CN108028149B - 真空开关装置及其电触头 - Google Patents

Abstract

一种电触头(100、300、400、500、600)用于真空开关装置(2)。所述真空开关装置包括第二电触头(200)。所述电触头包括具有中心点(104、304、404、604)和周边(106、306、406、606)的主体(102、302、402、502、602)，所述主体包括多个电弧表面(110、112、114、310、312、314、316、410、412、414、416、512、514、612、614)，所述多个电弧表面构造成面向朝着所述第二电触头的第一方向(120、320、420、520)并且构造成移动进入和脱离与所述第二电触头的接合，以及多个电弧旋转部分(130、140、150、330、340、350、360、430、440、450、460、540、640)，每个电弧旋转部分限定从所述周边大致朝着所述中心点向内延伸的槽，所述多个电弧旋转部分大致将所述多个电弧表面彼此分离。至少一个电弧旋转部分在与所述第一方向相反的第二方向(122、322、422、522)上从所述主体的相应的一对相邻电弧表面向其内部缩窄。

Description

真空开关装置及其电触头

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年8月24日提交的、序列号为14/833,197的美国专利申请的优先权并要求其权益，上述申请通过引用合并于本文中。

技术领域

公开的构思涉及真空开关装置，例如真空开关，其包括诸如真空断路器的真空封壳。公开的构思也涉及用于真空断路器的电触头。

背景技术

真空断路器包括位于绝缘且密封的真空室内的可分离的主触头。例如但不限于，真空室典型地包括用于电绝缘的多个陶瓷部段(例如但不限于，多个管状陶瓷部分)，所述陶瓷部段由多个端部构件(例如但不限于，金属部件，例如金属端板；端帽；密封杯)封口以形成可以在其中抽出部分真空的封壳。示例性陶瓷部段典型地为圆柱形；然而，可以使用其它合适的横截面形状。典型地采用两个端部构件。在有多个陶瓷部段的情况下，内部中心屏蔽件布置在示例性陶瓷部段之间。

一些已知的真空断路器包括径向磁场生成机构，例如但不限于，螺旋电触头或者端面杯，其设计成迫使一对电触头之间的电弧柱旋转，从而中断高电流，由此在相对宽的区域上分散电弧负载。这些真空断路器具有许多缺点。例如，当电触头经历相对高的故障电流的重复中断时，电触头的单独的触瓣开始“桥接”。更具体地，电触头的单独的触瓣开始其通过槽彼此分离的寿命，所述槽迫使电弧柱在触头上分散。当电触头经历相对高的故障电流的重复中断时，强柱状电弧导致电触头的金属熔化，使得触瓣之间的间隔减小，并且最终桥接。结果，阻止了桥接的电触头允许电弧负载在相对宽的区域上分散。因此，桥接的电触头导致电弧定位在电触头的中心。由于不能充分地中断相对高的故障电流，这非期望地缩短了电触头的寿命。

因此在真空开关装置及其电触头中有改进的空间。

发明内容

公开的构思的实施例满足了这些和其它需要，所述实施例涉及一种真空开关装置及其电触头，其中电触头的至少一个电弧旋转部分在与相对的电触头相反的方向上从电触头的相应的一对相邻电弧表面向其内部缩窄。

根据公开的构思的一个方面，提供了一种用于真空开关装置的电触头。所述真空开关装置包括第二电触头。所述电触头包括：具有中心点和周边的主体，所述主体包括：多个电弧表面，所述多个电弧表面构造成面向朝着所述第二电触头的第一方向并且构造成移动进入和脱离与所述第二电触头的接合，以及多个电弧旋转部分，每个电弧旋转部分限定从所述周边大致朝着所述中心点向内延伸的槽，所述多个电弧旋转部分大致将所述多个电弧表面彼此分离。至少一个电弧旋转部分在与所述第一方向相反的第二方向上从所述主体的相应的一对相邻电弧表面向其内部缩窄。

根据公开的构思的另一方面，一种真空开关装置包括：第一电触头；以及第二电触头，其中所述第一电触头和所述第二电触头中的至少一个包括：具有中心点和周边的主体，所述主体包括：多个电弧表面，所述多个电弧表面面向朝着所述第一电触头和所述第二电触头中的另一个的第一方向并且构造成移动进入和脱离与其的接合，以及多个电弧旋转部分，每个电弧旋转部分限定从所述周边大致朝着所述中心点向内延伸的槽，所述多个电弧旋转部分大致将所述多个电弧表面彼此分离。至少一个电弧旋转部分在与所述第一方向相反的第二方向上从所述主体的相应的一对相邻电弧表面向其内部缩窄。

附图说明

当结合附图阅读时，从优选实施例的以下描述可以获得公开的构思的完整理解，其中：

图1是根据公开的构思的非限制性实施例的真空开关装置及其电触头的截面图；

图2是图1的电触头的等距视图；

图3是图2的电触头的俯视平面图；

图4是沿着图3的线4-4截取的图3的电触头的截面图；

图5是根据公开的构思的另一非限制性实施例的另一电触头的等距视图；

图6是图5的电触头的俯视平面图；

图7是沿着图6的线7-7截取的图6的电触头的截面图；

图8是根据公开的构思的另一非限制性实施例的另一电触头的等距视图；

图9是图8的电触头的俯视平面图；

图10是沿着图9的线10-10截取的图9的电触头的截面图；

图11是根据公开的构思的另一非限制性实施例的另一电触头的截面图；以及

图12是根据公开的构思的另一非限制性实施例的另一电触头的截面图。

具体实施方式

当在本文中使用时，术语“数字”应当表示一或大于一的整数(即，多个)。

当在本文中使用时，两个或更多个部分“连接”或“联接”在一起的表述应当表示这些部分直接地或通过一个或多个中间部分联结在一起。

当在本文中使用时，两个或更多个部分或部件彼此“接合”的表述应当表示这些部分直接地或通过一个或多个中间部分或部件彼此接触和/或施加力。

图1示出了真空开关装置(例如，真空断路器2)，其包括管状陶瓷构件4，位于陶瓷构件4内部的管状蒸气罩6，以及位于蒸气罩6内部的一对可分离电触头(例如，螺旋触头100、200)。螺旋触头100、200构造成移动进入和脱离与彼此的接合以便关闭和打开真空断路器2。

图2示出了第一螺旋触头100，其包括具有中心点104和周边106的主体102。主体102包括多个电弧表面110、112、114和大致将电弧表面110、112、114彼此分离的相应的多个电弧旋转部分130、140、150。也就是说，电弧旋转部分130将电弧表面110与电弧表面112分离。电弧旋转部分140将电弧表面112与电弧表面114分离。电弧旋转部分150将电弧表面114与电弧表面110分离。电弧表面110、112、114均从中心点104附近朝着周边106延伸。此外，电弧表面110、112、114均面向朝着第二螺旋触头200的第一方向120(图1)并且移动进入和脱离与第二螺旋触头200的接合。

电弧旋转部分130、140、150均限定从周边106大致朝着中心点104向内延伸的槽。当螺旋触头100、200彼此远离移动以断开相关电路中的电力时，电弧旋转部分130、140、150迫使生成的电弧在第一螺旋触头100上分散，使得电弧能量不会集中在螺旋触头100的中心点104附近。以该方式，螺旋触头100的寿命被延长。如将在下文中更详细地讨论，电弧旋转部分130、140、150在与第一方向120相反的第二方向122(图1)上从主体102的电弧表面110、112、114向其内部缩窄，有利地延长了螺旋触头100的槽开始桥接之前的时间。尽管螺旋触头200(图1)的相应的电弧旋转部分在第一方向120上从相应的主体的相应的电弧表面向其内部缩窄，但是应当领会，螺旋触头200可以用任何合适的替代的电触头替换而不脱离公开的构思的范围。

在槽已被桥接的螺旋触头(未示出)中，广泛的事后分析已发现，桥接开始于相应的电弧表面处并且朝着触头的相对侧进展，但是从未到达。也就是说，桥接部分(例如，已部分地填充有触头材料的凝固熔融金属的跨越原始槽的部分)在远离相对电触头的方向上从靠近电弧表面的槽的部分缩窄。因此，通过使电弧旋转部分130、140、150的宽度在电弧表面110、112、114附近相对较宽，并且在方向122上从主体102的电弧表面110、112、114向其内部缩窄，有利地延长了桥接的始发，同时没有明显地损害强度。

更具体地，并且参考图2和3，电弧旋转部分130、140、150均包括相应的第一内表面132、142、152和相应的第二内表面134、144、154。第一内表面132从电弧表面110和电弧表面112在第二方向122上延伸到主体102的内部。应当领会，第一内表面142、152类似地从相邻的电弧表面110、112、114在第二方向122上延伸到主体102的内部。相应的第二内表面134、144、154从相应的第一内表面132、142、152延伸并且大致垂直于其定位。

参考图4，其示出了电弧旋转部分140的横截面轮廓，主体102具有与电弧表面114(即，电弧表面110、112)大致共面的第一平面107。主体102也具有与第一平面107间隔并且平行的第二平面108。第二平面108位于主体102的内部中的预定高度处，并且与第二内表面144(即，第二内表面134、154)大致共面。因此，第二内表面134、144、154均从相应的第一内表面132、142、152向内延伸。

换句话说，电弧旋转部分130、140、150均具有在相应的电弧表面110、112、114之间的第一宽度和在主体102的内部中小于第一宽度的第二宽度。例如，在图3所示的俯视平面图中，第一平面107(图4)在第一位置160和与第一位置160相对定位的第二位置161处与电弧旋转部分140相交。第二平面108(图4)在第三位置162和与第三位置162相对定位的第四位置163处与电弧旋转部分140相交。当从俯视平面图看主体102时，位置160、161、162、163均位于纵向轴线164上。第一位置160与第二位置161间隔第一距离(即，第一宽度166)。第三位置162与第四位置163间隔第二距离(即，第二宽度168)。第二宽度168小于第一宽度166。应当领会，电弧旋转部分130、150的相应的第二宽度(示出但未指示)类似地小于电弧旋转部分130、150的相应的第一宽度(示出但未指示)。

在相对高的故障电流的重复中断之后，与具有宽度一致的、宽度相对窄的电弧旋转部分的螺旋触头(未示出)相比，在螺旋触头100中开始桥接之前的时间有利地被延长。也就是说，由于在电弧表面110、112、114之间开始桥接，并且由于相对宽的第一宽度166(以及电弧旋转部分130、150的第一宽度)，主体102的熔融部分(即，在相对高的故障电流的重复中断之后)具有更大的桥接距离。此外，由于电弧旋转部分130、140、150在方向122上从主体102的电弧表面110、112、114向其内部缩窄，因此不会显著影响主体102内部的桥接，并且不会明显损害螺旋触头100的机械强度。更具体地，由于桥接从电弧表面110、112、114在方向122上减小，因此相对窄的第二宽度168(以及电弧旋转部分130、150的第二宽度)不会影响桥接的始发。另外，不会明显损害螺旋触头100的机械强度，原因是具有相对窄的第二宽度168(以及电弧旋转部分130、150的第二宽度)的电弧旋转部分130、140、150的部分提供到主体102的中心的相对固定连接。

公开的构思适用于具有任何合适的替代数量的电弧旋转部分的螺旋触头(即，螺旋触头300、400(图5-10))。例如，如图5-7的非限制性示例中所示，代替螺旋触头100、200中的任一个替换到真空断路器2(图1)中的替代螺旋触头300包括许多与螺旋触头100(图1-4)相同的结构特征，并且类似的部件用相似的附图标记标示。如图所示，螺旋触头300包括将电弧表面310与附加的电弧表面316分离的附加的电弧旋转部分360。电弧旋转部分330、340、350、360在第二方向322(图7)上从主体302的电弧表面310、312、314、316向其内部缩窄。

另外，如图8-10的非限制性示例中所示，代替螺旋触头100、200中的任一个替换到真空断路器2(图1)中的替代螺旋触头400包括许多与螺旋触头100(图1-4)相同的结构特征，并且类似的部件用相似的附图标记标示。类似于螺旋触头300(图5-7)，螺旋触头400包括将电弧表面410与附加的电弧表面416分离的附加的电弧旋转部分460。电弧旋转部分430、440、450、460在方向422(图10)上从主体402的电弧表面410、412、414、416向其内部缩窄。而且，电弧旋转部分430、440、450、460有利地从周边406大致朝着中心点404缩窄。

更具体地，并且参考图9，电弧旋转部分440具有中心线441。如图所示，电弧旋转部分440在从周边406沿着中心线441朝着中心点404的方向443上从主体402的外部向其内部缩窄。应当领会，电弧旋转部分430、450、460类似地在沿着相应的中心线的相应的方向上从主体402的外部向其内部缩窄。继续参考图9，相应的第一内表面432、442、452、462均大致从中心点404附近延伸到周边406。然而，相应的第二内表面434、444、454、464均从中心点404附近朝着周边406延伸并终止于其间，有利地扩大邻近周边406的相应的电弧旋转部分430、440、450、460。在相对高的故障电流下重复中断之后，首先在周边406附近发生桥接的始发。由于电弧旋转部分440的槽的宽度在周边406附近相对较宽(即，第二内表面444终止于中心点404和周边406之间)，因此延迟了显著桥接的始发。

公开的构思适用于具有至少一个电弧旋转部分540、640的任何合适的替代螺旋触头(即，螺旋触头500、600(图11和12))，所述电弧旋转部分从相应的主体502、602的对应的相邻电弧表面512、514、612、614向其内部缩窄以便在相对高的故障电流的重复中断之后，实现延长桥接的始发之前的时间的期望功能。例如，图11示出了可以代替螺旋触头100、200中的任一个替换到真空断路器2(图1)中的替代的非限制性示例性螺旋触头500的横截面轮廓。螺旋触头500包括许多与螺旋触头100(图1-4)相同的结构特征，并且相似的部件用相似的附图标记标示。然而，参考图11的横截面轮廓将领会，电弧旋转部分540包括多个其它内表面(即，第三内表面546和第四内表面548)。第三内表面546在第二方向522上从第二内表面544延伸。第四内表面548从第三内表面546延伸。如图所示，主体502具有平行于第一平面507和第二平面508的第三平面509。第四内表面548位于第三平面509中。

另外，如图12的非限制性示例性横截面轮廓中所示，可以代替螺旋触头100、200中的任一个替换到真空断路器2(图1)中的替代螺旋触头600包括与螺旋触头100(图1-4)类似的结构特征。尽管在图12的横截面轮廓中不是很明显，但是应当领会，分离相邻的电弧表面612、614的电弧旋转部分640包括第一内表面642和第二内表面644，每个内表面从中心点604附近朝着周边606延伸(例如，类似于上文中讨论的电弧旋转部分130、140、150)。如图所示，第一内表面642从电弧表面614朝着第二内表面644延伸到主体602的内部中。类似地，第二内表面644从电弧表面612朝着第一内表面642延伸到主体602的内部中。

因此，应当领会公开的构思提供了改进的(例如但不限于更持久的)真空开关装置2及其电触头100、200、300、400、500、600，除了其它益处之外，其通过将电触头100、200、300、400、500、600的电弧旋转部分130、140、150、330、340、350、360、430、440、450、460、540、640在与相对的电触头相反的方向上从电触头100、200、300、400、500、600的相应的一对相邻电弧表面110、112、114、310、312、314、316、410、412、414、416、512、514、612、614向其内部缩窄而延长电触头100、200、300、400、500、600的寿命。

尽管已详细描述了公开的构思的具体实施例，但是本领域技术人员将领会，根据本公开的总体教导可以开发对这些细节的各种修改和替代。因此，公开的特定布置仅仅是示例性的，而不是限制公开的构思的范围，所述范围将被给予附带的权利要求及其任何和所有等同物的全部范围。

Claims (10)

1.一种用于真空开关装置(2)的电触头(100、300、400、500、600)，所述真空开关装置包括第二电触头(200)，所述电触头包括：

具有中心点(104、304、404、604)和周边(106、306、406、606)的主体(102、302、402、502、602)，所述主体包括：

多个电弧表面(110、112、114、310、312、314、316、410、412、414、416、512、514、612、614)，所述多个电弧表面构造成面向朝着所述第二电触头的第一方向(120、320、420、520)并且构造成移动进入和脱离与所述第二电触头的接合，

与所述多个电弧表面相对的背面，以及

多个电弧旋转部分(130、140、150、330、340、350、360、430、440、450、460、540、640)，每个电弧旋转部分限定从所述周边大致朝着所述中心点向内延伸的槽，所述多个电弧旋转部分大致将所述多个电弧表面彼此分离；

其中，所述多个电弧旋转部分中的至少一个电弧旋转部分在与所述第一方向相反的第二方向(122、322、422、522)上从所述主体的相应的一对相邻电弧表面向所述背面缩窄；

其中所述至少一个电弧旋转部分(440)具有中心线(441)；

其中所述至少一个电弧旋转部分在从所述周边(406)沿着所述中心线朝着所述中心点(404)的第三方向(443)上从所述主体(402)的外部向其内部缩窄；

其中所述多个电弧表面(410、412、414、416)包括第一电弧表面和邻近所述第一电弧表面的第二电弧表面；

其中所述至少一个电弧旋转部分(430、440、450、460)大致将所述第一电弧表面与所述第二电弧表面分离；

其中所述至少一个电弧旋转部分包括第一内表面(432、442、452、462)和第二内表面(434、444、454、464)；

其中所述第一内表面在所述第二方向(422)上从所述第一电弧表面和所述第二电弧表面延伸；

其中所述第一内表面大致从所述中心点(404)附近延伸到所述周边(406)；

其中所述第二内表面与所述第一电弧表面和所述第二电弧表面间隔；其中所述第二内表面从所述第一内表面延伸；并且

其中所述第二内表面大致从所述中心点附近朝着所述周边延伸并且终止于其间。

2.根据权利要求1所述的电触头(100、300、400、500)，其中所述第二内表面大致垂直于所述第一内表面布置。

3.根据权利要求2所述的电触头(500)，其中所述至少一个电弧旋转部分(540)还包括第三内表面(546)和第四内表面(548)；其中所述第三内表面在所述第二方向(522)上从所述第二内表面延伸；其中所述第四内表面从所述第三内表面延伸；其中所述主体(502)具有彼此大致平行并且彼此间隔的第一平面(507)、第二平面(508)和第三平面(509)；其中所述第一电弧表面(512)和所述第二电弧表面(514)布置在所述第一平面(507)中；其中所述第二内表面(544)布置在所述第二平面(508)中；并且其中所述第四内表面布置在所述第三平面中。

4.根据权利要求1所述的电触头(600)，其中所述第一内表面从所述第一电弧表面朝着所述第二内表面延伸到所述主体(602)的内部中；并且其中所述第二内表面从所述第二电弧表面朝着所述第一内表面延伸到所述主体的内部中。

5.根据权利要求1所述的电触头(100、300、400、500、600)，其中所述至少一个电弧旋转部分(130、140、150、330、340、350、360、430、440、450、460、540、640)具有在所述第一电弧表面和所述第二电弧表面之间的第一宽度(166)；其中所述至少一个电弧旋转部分具有在所述主体(102、302、402、502、602)的内部中的第二宽度(168)；并且其中所述第二宽度小于所述第一宽度。

6.根据权利要求5所述的电触头(100、300、400、500)，其中所述主体(102)具有第一平面(107)和大致平行于所述第一平面并与所述第一平面间隔的第二平面(108)；其中所述第一平面大致与所述第一电弧表面和所述第二电弧表面共面；其中所述第二平面布置在所述主体的内部中的预定高度处；其中所述第一平面在第一位置(160)和与所述第一位置相对布置的第二位置(161)处与所述至少一个电弧旋转部分(140)相交；其中所述第二平面在第三位置(162)和与所述第三位置相对布置的第四位置(163)处与所述至少一个电弧旋转部分相交；其中，当从第二方向看所述主体时，所述第一位置、所述第二位置、所述第三位置和所述第四位置均布置在纵向轴线(164)上；其中所述第一位置与所述第二位置间隔第一距离(166)；其中所述第三位置与所述第四位置间隔第二距离(168)；并且其中所述第二距离小于所述第一距离。

7.根据权利要求1所述的电触头(100、300、400、500、600)，其中所述电触头是螺旋触头；其中所述多个电弧表面(110、112、114)包括邻近所述第一电弧表面和所述第二电弧表面的第三电弧表面(114)；其中所述第一电弧表面、所述第二电弧表面和所述第三电弧表面的每一个从所述中心点(104)附近朝着所述周边(106)延伸；其中所述至少一个电弧旋转部分(130、140、150)包括第一电弧旋转部分(130)，第二电弧旋转部分(140)，和第三电弧旋转部分(150)；其中所述第一电弧旋转部分大致将所述第一电弧表面与所述第二电弧表面分离；其中所述第二电弧旋转部分大致将所述第二电弧表面与所述第三电弧表面分离；并且其中所述第三电弧旋转部分大致将所述第三电弧表面与所述第一电弧表面分离。

8.根据权利要求1所述的电触头(300、400)，其中所述电触头是螺旋触头；其中所述多个电弧表面(310、312、314、316、410、412、414、416)包括邻近所述第二电弧表面的第三电弧表面(314、414)，以及邻近所述第三电弧表面和所述第一电弧表面的第四电弧表面(316、416)；其中所述第一电弧表面、所述第二电弧表面、所述第三电弧表面和所述第四电弧表面的每一个从所述中心点(304、404)附近朝着所述周边(306、406)延伸；其中所述至少一个电弧旋转部分(330、340、350、360、430、440、450、460)包括第一电弧旋转部分(330、430)，第二电弧旋转部分(340、440)，第三电弧旋转部分(350、450)，和第四电弧旋转部分(360、460)；其中所述第一电弧旋转部分大致将所述第一电弧表面与所述第二电弧表面分离；其中所述第二电弧旋转部分大致将所述第二电弧表面与所述第三电弧表面分离；其中所述第三电弧旋转部分大致将所述第三电弧表面与所述第四电弧表面分离；并且其中所述第四电弧旋转部分大致将所述第四电弧表面与所述第一电弧表面分离。

9.一种真空开关装置(2)，其包括以下的至少一个：

第一电触头(100、300、400、500、600)，其被配置为根据权利要求1-8中任一项所述的电触头；以及

第二电触头(200)，其被配置为根据权利要求1-8中任一项所述的电触头。

10.根据权利要求9所述的真空开关装置(2)，其中所述真空开关装置是真空断路器(2)；并且其中所述第一电触头(100、300、400、500、600)和所述第二电触头(200)两者包括：

具有中心点(104、304、404、604)和周边(106、306、406、606)的主体(102、302、402、502、602)，所述主体包括：

多个电弧表面(110、112、114、310、312、314、316、410、412、414、416、512、514、612、614)，所述多个电弧表面面向朝着所述第一电触头和所述第二电触头中的另一个的第一方向(120、320、420、520)并且构造成移动进入和脱离与其的接合，以及

多个电弧旋转部分(130、140、150、330、340、350、360、430、440、450、460、540、640)，每个电弧旋转部分限定从所述周边大致朝着所述中心点向内延伸的槽，所述多个电弧旋转部分大致将所述多个电弧表面彼此分离；并且

其中，所述第一电触头和所述第二电触头的每一个的所述多个电弧旋转部分中的至少一个电弧旋转部分在与相应的第一方向相反的相应的第二方向(122、322、422、522)上从所述相应的主体的相应的一对相邻电弧表面向其内部缩窄。

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