关设备及其电触头

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2016年11月21日提交的美国专利申请序列号15/357,148的优先权并要求其权益，该申请以引用方式并入本文。

背景技术

技术领域

本发明所公开的概念涉及真空开关设备，诸如例如包括真空封壳的真空开关，诸如例如真空断路器。本发明所公开的概念还涉及用于真空断路器的电触头。

发明背景

真空断路器包括位于绝缘且气密密封的真空室内的可分离主触头。真空室通常例如包括但不限于用于电绝缘的多个陶瓷节段(例如，但不限于，多个管状陶瓷部分)，其由多个端构件(例如但不限于金属部件，诸如金属端板、端盖、密封杯)封端以形成可抽出部分真空的封壳。示例性陶瓷节段通常是圆柱形的；然而，可使用其他合适的横截面形状。通常采用两个端构件。在存在多个陶瓷节段的情况下，内部中心罩设置在这些示例性陶瓷节段之间。一些已知的真空断路器包括径向磁场产生机构，例如但不限于螺旋电触头或端面杯，其被设计成迫使弧柱在中断高电流的一对电触头之间旋转，从而将电弧负荷扩散到相对较宽的区域上。这些真空断路器存在许多缺点。例如，电触头通常在高速和高力下经历受大量的机械操作循环。在打开和闭合过程中，力和速度均有助于电触头的动量和冲击能量。为了电触头之间的更快分离，期望高的打开速度以帮助电触头之间的介电恢复强度。当电触头在电压下彼此闭合时，期望高的闭合速度以最小化预击电弧和随后的焊接。高电压需要高速，高电流需要高的力。

当打开和/或闭合速度很高并且闭合时的接触力大到高故障电流所需的程度时，电触头的各个翼瓣通常不期望地从电触头的其余部分断裂和断开。防止翼瓣过早断裂的已知补救措施包括使电触头更厚、通过在一侧或两侧逐渐变细电触头来加工电触头薄板的周边部分以及在翼瓣的下侧添加机械支撑件。使电触头更厚会增加接触材料的成本并且还导致电流不会朝电弧表面高度集中，从而减小了横向磁场。使电触头逐渐变细限制了电触头的外径上边缘半径的最大值，从而不利地影响触头的介电性能。最后，添加机械支撑件不仅增加了真空断路器的成本，而且使得设计和制造复杂化。更具体地，如果支撑件没有机械地接合(例如，经由钎焊)到翼瓣上，它将仅使翼瓣在朝支撑件的方向上的弯曲最小化，而在远离支撑件的相反方向上则不会。如果支撑件机械地接合到翼瓣上，除非切口也被制成到支撑件中，否则支撑件将电桥接加工在电触头中的狭槽，这一过程将不期望地削弱支撑件的机械强度。

因此，在真空开关设备中及其电触头中存在改进的余地。

发明内容

本发明所公开的概念的实施方案满足了这些需要和其他需要，所述实施方案涉及真空开关设备及其电触头。

根据本发明所公开的概念的一个方面，提供了用于真空开关设备的电触头。该真空开关设备包括电触头。该电触头包括中心部分和各自从中心部分延伸出的翼瓣部分。该多个翼瓣部分中的每一者具有第一表面和第二表面。该第一表面面向第一方向并且被构造成与第二电触头接合。该第二表面面向与第一方向大致相反的第二方向。该多个翼瓣部分中的至少一者还具有从第二表面朝第一表面向内延伸的槽状部分。

作为本发明所公开的概念的另一个方面，提供包括前述电触头的真空开关设备。

附图说明

当结合附图阅读时，可以从以下优选实施方案描述中获得对本发明所公开的概念的完整理解，其中：

图1是根据本发明所公开的概念的非限制性实施方案的真空开关设备及其电触头的局部剖视图。

图2是图1的电触头中的一者的俯视平面图；

图3是图2的电触头的底部等轴视图；

图4是沿图2的线A-A截取的图2的电触头的剖视图；

图5是根据本发明所公开的概念的另一个非限制性实施方案的另一个电触头的底部等轴视图；

图6是根据本发明所公开的概念的另一个非限制性实施方案的另一个电触头的底部等轴视图；并且

图7是根据本发明所公开的概念的另一个非限制性实施方案的另一个电触头的底部等轴视图。

优选实施方案的描述

如本文所用，术语“数量”应当意为一个或多于一个的整数(即多个)。

如本文所用，两个或更多个零件“连接”或

“耦接”在一起的表述应当意为这些零件直接接合在一起或通过一个或多个中间零件接合在一起。

如本文所用，两个或更多个零件或部件彼此“接合”的表述应当意为这些部件直接地或通过一个或多个中间零件或部件彼此接触和/或施加力。

如本文所用，术语“槽状部分”意为根据本发明所公开的概念的结构(诸如电触头)的区域、部分或区段，其中材料已被移除或者在其他情况下缺乏材料，或者具有与该结构的其他区域、部分或区段相比减少的材料量，并且应明确包括但不限于狭槽、变薄部分、盲孔、空隙、中空空间、凹槽或前述的任何合适数量和构造的组合。

图1示出了真空开关设备(例如，但不限于，真空断路器2)，该真空开关设备包括管状陶瓷构件4、位于陶瓷构件4内部的管状蒸气罩6、以及位于蒸汽罩6内部的一对可分离电触头100、200。电触头100、200是被构造成彼此接合和脱离接合以便闭合和打开真空断路器2的螺旋触头。图2示出了电触头100的顶部平面图。如图所示，电触头100包括中心部分102和从中心部分102延伸出的多个翼瓣部分110、130、150、170。如下文将更详细讨论的，与现有技术的电触头(未示出)相比，电触头100为真空断路器2提供了许多新颖的优点。除了其他益处外，与现有技术的电触头(未示出)相比，电触头100的翼瓣部分110、130、150、170在真空断路器2的操作期间具有显著降低的断开可能性。此外，电触头100有利地通过迫使更多电流流向电弧表面并将热量从弧根导出而有利地增加电流中断能力。在本发明所公开的概念的一个非限制性实施方案中，200电触头(图1)被构造为电触头100的镜像。然而，为了便于公开，本文将仅详细描述电触头100。应当理解，根据本发明所公开的概念，电触头100、200中的一者或两者可包括任何已知的或合适的槽状部分或槽状部分的组合。

继续参见图2，翼瓣部分110、130、150、170中的每一者包括相应的第一表面112、132、152、172。当安装在真空断路器2中时，第一表面112、132、152、172面向朝电触头200的方向，并且移动至与电触头200接合和脱离接合以闭合和打开真空断路器2。因为真空断路器2经受与电触头100、200的闭合和打开相关的相对高的力，所以期望电触头100、200能够承受与这种闭合和打开相关的冲击能量。为了实现该目的，翼瓣部分110、130、150、170各自具有新颖的几何结构，如在图3和图4中更清楚地示出。

图3示出电触头100的底部等轴视图。如图所示，翼瓣部分110、130、150、170中的每一者还具有从中心部分102延伸出的相应的第二表面114、134、154、174。应当理解，第二表面114、134、154、174各自面向第二方向，该第二方向与第一表面112、132、152、172所面向的方向大致相反。翼瓣部分110、130、150、170各自具有从相应的第二表面114、134、154、174朝相应的第一表面112、132、152、172向内延伸的槽状部分116、136、156、176。换句话讲，翼瓣部分110、130、150、170中的每一者在其后部(即，背向相对的电触头200的部分(图2)上具有空隙或挖空区域。槽状部分116、136、156、176各自具有相应的第三表面118、138、158、178和从第三表面118、138、158、178延伸出的相应的第四表面120、140、160、180。在本示例性实施方案中，第三表面118、138、158、178垂直于第四表面120、140、160、180，并从第二表面114、134、154、174向内延伸。因此，应当理解，槽状部分116、136、156、176可由相对简单的铣削操作来加工。还应当理解，电触头100或类似的合适的另选电触头(例如，不限于第三表面不垂直于第四表面的电触头，未示出)可被浇铸或形成使得不需要额外加工槽状部分。

图4示出了电触头100的剖视图。为了便于公开，将仅详细讨论翼瓣部分130，但应当理解，翼瓣部分110、150、170的结构和功能与翼瓣部分130相同。第一表面132位于平面133中，而第四表面140位于与平面133平行的另一平面141中。平面141也位于平面133和第二表面134之间。在一个实施方案中，平面141大致位于平面133和第二表面134之间的中间。第二表面134与平面133隔开。第三表面138垂直于平面133定位。因此，与现有技术的电触头(未示出)相比，槽状部分136延伸相当长的距离进入电触头100的内部，从而大幅减小电触头100的质量。再次参见图3，翼瓣部分110、130、150、170中的每一者具有与中心部分102相对定位的相应的远侧部分122、142、162、182。在本示例性实施方案中，每个相应的第四表面120、140、160、180从靠近中心部分102延伸到靠近相应的远侧部分122、142、162、182，从而进一步减小电触头100的质量。

如上所述，电触头100提供了一种新颖的机构，以显著降低真空断路器2操作过程中翼瓣部分110、130、150、170从中心部分102断开的可能性(图1)。更具体地，通过具有减小的质量，电触头100以比现有技术的电触头(未示出)更小的动量(即，动量等于质量乘以速度)移动。因此，当电触头100或者通过在闭合期间撞击电触头或者通过在打开期间移动远离电触头而改变方向时，电触头100的振荡将明显小于现有技术中质量较大的电触头(未示出)。因此，有利地减少了由这种振荡引起的翼瓣部分110、130、150、170破损的可能性。因此，与现有技术的电触头(未示出)相比，电触头100的寿命能够得到延长，因为电触头将以相对固定的位置移动。

此外，由于新的槽状部分116、136、156、176，电触头100的质量更集中在电弧表面(即第一表面112、132、152、172和翼瓣部分110、130、150、170从其延伸到远侧部分122、142、162、182的部分)上，必须遵循的是，电流从中心部分102向远侧部分122、142、162、182流动，其中在电流中断期间，运行的弧柱根部将同样朝电弧表面(即，第一表面112、132、152、172和翼瓣部分110、130、150、170从其延伸到远侧部分122、142、162、182的部分)集中。这增强了驱动柱状电弧旋转的横向磁场，并增加了真空断路器2的中断性能(图1)。另外，因为电触头100在翼瓣部分110、130、150、170中具有减小的质量，所以热量有利地在更短时间内从电弧表面(即，第一表面112、132、152、172和翼瓣部分110、130、150、170从其延伸到远端部分122、142、162、182的部分)传导出去。

图5和图6示出了根据本发明所公开的概念的不同狭槽设计的其他电触头300、400，这些电触头中的每一者可取代电触头100、200(图1)中的任一者或两者和/或以任何合适的组合被替换到真空断路器2(图1)中。如图所示，电触头300、400中的每一者具有相应的中心部分302、402和从中心部分302、402延伸出的相应的多个翼瓣部分(仅翼瓣部分310、410被编号)。翼瓣部分310、410具有相对的相应末端部分311、313、411、413和末端部分311、313、411、413之间的相应中点315、415。第一末端部分311、411从相应的中心部分302、402延伸。此外，如图所示，翼瓣部分310、410中的每一者具有位于相应的中点315、415和相应的第二末端部分313、413之间的相应槽状部分316、416。槽状部分316、416的功能与上文所讨论的电触头100的槽状部分116、136、156、176的功能相同。然而，通过将槽状部分316、416定位在相应的中点315、415和相应的第二末端部分313、413之间，电极(参见例如电极8，如图1所示)有利地具有更大部分的电触头300、400与之配合并由此更好地固定。

图图7示出了根据本发明所公开的概念的另一个非限制性实施方案的另一个电触头500，其可取代电触头100、200(图1)中的任一者。被替换到真空断路器2(图1)中。如图所示，电触头500具有中心部分502和从中心部分502延伸出的多个翼瓣部分(仅翼瓣部分510被编号)。翼瓣部分510具有多个槽状部分516、524、528，每个槽状部分从第二表面514朝第一表面(图7中未示出)向内延伸。如图所示，槽状部分516、524、528中的每一者具有从第二表面514朝第一表面向内延伸的相应圆柱形表面518、525、529以及从圆柱形表面518、525、529延伸出的另一个相应表面(示出了三个表面520、526中的两者)。因此，应当理解，槽状部分(诸如槽状部分516、524、528)可用常规钻头相对容易地加工。还应当理解，在不脱离本发明所公开的概念的范围的情况下，电触头(诸如电触头500)可具有从翼瓣部分的第二表面向内延伸的任何合适数量的槽状部分。

还应当理解，除了本文所述的电触头100、200、300、400、500之外，本发明所公开的在电触头后侧上提供槽状部分的概念可采用任何合适的螺旋型横向磁场电接触设计和几何结构。

因此，本发明所公开的概念提供了改进的(例如，但不限于，更好地防止翼瓣破裂、更好地中断电流并从电弧表面散热)真空开关设备2及其电触头100、200、

300、400、500，其中翼瓣部分110、130、150、170、310、410、510具有许多设置在其中的槽状部分116、136、156、176、316、416、516、524、528。槽状部分116、136、156、176、316、416、516、524、528有利地减小了相应翼瓣部分110、130、150、170、310的总质量，优选地在打开和闭合期间其最可能发生振荡的周边处。以这种方式，翼瓣部分110、130、150、170、310、410、510的振荡(裂缝的主要原因)显著减少。此外，由于电触头100、200、300、400、500具有减小的质量，热量将有利地在更短时间内从电弧表面112、132、152、172传导出去。

虽然已经详细地描述了本发明所公开的概念的特定实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，可以根据本公开的总体教导内容来开发出那些细节的各种修改和替换。因此，所公开的特定布置仅是说明性的，而不限制本发明所公开的概念的范围，本发明所公开的概念的范围由所附权利要求书的全部范围及其任何和所有等同物给出。

Claims (12)

1.一种用于真空开关设备的电触头，所述真空开关设备包括第二电触头，所述电触头包括：

中心部分；和

多个翼瓣部分，所述多个翼瓣部分各自从所述中心部分延伸出，所述多个翼瓣部分中的每一者包括第一表面和第二表面，所述第一表面面向第一方向并且被构造成与所述第二电触头接合，所述第二表面面向与所述第一方向大致相反的第二方向，

其中所述多个翼瓣部分中的至少一者还具有槽状部分，所述槽状部分从所述第二表面朝所述第一表面向内延伸。

2.根据权利要求1所述的电触头，其中所述第一表面设置在平面内；其中所述第二表面与所述平面隔开；其中所述槽状部分具有从所述第二表面向内延伸的第三表面；并且其中所述第三表面垂直于所述平面设置。

3.根据权利要求2所述的电触头，其中所述槽状部分还具有从所述第三表面延伸的第四表面；其中所述第四表面设置在另一平面中；并且其中所述另一平面设置在所述平面和所述第二表面之间。

4.根据权利要求3所述的电触头，其中所述多个翼瓣部分中的每一者还具有远侧部分，所述远侧部分与所述中心部分相对设置；并且其中所述第四表面从靠近所述中心部分延伸到靠近所述远侧部分。

5.根据权利要求3所述的电触头，其中所述另一平面大致设置在所述平面和所述第二表面之间的中间。

6.根据权利要求1所述的电触头，其中所述多个翼瓣部分中的所述至少一者是所述多个翼瓣部分中的每一者。

7.根据权利要求1所述的电触头，其中所述多个翼瓣部分中的所述至少一者还具有第一末端部分、与所述第一末端部分相对设置的第二末端部分以及设置在所述第一末端部分和所述第二末端部分之间的中点；其中所述第一末端部分从所述中心部分延伸；并且其中所述槽状部分大致设置在所述中点和所述第二末端部分之间。

8.根据权利要求1所述的电触头，其中所述多个翼瓣部分中的所述至少一者还具有多个其他槽状部分，所述多个其他槽状部分各自从所述第二表面朝所述第一表面向内延伸。

9.根据权利要求8所述的电触头，其中所述槽状部分和所述多个其他槽状部分各自具有圆柱形表面，所述圆柱形表面从所述第二表面朝所述第一表面向内延伸。

10.一种真空开关设备，包括：

第一电触头；和

根据权利要求1至9中任一项所述的第二电触头。

11.根据权利要求10所述的真空开关设备，其中所述第一电触头包括：

中心部分，和

多个翼瓣部分，所述多个翼瓣部分各自从所述第一电触头的所述中心部分延伸出，所述第一电触头的所述多个翼瓣部分中的每一者包括第三表面和第四表面，所述第三表面面向第三方向并且被构造成接合所述第二电触头，所述第四表面面向与所述第三方向相反的第四方向，

其中所述第一电触头的所述多个翼瓣部分中的至少一者还具有槽状部分，所述槽状部分从所述第四表面朝所述第三表面向内延伸。

12.根据权利要求11所述的真空开关设备，其中所述真空开关设备还包括管状陶瓷构件和设置在所述管状陶瓷构件内部的管状蒸气罩；其中所述第一电触头和所述第二电触头设置在所述管状蒸气罩内部；其中所述真空开关设备是真空断路器。