CN105575722A - 快速响应的触点状态切换装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种快速响应的触点状态切换装置及方法，包括待连接电极、运动导电体、运动磁体、真空腔室以及电磁激励机构，电磁激励机构能够激励运动磁体，运动导电体在运动磁体的带动下能够：分别与不同的待连接电极单独接触形成电连接；或者在至少一对待连接电极之间形成电连接或者断开电连接。本发明可以应用于快速响应(真空)电路路开关或电路断路器装置，其电磁环节全部位于真空腔室的外部的单侧或对称的两侧，从而减少了真空腔室需要容纳的部件的数量，进行使得真空腔室的容积可以减小，以便更为容易地形成真空环境。

Description

快速响应的触点状态切换装置及方法

技术领域

本发明涉及真空环境下触点控制技术领域，具体地，涉及快速响应的触点状态切换装置及高纯度真空实现方法。

背景技术

真空断路器，其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。真空断路器是3～10kV，50Hz三相交流系统中的户内配电装置，可供工矿企业、发电厂、变电站中作为电器设备的保护和控制之用，特别适用于要求无油化、少检修及频繁操作的使用场所，断路器可配置在中置柜、双层柜、固定柜中作为控制和保护高压电气设备用。真空断路器的工作原理为：当动、静触头在操作机构的作用下分闸时，触头间产生电弧，触头表面在高温下挥发出蒸汽，由于触头设计为特殊形状，在电流通过时产生一磁场，电弧在此磁场作用下沿触头表面切线方向快速运动，在金属圆筒(屏蔽罩)上凝结了部分金属蒸汽，电弧在自然过零时就熄灭了，触头间的介质强度又迅速恢复起来。

现有的真空断路器，通常采用外部的机械开合控制机构进行分闸和合闸控制；但是，现有的机械开合机构系统通常具有非常复杂的结构，安装不便且极易发生故障，导致真空断路器分闸、合闸失灵，极易发生事故，无法保证真空断路器的可靠性。

并且，传统技术方案中的真空腔室体积较大，导致形成真空环境较为困难。为解决抽真空较为困难的问题，在传统的技术方案中，往往先对处于室温温度的真空腔室升温至高温，然后进行抽真空，最后再使真空腔室降至室温。在高温环境中，位于真空腔室内的磁性材料容易发生退磁。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种快速响应的触点状态切换装置及因腔室体积微小，而在常温环境下就相对容易实现真空抽取的方法。

根据本发明提供的一种快速响应的触点状态切换装置，包括待连接部、触点开合机构、真空腔室以及电磁激励机构，触点开合机构包括运动接合体、运动磁体；

待连接部的数量至少为两个；待连接部由真空腔室外部延伸入真空腔室内部；

运动接合体、运动磁体位于真空腔室内部；运动接合体与运动磁体紧固连接；

电磁激励机构位于真空腔室外部；

电磁激励机构能够激励运动磁体，运动接合体在运动磁体的带动下能够：

-分别与不同的待连接部单独接触形成连接；或者

-在至少一对待连接部之间形成连接或者断开连接；

所述待连接部、运动接合体，具体为：

-待连接部为待连接电极，运动接合体为运动导电体；

-待连接部为待连接光纤，运动接合体为运动导光体；

-待连接部为待连接热传导端，运动接合体为运动热导体；

-待连接部为待连接波导管，运动接合体为运动波导体；或者

-待连接部为待连接流体传输管，运动接合体为运动流体传输体。

优选地，所述真空腔室内仅包含：

-待连接部延伸入真空腔室的部分；

-触点开合机构。

优选地，触点开合机构包括导电弹性体；

导电弹性体连接在运动导电体与一个待连接电极之间。

优选地，真空腔室的壳体的整体采用非磁屏蔽材料制成，或者真空腔室的壳体设置有磁路通道，电磁激励机构通过磁路通道与运动磁体形成磁路结构。

优选地，运动磁体和运动导电体的运动方式为平动或者转动。

优选地，运动磁体通过滑动支撑块进行滑动，运动导电体通过绝缘体连接在运动磁体上。

优选地，真空腔室内设置有第一绝缘夹持体、第二绝缘夹持体；

待连接电极包括第一电极、第二电极；

第一电极紧固连接第一绝缘夹持体，第二电极紧固连接第二绝缘夹持体；

第一绝缘夹持体与第二绝缘夹持体之间的间隙形成运动磁体和运动导电体的运动空间以及导向通道。

优选地，真空腔室内设置有第一电极导体、第二电极导体；

第一电极紧固连接第一电极导体，第二电极紧固连接第二电极导体；

运动导电体通过转轴转动，运动导电体的一部分表面为弧面或者球面，相应地，第一电极导体与第二电极导体的相对面均设置有与运动导电体匹配的弧面凹槽或者球面凹槽。

根据本发明提供的一种上述的快速响应的触点状态切换装置的高真空实现方法，没有升温工艺过程，直接对包裹触点的真空腔室抽真空，而使触点置于高纯度真空腔环境。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明可以应用于快速响应(真空)电路路开关或电路断路器装置，与传统技术方案不同的是，本发明中的电磁环节全部位于真空腔室的外部的单侧或对称的两侧，从而减少了真空腔室需要容纳的部件的数量，进行使得真空腔室的容积可以减小，以便更为容易地形成真空环境。本发明通过设置不同数量的电极，可以实现一种快速电路切换驱动装置(双输入单输出电路切换通断模式)，使得两路电路轮流切换导通，从而使得整个干线电路通电不受影响。

本发明由机电系统真空包外部驱动---到真空包内部直接驱动---再到触点端子之间直接驱动，实现开关(即触点的接触与分离)，所以本发明能够最高效地实现电路通断。

本发明除了能够应用于电路通断之外，其机理还可以应用于光、波、磁、热、流体的传递或传导通断。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明第一实施例提供的快速响应的触点状态切换装置的结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的快速响应的触点状态切换装置的合路状态的示意图。

图3为本发明第一实施例提供的快速响应的触点状态切换装置的开路状态的示意图。

图4为本发明第二实施例提供的快速响应的触点状态切换装置的结构示意图。

图5为本发明第三实施例提供的快速响应的触点状态切换装置的结构示意图。

图6为本发明第四实施例提供的快速响应的触点状态切换装置的结构示意图。

图7为本发明第四实施例提供的快速响应的触点状态切换装置的合路状态的示意图。

图8为本发明第四实施例提供的快速响应的触点状态切换装置的开路状态的示意图。

图9为本发明第五实施例提供的快速响应的触点状态切换装置的结构示意图。

图10为本发明第五实施例提供的快速响应的触点状态切换装置的合路状态的示意图。

图11为本发明第六实施例提供的快速响应的触点状态切换装置的结构示意图。

图12为本发明第六实施例提供的快速响应的触点状态切换装置的开路状态的示意图。

图13为本发明第七实施例提供的快速响应的触点状态切换装置的结构示意图。

图中：

1-第一电极

2-第二电极

3-运动导电体

4-运动磁体

5-导电弹性体

6-电磁激励机构

7-电磁激励机构电极

8-真空腔室

9-外壳

10-磁轭

11-位置保持铁磁体

12-滑动支撑块

13-绝缘体

14-第一电极导体

15-第二电极导体

16-预紧弹簧

17-第一绝缘夹持体

18-第二绝缘夹持体

19-第三电极

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

基础实施例

在本发明的基础实施例中，根据本发明提供的一种快速响应的触点状态切换装置，包括待连接部、触点开合机构、真空腔室以及电磁激励机构，触点开合机构包括运动接合体、运动磁体；

待连接部的数量至少为两个；待连接部由真空腔室外部延伸入真空腔室内部；

运动接合体、运动磁体位于真空腔室内部；运动接合体与运动磁体紧固连接；

电磁激励机构位于真空腔室外部；

电磁激励机构能够激励运动磁体，运动接合体在运动磁体的带动下能够：

-分别与不同的待连接部单独接触形成连接；或者

-在至少一对待连接部之间形成连接或者断开连接；

所述待连接部、运动接合体，具体为：待连接部为待连接电极，运动接合体为运动导电体；在变化例中，所述待连接部、运动接合体，具体为：

-待连接部为待连接光纤，运动接合体为运动导光体；

-待连接部为待连接热传导端，运动接合体为运动热导体；或者

-待连接部为待连接波导管，运动接合体为运动波导体；

-待连接部为待连接流体传输管，运动接合体为运动流体传输体。

在优选例中，所述真空腔室内仅包含待连接部延伸入真空腔室的部分，以及触点开合机构。

第一实施例

第一实施例为基础实施例的优选例。在第一实施例中，工作原理为：在电磁激励机构的激励下，磁力通过磁轭和铁磁体作用于具有更易实现运动效果的磁极布置和期望运动方向的磁力形成的永磁体或铁磁体，驱使运动磁体沿纸面的上下方向进行平动，从而带动运动导电体一起平动。如图2所示，运动导电体接触第一电极，从而使得第一电极、运动导电体以及第二电极之间形成电连接。如图3所示，运动导电体与第一电极分离，从而第一电极与第二电极之间的电连接断开。在运动导电体的平动过程中，导电弹性体发生弯曲形变，使得运动导电体通过导电弹性体与第二电极始终保持连接，导电弹性体可以是可弯曲的铜片或者形状记忆合金，其中，形状记忆合金材料制成的导电弹性体还具有导电时由于自身电阻会有一定程度发热，而增加其形状记忆效应使得活动导电体与电极之间的接触更为稳定，并且增强保证了运动导电体与接通时的电极触点面之间接触不脱离的效果；导电弹性体还可以是形状记忆合金和导电铜材料的夹层式组合体，其中的铜材到用于导电，其中的形状记忆合金用于通电加热以实现运动导电体的位置保持或位置恢复。同时，导电弹性体也对运动导电体提供一定的支撑作用，如图1所示，当电磁激励机构未施加激励时，运动导电体通过导电弹性体的支撑而与第一电极、第二电极均分离。其中，电磁激励机构生成的磁力通过磁路通道传递给运动磁体，其中，磁路通道包括形成磁路的磁轭与铁磁体。导电弹性体的数量可以为一个或多个。当导电体的数量为多个时，可以向运动导电体提供更为稳固的支撑和导向。优选地，运动磁体为永磁体，在运动磁体纸面上下的位置处分布布置有位置保持铁磁体，该位置保持铁磁体起到断电保持的作用，具体地，由永磁体构成的运动磁体受到电磁激励机构的激励后带动运动导电体与第一电极接触形成电连接后，若电磁激励机构失电，当位置保持铁磁体与构成运动磁体的永磁体之间的吸力大于导电弹性体施加给运动导电体的复位力，则位置保持铁磁体与运动永磁体之间因本身永磁性可以起到断电保持的功能。图2中运动磁体的N极、S极左右分布，在变化例中，运动磁体的N极、S极也可以上下分布，或者采用不同磁极分布方式的永磁体之间的结合。

第二实施例

第二实施例为基础实施例的优选例，也是第一实施例的变化例。在第二实施例中，工作原理为：运动磁体沿纸面左右方向平动。其中的虚线表示当运动导电体与第一电极接触时导电弹性体的形变状态。其中，由永磁体构成的运动磁体的数量为两个，这两个运动磁体以磁轴同向平行(优选为重合)的方式排列连接在同一个运动导电体上，且这两个运动磁体位于电磁激励机构的线圈中电磁体磁轴的两侧，并且。在电磁激励机构未激励时，由于导电弹性体的支撑作用，活动导电体与第二电极分离，仅通过导电弹性体连接第一电极。在电磁激励机构激励后，电磁激励机构的线圈中的电磁体产生磁场，该磁场的磁轴垂直于运动磁体的磁轴，对上述两个运动磁体中的一个运动磁体产生斥力，对另一个运动磁体产生吸力，从而驱动运动导电体与第二电极相接触形成电连接；电磁激励机构失电后，由于构成运动磁体的永磁体和位置保持铁磁体之间的吸力(当该吸力大于导电弹性体回复力时)，可使触点接触状态为失电保持状态。或在较大导电弹性体的恢复力或/和反向电磁力作用下，活动导电体再次与第二电极分离。反之，给电磁激励线圈通反向电流，则会产生与上述反向的电磁场作用在运动永磁体上，形成闭合作动力，从而实现运动导体闭合运动，实现触点闭合。

第三实施例

第三实施例为基础实施例的优选例，也是第一实施例或第二实施例的变化例。在第三实施例中，工作原理为：运动磁体沿纸面左右方向平动。其中的虚线表示当运动导电体与第一电极接触时导电弹性体的形变状态。在运动磁体与位于运动磁体下方的真空腔室的腔壁之间设置有滚动导向部件，使得运动磁体的驱动所需的磁力减小，从而利于快速驱动。其中，滚动导向部件可以是滚珠、滑轨，达到使运动阻力减小的效果。其中，由于电磁激励机构中的两个电磁激励线圈分别位于运动磁体的两侧，因此，运动磁体可以是永磁体，也可以是铁磁体。当运动磁体采用铁磁体时，这两个电磁激励线圈交替激励对运动磁体进行吸引，从而驱动了运动磁体在纸面左右方向上的平动。

第四实施例

第四实施例为基础实施例的优选例，也是第一实施例的变化例。在第四实施例中，工作原理为：运动磁体通过滑动支撑块进行滑动，运动导电体通过绝缘体连接在运动磁体上。电磁激励机构分布在运动磁体磁轴的两侧。其中，运动磁体由一个永磁体构成，在运动磁体的磁轴的两侧分别布置有作为电磁激励机构的电磁激励线圈A、电磁激励线圈B，电磁激励线圈A、电磁激励线圈B可以交替对运动磁体进行激励，以斥开或者吸引运动磁体，还可以同时对运动磁体进行激励，以提高磁力的强度，例如图7中将运动磁体向纸面左侧驱动，图8中将运动磁体向纸面右侧驱动。运动磁体也可以是铁磁体，通过电磁线圈A或电磁线圈B，交替作用而使铁磁体带动导电体左右交替移动，而呈现导通和断开状态，但由于没用永磁体而不能实现断电位置保持。

第五实施例

第五实施例为基础实施例的优选例。在第五实施例中，运动磁体和运动导电体的运动方式为转动。真空腔室内设置有第一电极导体、第二电极导体；第一电极紧固连接第一电极导体，第二电极紧固连接第二电极导体；运动导电体通过转轴转动，运动导电体的一部分表面为弧面或者球面，相应地，第一电极导体与第二电极导体的相对面均设置有与运动导电体匹配的弧面凹槽或者球面凹槽。工作原理为：在电磁激励机构的激励下，运动磁体受激励而转动，从而带动运动导电体一起转动。如图9所示，在图中位于运动磁体左右两侧的电磁激励线圈的激励下，运动导电体转动到仅与第二电极导体接触、而与第一电极导体分离的角度，从而使得第一电极与第二电极之间的电连接断开。如图10所示，在图中位于运动磁体上方的电磁激励线圈的激励下，运动导电体转动到分别与第一电极、第二电极导体接触的角度，从而使得第一电极与第二电极之间形成电连接。预紧弹簧对第二电极导体施加一定的预紧力，从而使得第二电极导体与第一电极导体之间的间隙使得运动导电体的球面(或弧面)与电极导体相对面上的球面凹槽(或弧面凹槽)能够滑动摩擦，避免电极导体完全夹持固定住运动导以致不易接触到运动导电体。更为具体地，在第二电极的纸面下方连接设置的预紧弹簧，其作用为增加运动导电体与待连接电极之间导电接触面的接触可靠性，并且需确保运动导电体不被刚性限位而不能运动。

第六实施例

第六实施例为基础实施例的优选例。在第六实施例中，真空腔室内设置有第一绝缘夹持体、第二绝缘夹持体；待连接电极包括第一电极、第二电极；第一电极紧固连接第一绝缘夹持体，第二电极紧固连接第二绝缘夹持体；第一绝缘夹持体与第二绝缘夹持体之间的间隙形成运动磁体和运动导电体的运动空间以及导向通道。工作原理为：运动磁体与运动导电体在所述间隙内运动。如图11所示，运动导电体运动到图中间隙的右侧，使得第一电极与第二电极形成电连接。如图12所示，动导电体运动到图中间隙的左侧，使得第一电极与第二电极之间的电连接断开。优选地，运动磁体可以采用永磁体或铁磁体；当运动磁体为铁磁体时，将运动磁体纸面左右两侧的作用电极激励机构的线圈分别记为电磁激励线圈A、电磁激励线圈B；当需要在第一电极与第二电极之间形成电连接时，可以通过电磁激励线圈A或电磁激励线圈B对运动磁体进行激励，以吸引运动磁体进行平动，从而对第一电极与第二电极之间形成电连接或者断开电连接。图11中的预紧弹簧，其作用为增加运动导电体与待连接电极之间导电接触面的接触可靠性，并且需确保运动导电体不被刚性限位而不能运动。

第七实施例

第七实施例为基础实施例的优选例，也是第一实施例的变化例。在第七实施例中，还包括第三电极，其中，当运动导电体运动到上方时，与第一电极接触，从而使得第一电极与第二电极形成电连接，并使得第三电极与第二电极之间断路；当运动导电体运动到下方时，与第三电极接触，从而使得第三电极与第二电极形成电连接，并使得第一电极与第二电极之间断路。

在本发明基础实施例更多的优选例中，真空腔室的腔室具体为：仅容纳运动导电体以及运动磁体的本身及运动空间；或者仅容纳导电弹性体、运动导电体的本身及运动空间，以及导电弹性体的本身及形变空间。真空腔室的壳体的整体采用非磁屏蔽材料制成，或者真空腔室的壳体设置有磁路通道，电磁激励机构通过磁路通道与运动磁体形成磁路结构。

进一步地，在第一实施例至第六实施例中，通过增加待连接电极的数量，可以实现例如第七实施例的多个电路的通断切换。

本发明还提供一种所述快速响应的触点状态切换装置的高真空实现方法，包括：没有升温工艺过程，直接对真空腔室抽真空，而使触点开合机构的触点置于高纯度真空腔环境。其中，所述高纯度真空腔环境指高真空环境。更为具体地，本发明中的所述快速响应的触点状态切换装置中的真空腔室由于不包含电磁激励机构(在优选情况下仅包含触点开合机构)，因此，因此本发明中的所述真空腔室的体积远小于传统断路器真空腔的体积，是一种只包裹触点开合机构的小容积真空腔室，容易实现抽真空。

本发明中电磁激励机构中的电磁激励线圈的数量可以变化，例如可以增加电磁激励线圈的数量。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种快速响应的触点状态切换装置，包括待连接部、触点开合机构、真空腔室以及电磁激励机构，触点开合机构包括运动接合体、运动磁体，其特征在于：

待连接部的数量至少为两个；待连接部由真空腔室外部延伸入真空腔室内部；

运动接合体、运动磁体位于真空腔室内部；运动接合体与运动磁体紧固连接；

电磁激励机构位于真空腔室外部；

电磁激励机构能够激励运动磁体，运动接合体在运动磁体的带动下能够：

-分别与不同的待连接部单独接触形成连接；或者

-在至少一对待连接部之间形成连接或者断开连接；

所述待连接部、运动接合体，具体为：

-待连接部为待连接电极，运动接合体为运动导电体；

-待连接部为待连接光纤，运动接合体为运动导光体；

-待连接部为待连接热传导端，运动接合体为运动热导体；

-待连接部为待连接波导管，运动接合体为运动波导体；或者

-待连接部为待连接流体传输管，运动接合体为运动流体传输体。

2.根据权利要求1所述的快速响应的触点状态切换装置，其特征在于，所述真空腔室内仅包含：

-待连接部延伸入真空腔室的部分；

-触点开合机构。

3.根据权利要求1所述的快速响应的触点状态切换装置，其特征在于，触点开合机构包括导电弹性体；

导电弹性体连接在运动导电体与一个待连接电极之间。

4.根据权利要求1所述的快速响应的触点状态切换装置，其特征在于，真空腔室的壳体的整体采用非磁屏蔽材料制成，或者真空腔室的壳体设置有磁路通道，电磁激励机构通过磁路通道与运动磁体形成磁路结构。

5.根据权利要求1所述的快速响应的触点状态切换装置，其特征在于，运动磁体和运动导电体的运动方式为平动或者转动。

6.根据权利要求5所述的快速响应的触点状态切换装置，其特征在于，运动磁体通过滑动支撑块进行滑动，运动导电体通过绝缘体连接在运动磁体上。

7.根据权利要求1所述的快速响应的触点状态切换装置，其特征在于，真空腔室内设置有第一绝缘夹持体、第二绝缘夹持体；

待连接电极包括第一电极、第二电极；

第一电极紧固连接第一绝缘夹持体，第二电极紧固连接第二绝缘夹持体；

第一绝缘夹持体与第二绝缘夹持体之间的间隙形成运动磁体和运动导电体的运动空间以及导向通道。

8.根据权利要求1所述的快速响应的触点状态切换装置，其特征在于，真空腔室内设置有第一电极导体、第二电极导体；

第一电极紧固连接第一电极导体，第二电极紧固连接第二电极导体；

运动导电体通过转轴转动，运动导电体的一部分表面为弧面或者球面，相应地，第一电极导体与第二电极导体的相对面均设置有与运动导电体匹配的弧面凹槽或者球面凹槽。

9.一种权利要求1至8中任一项所述的快速响应的触点状态切换装置的高真空实现方法，其特征在于：

没有升温工艺过程，直接对包裹触点的真空腔室抽真空，而使触点置于高纯度真空腔环境。