用于真空斷路器的觸點組件的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種用于中斷電流的觸點組件（30），包括：外部場產(chǎn)生元件（38），用于產(chǎn)生第一軸向磁場（AMF）；以及內(nèi)部場產(chǎn)生元件（50），用于產(chǎn)生與第一AMF相反的第二AMF。內(nèi)部場產(chǎn)生元件（50）與外部場產(chǎn)生元件（38）同軸，具有比外部場產(chǎn)生元件（50）更小的直徑。外部場產(chǎn)生元件（50）為杯形，并開有非徑向狹槽（46），以便產(chǎn)生第一AMF。觸點組件（30）包括最內(nèi)側(cè)導(dǎo)電元件（66），該最內(nèi)側(cè)導(dǎo)電元件用于額定電流導(dǎo)電，并與內(nèi)部場產(chǎn)生元件同軸調(diào)節(jié)。
【專利說明】用于真空斷路器的觸點組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及中高電壓設(shè)備領(lǐng)域。特別是，本發(fā)明涉及一種觸點組件以及一種真空斷路器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，真空斷路器在中等電壓水平用于在偶然短路電流故障時的高電流中斷以及用于負(fù)載電流轉(zhuǎn)換(中斷和接觸)。原則上，真空斷路器包括真空腔室，兩個觸點(或電極)布置在該真空腔室中，這兩個觸點(或電極)彼此相向運動或相互遠離，用于閉合或斷開在斷路器中的電路。當(dāng)使得觸點相互遠離時，產(chǎn)生燃燒(burning)電弧，必須熄滅該熾熱電弧，用于中斷電流。不過，對于高電流中斷，用于中斷高于50kA電流的真空斷路器是很大的難題。
[0003]為了實現(xiàn)高電流中斷性能，可能需要限制斷路器觸點的腐蝕，該腐蝕是由于集中燃燒電弧的局部過熱。因此，可能需要通過將能量擴展至觸點的整個表面來處理由真空電弧產(chǎn)生的熱量。直到現(xiàn)在，有兩種標(biāo)準(zhǔn)方法來以將熱流分布在接觸區(qū)域上的方式而控制真空電弧。
[0004]在真空斷流器中的電弧控制通過如下方法來實現(xiàn):產(chǎn)生橫向磁場(TMF)，以便在Lorentz力作用下驅(qū)動收縮的電弧進行旋轉(zhuǎn)運動；或者通過產(chǎn)生軸向磁場(AMF),以便將帶電顆粒限制在磁通線周圍，并通過使得電弧以低電流密度分散在整個接觸表面上而穩(wěn)定電弧。必須知道，軸向方向可以是基本平行于觸點運動的方向，或者是基本垂直于場產(chǎn)生元件的面對接觸表面的方向。橫向方向是與軸向方向基本垂直的方向。
[0005]在基于AMF的真空斷流器的大部分設(shè)計中，AMF強度和分布集中在斷流器觸點的中心，從而導(dǎo)致較高腐蝕和中斷失效，特別是在高電流時。因此，可能需要一種觸點設(shè)計，以便在高電流水平下防止AMF集中在電極的中心。
[0006]一種方案是將鐵磁元件引入觸點組件中-通常布置在觸點的周邊-以便使得AMF最大值朝著觸點邊緣移動。
[0007]另一方案是將其它部件引入觸點組件中，該觸點組件產(chǎn)生在觸點中心的還一 AMF，以便較低在觸點中心的AMF最大值。
[0008]例如，US2010/0230388A1涉及一種用于真空斷流器的電極。該電極包括觸點電極板、內(nèi)部線圈電極和外部線圈電極。線圈電極由具有開環(huán)形狀的電導(dǎo)體以及支承銷而形成。
[0009]不過，這些方案可能導(dǎo)致具有高電阻的觸點，該高電阻引起高電流損失，在額定電流下有過多熱量，并有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這可能使得制造處理緩慢和困難，并可能引起較高制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種用于真空斷路器的觸點組件，其有較高電流中斷性能和較低電阻，并制造簡單和具有較低制造成本。[0011]該目的通過獨立權(quán)利要求的主題來實現(xiàn)。進一步的示例實施例由從屬權(quán)利要求和下面的說明可知。
[0012]本發(fā)明的第一方面涉及一種用于中斷電流的觸點組件。該觸點組件能夠用于任何電流裝置，更特別是用于真空斷路器組件。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的實施例，觸點組件包括:外部場產(chǎn)生元件用于產(chǎn)生第一 AMF (軸向磁場)；以及內(nèi)部場產(chǎn)生元件，用于產(chǎn)生與第一 AMF相反的第二 AMF。場產(chǎn)生元件選擇為改造和提高由兩個場產(chǎn)生元件產(chǎn)生的總AMF。場產(chǎn)生元件可以產(chǎn)生沿相反方向的磁場，以便減少在觸點組件的中心處的磁通密度和增加在觸點組件的外部部件上的磁場。換句話說,AMF可以形成為使得AMF的最大值推向外部觸點周邊。這種AMF分布可以增加AMF最大的位置處的面積，這可以保證電弧更大和更均勻地分布在觸點組件的觸點表面上，并可以降低觸點材料的腐蝕。
[0014]外部場產(chǎn)生元件可以為杯形，并開有非徑向狹槽，以便產(chǎn)生第一 AMF。杯形元件可以包括基本平的基板，該基板附接在基本圓柱形側(cè)壁上。外部場產(chǎn)生元件大致可以包括形成基板的板和側(cè)壁。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的實施例，內(nèi)部場產(chǎn)生元件可以與外部場產(chǎn)生元件同軸，并可以有比外部場產(chǎn)生兀件小的直徑。
[0016]這樣，通過重新調(diào)節(jié)AMF的徑向分布，可以獲得更好的AMF電弧控制，但是并不將任何或者至少大量鐵磁材料引入觸點組件中。盡管，將鐵磁材料引入觸點元件中可以明顯增加磁場，并可以以某種方式改變AMF分布，但是鐵磁材料的引入也可以明顯增加額定電流損失。通過場產(chǎn)生元件，可以通過成形AMF輪廓而獲得用于電弧控制的類似效果，而并不將鐵芯引入觸點組 件中。根據(jù)本發(fā)明的實施例，內(nèi)部場產(chǎn)生元件至少局部由杯形外部場產(chǎn)生元件包圍。這可以減小觸點組件的縱向尺寸。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的實施例，內(nèi)部場產(chǎn)生元件是定向成產(chǎn)生第二 AMF的線圈。線圈可以是觸點組件的、具有環(huán)路形式的導(dǎo)電部件，該環(huán)路至少局部環(huán)繞觸點組件的縱向軸線。特別是，線圈可以是圓柱形元件，或者由縱向本體形成，而杯形元件可以由板狀體形成。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的實施例，內(nèi)部場產(chǎn)生元件為空心圓柱形或杯形，并開有非徑向狹槽，以便產(chǎn)生第二AMF。這樣，內(nèi)部場產(chǎn)生元件可以有助于觸點元件的機械剛性。杯形內(nèi)部場產(chǎn)生元件可以朝著觸點組件的閉合方向開口。不過，杯形內(nèi)部場產(chǎn)生元件也可以沿相反方向開口，以便采取空心圓柱體的形狀。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的實施例，內(nèi)部和/或外部場產(chǎn)生元件由不銹鋼或其它傳導(dǎo)性硬材料來制造。這可以滿足觸點組件的堅固性和成本效益的標(biāo)準(zhǔn)。
[0020]根據(jù)另一實施例，內(nèi)部和/或外部場產(chǎn)生元件由雙層或多層來制造，其中，至少一層由不銹鋼或其它傳導(dǎo)性硬材料來制造，至少第二層由具有較高熱導(dǎo)率的材料來制造(例如銅、銅合金、銀……)。這可以滿足觸點組件的堅固性和成本效益的標(biāo)準(zhǔn)，并可以保證在形成電弧時和之后的更好熱管理(快速觸點冷卻)。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的實施例，觸點組件包括至少一個蓋元件，用于接觸還一觸點組件。外部場產(chǎn)生元件和/或內(nèi)部場產(chǎn)生元件可以由該至少一個蓋元件來覆蓋。蓋元件可以提供接觸表面，用于接觸還一觸點組件的還一接觸表面。蓋元件可以由提供較高抗電弧腐蝕性和較高熱導(dǎo)率的材料來形成。[0022]根據(jù)本發(fā)明的實施例，該至少一個蓋元件為板狀和有狹槽。這可以增加AMF和/或可以降低渦電流效應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，外部場產(chǎn)生元件由外部觸點元件覆蓋，該外部觸點元件有與外部場產(chǎn)生元件基本相同的徑向延伸范圍，且內(nèi)部場產(chǎn)生元件由內(nèi)部蓋元件覆蓋，該內(nèi)部蓋元件有與內(nèi)部場產(chǎn)生元件基本相同的徑向延伸范圍。換句話說，各外部和內(nèi)部場產(chǎn)生元件由相應(yīng)蓋元件來覆蓋。
[0023]在這種情況下，觸點組件可以包括:內(nèi)部觸點元件，該內(nèi)部觸點元件包括內(nèi)部場產(chǎn)生元件和內(nèi)部蓋元件；以及外部觸點元件，該外部觸點元件包括外部場產(chǎn)生元件和外部蓋元件。內(nèi)部觸點元件可以用作額定電流電路，并可以提供與由外部觸點元件產(chǎn)生的AMF相反的AMF,用于更好的AMF分布。內(nèi)部場產(chǎn)生兀件可以由具有較高電導(dǎo)率的一種材料或材料的組合來制造。
[0024]內(nèi)部觸點元件可以有較小直徑，以便降低觸點阻抗和因此降低額定電流損失。不過，內(nèi)部觸點元件的觸點直徑應(yīng)當(dāng)不會太小，否則將削弱“相反AMF”的產(chǎn)生。盡管在該實施例中內(nèi)部觸點元件的阻抗明顯小于具有等效直徑的普通AMF觸點的阻抗，但是它仍然不可忽視，并可能對于一些涉及高額定電流導(dǎo)電的用途(例如在鐵路用途中)很關(guān)鍵。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的實施例,蓋元件覆蓋外部和內(nèi)部場產(chǎn)生元件,并有與外部場產(chǎn)生元件基本相同的徑向延伸范圍。在這種情況下，場產(chǎn)生元件由一個蓋元件來覆蓋。外部場產(chǎn)生元件和內(nèi)部場產(chǎn)生元件可以與相同板連接，用于產(chǎn)生鞍形AMF。這種結(jié)構(gòu)可以減少元件數(shù)目，并保證觸點組件的較高機械穩(wěn)定性。
[0026]在這種情況下，內(nèi)部觸點元件的直徑以及內(nèi)部和外部場產(chǎn)生元件的厚度和材料可以調(diào)節(jié)成優(yōu)化在形成電弧的過程中在它們之間共用的電流，因此優(yōu)化鞍形AMF的產(chǎn)生。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的實施例,觸點組件包括支承元件,該支承元件與內(nèi)部場產(chǎn)生元件同軸，其中，支承元件用于支承蓋元件的中心。觸點元件可以為內(nèi)部觸點元件或覆蓋內(nèi)部和外部場產(chǎn)生元件的蓋元件。支承元件可以包括不導(dǎo)電材料。觸點組件的機械穩(wěn)定性可以通過加上中心支承元件而提高(以便抗閉合時的機械應(yīng)力)。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的實施例，(內(nèi)部/外部)蓋元件為板狀和有狹槽。例如，外部蓋元件可以有第一非徑向狹槽，用于提高外部場產(chǎn)生元件的AMF。外部蓋元件可以有中心開口，用于容納內(nèi)部蓋元件。內(nèi)部蓋元件可以有第二非徑向狹槽，用于提高內(nèi)部場產(chǎn)生元件的AMF。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的實施例,觸點組件包括插針觸點元件,該插針觸點元件可以與內(nèi)部(或外部)場產(chǎn)生元件同軸。插針觸點元件可以具有比內(nèi)部(或外部)場產(chǎn)生元件小的直徑。例如，蓋元件可以有中心孔，用于容納中心插針觸點(用于額定電流通路)。
[0030]例如，插針觸點元件可以容納于內(nèi)部場產(chǎn)生元件中，且內(nèi)部場產(chǎn)生元件可以容納于外部場產(chǎn)生元件中。這樣，觸點組件可以是多觸點系統(tǒng)(具有三個或更多同軸觸點元件)。最內(nèi)側(cè)部件可以是簡單的插針觸點，設(shè)計成用于額定電流導(dǎo)電，具有最小損失，并提供用于觸點閉合的較高機械穩(wěn)定性。中間或下一個內(nèi)部部件和外部部件可以是如上所述的AMF觸點元件(例如各自有場產(chǎn)生元件和蓋元件)。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的實施例，插針觸點元件穿過覆蓋內(nèi)部和/或外部場產(chǎn)生元件的蓋元件凸出。這樣，插針觸點元件可以提供用于觸點組件的額定電流通路。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的實施例，插針觸點元件至少局部由杯形內(nèi)部場產(chǎn)生元件包圍。這樣，觸點組件的縱向延伸范圍可以減小。[0033]本發(fā)明的還一方面涉及具有至少一個觸點電極的真空斷路器，其包括如上面和后面所述的觸點組件。真空斷路器可以用于轉(zhuǎn)換中壓和高壓電流。真空斷路器可以包括觸點組件，該觸點組件具有只基于AMF電弧控制的多觸點系統(tǒng)，其中，各電極由兩個或三個同軸觸點構(gòu)成，如上面和后面所述。
[0034]參考后面介紹的實施例，將清楚本發(fā)明的這些和其它方面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]下文中將參考在附圖中所示的示例實施例來更詳細地解釋本發(fā)明的主題。
[0036]圖1示意表示了根據(jù)本發(fā)明實施例的斷路器。
[0037]圖2示意表示了根據(jù)本發(fā)明實施例的觸點組件的三維圖。
[0038]圖3示意表示了圖2的觸點組件的剖視圖。
[0039]圖4示意表示了根據(jù)本發(fā)明還一實施例的觸點組件的三維圖。
[0040]圖5示意表示了圖4的觸點組件的剖視圖。
[0041]圖6示意表示了根據(jù)本發(fā)明還一實施例的觸點組件的三維圖。
[0042]圖7示意表示了圖5的觸點組件的剖視圖。
[0043]圖8表示了觸點組件的剖視圖。
[0044]圖9表示了根據(jù)本發(fā)明還一實施例的觸點組件的剖視圖。
[0045]圖10表示了圖8和9的觸點組件的磁通密度的視圖。
[0046]在附圖中使用的參考標(biāo)號和它們的意思將在參考符號列表中以概括形式來列出。原則上，在附圖中，相同部件具有相同參考符號。
【具體實施方式】
[0047]圖1示意表示了斷路器10，該斷路器10具有真空轉(zhuǎn)換腔室12和驅(qū)動器14，該驅(qū)動器14用于使得第一活動電觸點18相對于第二固定電觸點20運動?；顒与娪|點18通過推桿16而與機械驅(qū)動器14機械連接。為了閉合在兩個觸點18、20之間的電通路，活動觸點18被推至固定觸點20上。為了斷開由兩個觸點18、20形成的電通路，活動觸點18從固定觸點20退回。在活動觸點的退回過程中產(chǎn)生電弧22,該電弧22必須熄滅(distinguish),以便用于中斷電連接。
[0048]電觸點18和/或電觸點20包括如上面和下面所述的觸點組件。
[0049]圖2示意表示了觸點組件30的三維圖，該觸點組件30在圖3中示出為示意剖視圖。觸點組件30包括外部觸點元件32和內(nèi)部觸點元件34,該內(nèi)部觸點元件34相對于外部觸點元件32同軸。
[0050]外部觸點元件32包括:外部場產(chǎn)生元件38，該外部場產(chǎn)生元件38為杯形；以及外部蓋元件40，該外部蓋元件40有開口 42，用于接收在杯形元件38的側(cè)壁上的凸緣44。
[0051]杯形元件38的基板抵靠在桿36的端部上，并有開口，該開口對齊在桿36的中心柱塞上。外部觸點元件32包圍內(nèi)部觸點元件34。兩個元件32和34設(shè)計成用于真空電弧中斷。場產(chǎn)生元件32可以有幾何形狀，例如AMF杯形觸點或在AMF線圈中的其它形式。
[0052]外部場產(chǎn)生元件38設(shè)計為薄的杯形開槽件，從而產(chǎn)生AMF場。為此，場產(chǎn)生元件38包括槽46，該槽相對于觸點組件30的縱向中心軸線47不是徑向的。[0053]外部場產(chǎn)生元件38由一種不銹鋼(或者任意其它傳導(dǎo)性硬材料)來制造，以便滿足堅固性和成本效益標(biāo)準(zhǔn)。外部場產(chǎn)生元件38的厚度應(yīng)當(dāng)較小，以便在斷路器10的電觸點18,20之間提供較大的有效AMF區(qū)域，因此提供用于擴散電弧的更大電極區(qū)域。
[0054]外部場產(chǎn)生元件38還可以是兩層或多層的組合，因此，至少一層由硬傳導(dǎo)性材料(例如不銹鋼)制造，至少第二層由具有高熱導(dǎo)率的導(dǎo)電材料(例如銅、銀……)來制造。然后，第一層負(fù)責(zé)觸點的機械穩(wěn)定性，第二層負(fù)責(zé)電流導(dǎo)電以及在形成電弧時和之后的熱管理。
[0055]也可選擇，外部場產(chǎn)生元件38還可以是由硬傳導(dǎo)性材料制造的一段或多段線圈，以便也滿足堅固性和成本效益的標(biāo)準(zhǔn)。它還能夠由傳導(dǎo)性材料的組合來制造，該傳導(dǎo)性材料的組合有至少一個硬傳導(dǎo)性材料(例如不銹鋼)以及來自具有高熱導(dǎo)率的導(dǎo)電材料族中的至少第二材料(例如銅、銀......)。這也將提高外部觸點在形成電弧時和之后的熱管理。
[0056]外部觸點元件32的外部蓋元件40形成為上部板，并可以由與下部部件38相同的材料或者具有高電導(dǎo)率的另外耐腐蝕材料(例如CuCr)來制造。外部蓋元件40設(shè)計為具有較大面積的空心盤，并構(gòu)成外部觸點元件32的、與等離子體電弧22接觸的接觸表面。外部蓋元件40還開有狹槽48，以便增加AMF和降低渦電流效應(yīng)。外部蓋元件40的狹槽46并不是徑向，與場產(chǎn)生元件38的狹槽46相同方向。而且，狹槽46與狹槽48對齊，從而狹槽48是狹槽46的延伸部分。
[0057]內(nèi)部觸點元件34包括:內(nèi)部場產(chǎn)生元件50，該內(nèi)部場產(chǎn)生元件50為杯形；以及內(nèi)部蓋元件52,該內(nèi)部蓋元件52具有與內(nèi)部觸點元件34相同的半徑。
[0058]蓋元件52形成為類似板，并與電弧22接觸。蓋元件52具有特定寬度(半徑)，以便在形成電弧的階段中聚集足夠的電流。
[0059]內(nèi)部場產(chǎn)生元件50布置在內(nèi)部蓋元件32后面，并可以制成為空心圓柱體或下部杯的形式，從而保持內(nèi)部蓋元件52。在圖3中，內(nèi)部場產(chǎn)生元件50為杯形，具有朝向觸點組件30的閉合方向的開口。
[0060]內(nèi)部場產(chǎn)生元件50可以為一段或多段線圈，該線圈定向成產(chǎn)生與外部觸點元件32的AMF相反的AMF，或者如圖2和3中所示為杯形有狹槽元件50，其中，杯開有狹槽54，該狹槽54沿與外部觸點元件32的狹槽46、48相反的徑向方向。
[0061]杯形元件50有開口 56，用于接收在外部杯形元件38的基板上的凸緣58。
[0062]對于額定電流通路，杯形元件50的杯直徑應(yīng)當(dāng)較小，以便降低接觸阻抗。不過，杯形元件50的杯或線圈直徑不應(yīng)當(dāng)太小。否則它不可能產(chǎn)生具有特定強度的足夠磁場。場產(chǎn)生元件50的杯或線圈厚度應(yīng)當(dāng)較大(大于外部場產(chǎn)生元件線圈厚度)，以便降低體電阻(bulk resistance)。
[0063]內(nèi)部蓋元件52也開有狹槽60，以便增加內(nèi)部場產(chǎn)生元件50的AMF和降低渦電流效應(yīng)。內(nèi)部蓋元件52的狹槽60并不為徑向，與內(nèi)部場產(chǎn)生元件50的狹槽54相同方向。在內(nèi)部觸點元件34中的狹槽54、60具有與外部觸點元件32的狹槽46、48相反的徑向方向。
[0064]場產(chǎn)生元件50和蓋元件52可以由在閉合時抗機械應(yīng)力的較強材料形成。兩個元件50、52可以由高電導(dǎo)率材料來制造，以便降低額定電流的損失。
[0065]觸點組件10還可以包括支承元件62，該支承元件62布置在杯形元件50的內(nèi)部，并在一側(cè)抵靠在桿36 的凸起上，在另一側(cè)抵靠在蓋元件52上。通過支承元件62，類似圓柱體62的附加支承件可以加在觸點組件30的中心處，以避免內(nèi)部蓋元件52在關(guān)閉時變形。支承元件62可以由具有較差電導(dǎo)率的硬材料來制造，因為它被引用只用于機械穩(wěn)定性目的。例如，支承元件62可以由整個陶瓷圓柱體來制造，該陶瓷圓柱體由非常薄的空心不銹鋼圓柱體涂覆或包圍，以便增加電阻和保持機械穩(wěn)定性。
[0066]圖4和5表示了三觸點型的觸點組件30。圖4和5的觸點組件30的外部觸點元件32與圖2和3中所示的雙觸點組件類似，具有:杯形有狹槽元件38，以便產(chǎn)生AMF ；以及空心盤40，以便與電弧22接觸，該空心盤40也有狹槽，以便增加AMF和降低渦電流效應(yīng)。
[0067]中間觸點元件34與圖2和3中所示的觸點元件34稍微不同。中間觸點元件34的目的是產(chǎn)生與由外部觸點元件32產(chǎn)生的AMF相反的AMF。與圖2和3相反，觸點元件34并不考慮用于額定電流通路。
[0068]中間觸點元件包括內(nèi)部場產(chǎn)生元件50和蓋元件52。
[0069]場產(chǎn)生元件50設(shè)計成產(chǎn)生與外部觸點元件32的AMF相反的AMF。場產(chǎn)生元件50可以由一種不銹鋼(或者任意其它傳導(dǎo)性硬材料)來制造，以便滿足堅固性和成本效益標(biāo)準(zhǔn)。也可選擇，它能夠由傳導(dǎo)性材料的組合來制造，該傳導(dǎo)性材料的組合有至少一個硬傳導(dǎo)性材料(例如不銹鋼)以及具有高熱導(dǎo)率的至少第二材料(例如銅、銀……)。這可以滿足觸點組件的堅固性和成本效益的標(biāo)準(zhǔn)，并可以保證在形成電弧時和之后的更好熱管理(快速觸點冷卻)。
[0070]場產(chǎn)生元件50的厚度應(yīng)當(dāng)較小，因為它并不涉及額定電流導(dǎo)電，還為了提供較大AMF區(qū)域。場產(chǎn)生元件50可以是單個或多個線圈，該線圈定向成產(chǎn)生與外部觸點元件32的AMF相反的AMF。也可選擇 ，如圖5中所示，場產(chǎn)生元件50可以為杯形有狹槽元件，其中，杯具有狹槽54，該狹槽54沿與外部觸點元件32的狹槽46、48相反的方向。
[0071]為了使得內(nèi)部場產(chǎn)生元件52相對于觸點組件30定心，杯形元件52有開口，該開口由外部杯形場產(chǎn)生元件38的內(nèi)部凸緣來接收。
[0072]中間觸點元件34的蓋元件52可以由與場產(chǎn)生元件50相同的材料或者具有高熱導(dǎo)率的另外耐腐蝕傳導(dǎo)性材料來制造。蓋元件52也可以設(shè)計為較小空心盤52，該空心盤52與等離子體電弧22接觸。蓋元件52也可以有狹槽60，以便增加相反AMF的強度和降低潤電流效應(yīng)。
[0073]多觸點的內(nèi)部觸點元件64設(shè)計為用于額定電流通路的插針觸點元件66。插針觸點元件還可以在執(zhí)行電流中斷時在最初真空形成電弧階段使用。插針觸點元件66可以由具有高電導(dǎo)率的材料來制造(Cu、CuCr、或者其它Cu合金)。插針觸點元件66可以有中心開口 68，該中心開口 68由桿36的凸起來接收，以便使得插針觸點元件66相對于觸點組件30定心。
[0074]圖6和7表示了具有蓋元件40的觸點組件30，該蓋元件40覆蓋外部場產(chǎn)生元件38和內(nèi)部場產(chǎn)生元件50。外部場產(chǎn)生元件38和內(nèi)部場產(chǎn)生元件50與作為蓋元件40的相同上部板連接。蓋元件40設(shè)計為空心盤，該空心盤有比在圖2至5中所示的兩個結(jié)構(gòu)更大的表面。蓋兀件40布置在兩個場產(chǎn)生兀件38、50的上面。
[0075]外部場產(chǎn)生元件38以與圖2至5所述的兩個結(jié)構(gòu)中所述相同的方式來設(shè)計，以便產(chǎn)生AMF場。
[0076]內(nèi)部場產(chǎn)生元件50設(shè)計成產(chǎn)生相反AMF。內(nèi)部場產(chǎn)生元件50可以由一種不銹鋼(或任意其它傳導(dǎo)性硬材料)來產(chǎn)生，以便滿足堅固性和成本效益的標(biāo)準(zhǔn)。也可選擇，它能夠由傳導(dǎo)性材料的組合來制造，該傳導(dǎo)性材料的組合有至少一個硬傳導(dǎo)性材料(例如不銹鋼)以及具有高熱導(dǎo)率的至少第二材料(例如銅、銀……)。這可以滿足觸點組件的堅固性和成本效益的標(biāo)準(zhǔn)，并可以保證在形成電弧時和之后的更好熱管理。
[0077]內(nèi)部場產(chǎn)生元件50的厚度應(yīng)當(dāng)較小，因為它可以不參與額定電流導(dǎo)電，還為了提供較大的AMF區(qū)域。內(nèi)部場產(chǎn)生元件50可以是單個或多個線圈，該線圈定向成與外部觸點線圈的方向相反，以便產(chǎn)生相反的AMF。也可選擇，內(nèi)部場產(chǎn)生元件50可以為杯形有狹槽觸點，其中，杯開有狹槽54，該狹槽54沿與外部狹槽46、48相反的方向。如圖7中所示，內(nèi)部場產(chǎn)生元件50可以是空心圓柱體形狀，并可以通過使得它的上端接收于蓋元件40的開口68內(nèi)而相對于觸點組件定心。
[0078]內(nèi)部觸點元件66可以設(shè)計為插針觸點元件66，用于額定電流通路，還可以在初始真空形成電弧階段使用，同時執(zhí)行電流中斷。由具有高導(dǎo)電性的材料(Cu、CuCr或者其它銅合金)來制造的插針觸點元件66可以以特殊方式來開有狹槽，以便降低渦電流效應(yīng)。
[0079]在形成電弧的處理過程中，在內(nèi)部場產(chǎn)生元件50和外部場產(chǎn)生元件38之間的電流分布可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇各自電阻(即調(diào)節(jié)它們的厚度和它們的材料電阻系數(shù))來調(diào)節(jié)。這自然將影響和調(diào)節(jié)形成的AMF場的分布。AMF分布(AMF徑向輪廓)也能夠通過調(diào)節(jié)內(nèi)部場產(chǎn)生元件50的直徑而變化(優(yōu)化)。
[0080]下面將介紹有兩個觸點18、20的真空斷路器10 (見圖1)的操作，這兩個觸點18、20有觸點組件30，如上面和后面所述。特別是，真空斷路器10可以有兩個等效設(shè)計的觸點組件30。
[0081]在圖2和3所示的實施例中，當(dāng)觸點組件30處于閉合位置時，負(fù)載電流流過內(nèi)部觸點元件34 (內(nèi)部場產(chǎn)生元件50和具有低接觸電阻的內(nèi)部蓋元件52)。
[0082]為了電流中斷，觸點組件30相互離開，初始電弧22在內(nèi)部觸點元件34之間產(chǎn)生，并根據(jù)電流水平而如在標(biāo)準(zhǔn)小直徑`AMF中那樣立即以過渡模式發(fā)展。在低電流時，電弧柱22隨著間隙距離和瞬時電流的增加而以擴散模式膨脹。
[0083]在高電流時，由內(nèi)部觸點元件34產(chǎn)生的軸向磁場使得電弧22在內(nèi)部觸點元件34之間擴散。電弧22在很短時間后(幾毫秒)到達電極間間隙(在內(nèi)部蓋元件52和外部觸點元件40之間)，然后在內(nèi)部蓋元件52和外部觸點元件40之間分裂，并在由內(nèi)部和外部場產(chǎn)生元件50、38產(chǎn)生的AMF的作用下均勻分布在兩個觸點元件34、32上，并保持?jǐn)U散模式，直到電弧熄滅。
[0084]在圖4至7所示的實施例中，當(dāng)觸點組件30處于閉合位置時，負(fù)載電流流過插針觸點元件66 (具有非常低的接觸電阻)。
[0085]為了電流中斷，初始電弧22在插針觸點元件66之間產(chǎn)生，并根據(jù)電流水平而立即以過渡模式發(fā)展。電弧22在它自身的內(nèi)部壓力下自然膨脹。
[0086]在非常短時間(幾毫秒)之后，由于它的較小直徑，電弧22橫過電極間間隙(在插針觸點元件和蓋元件52或40之間)和到達外部蓋元件40 (或者中間蓋元件52，然后到達外部蓋元件40)。然后，電流開始流過產(chǎn)生所需AMF的內(nèi)部和外部場產(chǎn)生元件50、38，該AMF設(shè)想為穩(wěn)定電弧22。然后，電弧22變換至均勻分布的完全擴散電弧模式，并保持?jǐn)U散直到電弧熄滅。[0087]下面將介紹AMF場模擬,它表不了上述磁場的產(chǎn)生。在圖8和9中，表不了用于模擬的兩個觸點組件30’的兩個簡化幾何形狀的橫剖圖。圖8中所示的觸點組件30’沒有內(nèi)部場產(chǎn)生元件，觸點組件30有內(nèi)部場產(chǎn)生元件50。
[0088]圖9的觸點組件30與圖2和3中所示的觸點組件的區(qū)別在于:內(nèi)部板狀蓋元件52并不開槽，且沒有用于支承蓋元件52的支承元件。
[0089]為了表示內(nèi)部相反AMF場產(chǎn)生元件50對磁場強度和AMF形狀的作用，觸點組件30、30 ’進行比較。如前所示，第一觸點組件30 ’有普通內(nèi)部觸點元件(對接觸點)，第二觸點組件有相反AMF觸點元件34 (模擬為不包括渦電流效應(yīng))。
[0090]圖10中表示了模擬的結(jié)果。圖中，豎直軸線表示軸向磁通密度(B$_)，水平軸線表示離軸線47的徑向距離；R是觸點半徑。
[0091]對于兩個實施例30、30’的軸向磁場(AMF)的模擬表不在第二實施例30中，軸向磁場的徑向分布具有鞍形，這可以認(rèn)為對于均勻電弧分布要好得多。最大AMF位于靠近外部觸點元件32的周邊，且它的強度高于第一實施例30。相反，在觸點的中部，AMF強度由于由內(nèi)部AMF觸點產(chǎn)生的相反AMF分量而降低，因此在觸點組件30中部的AMF強度低于觸點組件30’的中部。
[0092]盡管已經(jīng)在附圖和前面的說明中詳細表示和介紹了本發(fā)明，但是這些示例和說明應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是示例或解釋，而不是限制；本發(fā)明并不局限于所述實施例。實施本發(fā)明的本領(lǐng)域技術(shù)人員通過研究附圖、說明書和附加權(quán)利要求能夠理解和實現(xiàn)所述實施例的其它變化。在權(quán)利要求中，措辭“包括”并不排除其它元件或步驟，不定冠詞“一”并不排除多個。單個處理器或控制器或其它單元可以實現(xiàn)在權(quán)利要求中提出的多項的功能。在相互不同從屬權(quán)利要求中提出某些措施并不是表示這些措施的組合不能用于獲得優(yōu)點。在權(quán)利要求中的任何參考標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為限制范圍。
[0093]參考標(biāo)號列表
[0094]10 斷路器
[0095]12 真空轉(zhuǎn)換腔室
[0096]14 驅(qū)動器
[0097]16 推桿
[0098]18 活動電觸點
[0099]20 固定電觸點
[0100]22 電弧
[0101]30 觸點組件
[0102]32 外部觸點元件
[0103]34 內(nèi)部觸點元件、中間觸點元件
[0104]36 桿
[0105]38 外部場產(chǎn)生元件
[0106]40 外部蓋元件
[0107]42 開口
[0108]44 凸緣
[0109]46 狹槽[0110]48狹槽
[0111]50內(nèi)部場產(chǎn)生元件
[0112]52內(nèi)部蓋元件
[0113]54狹槽
[0114]56開口
[0115]58凸緣
[0116]60狹槽
[0117]62支承元件
[0118]64內(nèi)部觸點元件
[0119]66插針觸點元件
[0120]68 開口
【權(quán)利要求】
1.一種用于中斷電流的觸點組件(30 )，包括: 外部場產(chǎn)生元件(38)，用于產(chǎn)生第一 AMF ； 內(nèi)部場產(chǎn)生元件(50)，用于產(chǎn)生與第一 AMF相反的第二 AMF ； 其中，內(nèi)部場產(chǎn)生元件(50)與外部場產(chǎn)生元件(38)同軸，并具有比外部場產(chǎn)生元件(50)小的直徑； 其中，外部場產(chǎn)生元件(50)為杯形，并開有非徑向狹槽(46)，以便產(chǎn)生第一 AMF。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸點組件(30)，其中: 內(nèi)部場產(chǎn)生元件(50)至少局部由杯形的外部場產(chǎn)生元件(38)包圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的觸點組件(30)，其中: 內(nèi)部場產(chǎn)生元件是線圈，所述線圈定向成產(chǎn)生第二 AMF。
4.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的觸點組件(30)，其中: 內(nèi)部場產(chǎn)生元件(50)為杯形，并開有非徑向狹槽(54)，以便產(chǎn)生第二 AMF。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的觸點組件(30)，其中: 外部場產(chǎn)生元件(38)和/或內(nèi)部場產(chǎn)生元件(50)由雙層或多層來形成，其中，至少一層由傳導(dǎo)性硬材料(例如不銹鋼)來制造，至少第二層由具有高熱導(dǎo)率的傳導(dǎo)性材料(例如銅、銅合金、銀......)來制造。
6.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的觸點組件(30)，還包括: 至少一個蓋元件(40、52)，用于接觸另一觸點組件，其中，外部場產(chǎn)生元件(38)和/或內(nèi)部場產(chǎn)生元件(50)由所述至少一個蓋元件來覆蓋。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的觸點組件(30)，其中: 所述至少一個蓋元件(40、52)為板形，并具有狹槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的觸點組件(30)，其中: 外部場產(chǎn)生元件(50)由外部蓋元件(40)覆蓋，所述外部蓋元件具有與外部場產(chǎn)生元件(50)基本相同的徑向延伸范圍； 其中，內(nèi)部場產(chǎn)生元件(50)由內(nèi)部蓋元件(52)覆蓋，所述內(nèi)部蓋元件(52)具有與內(nèi)部場產(chǎn)生兀件(50)基本相同的徑向延伸范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的觸點組件(30)，其中: 蓋元件(40)覆蓋外部場產(chǎn)生元件和內(nèi)部場產(chǎn)生元件(38、50)，并具有與外部場產(chǎn)生元件(38)基本相同的徑向延伸范圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9任意一項所述的觸點組件(30)，還包括: 與內(nèi)部場產(chǎn)生元件(50)同軸的支承元件(62)，其中，支承元件(62)具有較高電阻，并用于支承蓋元件(52)的中心。
11.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的觸點組件(30)，還包括: 插針觸點元件(66)； 其中，插針觸點元件(66)與內(nèi)部場產(chǎn)生元件(50)同軸； 插針觸點元件(66)具有比內(nèi)部場產(chǎn)生元件(50)小的直徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的觸點組件(30)，其中: 插針觸點元件(66) 穿過覆蓋內(nèi)部場產(chǎn)生元件和/或外部場產(chǎn)生元件(38、50)的蓋元件(52)凸出。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的觸點組件(30)，其中: 插針觸點元件(66)至少局部由杯形的內(nèi)部場產(chǎn)生元件(50)包圍。
14.一種真空斷路器(10)，其具有至少一個觸點電極(18、20)，所述觸點電極包括根據(jù)權(quán)利要求1至12中的一項所述·的觸點組件(30)。
【文檔編號】H01H33/664GK103828010SQ201280046008
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月23日
【發(fā)明者】D·根奇, T·拉馬拉 申請人:Abb技術(shù)股份公司