CN114207758A - 渐进接触开关 - Google Patents
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Abstract
渐进接触开关包括连接到输入的接触的集合。该集合包括由第一金属形成的第一牺牲接触和由第二金属形成的第一导电接触。该开关还包括连接到输出的接触的可移动集合。可移动集合包括由第一金属形成的第二牺牲接触和由第二金属形成的第二导电接触。该开关包括可配置成连接接触的可移动集合的元件，使得第一牺牲接触在第一时间连接到第二牺牲接触，从而使电流从输入流到输出，并且在第一牺牲接触保持连接到第二牺牲接触时，第一导电接触稍后与第二导电接触连接。
Description
技术领域
本发明一般地涉及用于连接和断开电路的开关。在示例中，本发明涉及一种渐进（progressively）接触开关，其使用牺牲和导电接触的组合来改进可靠性和性能。
背景技术
开关可以通过使接触闭合或打开来连接和断开电路。但是当大量电流流过开关时，在打开和闭合期间可以形成电流的电弧，使得接触变热（欧姆加热）并且等离子体沉积在接触上。随着时间的推移，通过重复的打开和闭合，接触可以磨损并形成薄的桥，引起阻抗增加。阻抗的该增加引起不必要的热量、损坏部件并干扰电力传输。
因此，需要改进开关的可靠性和导电性的新的技术方案。
发明内容
某些方面和特征包括一种电开关。该开关包括连接到输入的接触的可移动集合。接触的可移动集合包括由第一金属形成的第一牺牲接触和由第二金属形成的第一导电接触。该开关包括连接到输出的接触的集合。该接触的集合包括由第一金属形成的第二牺牲接触和由第二金属形成的第二导电接触。该开关还包括可配置成连接接触的可移动集合的元件，使得第一牺牲接触在第一时间与第二牺牲接触连接，从而使电流从输入流到输出，并且在第一牺牲接触保持连接到第二牺牲接触时，第一导电接触在第一时间之后的第二时间与第二导电接触连接。
提及这些说明性示例不是限制或限定本公开，而是为了提供示例以帮助理解本公开。在具体实施方式中提供了附加的示例和进一步的描述。
附图说明
当参考附图阅读以下具体实施方式时，将更好地理解本公开的这些和其它特征、方面和优势，其中：
图1示出了根据本公开的方面的渐进接触开关的示例。
图2示出了根据本公开的方面的用于闭合和打开渐进接触开关的过程的示例。
图3示出了根据本公开的方面的从闭合位置移动到打开位置的渐进接触开关的示例。
图4示出了根据本公开的方面的从打开位置移动到闭合位置的渐进接触开关的示例。
图5示出了根据本公开的方面的电控渐进接触开关的示例。
具体实施方式
本公开的各方面包括一种渐进接触开关。开关的非限制性示例包括接触器（contactor）和继电器（relay）。渐进接触开关通过提供在接触的正常集合闭合之前闭合的接触的牺牲集合来防止开关接触的早期腐蚀。在性质上比接触的正常集合更耐用牺牲接触在开关闭合时进行初始接触，并且对于电流电弧和产生的高温更有耐受力（resilient）。结果，渐进接触开关可以比现有开关持续更长时间。此外，通过减少生成的热量，具有较少铜、银或其它稀有金属的较小继电器或接触器可以是可能的，从而降低了成本。
渐进接触开关的应用包括但不限于电力传递系统、高电流继电器、接触器、开关和电表。例如，使用渐进开关的电表受益于较低的发热量、改进的性能和较长的设备寿命。渐进接触开关允许在失效之前的开关闭合的最大数量的改进。相对地，当前解决方案中的开关的每次闭合导致接触的降级，最终导致过早的失效。
渐进接触开关包括接触的两个集合。接触的每个集合包括连接到导电接触的牺牲接触。牺牲接触可由耐用且耐受由电弧腐蚀引起的热的导电材料构成。导电接触可以由具有高导电性的材料构成。当开关闭合时，接触的两个集合彼此连接，使得牺牲接触首先彼此接触，从而承受任何电弧和热量的大部分（bulk）。一旦两个牺牲接触接触了，两个导电接触就彼此连接，由于导电接触相对于牺牲接触的较高的导电性，以较低的阻抗传导大量的电流。
现在转到附图，图1示出了根据本公开的方面的渐进接触开关的示例。图1描绘了开关环境100，其包括开关101、电源120和负载130。开关101可以将电源120与负载130连接或断开。电源的示例包括配电变压器（distribution transformer）、发电机和电池。负载的示例包括客户场所、灯和机械设备。
开关101包括连接110、111、112和113，牺牲接触102和104，以及导电接触103和105。当开关101闭合时，连接110和112连接。如图所示，连接111和113总是连接的。但是开关101可以以双刀双掷配置来配置，使得连接111和113也可以被连接或断开。其它配置的示例是单刀双掷和双刀双掷。
牺牲接触102和104以及导电接触103和105可以由不同类型的金属制成。例如，虽然仍然导电，但是牺牲接触102和104可以由更耐用的材料来制造。通过具有较高的熔点，牺牲接触102和104可以更好地承受由电引起的电弧和热。因此，牺牲接触102和104在一些情况下可以由如下材料来制成：所述材料具有比用于形成导电接触103和105的材料更低的电导性和/或更高熔点。
导电接触103和105可以由具有高导电性的材料制成。在一些情况下，所使用的材料可具有比用于牺牲接触102和104的材料高的导电性。用于导电接触103和105的合适材料的示例包括银、铜、金、铝、锌、镍、黄铜、青铜或其合金。用于牺牲接触102和104的合适材料的示例包括钨、Multilam、铝、锌、镍、黄铜、青铜、铂、钢、铅及其合金。
牺牲接触和导电接触可以被组织成集合（set）。例如，接触的第一集合可以包括牺牲接触102和导电接触103，并且第二集合可以包括牺牲接触104和导电接触105。出于示例的目的，示出了两个集合，但是任何数量的集合都是可能的。此外，任何数量的牺牲和导电接触都是可能的。例如，在高电流应用中，每个集合可能具有多个牺牲和/或导电接触。
在一方面中，开关101是手动操作的。在该情况下，用户可以移动元件、致动器或摇杆（rocker）机构以打开或闭合开关。该机构如这里所述继而打开或闭合牺牲接触和导电接触。接触的一个或多个集合可以是可移动的。例如，包括牺牲接触102和导电接触103的第一对接触可以是可移动的，而包括牺牲接触104和导电接触105的第二对接触是固定的，或反之亦然。在一些情况下，两者不止一个集合的接触。
开关101可以处于打开位置、闭合位置或处于打开和闭合位置之间的过渡。例如，在打开位置，没有接触被连接，并且没有电流在连接110和112之间流动。当开关101闭合时，开关101进入过渡，其中，牺牲接触102与牺牲接触104连接，使得电流经由牺牲接触102和104在连接110和112之间流动。当处于过渡中时，导电接触102和104不连接。
在闭合位置，牺牲接触102和104连接并且导电接触103和105也连接。在闭合位置，电流在一个或多个路径中在连接110和连接112之间流动。例如，电流可以经由牺牲接触102和104流动并且也可以在导电接触103和105之间流动。在一些情况下，总电流的大部分在导电接触103和105之间流动。开关101的闭合和打开参照图2-4进一步讨论。
当开关101处于过渡或闭合位置时，电流可以从连接110流到连接112或反之亦然。因此，开关101可用于交流或直流应用。此外，当开关101处于闭合位置时，任何电流流动都可以跨牺牲接触和导电接触划分。
在一方面中，开关101包括在牺牲接触之后但在导电接触之前进行接触的接触的中间集合。在该情况下，牺牲接触是最不导电的但是最稳健的，导电接触是最导电的但是最不稳健的，并且中间接触在稳健与导电之间平衡。例如，中间接触可以比牺牲接触更不稳健但更导电并且比导电接触更稳健且更不导电。
图2示出了根据本公开的方面的用于闭合和打开渐进接触开关的过程200的示例。过程200可由电子控制机构来实现，该电子控制机构使机械设备打开或闭合开关101的接触。出于讨论的目的，过程200是关于图3和4来讨论的。
图3示出了根据本公开的方面的从打开位置移动到闭合位置的渐进接触开关的示例。图3描绘了开关位置301a-c。打开位置301a包括牺牲接触302a和304a以及导电接触303a和305a。过渡位置301b包括牺牲接触302b和304b以及导电接触303b和305b。闭合位置301c包括牺牲接触302c和304c以及导电接触303c和305c。
打开位置301a表示打开状态，其中，没有接触被连接并且没有电流流过开关101。过渡位置301b表示过渡状态，其中，电流流过牺牲接触302b和304b。闭合位置301c表示闭合状态，其中，电流流过导电接触303c和305c以及牺牲接触302c和304c两者。
过程200假设开关处于打开位置301a。牺牲接触302a和304a不连接。导电接触303a和305a不连接。没有电流可以流过开关。
在框201处，过程200涉及将第一牺牲接触连接到第二牺牲接触，从而使电流从输入流向输出。开关从打开位置301a移动到过渡位置301b。在过渡位置301b，牺牲接触302b连接到牺牲接触304b，这允许电流流过开关。但是，导电接触303b和导电接触305b不连接。
在框202处，过程200涉及在第一时间之后的第二时间将第一导电接触与第二导电接触连接，而第一牺牲接触保持连接到第二牺牲接触。因此，开关从过渡位置301b移动到闭合位置301c。
在闭合位置301c，导电接触303b连接到导电接触305b，并且牺牲接触302b连接到牺牲接触304b。电流经由导电接触303b-305b和牺牲接触302b-304b两者流过开关。由于牺牲接触302a和304a在导电接触303b和305b之前进行接触，所以牺牲接触302a和302b吸收了更多的任何电弧并且最小化电弧和导电接触303b和305b的腐蚀。在开关断开之前，开关可以处于闭合位置301持续相当长的时间。
在框203处，过程200涉及在第二时间之后的第三时间将第一导电接触从第二导电接触断开，而第一牺牲接触保持连接到第二牺牲接触。关于图4讨论框203和204。
图4示出了根据本公开的方面的从闭合位置移动到打开位置的渐进接触开关的示例。图4描绘了如图3中所描绘的开关位置301a-c。回到图2，在框203处，开关处于过渡位置301b。在过渡位置301b，牺牲接触302b连接到牺牲接触304b，这允许电流流过开关。
在框204处，过程200涉及在第三时间之后的第四时间将第一牺牲接触从第二牺牲接触断开，从而使电流停止从输入流向输出。在框204处，开关返回到打开位置301a。
在另一方面中，如图5中所描绘的，开关由外部生成的电信号来控制。
图5示出了根据本公开的方面的电控渐进接触开关的示例。图5描绘了开关环境500，其包括渐进接触开关501，其包括牺牲接触102和104、导电接触103和105、连接110和112、继电器线圈530以及控制接触520-521。
在示例中，当在接触520和521之间施加电压信号时，继电器线圈被激活并引起磁场，该磁场继而移动开关，使得牺牲接触和导电接触与如关于图1-4所述的那样一致地操作。
开关501可以处于默认打开或默认闭合位置。开关501被配置成使得在继电器线圈530中生成的电磁场使得开关501从打开位置移动到闭合位置或从闭合位置移动到打开位置。在其他方面中，开关501可以接收一个或多个控制信号。例如，第一控制信号可以使开关501闭合并且第二控制信号可以使开关501打开。替代地，开关501可默认处于闭合或打开状态，且控制信号的存在可将状态从打开改变为闭合或从闭合改变为打开。
虽然已经关于本主题的特定方面详细描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在获得对前述内容的理解时，可以容易地产生对此类方面的更改、变化和等同物。因此，应当理解，已经出于示例而非限制的目的而呈现了本公开，并且本公开不排除包括对对本主题的这样的修改、变化和/或添加，如本领域普通技术人员将容易清楚的那样。
Claims (20)
1.一种电控开关，包括：
接触的可移动集合，连接到输入并且包括：
第一牺牲接触；
第一导电接触；以及
接触的集合，连接到输出并且包括：
第二牺牲接触；以及
第二导电接触；
元件，可配置成将接触的可移动集合与接触的集合连接；以及
输入，被配置成接收控制信号，其中，
当接收控制信号时，元件移动接触的可移动集合，使得第一牺牲接触与第二牺牲接触在第一时间连接，从而使电流从输入流到输出，以及
当第一牺牲接触保持连接到第二牺牲接触时，元件移动接触的可移动集合，使得第一导电接触在第一时间之后的第二时间与第二导电接触连接。
2.根据权利要求1所述的电控开关，还包括附加输入，被配置成接收附加信号，其中，接收附加信号引起接触的可移动集合的断开。
3. 根据权利要求1或2中的任一项所述的电控开关，其中，元件还可配置成断开接触的可移动集合，使得：
当第一牺牲接触保持连接到第二牺牲接触时，第一导电接触在第二时间之后的第三时间从第二导电接触断开，以及
第一牺牲接触在第三时间之后的第四时间从第二牺牲接触断开，由此使电流停止从输入流向输出。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的电控开关，其中，当第一导电接触与第二导电接触连接时，附加电流在第一导电接触与第二导电接触之间流动。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的电控开关，其中，第一牺牲接触由第一金属形成，第一导电接触由第二金属形成，第二牺牲接触由第一金属形成，并且第二导电接触由第二金属形成。
6.根据权利要求5所述的电控开关，其中，第一金属包括第一导电性并且第二金属包括大于第一导电性的第二导电性。
7.根据权利要求5或6中的任一项所述的电控开关，其中，第一金属包括第一熔点并且第二金属包括低于第一熔点的第二熔点。
8.根据权利要求5所述的电控开关，其中，第一金属是包括钨的合金并且第二金属是包括钨的一个或多个的合金，并且第二金属包括银或铜中的一个或多个。
9.一种电开关，包括：
接触的可移动集合，连接到输入并且包括：
由第一金属形成的第一牺牲接触；以及
由第二金属形成的第一导电接触；以及
接触的集合，连接到输出并且包括：
由第一金属形成的第二牺牲接触；以及
由第二金属形成的第二导电接触；
元件，可配置成将接触的可移动集合与接触的集合连接，使得：
第一牺牲接触在第一时间与第二牺牲接触连接，从而使电流从输入流向输出，以及
当第一牺牲接触保持连接到第二牺牲接触时，第一导电接触在第一时间之后的第二时间与第二导电接触连接。
10. 根据权利要求9所述的电开关，其中，元件还可配置成断开接触的可移动集合，使得：
当第一牺牲接触保持连接到第二牺牲接触时，第一导电接触在第二时间之后的第三时间从第二导电接触断开，以及
第一牺牲接触在第三时间之后的第四时间从第二牺牲接触断开，由此使电流停止从输入流向输出。
11.根据权利要求9所述的电开关，其中，当第一导电接触与第二导电接触连接时，附加电流在第一导电接触与第二导电接触之间流动，其中，附加电流大于电流。
12.根据权利要求9所述的电开关，其中，第一金属包括第一导电性并且第二金属包括大于第一导电性的第二导电性。
13.根据权利要求9所述的电开关，其中，第一金属包括第一熔点并且第二金属包括低于第一熔点的第二熔点。
14.根据权利要求9所述的电开关，其中，第一金属是包括钨的合金并且第二金属是包括钨的一个或多个的合金，并且第二金属包括银或铜中的一个或多个。
15.一种电开关，包括：
接触的集合，连接到输入并且包括：
由第一金属形成的第一牺牲接触；以及
由第二金属形成的第一导电接触；以及
接触的可移动集合，连接到输出并且包括：
由第一金属形成的第二牺牲接触；以及
由第二金属形成的第二导电接触；以及
元件，可配置成将接触的可移动集合与接触的集合连接，使得：
第二牺牲接触在第一时间与第一牺牲接触连接，从而使电流从输入流向输出，以及
当第二牺牲接触保持连接到第一牺牲接触时，第二导电接触在第一时间之后的第二时间与第一导电接触连接。
16. 根据权利要求15所述的电开关，其中，元件还可配置成断开接触的可移动集合，使得：
当第一牺牲接触保持连接到第二牺牲接触时，第一导电接触在第二时间之后的第三时间从第二导电接触断开，以及
第一牺牲接触在第三时间之后的第四时间从第二牺牲接触断开，由此使电流停止从输入流向输出。
17.根据权利要求15所述的电开关，其中，当第一导电接触与第二导电接触连接时，附加电流在第一导电接触与第二导电接触之间流动。
18.根据权利要求15所述的电开关，其中，第一金属包括第一导电性并且第二金属包括大于第一导电性的第二导电性。
19.根据权利要求15所述的电开关，其中，第一金属包括第一熔点并且第二金属包括低于第一熔点的第二熔点。
20.根据权利要求15所述的电开关，其中，第一金属是包括钨的合金并且第二金属是包括钨的一个或多个的合金，并且第二金属包括银或铜中的一个或多个。
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