CN103198980B - 改进的大电流开关接触器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进的大电流开关接触器，尤其涉及用于现代电计量计（所谓的“智能电表”）的开关类型，其在230V AC时执行预先付费或者安全断开功能。

Description

改进的大电流开关接触器

技术领域

本发明涉及一种改进的大电流开关接触器，尤其涉及用于现代电计量计（所谓的“智能电表”）的开关类型，以在230V AC时执行预先付费或者安全断开功能。

背景技术

大电流开关接触器的大电流开关可能会在其使用年限的某些时间经历强烈的短路故障。因此，最重要的要求是它们的触点必须不焊接在一起。在这种焊接的故障情况下，“自由的”未计量的电流会被提供给相关建筑，并且如果被认为安全断开的负载依然工作，就能够造成危险的电击事故。这显然是不期望的。

通过包含某些防止焊接的添加剂的合适的银合金触点进行开关，很多这种类型的接触器能够在很多次开关负载循环中良好地开关例如100A或者200A的额定电流。开关叶片被配置成容易启动开关功能，且在所述额定电流下自发热最小。

大部分计量器规范不但规定符合要求的额定电流耐受开关-而不发生触点焊接-而且还要求在适度的短路故障情况下，也不允许它们焊接，并且必需在下一个致动器驱动的脉冲时断路。在更高电流的完全断路的情况下，开关触点可以焊接，但是必须保持不受损伤，不会在“完全断路”持续时间内爆炸或者放射任何危险的熔融物质，一直到保险丝断开，即断路器断开并且安全地断开对负载的干线供电。这种短路持续时间可以持续最多6次循环的主干线供电。

北美和欧洲计量和断路情况：

在北美的计量环境中，通过大负载三线电缆将民用2相供电以每相115VAC-即，相对于中心的中性线/接地线连接分开180度-从街边公用变压器馈送到建筑。每个计量相以115V通过环形配线馈送到用于中等负载的插座，但是所有的高耗电的负载（例如洗衣机、干衣机、空间加热器、泳池加热器和空调等）通过230V的具有200A的最大负载容量的两相连接。因此，在计量器中需要耐用的两极接触器开关，其根据需要额定在200A时实现断路功能。

在欧洲-以及大部分其他国家-主流供电是100A（最近是120A）的单相230V交流电，符合IEC 62055-31规范，但是如北美-以及少数其他国家-供电为200A的两相230V，主要遵守ANSIC12.1计量规范。“安全”方面由其他相关的规范覆盖，例如UL 508、ANSI C37.90.1、IEC 68-2-6、IEC68-2-27、IEC 801.3等。

在现有技术中，具有很多这样的大电流断路接触器，其用于满足计量规范要求-包括使用寿命期间的耐受额定电流以及短路故障-与具体应用的国家相关的限定参数-AC供电是单相还是两相，额定电流是100A还是200A。

具体相关的开关设计、授权的专利等

现有的2极大电流开关的已授权专利包括：已经在2007年3月28日以GB 2,413,703的形式以及在2010年11月16日以US 7,833,034B2的形式获得授权的专利，上述两项专利均属于英国纽马克特的Dialight/BLP有限公司。由于本专利申请是上述两项专利的2极大电流开关的改进，因此，上述两项专利的全部内容通过引用并入本文。

如GB 2,413,703中图1和2所示，接触器包括如图所示的被去掉盖子的外壳1，并且包括用于承载第一触点3和第二触点4的固定臂2。固定臂2连接至接触衬垫5。端子衬垫6连接至两个可移动臂（或叶片）7和8，这两个可移动臂分别承载触点9和10。楔形组件11可在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置处，楔形组件迫使臂（或叶片）7和8分离，以便使移动触点9和10与固定触点3和4分开，在第二位置处，楔形组件允许臂7和8朝向彼此运动。在该专利中，预先形成臂7和8以及对臂7和8预加负载，以使它们自然地趋向于靠近到一起。通过这种方式，利用期望的力迫使移动触点9和10与固定触点3和4接触。这个力依赖于臂7和8的预先形成和预加负载。

臂7和8被夹紧在位置12处，可以在模制外壳1的部件之间。可以通过任何便利的方式来将臂夹紧在一起，包括铆接、焊接或者栓接在一起，或者被限制在弹性加载的夹具之间，以使他们分享基本上相等的电流。

磁性闭锁螺线管13具有插棒式铁心15，该插棒式铁心附接至滑动支架14，滑动支架是可操作的，以使其上承载的楔形组件11在第一位置和第二位置之间移动，从而使得触点能够相应地打开或闭合。螺线管13、支架14和楔形组件11形成了驱动装置的一个实施例。

图1和2示出了接触器处于打开位置，在打开位置情况下，触点分离。楔形致动器位于移动触点的叶片7和8之间，迫使它们分开。在闭合状态下，楔形致动器移向靠近固定臂2的位置，使得可移动臂7和8在预先形成的力的作用下自由地朝向彼此移动，因而使得触点9和10在力的作用下被迫朝向触点3和4运动，所述力由臂7和8的预加负载决定。因此，为了闭合触点，螺线管13释放或者解开闭锁，使得插棒式铁心延伸。结果，支架14移动到左侧，使得楔形组件11移动到形成在臂7和8的端部在其中向外倾斜的间隙中，从而允许臂向彼此移动并且使得触点起作用。

如这两个已授权专利所述，基本的开关结构包括所谓“双叶片”的一对平行移动的纯铜弹性叶片，其具有特定的厚度、宽度和工作长度，之间具有小的预设间隙。叶片的挠性根端由铆钉、螺钉或者半剪片限定在一起，至一移动的叶片架终端，其中移动触点附接在自由端的内表面上，自由端的内表面自然地闭合在附接到开关的另一固定的叶片架端子的固定触点上。

在该基本设计实施例中，两个平行的弹性叶片被冲切成条带状并预先成型，以使得它们利用限定的“接触压力”闭合在固定触点上-用于获得相对低的开关电阻-并且开口端以带有倾斜内表面的形式向外成型。在（螺线管）工作进程期间，之间的工作楔冲击这些倾斜面，以持续地打开开关触点，对于每一侧打开大约相同的间隙。

参照已授权专利GB2,413,703，该专利公开文本的图5-12涵盖了基本的平行“双叶片”结构，示出了100A额定电流分布、短路故障期间不断变化的（磁性）叶片力和触点斥力。叶片几何形状和触点被优化，以确保在相关规范的特定水平下它们不焊接。这种基本的100A开关使用4个触点；两个移动并且两个固定，每个平行的叶片具有50A。

在第二个较高的额定电流实施例中，出于更均匀地共享电流的目的-以及最佳地平衡触点压力和叶片（磁力）-每个邻近的平行“双叶片”被细分为垂直的半叶片，其中在其每个自由端处具有移动触点，其与相关的固定触点匹配，因而构成了每个开关具有8个共享触点的平行的4个半叶片，即对于2极、两相断路接触器总共16个触点。有利地是，这种在每个半叶片中分享（较低的）电流显著地减小了触点斥力。

再一次地，参照已授权专利GB 2,413,703，该专利公开文本的图13-14涵盖了平行的半叶片结构，示出了200A额定电流分布和在断路故障期间不断变化的（磁性）叶片力和触点斥力，几何形状和触点被优化以确保它们在指定级别下不焊接。插入式2极接触器通过产品示意图15-16示出，其兼容于典型的北美计量器。

因此，在200A时，每个半叶片仅承载50A，降低了开关时每个半叶片的负担，使自加热最小，并且确保在较高额定和短路电流下不焊接。重要地是，所有的半叶片电流在相同方向上流动，因而使半叶片之间的工作间隙下的磁性引力最大，尤其是在大电流情况下，从而使触点保持紧密闭合。这是已授权的“双叶片”的原理。

北美计量器断路开关要求：

在北美2极200A计量器断路应用中-如之前详细描述的-开关短路期望性能主要受到相关的ANSIC12.1计量器规格的控制。

在ANSI C12.1中，在用于6次供电循环的均方根5.0KA（峰值7.0KA）的中型短路故障情况下，不允许触点焊接，但是在下一个驱动脉冲循环时打开。因为每个开关包括4个平行的半叶片，所以每个匹配的触点中的最大电流保持在2.0KA峰值以下，并且具有最佳的银合金和叶片热质量，熔体潭点焊接（melt-pool-spotwelding）被阻止，保证开关在下一个驱动脉冲循环时一直打开。一些不断变化的（磁性吸引）偏离纵向滑动帮助这种不焊接情况。

此外在ANSIC12.1中，在用于4次供电循环的均方根12.0KA（17.0KA峰值）的较高的“完全断路”故障情况下，较大的不断变化的叶片（磁性吸引）偏转纵向滑动出现，但是在这个级别下，安全地允许接触焊接。

现有的已授予专利权的设计具有的问题前文已经描述了两个已授权的平行叶片的“双叶片”版的2极计量器断路开关。

在100A额定电流情况下，可以配置一个简单的开关，该开关包括两个平行的“双叶片”，“双叶片”之间具有限定的间隙，该开关一共仅仅使用8个触点，即每个开关组4个。这种基本的布置不能够承受非常高的额定和短路电流，因为叶片几何结构和电流共享参数限制了叶片力和尤其是较大的触点斥力的平衡，导致在较高电流的短路故障期间出现各种触点焊接问题以及耐久寿命变短。

在200A的较高电流的版本下，普通的叶片被细分为半叶片，因而一共使用了16个共享触点，即每个开关组8个。这种改进的双叶片布置更加能够承受较高的额定和短路故障电流，因为叶片几何形状和电流共享参数被进一步最优化，因而更好地平衡了叶片力和减小的触点斥力，从而导致耐久寿命增加，并且不会产生触点焊接的问题。

挑战在于以创新且新颖的方式来重新考虑和重新配置该简单的、基本的平行“双叶片”100A开关的几何形状和结构，从而它能够在较高的200A额定电流下具有较大的短路能力，完全符合ANSI C12.1计量器-断路规范。

发明内容

在本专利申请中，下面所述的是较小的、较简单的、成本降低的开关的说明，其使用新颖的、创新性的和改进的“双叶片”开关布置，不仅仅使用了较少的纯铜叶片材料，而且在每个2极接触器上只要求8个合适的共享触点，而不是在现有设计中要求的当前的16个。银合金触点占据所有大电流触点成本分析的主要部分，所以特定开关功能所需要的触点数量的降低是一个重大的、有益的、节省成本的优点。

根据本发明的一个方面，提供了一种电接触器，其包括第一端子，所述第一端子连接至在固定的传导组件的相对表面上的一对触点，第二端子，所述第二端子连接至导电材料的一对可移动臂，所述可移动臂具有附接在其外表面上的含铁板，所述可移动臂在远离第二端子的连接点的端部处承载可移动触点，具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂以彼此相对对准的方式布置，以使得它们的远端在固定组件的任一侧上，且可移动触点与固定触点对准，固定组件和具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂被布置，以使得当触点闭合时，流过具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂的电流在之间产生较强的感应磁场引力，所述感应磁场引力促使可移动臂朝向彼此，从而相当大地增加了固定触点和可移动触点之间的力，使它们保持更加紧密地闭合。

根据本发明的一个方面，具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂可以被预先成型和预加负载，以便使它们朝向彼此偏置，从而使得在没有使具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂分离的力的情况下，利用预设的触点压力使可移动触点与固定触点啮合，从而使其保持常闭。

优选的，可移动臂沿其成型长度可以被设置有相称地附接在其外表面上的含铁板，以使得当触点闭合时，流过具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂的较高电流在附接的含铁板中感应产生更强的磁场，因而在之间产生较大的引力，所述引力促使可移动臂更大幅度地朝向彼此，从而增强了固定触点和可移动触点之间的力，使它们保持更紧密地闭合。

优选的，所述电接触器可以包括致动装置，所述致动装置包括在具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂的内倾斜表面之间的楔形组件，所述楔形组件被布置以使可移动臂分离，以便打开触点，楔形组件从第一位置可移动到第二位置，在所述第一位置，楔形组件分离可移动臂，在所述第二位置，楔形组件允许臂自由地向彼此移动。

优选的，所述电接触器可以包括致动装置，所述致动装置包括：楔形组件，所述楔形组件被布置以使具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂分离，以便打开触点，楔形组件从第一位置可移动到第二位置，在所述第一位置，楔形组件分离可移动臂，在所述第二位置，楔形组件允许臂自由地向彼此移动；以及另一个可移动组件，所述另一个可移动组件在第一位置与可移动臂的外倾斜表面啮合以促进它们朝向彼此，以便帮助闭合触点，所述另一个可移动组件在第二位置不与可移动臂啮合，以允许楔形组件分离可移动臂。

优选的，另一个可移动组件可以包括栓钉或辊子，所述栓钉或辊子与可移动臂的外倾斜表面啮合，以在第一位置时帮助触点闭合。

优选的，一个可移动组件还可以包括栓钉或辊子，所述栓钉或辊子与可移动臂的外倾斜表面啮合，具有与可移动臂成整体的分离的柔性柄脚，其向内偏移，以在第一位置时增强触点闭合并减少颤动。

优选的，所述致动装置可以包括耦接到楔形组件和栓钉或辊子的电磁致动器，所述电磁致动器影响楔形组件和栓钉或辊子在第一和第二行程位置之间的移动。

优选的，所述电接触器可以包括致动装置，所述致动装置包括电磁致动器，所述电磁致动器释放或解锁以使固定和可移动触点彼此啮合。

优选的，所述电磁致动器可以为磁性锁定的螺线管或者永久通电的非磁性锁定的螺线管。

优选的，所述电接触器每个具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂被布置以承载通过接触器的总电流的基本上相等的部分。

优选的，所述电接触器每个具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂包括多个纵向分部，每个纵向分部设置有邻近一个端部的可移动触点并且被布置以与相应的固定触点啮合，臂中流动的电流在这些部分之间基本上被相等地划分。

优选的，所述纵向可移动臂分部在其长度的主要部分上分离预定间隙。

优选的，所述纵向可移动臂分部可以被设计尺寸，以使得基本上相等的电流将在每个分部中流动。

优选的，所述电接触器具有最少两个可移动臂分部。

根据本发明的又一方面，提供了一种两极电接触器，其包括第一和第二对端子，第一对的第一端子连接至固定的传导组件的相对面上的一对触点，第一对的第二端子连接至一对导电材料的可移动臂，所述的一对导电材料的可移动臂具有附接在其外表面上的含铁板，所述的一对导电材料的可移动臂在远离第二端子的连接点的端部处承载可移动触点，具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂以彼此相对对准的方式布置，以使得它们的远端通过可移动触点闭合在固定组件的任一侧上，第二对的第一端子连接至在另一个固定的传导组件的相对面上的一对触点，第二对的第二触点连接至另一对导电材料的可移动臂，所述的另一对导电材料的可移动臂具有附接在其外表面上的含铁板，所述的另一对导电材料的可移动臂在远离第二端子的连接点的端部处承载可移动触点，具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂以彼此相对对准的方式布置，以使得它们的远端在固定组件的任一侧上，且可移动触点与固定触点对准，固定组件和具有在其外表面上的含铁板的相关联的可移动臂的布置在之间产生了较强的感应磁场引力，所述感应磁场引力促使可移动臂朝向彼此，从而相当大地增加了固定触点和可移动触点之间的力，使它们保持更加紧密地闭合。

优选的，所述电接触器可以具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂被预先成型和预加负载，以便使它们朝向彼此偏置，从而使得在没有使具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂分离的力的情况下，利用预设的触点压力使可移动触点与固定触点啮合，从而使它们保持常闭。

优选的，可移动臂沿其成型长度可以被设置有附接在其外表面上的含铁板，以使得当触点闭合时，流过可移动臂的较高电流在附接的含铁板中感应产生更强的磁场，因而在之间产生更大的引力，所述引力促使可移动臂更大幅度地朝向彼此，从而增强了固定触点和可移动触点之间的力，使它们保持更紧密地闭合。

优选的，所述电接触器可以包括致动装置，所述致动装置包括楔形组件，所述楔形组件被布置以使具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂分离，以便打开触点，楔形组件从第一位置可移动到第二位置，在所述第一位置，楔形组件分离可移动臂，在所述第二位置，楔形组件允许臂自由地向彼此移动；以及另一个可移动组件，所述另一个可移动组件在第一位置与可移动臂的外倾斜表面啮合以促进它们朝向彼此，以便帮助闭合触点，所述另一个可移动组件在第二位置不与可移动臂啮合，以允许楔形组件分离可移动臂。

优选的，所述电接触器可以包括致动装置，所述致动装置包括：楔形组件，所述楔形组件被布置以使可移动臂分离，以便打开触点，楔形组件从第一位置可移动到第二位置，在所述第一位置，楔形组件分离可移动臂，在所述第二位置，楔形组件允许臂自由地向彼此移动；以及另一个可移动组件，所述另一个可移动组件在第一位置与可移动臂的外倾斜表面啮合以促进它们朝向彼此，以便帮助闭合触点，所述另一个可移动组件在第二位置不与可移动臂啮合，以允许楔形组件分离可移动臂。

优选的，另一个可移动组件可以包括栓钉或辊子，所述栓钉或辊子与可移动臂的外倾斜表面啮合，以在第一位置时帮助触点闭合。

优选的，另一个可移动组件还可以包括栓钉或辊子，所述栓钉或辊子与可移动臂的外倾斜表面啮合，具有与可移动臂成整体的分离的柔性柄脚，其向内偏移，以在第一位置时增强触点闭合并减少颤动。

优选的，所述致动装置可以包括耦接到楔形组件和栓钉或辊子的电磁致动器，所述电磁致动器影响楔形组件和栓钉或辊子在第一和第二行程位置之间的移动。

优选的，所述电接触器可以包括致动装置，所述致动装置包括电磁致动器，所述电磁致动器为螺线管。

优选的，所述电磁致动器可以为磁性锁定的螺线管或者永久通电的非磁性锁定的螺线管。

优选的，所述电接触器每个可移动臂被布置以承载通过接触器的总电流的基本上相等的部分。

优选的，所述电接触器每个可移动臂包括多个纵向分部，每个纵向分部设置有邻近一个端部的可移动触点并且被布置以与相应的固定触点啮合，臂中流动的电流在这些部分之间基本上被相等地划分。

优选的，所述纵向分部在其长度的主要部分上分离预定间隙。

优选的，所述纵向分部可以被设计尺寸，以使得基本上相等的电流将在每个分部中流动。

优选的，所述电接触器可以具有最少两个可移动臂分部。

根据本发明的再一方面，提供了一种两极电接触器，其包括第一和第二对端子，第一对的第一端子连接至固定的传导组件的相对面上的一对触点，第一对的第二端子连接至一对导电材料的可移动臂，所述的一对导电材料的可移动臂具有附接在其外表面上的含铁板，所述的一对导电材料的可移动臂在远离第二端子的连接点的端部处承载可移动触点，具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂以彼此相对对准的方式布置，以使得它们的远端通过可移动的超前/滞后触点闭合在固定组件的任一侧上，第二对的第一端子连接至在另一个固定的传导组件的相对面上的一对触点，第二对的第二触点连接至另一对可移动臂，所述的另一对可移动臂具有附接在其外表面上的含铁板，所述的另一对可移动臂在与第二端子的连接点远离的端部处承载可移动的超前/滞后触点，具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂以彼此相对对准的方式布置，以使得它们的远端在固定组件的任一侧上，其中可移动触点与固定触点对准，固定组件和具有在其外表面上的含铁板的相关联的可移动臂的布置在之间产生了较强的感应磁场引力，所述感应磁场引力促使可移动臂朝向彼此，从而相当大地增加了固定触点和可移动触点之间的力，使它们保持更加紧密地闭合。

优选的，所述电接触器可以具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂被预先成型和预加负载，以便使它们朝向彼此偏置，从而使得在没有使具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂分离的力的情况下，利用预设的触点压力使可移动的超前/滞后触点与固定触点啮合，使它们保持常闭。

优选的，可移动臂沿其成型长度可以被设置有附接在其外表面上的含铁板，以使得当超前/滞后触点闭合时，流过可移动臂的较高电流在附接的含铁板中感应产生更强的磁场，因而在之间产生更大的引力，所述引力促使可移动臂更大幅度地朝向彼此，从而增强了固定触点和可移动触点之间的力，使它们保持更进一步地紧密闭合。

优选的，所述电接触器可以包括：致动装置，所述致动装置包括楔形组件，所述楔形组件被布置以使具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂分离，以便打开触点，楔形组件从第一位置可移动到第二位置，在所述第一位置，楔形组件分离可移动臂的超前/滞后触点，在所述第二位置，楔形组件允许臂自由地向彼此移动；以及另一个可移动组件，所述另一个可移动组件在第一位置与可移动臂的外倾斜表面啮合以促进它们朝向彼此，以便帮助闭合超前/滞后触点，所述另一个可移动组件在第二位置不与可移动臂啮合，以允许楔形组件分离可移动臂。

优选的，所述电接触器可以包括致动装置，所述致动装置包括楔形组件，所述楔形组件被布置以使可移动臂分离，以便打开超前/滞后触点，楔形组件从第一位置可移动到第二位置，在所述第一位置，楔形组件分离可移动臂，在所述第二位置，楔形组件允许臂自由地向彼此移动；以及另一个可移动组件，所述另一个可移动组件在第一位置与可移动臂的外倾斜表面啮合以促进它们朝向彼此，以便帮助闭合超前/滞后触点，所述另一个可移动组件在第二位置不与可移动臂啮合，以允许楔形组件分离可移动臂。

优选的，另一个可移动组件可以包括栓钉或辊子，所述栓钉或辊子与可移动臂的外倾斜表面啮合，以在第一位置时帮助触点闭合。

优选的，另一个可移动组件还可以包括栓钉或辊子，所述栓钉或辊子与可移动臂的外倾斜表面啮合，具有与可移动臂成整体的分离的柔性柄脚，其向内偏移，以在第一位置时增强触点闭合并减少颤动。

优选的，所述致动装置可以包括耦接到楔形组件和栓钉或辊子的电磁致动器，所述电磁致动器影响楔形组件和栓钉或辊子在第一和第二行程位置之间的移动。

优选的，所述电接触器可以包括致动装置，所述致动装置包括电磁致动器，所述电磁致动器为螺线管。

优选的，所述电磁致动器可以为磁性锁定的螺线管或者永久通电的非磁性锁定的螺线管。

优选的，所述电接触器每个可移动臂被布置以承载通过接触器的总电流的基本上相等的部分。

优选的，所述电接触器每个可移动臂包括多个纵向分部，每个纵向分部设置有邻近一个端部的可移动的超前/滞后触点并且被布置以与相应的固定触点啮合，臂中流动的电流在这些部分之间基本上被相等地划分。

优选的，所述纵向分部在其长度的主要部分上分离预定间隙。

优选的，所述纵向分部可以被设计尺寸，以使得基本上相等的电流将在每个分部中流动。

优选的，所述电接触器可以具有最少两个可移动臂分部。

附图说明

图1示出了现有技术中单极接触器的平面图，其中单极接触器的触点打开；

图2是图1的接触器的透视图；

图3a示出了标准的较长的弹性纯铜叶片；

图3b示出了钢增强的较短的弹性纯铜叶片；

图4a示出了单个钢增强的开关；

图4b示出了具有黄铜端子的2极接触器；

图5a示出了通过栓钉和楔使触点打开的视图；以及

图5b示出了通过栓钉和楔使触点闭合的视图。

具体实施方式

改进的降低成本的开关设计：各种成本降低优化：

使用简单的平行的弹性纯铜“双叶片”的现有100A开关设计特别受到几何形状和之间的间隙的限制，“双叶片”组中的每个叶片能够在高的共享电流下产生一个相对于另一个的一定的（磁性）引力，被平衡并抵抗触点斥力-两个力均与电流的平方成比例-以确保触点在短路故障期间保持闭合。获得这种严格适合于特定结构的比例平衡的力是非常困难的。因此，半叶片版本被优化以用于200A，但是使用较长的叶片和一共16个触点。因此，下文提出了对现有设计的下述改进：

第一个优化的改进：第一个设计优化是配置较小的、成本降低的开关，具有较短的、较窄的弹性纯铜“双叶片”，其会具有较低的额定电阻和自加热，但是必需还能够产生大得多的（磁性）引力，以利用较少的触点克服在较大的共享电流下必然出现的较大的触点斥力。

对于标准的、较长的平行纯铜“双叶片”几何形状，在高共享短路故障电流下，双叶片之间具有限定的（磁性）引力，强烈的个体磁场彼此非常接近（通过间隙），彼此增强，使两者产生一些偏离（向内的），并且同时使相关间隙闭合。如果短路故障电流非常大-以AC峰值期间为例-就会存在叶片可能偏离太远的危险，接触并且可能使触点弹开，这将立即断开开关并破坏“双叶片”效果，可能具有灾难性的爆炸结果。

进行与较短的、平行的弹性纯铜“双叶片”有关的计算，但是该“双叶片”利用软钢的外部迭片结构进行增强，该软钢被构形以用于良好地适于每个“双叶片”，仅在叶片中流动的电流在刚迭片结构中引起非常强的磁性引力，其通过间隙彼此吸引。这表明对于具有彼此附接的钢迭片结构的给定的（较小的）“双叶片”区域，有可能产生非常强的叶片力，该力会轻松地克服较大的相关的触点斥力，但是利用较少的触点。

附图3a和3b示出了标准的较长的叶片（带有触点）与成本降低的较小尺寸的叶片的比较。其中，图3a示出了标准的较长的弹性纯铜叶片，其中两弹性纯铜叶片长度均为68mm，厚度均为0.7mm，弹性纯铜叶片的外表面设置有加强肋100。图3b示出了钢增强的较短的弹性纯铜叶片，其中两弹性纯铜叶片长度均为55mm，厚度均为0.5mm。

该成本降低的较小尺寸的叶片进一步利用具有足够厚度的附接的钢迭片结构进行增强，从而在相同的共享短路电流情况下，提供非常大的与“F”有关的归一化的引力。

这表示在弹性纯铜叶片材料上节省了66%质量/成本，以及较低的额定开关电阻，典型地，相对于标准的半叶片设计减少一半。

第二个优化的改进：较短的、较窄的钢增强的“双叶片”给出了以下优点：开关额定电阻典型地减为一半，同时如图3b中所示，之间的引力与标准的较长的叶片力“F”相比，增加了至少5倍。

如已授权专利GB 2,413,703的图15-16所示的用于标准2极计量器开关的插入式开关端子或“戳片”通常由2.38mm厚度的纯铜片或条带加工而成，以插入到计量器底座弹性爪中。这些纯铜加工而成的形状产生了相当大的碎片损耗。

因为钢增强的开关电阻被典型地减为一半，就有可能用相同厚度的黄铜（brass）来替代这些纯铜(copper)端子，进一步节省了大约40%。这在以下的附图4中示出，其示出了较短的、较窄的钢增强的“双叶片”以及成本降低的2极插入式计量器接触器。

更具体地，图4a的左侧示出了单个钢增强的开关，右侧示出了该开关的端视图，其中附图标记200为半剪片（无铆钉）。图4b示出了具有黄铜端子的2极接触器。如图4b所示，接触器具有栓钉300、楔400、导杆900、锡片黄铜端子/戳片500和皮质螺线管800，该皮质螺线管800具有皮质线圈600和铁素体700（14x16x5.55）。

以上的2极接触器示出了相对于布置在中心的“皮质”螺线管对称的两个分离的钢 增强开关的布局，其驱动附接至螺线管铁心的楔形顶升装置模制件，以打开叶片组。成本降低的黄铜端子“戳片”使得2极接触器能够插入到计量器插座中。

第三个优化的改进：在以上附图4所示的改进的2极接触器中，利用较短的弹性纯铜“双叶片”，紧密附接至叶片的刚性“增强”的钢垫片结构的出现已经去除了标准叶片设计中所看到的挠性，在大的短路故障情况下，标准的叶片设计容易（向内）偏离，导致一些触点滑动，这减少了熔体潭点焊。

在大的短路故障条件下，有一个顾虑是：被刚性“增强的”钢层叠的“双叶片”触点在厚重的叶片下可能会短暂地振动并弹开，并且斥力在强大的磁场下会被平衡。相似地，在额定电流开关期间，存在的顾虑是：被刚性“增强的”钢层叠的叶片会产生一些不期望的触点颤动，这可能引起点焊，使耐久寿命和触点剥离恶化。

为了完全消除这些顾虑，已经使弹性纯铜“双叶片”的接触端在顶部形成有分离的挠性柄脚，以在螺线圈驱动期间独立地启动。如图4以及图5中所示。图5a示出了通过栓钉和楔使触点打开的视图；以及图5b示出了通过栓钉和楔使触点闭合的视图。如图5a中所示，当栓钉退出时，楔啮合，因而在叶片楔的驱动下，触点打开。如图5b中所示，当栓钉啮合时，即，柄脚、栓钉夹紧，楔退出，因而触点闭合。在图5的实施例中，螺线管附接至具有楔形延伸的顶升装置模制件，该楔形延伸被放置在叶片的偏移端之间，因此，在螺线管被驱动时，叶片和触点通过所示的倾斜的叶片内表面打开。

顶升装置模制件还延伸有一对向下的“栓钉”，其无阻挡地坐跨倾斜的叶片表面的外侧，因此，在螺线管（释放）驱动来闭合触点时，“栓钉”在外倾斜表面上使挠性柄脚向内偏移，轻轻地夹紧触点以防止颤动。此外，在大“承载的”短路和“完全短路”故障条件下，由厚重叶片引起的任何振动和斥力都被平衡，“栓钉”和挠性柄脚夹紧反应将会阻止颤动以及假性的、严重破坏掉触点打开。

第四个优化的改进：在已授权专利GB 2,413,703中的以上所示和描述特征的接触器（该接触器使用了多个触点（一共高达16个）以均衡在额定或大的短路故障级别下共享的电流）中，重要的是所使用的触点具有足够的“顶层”银合金厚度，以承担所遇到的艰巨的开关和“承载”任务。8mm直径双金属触点的典型的“顶层”厚度在0.6至1.0mm范围内，其等效于相当大的成本，尤其是在将16个触点用于200A接触器时，如现有设计所示和使用中。

降低整个银合金成本的一个方法是通过引入一个被称为“超前/滞后（lead/lag）”的特别的开关概念，控制每个开关的一些触点中的“顶层”厚度，这使得其非常适合“双叶片”在脉冲驱动开关功能期间被实际调节、设置和促动的方式。对于所建议的具有较短的叶片、刚性增强的开关（其仅使用8个触点而不是16个）而言，这是更加重要的。这些叶片的尺寸被设计以满足耐久寿命的要求。

利用该“超前/滞后”原理，所选择的每组中的叶片和触点通过以下方式调节和设置：在启动脉冲驱动期间，一个限定的但重要的时间延迟被引入到触点和延迟触点之间，所述触点（“超前”触点）首先闭合开关负载电流中冲击最重的部分，而延迟触点（“滞后”触点）在之后及时地闭合一小部分。这总是确保“滞后”触点仅仅“承载”负载电流，保持它相对纯净并难以侵蚀。因此，与“超前”触点相比，“滞后”触点能够具有非常薄的“顶层”银合金厚度。

另一方面，占据开关负载电流中冲击最重的部分（尤其是在电感负载的情况下）的“超前”触点需要比“滞后”触点更厚的“顶层”银合金，以一起增强耐久寿命并减少触点剥离。当叶片调整、设置和脉冲驱动被优化以用于“超前/滞后”时，有可能如所期望的那样，利用合理化的触点节省相当大的成本。

有可能的是，例如，优化“超前/滞后”触点组，以在开关“超前”触点上具有相对厚的“顶层”银合金，而在“承载的”“滞后”触点上具有非常薄的“顶层”银合金，从而对银合金含量进行了相当大的成本降低。

第五个优化的改进：如上所述，包括具有如上所述的“超前/滞后”触点的良好调节和设置的“双叶片”组具有明显的成本优势。如果没有合适的脉冲驱动，即使在额定电流情况下，一些“超前”触点也会在工作寿命期间发生点焊接，原因在于随着侵蚀的发生，开关的银合金表面上的一些点可能变得富含银，这随机地促成了更多的点焊接。如果脉冲驱动不足以强大到破坏随着开关颤动出现的点焊接，这尤其会是一个问题。此外，取决于这在工作寿命期间可能会出现的时间，点焊接可能会出于相同的原因而出现在适度的短路故障中。

能够改进这种点焊接的一个方面在于使用特别的银合金“顶层”，其在银母体中具有氧化钨添加剂，对于“超前”开关触点尤其如此。在母体中具有氧化钨添加剂的添加具有以下几个重要效果有优点：

1）其产生了更同质的“顶层”结构，使侵蚀的表面搅拌地更加均匀，但是不会产生如此多的易于发生点焊接的富银区域；

2）其在开关点处升高了通常的熔体潭温度，这抑制了点焊接；以及

3）因为氧化钨添加剂在整个“顶层”银物质中占有一个适度的比例，对于给定的厚度，也具有一个小成本的优点。

Claims (42)

1.一种电接触器，其包括第一端子，所述第一端子连接至固定的传导组件的相对表面上的一对固定触点，第二端子，所述第二端子连接至导电的一对可移动臂，其特征在于：所述可移动臂具有附接在其外表面上的含铁板，所述可移动臂在远离第二端子的一端承载可移动触点，所述一对可移动臂以彼此相对对准的方式布置，以使得承载可移动触点的一端分别位于固定的传导组件的两侧，且可移动触点与固定触点对准，固定的传导组件和所述可移动臂被配置为，当所述可移动触点与所述固定触点闭合时，流过外表面附接有含铁板的所述可移动臂的电流在所述一对可移动臂之间产生感应磁场引力，所述感应磁场引力促使所述一对可移动臂朝向彼此，从而增加了固定触点和可移动触点之间的力，使固定触点和可移动触点更加紧密地闭合，所述可移动臂形成有挠性柄脚，所述电接触器进一步包括一可移动组件，所述可移动组件使所述一对可移动臂的挠性柄脚向内偏移，从而使所述可移动触点夹紧所述固定触点，以增强触点闭合并减少颤动。

2.根据权利要求1所述的电接触器，其中，具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂被预先成型和预加负载，以便可移动臂朝向彼此偏置，从而使得在没有使具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂分离的力的情况下，利用预设的触点压力使可移动触点与固定触点啮合，从而使其保持常闭，所述可移动臂包括连接所述第二端子的第一平板部、承载所述可移动触点的第二平板部和连接于所述第一平板部与第二平板部之间的倾斜部。

3.根据权利要求2所述的电接触器，其中，可移动臂沿其成型长度被设置有相称地附接在其外表面上的含铁板，以使得当触点闭合时，流过具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂的较高电流在附接的含铁板中感应产生更强的磁场，因而在之间产生较大的引力，所述引力促使可移动臂更大幅度地朝向彼此，从而增强了固定触点和可移动触点之间的力，使其保持更紧密地闭合。

4.根据权利要求3所述的电接触器，其进一步包括位于所述一对可移动臂的倾斜部的内倾斜表面之间的楔形组件，所述楔形组件被布置以使可移动臂分离，以便打开触点，楔形组件从第一位置可移动到第二位置，在所述第一位置，楔形组件分离可移动臂，在所述第二位置，楔形组件允许可移动臂自由地向彼此移动。

5.如权利要求4所述的电接触器，其中，所述可移动组件包括栓钉或辊子。

6.根据权利要求2至5任意一项所述的电接触器，其中，所述挠性柄脚与所述可移动臂的倾斜部及第二平板部相分离，所述挠性柄脚包括倾斜柄脚，所述可移动组件使挠性柄脚向内偏移，以增强触点闭合并减少颤动。

7.根据权利要求4所述的电接触器，其进一步包括耦接到楔形组件和所述可移动组件的电磁致动器，所述电磁致动器影响楔形组件和所述可移动组件的移动。

8.根据前述权利要求1所述的电接触器，其进一步包括电磁致动器，所述电磁致动器释放或解锁以使固定和可移动触点彼此啮合。

9.根据权利要求8所述的电接触器，其中，所述电磁致动器为磁性锁定的螺线管或者永久通电的非磁性锁定的螺线管。

10.根据前述权利要求1所述的电接触器，其中，每个具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂被布置以承载通过电接触器的总电流的基本上相等的部分。

11.根据前述权利要求1所述的电接触器，其中，每个具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂包括多个纵向分部，每个纵向分部设置有邻近一个端部的可移动触点并且被布置以与相应的固定触点啮合，可移动臂中流动的电流在这些分部之间基本上被相等地划分。

12.根据权利要求11所述的电接触器，其中，所述纵向分部在其长度的主要部分上分离预定间隙。

13.根据权利要求11或12所述的电接触器，其中，所述纵向分部被设计尺寸，以使得基本上相等的电流将在每个分部中流动。

14.根据权利要求11或12所述的电接触器，其中，具有最少两个纵向分部。

15.一种两极电接触器，其包括第一和第二对端子，第一对的第一端子连接至固定的传导组件的相对面上的一对固定触点，第一对的第二端子连接至一对导电的可移动臂，其特征在于：所述的一对导电的可移动臂具有附接在其外表面上的含铁板，所述的一对导电的可移动臂在远离第二端子的一端承载可移动触点，所述一对导电的可移动臂以彼此相对对准的方式布置，以使承载可移动触点的一端分别通过可移动触点闭合在固定组件的两侧，第二对的第一端子连接至在另一个固定的传导组件的相对面上的一对固定触点，第二对的第二端子连接至另一对导电的可移动臂，所述的另一对导电的可移动臂具有附接在其外表面上的含铁板，所述的另一对导电的可移动臂在远离第二端子的一端承载可移动触点，所述的另一对导电的可移动臂以彼此相对对准的方式布置，以使得承载可移动触点的一端分别位于固定组件的两侧，且可移动触点与固定触点对准，当所述可移动触点与所述固定触点闭合时，所述一对导电的可移动臂或者所述另一对导电的可移动臂之间产生感应磁场引力，所述感应磁场引力促使可移动臂朝向彼此，从而相当大地增加了固定触点和可移动触点之间的力，使固定触点和可移动触点保持更加紧密地闭合，每一导电的可移动臂形成有挠性柄脚，所述两极电接触器进一步包括两个可移动组件，所述两个可移动组件分别使两对可移动臂的挠性柄脚向内偏移，从而使所述可移动触点夹紧所述固定触点，以增强触点闭合并减少颤动。

16.根据权利要求15所述的两极电接触器，其中，具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂被预先成型和预加负载，以便使可移动臂朝向彼此偏置，从而使得在没有使具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂分离的力的情况下，利用预设的触点压力使可移动触点与固定触点啮合，从而使其保持常闭，所述可移动臂包括连接所述第二端子的第一平板部、承载所述可移动触点的第二平板部和连接于所述第一平板部与第二平板部之间的倾斜部。

17.根据权利要求16所述的两极电接触器，其中，可移动臂沿其成型长度被设置有附接在其外表面上的含铁板，以使得当触点闭合时，流过可移动臂的较高电流在附接的含铁板中感应产生更强的磁场，因而在之间产生更大的引力，所述引力促使可移动臂更大幅度地朝向彼此，从而增强了固定触点和可移动触点之间的力，使其保持更紧密地闭合。

18.根据权利要求17所述的两极电接触器，其进一步包括分别位于两对可移动臂的倾斜部之间的两个楔形组件，所述楔形组件被布置以使具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂分离，以便打开触点，楔形组件从第一位置可移动到第二位置，在所述第一位置，楔形组件分离可移动臂，在所述第二位置，楔形组件允许可移动臂自由地向彼此移动。

19.根据权利要求18所述的两极电接触器，其中，所述可移动组件包括栓钉或辊子。

20.根据权利要求16至19任意一项所述的两极电接触器，其中，所述挠性柄脚与所述可移动臂的倾斜部及第二平板部相分离，所述挠性柄脚包括倾斜柄脚，所述可移动组件使挠性柄脚向内偏移，以增强触点闭合并减少颤动。

21.根据权利要求18所述的两极电接触器，其进一步包括耦接到楔形组件和所述可移动组件的电磁致动器，所述电磁致动器影响楔形组件和所述可移动组件的移动。

22.根据前述权利要求21所述的两极电接触器，其中，所述电磁致动器为螺线管。

23.根据权利要求22所述的两极电接触器，其中，所述电磁致动器为磁性锁定的螺线管或者永久通电的非磁性锁定的螺线管。

24.根据前述权利要求15所述的两极电接触器，其中，每个可移动臂被布置以承载通过电接触器的总电流的基本上相等的部分。

25.根据前述权利要求15所述的两极电接触器，其中，每个可移动臂包括多个纵向分部，每个纵向分部设置有邻近一个端部的可移动触点并且被布置以与相应的固定触点啮合，可移动臂中流动的电流在这些分部之间基本上被相等地划分。

26.根据权利要求25所述的两极电接触器，其中，所述纵向分部在其长度的主要部分上分离预定间隙。

27.根据权利要求25或26所述的两极电接触器，其中，所述纵向分部被设计尺寸，以使得基本上相等的电流将在每个分部中流动。

28.根据权利要求25或26所述的两极电接触器，其中，具有最少两个纵向分部。

29.一种两极电接触器，其包括第一和第二对端子，第一对的第一端子连接至固定的传导组件的相对面上的一对固定触点，第一对的第二端子连接至一对导电的可移动臂，其特征在于：所述的一对导电的可移动臂具有附接在其外表面上的含铁板，所述的一对导电的可移动臂在远离第二端子的一端承载可移动的超前/滞后触点，所述一对导电的可移动臂以彼此相对对准的方式布置，以使承载可移动的超前/滞后触点的一端分别通过可移动的超前/滞后触点闭合在固定组件的两侧，第二对的第一端子连接至在另一个固定的传导组件的相对面上的一对固定触点，第二对的第二端子连接至另一对导电的可移动臂，所述的另一对导电的可移动臂具有附接在其外表面上的含铁板，所述的另一对导电的可移动臂在远离第二端子的一端承载可移动的超前/滞后触点，所述的另一对导电的可移动臂以彼此相对对准的方式布置，以使得承载可移动的超前/滞后触点的一端分别位于固定组件的两侧，其中可移动的超前/滞后触点与固定触点对准，当所述可移动的超前/滞后触点与所述固定触点闭合时，所述一对导电的可移动臂或者所述另一对导电的可移动臂之间产生感应磁场引力，所述感应磁场引力促使可移动臂朝向彼此，从而相当大地增加了固定触点和可移动的超前/滞后触点之间的力，使固定触点和可移动触点保持更加紧密地闭合，每一导电的可移动臂形成有挠性柄脚，所述两极电接触器进一步包括两个可移动组件，所述两个可移动组件分别使两对可移动臂的挠性柄脚向内偏移，从而使所述可移动触点夹紧所述固定触点，以增强触点闭合并减少颤动。

30.根据权利要求29所述的两极电接触器，其中，具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂被预先成型和预加负载，以便使可移动臂朝向彼此偏置，从而使得在没有使具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂分离的力的情况下，利用预设的触点压力使可移动的超前/滞后触点与固定触点啮合，使其保持常闭，所述可移动臂包括连接所述第二端子的第一平板部、承载所述可移动触点的第二平板部和连接于所述第一平板部与第二平板部之间的倾斜部。

31.根据权利要求30所述的两极电接触器，其中，可移动臂沿其成型长度被设置有附接在其外表面上的含铁板，以使得当超前/滞后触点闭合时，流过可移动臂的较高电流在附接的含铁板中感应产生更强的磁场，因而在之间产生更大的引力，所述引力促使可移动臂更大幅度地朝向彼此，从而增强了固定触点和可移动触点之间的力，使其保持更进一步地紧密闭合。

32.根据权利要求31所述的两极电接触器，其进一步包括分别位于两对可移动臂的倾斜部之间的两个楔形组件，所述楔形组件被布置以使具有附接在其外表面上的含铁板的可移动臂分离，以便打开触点，楔形组件从第一位置可移动到第二位置，在所述第一位置，楔形组件分离可移动臂的超前/滞后触点，在所述第二位置，楔形组件允许可移动臂自由地向彼此移动。

33.根据权利要求32所述的两极电接触器，其中，所述可移动组件包括栓钉或辊子。

34.根据权利要求30至33任意一项所述的两极电接触器，其中，所述挠性柄脚与所述可移动臂的倾斜部及第二平板部相分离，所述挠性柄脚包括倾斜柄脚，所述可移动组件使挠性柄脚向内偏移，以增强触点闭合并减少颤动。

35.根据权利要求32所述的两极电接触器，其进一步包括耦接到楔形组件和所述可移动组件的电磁致动器，所述电磁致动器影响楔形组件和所述可移动组件的移动。

36.根据前述权利要求35所述的两极电接触器，其中，所述电磁致动器为螺线管。

37.根据权利要求36所述的两极电接触器，其中，所述电磁致动器为磁性锁定的螺线管或者永久通电的非磁性锁定的螺线管。

38.根据前述权利要求29所述的两极电接触器，其中，每个可移动臂被布置以承载通过电接触器的总电流的基本上相等的部分。

39.根据前述权利要求29所述的两极电接触器，其中，每个可移动臂包括多个纵向分部，每个纵向分部设置有邻近一个端部的可移动的超前/滞后触点并且被布置以与相应的固定触点啮合，可移动臂中流动的电流在这些分部之间基本上被相等地划分。

40.根据权利要求39所述的两极电接触器，其中，所述纵向分部在其长度的主要部分上分离预定间隙。

41.根据权利要求39或40所述的两极电接触器，其中，所述纵向分部被设计尺寸，以使得基本上相等的电流将在每个分部中流动。

42.根据权利要求39或40所述的两极电接触器，其中，具有最少两个纵向分部。