CN110098084A - 一种真空开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空开关，包括真空灭弧室、磁控操作机构和脱扣机构，所述真空灭弧室包括绝缘外壳、以及设在绝缘外壳内的至少一对分合单元，所述磁控操作机构包括控制器、磁静件和磁动件，其用于控制分合单元的分、合，所述脱扣机构包括扣件、第一永磁体、第一弹性件、第二弹性件和压盘，以使该真空开关在合闸时断电的情况下实现手动紧急分闸功能。

Description

一种真空开关

技术领域

本发明涉及真空开关领域，具体是涉及一种磁力驱动的真空开关。

背景技术

真空开关是一种用于控制和保护电力系统的电器设备，它通过控制真空灭弧室(又称为真空开关管)内的两个电极触头的闭合、分离来实现电路电流的闭合和断开，从而达到控制电力系统的目的。真空灭弧室是真空开关的核心部件，它是通过密封在真空容器中的触头来控制、熄灭电弧的装置。

在现有的真空灭弧室中，波纹管为不可缺少的元件，其既能保证灭弧室的密封，又能借助它来实现动、静触头的相对运动，波纹管为焊接在动端盖板的运动密封件，波纹管在分、合闸时进行压缩或伸长复原的运动，在灭弧室内进行往复的机械运动，因此，真空开关的每一次合、分，都使波纹管沿轴向伸缩产生机械变形，剧烈、高频的机械变形容易使波纹管疲劳而受损。而随着使用时间变长和操作次数增加，波纹管会因疲劳导致弹性变差或断裂，造成真空灭弧室进气，导致真空灭弧室绝缘性能不够而击穿甚至爆炸。

另外，现有的真空开关的驱动力都是通过真空灭弧室外部机构施加的，这个外部机构施加的力还需克服波纹管压缩产生的强大阻力，使得真空灭弧室的合分需要强大的能源，因而外部机构的体积庞大，导致整个产品体积庞大。

为了解决上述的问题，申请人提出了一种磁力驱动的真空开关，但该真空开关在断电情况下会维持其当前状态，而在某些紧急情况下(例如火灾)，需具有手动紧急分闸的功能。

发明内容

本发明旨在提供一种真空开关，以解决申请人提出的真空开关在断电的情况下能够实现手动紧急分闸功能。

具体方案如下：

一种真空开关，包括真空灭弧室、磁控操作机构和脱扣机构，其中，

所述真空灭弧室包括绝缘外壳、以及设在绝缘外壳内的至少一对分合单元，每一分合单元包括静端导电柱、静触头、动端导电柱、动触头和屏蔽罩，所述静端导电柱的一端与所述静触头电连接，另一端露出于所述绝缘外壳，所述动端导电柱的一端和所述动触头电连接，另一端露出于所述绝缘外壳，所述屏蔽罩设于所述静触头周侧；

所述磁控操作机构包括控制器、磁静件和磁动件，所述磁静件和磁动件均设置在所述绝缘外壳内，所述磁动件与所述动触头驱动连接，所述控制器位于所述绝缘外壳外部，且与所述磁静件电连接，以控制所述磁静件对所述磁动件产生吸力或者斥力，以驱动所述动触头能够朝向或远离所述静触头运动，以实现动触头和静触头之间的合或分；

所述脱扣机构设置于绝缘外壳内，其包括扣件、第一永磁体、第一弹性件、第二弹性件和压盘，所述扣件的枢接于绝缘外壳内，所述第一永磁体固设在所述扣件上，所述压盘设置于磁动件和所述动触头之间，在动触头和静触头合拢下，该扣件扣在所述压盘边缘上，所述第一弹性件作用于所述扣件，以产生维持该扣件扣在所述压盘边缘上的作用力，所述第二弹性件作用于压盘而产生将压盘推向磁静件的力。

进一步的，所述扣件的顶部上具有往内倾斜设置的导向面。

进一步的，所述绝缘外壳内还设置有隔板，该隔板将所述绝缘外壳内的空间分隔出第一容置空间和第二容置空间，所述动触头、静触头和脱扣机构位于所述第一容置空内，所述磁静件和所述磁动件位于所述第二容置空间内，所述第二弹性件的一端固设于所述隔板上，另一端与所述压盘的底部相抵触。

进一步的，所述第二容置空间内多对并排设置的分合单元，所有分合单元的动触头均与磁动件驱动连接。

进一步的，所述磁静件为电永磁体，所述磁动件为第二永磁体，所述磁静件能够对所述磁动件产生吸力和斥力，以驱动所述动触头能够朝向或远离所述静触头运动，以实现动触头和静触头之间的合或分。

进一步的，还包括一连接杆，所述连接杆的一端与所述动触头连接，另一端与所述磁动件连接。

进一步的，所述动触头远离所述静触头的一端上还固定安装有一固定件，该固定件上具有一开口端朝向所述动触头方向设置的凹陷部以及沿所述连接杆轴线方向与所述凹陷部连通的通孔，所述连接杆的中部具有凸出于其外周面的阻挡部，所述连接杆的一端穿过所述通孔与所述磁动件固定连接，且所述阻挡部限制在所述凹陷部内，所述连接杆的另一端位于所述凹陷部内，且套设有一缓冲弹性件。

进一步的，所述动触头固定所述固定件的端面上具有与所述连接杆正对设置的凹腔，且该凹腔的内径大于所述连接杆的外径。

进一步的，所述阻挡部的外周面与所述凹陷部的内壁间隙配合设置。

进一步的，所述动端导电柱的一端和动触头之间通过连接导线实现电连接，该连接导线具有随所述动触头运动的余量。

本发明提供的真空开关与现有技术相比较具有以下优点：本发明提供的真空开关用磁控操作机构来实现动触头和静触头之间的合、分，而且磁控操作机构是直接设置在真空灭弧室的绝缘外壳内，不需使用波纹管来保证真空灭弧室的密封以及动、静触头之间的合、分，因此不存在现有的真空灭弧室因波纹管而导致的各种缺陷。

而且由于去除了波纹管，因此在进行合、分闸时，磁控操作机构只需相对小很多的力即可实现动、静触头之间的合、分，其可直接通过磁控操作机构来实现动、静触头之间的合、分，省略了现有真空开关庞大的操作机构，可降低该真空开关的体积以及降低其成本。

此外，该真空开关还具有脱扣机构，该脱扣机构能够在紧急情况下实现手动分闸功能。

附图说明

图1示出了只具有一分合单元的真空开关的示意图。

图2示出了真空开关手动脱扣的示意图。

图3示出了具有多个分合单元的真空开关的示意图。

图4示出了动触头以及连接杆的示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明提供了一种真空开关，其包括真空灭弧室、磁控操作机构和脱扣机构。其中，真空灭弧室包括绝缘外壳10、以及设在绝缘外壳10内的至少一对分合单元20，该分合单元20静端导电柱200、静触头210、动端导电柱220、动触头230和屏蔽罩240。绝缘外壳10通常为陶瓷外壳，但并不限定于此，由现有真空灭弧室的其它材料制成的绝缘外壳也可应用于此，绝缘外壳10内的空间经过抽真空处理而形成符合真空灭弧室要求的真空环境。

分合单元20的静端导电柱200的一端与静触头210电连接，另一端露出于绝缘外壳10，动端导电柱220的一端和动触头230电连接，另一端露出于绝缘外壳10，露出于绝缘外壳10外部的静端导电柱200和动端导电柱220用于与外部电力系统的电缆进行连接。屏蔽罩240设在静触头210的周围，以实现其屏蔽作用。

磁控操作机构30包括控制器300、磁静件310和磁动件320。其中，磁动件320与动触头230驱动连接，控制器300位于绝缘外壳10的外部，且与磁静件310电连接，以控制该磁静件310对磁动件320产生吸力或者斥力，以驱动动触头230能够朝向或远离静触头210运动，以实现动触头230和静触头210之间的合或分，从而实现电路的闭合和断开，从而达到控制电力系统的目的。

参考图1，由于驱动动触头230运动的磁静件310和磁动件320均位于绝缘外壳10的内部，因此只需考虑绝缘外壳10整体的真空密封性即可，无需如现有的真空灭弧室需考虑动触头连接杆与绝缘外壳之间的活动密封性能，因而本实施例所提供的真空灭弧室相对于现有真空灭弧室可以具有更高的真空度。而且动触头230的往复运动由磁控操作机构来实现，不需要波纹管来提供回复力，去除了易故障、寿命短的波纹管，可延长真空灭弧室的使用寿命以及降低事故发生率。

需明确的是，磁控操作机构可以是如类似电磁铁的机构，如磁静件310与磁动件320均为电磁铁，或者其一为硬磁体，另一为电磁铁，只需能够实现控制磁静件310对磁动件320能够产生斥力以及吸力即可，其产生的斥力和吸力需满足：当磁静件310对磁动件320产生斥力时，动触头230能够与静触头210相接触，以实现电路的闭合；而当磁静件310对磁动件320产生吸力时，动触头230能够与静触头210分离，以实现电路的断开。而控制器300控制磁静件310对磁动件320产生吸力或者斥力为现有技术，因此在此不进行赘述。

脱扣机构40包括扣件400、第一永磁体410、第一弹性件420、第二弹性件430和压盘440。其中，扣件400的上端为卡扣部，其中部枢接于绝缘外壳10内，在动触头230和静触头210合拢的情况下，该扣件400的卡扣部扣在压盘440的边缘上，以使该压盘440维持其对第二弹性件430的压缩。

第一永磁体410固设在扣件400的下端上，第一弹性件420作用于扣件400，以产生维持该扣件400扣在压盘440边缘上的作用力，所述第二弹性件430的作用于压盘440而产生将压盘440推向磁静件310的力。

本实施例中的第一弹性件420采用的是弹簧，其一端固定在绝缘外壳10内的支撑件上，另一端与扣件400的下部内侧相抵触，以使该扣件400的卡扣部维持扣在压盘440上。第二弹性件430也是弹簧，其一端固定在绝缘外壳10内的支撑件上，另一端与压盘440的底部相抵触，以对压盘440产生朝向磁静件310的力。

该真空开关的工作过程如下：在首次合闸时，控制器300控制磁静件310对磁动件320产生斥力，以推动动触头230朝向静触头210运动并与该静触头210接触完成电路的导通，在磁动件320远离磁静件310运动的过程中，磁动件320推动压盘440往静触头210方向运动，在动触头230和静触头210接触实现合闸的情况下，压盘440进入至扣件400的卡扣部中，此时扣件400的卡扣部扣在压盘440的边缘上，并在未进行手动分闸的情况下，该扣件400一直维持住将压盘440扣住的状态下。在其后的分闸或者合闸时，该该扣件400一直维持住将压盘440扣住的状态下，该真空开关通过控制器300控制磁静件310对磁动件320产生吸力或者斥力，以带动动触头230与静触头210分或合，实现电路的断开或者导通。

而在需要进行手动紧急分闸的情况下，参考图2，在该真空开关外，用备用的脱扣永磁体60作用于第一永磁体410，以对第一永磁体410产生斥力，从而带动扣件400旋转而脱扣。脱扣后，第二弹性件430推动压盘440朝向磁静件310运动，同时将动磁动件320推向磁静件310，以带动动触头230与静触头210分离，完成紧急分闸功能，这里需明确的是，第二弹性件430对压盘440产生的弹力大小是能够确保将动触头230与静触头210分离的。

在本实施例中，较佳的，参考图1，扣件400的顶部上具有往内倾斜设置的导向面4000，以便于压盘440进入至扣件400的卡扣部中。

在本实施例中，较佳的，绝缘外壳10内还设置有隔板100，该隔板100将绝缘外壳10内的空间分隔出第一容置空间110和第二容置空间120，其中动触头230、静触头210和脱扣机构40均安装在第一容置空间110内，而磁静件310和磁动件320安装在第二容置空间120内，以避免动、静触头的接触时产生短时的高热对磁静件310和磁动件320产生影响。

其中，上述的第二弹性件430的一端固设于隔板100上，另一端则作用于压盘440，而产生将该磁动件320推向磁静件310的力，以使扣件400脱扣的情况下动、静触头的之间可以迅速分开。这里需明确的是，即使在第二弹性件430对磁动件320产生推力的前提下，第一弹性件420对扣件400产生的作用力也能够保证该扣件400的卡扣部扣在压盘440上。

另一优选的，参考图2，第二容置空间120内多对并排设置的分合单元20，所有分合单元20的动触头230均与磁动件320驱动连接，即该磁动件320驱动所有分合单元20同时完成合闸和分闸动作，以使该真空开关适用于需多路同时分、合闸的场所。图2中示出了一真空开关具有3组分合单元20，但并不限定于此，其可根据实际需求增减。

在本实施例中，另一较佳的，磁静件310为电永磁体(Electro Permanent Magnet-EPM)，磁动件320为第二永磁体，由于电磁铁在磁控操作机构意外断电的情况下会失去其磁力，而磁动件320在磁静件310失去磁力的情况下，可能会由于重力作用下导致动触头230和静触头210相接触，导致电路电流的闭合，这可能会导致危险。因此磁静件310优选为电永磁体，磁动件320优选为第二永磁体，其在断电的情况下，磁静件310中的硬磁体的磁极和作为磁动件320的永磁体相向面的磁极是相反的，因此依然能够对磁动件320产生吸力，在磁控操作机构意外断电的情况保证该真空开关的安全。而在需要实现电路电流闭合的情况下，作为磁静件310的电永磁体在电流的作用下改变朝向磁动件320面上的磁极，以对磁动件产生斥力，以驱动动触头230能够朝向静触头210运动，以实现动触头和静触头之间闭合。

而且相对于电磁铁，电永磁体具有更好的反应速度，因此在一些需要进行频繁进行开合的应用场合下，电永磁体也较电磁铁更具优势。

参考图1-图3，在本实施例中，较佳的，还包括一连接杆350，连接杆350的一端与动触头230连接，另一端与磁动件320连接，以增加磁动件320和动、静触头闭合处之间的距离。由于在动、静触头闭合的过程中，动、静触头的接触面上会产生短时的高热，因此增加磁动件320和静触头210触面之间的距离可以防止产生的短时高热影响磁动件320导致其退磁。

优选的，参考图1和图2，动触头230远离静触头210的一端上还固定安装有一固定件360，该固定件360上具有一开口端朝向动触头230方向设置的凹陷部362以及沿连接杆350轴线方向与凹陷部362连通的通孔364，连接杆350的中部具有凸出于其外周面的阻挡部352，连接杆350的一端穿过通孔364与磁动件320固定连接，且阻挡部352限制在凹陷部362内，连接杆350的另一端位于凹陷部362内，且套设有一缓冲弹性件370。由于连接杆350的一端与磁动件320之间是非直接固定连接的，在动、静触头闭合的过程中，缓冲弹性件370能够吸能而减小弹跳时间。

更优的是，参考图2，动触头230固定连接固定件360的端面上具有与连接杆350正对设置的凹腔232，且该凹腔232的内径大于连接杆的外径。在动、静触头闭合的过程中，连接杆350端部的一部分能够伸入只凹腔232内，以使缓冲弹性件370具有更好的吸能作用，进而进一步减小弹跳时间。

另一优选的是，参考图2，阻挡部352的外周面与凹陷部362的内壁间隙配合设置，在在动、静触头闭合的过程中，凹陷部362的内壁能够起到导向的作用，从而保证连接杆350是沿其轴线方向运动的。

在本实施例中，另一较佳的，参考图1，所述动端导电柱220的一端和动触头230间通过连接导线50实现电连接，该连接导线50具有随所述动触头230运动的余量，以便于动端导电柱220和动触头230之间的电连接。更优的是，所述连接导线50为编织线状的导线，其能够随所述动触头230运动而伸长或者收缩而不易损坏。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种真空开关，其特征在于：包括真空灭弧室、磁控操作机构和脱扣机构，其中，

所述真空灭弧室包括绝缘外壳、以及设在绝缘外壳内的至少一对分合单元，每一分合单元包括静端导电柱、静触头、动端导电柱、动触头和屏蔽罩，所述静端导电柱的一端与所述静触头电连接，另一端露出于所述绝缘外壳，所述动端导电柱的一端和所述动触头电连接，另一端露出于所述绝缘外壳，所述屏蔽罩设于所述静触头周侧；

所述磁控操作机构包括控制器、磁静件和磁动件，所述磁静件和磁动件均设置在所述绝缘外壳内，所述磁动件与所述动触头驱动连接，所述控制器位于所述绝缘外壳外部，且与所述磁静件电连接，以控制所述磁静件对所述磁动件产生吸力或者斥力，以驱动所述动触头能够朝向或远离所述静触头运动，以实现动触头和静触头之间的合或分；

所述脱扣机构设置于绝缘外壳内，其包括扣件、第一永磁体、第一弹性件、第二弹性件和压盘，所述扣件的枢接于绝缘外壳内，所述第一永磁体固设在所述扣件上，所述压盘设置于磁动件和所述动触头之间，在动触头和静触头合拢下，该扣件扣在所述压盘边缘上，所述第一弹性件作用于所述扣件，以产生维持该扣件扣在所述压盘边缘上的作用力，所述第二弹性件作用于压盘而产生将压盘推向磁静件的力。

2.根据权利要求1所述的真空开关，其特征在于：所述扣件的顶部上具有往内倾斜设置的导向面。

3.根据权利要求1所述的真空开关，其特征在于：所述绝缘外壳内还设置有隔板，该隔板将所述绝缘外壳内的空间分隔出第一容置空间和第二容置空间，所述动触头、静触头和脱扣机构位于所述第一容置空内，所述磁静件和所述磁动件位于所述第二容置空间内，所述第二弹性件的一端固设于所述隔板上，另一端与所述压盘的底部相抵触。

4.根据权利要求3所述的真空开关，其特征在于：所述第二容置空间内多对并排设置的分合单元，所有分合单元的动触头均与磁动件驱动连接。

5.根据权利要求1所述的真空开关，其特征在于：所述磁静件为电永磁体，所述磁动件为第二永磁体，所述磁静件能够对所述磁动件产生吸力和斥力，以驱动所述动触头能够朝向或远离所述静触头运动，以实现动触头和静触头之间的合或分。

6.根据权利要求5所述的真空开关，其特征在于：还包括一连接杆，所述连接杆的一端与所述动触头连接，另一端与所述磁动件连接。

7.根据权利要求6所述的真空开关，其特征在于：所述动触头远离所述静触头的一端上还固定安装有一固定件，该固定件上具有一开口端朝向所述动触头方向设置的凹陷部以及沿所述连接杆轴线方向与所述凹陷部连通的通孔，所述连接杆的中部具有凸出于其外周面的阻挡部，所述连接杆的一端穿过所述通孔与所述磁动件固定连接，且所述阻挡部限制在所述凹陷部内，所述连接杆的另一端位于所述凹陷部内，且套设有一缓冲弹性件。

8.根据权利要求7所述的真空开关，其特征在于：所述动触头固定所述固定件的端面上具有与所述连接杆正对设置的凹腔，且该凹腔的内径大于所述连接杆的外径。

9.根据权利要求8所述的真空开关，其特征在于：所述阻挡部的外周面与所述凹陷部的内壁间隙配合设置。

10.根据权利要求1所述的真空开关，其特征在于：所述动端导电柱的一端和动触头之间通过连接导线实现电连接，该连接导线具有随所述动触头运动的余量。