专利名称：电磁电路中断器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用于高压直流(DC)飞行器配电系统的电磁电路中断器 (interrupter)0
背景技术：
飞行器配电中的新近发展涉及迈向使用高压DC配电系统，以便允许用于在飞行器内分配电功率的线束的重量减轻。但是，在设计飞行器配电系统时，这样的高压DC系统会引起额外的问题。例如，所用的高DC电压可导致组件寿命缩短，尤其对于用于中断来自线束的汲取功率的电路的电磁开关更是如此。这些开关优选为固态装置，因为它们的额定功率较高并且能够抵抗增加的开关电压。但是，即使是这些高功率装置也无法不受由于在设置在其中的开关接点分开以便使电路断开时由这些开关接点的电弧放电引起的接点飞溅的影响。因此，开发了各种装置和技术以试图通过缓解由储存在电路中并且一旦接点分开便导致电弧放电的感应能引起的影响来增强这些可开关的接点的寿命。例如，各种已知技术可采用常规的电磁开关以及额外的电路，该额外电路用于消耗电路的感应能以便将电磁开关本身中消耗的能量减至最少[1-3]。或者，制造了各种非常规电磁开关，它们可例如设法限制电弧的物理位置以试图将接点侵蚀减至最小[4]。但是，尽管这些技术可增强电磁开关的有用工作寿命，但是本领域中仍然需要具有进一步增强的工作寿命的高压DC电磁电路中断器，尤其当用于诸如飞行器配电系统的安全关键的应用时更是如此。
发明内容
因此，在记住与常规高压DC电磁开关装置相关联的上述缺点的同时，设计了本发明。根据本发明的一个方面，因而提供一种用于高压DC飞行器配电系统的电磁电路中断器。该电磁电路中断器包括接触机构，该接触结构可进行操作以便将第一和第二电接点分开第一预定距离持续预定时间，以便当接触机构断开时维持电弧。该接触机构还可进行操作以便在预定时间之后将第一和第二电接点分开第二预定距离，以便熄灭电弧。另外， 第一预定距离小于所述第二预定距离。该电磁电路中断器与常规装置形成对照，因为它不是设法尽可能快地大大断开接点，而是使得接点能够在相对较长的时间(例如，与以微秒计断开的现有技术的装置相比为几个毫秒)分开，以便产生电弧并使电弧维持相对较长的周期。这样做的优点是，在电磁电路中断器的接点变得足够热而熔融之前，可在预定时间周期期间消耗储存在电路中的许多感应能。随后，可进一步或完全断开接点以使电路断开，电弧熄灭，从而将任何接点飞溅减至最少或基本上消除任何接点飞溅。因此，尽管电磁电路中断器的总的开关时间比常规装置有所增加，但是接点的工作寿命和可靠性可大大增强。
现在将结合附图描述本发明的各个方面和实施例，附图中图IA示出根据本发明的各种实施例处于闭合接点位置的高压直流(DC)飞行器配电系统的电磁电路中断器；图IB示出处于中间断开接点位置的图IA中的电磁电路中断器；图IC示出处于完全断开的接点位置的图IA中的电磁电路中断器；图2示出低压DC电路中断的时间I-V曲线；图3示出低压电弧的I-V特性曲线图；以及图4示出通过操作本发明的各个实施例提供的各种高压电弧电压波形。
具体实施例方式图IA示出根据本发明的各种实施例处于闭合接点位置的高压直流(DC)飞行器配电系统的电磁电路中断器100。电磁电路中断器100包括气密地密封在外壳110中的第一电接点120和第二电接点130。第一和第二电接点120、130可在外壳110内通过启动接触机构102而在闭合位置、 中间断开接点位置和完全断开接点位置之间移动。图1A-1C中分别示出这三个位置。外壳 110可包含填充气体。在各种实施例中，填充气体可包括干空气、氮、氩、氖、氪等中的一种或多种。在各种优选实施例中，可使用氮气或另一种惰性气体或气体混合物。第一电接点120形成有导电凸出部分122，凸出部分122可由与第一电接点120的主体相同的材料制成。或者，凸出部分122可由与第一电接点120的主体的材料不同的材料(例如，金属)形成。类似地，第二电接点130形成有导电凸出部分132，凸出部分132可由与第二电接点130的主体相同的材料制成。或者，凸出部分132可由与第二电接点130 的主体的材料不同的材料(例如，金属)形成。凸出部分122、132的表面可成某种形状或基本上平坦。在图IA所示的闭合接点位置，取决于它们的相应形状，凸出部分122、132彼此邻接或嵌合在一起，以便在第一与第二电接点120、130之间形成低电阻电连接。图IB示出处于中间断开接点位置的电磁电路中断器100。在中间断开接点位置， 接触机构102将凸出部分122、132的表面分开第一预定距离Cl1持续预定时间τ。用于为本发明的实施例确定第一预定距离Cl1和预定时间τ的各种方法将在下文进一步论述。当在第一与第二电接点120、130之间具有高压DC电势差时，在基本上等于预定时间τ的整个持续时间的周期在凸出部分122、132之间维持电弧150。电弧150的作用就像是电路中的电阻器一样，并且将储存的感应能作为造成邻近电接点120、130的温度上升的热能消耗掉。在常规装置中接点快速地(例如，μ S级)完全间隙断开的情况下，电弧可使接点发热(通过电阻式1 发热)。该温度上升足以造成飞溅和电弧的间歇式再触发，直到消耗掉足够的感应能而使这个过程停止。但是，通过选择预定时间τ和第一预定距离Cl1以确保将电接点120、130的温度上升限制在用于形成它们的材料的熔融温度以下，可将飞溅减至最少并增加电磁电路中断器100的工作寿命。所选择的各种参数取决于电磁开关的确切电流、电压和额定功率、所使用的填充气体以及接点材料，因此第一预定距离Cl1、第二预定距离(12和预定时间τ根据所使用的特定实施例而改变。可运用于确定是否将发生高压电弧放电和/或确定各种距离参数的一个技术涉及为特定电磁电路中断器100实施例寻找I^aschen电压。对于平行导电板，Paschen发现，击穿电压Vb (伏特)可通过下式描述
权利要求
1.一种用于高压直流(DC)飞行器配电系统的电磁电路中断器，包括接触机构，其可进行操作以便将第一和第二电接点分开第一预定距离持续预定时间， 以便当所述接触机构断开时维持电弧；其中所述接触机构还可进行操作以便在所述预定时间之后将所述第一和第二电接点分开第二预定距离，以便熄灭所述电弧；并且其中所述第一预定距离小于所述第二预定距离。
2.如权利要求1所述的电磁电路中断器，其中所述第一预定距离定义为=Cl1=Hi.λ，其中m是预定因子，而λ是等于所述第一和第二电接点之间的一个电子平均自由行程的DC 低压电弧间隙。
3.如前述任一权利要求所述的电磁电路中断器，其中所述第二预定距离等于等同额定值的常规电磁电路断电器的常规间隙距离。
4.如前述任一权利要求所述的电磁电路中断器，其中确定所述预定时间以使得< Tmeltmin，其中Tarc是由所述电弧生成的温度，而Tnreltmin是用于制造所述第一和第二电接点的材料的最低熔融温度。
5.如前述任一权利要求所述的电磁电路中断器，其中所述预定时间为约ImS到约 15mS。
6.如权利要求5所述的电磁电路中断器，其中所述预定时间为约5mS到约8mS。
7.一种用于飞行器的高压DC电源系统，包括 用于在机体内分配电功率的线束；电连接到所述线束的至少一个电负载； 电连接到所述线束的高压DC电源；电连接在所述线束与相应电负载之间的根据前述任一权利要求所述的电磁电路中断器，所述电磁电路中断器可进行操作以便将所述相应电负载从所述线束断开。
8.如权利要求7所述的高压DC电源系统，其中所述高压DC电源在大于所述电磁电路中断器的I^aschen电压的电压下工作。
9.一种操作电磁电路中断器的方法，所述电磁电路中断器具有可通过操作接触机构分开的第一和第二电接点，所述方法包括将所述第一和第二电接点分开第一预定距离持续预定时间，以便当所述接触机构断开时维持电弧；以及在所述预定时间之后将所述第一和第二电接点分开第二预定距离，以便熄灭所述电弧，所述第一预定距离小于所述第二预定距离。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述预定时间为约ImS到约15mS。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述预定时间为约5mS到约8mS。
12.—种基本上如上文参考附图所描述的电磁电路中断器。
13.一种操作基本上如上文参考附图所描述的电磁电路中断器的方法。
全文摘要
本发明提供一种用于高压直流(DC)飞行器配电系统的电磁电路中断器100。电磁电路中断器100包括接触机构102，接触结构102可进行操作以便将第一和第二电接点120、130分开第一预定距离d1持续预定时间τ，以便当接触机构102断开时维持电弧150。接触机构102还可进行操作以便在预定时间τ之后将第一和第二电接点120、130分开第二预定距离d2，以便熄灭电弧150。第一预定距离d1小于所述第二预定距离d2。通过在相对较长的时间周期故意地维持电弧150，本发明对于延长接点120、130的工作寿命、从而延长电磁电路中断器100本身的工作寿命尤其有用。
文档编号H01H9/20GK102262967SQ20111014973
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者A·施普利 申请人:通用电气航空系统有限公司