高速开关的制作方法

本发明涉及一种高速开关，用于高压直流断路器的高速开关，属于高压输变电断路器技术领域。

背景技术：

随着直流传输电网的兴起，高压直流断路器对直流电的承载和开断显得格外重要。然而，直流电传输不存在自然过零点。因此，直流开断比有过零点的交流开断困难得多。这就要求负责直流开断的高速开关需具备更高速的开断能力，通常开断时间在毫秒级。由于开断时间过快，分、合闸的冲击影响着高速开关的使用寿命。

现有高速开关的寿命一般设置在几百次，一方面是灭弧单元中的动触头与静触头之间较大的合闸冲击力导致动、静触头墩粗，容易出现合闸接触不良，同时也影响分闸灭弧的性能；另一方面是斥力机构中的斥力金属盘与分、合闸线圈的长时间撞击容易导致零件损坏，进一步的降低高速开关的使用寿命。

例如，申请号cn201310007542.7提出的高速开关，斥力金属盘在高速情况下会与分、合闸线圈撞击，导致斥力金属盘或分、合闸线圈容易损坏，影响寿命，同时无法实现可靠合闸或分闸；另外，动、静触头在高速合闸冲击下容易出现墩粗，进而无法保证可靠接触，从而导致合闸主回路不导通影响可靠合闸。

例如，申请号cn201410341012.0提出的非对称斥力机构，可动斥力线圈与第一固定斥力线圈仍会刚性碰撞，线圈容易损坏，影响寿命；可动线圈的接头通流较大，线径较粗，在高速分合闸的反复弯曲下容易断裂或损坏，同时在高速分闸时可动线圈的接头还携带有高电压，容易触碰到其他金属零件，存在较大的安全隐患，具体实施的可行性不高。

因此，如何提供一种高速开关，既能够保证安全、可靠的分合闸性能，又能够延长高速开关的寿命，成为本领域技术人员急需解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高速开关，既能够保证安全、可靠的分合闸性能，又能够延长高速开关的寿命。

本发明提供的技术方案如下：

一种高速开关，包括：

机架；

灭弧单元，其安装在所述机架内，且由上至下设置的静触头和动触头组成；

合闸缓冲单元，其与所述动触头的下端连接，用于为所述动触头提供接触力；

斥力机构单元，其与所述合闸缓冲单元的下端连接，且由上至下依次包括合闸限位结构、分闸线圈、斥力金属盘，以及合闸线圈和分闸限位结构，所述合闸限位结构和所述分闸限位结构用于限定所述斥力金属盘的运动位置；

分闸缓冲单元，其设置在所述斥力机构单元下方，用于对所述斥力机构单元进行缓冲。

优选地，所述合闸缓冲单元包括第一连杆，所述第一连杆的顶端与所述动触头的底端连接，所述第一连杆的底部外侧套设一第二连杆；

所述第一连杆的侧壁上开有腰型孔，所述第二连杆的侧壁上开有通孔，所述第一连杆和所述第二连杆通过一圆柱销贯穿所述通孔和所述腰型孔进行连接；

所述第一连杆上还套设一缓冲弹簧，所述缓冲弹簧卡设在所述第一连杆顶端与所述圆柱销之间。

优选地，所述斥力机构单元还包括一长连杆，所述长连杆依次贯穿所述分闸线圈、所述斥力金属盘，以及所述合闸线圈，且所述长连杆截面中部直径大于下部和上部，截面中部两侧分别形成第一肩部和第二肩部。

优选地所述合闸限位结构包括一合闸限位板，所述第一长连杆贯穿所述合闸限位板；

所述分闸限位结构包括一分闸限位板，所述第一长连杆贯穿所述分闸限位板；

合闸状态下，所述合闸限位板支撑于所述第一肩部上，使其所述斥力金属盘与所述分闸线圈留有一定的第一间隙；

分闸状态下，所述分闸限位板抵接于所述第二肩部上，使其所述斥力金属盘与所述合闸线圈留有一定的第二间隙。

优选地，所述长连杆上还贯穿一碟簧，所述碟簧位于所述合闸限位板与所述合闸线圈之间，且与所述机架固定连接。

优选地，所述静触头、所述合闸限位板、所述分闸线圈、所述合闸线圈，以及所述分闸限位板和所述分闸缓冲单元均与所述机架固定连接。

优选地，所述合闸缓冲单元的缓冲力小于所述碟簧的弹力。

进一步优选地，所述分闸缓冲单元为气动缓冲器或液压缓冲器中的一种。

进一步优选地，所述合闸缓冲单元的缓冲力与所述静触头和所述动触头之间的接触力相等。

本发明提供的一种高速开关，能够带来以下至少一种有益效果：

1)本发明中通过设置的合闸缓冲单元，由于动、静触头在合闸过程的作用力由合闸缓冲单元提供，在保证合闸缓冲单元中的缓冲弹簧弹力与动、静触头要求的接触力相等的情况下，能够有效地避免较大冲击力带来的触头墩粗，有效地提高安全、可靠的分、合闸性能。

2)本发明中设置的合闸限位结构，能够在动、静触头合闸过程中，通过分闸线圈与机架固定，以及斥力金属盘与可运动的长连杆固定的情况下，利用第一肩部对合闸限位板的支撑，使其斥力金属盘与分闸线圈留有一定的第一间隙；同时通过设置的分闸限位结构，能够在动、静触头分闸过程中，通过合闸线圈与机架固定，以及斥力金属盘与可运动的长连杆固定的情况下，通过第二肩部对分闸限位板的抵接，使其斥力金属盘与合闸线圈留有一定的第二间隙。有效地避免了斥力金属盘与分、合闸线圈直接撞击，影响分、合闸线圈的使用寿命，提高了整个开关的机械寿命。

3)本发明中由于分、合闸限位结构中的分闸限位板和合闸限位板均与机架固定连接，同时斥力金属盘与长连杆固定连接，这样在运动时，可以有限地限定了斥力金属盘的运动位置，避免出现因动、静触头墩粗而导致第一间隙和第二间隙，及电压发生变化，有效地保证了多次分、合闸时第一间隙和第二间隙大小的一致性，同时避免出现分、合线圈接头的运动断裂和带高压电运动，提高了整个高速开关的使用寿命和使用的安全性。

4)本发明通过在长连杆上设置的碟簧，将碟簧的弹力设置成大于合闸缓冲单元的缓冲力的基础上，能够保证合闸时作用力一直朝着合闸方向，进而能够保证合闸的安全性和可靠性。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对高速开关的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本发明的高速开关中静触头和动触头刚合闸时的结构示意图；

图2为本发明的高速开关中静触头和动触头完全合闸时的结构示意图；

图3为本发明的高速开关中静触头和动触头分闸时的结构示意图；

图4为本发明的高速开关中长连杆的结构示意图；

图5为本发明的高速开关中第一连杆的结构示意图。

附图标号说明：

1-静触头；2-动触头；3-第一连杆；3.1-腰型孔；4-缓冲弹簧；5-圆柱销；6-第二连杆；7-长连杆；7.1-第一肩部；7.2-第二肩部；8-合闸限位板；9-碟簧；10-分闸线圈；11-斥力金属盘；12-合闸线圈；13-分闸限位板；14-分闸缓冲单元。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构，其中，图1-3中零部件侧边绘制的倾斜线表明该结构为静止件，反之为运动件。

在本发明的实施中，参看图1-3所示，高速开关包括机架(图中为标示)；灭弧单元，其安装在机架内，且由上至下设置的静触头1和动触头2组成，其静触头1与机架固定连接形成；合闸缓冲单元，其与动触头2的下端连接，用于为动触头2提供接触力；斥力机构单元，其与合闸缓冲单元的下端连接，且由上至下依次包括合闸限位结构、分闸线圈10、斥力金属盘11，以及合闸线圈12和分闸限位结构，合闸限位结构和分闸限位结构用于限定斥力金属盘11的运动位置(即图中所示的上下距离)；分闸缓冲单元14，其设置在斥力机构单元下方，用于对斥力机构单元进行缓冲。

当然在实际使用时，静触头1和动触头2设置在一壳体内，同时将壳体与机架进行固定连接，这样有效地限定动触头2的运动方向，避免在与静触头1接触时发生水平方向上的偏移。其中，需说明的是，设置的分闸缓冲单元14可以为气动缓冲器或液压缓冲器中的一种。

在本发明的实施例中，参看图1-3所示，设置的合闸缓冲单元包括第一连杆3，具体的将第一连杆3的顶端(即顶面)与动触头2的底端连接(两者可一体成型)，同时在第一连杆3的底部外侧套设一第二连杆6，而第一连杆3和第二连杆6进一步的通过一圆柱销5进行连接。具体参看图5所示，在第一连杆3的侧壁上开设一腰型孔3.1，同时在第二连杆6的侧壁上开设一通孔(图中未标示)，圆柱销5动进通孔贯穿腰型孔3.1，实现两连杆的连接，当然圆柱销5贯穿腰型孔3.1后可以与第二连杆6的侧壁进行固定连接均可。该设置的方式主要是满足圆柱销5能够在腰型孔3.1中做运动(即图中为上下运动)，通过圆柱销5在腰型孔3.1中的运动实现对套设在第一连杆3上的缓冲弹簧4位置的限定，进而能够保证合闸缓冲单元的缓冲力(即合闸缓冲单元对动触头2的触动力)与静触头1和动触头2之间的接触力相等，有效地避免缓冲力过大带来的触头墩粗，或缓冲力过小带来的两触头未完全合闸问题。

在本发明的实施例中，应说明的是为方便限定缓冲弹簧4的位置，将第一连杆3设置成t型结构，使得缓冲弹簧4卡设在t型结构的第一连杆3的横杆与圆柱销5之间，当然在其他实施例中第一连杆3杆的结构可以根据实际需求做合理的设置，仅需保证缓冲弹簧4位置的限定即可。同时为方便第二连杆6与第一连杆3和斥力机构单元的连接，将第二连杆6设置成顶端为镂空的面，而底端为一个封闭面，这样安装时可直接将第二连杆6的顶端套设在第一连杆3上即可，简化安装程序，而封闭的底端与斥力机构单元连接，有效地增加了连接的接触面积，提高了连接的稳定性。当然在其他实施例中，第二连杆6的截面可以是方形、锥形、梯形结构均可，可与第二连杆6一体成型，本发明中不再一一绘出。

在本发明的实施例中，设置的斥力机构单元还包括一长连杆7，长连杆7主要是用于依次贯穿分闸线圈10、斥力金属盘11，以及合闸线圈12，同时将长连杆7设置成截面中部直径大于下部和上部，这样截面中部两侧分别形成第一肩部7.1和第二肩部7.2，见图4所示。构成第一肩部7.1和第二肩部7.2的目的是形成合闸限位结构和分闸限位结构，可以有效地通过合闸限位结构和分闸限位结构实现对斥力金属盘11运动位置的限定，避免运动时与分闸线圈10和合闸线圈12撞击，导致线圈接头的运动断裂和带高压电运动，提高使用寿命和安全性。

在实际运用时，将第一长连杆7与斥力金属盘11进行固定连接，即垂直固定连接。而具体的合闸限位结构包括了一合闸限位板8，同时将长连杆7贯穿合闸限位板8；具体的分闸限位结构包括了一分闸限位板13，第一长连杆7同样也贯穿分闸限位板13。优选地，斥力金属盘11位于分闸线圈10和合闸线圈12之间，而合闸限位板8位于分闸线圈10的上方，以及分闸限位板13位于合闸线圈12的下方。这样当合闸状态下(即静触头1和动触头2接触时)，合闸限位板8支撑于第一肩部7.1上，目的是使其斥力金属盘11与分闸线圈10之间留有一定的第一间隙；而当分闸状态下(即静触头1和动触头2分离时)，分闸限位板13抵接于第二肩部7.2上，实现斥力金属盘11与合闸线圈12之间留有一定的第二间隙，这样可有效地避免合、分闸时斥力金属盘11对分闸线圈10和合闸线圈12的冲击。

在本发明的实施例中，进一步优选地，在长连杆7上还贯穿一碟簧9，且将碟簧9设置在合闸限位板8与合闸线圈12之间，同时将其与机架进行固定连接。由于碟簧9在轴向上呈锥形并承受负载的特殊弹簧，在承受负载变形后，储蓄一定的势能，当长连杆7停止运动时，碟簧9释放部分势能以保持静触头1和动触头2之间的接触力达到紧密要求，同时碟簧9的应力分布由下到上均匀递减，能够实现低行程高补偿力的效果，进一步有效地避免了合闸缓冲单元冲击力过大带来的静、动触头2墩粗，同时保证了两者的可靠合闸。

当然在实际运用时，需达到上述效果还需保证合闸缓冲单元的缓冲力小于碟簧9的弹力，即缓冲弹簧4的弹力小于碟簧9的弹力，目的是避免影响合闸的可靠性。

在本发明的实施例，在实际运用时，再次参看图1-3所示，从合闸至分闸的一个状态显示过程中静触头1、合闸限位板8、分闸线圈10、合闸线圈12，以及分闸限位板13和分闸缓冲单元14均与机架的侧壁进行固定连接，这样通过运动件和静止件之间的配合，实现力的传递，以及各零部件之间的位置的限定。

具体的参看以下结合附图说明工作原理及达到的效果：

参看图1所示，当合闸线圈12得电后，动触头2向上与静触头1刚接触，此时，合闸缓冲单元中的缓冲弹簧4存在一定的预压缩力，使得圆柱销5位于第一连杆3上设置的腰型孔3.1的下端，而合闸限位板8与第一肩部7.1之间留有一定的间隙。进一步的在碟簧9的作用下(即碟簧9的弹力大于缓冲弹簧4的弹力)通过第二连杆6推动弹簧继续压缩，进而推动动触头2继续朝向静触头1方向运动，到达图2所示状态，有效地提高了两者的接触的紧密性，从而避免合闸缓冲单元一下对动触头2冲击过大带来的触头墩粗。

参看图2所示，动触头2向上与静触头1完全接触状态，由于碟簧9的弹力大于缓冲弹簧4的弹力，且合闸的作用力一直朝向合闸方向，即动触头2朝静触头1的方向，而与此同时圆柱销5推动缓冲弹簧4继续压缩，使得圆柱销5与第一连杆3上的腰型孔3.1的上端接触，设置的腰型孔3.1的长度有效地控制了圆柱销5的运动距离，也是实现缓冲弹簧4与静触头1和动触头2之间的接触力相等的关键，也保证两者的可靠合闸。此时，长连杆7带动斥力金属盘11继续运动，当合闸限位结构的合闸限位板8与长连杆7上的第一肩部7.1接触时，长连杆7停止运动，而斥力金属盘11与分闸线圈10之间仍留有一定的第一间隙，这样可以有效地避免了斥力金属盘11与上方的分闸线圈10撞击，提高了整个高速开关的机械寿命。

参看图3所示，当分闸线圈10得电后，产生的电磁斥力推动斥力金属盘11向下做分闸运动，由于斥力金属盘11为运动件，分合闸线圈12为静止件，不会出现线圈接头的运动断裂和带高压电运动，提高了寿命和安全性。同时在分闸斥力与惯性的作用下，动触头2与静触头1分离，合闸缓冲单元中的缓冲弹簧4逐渐伸长至预压缩状态，即圆柱销5从第一连杆3上的腰型孔3.1的上端向下端运动，且长连杆7带动碟簧9向下翻转，当长连杆7的下端与分闸缓冲单元14接触时，动、静触头1的分闸速度逐渐减小。其中，在碟簧9的分闸保持力和分闸缓冲单元14的作用下，长连杆7带动斥力金属盘11向下减速运动，最终分闸限位结构的分闸限位板13抵接在长连杆7下端的第二肩部7.2处，斥力金属盘11与合闸线圈12之间留有第二间隙，第二间隙有效地避免了斥力金属盘11与合闸线圈12的撞击，进一步的提高了整个高速开关的机械寿命。由于第一肩部7.1和第二肩部7.2的设置位置，有效地限定了斥力金属盘11在分、合闸过程中的运动距离，避免出现因动、静触头1墩粗而导致第一间隙和第二间隙的变化，及电压的变化，保证多次分合闸的一致性。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上均是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些改进或变换都应当属于本发明要求保护的范围之内。例如，缓冲弹簧4还可以设置于合闸限位板8与分闸限位板13之间，也可以处于分闸限位板13下方；碟簧9还可以设置于合闸限位板8的上方，也可以处于分闸限位板13的下方，也可以设置于合闸线圈12与分闸限位板13之间；动、静触头1接触可以使平面接触，也可以是插入式接触；合闸限位结构还可以是运动件与机架之间组成，也可以是运动件与机架相连的静止件之间组成，如第二连杆6与机架；分闸限位结构还可以是运动件与机架之间组成，也可以是运动件与机架相连的静止件之间组成，长连杆7的下端与分闸缓冲单元14上的静止组件组成；同时高速开关既可用于直流断路器，也可用于交流断路器均可，具体根据实际需求做合理的调整即可，本发明中不再一一赘述。这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。