一种低压真空断路器以及用于断路器的真空灭弧室的制作方法

本发明属于电力设备领域，具体涉及一种真空断路器的结构。

背景技术：

现有的真空断路器的灭弧室一般在下端滑动连接有动导电杆，操动机构与动导电杆之间用绝缘子连接实现联动，通过操动机构控制动导电杆上端的动触头与灭弧室上部的静导电杆下端的静触头闭合或分开，从而实现断路器的合闸和分闸；为了保证灭弧室内的真空度，动导电杆与灭弧室下端部之间还连接有金属波纹管，在动导电杆向下分闸时波纹管收缩，动导电杆向上合闸时波纹管伸展，在多次分合闸过程中，波纹管容易产生劳损而影响灭弧室内的真空度，直接影响灭弧效果。专利号为2009101323216的中国专利公开了一种大容量真空断路器，其通过在通电导体之间施加纵向磁场来提高断路器的关断能力，但其灭弧室仍采用了波纹管来实现密封，并没有很好解决灭弧室的密封性问题，在真空断路器分合闸次数较多后灭弧室易出现密封不良而导致的故障。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种灭弧室密封性好，使用寿命长的断路器结构。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：一种低压真空断路器，包括有底座，固定安装在底座前部上方的外壳，固定连接在所述底座后部上方的三个灭弧室；灭弧室的上端连接有进线座，灭弧室的下端连接有出线座，所述进线座、出线座朝向外壳的一端连接有绝缘子，绝缘子的另一端与外壳后端固定连接；

所述进线座、出线座朝向断路器后方的端部分别连接有铜杆，铜杆的后端部连接有梅花触头；

所述灭弧室包括有一个瓷壳，所述瓷壳包括有一个两端开口的管状的灭弧室壳体，一个位于灭弧室壳体正下方的上端封闭下端开口的操动壳体，以及一体连接在所述灭弧室壳体和操动壳体侧壁之间的两个对称设置的连接管；所述连接管的上下端为圆形的装配管口，管口上密封固定连接有封盖；所述连接管上部侧壁与灭弧室壳体侧壁之间成型有条形的上通孔，所述连接管下部侧壁与操动壳体侧壁之间成型有条形的下通孔；

所述操动壳体的下端部外周一体连接有连接圈，连接圈通过螺栓固定连接在底座上；所述操动壳体下部内壁成型有一个台阶部；

所述灭弧室壳体上端固定密封连接有上盖体，所述灭弧室壳体下端固定密封连接有下盖体；所述上盖体上固定密封连接有一个穿过上盖体的上导电杆，所述下盖体上固定密封连接有一个穿过下盖体的下导电杆；所述上导电杆下端固定连接有上触头，所述下导电杆上滑动套设有下触头组件；

所述下导电杆与出线座固定电连接，所述上导电杆与进线座固定电连接；

所述下触头组件包括有下触头以及一体连接在下触头下端的套接管，所述套接管中部位置成型有第一触头部，所述套接管的下端部成型有第二触头部，所述第一触头部和第二触头部与所述下导电杆外壁滑动配合电连接；

所述套接管外壁位于第一触头部和第二触头部之间的位置成型有瓷环配合口，所述瓷环配合口上安装有两个半圆形的隔离瓷环，隔离瓷环的两端分别一体连接有延伸部，所述隔离瓷环外套设有两个半圆形的硅钢块，两个所述硅钢块之间通过螺钉固定连接，所述硅钢块内壁成型有与隔离瓷环配合定位的瓷环配合凹口；

所述灭弧室壳体内壁位于所述上触头、下触头之间的位置的分别成型有上定位圈、下定位圈；所述灭弧室壳体内位于上定位圈、下定位圈之间的位置安装有一个屏蔽筒；所述瓷壳内位于下定位圈和硅钢块之间安装有记忆合金弹簧；

所述操动壳体上方固定连接有上磁铁，所述操动壳体内顶部固定安装有上磁轭，所述操动壳体下部的台阶部位置固定密封连接有下磁轭，所述下磁轭下方固定连接有下磁铁；所述操动壳体内位于上磁轭、下磁轭之间滑动安装有动铁芯，所述动铁芯与所述硅钢块之间通过两个设置于连接管内的连接杆固定相连；

所述操动壳体外对应动铁芯的位置安装有电磁铁线圈，电磁铁线圈与动铁芯构成一个电磁铁，且电磁铁线圈的高度小于动铁芯的高度。

作为优选：所述瓷壳采用3d打印工艺成型坯体后烧制形成。

作为优选：所述下触头与所述上触头处于合闸状态时，所述动铁芯与上磁轭之间存在0.5-2.0mm的间距。

作为优选：所述上磁轭呈圆柱形，上磁轭外壁成型有外螺纹，所述操动壳体上部内壁成型有与所述上磁轭的外螺纹相配合的内螺纹，所述内螺纹为牙高大于3.0mm的梯形螺纹。

作为优选：至少一个所述瓷壳外壁安装有温度传感器，各个温度传感器通过导线与控制器电连接；在温度传感器检测到温度高于设定值时，控制器控制电磁铁线圈通电产生与上磁铁同向的磁场。

作为优选：所述第二触头部端部成型有外翻边部，所述外翻边部端部向上延伸，每个所述外翻边部上开设有插接孔；所述套接管外位于第二触头部和瓷环配合口之间套设有记忆合金环，所述记忆合金环下端对应各个所述插接孔的位置一体连接有形变臂，每个形变臂的下端部一体连接有与所述插接孔配合插接的插接部；所述记忆合金环上位于两个所述形变臂之间的位置具有一个缝隙；所述记忆合金环夹紧在套接管外壁与隔离瓷环的延伸部之间。

作为优选：所述连接杆下端通过螺钉固定连接有下接头，所述连接杆上端通过螺钉固定连接有上接头；所述硅钢块上成型有与所述上接头配合插接的连接口，所述上接头通过螺钉固定连接在硅钢块上；所述动铁芯上端成型有两个与下接头形状相匹配的连接缺口，所述动铁芯与所述下接头之间通过螺钉固定连接。

作为优选：所述套接管上位于第一触头部和第二触头部的位置沿周向开设有等距设置的条形缝隙，每个所述第一触头部、第二触头部位于相邻的两个条形缝隙之间。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：本发明的断路器为真空断路器，本发明断路器的灭弧室中的下导电杆设计成与下盖体固定连接的形式，然后在下导电杆上端滑动套设一个下触头组件，并在下触头组件上安装硅钢块，硅钢块通过连接杆连接一个动铁芯，通过由电磁铁线圈和动铁芯构成的电磁铁与上磁铁、下磁铁配合来驱动下触头组件的上下移动，从而实现分合闸。

所述的动铁芯安装在瓷壳的操动壳体内，电磁铁线圈则安装在操动壳体外与动铁芯相对应的位置，在瓷壳内的部件装配完成后通过加热排气使瓷壳内的空间成为接近真空的状态，随后再将不耐热的永磁材料的上磁铁、下磁铁固定安装到瓷壳上的相应位置。通过这样的方式，使得分合闸过程中需要产生位移的部件全部集成到了灭弧室中，简化了真空断路器的结构，这样省去了用于密封的金属波纹管，能够确保良好的密封效果。

当线路发生短路需要分闸时由于电流过大，分闸存在困难，且短路时线路发热量大，故在灭弧室内设置记忆合金弹簧，当灭弧室内温度升高时，记忆合金弹簧产生相变（根据实际的温度值选择相变温度匹配的记忆合金弹簧），产生伸长的趋势，这样动铁芯驱动硅钢块向下移动实现分闸时，记忆合金弹簧同时产生向下的推力，确保分闸成功。

在分闸之前，为了使记忆合金弹簧伸长时下触头与上触头之间不因为接触压力过小甚至产生间隙而导致电弧出现，故通过控制器控制电磁铁线圈产生与上磁铁同向的磁场，以增大动铁芯与上磁轭之间的吸力来暂时克服记忆合金弹簧的推力，直到分闸时控制器再控制电磁铁线圈产生与上磁铁反向，与下磁铁同向的磁场进行分闸。

另外由于所述下触头组件具有两组触头部，这样在线路发生短路需要分闸时会造成较大阻力，故在第二触头部位置安装记忆合金环，在线路短路时下触头组件温度升高，记忆合金环的形变臂向外弯曲，使得第二触头部与下导电杆之间的压力减小，利于分闸时下触头组件能够以较低的摩擦阻力沿着下导电杆滑动。

通过温度传感器获取瓷壳外的温度信息，可综合电流互感器检测到的电流信息，更加准确的判断灭弧室的工作情况，在存在故障时能够及时准确地进行分闸，确保用电设备的安全运行。

所述进线座、出线座通过绝缘子固定安装在外壳上，灭弧室则通过瓷壳下端部的连接圈固定连接在底座上，各部件安装牢固稳定。

附图说明

图1、图2是本发明的结构示意图。

图3、图4是本发明主要部件的连接结构示意图。

图5是灭弧室及操动机构部分的结构示意图。

图6是灭弧室及操动机构部分的剖视结构示意图。

图7是灭弧室及操动机构部分的分解结构示意图。

图8是瓷壳的结构示意图。

图9是瓷壳的剖视结构示意图。

图10是下触头组件及下导电杆部分的结构示意图。

图11是下触头组件的结构示意图。

图12是下触头组件的剖视结构示意图。

图13是记忆合金环的结构示意图。

图14是实施例3的结构示意图。

1、底座；2、外壳；31、出线座；32、进线座；33、铜杆；34、梅花触头；

5、灭弧室；51、下导电杆；6、绝缘子；52、瓷壳；52a、灭弧室壳体；52b、连接管；52c、操动壳体；5201、下定位圈；5202、上定位圈；5203、装配管口；5204、上通孔；5205、下通孔；5206、台阶部；5207、连接圈；521、下盖体；522、上盖体；523、封盖；53、上导电杆；531、上触头；54、屏蔽筒；55、下触头组件；551、下触头；552、套接管；5521、第一触头部；5522、瓷环配合口；5523、第二触头部；5524、外翻边部；5525、插接孔；56、记忆合金弹簧；57、隔离瓷环；571、延伸部；58、硅钢块；581、瓷环配合凹口；582、连接口；59、记忆合金环；591、缝隙；592、形变臂；593、插接部；7、电磁铁线圈；71、上磁铁；72、下磁轭；73、下磁铁；74、上磁轭；75、动铁芯；751、连接缺口；76、连接杆；761、下接头；762、上接头；8、罩壳；81、罩管。

具体实施方式

实施例1

根据图1至图13所示，本实施例为一种低压真空断路器，包括有底座1，固定安装在底座前部上方的外壳2，固定连接在所述底座后部上方的三个灭弧室5；灭弧室的上端连接有进线座32，灭弧室的下端连接有出线座31，所述进线座、出线座朝向外壳的一端连接有绝缘子6，绝缘子的另一端与外壳2后端固定连接。

所述进线座、出线座朝向断路器后方的端部分别连接有铜杆33，铜杆的后端部连接有梅花触头34；

所述灭弧室包括有一个瓷壳52，所述瓷壳包括有一个两端开口的管状的灭弧室壳体52a，一个位于灭弧室壳体正下方的上端封闭下端开口的操动壳体52c，以及一体连接在所述灭弧室壳体和操动壳体侧壁之间的两个对称设置的连接管52b；所述连接管的上下端为圆形的装配管口5203，管口上密封固定连接有封盖523；所述连接管上部侧壁与灭弧室壳体侧壁之间成型有条形的上通孔5204，所述连接管下部侧壁与操动壳体侧壁之间成型有条形的下通孔5205。

所述操动壳体的下端部外周一体连接有连接圈5207，连接圈通过螺栓固定连接在底座上；所述操动壳体下部内壁成型有一个台阶部5206。

所述灭弧室壳体上端固定密封连接有上盖体522，所述灭弧室壳体下端固定密封连接有下盖体521；所述上盖体上固定密封连接有一个穿过上盖体的上导电杆53，所述下盖体上固定密封连接有一个穿过下盖体的下导电杆51；所述上导电杆下端固定连接有上触头531，所述下导电杆上滑动套设有下触头组件55。

所述下导电杆与出线座固定电连接，所述上导电杆与进线座固定电连接；

所述下触头组件包括有下触头551以及一体连接在下触头下端的套接管552，所述套接管中部位置成型有第一触头部5521，所述套接管的下端部成型有第二触头部5523，所述套接管上位于第一触头部和第二触头部的位置沿周向开设有等距设置的条形缝隙，每个所述第一触头部、第二触头部位于相邻的两个条形缝隙之间；所述第一触头部和第二触头部与所述下导电杆外壁滑动配合电连接。

所述套接管外壁位于第一触头部和第二触头部之间的位置成型有瓷环配合口5522，所述瓷环配合口上安装有两个半圆形的隔离瓷环57，隔离瓷环的两端分别一体连接有延伸部571，所述隔离瓷环外套设有两个半圆形的硅钢块58，两个所述硅钢块之间通过螺钉固定连接，所述硅钢块内壁成型有与隔离瓷环配合定位的瓷环配合凹口581。

所述第二触头部端部成型有外翻边部5524，所述外翻边部端部向上延伸，每个所述外翻边部上开设有插接孔5525；所述套接管外位于第二触头部和瓷环配合口之间套设有记忆合金环59，所述记忆合金环下端对应各个所述插接孔的位置一体连接有形变臂592，每个形变臂的下端部一体连接有与所述插接孔配合插接的插接部593；所述记忆合金环上位于两个所述形变臂之间的位置具有一个缝隙591；所述记忆合金环夹紧在套接管外壁与隔离瓷环的延伸部之间。

所述灭弧室壳体内壁位于所述上触头、下触头之间的位置的分别成型有上定位圈5202、下定位圈5201；所述灭弧室壳体内位于上定位圈、下定位圈之间的位置安装有一个屏蔽筒54；所述瓷壳内位于下定位圈和硅钢块之间安装有记忆合金弹簧56。

所述操动壳体上方固定连接有上磁铁71，所述操动壳体内顶部固定安装有上磁轭74，所述操动壳体的台阶部位置固定密封连接有下磁轭72，所述下磁轭下方固定连接有下磁铁73；所述操动壳体内位于上磁轭、下磁轭之间滑动安装有动铁芯75，所述动铁芯与所述硅钢块之间通过两个设置于连接管内的连接杆76固定相连。

所述连接杆下端通过螺钉固定连接有下接头761，所述连接杆上端通过螺钉固定连接有上接头762；所述硅钢块上成型有与所述上接头配合插接的连接口582，所述上接头通过螺钉固定连接在硅钢块上；所述动铁芯上端成型有两个与下接头形状相匹配的连接缺口751，所述动铁芯与所述下接头之间通过螺钉固定连接。

所述连接杆在装入连接管中之后再连接上接头、下接头，这样连接管的口径可做得较小，利于保证瓷壳整体的强度。在连接杆安装完成之后再安装连接管端部的各个封盖。

所述操动壳体外对应动铁芯的位置安装有电磁铁线圈7，电磁铁线圈与动铁芯构成一个电磁铁，且电磁铁线圈的高度小于动铁芯的高度。

所述电磁铁线圈与安装在外壳内的控制器通过软质导线电连接，且软质导线位于外壳外的部分为螺旋线形式。

所述瓷壳采用3d打印工艺成型坯体后烧制形成。瓷壳结构较为复杂，采用3d打印方式制作可保证较好的尺寸精度和均匀的密度，确保烧结后瓷壳的整体强度。

所述下触头与所述上触头处于合闸状态时，所述动铁芯与上磁轭之间存在0.5-2.0mm的间距。利用动铁芯与上磁轭之间的磁力对上触头、下触头之间施加一个接触压力，确保良好的导电性能。

所述上磁轭呈圆柱形，上磁轭外壁成型有外螺纹，所述操动壳体上部内壁成型有与所述上磁轭的外螺纹相配合的内螺纹，所述内螺纹为牙高大于3.0mm的梯形螺纹。上磁轭安装在操动壳体中且要持续受力，故通过螺纹连接后再使用耐热胶做进一步固定，确保安装牢固度。

所述底座后部上方固定安装有一个后方开口的后挡罩11，后挡罩上开设有供所述绝缘子穿过的通口。

至少一个所述瓷壳外壁安装有温度传感器，各个温度传感器通过导线与控制器电连接；在温度传感器检测到温度高于设定值时，控制器控制电磁铁线圈通电产生与上磁铁同向的磁场。

本发明的断路器为真空断路器，本发明断路器的灭弧室中的下导电杆设计成与下盖体固定连接的形式，然后在下导电杆上端滑动套设一个下触头组件，并在下触头组件上安装硅钢块，硅钢块通过连接杆连接一个动铁芯，通过由电磁铁线圈和动铁芯构成的电磁铁与上磁铁、下磁铁配合来驱动下触头组件的上下移动，从而实现分合闸。

所述的动铁芯安装在瓷壳的操动壳体内，电磁铁线圈则安装在操动壳体外与动铁芯相对应的位置，在瓷壳内的部件装配完成后通过加热排气使瓷壳内的空间成为接近真空的状态，随后再将不耐热的永磁材料的上磁铁、下磁铁固定安装到瓷壳上的相应位置。通过这样的方式，使得分合闸过程中需要产生位移的部件全部集成到了灭弧室中，简化了真空断路器的结构，这样省去了用于密封的金属波纹管，能够确保良好的密封效果。

当线路发生短路需要分闸时由于电流过大，分闸存在困难，且短路时线路发热量大，故在灭弧室内设置记忆合金弹簧，当灭弧室内温度升高时，记忆合金弹簧产生相变（根据实际的温度值选择相变温度匹配的记忆合金弹簧），产生伸长的趋势，这样动铁芯驱动硅钢块向下移动实现分闸时，记忆合金弹簧同时产生向下的推力，确保分闸成功。

在分闸之前，为了使记忆合金弹簧伸长时下触头与上触头之间不因为接触压力过小甚至产生间隙而导致电弧出现，故通过控制器控制电磁铁线圈产生与上磁铁同向的磁场，以增大动铁芯与上磁轭之间的吸力来暂时克服记忆合金弹簧的推力，直到分闸时控制器再控制电磁铁线圈产生与上磁铁反向，与下磁铁同向的磁场进行分闸。

另外由于所述下触头组件具有两组触头部，这样在线路发生短路需要分闸时会造成较大阻力，故在第二触头部位置安装记忆合金环，在线路短路时下触头组件温度升高，记忆合金环的形变臂向外弯曲，使得第二触头部与下导电杆之间的压力减小，利于分闸时下触头组件能够以较低的摩擦阻力沿着下导电杆滑动。

通过温度传感器获取瓷壳外的温度信息，可综合电流互感器检测到的电流信息，更加准确的判断灭弧室的工作情况，在存在故障时能够及时准确地进行分闸，确保用电设备的安全运行。

本发明的工作原理如下：断路器由分闸状态进入合闸状态时，控制器对电磁铁线圈通电，使电磁铁线圈产生与上磁铁同向、与下磁铁反向的磁场，动铁芯在上磁铁的吸力和下磁铁的斥力作用下向上移动，通过连接杆与动铁芯相连的下触头组件向上移动使下触头与上触头接触闭合，实现合闸，合闸后电磁铁线圈断电，动铁芯依靠其与上磁铁的磁力作用保持在稳定位置。若温度传感器检测到温度过高或者与控制器电连接的电流互感器检测到电流接近分闸设定值时，为了确保上触头与下触头的良好接触，控制器控制电磁铁线圈产生与上磁铁同向的磁场，增大动铁芯与上磁铁之间的吸引力，从而增大上触头与下触头之间的接触压力，减小电阻值，避免上触头、下触头过热。当温度传感器检测到温度过高或者与控制器电连接的电流互感器检测到电流达到分闸设定值时，或者控制器接收到分闸命令时，控制器控制电磁铁线圈产生与上磁铁反向，与下磁铁同向的磁场，动铁芯带动下触头组件向下移动实现分闸操作。

实施例2

本实施例与实施例1相比，还提出以下改进：在下触头组件的第二触头部与下导电杆的下端部之间连接有波纹导电管，且在波纹导电管弯折位置等距成型有开口，以增加形变能力。

由于实施例1中下触头组件滑动连接在下导电杆上，在分闸时第一触头部、第二触头部与下导电杆之间由于摩擦可能出现电火花，这样触头表面会出现损伤，不利于多次分合闸。波纹导电管在不明显产生阻力的前提下，起到分流的作用，使第一触头部、第二触头部与下导电杆之间不出现电弧，保证灭弧室的使用寿命。

实施例3

结合图14所示，本实施例与实施例1或2的不同之处在于：取消所述的绝缘子6，改为在灭弧室及进线座、出线座之外设置罩壳8，罩壳下端固定连接在底座上，所述进线座、出线座固定连接在罩壳内，且所述罩壳上对应各个铜杆的位置成型有罩住所述铜杆的罩管81。