专利名称：触头组件和包括该触头组件的断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种触头组件，尤其是用于断路器中的插入式触头组件。另外，本发明还涉及包括这种触头组件的断路器。
背景技术：
断路器是一种广泛使用的电气设备，其可以在电气线路出现过载、短路等情况下自动断开线路，由此避免造成大的事故。断路器通常包括静触头和动触头构成的触头组件，在正常工作情况下，静触头和动触头相互接合由此导通线路，而在出现线路故障时，动触头动作而离开静触头，由此断开线路。在中压或高压大功率断路器中，由于线路中的电流较大，在动触头和静触头分离时，会产生大的电弧。因此，有必要采取措施来抑制电弧的产生或者熄灭电弧。在欧洲专利申请公开第EP2251885A1中，公开了一种抑制电弧产生的方案。如图1和2所示，在静触头I和动触头2之间设置有电阻器3，在正常工作情况下，静触头I和动触头2接触，由此导通线路。而在出现故障时，动触头2在与电阻器3保持相接触的同时，例如，在动触头2沿着动触头2和电阻器3之间的交界面4移动的同时，远离静触头I移动，由此，使得在静触头I和动触头2之间的电流逐渐减小至零，抑制了由于静触头I和动触头2突然断开而在二者之间产生剧烈的电弧。但是，上述专利申请仅仅提出了一个概念，而没有提出能够供实施的具体结构，并且在上述专利申请中，由于动触头2沿着交界面4移动，因此，电流将主要穿过电阻器的表面，进而导致很大的温度梯度，而且由于电阻利用效率低，在交界面4处的温度升高，会远高于体电阻电阻器，并甚至升高到损坏电阻器3的程度，因此，这个概念还有待完善。
发明内容
本发明是在上述现有技术中的改进，并且提供了一种能够有效实施并能够抑制电阻器的温度升高的触头。根据本发明的一个方面，提供了一种触头组件，其包括相互可接合和可脱开的动触头和静触头，在所述动触头和静触头中的至少一个上设置有电阻器部分，以在所述动触头和静触头脱开过程中的脱开开始阶段内，电流经所述电阻器部分在所述动触头和静触头之间流过，所述电阻器部分设置成使得在所述脱开开始阶段内电流在所述电阻器部分的整个体积上流动。利用本发明，在动触头和静触头脱开的过程中，在脱开开始阶段，电流并不立即中断，而是经电阻器部分在动触头的触头部分之间流动，并逐渐断开，从而抑制了电弧的产生，并逐渐减小后断开，从而降低了开断电弧的能量。另外，通过使得电流在电阻器部分的整个体积上流动，提高了电阻使用效率，抑制了电阻器部分的温度升高。优选的是，在所述阶段内，所述动触头和静触头分别与所述电阻器部分的两个在体积上相对的面电接触。
根据本发明的一个优选实施方式，所述电阻器部分为截面为环形的圆筒形，设置有所述电阻器部分的所述至少一个触头与所述圆筒形电阻器部分的内周面电接触，而所述另一触头在所述脱开开始阶段与所述电阻器部分的外周面电接触。所述至少一个触头为静触头，包括圆柱形的触头部分，所述电阻器部分设置在所述触头部分的前侧，该触头部分在前端还设置有小直径的突起，该小直径突起插入到所述电阻器部分的中心孔中以与所述电阻器部分的内周面电接触。所述触头部分可以与所述电阻器部分的外径相同或者所述电阻器部分可以为带有中心孔圆台形状。可选的是，在所述电阻器部分的前端上还设置有端盖，并优选的是，所述端盖由金属制成。由此，可以保护所述电阻器免受电弧的损坏。所述电阻器部分通过金属化、熔接、焊接、粘接、螺纹连接固定到所述触头部分上。在电阻器部分设置在静触头的情况下，该动触头可以包括圆筒形的触头部分，在触头组件接合时，该圆筒形的触头部分罩在所述圆柱形的触头部分的外侧并与之电连接，在所述脱开开始阶段，所述圆筒形的触头部分远离所述圆柱形触头部分滑动，并与所述电阻器部分的外周面电接触。所述动触头还包括支撑所述圆筒形触头部分并且将整个动触头与操动机构相连接的触头管、罩在触头部分外周侧的屏蔽支撑部以及设置在屏蔽支撑部前端的屏蔽件。所述圆筒形的触头部分有多个径向向内偏压的条形弹簧片构成。由此，使得动触头的触头部分压接触所述静触头的触头部分或电阻器部分，提高了电接触的可靠性。根据本发明的另一实施方式，所述电阻器部分为截面为环形的圆筒形，设置有所述电阻器部分的所述至少一个触头与所述圆筒形电阻器部分的外周面电接触，而所述另一触头在所述脱开开始阶段与所述电阻器部分的内周面电接触。在电阻器部分可以设置在动触头上，包括圆筒形的触头部分，所述电阻器部分设置在该触头部分的前侧上，并且所述触头部分包括向前延伸并与所述电阻器部分的外周面电接触的突起部分。在电阻器部分设置在动触头的情况下，静触头可以包括圆柱形的触头部分，在所述触头组件接合时，所述静触头的触头部分插入到所述动触头的圆筒形触头部分内并与之电接触，而在所述脱开开始阶段内，所述动触头背离所述静触头移动，使得所述静触头的触头部分与所述电阻器部分的内周面接触。所述静触头的触头部分可以由多个径向向外偏压的弹簧金属片构成，以提高电接触的可靠性。所述电阻器部分通过金属化、熔接、焊接、粘接、螺纹连接固定到所述触头部分上。根据本发明的另一方面，上述触头组件作为插入式触头组件。根据本发明的再一方面，提供了一种包括上述触头组件或插入式触头组件的断路器。
本发明的上述各个方面、优点和工业及技术上的重要性将通过下面参照附图对本发明优选实施方式的详细描述而变得更清楚，附图中:图1和2是示出现有技术中用于抑制电弧产生的触头组件的示意图3是根据本发明的一个优选实施方式的插入式触头组件的透视图；图4A和4B是图3所示的插入式触头组件中的静触头的透视图和分解视图；图5A和5B是图3所示的插入式触头组件中的的动触头的透视图和分解视图；图6是示出插入式触头组件在闭合状态下的纵向截面图；图7是示出在插入式触头组件断开过程中的纵向截面图；图8是示出在分离状态下所述插入式触头组件的纵向截面图；以及图9是示出图3所示的插入式触头组件中静触头的电阻器部分的电流密度分布仿真模拟图；以及图10是示出图3所示的插入式触头组件中静触头的电阻器部分的温度分布的仿真模拟图。
具体实施例方式下面，参照附图3-8，详细描述根据本发明优选实施方式的插入式触头组件100。在下面的描述中以及在所附的权利要求中，将两个触头要彼此接合的一端、一侧或部分称为前端、前侧或前部，并且指向相配合的触头的方向称为向前方向，相应的将相对的一端、一侧或部分称为后端、后侧或后部，背离相配合的触头的一端称为向后方向。图3示出了根据本发明优选实施方式的插入式触头组件100。如图3所示，该插入式触头组件100包括静触头20和动触头30。如图4A和4B所示，静触头20包括触头部分21、电阻器部分22和端盖23。所述触头部分21包括大致为圆柱形的主体211和在该圆柱形主体211的前端延伸出的突起部分212，该突起部分212的直径小于该圆柱形主体211的直径，并且优选的与圆柱形主体211同轴。触头部分由金属制成，尤其是导电性优异的金属，如铜、钢等制成，并且为了减轻重量可以形成为中空的。在触头部分21的后端形成有孔211，用于与支撑和固定静触头20的支撑结构(未示出)相连接。在触头部分的主体211的前端设置有电阻器部分22，如图4B所示，该电阻器部分22由一片或多片圆柱形电阻器221同轴并排叠置构成，该电阻器221通常由ΒΝ/ Β2陶瓷或者粘土 /碳黑陶瓷制成，并且形成为具有中心孔的圆环形状。该电阻器部分22借助于其中心孔套在触头部分21的小直径的突起部分212上，并且其中心孔的内周面与该小直径的突起部分212形成接触，或者可以通过金属化、粘接等工艺使得电阻器部分22的内周面与该触头部分21的小直径突起部分212的外周面电连接。该电阻器部分22可以通过多种方式固定于所述触头部分21上。如图4A和4B所示，在所述电阻器部分22的前端上设置有通常由金属制成的端盖23，该端盖23可以为圆环形。通过利用金属制成的端盖，可以保护陶瓷的电阻器部分22免受电弧的损坏。另外，所述电阻器部分22可以通过上述金属化、熔接、螺纹连接等方法固定到触头部分21上。如图5A和5B所不，动触头30大致为圆筒状，并且在其后纟而，即，远尚静触头20 —端包括触头管31，以用于将动触头30固定到动触头的操动机构(未示出)上。另外，动触头30还包括圆筒形的触头部分32、罩在触头部分32外侧的屏蔽支撑部33以及设置在屏蔽支撑部33前端的屏蔽件34。其 中触头部分32、屏蔽支撑部33和屏蔽件34，例如通过凸缘和螺栓固定到触头管31上。(在此加入例如意思为并不局限于这样一种方式，这种方式仅仅是一个例子)触头部分32为圆筒状并由多条弹性金属片拼合而成，以在与静触头20接合时，弹性金属片构成的该触头部分32围绕静触头20的触头部分21的外圆周压在静触头20的触头部分21上，以形成电接触。所述屏蔽支撑件33用于支撑屏蔽件34并且用于使得触头的电压均匀。屏蔽件34用于保护触头部分32的前端在与静触头20接合时免受损坏。屏蔽件34起到保护触头部分32，降低分断过程中产生的电弧对触头部分32的损伤。下面参照图6-8，描述根据本发明的插入式触头组件的工作。如图6所示，在正常闭合状态下，动触头30接合在静触头20的外周侧，并且动触头30的触头部分32压在静触头20的触头部分21 (如上面所描述的，触头部分21即为触头金属部分)外圆周上并与之电接触，由此构成导通状态。要指出的是，图6中箭头表示电流的大致流向，此时，电阻器部分22并未介入电流流动路径中，即，电流未流经电阻器部分22，电阻器部分22未起作用。如图7所示，在出现过载、短路等故障时，动触头30在操动机构的控制下与静触头20分离，在从脱开开始的一个阶段内(也称为脱开开始阶段)，动触头30的触头部分32与静触头20的触头部分21分离开，但是此时，设置在静触头20的触头部分21的前端的电阻器部分22与动触头30的触头部分32接触，由此，如图7中箭头所示，此时电流将通过静触头20的触头部分21与电阻器22的接触面流入电阻器22，接触面既包括静触头20的触头金属部分21的小直径突起与电阻器22内表面的接触面，同时也包括静触头20的触头金属部分21的小直径突起底部到大直径圆柱侧面间的部分与电阻器22顶部的接触面，并通过电阻器22与动触头30的触头部分32的接触部分流入动触头30。并且如图8所示，随着动触头30和静触头20完全断开，实现动触头30和静触头的物理分断，由于物理断开前电流已经降低到一个非常小的数值，从而极大的降低了开断电弧的能量，使得分断的难度极大降低。另外，要指出的是，如图7中的箭头所示，电流不仅仅在电阻器部分22的表面上流过，而且还在电阻器部分22的整个体积上流过，有效提高了电阻器的使用效率，避免了电阻器温度过高以及过大的温度梯度。图9是示出电阻器部分22的电流密度的仿真模拟图。从图9可以看出，在动触头30和静触头20断开过程中，在电阻器部分22的整个体积上的电流密度基本上均匀分布，并且随着动触头30的滑动，电流逐步减小。由此证明了电流在电阻器部分22的整个体积上流过，由此，防止了在现有技术中电流仅流经电阻器部分的表面而造成的过热以及温度分布梯度过大等问题。参照图10，图10示出了一个示例性插入式触头组件中的静触头中的电阻器部分22的温度分布的仿真模拟图，该仿真模拟是在如下条件下进行的，即:电压:24kV、电流20kA、电阻器部分为40mm厚，电阻器部分22的内径(中心孔直径)为26mm,外径为57mm。从图9可以看出，电阻器部分22中的理论最高温度是1046摄氏度，低于通常电阻器的1500摄氏度的临界值，由此，可以保证电阻器部分不会由于过热而受到损坏。另外，通过选择电阻器部分22的材料，也可以进一步降低温度。另外，为了进一步降低所述触头的温度，还可以提供冷却系统。根据本发明，提供了一种实用的带有电阻器的插入式触头组件的结构，该插入式触头组件可以极大降低在动触头和静触头分离过程中产生电弧的能量，并且可以防止插入式触头中的电阻器过热。尽管上面参照附图详细描述了根据本发明的优选实施方式，但是，本发明并不局限于此。例如，动触头可以设置成圆柱形，而静触头形成为圆筒状。另外，电阻器部分也可以设置在圆筒状动触头上，由此，电阻器部分也为圆筒状，以便在其内周表面与静触头的触头部分相接触，并且同时，该圆筒状动触头的触头部分还设置有突出部分，以与圆筒状的电阻器部分的外周表面相接触，由此，在动触头和静触头断开过程中，可以保证电流在电阻器部分的整个体积上流过。另外，电阻器部分可以分别设置在动触头和静触头二者上，并且结构相应地被设计成使得在动触头和静触头断开过程中，电流在电阻器的整个体积上流过。另夕卜，尽管在上面的优选实施方式中，电阻器部分采用具有中心孔的圆柱形构型，但是也可以采用其它构型，如带有特定角度的圆台形，以利于动触头和静触头之间的接合。另外，尽管在上面的优选实施方式中，本发明应用于插入式触头组件中，其中静触头为圆柱形，而动触头为圆筒形，但是，本发明也可以应用于其它形式的触头组件中，只要保证在动触头和静触头的脱开开始阶段中，电流在设置于动触头和/或静触头上的电阻器部分的整个体积上流动即可。并且更具体地说，在该脱开开始阶段，所述动触头和静触头分别与电阻器部分的体积上的两个相对面电接触，以保证电流在电阻器部分的整个体积上流动。所述体积上相对的面是指如果这两个面分别被设置不同极性的电荷，那么这两个面产生的电场的电力线能够基本上包括电阻器部分的整个体积。例如，在电阻器部分为圆柱形的情况下，可以为圆柱形的两个端面；在电阻器部分为环形截面的柱形时，可以为两个相对的端面或者内周面和外周面；如果电阻器部分为六面体形状时，为两个相对的面等。因此，本发明的范围并不仅局限于上述说明书中描述的具体实施方式
，而是本领域技术人员鉴于在此的教导可以作出各种改进、变型和替换，而这些改进、变型和替换都应落入本发明涵盖的范围内，因此，本发明的范围仅由所附权利要求书及其等价物限定。
权利要求
1.一种触头组件，包括相互可接合和脱开的动触头和静触头，在所述动触头和静触头中的至少一个上设置有电阻器部分，以在所述动触头和静触头脱开过程中的脱开开始阶段内，电流经所述电阻器部分在所述动触头和静触头之间流过，其特征在于，所述电阻器部分设置成使得在所述脱开开始阶段内电流在所述电阻器部分的整个体积上流动。
2.如权利要求1所述的触头组件，其特征在于，在所述脱开开始阶段内，所述动触头和静触头分别与所述电阻器部分的两个在体积上相对的面电接触。
3.如权利要求2所述的触头组件，其特征在于，所述电阻器部分为截面为环形的圆筒形，设置有所述电阻器部分的所述至少一个触头与所述圆筒形电阻器部分的内周面电接触，而所述另一触头在所述脱开开始阶段与所述电阻器部分的外周面电接触。
4.如权利要求3所述的触头组件，其特征在于，所述至少一个触头为静触头，包括圆柱形的触头部分，所述电阻器部分设置在所述触头部分的前侧，该触头部分在前端还设置有突起部分，该突起部分插入到所述电阻器部分的中心孔中以与所述电阻器部分的内周面电接触。
5.如权利要求4所述的触头组件，其特征在于，所述突起部分与所述触头部分为同轴的。
6.如权利要求5所述的触头组件，其特征在于，所述触头部分与所述电阻器部分的外径相同。
7.如权利要求6所述的触头组件，其特征在于，所述电阻器部分的前端上还设置有端盖。
8.如权利要求7所述的触头组件，其特征在于，所述端盖由金属制成。
9.如权利要求1至8中任一项所述的触头组件，其特征在于，所述电阻器由ΒΝ/ Β2陶瓷或者粘土/碳黑陶瓷制成。
10.如权利要求3至8中任一项所述的触头组件，其特征在于，所述电阻器部分通过金属化、熔接、焊接、粘接、螺纹连接固定到所述触头部分上。
11.如权利要求4至8中任一项所述的触头组件，其特征在于，所述另一触头为动触头，该动触头包括圆筒形的触头部分，在所述触头组件接合时，该圆筒形的触头部分罩在所述静触头的触头部分的外侧并与之电连接，在所述脱开开始阶段，所述圆筒形的触头部分远离所述圆柱形触头部分移动，并与所述电阻器部分的外周面电接触。
12.如权利要求11所述的触头组件，其特征在于，所述动触头还包括支撑所述圆筒形触头部分并且将整个动触头与操动机构相连接的触头管、罩在触头部分外周侧的屏蔽支撑部以及设置在屏蔽支撑部前端的屏蔽件。
13.如权利要求12所述的触头组件，其特征在于，所述圆筒形的触头部分由多个径向向内偏压的条形弹簧金属片构成。
14.如权利要求2所述的触头组件，其特征在于，所述电阻器部分为截面为环形的圆筒形，设置有所述电阻器部分的所述至少一个触头与所述圆筒形电阻器部分的外周面电接触，而所述另一触头在所述脱开开始阶段与所述电阻器部分的内周面电接触。
15.如权利要求14所述的触头组件，其特征在于，所述至少一个触头为动触头，包括圆筒形的触头部分，所述电阻器部分设置在该触头部分的前侧上，并且所述触头部分包括向前延伸并与所述电阻器部分的外周面电接触的突起部分。
16.如权利要求15所述的触头组件，其特征在于，所述另一触头为静触头，包括圆柱形的触头部分，在所述触头组件接合时，所述静触头的触头部分插入到所述动触头的圆筒形触头部分内并与之电接触，而在所述脱开开始阶段内，所述动触头远离所述静触头移动，使得所述静触头的触头部分与所述电阻器部分的内周面接触。
17.如权利要求14至16中任一项所述的触头组件，其特征在于，所述电阻器由BN/Τ Β2陶瓷或者粘土 /碳黑陶瓷制成。
18.如权利要求14至16中任一项所述的触头组件，其特征在于，所述电阻器部分通过金属化、熔接、焊接、粘接、螺纹连接固定到所述触头部分上。
19.如权利要求1至8和12至16中任一项所述的触头组件，其特征在于，所述触头组件为插入式触头组件。
20.一种断路 器，包括如权利要求1至18中任一项所述的触头组件或如权利要求19所述的插入式触头组件。
全文摘要
本发明公开了一种触头组件和包括触头组件的断路器。所述触头组件包括相互可接合和可脱开的动触头和静触头，在所述动触头和静触头中的至少一个上设置有电阻器部分，以在所述动触头和静触头脱开过程中的脱开开始阶段内，电流经所述电阻器部分在所述动触头和静触头之间流过，其特征在于，所述电阻器部分设置成使得在所述脱开开始阶段内电流在所述电阻器部分的整个体积上流动。利用本发明，在动触头和静触头脱开的过程中，在脱开开始阶段，电流首先经电阻器部分在动触头的触头部分之间流动，并逐渐减小，从而减小了开断电弧的能量。
文档编号H01H9/42GK103117180SQ201110362879
公开日2013年5月22日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者王云涛, 张雪飞, 李宁, 丹尼尔.皮科兹 申请人:施耐德电器工业公司