CN101587800A - 用于高电阻电力接触器的接触装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开接触装置和包括该接触装置的接触器。接触器(1)对于每个相包括一对接触装置(30)和可动接触桥(16)，所述接触装置(30)包括连接带(34)和至少两个设置有固定触点(44)的导体(32)，所述可动接触桥(16)能够闭合或打开两个固定触点(44)。根据本发明，接触装置(30)由叠置与导体(32)数量相等的多个零件(30₁、30₂)而形成，每个零件(30₁、30₂)包括导体(32_i)之一和对应于连接带(34)但厚度更小的连接部分(34_i)。每个零件(30₁、30₂)可由折叠金属制成。连接部分在使多组条(46)固定到其上的同时通过孔(38)彼此联接，以形成连接带(34)。

Description

用于高电阻电力接触器的接触装置

技术领域

本发明涉及电断路装置和开关装置的接触系统，特别是接触器。具体而言，本发明涉及在这种装置的连接端子带和固定接触区之间延伸的接触装置，特别是用于高电阻电力负载情况下的接触装置。

背景技术

接触器是带电力控制或气动控制的开关装置，其功能类似于机电式继电器，即，形成电流流动或断开电流流动。该具有高分断能力(breakingcapacity)的电气工程装置特别用于向工业电动机提供大于0.5千瓦的功率，并能比继电器承受更高的电流。根据接收器的性质以及闭合和打开发生的条件，标准的使用分类确定(fix)接触器必须承受的电流值。例如，AC3种类涉及大功率消耗负载，尤其是升运式鼠笼电动机，其断路发生在电动机运转时。具体讲，商业接触器在其中建立启动电流，该启动电流是电动机额定电流的5-7倍，打开时使电动机吸收的额定电流断开。此时，接触器电极的端子处的电压约为电力系统电压的20％，并且断路保持容易。

其它开关设备具有更低急动(jerky)的不同体系，而例如打开/闭合周期更大，例如用于加热装置。具体讲，功率因数(cos(

))至少等于0.95的AC开关设备被分配到所谓的AC1种类。这些电阻用途的接触器上的应力是不同的：尤其对于高功率，发热可变成一个重要因素。于是，大于1500A的AC1接触器通常基于被称为“条上接触器(contactor on bar)”的技术，非常庞大并按尺寸定做，从而成本高。

文件DE 10028076公开一种这样的用于电接触器的接触装置。

然而，一些领域特别是风力生产或UPS换流器输出的发展需要“模制壳体”类型的更高功率、更小尺寸和降低成本的AC1接触器。然而，不能忽视一些因素：触点的截面以及相应地触点的重量直接依赖于流经触点的电流。此外，电源系统的连接端子必须为最小尺寸，以符合关于它们随着电阻发热而达到的温度的标准。

发明内容

除了其它优势，本发明的一个目的是克服现有的固定接触装置，特别是用于带电阻负载的大功率应用的固定接触装置的缺点。具体讲，已经开发了经过几何优化以降低温升和成本的触点，以提供操作范围增加而同时保持可接受的总体尺寸的一系列接触器。本发明给AC1种类中电流大于1000A或1500A的特别是涉及电阻加热器、照明系统、风力发电机等的接触器提供特别有利的应用。

根据一个方面，本发明因此涉及一种接触装置，该接触装置包括大致扁平的且优选为矩形的连接端子带，该连接端子带中钻设有孔，用于连接电源条，所述端子带被多个导体延伸，所述导体优选折叠成U形，并包括固定接触区。从而，接触器的最终结构使相连接更容易看到，这些连接的每一个与单个引入装置以及分别的输出装置相关联，因此只包括单个输入分别输出的连接带。从而防止了连接误差。

本发明的接触装置优选由铜制成，该铜可没有保护、镀锡或镀银，而接触区包括硬焊有银合金衬垫的支承部。导体的厚度具体由接触装置将遭受的电流强度给定，具体讲大于1000A或1300A，具体讲大于1700A、2100A乃至2300A。使相对于接触区的取向以及连接带的尺寸最佳化，以使发热最小化，并便于条的连接。因此，有利地，条的连接表面等于连接带的表面，以使组装的铜的质量最佳化，从而使散热更好。例如，对于例如2100A的电力，标准采用四个给定截面的电源条，而连接带适应于所述电源条，具体讲在所述连接带中钻设四个孔用于联接。

根据本发明，接触装置包括叠置与导体数量相等的多个零件。接触装置的每个零件由金属板制成，然后被折叠成最终形状，并包括固定到连接部分的导体之一，所述连接部分的形状大致与该装置的连接端子带相同。然后，接触装置的每个零件的连接部分沿它们的主平面直接地或经由消除潜在的表面缺陷的导电界面产品而叠置，以形成连接端子带，具体讲该连接端子带的厚度为8mm。

根据本发明的一个优选实施方式，连接装置包括两个对称的零件，有利地，所述对称的零件由相同的金属切制品制成，并且/或者具有相同的折叠部。具体讲，该装置的每个零件由厚度大致恒定的铜制成，并包括矩形连接部分，该矩形连接部分的一侧延伸为导体的扁平分支，该分支相对于该矩形部分正交地偏移该矩形部分厚度的一半，然后延伸为朝平行的第二导体分支折叠的一部分，该第二导体分支在与第一分支相反的表面上包括触点支承部布置。

每个导体的第一分支可包括用于将接触装置的零件固定在壳体中的孔，使得导体有利地彼此平行。每个零件的连接部分也包括孔，所述孔在本发明的装置被组装时重叠，从而通过连接电源条实现连接部分彼此间的固定，并使导电性最佳化。为使接触均匀，有利的是在连接表面上安装四个螺栓。

根据另一方面，本发明涉及一种开关装置单元，该开关装置单元包括一对相似的接触装置，所述接触装置的接触区布置成在壳体中彼此面对，连接带位于所述壳体外侧。与致动器相联的可动接触桥可处于闭合位置和打开位置，在所述闭合位置中所述可动接触桥使两个连接带之间电连通，而在所述打开位置中所述可动接触桥与接触装置分开。在一优选实施方式中，开关单元是三相接触器，所述三相接触器包括三对接触装置，所述三对接触装置在连接带的平面中并置，与可动接触桥装置相联，所述可动接触桥装置同时在三相之间进行打开和闭合。

附图说明

其他优点和特征从以下对本发明的特定实施方式的描述将变得更加清楚明了，这些实施方式是为示例性目的而给出，不起限制作用，并表示在附图中。

图1示出可安装本发明的接触装置的接触器的截面。

图2A和2B示出本发明的接触装置的一个实施方式。

图3A、3B、3C示出本发明的一个优选实施方式的零件和接触装置，及它们的连接。

具体实施方式

本发明为用于三相电源的带模制壳体2的接触器1提供特定及优选应用。对于每个相，接触器1包括如图1示意性地所示的传导电路，所述电路例如在相同壳体2内沿图面(页面)的法线方向并列。

具体讲，根据常规结构，对于每个电源相，两个连接端子带4从接触器1的壳体2突出，并设计为连接到一组电源条6。连接端子带4通过导体8在壳体2内延伸，所述导体8包括两个彼此分开的固定接触区10。根据用途，接触区10可与导体8本身一体制造，或者可添加在其上，例如将衬垫硬焊(brazing)到布置在导体8中的支承件上。由导体14联接的两个触点12布置成面对固定触点10，并形成可动接触桥16。可动接触桥16通过致动装置18在闭合位置和打开位置之间移动，在所述闭合位置可动接触桥16在固定触点10之间进行电连接，而在所述打开位置电流不在连接端子带4之间流动。

由于电动力学原因，更常见的是使导体8在固定触点10的水平处形成U形，如图所示。支承触点10的导体8的第一分支8_a大致平行于位于壳体2底部的第二分支8_b。第二分支8_b朝带4延伸，这里所述带4平行于第一分支8_a，但连接带4还可设置为其它取向。包括连接带4和导体8的固定接触装置通常由传导率约为4.5-5A/mm²的铜制成。铜可不涂覆，或者镀锡或镀银。

除在工作于多相电源中的接触器1的壳体2中将接触装置20并置外，对于大功率应用，常规方法是在多个固定触点10上同时进行传导，以达最佳化目的。接触电阻实际上越发降低，因此降低了发热。于是可能使如此延伸每个导体8的连接带4的数量增加，致使不便于操作员安装，于是每个相的条6必须连接到多个带4上。根据本发明，每个相只与联接至传导电路的不同导体8的两个连接带4相联。

因此，特别是对于具有例如大于1000A的高额定值的接触器1来说，如图2A所示，固定接触装置20包括多个导体8_i，本例为3个，其提供同样多的接触区10。不同于图示，有利地的是使导体8具有相同截面和相似形状，以优化工业化成本。每个导体8连接到连接带4，所述导体8的截面由其中流动的电流确定，所述连接带4的尺寸同样满足某种条件。具体讲，连接带4的取向、尺寸、尤其是体积受到一组条6的连接难易度的限制，但最重要的是热制约的限制。实际上，对于电阻负载的接触器1，接触装置20的发热可随功率而变大。由于处于壳体2外部而可被公众直接触及的连接带4的温度受标准限制，所以连接带4为相应尺寸(consequent size)。

因此，接触装置20包括通常由铜制成并被多个彼此分开的导体8延伸的大体积的连接带4，所述导体8同样由铜制成，并各自形成U形，其中一个分支8_b使连接带4延伸，而平行的分支8_a包括触点支承区域10。触点支承部通常是在分支8_a内用于支承例如由银合金制成的衬垫的配置，该衬垫的尺寸为了接触器1的寿命而被最优化。对于制造这种装置，由于工业化成本以及其它原因，而摒弃了之前对单一整体件的锻造、切削加工或模制。常规制造的选择之一是通过螺纹/螺栓连接将导体8固定到连接带4上，如文件US 3402274所述。该解决方案除使组装步骤增加外，还带来在每个螺栓连接处由于生成接触电阻而造成过热的缺点，从而导致导电性的损失。

根据本发明，优选的是折叠技术(folded technology)。该技术并不费力、工业上得以最佳化并且通常应用于制造断路装置和/或开关装置的接触导体。然而明显的是，该制造方法的工业限制是铜的厚度为7mm。因此，不能保证导体8的可靠性和实现性。因此，对高功率范围不能设想直接应用该折叠技术。因此，对于浇铸的连接带4生成不能接受的尺寸，所述连接带4的厚度将受到导体8的厚度的限制，而其体积由标准制约确定。

根据本发明，并如图图2A和2B示意性地所示，连接带4由多个部分24_i制成，每个部分24_i具有小于折叠限制(例如对铜为7mm)的厚度，并被接触导体8_i之一延伸。随着叠置，连接带4的不同部分24_i之间的接触面优选为最大，以使由于它们的结合而生成的电阻最小化，连接带的发热也如此，使散热最大化。具体讲，在图2的实施方式中，三个由折叠铜构件制成单一的零件20_i构成接触装置20，每个零件包括支承触点10_i的导体8_i和对应于连接带4的一部分的连接部分24_i。每个连接部分24_i优选为具有等于导体8的厚度的相同厚度，不过还能有如图2A所示的其它选择。

接触装置20通过叠置不同的零件20_i而获得。有利地，触点10位于同一平面上，导体8_i上的折叠部26使得由于叠置连接部分24₁、24₂、243而生成的偏移能够被“吸收”。可通过任意适当的固定手段来固定接触装置20的零件20_i，以获得最大接触面。为消除由于固定连接部分24_i而造成连接部分24_i可能变形的副作用，可在界面处布置导电产品。当进行联接时，将例如糊剂等粘性产品填充到可能形成于接触表面上的间隙，以填充空腔，从而降低两个连接部分24_i、24_i+1之间的接触电阻，并改善热传导性。该选择还可防止连接带4的任意内部氧化。

优选地，为联接连接部分24_i，在它们的水平处进行螺纹连接，至少形成一个孔28_i。有利地，通过相同手段28来联接连接带4上的电源条6。孔28的尺寸由必要的施加力确定，该施加力直接取决于使用的螺栓的尺寸。此外，可增加孔28的数量。

根据一个具体的优选实施方式，本发明的接触装置30包括两个对称的零件30₁、30₂，这两个零件由相同手段生成，以使工业投资最佳化。如图3所示，它特别适合于1700或2100A的三相AC1接触器1，其尺寸范围的给出是为了指示的目的——本领域的技术人员会根据操作制约、可得的容纳体积等基于设想的用途例如1000、1300或2500A而适用上述标准。

具体讲，接触装置30包括两个导体32₁、32₂，所述两个导体32₁、32₂例如由铜制成，截面为25-35mm(例如30mm)长、5-7mm宽。导体32_i在一侧延伸连接带34，所述带34为平行六面体(parallelepipedic)形状，特别是矩形，具有70到85或100mm的边，并且厚度为导体32的两倍。连接带34在其厚度方向被分成两个相等的部分34₁、34₂。源于切制的两个基础零件30₁、30₂可彼此叠置：见图3A和3B。两个导体32_i优选为在所述带34的两个相反侧延伸，以使铜的横向切制是在整个长度上是直线的，并被最佳化。

可在导体32_i的与连接带34_i相反的端部的水平处进行切削加工36_i，以准备触点用表面。在连接带34_i中开设孔38_i，以便能够将连接带34_i夹靠在彼此上。优选为直径为10-20mm尤其是14mm的四个孔38，这种选择使施加力最佳化，以确保降低发热的良好接触。

然后折叠每个零件30_i，以获得最终形状。根据优选实施方式，制作两个折叠部。折叠部之一40涉及导体32_i的U形形状：支承触点的导体32的第一端分支32_a被折叠成平行于固定到连接带34的导体32的第二分支32_b。叠置为了另外获得位于平行于连接带34的相同平面中的两个触点支承部36_i，从而消除由于连接部分34_i的叠置而引起出发点不同的影响，而制作另一个折叠部42，以优选地在连接部分34_i的水平处将每个导体32的第二分支32_b以连接带34的一半宽度正交于连接带34的平面进行偏移。对于接触装置的两个部分30₁、30₂，这两个偏移彼此相反。

根据图3的实施方式，如此使用切制工具和两个折叠工具而获得接触装置。也可使用其它方式(未示出)，例如，其中一个零件只包括折叠部40以形成U形，而另一个零件包括折叠部40以形成U形，并伴有扭曲部42以抵消厚度差。在该情况下，基于接触器1的范围，相应尺寸的装置30需要两个不同的切制品(cut)。

接触装置30的部分30_i设置有适当的衬垫44，特别是通过硬焊设置的衬垫，然后在接触器1的壳体2中彼此叠置。有利的是将连接带34的孔38保持空置，以便能够轻松地将连接带34与电源条46固定。为使接触装置30在接触器1保持适当的位置，可使用任意适当的手段，尤其是，可将导体的第二分支32_b钻孔，以通过孔48而将接触装置30的零件30₁、30₂分别联接到壳体2。一旦安装了接触器1，装置30本身才得以最终完成。在大多数情况下，只有当接触器1通过连接条46安装到配电系统中时，连接部分34_i之间的固定才得以完成。

多组条46直接连接到连接带34上。具体讲，在2100A的接触器的情况下，标准要求四个100×5mm的铜条。每个条46可固定到连接带34的一个或多个孔38上。根据选择，条46可放置在连接带34的每个表面上(图3C)，而且还可放置在两个被夹持的连接部分34₁、34₂之间。这个未示出的替代实施方式能改善热和/或电传导性，并更加降低在连接带34处的发热。此外，本发明的该优选实施方式的尺寸使得由条46的组/接触装置30形成的组件建立在最大的表面上，从而建立在最大的质量上，这进一步改善散热性。具体讲，条46的组的铜表面从而大致等于连接带34的表面的两倍。

由此，本发明的设计使得固定接触装置20、30的连接带4、34的发热能够降低，特别是对于作为接触器1的电阻负载的使用。于是能降低接触器1的尺寸，这在三个装置20、30并置以实现三相使用的情况下越发明显。除了紧凑化以外，每相设置至少两个触点10、44，而完全不损害接触器1的可靠性或者接触垫44处的热阻。此外，相同相的多个触点10、44的带4、34的平行结合防止了条6、46上的布线误差，并使安装更简单。此外，螺栓连接的消除使壳体2内部的发热降低。最后，零件20_i、30_i设计成限制工业投资，从而降低成本。对该装置的零件30_i的适当切制还能使原料损失最小化，从而降低铜的使用量。

虽然参考用于电阻负载的具有两个大功率触点的三相接触器描述了本发明，但本发明并不局限于此，还可用于AC3或其它用途的开关设备。同样地，虽然本发明的固定接触装置的设计对大于1000或1300A特别是1700、2100或2500A的接触器，特别是位于风力发电机的负载侧的接触器十分有利，但本发明的解决方案也可用于较低功率。最后，所描述的不同实施方式的特征可以不同方式彼此结合。

Claims (11)

1.一种用于电接触器(1)的接触装置(20、30)，包括：

具有带厚度并设计为用于连接所述接触器(1)的电源条(6、46)的大致扁平的连接带(4、34)；

至少两个导体(8、32)，所述导体(8、32)从固定到所述连接带(4、34)的端部纵向地延伸到设计成与所述接触器(1)的可动触点(12)协同操作的固定触点支承部(10、36)；

其特征在于，所述接触装置(20、30)由至少两个零件(20₁、20₂、30₁、30₂)组成，其中：

每个所述零件(20_i、30_i)是整体的，并由折叠的导电金属制成；

每个所述零件(20_i、30_i)包括所述导体(8_i、32_i)之一和连接部分(24_i、34_i)；

每个所述连接部分(24_i、34_i)为相同形状，并且厚度比所述装置(20、30)的连接带(4、34)薄，从而通过所述部分(24_i、34_i)的叠置而形成所述连接带(4、34)。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述连接带(4、34)的厚度大于8mm。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中，每个所述导体(8_i、32_i)的所述触点支承部(10_i、36_i)位于平行于所述连接带(4、34)的相同平面中，并相对于所述连接带(4、34)偏移。

4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，该装置由两个零件(30₁、30₂)组成，并且所述连接带(34)为矩形，所述连接带的一侧在该侧的两个边缘上被所述两个导体(32)延伸。

5.如权利要求4所述的装置，其中，所述两个零件(30₁、30₂)由相同的金属切制品形成，所述金属切制品被折叠以形成每个所述部分。

6.如权利要求4或5所述的装置，其中，每个所述导体(32_i)为具有两个平行分支(32_a、32_b)的U形，包括所述触点支承部(36)的第一分支(32_a)位于平行于所述连接带(34)的同一个平面中，而第二分支(32_b)平行于所述第一分支(32_a)，并相对于它们各自的连接部分(34_i)偏移。

7.如权利要求6所述的装置，其中，形成所述导体(32₁、32₂)的所述两个零件(30₁、30₂)的折叠部相同。

8.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其中，所述连接带(34)包括用于将所述连接部分(34_i)彼此固定的四个孔(38)。

9.如权利要求1-8中任一项所述的装置，其中，还包括接触衬垫(44)，所述接触衬垫(44)由银合金制成，并硬焊到每个导体(32_i)的所述触点支承部(36_i)上。

10.一种电接触器(1)，其包括壳体(2)，其中，部分地安置有至少一对如权利要求1-9中任一项所述的接触装置(20、30)，并且设置有能够在每对接触装置(20、30)的固定触点(10、44)之间建立连接的可动接触桥(16)。

11.如权利要求10所述接触器，其中，包括三对彼此相似的接触装置(30)，所述接触装置(30)在它们的连接带(34)的平面中并置。

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