专利名称：一种中压真空接触器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种中压真空接触器，优选地用于工作电压介于3至12kV之间的应用场合，具有改进的功能和特征。
背景技术：
公知在电力系统中使用两种不同类型的切换装置；第一种由所谓的保护装置构成，典型地如电路断路器，其主用适用于在特定的异常电路状态即短路时，在特定时间内载送电流然后断开电流；第二种由诸如本发明的接触器之类的操作切换装置构成，其能够在包括过载状态的正常电路状态下产生、载送和断开电流。
这些广泛用于例如开关电动马达的接触器需要满足若干条件，这些条件对于保证接触器在电网中的使用期间具有正确的性能甚为重要；例如，切断操作必须及时执行，即尽可能快地执行，以防止可能对设备造成的损坏，致动机构的设计必须能保证足够的操作可重复性以及最佳的可靠性等等。
目前，中压接触器有众多不同的结构方案，而这些方案虽然能满足所需的性能，但仍然存在一些不能完全令人满意的缺点和技术问题。
具体地，关于致动机构，较多的传统接触器使用具有弹簧加载运动学系统的机械式致动装置。例如，传统系统的一个典型配置包括一个用于活动衔铁的电磁铁，该衔铁与活动触点机械地连接，从而决定其与对应的固定触点的耦连；当电磁铁上没有电磁能时，一个通常称作踹踢(kick-out)弹簧的弹簧打开所述触点并保持所述触点打开。可选地，或者附加地，所述触点可以通过适当的机械栓锁保持位置。显然，具有弹簧加载运动学系统的致动机构本质上复杂笨重，因此在许多情况下对接触器的整体可靠性以及操作的可重复性造成不良影响。
最近，对致动机构进行了改进，使用了具有一个或多个永磁体的驱动单元。不过，尽管这种驱动单元相对于传统的电磁装置能提供某些实质改进，但在所用组件的尺寸、数量及功能等方面仍不能完全最优化，为了获得一个期望的电磁和机械性能，这些组件在很多情况下仍需要复杂的设计和构型。例如，在某些情况下，所述触点需要由仍使用弹簧和/或机械栓锁的机械系统来保持在其两个稳定位置中的至少一个；另外，在工作时，永磁体在某些情况下由适当设计的线圈并根据从结构和电磁的视角看相当复杂的方案来去除能量。在这些方案中产生了另外的问题，其中使用了用来导引驱动致动器的活动衔铁的导引件；这些导引件通常位于驱动致动器内部或者连接至所述活动触点，因此增加了机械复杂性并使得部件的组装变得十分困难。
在驱动致动器和活动触点之间所用的耦连和传递系统会产生另外一些大的问题；实际上，大多数情况下，通过使用一个中间的控制杠杆机构，例如L形杠杆机构来将致动力传递到所述的活动触点，所述的杠杆机构通常翻转致动力的方向。这些方案除了导致机构整体笨重之外，还负面地影响着接触器尤其是真空接触器的电学寿命。实际上，在这种特定的接触器中，触点为头对头(head by head)耦连；因此，在机构将致动力传递到所述触点时可能不完美或者不平衡，这样可能造成触头之间的相互定位存在缺陷，从而会导致不均匀的磨损，会产生一个不良的电流传导和泄漏，且最终甚至会使触点熔接。
发明内容
本发明的目标是实现一种中压真空接触器，其可以克服上述缺陷，特别地，其具有一个在机械和电磁方面最优的结构，并且相对于公知接触器提供了改进的性能。
在该目标的范围内，本发明的一个目的是实现一种中压真空接触器，其相对于公知的方案可以实现改进了的操作可靠性及可重复性，特别是在驱动致动器和触点之间的运动学传递方面。
本发明的另一个目的是提供一种中压真空接触器，其结构较之公知类型的接触器结构大大简化，并且其安装也很方便。
本发明的再一个目的是提供一种中压真空接触器，其高度可靠、可以具竞争力的成本相对容易地进行制造。所述目标、所述目的以及其他将在下文中显见的方面将通过如权利要求1所述的中压真空接触器来实现。
从附图中以非限制性举例的方式示出的、根据本发明的中压真空接触器的优选而非排他之实施例的描述中，可以显见本发明的其他特征和优点，其中图1和图2为立体图，示出了本发明接触器所用电磁致动器的一些组件；图3为一立体图，示出了本发明接触器所用的导引装置；图4为一立体图，示出了本发明接触器中所用的、与图3导引装置耦连的一个电磁致动器；图5示出了根据本发明的一个三极中压真空接触器，处于闭合位置；图6示出了处于打开位置的图1中的接触器。
具体实施例方式
图5和图6示出了一个三极中压真空接触器，其整体由附图标记100表示。接触器100的每一极都有一个真空外壳1，例如真空罩或真空球壳，该真空外壳1内包含一个固定触点2和一个对应的活动触点3，为简化起见只在一极给出了图示；该真空外壳1可能的结构实施方式以及保持其内真空的方式在本领域已经公知，因此不再详述。根据广为公知的方案，每个活动触点3连接至一个致动杆4，该致动杆4上相联有一个接触压缩弹簧5。
接触器100还包括致动装置，所述致动装置可操作地连接至所述活动触点3，并且提供移动所述活动触点3以及允许活动触点3在操作时相对于对应的固定触点2电学耦连/分离的能量。
优选地，在根据本发明的真空接触器中，所述致动装置包括一个电磁致动器10，该电磁致动器10具有一个磁轭，该磁轭由附图标记11示于图1，其被配置成限定了一个具有适当形状并通过第一开口13和第二开口14与外部连通的内腔12；在图示的实施例中，所述磁轭11由两个耦合的E形部件形成，但也可以使用其他的形状，只要其与应用场合以及功能需求兼容即可。所述致动器10包括一个活动衔铁15，该衔铁以轴向可位移的方式容置于所述腔12内，并且通过耦连装置可操作地连接至至少一个活动触点3；具体地，该活动衔铁15具有至少一个从磁轭11的一相应开口突出的端部；优选地，在本发明的该接触器中，衔铁15具有两个相对的端部，每个端部从对应的开口13或14突伸到磁轭11的外部。特别地，根据一个结构简单并且功能有效的方案，如图4所示衔铁15包括第一中空管状构件16，例如一个平行六面体的中空块，以及一个枢轴17，枢轴17在图2中给出了详细图示，其贯通构件16的中空部分与构件16连接，并且具有两个突伸到磁轭11外部的相对端部18和19。有利地，枢轴17包括两个分开的悬臂状部件，即一个阳部件17a和一个阴部件17b，所述的两个部件在安装时彼此螺纹连接，并且其相应的突出表面与所述构件16的相对表面抵靠；这样，组装将极为简化。致动器10还包括至少一个线圈，所述线圈定位在所述腔12内部，并且用于在工作时进行激励；优选地，如图4-6所示，设置两个线圈，即用来在打开接触器时进行激励的第一打开线圈20，以及用来在闭合接触器时进行激励的第二闭合线圈21。优选地，所述的两个线圈20和21沿衔铁15平移的轴线30彼此间隔定位在所述内腔12内，并且以绕所述活动衔铁15自身基本成圆柱形的结构进行定位。根据一个优选实施例，所述两个线圈彼此不同；具体地，第一线圈20和第二线圈21匝数之比在0.25和0.45之间；而且，第一线圈20和第二线圈21的绕线直径之比介于1.5和1.7之间。有利地，致动器10还包括至少一个永磁体，该永磁体在所述腔12内部耦连至所述磁轭11，并且被用于将所述活动衔铁15直接保持在固定触点和活动触点2、3电耦连的第一稳定位置或者所述触点彼此电学分离的第二稳定位置。优选地，设置两个永磁体22，该两永磁体定位于所述腔12内，其相应的N极彼此正对并且活动衔铁15定位于其间。
另外，在本发明的接触器中，设置有导引装置，该导引装置有利地位于所述磁轭11外部，与所述两开口13或14中的至少一个相对应；并且其用于在接触器工作时对衔铁15的运动进行导引；优选地，所述的导引装置包括两个大致平坦的构件23和24，如图3所示，所述两构件由抗磁材料例如塑料制成。如图所示，构件23和24都设置有通孔25和26，并设置由用于耦连至支撑板的耦连齿27；特别地如图4所示，当组装所述致动器10时，设置有两个支撑凸缘28，该支撑凸缘28被固定至所述磁轭11的相对两侧，例如通过铆接的方式；将所述的导引板23和24定位在所述磁轭11的两个相对的上面和下面，使相应的齿27配合到设置于支撑凸缘28上相应的座孔29中。这样，孔25和26分别与所述开口13和14基本对齐，并且使枢轴17的所述端部18和19从中穿过。
因此，根据一个方案，所述接触器的整体结构被简化，活动部件的导引被最优化，同时相对于现有技术方案易于制造和安装。而现有技术方案需要更为精密的加工和复杂的安装，机械误差被极严格地限制。
有利地，根据本发明的接触器仅包括一单个的电磁致动器10，该电磁致动器10的活动衔铁15通过上述的耦连装置可操作地连接至所有极的活动触点；具体地，所述的耦连装置优选地包括一单个梁6，该梁6由绝缘材料制成，并且相对于所述衔铁15的运动轴线30横向定位。梁6的一侧例如通过夹紧装置7牢靠地连接到所述枢轴17，并且另一侧连接到所述活动触点3的致动杆4。这样，活动衔铁15、耦连装置以及活动触点3大致形成为一体，其中，所述的驱动致动器10直接连接至活动触点3。
这样，当进行开/关操作时，由驱动致动器10产生的致动力直接地且线性地传至触点3，即不需要任何中间的杠杆机构和/或翻转运动机构的介入，且所有的活动构件基本上同时沿轴线30以相同的方式和方向移动。这样，借助于这种特定的耦连，正确地产生了触点2、3的头对头耦连，从而避免了现有技术的麻烦，并且确保了操作的可靠性和可重复性整体得到改进，这必将增加接触器的工作寿命。
实际上，当需要开关接触器时，根据将要执行的操作类型，两个线圈中的一个被电激励。例如，从图5的闭合位置开始，激励第一打开线圈20产生一个力，该力可以克服由永磁体20施加于活动衔铁15的保持力，并且使衔铁15产生一个沿箭头31方向的运动。具体地，一旦形成一个合适的气隙，则可以中断线圈20的激励，而枢轴17借助于预压缩弹簧5拖动触点3实现线性平移，直到达到第一稳定打开位置(见图6)，在该位置时所述枢轴17由所述单个的永磁体22直接保持。
通过激励第二线圈21可以相同的方式但相反的路径精确实现与上述操作相反的操作。具体地，从图6的稳定位置开始，由线圈21产生的力可以克服由永磁体22产生的保持力，并且触发衔铁15沿箭头32方向的移动；此时同样地，线圈21可以只被持续激励形成一合适气隙所需的时间。衔铁15通过其运动使活动触点与相应的固定触点2抵靠，在这里永磁体22将所述活动件保持在第二稳定位置。此处需要着重指出的是，在开关操作中，永磁体22始终保持磁性，即其始终能产生一个磁场。
实际中已经发现，本发明的中压真空接触器完成能实现预期的目标和目的，针对公知的现有技术提供了显著的优点和改进。实际上，如上所述，接触器100具有一个机械地全面简化的整体结构——组件数量减少，并且结构方案容易安装；由于致动器10各构件的特定形状、定位以及尺寸，接触器100从电磁观点上讲也是最优化的。特别地，上述的线圈也使得接触器自身的电子部件最优化，并且可以避免采取例如使永磁体去能的复杂操作方案，取而代之地，在接触器100工作时该永磁体始终保持磁性。并且以一种较简单和更精确可靠的方式实现了执行操作的实质性改进，这特别要归功于所采用的导引装置和传递机构的特定结构。
这样构思的真空接触器容易进行在本发明概念范围内的修改和变化；例如，可以使用相同的原理而使用不同数量的极，枢轴17可以做成多个件或者单个件，或者可以在磁轭的底部使用一抗磁材料层，即与第一线圈20对应，以减小对应的气隙，等等；所有这些细节还可以由技术上等价的构件来代替。实际上，根据本领域的需要和状况，可以使用任意的材料——只要其能满足特定使用的需要，以及具有任意的尺寸。
权利要求
1.一种中压真空接触器(100)，包括为每一极设置的一个真空外壳(1)，其容纳有一个固定触点(2)和一个对应的活动触点(3)；以及致动装置，提供移动所述的活动触点(3)所需的能量，其特征在于，所述的致动装置包括一个电磁致动器(10)，该电磁致动器(10)具有一个磁轭(11)，该磁轭(11)具有一个通过至少一个第一开口(13)与外部连通的内腔(12)；至少一个容置于所述腔(12)内的线圈(20、21)；一个通过耦连装置可操作地连接至至少一个活动触点(3)的活动衔铁(15)，所述衔铁可轴向位移地安装在所述腔(12)内，衔铁的至少一端(18)从所述第一开口(13)伸出；以及至少一个永磁体(22)，所述永磁体用于将所述活动衔铁直接保持在所述固定触点和活动触点(2、3)电耦连的第一稳定位置或者所述触点电学分离的第二稳定位置，并且，设置有用于导引所述活动衔铁之运动的装置(23、24)，所述导引装置定位在所述磁轭(11)外部的至少所述第一开口(13)处。
2.如权利要求1所述的真空接触器，其特征在于，该真空接触器包括一单个的电磁致动器(10)，该电磁致动器(10)的活动衔铁(15)通过所述的耦连装置(6、7)以如下方式直接连接至所有极的所述活动触点(3)当工作时，所述耦连装置、活动衔铁(15)以及所有活动触点沿所述活动衔铁的位移轴线(30)基本同时地、且沿相同方向(31、32)线性移动。
3.如权利要求1或2所述的真空接触器，其特征在于，所述的导引装置包括至少一个第一大致平坦构件(23)，该构件具有一个适用于可操作与所述第一开口(13)相关联的通孔(25)以及用于连接到与磁轭(11)固定的支撑凸缘(28)上的耦连齿(27)。
4.如权利要求3所述的真空接触器，其特征在于，所述的磁轭(11)包括一个第二开口(14)，该开口相对于所述腔(12)与第一开口(13)相对，所述活动衔铁(15)的第二端(19)从该第二开口伸出；且所述的导引装置包括一个第二大致平坦构件(24)，该构件具有一个适用于可操作地与所述第二开口(14)相关联的通孔(26)，以及用于连接到所述支撑凸缘(28)的耦连齿(27)。
5.如权利要求4所述的真空接触器，其特征在于，所述的第一和第二平坦构件(23、24)位于所述磁轭(11)的外部，且其相应的齿(27)配合入所述支撑凸缘(28)上的相应座孔(29)，而所述的第一和第二通孔(25、26)分别与所述第一和第二开口(13、14)大致对齐。
6.如前述权利要求中一个或多个所述的真空接触器，其特征在于，所述的耦连装置包括一个梁(6)，该梁相对于所述的平移轴线(30)横向定位，所述梁(6)的一端连接至每一极的活动触点(3)，而其另一端连接至所述活动衔铁(15)。
7.如前述权利要求中一个或多个所述的真空接触器，其特征在于，所述的电磁致动器(10)包括一个第一线圈(20)和一个第二线圈(21)，该两线圈沿所述轴线(30)彼此间隔地定位在所述腔(12)内，并且环绕所述活动衔铁(15)。
8.如权利要求7所述的真空接触器，其特征在于，所述的第一和第二线圈(20、21)彼此不同。
9.如权利要求8所述的真空接触器，其特征在于，所述的第一和第二线圈(20、21)的匝数之比介于0.25和0.45之间。
10.如权利要求8或9所述的真空接触器，其特征在于，所述的第一和第二线圈(20、21)的绕线直径之比介于1.5和1.7之间。
11.如前述权利要求中一个或多个所述的真空接触器，其特征在于，其包括两个永磁体(22)，所述的永磁体与所述磁轭(11)相连，其相应的N极彼此正对，且所述活动衔铁(15)设置于其间，在工作时所述的永磁体(22)始终具有磁性。
全文摘要
一种中压真空接触器，包括为每个极设置的一个真空外壳，该外壳容置有一个固定触点和一个对应的活动触点；以及致动装置，提供移动所述活动触点所需的能量，其特征在于，所述的致动装置包括一个电磁致动器，该电磁致动器具有一个磁轭，该磁轭具有一个通过至少一个第一开口与外部连通的内腔；至少一个容置于所述腔内的线圈；一个活动衔铁，其通过耦连装置可操作地连接至至少一个活动触点，并且可轴向移位地安装在所述腔内，同时衔铁的至少一端从所述第一开口伸出；至少一个永磁体，被用于将所述活动衔铁直接保持在两个稳定位置。而且，设置有用于导引所述活动衔铁之运动的装置，其定位在所述磁轭外部，与至少所述第一开口对应。
文档编号H01H51/01GK1722333SQ20051007522
公开日2006年1月18日 申请日期2005年6月7日 优先权日2004年7月12日
发明者奥斯瓦尔多·普雷斯蒂尼, 阿尔贝托·祖拉蒂 申请人:Abb技术有限公司