包括特意引入的波状部的接触部件和包括该接触部件的真空断续器的制造方法

文档序号:7249314阅读:306来源:国知局
包括特意引入的波状部的接触部件和包括该接触部件的真空断续器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于真空断续器(110)的触点(20)。该触点(20)包括接触部件(24),该接触部件具有包括平坦接触平面(32)和多个特意引入其中的波状部(36)的总体平坦的配合表面(28)。波状部(36)构造成与另一个接触部件(26)的多个特意引入的波状部(38)接触。波状部(38)处于垂直于平坦接触平面的维度上。所述平坦接触平面具有一直径(40)。波状部(38)具有显著小于平坦接触平面的直径的深度。
【专利说明】包括特意引入的波状部的接触部件和包括该接触部件的真
空断续器
【技术领域】
[0001]所公开的概念总体上涉及用于真空断续器的触点,更具体地涉及用于真空封壳的接触部件。所公开的概念还涉及包括固定触点和可动触点的真空断续器。
【背景技术】
[0002]真空断续器包括布置在绝缘且气密地密封的真空室内的可分离主触点。真空室通常包括用于电绝缘的一定数量的陶瓷区段(例如一定数量的陶瓷管状部),其冠有一定数量的端部部件(例如但不限于金属构件,诸如金属端板;端盖;密封杯)以形成可在其中抽真空的封壳。陶瓷区段通常是圆柱形的;然而,可使用其它合适的截面形状。通常采用两个端部部件。在存在多个陶瓷区段的情况下,在陶瓷区段之间布置有内部中心屏蔽件。
[0003]真空电路断续器(例如但不限于真空断路器;真空开关;负载断路开关)为电气系统提供防护,以应对诸如电流过载、短路和低电平电压状况之类的电气故障状况。通常,真空电路断续器包括弹簧驱动的或其它合适的操作机构,该机构响应于异常状况打开一定数量的真空断续器内部的电触点,以中断流过电气系统中的导体的电流。
[0004]真空断续器的主触点通过电极杆(electrode stem)与要由真空电路断续器保护的外部电路电气连接,所述电极杆通常为由高纯度铜制成的长形部件。通常,其中一个触点相对于真空室及外部电路被固定。固定的触点安装在真空封壳中并位于延伸穿过一个端部部件的第一电极上。另一个触点可相对于真空封壳移动。可动触点安装在可穿过另一个端部部件轴向滑动的可动电极上。可动触点由操作机构驱动,并且操作机构的运动由包括密封的金属膜盒(bellows)的联接器传递到真空封壳内部。固定触点和可动触点形成一对可分离的触点,该对触点通过可动电极响应位于真空封壳外部的操作机构的运动而被打开和闭合。所述电极、端部部件、膜盒、(一个或多个)陶瓷外壳以及内部屏蔽件(如果有的话)被接合在一起,以形成能在延长的时间期间内将真空维持在合适的水平的真空断续器(VI)。
[0005]随着在中压开关设备中普遍接受真空断续技术,真空断续器被用于越来越多的高要求应用中。一个示例是不断增加的连续电流需求。然而,高连续载流能力并不容易实现,尤其是在轴向磁场(AMF)型VI中,其中电流常常被迫使进入比较长的圆形路径中以产生必要的轴向磁场。更长的圆形VI电流路径提供了更强的轴向磁场和因此更好的电流中断能力,不过这增大了 VI的总电阻。为此,希望找到在不妥协VI的电流中断能力的前提下减小VI的电阻的途径。
[0006]在已知的现代商用真空断续器中,可动触点和固定触点的起弧面上的配合表面是二维的(即,平坦的)。参看例如图1和2。在这些具有平坦配合表面2、4的设计中,由于机加工新的接触表面或通过电弧熔化使已有的接触表面粗糙化所带来的不可避免的表面缺陷,两个相对的电触点6、8和10、12之间的物理接触通常仅在平坦表面的有限数量的离散位置处(例如,最糟糕的情形是三个离散位置)发生之后就结束。结果,电触点之间获得的接合部的电阻可能会很大。[0007]在一些较早的真空断续器中,已知设置宏观地在三维上匹配的可动触点和固定触点(即,在触点的正交于平坦配合区域的至少两个不同表面上,其中所述不同表面的大小与平坦配合区域的大小相似)。美国专利号3,321,598和3,889,081提供了示例。
[0008]真空断续器存在改进的空间。
[0009]真空断续器的固定触点和可动触点存在进一步改进的空间。

【发明内容】

[0010]通过所公开的概念的实施例满足了这些需要和其它需要,所述实施例提供了一种接触部件,所述接触部件包括具有平坦接触平面和多个特意引入其中的波状部的大体平坦的配合表面。所述波状部构造成与另一个接触部件的多个特意引入的波状部接触,并且处于垂直于所述平坦接触平面的维度上,并且具有显著小于所述平坦接触平面的直径的深度。
[0011]根据所公开的概念的一个方面,一种用于真空断续器的触点包括:接触部件,所述接触部件包括具有平坦接触平面和多个特意引入其中的波状部的大体平坦的配合表面,所述波状部构造成与另一个接触部件的多个特意引入的波状部接触,其中所述波状部处于垂直于所述平坦接触平面的维度上,其中所述平坦接触平面具有一定直径;并且其中所述波状部具有显著小于所述平坦接触平面的直径的深度。
[0012]作为所公开的概念的另一方面,一种真空断续器包括:真空封壳;固定接触部件,所述固定接触部件包括具有平坦接触平面和多个特意引入其中的第一波状部的第一大体平坦的配合表面;以及可动接触部件,所述可动接触部件包括具有平坦接触平面和多个特意引入其中的第二波状部的第二大体平坦的配合表面,其中,所述第一波状部处于垂直于所述第一大体平坦的配合表面的所述平坦接触平面的维度上,所述第二波状部处于垂直于所述第二大体平坦的配合表面的所述平坦接触平面的维度上,所述第一大体平坦的配合表面的所述平坦接触平面具有第一直径,所述第二大体平坦的配合表面的所述平坦接触平面具有第二直径,所述第一波状部具有显著小于所述第一直径的深度,所述第二波状部具有显著小于所述第二直径的深度,并且所述第一波状部在闭合接触位置与所述第二波状部接触。
【专利附图】

【附图说明】
[0013]当结合附图阅读以下对优选实施例的描述时,可以充分理解所公开的概念,在附图中:
[0014]图1和2是可动和固定触点在真空断续器的闭合位置的垂直剖视图。
[0015]图3A是根据所公开的概念的一个实施例的固定触点的等轴测视图。
[0016]图3B是根据所公开的概念的一个实施例的可动触点的等轴测视图。
[0017]图3C是图3A和3B的固定和可动触点分别在真空断续器的闭合位置的局部垂直首1J视图。
[0018]图4A是根据所公开的概念的一个实施例的固定触点的等轴测视图。
[0019]图4B是根据所公开的概念的一个实施例的可动触点的等轴测视图。
[0020]图4C是图4A和4B的固定和可动触点分别在真空断续器的闭合位置的局部垂直首1J视图。
[0021]图5A是根据所公开的概念的一个实施例的固定触点的等轴测视图。
[0022]图5B是根据所公开的概念的一个实施例的可动触点的等轴测视图。
[0023]图5C是图5A和5B的固定和可动触点分别在真空断续器的闭合位置的局部垂直首1J视图。
[0024]图6A是根据所公开的概念的一个实施例的固定或可动触点的等轴测视图。
[0025]图6B是图6A的固定和可动触点在真空断续器的闭合位置的局部垂直剖视图。
[0026]图7是根据所公开的概念的一个实施例的包括固定和可动触点的真空断续器的垂直剖面正视图。
【具体实施方式】
[0027]如文中所用,术语“数量(number)”是指一或大于一的整数(S卩,多个)。
[0028]如文中所用,术语“波状部(undulation)”或“多个波状部”是指:(I)具有带有波状外观、轮廓或形式的三维结构;(2)具有呈现波浪部分的三维结构;或(3)具有形式为一定数量的同心波纹、一定数量的凹陷区域和凸起区域的阵列、或一定数量的几何形状的三维结构。波状部的非限制性示例包括具有二维轮廓的那些波状部,其形式为一定数量的凹陷和凸起部、多个部分圆弧、三角波、锯齿形、一定数量的方形、一定数量的矩形、多种不同几何形状、重复多次(例如但不限于,两次;三次;四次;任意合适的次数)的重复性图案、或前述形式的任意组合,只要例如在真空断续器的闭合位置一个触点的凹陷部分与相对触点的凸起部分对应并接触即可。
[0029]如文中所用,两个或更多部件“连接(connected)”或“联接(coupled)”在一起的表述是指所述部件直接接合在一起或者通过一个或多个中间部件接合。此外,如文中所用,两个或更多个部件“附接(attached)”的表述是指所述部件直接接合在一起。
[0030]参照图3A至3C,用于真空断续器(未示出,但可参看图7的真空断续器110)的触点20或22包括接触部件24或26,所述接触部件具有大体平坦的配合表面28或30,所述大体平坦的配合表面具有平坦接触平面32或34和多个分别特意引入其中的波状部36(在图3A中为方便图示作为二维轮廓示出)或38 (在图3B中为方便图示作为二维轮廓示出)。波状部36、38构造成分别与另一个接触部件26、24的多个特意引入的波状部38、36接触。波状部36、38处于分别垂直于平坦接触平面32、34的维度上。平坦接触平面32、34具有相应直径40、42。波状部36、38分别具有显著小于平坦接触平面的直径40、42的深度(例如但不限于,在约0.01英寸至约0.3英寸的范围内)。
[0031]示例性的接触部件24为固定触点,而示例性的接触部件26为可动触点,但是接触部件24可为可动触点且接触部件26可为固定触点。尽管示出了示例性波状部36、38,但是可以采用具有选自以下的三维结构的任意合适的波状部:一定数量的同心波纹、一定数量的凹陷区域和凸起区域的阵列、以及一定数量的几何形状。
[0032]图3A至3C示出这样的实施例,其中:示例性波状部36、38是可以容易地用车床加工的同心波纹(如图3A和3B最佳示出的)。图3C示出当在处于“闭合”位置的真空断续器(未示出,但参看图7)中配合时的两个触点20、22。该示例性配合表面呈波状,具有三角波的连续波纹,诸如示例性的正弦波截面轮廓44、46。固定触点24的表面中的凸起(凹陷)部分与可动触点26的表面中的凹陷(凸起)部分对应并接触。可替代地,波状部36、38可具有二维轮廓,所述二维轮廓的形式是多个部分圆弧、多个方形或矩形、或多个V形凸起部分和多个V形凹陷部分(图4A至4C)。在图3A和3B的示例中,第一波状部36具有与第二波状部38的形状互补的形状,以便第一大体平坦的配合表面28在图3C的闭合位置与第二大体平坦的配合表面30对应并接触。
[0033]根据所公开的概念,固定和可动触点例如24、26的配合表面几乎但不完全是平坦的,且包括特意引入的波状部如36、38,所述波状部在垂直于主平坦接触平面如32、34的维度上的规模较小(例如但不限于,约0.01英寸至约0.3英寸;任何合适的距离)。此类波状部可具有波浪形外观、轮廓或形式;可呈现波浪部分;或者可具有二维轮廓,所述二维轮廓的形式为一定数量的凹陷部分和凸起部分、一定数量的部分圆弧、三角波、锯齿状、一定数量的方形、一定数量的矩形、或前述形式的任意组合,只要例如一个触点的凹陷部分在真空断续器的闭合位置与真空断续器的相对触点的凸起部分对应并接触即可。
[0034]作为非限制性示例,平坦接触平面32、34可具有在约0.5英寸至约5.5英寸范围内的直径。示例性波状部如36、38在相应的大体平坦的配合表面28、30的上方或下方的高度或深度在约0.01英寸至约0.3英寸的范围内。在相应的大体平坦的配合表面28、30上的波状部如36、38的峰和谷之间的距离在约0.05英寸至约2.5英寸的范围内。
[0035]峰-谷距离或宽度可以与触点的平坦接触平面的直径的一半处于相同的数量级。类似地,参照图6A,较大凹陷区域99和较大凸起区域100的直径可以是配合表面的直径的约1/6,但是这些区域99、100可以是配合表面的直径的一半那么宽,同时深度较浅。
[0036]图4A至4C示出另一个实施例,其中波状部66、68具有二维轮廓74、76,其形式为V形凸起部分和V形凹陷部分或锯齿形状。图4A示出包括接触部件54的触点50(例如,固定触点;图4C的可动触点;),图4B示出包括接触部件56的触点52 (例如,可动触点;图4C的固定触点),且图4C示出当在处于“闭合”位置的真空断续器(未示出,但参看图7)中配合时的两个触点50、52。接触部件54的表面中的凸起(凹陷)部分在闭合位置与另一个接触部件56的表面中的凹陷(凸起)部分对应并接触。尽管示出了示例性的V形凸起部分和V形凹陷部分,但应理解,协作的对应凸起和凹陷部分可采用任意数量的相同或不同类型的形状。
[0037]图5A至5C示出另一个实施例,其中波状部66'、68'具有形式为多个不同几何形状的二维轮廓74'、76'。图5A示出包括接触部件54'的触点50'(例如,固定触点;图5C的可动触点),图5B示出包括接触部件56'的触点52'(例如,可动触点;图5C的固定触点),且图5C示出当在处于“闭合”位置的真空断续器(未示出,但参看图7)中配合时的两个触点50'、52'。接触部件54'的表面中的凸起(凹陷)部分在闭合位置与另一个接触部件56'的表面中的凹陷(凸起)部分对应并接触。尽管示出了示例性的二维轮廓74'、76',但应理解,协作的对应凸起和凹陷部分可采用任何数量的相同或不同类型的形状、连续或不连续波纹、三角曲线、锯齿、梯形和/或重复多次(例如但不限于,两次;三次;四次;任何合适的次数)的重复性图案。
[0038]图6A和6B示出另一个实施例,其中示例性波状部96具有三维结构,该三维结构为一定数量的凹陷区域98、99 (例如但不限于,凹坑)和凸起区域100、101 (例如但不限于,凸块)的阵列。图6A和6B示出了包括接触部件84或86的触点80或82 (例如,固定触点或可动触点),且图6B示出了当在处于“闭合”位置的真空断续器(未示出,但参看图7)中配合时的两个触点80、82。接触部件84的表面中的凸起(凹陷)部分在闭合位置与另一个接触部件86的表面中的凹陷(凸起)部分对应并接触。可动触点和固定触点两者具有相同形状,但以相对彼此偏离的不同方位角87 (例如但不限于,在图6A和6B的示例中为45° )组装,以便一个触点80中的凹坑(凸块)在闭合位置与另一触点82中的凸块(凹坑)对应并接触。尽管示出了示例性三维结构,但应理解,协作的对应凸起和凹陷部分可采用任何合适的结构,该结构可与以从其偏离合适的不同方位角装配的相同结构配合,以便大体平坦的配合表面88在闭合位置与另一大体平坦的配合表面90对应并接触。
[0039]图7示出包括真空封壳112、图3A的固定接触部件24和图3B的可动接触部件26的真空断续器110。第一波状部36 (在图3A中最佳地示出)在闭合接触位置与第二波状部38 (在图3B中最佳地示出)接触,如图3C和7所示。
[0040]所公开的概念和所公开的真空断续器110的两个触点20、22之间的略微不平坦的配合表面提供了以下优点:(I)增加的有效接触面积(与采用平整的平坦表面的传统触点相反),这有助于减小可动接触部件26与固定接触部件24之间的电接头的电阻;和(2)对触点20、22发生起弧时熔融的液体层的飞溅的增加的阻碍。第一优点当然有助于连续载流能力,而第二优点可帮助触点间隙的介质恢复(dielectric recovery)和因此所公开的真空断续器110的高电流中断性能。
[0041]虽然已详细描述了所公开的概念的特定实施例,但本领域的技术人员应理解,可借鉴公开内容的全部教导设想这些细节的各种改型和变型。因此,所公开的具体设置仅为说明性的而非限制所公开的概念的范围,所述范围由所附权利要求及其任何和全部等效方案的全部内容给出。
【权利要求】
1.一种用于真空断续器(Iio)的触点(20 ;22 ;50 ;52 ;50' ;52/ ;80 ;82),所述触点包括: 接触部件(24),所述接触部件(24)包括具有平坦接触平面(32)和多个特意引入其中的波状部(36)的总体平坦的配合表面(28),所述波状部构造成与另一个接触部件(26)的多个特意引入的波状部(38)接触, 其中,所述波状部处于垂直于所述平坦接触平面的维度上, 其中,所述平坦接触平面具有一直径(40 ),并且 其中,所述波状部具有显著小于所述平坦接触平面的直径的深度。
2.根据权利要求1所述的触点(20),其中,所述接触部件为固定触点(24)。
3.根据权利要求1所述的触点(22),其中,所述接触部件为可动触点(26)。
4.根据权利要求1所述的触点(20),其中,所述波状部具有从以下组成的群组中选择的三维结构:一定数量的同心波纹、一定数量的凹陷区域和凸起区域的阵列、以及一定数量的几何形状。
5.根据权利要求1所述的触点(20),其中,所述波状部具有形式为多个部分圆弧的二维轮廓(44)。
6.根据权利要求1所述的触点(20),其中,所述波状部具有形式为三角波的二维轮廓(44)。
7.根据权利要求1 所述的触点(50;52),其中,所述波状部具有形式为锯齿形状的二维轮廓(74 ;76)。
8.根据权利要求1所述的触点(50';52'),其中,所述波状部具有形式为一定数量的方形或一定数量的矩形的二维轮廓(7f ;76')。
9.根据权利要求1所述的触点(50';52/ ),其中,所述波状部具有形式为多个不同几何形状的二维轮廓(74' ;76')。
10.根据权利要求1所述的触点(20;22),其中,所述波状部具有形式为重复多次的重复性图案的二维轮廓(44 ;46)。
11.一种真空断续器(110),包括: 真空封壳(I 12); 固定接触部件(24),所述固定接触部件(24)包括具有平坦接触平面(32)和多个特意引入其中的第一波状部(36)的第一总体平坦的配合表面(28);和 可动接触部件(26),所述可动接触部件(26)包括具有平坦接触平面(34)和多个特意引入其中的第二波状部(38)的第二总体平坦的配合表面(30), 其中,所述第一波状部处于垂直于所述第一总体平坦的配合表面的平坦接触平面的维度上, 其中,所述第二波状部处于垂直于所述第二总体平坦的配合表面的平坦接触平面的维度上, 其中,所述第一总体平坦的配合表面的所述平坦接触平面具有第一直径(40), 其中,所述第二总体平坦的配合表面的所述平坦接触平面具有第二直径(42), 其中,所述第一波状部具有显著小于所述第一直径的深度, 其中,所述第二波状部具有显著小于所述第二直径的深度,并且其中,所述第一波状部在闭合接触位置与所述第二波状部接触。
12.根据权利要求11所述的真空断续器(110),其中,所述第一和第二波状部具有形式为多个凹陷部分和多个凸起部分的二维轮廓(44,46 ;74,76 ;74' ,76');并且其中,所述可动接触部件和所述固定接触部件中的一个的凹陷部分在所述闭合接触位置与所述可动接触部件和所述固定接触部件中的另一个的凸起部分相接触。
13.根据权利要求11所述的真空断续器(110),其中,所述第一和第二波状部具有从以下组成的群组中选择的三维结构:一定数量的同心波纹、一定数量的凹陷区域和凸起区域的阵列、以及一定数量的几何形状。
14.根据权利要求13所述的真空断续器(110),其中,所述一定数量的凹陷区域和凸起区域的阵列包括多个凹坑(98,99)和多个凸块(100,101)。
15.根据权利要求11所述的真空断续器(110),其中,所述第一和第二波状部具有形式为多个部分圆弧的二维轮廓(44,46)。
16.根据权利要求11所述的真空断续器(110),其中,所述第一和第二波状部具有形式为三角波的二维轮廓(44,46)。
17.根据权利要求11所述的真空断续器(110),其中,所述第一和第二波状部具有形式为锯齿形状的二维轮廓(74, 76)。
18.根据权利要求11所述的真空断续器(110),其中,所述第一和第二波状部具有从以下组成的群组中选择的二维轮廓(74' ,76'):多个方形、多个矩形、以及多个V形凸起部分和多个V形凹陷部分。
19.根据权利要求11所述的真空断续器(110),其中,所述第一和第二总体平坦的配合表面的平坦接触平面具有在约0.5英寸至约5.5英寸范围内的直径;其中,所述第一和第二波状部在所述第一和第 二总体平坦的配合表面的上方或下方的高度或深度在约0.01英寸至约0.3英寸的范围内;并且其中,所述第一和第二总体平坦的配合表面上的所述第一和第二波状部的峰和谷之间的距离在约0.25英寸至约2.5英寸的范围内。
20.根据权利要求11所述的真空断续器(110),其中,所述固定接触部件(84)的所述第一总体平坦的配合表面与所述可动接触部件(86)的所述第二总体平坦的配合表面相同;其中,所述固定接触部件具有第一方位角;并且其中,所述可动接触部件具有不同的第二方位角(87),以便所述第一总体平坦的配合表面在所述闭合接触位置与所述第二总体平坦的配合表面对应并接触。
21.根据权利要求11所述的真空断续器(110),其中,所述第一波状部(36;66;66')具有与所述第二波状部(38 ;68 ;68')的形状互补的形状,以便所述第一总体平坦的配合表面在所述闭合接触位置与所述第二总体平坦的配合表面对应并接触。
【文档编号】H01H1/06GK103430265SQ201280014090
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年3月22日 优先权日:2011年3月22日
【发明者】W·李 申请人:伊顿公司
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