CN105826094A - 一种自适应大电流直流开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应大电流直流开关，其特征在于，包括导电回路和驱动机构，所述导电回路包括第一连接板8、第二连接板1、软连接2以及触头装配；所述驱动机构包括直推支架3、平行导轨机构，梯形丝杆机构和传动机构。技术效果在于多个触头并联时能够很好的保证每个触头的良好接触，并且接触压力均等；能够有效减小接触电阻，增加开关的通流能力；还能有效减小开关的体积。

Description

一种自适应大电流直流开关

技术领域

本发明属于大电流直流开关领域，更具体地，涉及一种自适应大电流直流开关。

背景技术

大电流直流开关广泛用于冶金、电解铝、碳素和烧碱等高能耗行业，同样，在聚变领域中，其磁体的电源系统也需要通流能力非常大的直流开关。现有的大电流直流开关多为刀片式触头结构，例如ITER(ITER是InternationalThermonuclearExperimentalReactor的简写，全称是国际热核聚变实验反应堆)变流器电源系统中现在采用的开关，为流通能力55kA的刀片式开关，其性能类似于美尔森(Mersen集团，原名为FerrazShawmut集团)生产的通流能力55kA的PBD型开关。这些并联的刀片式触头没有自适应的结构，即为了保证多个触头并联时触头受力均匀、分流均匀，只能在设计制造触头时保证触头接触面的一致性，并且安装时要保证多个触头接触面在一个平面上。刀片式触头开关由于不能保证每个触头都良好接触，一旦发生分流不均，容易导致部分触头烧蚀。因此一般设计部门选择大电流直流开关型号时，都将额定容量放大1-2个量级，如设计容量为20kA，选用额定容量35kA。对于设计部门来说，大大增加了工程费用。同时，刀片式大电流直流开关由于材料利用率不高，通流密度很小，因此开关体积普遍很大。而，触头部位的接触电阻是减小触头升温，提高触头通流能力和减小开关体积的关键。

发明内容

针对上述问题，为了减小触头部位的接触电阻，提高开关整体通流能力且达到受力均匀，分流均匀的目的，本发明提供了一种自适应大电流直流开关。

为实现上述目的，本发明提供了一种自适应大电流直流开关，其特征在于，包括导电回路和驱动机构，所述导电回路包括第一连接板8、第二连接板1、软连接2以及触头装配；所述驱动机构包括直推支架3、平行导轨机构，梯形丝杆机构和传动机构；第一连接板8和第二连接板1位于所述触头装配前后两侧，所述第二连接板1与触头装配通过软连接2连接；所述触头装配可在所述驱动机构的作用下与所述第一连接板8接触；所述直推支架3为两端垂直机构，其一端与所述触头装配固定连接，另一端与所述平行导轨机构固定连接，所述梯形丝杆机构位于所述平行导轨机构上，且与所述直推支架3固定连接，同时所述传动机构与所述梯形丝杆机构固定连接。

优选地，所述触头装配包括动触头基板5，弹簧自适应机构和多个动触头7，所述弹簧自适应机构包括多个弹簧6，所述弹簧6安装所述动触头7上，所述动触头基板5上设置有与所述动触头7数目相对应的多个通孔，所述动触头7一端通过所述通孔与软连接2连接，另一端可与所述第一连接板8接触。

优选地，所述动触头基板5的每个通孔内，配置有一个与通孔内径相同的套筒，所述套筒能够保持所述动触头7不被软连接2的轴向力驱动向前进给。

优选地，所述动触头基板5与所述直推支架3一端固定连接，且两者之间设置绝缘层或绝缘支撑板。

优选地，所述平行导轨机构包括导轨基板9、两个导轨10和多个滑块11，所述两个导轨10平行固定放置于所述导轨基板9上，所述多个滑块11和两个导轨10相配合，所述多个滑块11和直推支架3固定连接。

优选地，梯形丝杆机构包括梯形丝杆18、丝杆轴端支撑座15以及梯形丝杆套筒16，所述梯形丝杆18和梯形丝杆套筒16配合，所述梯形丝杆18在所述梯形丝杆套筒16内部转动，使梯形丝杆套筒16轴向运动，所述梯形丝杆套筒16与所述直推支架3固定连接，所述丝杆轴端支撑座15用于支撑所述梯形丝杆套筒16。

优选地，所述传动机构包括电机14，减速器13和行程开关17，所述电机14和减速器13连接，位于所述梯形丝杆机构一端，所述行程开关17位于所述梯形丝杆机构另一端。

优选地，所述动触头7从上至下依次包括触头接触部分71，自适应配合部分72和电连接部分73。

优选地，所述触头接触部分71为凸起的圆形，接触形式为点接触。

优选地，所述触头接触部分71为凸起的环状，接触形式为线接触。

本发明的技术效果在于：1、在多个触头并联时能够很好的保证每个触头的良好接触，并且接触压力均等；2、能够有效减小接触电阻，增加开关的通流能力；3、能够有效减小开关的体积。

附图说明

图1是本发明实施例主视图；

图2是本发明实施例俯视图；

图3是本发明实施例动触头零件图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-后母排，2-软连接，3-直推支架，4-绝缘支撑板，5-动触头基板，6-弹簧，7-动触头，8-静触头基板，9-导轨基板，10-导轨，11-滑块，12-夹板，13-减速器，14-电机，15-丝杆轴端支撑座，16-梯形丝杆套筒，17-行程开关，18-梯形丝杆，71-触头接触部分，72-自适应配合部分，73-电连接部分。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1，2所示，一种多触头自适应大电流直流开关包括导电回路和驱动机构两部分。导电回路包括后母排1，软连接2，触头装配，静触头基板8。本实例中触头装配包括动触头基板5，弹簧6，动触头7，弹簧6安装在动触头7上。静触头基板8和后母排1位于动触头基板5前后两侧，后母排1上有多个相互绝缘的导线连接座，动触头基板5上设置有多个通孔，动触头7一端通过通孔与软连接2连接，软连接2与后母排1上的导线连接座连接。动触头基板5上的每个通孔装配有一个内径相同的套筒，套筒内径比软连接大，首先能保证开关在静止状态时，保证软连接的压缩状态，不会让动触头7向前运动，同时又能保证动触头7与静触头基板8的接触面平行；软连接2在开关闭合及开断过程中保持压缩状态；弹簧6夹在动触头基板5和动触头7之间，开断状态时，弹簧6处在自由状态；动触头7通过软连接2和弹簧6的约束作用，使动触头7只具有轴向的自由度，与静触头基板8接触。本实施例中后母排和静触头基板可用其他连接板替代，只要满足相应效果即可，同理软连接2也可用其他导线替代。

驱动机构包括直推支架3，平行导轨机构，梯形丝杆机构和传动机构。本实例中传动机构包括电机14，减速器13和行程开关17。直推支架3一端连接平行导轨机构，另一端与之垂直，设置了一层绝缘支撑板4；绝缘支撑板4采用绝缘材料，用于隔离导电回路和驱动机构，当然导电回路和驱动机构之间也可设置绝缘层。导电回路和驱动机构通过动触头基板5连接在一起，导电回路和驱动机构之间通过绝缘支撑4板隔离。

平行导轨机构包括导轨基板9、两个导轨10以及四个滑块11，两个导轨10平行放置在导轨基板9上，滑块和导轨相配合，滑块4与直推支架3通过螺钉螺纹孔固定连接。滑块数量可根据实际需求配置。

梯形丝杆机构包括梯形丝杆18、丝杆轴端支撑座15以及梯形丝杆套筒16。梯形丝杆18和梯形丝杆套筒16配合，梯形丝杆18在形丝杆套筒16内部转动，使形丝杆套筒16轴向运动，丝杆轴端支撑座(15)用于支撑所述梯形丝杆套筒(16)。

如图2所示，梯形丝杆套筒16与夹板12固定连接，同时夹板12两端再与直推支架3固定连接。

如图3所示，动触头7为特殊设计的新型自适应触头，其结构包括触头接触部分71、自适应配合部分72以及电连接部分73。

当动触头接触部分为圆弧面覆盖的圆柱时，圆弧为接触面，接触形式为点接触，自适应配合部分72与弹簧6配合，其为一段直径稍小于接触部分71的圆柱，弹簧刚好套在这段圆柱上，底部的电连接部分连接软连接，使触头在弹簧压缩行程上自由运动。

触头自适应功能主要由卡在动触头基板5和触头接触部分的弹簧提供，当动触头7在驱动机构的做一下接触并产生接触压力飞过程中，弹簧6能够保证多个触头都能可靠接触，并得到相当的接触压力，此时需要要求每个弹簧的性能保持一致性。

当动触头接触部分设计为环形触头外形时，其与圆形触头的差别在于接触面是一个有一定凸起半径的环形面，接触形式为圆形的线接触。相比圆形触头的点接触，环形触头的线接触有更小的接触电阻。

当多个动触头并联时，自适应结构有很好的均流和均压效果。

接下来以开关闭合的过程为例来说明开关的动作原理。

开关闭合时，电机14通过减速器13驱动梯形丝杆机构动作，通过夹板12驱动平行导轨机构动作，直推支架3在滑块的带动下，推动动触头基板5，使动触头7向静触头基板8运动，动静触头接触之后，直推支架3进一步推动动触头基板5，压缩弹簧6，使动静触头之间接触压力达到预先给定值(通过弹簧的压缩量来控制)，这时行程开关17动作，电机14锁死，减速器输出轴静止，保持开关闭合状态。在开关整个工作过程中，软连接一直保持压缩状态，闭合状态下能保证触头接触压力稳定。

本发明的特点是：现有的刀片式触头开关没有自适应的结构，不能保证每个触头都良好接触，一旦发生分流不均，容易导致部分触头烧蚀。因此一般设计部门选择大电流直流开关型号时，都将额定容量放大1-2个量级，如设计容量为40kA，选用额定容量75kA。对于设计部门来说，大大增加了工程费用。同时，刀片式大电流直流开关由于材料利用率不高，通流密度很小，因此开关体积普遍很大。本发明通过设计出具有自适应特点的新型触头结构，在多个触头并联时能够很好的保证每个触头的良好接触，并且接触压力均等。新型的开关触头接触部分为凸起的环面与平面接触，能够有效减小接触电阻，增加开关的通流能力。新型的多触头自适应开关的接触形式为正面压接式，触头在前后母排间隙的内部，能够有效减小开关的体积。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自适应大电流直流开关，其特征在于，包括导电回路和驱动机构，所述导电回路包括第一连接板（8）、第二连接板（1）、软连接（2）以及触头装配；所述驱动机构包括直推支架（3）、平行导轨机构，梯形丝杆机构和传动机构；第一连接板（8）和第二连接板（1）位于所述触头装配前后两侧，所述第二连接板（1）与触头装配通过软连接（2）连接；所述触头装配可在所述驱动机构的作用下与所述第一连接板（8）接触；所述直推支架（3）为两端垂直机构，其一端与所述触头装配固定连接，另一端与所述平行导轨机构固定连接，所述梯形丝杆机构位于所述平行导轨机构上，且与所述直推支架（3）固定连接，同时所述传动机构与所述梯形丝杆机构固定连接。

2.根据权利要求1所述的自适应大电流直流开关，其特征在于，所述触头装配包括动触头基板（5），弹簧自适应机构和多个动触头（7），所述弹簧自适应机构包括多个弹簧（6），所述弹簧（6）设置所述动触头（7）上，所述动触头基板（5）上设置有与所述动触头（7）数目相对应的多个通孔，所述动触头（7）一端通过所述通孔与软连接（2）连接，另一端可与所述第一连接板（8）接触。

3.根据权利要求2所述的自适应大电流直流开关，其特征在于，所述动触头基板（5）的每个通孔内，配置有一个与通孔内径相同的套筒，所述套筒能够保持所述动触头（7）不被导线（2）的轴向力驱动向前进给。

4.根据权利要求2或3所述的自适应大电流直流开关，其特征在于，所述动触头基板（5）与所述直推支架（3）一端固定连接，且两者之间设置绝缘层或绝缘支撑板（4）。

5.根据权利要求1或2或3所述的自适应大电流直流开关，其特征在于，所述平行导轨机构包括导轨基板（9）、两个导轨（10）和多个滑块（11），所述两个导轨（10）平行固定放置于所述导轨基板（9）上，所述多个滑块（11）和两个导轨（10）相配合，所述多个滑块（11）和直推支架（3）固定连接。

6.根据权利要求5所述的自适应大电流直流开关，其特征在于，梯形丝杆机构包括梯形丝杆（18）、丝杆轴端支撑座（15）以及梯形丝杆套筒（16），所述梯形丝杆（18）和梯形丝杆套筒（16）配合，所述梯形丝杆（18）在所述梯形丝杆套筒（16）内部转动，使梯形丝杆套筒（16）轴向运动，所述梯形丝杆套筒（16）与所述直推支架（3）固定连接，所述丝杆轴端支撑座（15）用于支撑所述梯形丝杆套筒（16）。

7.根据权利要求1或2或3所述的自适应大电流直流开关，其特征在于，所述传动机构包括电机（14），减速器（13）和行程开关（17），所述电机（14）和减速器（13）连接，位于所述梯形丝杆机构一端，所述行程开关（17）位于所述梯形丝杆机构另一端。

8.根据权利要求2所述的自适应大电流直流开关，其特征在于，所述动触头（7）从上至下依次包括触头接触部分（71），自适应配合部分（72）和电连接部分（73）。

9.根据权利要求8所述的自适应大电流直流开关，其特征在于，所述触头接触部分（71）为凸起的圆形，接触形式为点接触。

10.根据权利要求8所述的自适应大电流直流开关，其特征在于，所述触头接触部分（71）为凸起的环状，接触形式为线接触。