CN107004535B - 真空开关设备、和触头组件以及将电触头固定至其电极的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于真空开关设备(400，500)的触头组件(100，300)。该真空开关设备包括真空外壳(402，502)。该真空外壳具有内部(404，504)。该触头组件包括：定位于真空外壳的内部中的多个电触头(110，210，310)，至少一个电触头(110，210)具有孔(112)；和多个电极(120，120’，220’，320)，该多个电极中的每一个与多个电触头中相应的一个接合，至少一个电极(120，120’，220’)包括基部(122，122’)和凸起(124，124’)。凸起从基部延伸到电触头的孔中，以便将电触头固定至电极。

Description

真空开关设备、和触头组件以及将电触头固定至其电极的 方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年11月17日提交的美国专利申请序列号14/542,765的优先权和权利要求书，该专利申请通过引用的方式结合到本文中。
技术领域
所公开的理念总体涉及真空开关设备，并且更具体地，涉及诸如真空灭弧室之类的真空开关设备。所公开的理念还涉及用于真空开关设备的触头组件。所公开的理念还涉及将电触头固定至真空开关设备中的电极的方法。
背景技术
一些诸如电力断路器之类的断路器采用真空灭弧室作为开关装置。真空灭弧室总体包括可分离电触头，该等可分离电触头布置于位于绝缘壳体内的相应电极的端部上。电触头通常通过钎焊机械并且电气连接至电极。在将真空灭弧室的进一步的部件与电极/电触头组件一起组装时，重要的是保持所固定的电极/电触头之间的配合。用于固定该连接的已知实践涉及在电触头的顶部上采用触头配重。然而，采用触头配重具有缺点。例如，在真空灭弧室钎焊于炉中时，触头配重需要炉提供额外的能量支出。此外，采用触头配重产生了电触头将无法正确定位的风险，从而可能造成其间接头钎焊不良，从而导致该接头以及整个真空灭弧室的电阻增大，这是不期望的。还存在禁止使用定位配重的情况(例如并且不具有限制性意义地，在单个真空钎焊炉运行中钎焊整个真空灭弧室时)。
因此，真空开关设备、触头组件和将电触头固定至其电极的方法仍然存在改进的空间。
发明内容
所公开的涉及触头组件以及将电触头固定至真空开关设备中的电极的相关方法的理念的实施例满足了这些以及其它的需求。
根据所公开理念的一个方面，提供一种用于真空开关设备的触头组件。该真空开关设备包括真空外壳。该真空外壳具有内部。触头组件包括：布置于真空外壳的内部中的多个电触头，至少一个电触头具有孔；和多个电极，该多个电极中的每一个与多个电触头中相应的一个接合，至少一个电极包括基部和凸起。凸起从基部延伸到电触头的孔中，以便将电触头固定至电极。
根据所公开理念的另一个方面，一种真空开关设备包括：具有内部的真空外壳；和触头组件，该触头组件包括：布置于真空外壳的内部中的多个电触头，至少一个电触头具有孔；和多个电极，该多个电极中的每一个与多个电触头中相应的一个接合，至少一个电极包括基部和凸起。凸起从基部延伸到电触头的孔中，以便将电触头固定至电极。
根据所公开理念的另一个方面，提供一种将电触头固定至真空开关设备中的电极的方法。该真空开关设备包括具有内部的真空外壳。电极包括基部和从该基部延伸的凸起。电触头具有孔。电触头布置于真空外壳的内部中。该方法包括以下步骤：将凸起插入到电触头的孔中；和使该凸起变形，以便将电触头固定至电极。
附图说明
当结合附图阅读以下对优选实施例的描述时，能够获得对所公开理念的全面理解，在附图中：
图1是示出了将电触头固定至电极之前的根据所公开理念的实施例的触头组件的简化剖视图；
图2是图1的触头组件的简化剖面图，其中示出了电极延伸至电触头中和模具设备的部件；
图3是图2的触头组件和模具设备的部件的简化剖面图，还示出了模具设备的其它特征；
图4A是图2的触头组件的简化剖面图，改型为示出了固定至电极的电触头；
图4B是图4A的触头组件的简化顶平面图；
图4C是图4A的触头组件的一部分的放大剖面图；
图5是根据所公开理念的实施例的真空开关设备及其触头组件的剖面图；和
图6是根据所公开理念的备选实施例的真空开关设备及其触头组件的剖面图。
具体实施方式
为了下文描述的目的，本文中使用的诸如“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”的方位短语及其衍生形式将涉及所公开理念在附图中如何取向。应当理解，附图中所示以及以下说明书中所描述的特定元件仅仅是所公开理念的示例性实施例。因此，与本文中所公开的实施例相关的特定取向和其它物理特性不应当被认为对所公开理念的范围构成限制。
当在本文中使用时，术语“数量”将表示一个或大于一个的整数(即，多个)。
当在本文中使用时，将两个或更多个部件“连接”或“联接”在一起的陈述将表示部件直接联结在一起或者通过一个或多个中间部件联结。此外，当在本文中使用时，两个或更多个部件“附接”或“固定”的陈述将表示部件直接联结在一起。
当在本文中使用时，两个或更多个部分或部件彼此“接合”的陈述将表示部分直接地或者通过一个或多个中间部分或部件彼此相接触并且/或者相对于彼此施加力。
当在本文中使用时，术语“联接构件”指的是任何合适的连接或紧固机构，其明确地包括但不限于螺钉、铆钉、螺栓以及螺栓和螺母(例如，不具有限制意义地，锁紧螺母)的组合以及螺栓、垫圈和螺母。
当在本文中使用时，术语“真空外壳”表示其中采用部分真空的外壳。
图1示出了用于真空开关设备(例如但不限于真空灭弧室400(在图5中以简化形式示出))的触头组件100(以简化形式示出)。在图1的例子中，在电触头110已固定至电极120之前，触头组件100包括电触头110和电极120。如图可见，电触头110具有孔(例如，不具有限制意义地，通孔112)，并且电极120包括基部122和从基部122延伸的凸起124。凸起124具有腔126，下文将对该腔的作用进行描述。在操作中，凸起124延伸至通孔112中，以便将电触头110固定至电极120(例如见图2，其示出了与电触头110接合的电极120)。
图3示出了安装于触头组件100上的模具设备2。模具设备2总体包括部件(例如，不具有限制意义地，铆接工具4)、主体部分6、帽8、和壳体10。主体部分6具有通孔12。为了组装模具设备2，铆接工具4被插入穿过通孔12。帽8具有通孔16。模具设备2还包括多个联接构件(图示出三个联接构件18、26、28)。为了将帽8固定至铆接工具4，联接构件18被插入到帽8的通孔16和铆接工具4的开孔14(在图2中以虚线示出)中。为了将壳体10固定至主体部分6和帽8中的每一个中，并且因此固定至铆接工具4，壳体10被放置于帽8上，使得帽8延伸穿过相应的通孔20(图3中示出三个通孔20、22、24)。类似地，联接构件26、28被插入穿过相应的通孔22、24并且与主体部分6相接合。
模具设备2包括弹簧30，该弹簧30从主体部分6延伸至帽8。铆接工具4延伸穿过弹簧30。弹簧30在主体部分6上和帽8上施加力。在操作中，模具设备2将电触头110固定至电极120。例如并且不具有限制意义地，当铆接工具4朝向电极120的基部122移动至通孔112中、并且铆接工具4推入凸起124中时，凸起124物理变形。
更具体地，当帽8朝向电触头110移动时(即，由操作者发起的移动)，帽8推入铆接工具4中，该铆接工具4随后被驱动到电极120的腔126中，从而使电极120的凸起124物理变形以形成电极120’，如图4A中所示(应当领会，相似的附图标记用于表示图4A中相似的特征)。该过程被称为“铆固”铆钉(即，凸起124)，并且其提供了用于附接两个部件(即，将电极120’附接到电触头110)的机构。换句话说，通过使凸起124变形(即，铆固)，电触头110固定至所获得的电极120’，从而有利地防止该电极120’被拉动穿过电触头110。
当帽8朝向电触头110移动时，由弹簧30施加在主体部分6和帽8中的每一个上的力有利地增大。通过该方式，塑性变形的量能够得以相对控制。例如并且不具有限制意义地，尽管执行期望的变形功能而无需模具设备2的其它部件属于所公开的铆接工具4、或者类似的合适备选工具(未示出)的理念的范围内(例如见图2，其中仅示出了铆接工具4)，采用模具设备2允许施加于凸起124上的力的量得以控制。具体而言，通过具有弹簧30在帽8上的相对的力，并且通过使该力在帽8朝向电触头110移动时增大，模具设备2有利地提供受控机构，以根据期望使凸起124变形。
当铆接工具4执行期望的变形功能时，模具设备2的主体部分6有利地与触头组件100对准。如图3中可见，电触头110的通孔112具有接收部分113，并且模具设备2的主体部分6包括配合到接收部分113中的固定部分7。当固定部分7定位在接收部分113中时，铆接工具4直接定位于腔126的顶部上。因此，当铆接工具4向下驱动至凸起124的腔126中时，铆接工具4能够有利地使凸起124塑性变形，以形成一致的环形保持部分125’。然而，电触头(未示出)和主体部分(未示出)具有任何合适的备选形状和/或构型以便执行使铆接工具4与腔126对准的期望功能也属于所公开理念的范围内。
参照图4B和图4C，电触头110包括环形内部横档114，该环形内部横档114邻近通孔112定位(图4C)。如图4C中可见，凸起124’从基部122’延伸通过内部横档114。保持部分125’基本覆盖并且接合内部横档114。保持部分125’的外径127’大于内部横档114的内径115。通过该方式，保持部分125’有利地防止电极120’与电触头110分离(即，被拉动穿过)，从而将电触头110固定至电极120’。
该连接有利地允许电极120’和电触头110在单个炉运行中与真空灭弧室400(图5)的其余部分钎焊。此外，采用所公开的铆固理念允许电触头110和电极120’更紧密地配合在一起。因此，真空钎焊的质量有利地得以改进，原因在于当铜熔化时，其沿更紧密的接头更好地泄出。此外，能够省去涉及触头配重(未示出)的将电触头(未示出)固定至电极(未示出)的已知方法。因此，当真空灭弧室400、500经历钎焊时，能够省去先前与触头配重(未示出)相关的不期望的能量消耗。
再次参照图4A，电极120’的基部122’包括与电触头110接合并且面向方向132的接合表面128’。接合表面128’定位在平面130中并且内部横档114定位在与平面130平行的平面116中。接合表面128’所面向的方向132与平面116、130垂直。更准确地，接合表面128’与电触头110基本齐平并且沿方向132在电触头110上施加力。保持部分125’沿与方向132相对的方向在电触头110上施加相反的力。由于平面116、130彼此平行，保持部分125’和接合表面128’有利地能够在电触头110上提供最大夹紧力，以将电触头110固定至电极120’。该构型有利地提供电极120’和电触头110的相对较强的固定，以在进一步加工触头组件100时防止其移动离开位置。此外，该构型提供电极120’与电触头110之间的相对紧密的几何配合，从而有利地允许相对无孔洞的机械和电气连接。
图5示出了上述的真空灭弧室400，该真空灭弧室400包括触头组件100和真空外壳402。触头组件100还包括另一个电触头210和与电触头210接合的相应的电极220’。如图所示，真空外壳402具有内部404并且电触头110、210中的每一个都位于内部404中。电触头210与电触头110相对。此外，应当领会，电触头210固定至电极220’的方式与电极120’和电触头110的基本相同。因此，与电极120’和电触头110之间的相对牢固的机械/电气连接相关的优点同样适用于电极220’和电触头210。
图6示出了另一个电气开关设备(例如，不具有限制意义地，真空灭弧室500)，该电气开关设备包括具有内部504的真空外壳502、和触头组件300。触头组件300包括电触头110和相应的电极120’。此外，触头组件300包括另一个电触头310和与电触头310接合的电极320。电触头110、310彼此相对并且定位在真空外壳502的内部504中。电极320不延伸到电触头310中。应当领会，电触头310可以通过任何已知的方式(例如，不具有限制意义地，钎焊)固定到电极320。因此，触头组件300以及相关联的真空灭弧室500包括根据所公开的铆固理念固定的电触头110以及相关联的电极120’，以及根据已知方式固定的电触头310以及相关联的电极320。
因此，应当领会，所公开的理念提供了改进的(例如，不具有限制意义地，更易于制造、更能量高效、更强的电极/电触头之间的机械/电气连接)的真空开关设备(例如，不具有限制意义地，真空灭弧室400、500)、和触头组件100、300以及将电触头110、210固定至其电极120’、220’的方法，该方法除其它益处，根据需要使电极120的凸起124变形(即，铆固)。因此，所获得的电极120’的部分(即，保持部分125’)有利地防止电极120’被拉动穿过电触头110，因此将电触头110固定至电极120’。
尽管已详细描述了所公开理念的特定实施例，但是本领域技术人员应当领会，能够根据本公开的总体教导内容来开发该等细节的多种改型和备选方式。因此，所公开的特定布置仅意在说明，并且不对所公开理念的范围构成限制，所公开理念的完整范围由所附权利要求书及其任何和所有等同形式限定。

Claims (12)

1.一种用于真空开关设备(400，500)的触头组件(100，300)，所述真空开关设备包括真空外壳(402，502)，所述真空外壳具有内部(404，504)，所述触头组件包括：
布置于所述真空外壳的内部中的多个电触头(110，210，310)，至少一个电触头(110，210)具有孔(112)；和
多个电极(120，120’，220’，320)，所述多个电极中的每一个与所述多个电触头中相应的一个接合，至少一个电极(120，120’，220’)包括基部(122，122’)和凸起(124，124’)，
其中所述凸起从所述基部延伸到所述至少一个电触头的孔中，以便将所述至少一个电触头固定至所述至少一个电极，
其中所述至少一个电触头(110)包括内部横档(114)；其中所述内部横档被布置成邻近所述孔(112)；其中所述凸起(124’)包括保持部分(125’)；并且其中所述保持部分与所述内部横档接合；
其中所述内部横档(114)布置于第一平面(116)中；其中所述基部(122’)包括接合表面(128’)，所述接合表面与所述电触头(110)接合；并且其中所述接合表面布置于与所述第一平面平行的第二平面(130)中，以及
其中所述多个电极(120，120’，320)包括另一个电极(320)；其中所述多个电触头(110，310)包括与所述至少一个电触头(110)相对布置的另一个电触头(310)；其中所述另一个电极与所述另一个电触头接合；并且其中所述另一个电极不延伸到所述另一个电触头中。
2.根据权利要求1所述的触头组件(100，300)，其中所述内部横档(114)成环形；并且其中所述凸起(124’)从所述基部(122’)延伸通过所述内部横档。
3.根据权利要求2所述的触头组件(100，300)，其中所述保持部分(125’)成环形；并且其中所述保持部分基本覆盖所述内部横档(114)。
4.根据权利要求1所述的触头组件(100，300)，其中所述凸起(124’)沿与所述第一平面(116)垂直的方向(132)从所述基部(122’)延伸。
5.根据权利要求1所述的触头组件(100)，其中所述至少一个电极(120，120’，220’)包括第一电极(120，120’)和第二电极(220’)；其中所述至少一个电触头(110，210)包括第一电触头(110)和与所述第一电触头相对布置的第二电触头(210)；其中所述第一电极与所述第一电触头接合；并且其中所述第二电极与所述第二电触头接合。
6.一种真空开关设备(400，500)，包括：
真空外壳(402，502)，所述真空外壳具有内部(404，504)；和
根据权利要求1至5中任一项所述的触头组件(100，300)。
7.一种将电触头(110，210)固定至真空开关设备(400，500)中的电极(120，120’，220’)的方法，所述真空开关设备包括真空外壳(402，502)，所述真空外壳具有内部(404，504)，所述电极包括基部(122，122’)和从所述基部延伸的凸起(124，124’)，所述电触头具有孔(112)，所述电触头布置于所述真空外壳的内部中，所述方法包括以下步骤：
将所述凸起插入到所述电触头的孔中；和
使所述凸起变形，以便将所述电触头固定至所述电极；
其中至少一个电触头(110)包括内部横档(114)；其中所述内部横档被布置成邻近所述孔(112)；其中所述凸起(124’)包括保持部分(125’)；并且其中所述保持部分与所述内部横档接合；
其中所述内部横档(114)布置于第一平面(116)中；其中所述基部(122’)包括接合表面(128’)，所述接合表面与所述电触头(110)接合；并且其中所述接合表面布置于与所述第一平面平行的第二平面(130)中；以及
其中所述电极(120，120’，320)包括另一个电极(320)；其中所述电触头(110，310)包括与所述至少一个电触头(110)相对布置的另一个电触头(310)；其中所述另一个电极与所述另一个电触头接合；并且其中所述另一个电极不延伸到所述另一个电触头中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述变形步骤还包括：
提供模具设备(2)，所述模具设备包括部件(4)；
将所述部件朝向所述电极(120，120’)的所述基部(122，122’)移动到所述电触头(110)的孔(112)中；和
将所述部件推入所述凸起(124，124’)中，以便使所述凸起变形。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述电触头(110)具有内部横档(114)；其中所述凸起(124，124’)具有腔(126)；并且其中所述将所述部件推入所述凸起(124，124’)中的步骤还包括：
将所述部件(4)驱动到所述腔中，由此迫使所述凸起的保持部分(125’)基本覆盖所述内部横档。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述模具设备(2)还包括主体部分(6)、帽(8)、和壳体(10)；其中所述主体部分具有通孔(12)；并且其中所述方法还包括：
将所述部件(4)插入穿过所述主体部分的通孔；和
将所述帽和所述壳体中的每一个固定至所述部件。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述模具设备(2)还包括多个联接构件(18，26，28)；其中所述部件(4)具有开孔(14)；其中所述壳体(10)具有多个通孔(20，22，24)；其中所述帽(8)具有通孔(16)；并且其中所述将所述帽和所述壳体中的每一个固定至所述部件的步骤还包括：
将所述多个联接构件(18)中的一个插入到所述帽的通孔和所述部件的开孔中的每一个中；
将所述壳体布置于所述帽上，所述帽延伸穿过所述壳体的通孔(20)中的一个；和
将多个其它的联接构件(26，28)插入穿过所述壳体的相应的多个其它的通孔(22，24)，所述多个其它的联接构件中的每一个接合所述主体部分。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述模具设备(2)还包括弹簧(30)；其中所述弹簧从所述主体部分(6)延伸到所述帽(8)；其中所述部件(4)延伸穿过所述弹簧；其中所述弹簧在所述帽和所述主体部分中的每一个上施加力；并且其中所述将所述部件推入所述凸起(124，124’)中的步骤还包括：
朝向所述电触头(110)移动所述帽(8)，由此增加所述弹簧施加在所述帽和所述主体部分中的每一个上的力。
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