CN109243930B - 一种开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关，包括壳体、设置在壳体内的一对相互配合的静触头和动触头以及作用于动触头以实现开关接通与分断操作的操作机构；所述静触头包括静触点承载部、接线部以及连接部，在所述静触点承载部上设置有静触点，在所述连接部与静触点承载部之间设置有至少一个环绕结构，该环绕结构包括一个连接部连接端、一个静触点承载部连接端以及环绕段，所述连接部连接端与所述连接部连接，所述静触点承载部连接端与所述静触点承载部连接，所述环绕段至少为一圈且由连接部连接端向静触点承载部连接端单方向环绕；所述环绕段内部为一空腔，且所述空腔位于所述静触点承载部的下方。本发明开关有利于进一步促使电弧运动进入栅片，提升开关分断能力。

Description

一种开关

技术领域

本发明属于低压电器技术领域，具体涉及一种开关。

背景技术

对配电线路提供故障保护的低压开关，如图1所示的开关结构，包括壳体9、设置在壳体9内的一对相互配合的静触头和动触头6、作用于动触头6以实现开关接通与分断操作的操作机构7以及灭弧装置8, 所示的开关是一种有触点的电器，包含可动触点和静止触点。当可动触点与静止触点接触，构成电路接通的导电部件；当可动触点与静止触点分离，以空气介质隔断电路。开关分断故障电流时，动触点与静触点由接触状态转换为分离状态，空气介质会被击穿，在可动触点和静止触点之间形成高温、强光、导电的电弧。开关分断成功与否，取决于电弧能否顺利熄灭。

为了熄弧顺利，低压开关广泛使用消游离栅片切割电弧，提高电弧电压，促使故障电流减小并提高电流过零后的介质恢复强度，最终熄灭电弧。因此，促使电弧进入消游离栅片，是开关设计的关键技术，例如增强磁场以提高对电弧的驱动力，常见的是静止触头的铜排折弯成U型，如图2所示结构，静触头1包括静触点11、引弧片12和铜排13，铜排13具有主要的折弯处131使得铜排形成U型并构成一个空腔14。当故障电流出现时，动触头6与静触头1分离，电弧5将出现，如图2所示状态。不失一般性的假设电流方向如图3所示，则由于静触头1的U型回路特征，在空腔14中出现垂直于图2所示纸面向内的磁场19，又因为磁路的闭环特性，该磁场19在空腔14之外都将垂直于图2所示纸面向外，例如静触头1与动触头6的间隙空间。另外，折弯处131与静触点11之间的铜排，和电弧5、动触头6共同形成另一个U型的电回路，在静触头1与动触头6的间隙空间形成垂直于图3所示纸面向外的磁场，与磁场19在该区域的方向相同。在磁场19的作用下，电弧5受到图3所示方向的力F，因此具有向栅片运动的趋势。

U型的静触头，需要考虑开关合闸时动触头6对静触点的冲击、合闸状态时静态力的作用，不应促使静触头铜排折弯处发生非设计的变形，因此传统设计是在静触头铜排底面设计窗口特征141，以便于装配带有相应凸台的底座能够对静触点处铜排进行有效支撑。窗口141的两侧铜材料的横截面之和不低于开关额定电流需求的载流面积。

在图3所示结构的基础上，进一步增强对电弧的磁吹力F，也就是增强静触头1与动触头6间隙空间的磁场，公知的是如图4所示在静触头1的U型空腔14内设置导磁物质15。此时，导磁物质承担对静触点处铜排的支撑作用。

周知的是，低压直流开关的设计，常见的是通过将交流开关的若干相串联实现经济、可靠的方案。图2或图4所示静触头是低压交流开关广泛使用的，当被使用于直流系统中执行临界电流分断（一般是小于开关额定值的电流），由于电流值小，虽然构造了磁场19对电弧5驱动，但此作用力常不足以驱使电弧进入栅片。对此，公知的是使用永磁体增强磁场，例如CN201621176164.0、CN201621181593.7、CN201621181591.8等专利，永磁体的使用不可避免的需要增加零件，这需要额外的设置空间；受限于永磁体自身的极性（磁场方向），需要设计复杂的磁路结构才能实现直流开关的无极性使用（开关进、出线的正、负关系不影响正常使用）；电弧产生的高温环境对永磁体的退磁效应难于忽视。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种提升开关分断能力的静触头。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种开关，包括壳体、设置在壳体内的一对相互配合的静触头和动触头以及作用于动触头以实现开关接通与分断操作的操作机构；所述静触头包括静触点承载部、接线部以及位于静触点承载部与接线部之间的连接部，在所述静触点承载部上设置有静触点，其特征在于：在所述连接部与静触点承载部之间设置有至少一个环绕结构，该环绕结构包括一个连接部连接端、一个静触点承载部连接端以及连接所述连接部连接端与静触点承载部连接端的环绕段，所述连接部连接端与所述连接部连接，所述静触点承载部连接端与所述静触点承载部连接，所述环绕段至少为一圈且由连接部连接端向静触点承载部连接端单方向环绕；所述环绕段内部为一空腔，且所述空腔位于所述静触点承载部的下方。

所述环绕段呈旋绕状或螺旋状。

旋绕状的环绕段一圈，由第一水平段、第一折弯段、第二折弯段和第二水平段构成，第一折弯段连接在第一水平段和第二折弯段之间，第二水平段连接在第二折弯段的末端，所述第一水平段和第二水平段形成不在同一平面的旋绕。

所述第一水平段具有一倾斜部，该倾斜部与第一折弯段连接，该倾斜部使所述第一水平段和第二水平段形成不在同一平面的旋绕。

旋绕状的环绕段内部形成一腰形孔的空腔，所述静触点承载部位于空腔的正上方。

所述旋绕状的环绕结构为两个，两个环绕结构的连接部连接端位于所述连接部端面的两侧，两个环绕结构分别向中间旋绕，并在中间合并后连接静触点承载部。

所述环绕段的圈数为1.5圈。

所述螺旋状为圆柱螺旋线。

所述螺旋状的环绕结构为一个，所述环绕结构的连接部连接端位于所述连接部端面的一侧，所述环绕结构的静触点承载部位于所述连接部端面另一侧的上方。

所述螺旋状的环绕结构为两个，两个环绕结构的连接部连接端位于所述连接部端面的两侧，两个环绕结构分别向中间旋绕，并在中间合并后连接静触点承载部。

所述环绕段的圈数为1.5圈。

在所述空腔中设置与静触头承载部接触的导磁材料支撑体。

所述静触头还包括引弧片，所述引弧片与静触点承载部相连，且位于静触点承载部与连接部相连的另一端。

所述静触点承载部、接线部、连接部以及环绕结构为一体成型结构。

本发明的设计原理以及带来的效果是：

1）本发明的新型静触头，由于在连接部连接端与静触点承载部连接端之间通过环绕段连接，且所述环绕段至少为一圈。也就是静触头铜排经过多圈的旋绕或者螺旋，相对于传统的U型静触头，因磁势获得大幅增加而产生的磁场得到增强，有利于进一步促使电弧运动进入栅片，提高电弧熄灭的成功率。同时，螺旋的圈数，兼顾静触头铜排折弯处截面面积，相对于传统的U型静触头最小截面处，不出现明显的减小，不影响额定电流的使用。

2）本发明的新型静触头，由于环绕段内部形成空腔，且该空腔设置在静触点承载部的下方，在相同电流下，相对于传统的U型结构对动触头的洛伦兹力也将随环绕段圈数的增加而成倍增加，更有利于提升开关短路分断时动触头斥开速度，增强限流效果，进一步提升开关分断能力。同时，由于在静触点承载部的下方设置了空腔，因而更有利于在空腔内设置支撑静触头承载部的支撑体，从而在开关合闸时，获得相对于传统的静触头更好的承受机械冲击所需强度，更进一步提升开关分断能力。

3）具有上述新型静触头的开关用于直流工况分断临界电流时，由于上述的磁场增强的有利特征，电弧进入栅片的过程会更顺利、燃弧时间会更小，即改善临界分断情况。相对于同样为了改善临界分断的永磁体方案，上述新型静触头不增加零件数量、不增加对空间的额外需求、没有电流极性问题、不因工况（例如温度和时间）变化而发生特性明显下降。

附图说明

图1示出现有技术中开关的结构示意图；

图2示出现有技术中静触头的结构示意图；

图3示出现有技术的触头电流方向和受电动力示意图；

图4示出现有技术中静触头的U型空腔内设置导磁物质的结构示意图；

图5示出本发明中具有第一新型静触头结构的开关示意图；

图6 示出本发明中第一新型静触头结构示意图；

图7（a）示出本发明中第一新型静触头俯视图；

图7（b）示出本发明中第一新型静触头仰视图；

图8 示出本发明中第一新型静触头侧视图；

图9示出本发明中第一新型静触头的空腔内设置导磁物质的结构示意图；

图10 示出本发明中第二新型静触头结构示意图；

图11示出本发明中第二新型静触头俯视图；

图12示出本发明中第三新型静触头结构示意图；

图13示出本发明中第三种新型静触头俯视图；

图14示出本发明中第三种新型静触头结构示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种开关，图 5中示出的开关内部的结构，其包括壳体9、设置在壳体9内的一对相互配合的静触头和动触头6、作用于动触头6以实现开关接通与分断操作的操作机构7以及灭弧装置8，其静触头、动触头6、操作机构7、灭弧装置8设置方式属于公知技术，并且不会给本领域的技术人员的理解产生困惑，因而在这里不再赘述。

所述静触头包括：静触点、引弧片和铜排。铜排包括用于承载静触点的静触点承载部，用于引入电流的接线部和用于连接静触点承载部和接线部的连接部，所述引弧片与静触点承载部相连，且位于静触点承载部与连接部相连的另一端。在所述连接部与静触点承载部之间设置有至少一个环绕结构，该环绕结构包括一个连接部连接端、一个静触点承载部连接端以及连接所述连接部连接端与静触点承载部连接端的环绕段，所述连接部连接端与所述连接部连接，所述静触点承载部连接端与所述静触点承载部连接，所述环绕段至少为一圈。所述环绕段呈旋绕状或螺旋状。

实施例1

第一静触头2包括：第一静触点21、第一引弧片22和第一铜排23，第一铜排23具有第一接线部231、第一静触点承载部232、以及位于第一静触点承载部232与第一接线部231之间的第一连接部233。在第一连接部233与第一静触点承载部232之间设置有两个环绕结构，两个环绕结构由下述方式形成：

如图6-图9所示，环绕结构采用旋绕方式。

优选的，所述环绕结构为两个，两个环绕结构的第一连接部233连接端位于所述第一连接部233端面的两侧，两个环绕结构分别向中间旋绕，并在中间并合后连接第一静触点承载部232。具体的，相对于如图2所示传统的只具有一个折弯处131的传统U型静触头铜排13，图6所示，所述第一连接部233连接第一静触点承载部232一端分成两条支路，分别向中间旋绕多圈（优选的是1.5圈），并在中间并合后连接第一静触点承载部232。所述第一引弧片22与第一静触点承载部232相连，且位于第一静触点承载部232与第一连接部233相连的另一端。旋绕状的环绕段内部形成在侧视方向一腰形孔的第一空腔24，所述第一静触点承载部232位于第一空腔24的正上方。相对于传统的U型静触头铜排，在不增加整体造型长、宽、高尺寸的前提下，第一空腔24的腰形孔特征使得其横截面面积最大化。第一铜排23两条支路的横截面，与传统U型静触头的孔141两侧铜材料截面的设计同理，兼顾开关额定电流对载流面积的需求、铜排旋绕多圈带来的对空间的需求。

如图7的俯视图和仰视图所示，两端为与第一静触头2侧面平行的直条，中间设置Z字型弯折，实现上述各折弯处在第一静触头2宽度方向上的错位，以完成第一铜排23的多圈旋绕，并且在第一静触点21正下方形成窗口以有利于壳体9的底座91设计对第一静触点承载部232处支撑的凸台。第一静触头使用于开关时，也可在第一空腔24中设置与第一静触头承载部232接触的导磁材料25，兼具对第一静触点承载部232的支撑。

具体的，第一铜排23的折弯处分成两个第一支路26与27，两个支路优先的设计成关于与第一铜排23长度方向Y平行的中心面对称，如图6所示。旋绕状的环绕段一圈，支路27由第一水平段271、第一折弯段272、第二折弯段273、第二水平段274构成 (其中所述水平段为图6中所示的Y方向的一段，而折弯段为图6中所示的Z方向的一段) ，所述第一折弯段272连接在第一水平段271和第二折弯段273之间，第二水平段274连接在第二折弯段273的末端。通过图6侧视图可见，第一水平段271、第一折弯段272、第二折弯段273，第二水平段274共同形成横截面为腰形孔的空腔24；在宽度方向X，所述第一水平段271具有一倾斜部2711，该倾斜部2711与第一折弯段272连接，该倾斜部2711使所述第一水平段271和第二水平段274形成不在同一平面的旋绕，完成支路27的旋绕。如图7所示，第一水平段271、第一折弯段272、第二折弯段273，第二水平段274整体绕向，参考第一空腔24截面法向向内（X轴正方向），成左旋（逆时针）。与支路27对称的支路26，同样具有第一水平段261、第一折弯段262、第二折弯段263，第二水平段264，形成第一空腔24的另一半；这三个折弯处整体绕向，参考第一空腔24另一半的截面法向向内（X轴负方向），成右旋（即顺时针）。

支路26的第二水平段264和支路27的第二水平段274的末端，并成一体成为第一静触点21和第一引弧片22焊接于第一铜排23的第一静触点承载部232。

第一静触头2使用于开关时，可在第一空腔24中设置导磁材料25，如图9所示，进一步增强磁场。

在本实施例中，第一铜排23可采用一体化成型工艺成型，如铸造、3D打印等，也可以各部分之间分别加工后焊接成型。

实施例2

第二静触头3包括：第二静触点31、第二引弧片32和第二铜排33，第二铜排33具有第二接线部331、第二静触点承载部332、以及位于第二静触点承载部332与第二接线部331之间的第二连接部333。在第二连接部333与第二静触点承载部332之间设置有两个环绕结构，两个环绕结构由下述方式形成：

如图10-图11所示，环绕结构采用螺旋方式，具体为圆柱螺旋线，具有固定的直径和导程。

第二连接部333连接第二静触点承载部332一端分成两条支路，分别向中间螺旋多圈，并在中间并合后连接第二静触点承载部332。相对于如图2所示的只具有一个折弯处的传统U型静触头铜排13，图10和图11示意新型静触头铜排分成两条支路，分别向中间螺旋多圈（优选的是1.5圈）、并在中间合并成第二静触点31、第二引弧片32分别与铜排焊接的部位，也就是第二静触点承载部332；显然的多圈螺旋的铜排形成的第二空腔34的截面呈现为圆形；在静触头长度方向，第二静触点承载部332与第二空腔34是错位，因此第二静触点承载部332位正下方的第二静触头3底部的窗口未被任何阻挡，有利于壳体9的底座91上设计凸台以支撑第二静触点承载部332。

具体的，如图8和图9所示，第二铜排33的折弯处分成两个第二支路35和36两个支路优先的设计成关于与第二铜排33长度方向Y平行的中心面对称。其中支路36以左旋（逆时针）方式，沿图10中X轴正方向螺旋且优选的是1.5圈，由此构成空腔34的一半；而支路35以右旋（顺时针）方式，沿图10中X轴负方向螺旋且优选的是与支路36圈数，由此构成第二空腔34的另一半。在螺旋结构的末端，支路36和37合并成焊接部，也就是第二静触点承载部332，用于焊接静止触点31和引弧片32。第二铜排33两条支路的横截面，与传统U型静触头的孔141两侧铜材料截面的设计同理，兼顾开关额定电流对载流面积的需求、铜排旋绕多圈带来的对空间的需求。

新型第二静触头3使用于开关时，可在第二空腔34中设置导磁材料，进一步增强磁场。

在本实施例中，第二铜排33 3可采用一体化成型工艺成型，如铸造、3D打印等，也可以各部分之间分别加工后焊接成型。实施例3

同实施例2相同，环绕结构也采用螺旋方式，如图12-图14所示，具体的：第三静触头4包括：第三静触点41、第三引弧片42和第三铜排43，第三铜排43具有第三接线部431、第三静触点承载部432、以及位于第三静触点承载部432与第三接线部431之间的连第三接部433，第三连接部431连接第三静触点承载部432一端的一侧向另一侧螺旋多圈，并回到中间后连接第三静触点承载部432，在第三静触头4长度方向，第三静触点承载部432与圆形空腔是错位。相对于如图2所示的只具有一个折弯处的传统U型静触头铜排，图12和图13示意第三铜排43，参考图12中X轴正方向，从第三静触头4的一侧（图中坐标X轴负向）向另一侧螺旋多圈（优选的是1.5圈），以左旋（逆时针）方式螺旋且优选的是1.5圈，由此构成第三空腔44，显然的是多圈螺旋的第三铜排43形成的第三空腔44的截面呈现为圆形。该螺旋的起始处是位于静触头4在图12中X轴负方向侧；该螺旋的末端经过适当弯折形成第三静触点41、第三引弧片42分别与第三铜排43焊接的部位，也就是第三静触点承载部432，位于静触头4的平行于坐标系YZ平面的中心。该第三静触点承载部432还具有图13所示俯视图中弯折，使其从位于第三铜排43另一侧（图12坐标X轴正向）回到中间。在第三静触头4长度方向，第三静触点承载部432与圆形空腔44是错位，有利于第三静触点承载部432不受任何阻挡的承受壳体9的底座91上的凸台支撑。新型第三静触头4螺旋处的横截面，兼顾开关额定电流对载流面积的需求、铜排旋绕多圈带来的对空间的需求。

新型第三静触头4使用于开关时，可在第三空腔44中设置导磁材料。

新型第三静触头4也可设计成图14所示结构，与图12所示结构对称，即参考图12中X轴负方向，以右旋（顺时针）方式螺旋。该螺旋的起始处是位于第三静触头4在图12中X轴正方向侧。

在本实施例中，第三铜排43可采用一体化成型工艺成型，如铸造、3D打印等，也可以各部分之间分别加工后焊接成型。

Claims (14)

1.一种开关，包括壳体、设置在壳体内的一对相互配合的静触头和动触头以及作用于动触头以实现开关接通与分断操作的操作机构；所述静触头包括静触点承载部、接线部以及位于静触点承载部与接线部之间的连接部，在所述静触点承载部上设置有静触点，其特征在于：在所述连接部与静触点承载部之间设置有至少一个环绕结构，该环绕结构包括一个连接部连接端、一个静触点承载部连接端以及连接所述连接部连接端与静触点承载部连接端的环绕段，所述连接部连接端与所述连接部连接，所述静触点承载部连接端与所述静触点承载部连接，所述环绕段至少为一圈且由连接部连接端向静触点承载部连接端单方向环绕；所述环绕段内部为一空腔，且所述空腔位于所述静触点承载部的下方。

2.根据权利要求1所述的开关，其特征在于： 所述环绕段呈旋绕状或螺旋状。

3.根据权利要求2所述的开关，特征在于：旋绕状的环绕段一圈，由第一水平段、第一折弯段、第二折弯段和第二水平段构成，第一折弯段连接在第一水平段和第二折弯段之间，第二水平段连接在第二折弯段的末端，所述第一水平段和第二水平段形成不在同一平面的旋绕。

4.根据权利要求3所述的开关，特征在于：所述第一水平段具有一倾斜部，该倾斜部与第一折弯段连接，该倾斜部使所述第一水平段和第二水平段形成不在同一平面的旋绕。

5.根据权利要求4所述的开关，特征在于：旋绕状的环绕段内部形成一腰形孔的空腔，所述静触点承载部位于空腔的正上方。

6.根据权利要求3、4或5所述的开关，特征在于：旋绕状的所述环绕结构为两个，两个环绕结构的连接部连接端位于所述连接部端面的两侧，两个环绕结构分别向中间旋绕，并在中间合并后连接静触点承载部。

7.根据权利要求6所述的开关，特征在于：所述环绕段的圈数为1.5圈。

8.根据权利要求2所述的开关，特征在于：所述螺旋状为圆柱螺旋线。

9.根据权利要求8所述的开关，特征在于：螺旋状的所述环绕结构为一个，所述环绕结构的连接部连接端位于所述连接部端面的一侧，所述环绕结构的静触点承载部位于所述连接部端面另一侧的上方。

10.根据权利要求8所述的开关，特征在于：螺旋状的所述环绕结构为两个，两个环绕结构的连接部连接端位于所述连接部端面的两侧，两个环绕结构分别向中间旋绕，并在中间合并后连接静触点承载部。

11.根据权利要求9或10所述的开关，特征在于：所述环绕段的圈数为1.5圈。

12.根据权利要求1所述的开关，特征在于：在所述空腔中设置与静触头承载部接触的导磁材料支撑体。

13.根据权利要求1所述的开关，特征在于：所述静触头还包括引弧片，所述引弧片与静触点承载部相连，且位于静触点承载部与连接部相连的另一端。

14.根据权利要求1所述的开关，其特征在于：所述静触点承载部、接线部、连接部以及环绕结构为一体成型结构。