CN113593971A - 一体化结构真空灭弧室及其应用的真空开关 - Google Patents

Abstract

一种一体化结构真空灭弧室及其应用的真空开关，所述一体化结构真空灭弧室包括静侧导电排、动侧导电导向一体的导电排、静侧盖板、静侧瓷壳、动侧瓷壳、动侧盖板，灭弧室内部的静触头、屏蔽罩、运动结构和触头结构一体化的动触头、与动触头相连接的动永磁盘；一体化结构真空开关，包括一体化结构真空灭弧室以及操动机构，操动机构由保持永磁体和缠绕在保持永磁体上的驱动线圈组成，并由开关底部壳体固定在真空灭弧室下方；驱动线圈的中通过的电流方向需与保持永磁体的极性匹配，实现对应的合闸保持和分闸保持功能。本发明在全真空环境绝缘设计的基础上，简化了真空灭弧室结构，避免了波纹管的使用，降低了运动质量。

Description

一体化结构真空灭弧室及其应用的真空开关

技术领域

本发明属于真空断路器和小型化真空开关领域，具体涉及一体化结构真空灭弧室及其应用的真空开关。

背景技术

真空断路器灭弧能力强、污染小、寿命长，在交流电网中已被广泛的使用，随着目前太阳能等清洁能源发电的广泛应用，以及电动汽车的发展，真空断路器在直流输电系统中也逐渐开始了应用。随着真空开关技术的发展和市场竞争的日益激烈，性能可靠的小型化的产品将更加具有竞争优势。

真空断路器通常包含三大部分：真空灭弧室、操动机构、支架及其他部件。其中的操动机构用于完成断路器的分合闸操作，在断路器动作时起到决定性作用。传统的操动机构通常由绝缘拉杆与真空灭弧室连接，主要有三种：电磁操动机构、弹簧操动机构和永磁操动机构。电磁操动机构由一个电磁线圈和铁心，加上分闸弹簧和必要的机械锁扣系统组成；弹簧操动机构由弹簧贮存分合闸所需的所有能量，并通过凸轮机构和连杆机构推动真空灭弧室触头动作；永磁操动机构利用电容器储能，给分合闸线圈通电，依靠永久磁铁的磁力将动铁心保持在稳态位置。由于操动机构通常结构较复杂，零件数量多，安装配合难度大，而且绝缘拉杆连接部分也比较复杂，这导致真空断路器体积较大，不利于向小型化方向发展。

传统的真空灭弧室的动出线端通常使用导电夹、导向轴套进行导流导向连接，但现有的导电夹有可能出现无法完全紧固而打滑的现象，从而影响导电效果。导电夹固定在动导杆上，会提高运动部件的质量，对分合闸的速度以及效果也有很大的影响。为了在运动过程中保证灭弧室的气密性，动导杆还连接有波纹管，波纹管的机械寿命会大大影响断路器的使用寿命，还会影响真空灭弧室的绝缘强度。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，结合前期大量的研究和试验积累，本发明的目的在于提出一种一体化结构真空灭弧室及其应用的真空开关，本发明为了实现操动机构和真空灭弧室的一体化设计，将真空灭弧室及操动机构的结构进行了重新设计，从而省去了绝缘拉杆和波纹管的使用并简化了操动机构的结构，并利用动侧导电导向一体的导电排实现了导流的同时并起到了导向的作用，减少了导电夹、导向轴套的使用。通过上述设计，本发明解决了影响真空断路器小型化发展中绝缘设计、导流设计、运动设计等问题。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种一体化结构真空灭弧室，所述一体化结构真空灭弧室201，包括静侧导电排101、动侧导电导向一体的导电排107、静侧盖板103、静侧瓷壳105、动侧瓷壳108、动侧盖板110，静触头102、屏蔽罩104、运动结构和触头结构一体化的动触头106、动侧永磁盘109和动侧盖板110；所述静侧盖板103、静侧瓷壳105、动侧瓷壳108和动侧盖板110依次连接，内部形成真空灭弧室腔体，静侧导电排101位于真空灭弧室腔体外部，与位于真空灭弧室腔体内的静触头102连接，屏蔽罩104包覆静触头102和运动结构和触头结构一体化的动触头106的端部；所述运动结构和触头结构一体化的动触头106的导杆设计为上粗下细形成限位结构，灭弧室在分闸过程中使其限位在动侧导电导向一体的导电排107上，避免处于分闸状态时与运动结构和触头结构一体化的动触头106相连接的动侧永磁盘109和动侧盖板110的直接接触，实现了强电部分与操动机构部分的隔离，避免了绝缘拉杆的使用；动侧导电导向一体的导电排107固定在静侧瓷壳105与动侧瓷壳108之间，中间垂直开孔套接在运动结构和触头结构一体化的动触头106的细导杆外部，与细导杆滑动接触，构成了二者之间的电流通道，实现了导流作用，同时动侧导电导向一体的导电排107限制运动结构和触头结构一体化的动触头106只能沿着开孔垂直运动，起到了导向的作用，减少了导电夹、导向轴套的使用。

静触头102的静导电杆与静侧导电排101的连接采用螺纹连接、利用紧固件连接或焊接刚性连接方式。

静触头102和运动结构和触头结构一体化的动触头106采用横磁触头或纵磁触头，并且该一体化结构真空灭弧室既能够用于交流开断，也能够用于直流开断。

运动结构和触头结构一体化的动触头106与动永磁盘109的连接采用螺纹连接、利用紧固件连接或焊接刚性连接方式。

动侧永磁盘109的材料为工程纯铁或导磁不锈钢；采用长方体或圆柱体。

灭弧室动侧盖板110采用容易与动侧瓷壳108相焊接的非导磁材料。

一种一体化结构真空开关，包括所述的一体化结构真空灭弧室201以及操动机构202，该操动机构202由保持永磁体112和缠绕在保持永磁体112上的驱动线圈111组成，并由开关底部壳体113固定在真空灭弧室201下方；驱动线圈111的缠绕方向以及其中通过的电流方向任意设置，但需与保持永磁体112的极性匹配；保持永磁体112起分闸保持作用时：动侧永磁盘109和保持永磁体112在靠近动侧盖板110侧的极性相反；保持永磁体112起合闸保持作用时：动侧永磁盘109和保持永磁体112在靠近动侧盖板110侧的极性相同均为N极或均为S极。

保持永磁体112的材料为工程纯铁或导磁不锈钢；采用长方体或圆柱体。

开关底部壳体113采用容易与动侧瓷壳108相焊接的非导磁材料。

当真空断路器工作在合闸保持状态时，在合闸状态时，驱动线圈111内没有电流，动永磁盘109和保持永磁体112在靠近动侧盖板110侧的极性相同，受到排斥作用，保证静触头102和动触头106贴合；在分闸时，驱动线圈111内通入足够的电流，产生和保持永磁体112极性相反，强度更大的磁场，使得动触头106向下运动完成分闸，同时，由于动触头106上的分闸限位，限制了动触头106的动作幅度，避免动侧永磁盘109和动侧盖板110的直接接触，保证了绝缘强度。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明简化了真空灭弧室结构，利用动侧导电导向一体的导电排实现了导流的同时并起到了导向的作用，减少了导电夹、导向轴套的使用，降低了运动质量，减小了真空灭弧室的体积和导流设计问题。

2.本发明巧妙地在运动结构和触头结构一体化的动触头设计了分闸限位，利用真空环境，将动永磁盘和动侧盖板隔离，避免了由于接触导致的真空灭弧室的绝缘问题。

3.本发明设计了一种非接触式的电磁操动机构，实现了强弱电部分的完全隔离，，避免了波纹管和导电夹的使用，降低了运动质量。

4.本发明结构简单，易于装配，促进了真空断路器在小型化领域的应用。

附图说明

图1(a)为本发明的一体化结构真空灭弧室分闸状态的剖视图。

图1(b)为本发明的一体化结构真空灭弧室合闸状态的剖视图。

图2为本发明的一体化结构真空灭弧室的等轴测图。

图3为本发明的一体化结构真空灭弧室动触头与动侧导电导向一体的导电排配合的剖视图。

图4为本发明的一体化结构真空开关的等轴测图。

图5为本发明的一体化结构真空开关分闸状态的剖视图。

图6(a)为本发明的一体化结构真空开关操动机构中保持永磁体起分闸保持时处于合闸状态剖面图。

图6(b)为本发明的一体化结构真空开关操动机构中保持永磁体起分闸保持时处于分闸状态剖面图。

图7(a)为本发明的一体化结构真空开关操动机构中保持永磁体起合闸保持时处于分闸状态剖面图。

图7(b)为本发明的一体化结构真空开关操动机构中保持永磁体起合闸保持时处于合闸状态剖面图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

图1(a)和图1(b)为本发明的一体化结构真空灭弧室分闸状态和合闸状态的剖视图，图2为本发明包含的一种一体化结构真空灭弧室的等轴测图。如图1和图2所示，本发明一种一体化结构真空灭弧室，所述一体化结构真空灭弧室201，包括静侧导电排101、动侧导电导向一体的导电排107、静侧盖板103、静侧瓷壳105、动侧瓷壳108、动侧盖板110，静触头102、屏蔽罩104、运动结构和触头结构一体化的动触头106、动侧永磁盘109和动侧盖板110；所述静侧盖板103、静侧瓷壳105、动侧瓷壳108和动侧盖板110依次连接，内部形成真空灭弧室腔体，静侧导电排101位于真空灭弧室腔体外部，与位于真空灭弧室腔体内的静触头102连接，屏蔽罩104包覆静触头102和运动结构和触头结构一体化的动触头106的端部；所述运动结构和触头结构一体化的动触头106的导杆设计为上粗下细形成限位结构，灭弧室在分闸过程中使其限位在动侧导电导向一体的导电排107上，避免处于分闸状态时与运动结构和触头结构一体化的动触头106相连接的动侧永磁盘109和动侧盖板110的直接接触，通过真空间隙绝缘，实现了强电部分与操动机构部分的隔离，避免了绝缘拉杆的使用，使得真空开关的结构更加紧凑；动侧导电导向一体的导电排107固定在静侧瓷壳105与动侧瓷壳108之间，中间垂直开孔套接在运动结构和触头结构一体化的动触头106的细导杆外部，与细导杆滑动接触，构成了二者之间的电流通道，实现了导流作用，同时动侧导电导向一体的导电排107限制运动结构和触头结构一体化的动触头106只能沿着开孔垂直运动，起到了导向的作用，减少了导电夹、导向轴套的使用。

作为本发明的优选实施方式，静触头102的静导电杆与静侧导电排101的连接采用螺纹连接、利用紧固件连接或焊接刚性连接方式。

作为本发明的优选实施方式，静触头102和运动结构和触头结构一体化的动触头106采用横磁触头或纵磁触头，并且该一体化结构真空灭弧室既能够用于交流开断，也能够用于直流开断。

作为本发明的优选实施方式，运动结构和触头结构一体化的动触头106与动永磁盘109的连接采用螺纹连接、利用紧固件连接或焊接刚性连接方式。

图3为本发明的一体化结构真空灭弧室动触头与动侧导电导向一体的导电排配合的示意图，展示了动触头106和动侧导电导向一体的导电排107的配合方式以及分闸限位结构。

图4为本发明的一体化结构真空开关的等轴测图，图5为本发明的一体化结构真空开关的剖视图。如图4和图5所示，一种一体化结构真空开关，包括所述的一体化结构真空灭弧室201以及操动机构202，该操动机构202由保持永磁体112和缠绕在保持永磁体112上的驱动线圈111组成，并由开关底部壳体113固定在真空灭弧室201下方；驱动线圈111的缠绕方向以及其中通过的电流方向任意设置，但需与保持永磁体112的极性匹配；保持永磁体112起分闸保持作用时：动侧永磁盘109和保持永磁体112在靠近动侧盖板110侧的极性相反；保持永磁体112起合闸保持作用时：动侧永磁盘109和保持永磁体112在靠近动侧盖板110侧的极性相同均为N极或均为S极。

动永磁盘109和保持永磁体112的材料可以为工程纯铁或导磁不锈钢或者其它导磁材料；可采用长方体、圆柱体或其他形状。

开关底部壳体113和灭弧室动侧盖板110可采用任意的非导磁材料，但需容易与动侧瓷壳108相焊接。

图6(a)为本发明的一体化结构真空开关操动机构中保持永磁体起分闸保持时处于合闸状态剖面图。真空开关操动机构中保持永磁体112起分闸保持时，动侧永磁盘109和保持永磁体112在靠近动侧盖板110侧的极性不同，以动侧永磁盘109充磁方向上N下S，保持永磁体112充磁方向上N下S为例。分闸时，驱动线圈111通入电流，产生与保持永磁体112磁场方向一致的磁场，动侧永磁盘109在保持永磁体112和驱动线圈111两者产生磁场的共同作用下带动运动结构和触头结构一体化的动触头106向下运动，运动到分闸位置后切除驱动线圈111中的电流，保持永磁体112产生磁场起分闸保持的作用。

图6(b)为本发明的一体化结构真空开关操动机构中保持永磁体起分闸保持时处于分闸状态剖面图。合闸时，驱动线圈111通入电流，产生与保持永磁体112磁场方向相反、磁场强度比保持永磁体112磁场大的磁场，带动运动结构和触头结构一体化的动触头106向上运动到合闸位置后保持驱动线圈111中的电流，使运动结构和触头结构一体化的动触头106保持在合闸状态。

图7(a)为本发明的一体化结构真空开关操动机构中保持永磁体起合闸保持时处于分闸状态剖面图。真空开关操动机构中保持永磁体112起合闸保持时，动侧永磁盘109和保持永磁体112在靠近动侧盖板110侧的极性相同，以动侧永磁盘109充磁方向上S下N，保持永磁体112充磁方向上N下S为例。合闸时，驱动线圈111通入电流，产生与保持永磁体112磁场方向一致的磁场，动侧永磁盘109在保持永磁体112和驱动线圈111两者产生磁场的共同作用下带动运动结构和触头结构一体化的动触头106向上运动，运动到合闸位置后切除驱动线圈111中的电流，保持永磁体112产生磁场起合闸保持的作用。

图7(b)为本发明的一体化结构真空开关操动机构中保持永磁体起分闸保持时处于合闸状态剖面图。分闸时，驱动线圈111通入电流，产生与保持永磁体112磁场方向相反、磁场强度比保持永磁体112磁场大的磁场，带动运动结构和触头结构一体化的动触头106向下运动到分闸位置后保持驱动线圈111中的电流，使运动结构和触头结构一体化的动触头106保持在分闸状态。

本发明提供的一种一体化结构真空灭弧室及其应用的真空开关，相比传统的真空开关有以下优势：本发明简化了真空灭弧室结构，利用动侧导电导向一体的导电排实现了导流的同时并起到了导向的作用，减少了导电夹、导向轴套的使用，降低了运动质量，减小了真空灭弧室的体积和导流设计问题；本发明巧妙地在运动结构和触头结构一体化的动触头设计了分闸限位，解决了真空灭弧室的绝缘问题；本发明设计了一种非接触式的电磁操动机构，实现了全真空环境的绝缘设计，避免了波纹管和导电夹的使用；本发明结构简单，易于装配，促进了真空断路器在小型化领域的应用。

本发明不局限于上述优选实施方式，本领域的技术人员可以根据本发明的教导对本发明的一种一体化结构真空灭弧室及其应用的真空开关做出修改和变化。所有这些修改和变化均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种一体化结构真空灭弧室，其特征在于：所述一体化结构真空灭弧室(201)，包括静侧导电排(101)、动侧导电导向一体的导电排(107)、静侧盖板(103)、静侧瓷壳(105)、动侧瓷壳(108)、动侧盖板(110)，静触头(102)、屏蔽罩(104)、运动结构和触头结构一体化的动触头(106)、动侧永磁盘(109)和动侧盖板(110)；所述静侧盖板(103)、静侧瓷壳(105)、动侧瓷壳(108)和动侧盖板(110)依次连接，内部形成真空灭弧室腔体，静侧导电排(101)位于真空灭弧室腔体外部，与位于真空灭弧室腔体内的静触头(102)连接，屏蔽罩(104)包覆静触头(102)和运动结构和触头结构一体化的动触头(106)的端部；所述运动结构和触头结构一体化的动触头(106)的导杆设计为上粗下细形成限位结构，灭弧室在分闸过程中使其限位在动侧导电导向一体的导电排(107)上，避免处于分闸状态时与运动结构和触头结构一体化的动触头(106)相连接的动侧永磁盘(109)和动侧盖板(110)的直接接触，实现了强电部分与操动机构部分的隔离，避免了绝缘拉杆的使用；动侧导电导向一体的导电排(107)固定在静侧瓷壳(105)与动侧瓷壳(108)之间，中间垂直开孔套接在运动结构和触头结构一体化的动触头(106)的细导杆外部，与细导杆滑动接触，构成了二者之间的电流通道，实现了导流作用，同时动侧导电导向一体的导电排(107)限制运动结构和触头结构一体化的动触头(106)只能沿着开孔垂直运动，起到了导向的作用，减少了导电夹、导向轴套的使用。

2.根据权利要求1所述的一种一体化结构真空灭弧室，其特征在于：静触头(102)的静导电杆与静侧导电排(101)的连接采用螺纹连接、利用紧固件连接或焊接刚性连接方式。

3.根据权利要求1所述的一种一体化结构真空灭弧室，其特征在于：静触头(102)和运动结构和触头结构一体化的动触头(106)采用横磁触头或纵磁触头，并且该一体化结构真空灭弧室既能够用于交流开断，也能够用于直流开断。

4.根据权利要求1所述的一种一体化结构真空灭弧室，其特征在于：运动结构和触头结构一体化的动触头(106)与动永磁盘(109)的连接采用螺纹连接、利用紧固件连接或焊接刚性连接方式。

5.根据权利要求1所述的一种一体化结构真空灭弧室，其特征在于：动侧永磁盘(109)的材料为工程纯铁或导磁不锈钢；采用长方体或圆柱体。

6.根据权利要求1所述的一种一体化结构真空灭弧室，其特征在于：灭弧室动侧盖板(110)采用容易与动侧瓷壳(108)相焊接的非导磁材料。

7.一种一体化结构真空开关，其特征在于：包括权利要求1至7任一项所述的一体化结构真空灭弧室(201)以及操动机构(202)，该操动机构(202)由保持永磁体(112)和缠绕在保持永磁体(112)上的驱动线圈(111)组成，并由开关底部壳体(113)固定在真空灭弧室(201)下方；驱动线圈(111)的缠绕方向以及其中通过的电流方向任意设置，但需与保持永磁体(112)的极性匹配；保持永磁体(112)起分闸保持作用时：动侧永磁盘(109)和保持永磁体(112)在靠近动侧盖板(110)侧的极性相反；保持永磁体(112)起合闸保持作用时：动侧永磁盘(109)和保持永磁体(112)在靠近动侧盖板(110)侧的极性相同均为N极或均为S极。

8.根据权利要求7所述的一种一体化结构真空开关，其特征在于：保持永磁体(112)的材料为工程纯铁或导磁不锈钢；采用长方体或圆柱体。

9.根据权利要求7所述的一种一体化结构真空开关，其特征在于：开关底部壳体(113)采用容易与动侧瓷壳(108)相焊接的非导磁材料。

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