CN101794676B - 一种具有外聚磁环的电极的真空开关管 - Google Patents

Abstract

一种具有外聚磁环的电极的真空开关管，包括真空开关管壳体、带波纹管的动导电杆、静导电杆、动端线圈杯座和静端线圈杯座，动端线圈杯座轴向一端连接动导电杆，轴向另一端连有动触头，静端线圈杯座轴向一端连接静导电杆，轴向另一端连有静触头，动触头与静触头沿真空开关管壳体的轴向布置且位置相互对应，动端线圈杯座和静端线圈杯座均沿其轴向套接聚磁环，动触头向四周延伸到与动端线圈杯座的聚磁环轴向至少部分重合，静触头向四周延伸到与静端线圈杯座的聚磁环轴向至少部分重合。本发明提高了触头表面的利用面积，提高了同样直径电极的开断能力。同时由于聚磁环对磁场的加强作用，在两个聚磁环间的磁场强度也较大，进一步增大了开断能力。

Description

一种具有外聚磁环的电极的真空开关管

技术领域

本发明涉及真空开关技术领域，具体地指一种通过设置聚磁环来增强电极有效磁场强度的真空开关管。

技术背景

在本发明提出之前，本领域的技术人员十分清楚，真空开关管也叫真空灭弧室，是利用密封在真空中的一对电极，例如由触头或触头及磁场产生结构组成，在操动机构的驱动下，完成电路的接通与分断的电真空器件。针对传统真空开关管中存在的诸多技术问题，技术人员提出了很多改进的结构，如针对现有的真空开关管中的电流导通能力与短路电流开断能力存在矛盾的技术问题，专利号为200810236999.4的中国发明专利公开说明书中介绍了《一种低回路电阻的纵向磁场电极的真空开关管》，它的导电回路相关的部分由动导电杆、触头座、弹性触头支撑、辅助导流块、触头、静导电杆组成。所述的弹性触头支撑及辅助导流块布置在动、静触头和动、静触头座组成的电极内部，动、静触头相对呈纵向布置。所述的辅助导流块为柱状或环状，位于弹性触头支撑的内部或外部。所述的弹性触头支撑与辅助导流块的形状匹配构成包络结构。所述的弹性支撑是一个呈纵向布置的弹性体，其壁厚在1mm-5mm范围。另外专利号为200810197502.2的中国发明专利公开说明书中介绍了《一种螺纹线圈型纵向磁场电极真空开关管》，它由动、静导电杆、螺旋圈、螺旋槽、动、静触头组成导电回路，所述线圈为螺旋体形状，布置在动、静导体上的两个螺纹线圈的旋向是相同的，连接两个螺纹线圈的动、静触头呈相对纵向布置。这些新结构都对真空开关管性能不断提升作出了贡献。

上述两专利公开的技术方案虽然很好的解决了真空开关管中的电流导通能力与短路电流开断能力存在矛盾的技术问题，但目前真空开关管中的纵向磁场电极还存在触头表面利用率低的问题，如线圈型电极和杯状电极的触头表面的燃弧区域的边界不超过线圈及触头座的内径，马蹄铁芯纵向磁场电极的燃弧区域也是相对电极铁芯缺口中间的两个局部区域。具体地说，普通的纵向磁场电极，电极外部的磁力线比较分散稀疏，磁场强度也很低，两触头间只有在杯座或线圈内径范围的磁场才有一定的强度，才对开断有作用。这样就造成了触头表面面积利用率低，要想增加开断能力就需要更大的电极直径，这就进一步造成开关管体积的增加和制造成本的上升。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提出一种具有外聚磁环的电极的真空开关管，该真空开关管增加了电极触头表面的燃弧区域和电极触头表面的利用率，提高了真空开关管的开断能力，且在相同的开断要求下可减小电极体积。

为实现此目的，本发明所设计的一种具有外聚磁环的电极的真空开关管，包括真空开关管壳体、带波纹管的动导电杆、静导电杆、动端线圈杯座和静端线圈杯座，其中，所述真空开关管壳体轴向一端设置带波纹管的动导电杆，所述真空开关管壳体轴向另一端设置静导电杆，所述动端线圈杯座的轴向一端连接动导电杆，轴向另一端连接有动触头，所述静端线圈杯座的轴向一端连接静导电杆，轴向另一端连接有静触头，所述动触头与静触头沿真空开关管壳体的轴向布置且位置相互对应，其中，所述动端线圈杯座和静端线圈杯座均沿其轴向套接有聚磁环，所述动触头向四周延伸到与动端线圈杯座的聚磁环径向至少部分重合，所述静触头向四周延伸到与静端线圈杯座的聚磁环径向至少部分重合。

所述动端线圈杯座和静端线圈杯座为圆筒形结构，所述动触头和静触头为圆形片状结构，所述动触头的直径大于所述动端线圈杯座横截面的外径，所述静触头的直径大于所述静端线圈杯座横截面的外径。

所述聚磁环为圆筒形结构，所述聚磁环的横截面外径小于等于动触头和静触头的直径，所述聚磁环的横截面内径与动端线圈杯座和静端线圈杯座的外径为间隙配合。

所述聚磁环的壁厚为2～40mm，所述聚磁环的高度为1～40mm。

所述聚磁环沿半径方向开设有一个将聚磁环沿轴向切断，并且使聚磁环不能形成圆周方向的闭合回路的断流槽。

所述聚磁环的材料为电工纯铁或硅钢，所述动端线圈杯座和静端线圈杯座的材料为无氧铜，所述动触头和静触头的材料为CuCr或CuW合金。

所述波纹管外和静导电杆外均套有保护罩，所述动导电杆和真空开关管壳体间设有动端盖、固定环和导向套，所述静导电杆和真空开关管壳体间设有静端盖。

所述真空开关管壳体为绝缘材料管壳。

所述动端线圈杯座和静端线圈杯座外围设置有将其包围的屏蔽筒。

本发明的整体工作原理为，本发明所产生的纵向磁场使带电开断时触头间产生的真空电弧保持在非聚集状态，在外电路的电流过零点，真空电弧熄灭，完成电路的开断。

本发明的优点在于：通过在动端线圈杯座和静端线圈杯座的外部套接聚磁环来聚集动端线圈杯座和静端线圈杯座外部的磁力线，使聚磁环之间磁场增强到可以对开断起贡献的程度，从而大大提高了触头表面的利用面积，提高了同样直径电极的开断能力。同时由于聚磁环对磁场的加强作用，在两个聚磁环间的磁场强度也比较大，进一步增大了开断能力。

本发明的优点还在于：在具有同样开断能力的情况下，本发明的电极直径会较小；在具有同样直径的电极下，本发明的开断能力能较大，这样有利于只通过更换电极，对现有的产品进行增容，或者在同样开断能力的要求下，用本发明可开发直径及体积更小的产品。同时，由于采用本发明的电极的触头在杯座线圈内部及外部的磁场方向相反，可以减小磁场在触头中的感应涡流的强度，在一般的短路开断电流下(在不大于100kA的情况下)触头上可以省略一般纵向磁场电极所必须的断流槽。减少触头的加工量，并避免断流槽导致触头表面电场的劣化。

附图说明

图1为现有真空开关管磁场电极结构及磁场示意图；

图2为本发明的电极结构及磁场示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为本发明的聚磁环的立体图。

图中：导向套1、固定环2、动端盖3、动导电杆4、波纹管5、保护罩6、屏蔽筒7、真空开关管壳体8、聚磁环9、动触头10、动端线圈杯座11、静端线圈杯座12、静导电杆13、静端盖14、静触头15、断流槽16。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图2～4所示的一种具有外聚磁环的电极的真空开关管，它包括真空开关管壳体8、带波纹管5的动导电杆4、静导电杆13、动端线圈杯座11和静端线圈杯座12，其中，所述真空开关管壳体8轴向一端设置带波纹管5的动导电杆4，所述真空开关管壳体8轴向另一端设置静导电杆13，所述动端线圈杯座11的轴向一端连接动导电杆4，轴向另一端连接有动触头10，所述静端线圈杯座12的轴向一端连接静导电杆13，轴向另一端连接有静触头15，所述动触头10与静触头15沿真空开关管壳体8的轴向布置且位置相互对应，其特殊之处在于：所述动端线圈杯座11和静端线圈杯座12均沿其轴向套接有聚磁环9，所述动触头10向四周延伸到与动端线圈杯座11的聚磁环9径向至少部分重合，所述静触头15向四周延伸到与静端线圈杯座12的聚磁环9径向至少部分重合。

上述技术方案中，为了发挥触头的最大有效接触面积，所述动端线圈杯座11和静端线圈杯座12设计为圆筒形结构，所述动触头10和静触头15设计为圆形片状结构，所述动触头10的直径大于所述动端线圈杯座11横截面的外径，所述静触头15的直径大于所述静端线圈杯座12横截面的外径。所述聚磁环9为圆筒形结构，所述聚磁环9的横截面外径小于等于动触头10和静触头15的直径，所述聚磁环9的横截面内径与动端线圈杯座11和静端线圈杯座12的外径为间隙配合。所述聚磁环9的壁厚为2～40mm，所述聚磁环9的高度为1～40mm。

上述技术方案中，为了降低聚磁环9在磁场作用下产生大环涡流，所述聚磁环9沿半径方向可以开设一个将聚磁环9沿轴向切断，并且使聚磁环不能形成圆周方向的闭合回路的断流槽16，但在开断电流较小(不大于100kA)时，可以不开设断流槽16。

上述技术方案中，所述聚磁环9的材料为电工纯铁或硅钢，要求其在真空中具有较小的放气率，以免降低开关管的真空度，且具有高导磁率。所述动端线圈杯座11和静端线圈杯座12的材料为无氧铜等导电率高、导热性能好的材料制成，所述动触头10和静触头15的材料优选为CuCr或CuW合金。

上述技术方案中，所述波纹管5外和静导电杆13外可以套有保护罩6，所述动导电杆4和真空开关管壳体8间设有动端盖3、固定环2和导向套1，所述静导电杆13和真空开关管壳体8间设有静端盖14。所述动端线圈杯座11和静端线圈杯座12的外围设置有将其包围的屏蔽筒7。所述真空开关管壳体8为陶瓷管壳、玻璃管壳、微晶玻璃管壳或其他的绝缘材料管壳。

下面结合附图说明本发明的工作原理：

附图2为带电开断时触头燃弧期间本发明的电极状态，电流由动端线圈杯座11、动触头10、触头间真空电弧、静触头15、静端线圈杯座12流经，其中，动端线圈杯座11和静端线圈杯座12使电流产生圆环分量，动端线圈杯座11和静端线圈杯座12的圆环分量产生的磁场如图2所示，磁力线从动端线圈杯座11和静端线圈杯座12的内部到外部形成闭合回路，由于聚磁环9为高导磁材料制成，外部的磁力线均被聚磁环9收集，并在聚磁环9间产生较强的磁场，这样两触头间在动端线圈杯座11和静端线圈杯座12的内径范围以内及聚磁环9的外径合内径之间都有较强的纵向磁场，这些磁场都会对开断能力有贡献。为了证明本发明的上述原理带来的优点效果，设计人做了下列举例技术：现有的真空开关管的电极结构如附图1，设线圈杯座的外径D2＝70mm，内径D1＝54mm，触头表面有效磁场面积也就是线圈杯座内径以内面积2289mm²；带有聚磁环9的电极如附图2，设聚磁环9外径D5＝70mm，内径D4＝46mm，线圈杯座的内径D3＝30mm，触头表面有效磁场面积＝聚磁环截面积+线圈杯座内径以内面积＝2891mm²，后者明显优于前者。

下面举例介绍本发明在实际设计过程中的一些参数的选择，和具有同样开断能力的现有电极的参数设计，通过对比可以明显看出本发明所具备的减少体积和降低成本的优点，额定电压12KV开断电流40kA的真空开关管，采用本发明的电极结构，聚磁环8外径设计为65mm，内径设计为45mm，高度设计为25mm，杯座外径设计为44.5mm，杯座内径设计为30mm，触头外径设计为65mm，触头厚度设计为5mm；而目前市场上具有同样开断能力的杯状纵向磁场电极电极杯座外径为78mm，杯座内径为62mm，杯座高度为28mm，触头外径为78mm，触头厚度为5mm。

Claims (9)

1.一种具有外聚磁环的电极的真空开关管，包括真空开关管壳体(8)、带波纹管(5)的动导电杆(4)、静导电杆(13)、动端线圈杯座(11)和静端线圈杯座(12)，其中，所述真空开关管壳体(8)轴向一端设置带波纹管(5)的动导电杆(4)，所述真空开关管壳体(8)轴向另一端设置静导电杆(13)，所述动端线圈杯座(11)的轴向一端连接动导电杆(4)，轴向另一端连接有动触头(10)，所述静端线圈杯座(12)的轴向一端连接静导电杆(13)，轴向另一端连接有静触头(15)，所述动触头(10)与静触头(15)沿真空开关管壳体(8)的轴向布置且位置相互对应，其特征在于：所述动端线圈杯座(11)和静端线圈杯座(12)均沿其轴向套接有聚磁环(9)，所述动触头(10)向四周延伸到与动端线圈杯座(11)的聚磁环(9)径向至少部分重合，所述静触头(15)向四周延伸到与静端线圈杯座(12)的聚磁环(9)径向至少部分重合。

2.根据权利要求1所述的一种具有外聚磁环的电极的真空开关管，其特征在于：所述动端线圈杯座(11)和静端线圈杯座(12)为圆筒形结构，所述动触头(10)和静触头(15)为圆形片状结构，所述动触头(10)的直径大于所述动端线圈杯座(11)横截面的外径，所述静触头(15)的直径大于所述静端线圈杯座(12)横截面的外径。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有外聚磁环的电极的真空开关管，其特征在于：所述聚磁环(9)为圆筒形结构，所述聚磁环(9)的横截面外径小于等于动触头(10)和静触头(15)的直径，所述聚磁环(9)的横截面内径与动端线圈杯座(11)和静端线圈杯座(12)的外径为间隙配合。

4.根据权利要求3所述的一种具有外聚磁环的电极的真空开关管，其特征在于：所述聚磁环(9)的壁厚为2～40mm，所述聚磁环(9)的高度为1～40mm。

5.根据权利要求3所述的一种具有外聚磁环的电极的真空开关管，其特征在于：所述聚磁环(9)沿半径方向开设有一个将聚磁环(9)沿轴向切断，并且使聚磁环不能形成圆周方向的闭合回路的断流槽(16)。

6.根据权利要求1所述的一种具有外聚磁环的电极的真空开关管，其特征在于：所述聚磁环(9)的材料为电工纯铁或硅钢，所述动端线圈杯座(11)和静端线圈杯座(12)的材料为无氧铜，所述动触头(10)和静触头(15)的材料为CuCr或CuW合金。

7.根据权利要求1所述的一种具有外聚磁环的电极的真空开关管，其特征在于：所述波纹管(5)外和静导电杆(13)外均套有保护罩(6)，所述动导电杆(4)和真空开关管壳体(8)间设有动端盖(3)、固定环(2)和导向套(1)，所述静导电杆(13)和真空开关管壳体(8)间设有静端盖(14)。

8.根据权利要求1所述的一种具有外聚磁环的电极的真空开关管，其特征在于：所述真空开关管壳体(8)为绝缘材料管壳。

9.根据权利要求1所述的一种具有外聚磁环的电极的真空开关管，其特征在于：所述动端线圈杯座(11)和静端线圈杯座(12)外围设置有将其包围的屏蔽筒(7)。

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