CN114914127A - 具有陶瓷或玻璃的孔眼件的开关装置 - Google Patents

Abstract

一种电气开关装置，可具有壳体杯，该壳体杯具有开口以及顶盖，该顶盖覆盖所述杯并且与所述杯形成密封。内部部件被包括在该壳体内，其中，这些内部部件被配置成响应于输入而使开关装置的状态在闭合状态和断开状态之间改变。闭合状态允许电流流过所述装置，而断开状态中断流过所述装置的电流。包括多个固定接触件，该多个固定接触件电连接到所述内部部件以用于连接到外部电路，其中，该固定接触件穿过该顶盖，该固定接触件的一部分露出在该顶盖上方。包括多个玻璃/陶瓷孔眼件，每个玻璃/陶瓷孔眼件在固定接触件的露出部分上安装到相应的固定接触件。每个孔眼件可关于一个固定接触件径向对称，其中，孔眼件覆盖不到顶盖的全部。

Description

具有陶瓷或玻璃的孔眼件的开关装置

本申请要求于2021年1月21日提交的美国临时专利申请第63/140,073号的权益。

技术领域

本文中描述了是电气开关装置，该电气开关装置使用围绕它们的固定接触件的绝缘孔眼件(eyelet)或垫圈，该绝缘孔眼件或垫圈可由诸如陶瓷或玻璃的材料制成，其中一些实施例包括螺柱(静止的)、绝缘盘和凸缘作为其形成气密密封的器件。

背景技术

连接和断连电路与电路本身一样悠久，并且经常被用作使连接到电气装置的电源在“接通”与“断开”状态之间切换的方法。通常用于连接和断连电路的装置的实例包括电连接至一个或多个装置或电源的一个或多个接触器和一个或多个继电器。接触器构造成使得它可以中断或完成电路以控制往返于装置的电力。一种常规类型的接触器是气密密封接触件。

除了用于在装置的正常操作过程中连接和断连电路的目的的接触器之外，可以采用不同的附加装置以便提供过电流保护。这些装置可以防止电气系统或连接的电气装置的短路、过载和永久损坏。这些装置包括断连装置，该断连装置可以以永久的方式快速地中断电路，使得电路将保持中断，直到断连装置被修理、更换或复位。断连装置的一种类型是熔丝装置。以下描述和特征主要针对接触器，但是应当理解这些描述和特征也可以应用于熔丝装置。

一些常规接触器和熔丝装置具有容纳在陶瓷壳体内的移动部件。这些类型的接触器可以通过在壳体中形成的真空或通过具有来自注入气体的内部压力的壳体来操作。这允许这些接触器以更高的电压和/或更低的电阻特征来运行，并且陶瓷壳体还允许这些接触器在高温下运行且具有更小的开放间隙和覆盖尺寸。然而，陶瓷壳体可能是昂贵且难以制造的，可能对扭矩、温度和轴向负载敏感，并且也不是模块化的。

常规的接触器和熔丝还可以包括具有陶瓷顶盖的壳体。陶瓷顶盖提供陶瓷壳体的许多相同的电压、电阻和/或温度特性，并提供使接触件彼此电隔离的器件。传统的陶瓷顶盖的制造可能是困难且昂贵的，因为它们是需要特殊的加工、困难的金属化和耗时的后处理的复杂的形状。传统的陶瓷顶盖还对几何形状提供有限的选择，并且通常是平坦的或盒状的，并且还对接触器的固定接触件的位置间距和取向提供有限的选择。此外，多触点陶瓷顶盖和陶瓷壳体可阻止围绕固定接触件的径向对称，这可在陶瓷顶盖和壳体上施加结构和耐热冲击弱点。

图1至图3示出了常规开关装置10及其陶瓷顶盖12和固定接触件14。顶盖12被布置成覆盖壳体/杯16的整个开口。接触件的内部移动部件被保持在由顶盖12和壳体16限定的密封的内部腔室中。顶盖具有固定接触件20a、20b，该固定接触件穿过顶盖以与接触器10的内部部件相互作用。如下面进一步描述的，内部腔室由壳体16和顶盖12形成，并且内部腔室可通过穿过顶盖12的管18填充气体。在其他实施例中，管18可用于在内部腔室中形成真空。

顶盖12可以包括陶瓷材料。陶瓷是相对昂贵的材料，并且通过顶盖覆盖壳体的整个开口，该顶盖可以包括接触器10的昂贵的部件。此外，顶盖12的水平和单件性质导致固定接触件20a、20b的间隔和取向的有限选择。水平顶盖将固定接触件20a、20b的取向限制为竖直，除非顶盖经历非常昂贵的定制。完整的陶瓷顶盖12也可导致用于实施其他特征(诸如电弧抑制和绝缘电阻特征，以及电弧遮蔽和屏蔽特征)的实际限制。

发明内容

本发明涉及接触器开关装置，诸如使用围绕固定接触件的孔眼件的接触器，孔眼件可以包括绝缘材料，诸如陶瓷或玻璃。根据本发明的电气开关装置的实施例包括气密密封的壳体和在该气密密封的壳体内的内部部件。该内部部件构造成响应于输入而使开关装置的状态在闭合状态和断开状态之间改变，其中，闭合状态允许电流流过装置并且该断开状态中断流过装置的电流。该装置进一步包括电连接至内部部件以用于连接至外部电路的多个固定接触件。包括多个孔眼件，每个孔眼件安装到固定接触件中的相应的一个。

在一些实施例中，气密密封的壳体可以包括杯和顶盖，其中固定接触件从顶盖突出。孔眼件的一些实施例可包括陶瓷或玻璃，并且顶盖可包括更便宜且更容易一起工作的材料(诸如金属或塑料)。通过利用孔眼件代替陶瓷或玻璃的完整顶盖，顶盖所需的昂贵材料的量减少，这可降低接触器的总成本。使用孔眼件还可优化在模块化的高容量环境(例如，拾取和放置)中的制造。使用孔眼件还可改善接触器的性能特性，诸如降低热膨胀系数(CTE)的失配并且改善接触器中的接头的机械稳健性。

孔眼件可以提供与完整陶瓷顶盖相同的所希望的电学和热学特性，并且在制造过程中更小并且更容易处理。这允许孔眼件更容易地制造，以允许在孔眼件中实现能够增加接触器的可靠性的特征。使用孔眼件还在固定接触件的间隔和取向上提供灵活性，并且孔眼件可设置有改善的遮蔽特征和几何形状。孔眼件的一些实施例可以是径向对称的，这可以提供增加的结构强度和增加的耐热冲击性。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，本发明的这些和其他进一步的特征和优点对本领域的技术人员而言将是显而易见的，其中，类似的数字指示附图中的相应部分，其中：

图1是具有陶瓷顶盖的常规开关装置的截面立体图；

图2是用于图1中所示的开关装置的陶瓷顶盖和固定接触件的分解立体图；

图3是用于图1中所示的开关装置的陶瓷顶盖和固定接触件的立体图；

图4是根据本发明的开关装置的一个实施例的截面立体图；

图5是根据本发明的孔眼件和固定接触顶盖组件的一个实施例的分解立体图；

图6是根据本发明的具有改进的电弧遮蔽的孔眼件和固定接触组件的立体图；

图7是图6中所示的组件的截面视图；

图8是图6中所示的组件的侧视图；

图9是图6中所示的组件的俯视图。

图10是根据本发明的孔眼件和固定接触组件的另一实施例的立体图；以及

图11是图10中所示的组件的截面视图。

具体实施方式

本发明总体上涉及具有改进的顶盖的接触器装置，这些顶盖可以包括在每个固定接触件处的对应的陶瓷(或玻璃)孔眼件，而不是覆盖整个壳体开口的整个陶瓷顶盖。术语孔眼件指的是在固定接触件周围使用陶瓷或玻璃材料，该固定接触件覆盖少于接触器的所有壳体开口。在一些实施例中，孔眼件可布置成使得它们围绕固定接触件，其中，一些孔眼件实施例围绕固定接触件对称。这可导致提供陶瓷的热和电特征所需的材料更少，从而降低接触器的材料成本。顶盖的其余部分可由诸如低碳钢的较便宜的材料制成。

孔眼件的使用还可以使得提高加工时间和降低制造复杂性，因为陶瓷的金属化在两侧上是相同的。孔眼件的一些实施例还可以是径向对称的，这可增加装置的结构强度并改善该装置的耐热冲击性。

在每个固定接触件处具有分开的陶瓷孔眼件还可以在特征中提供柔性，这些特征可以在孔眼件中形成。孔眼件的尺寸使得这些特征的形成更容易且更便宜。许多不同的特征可以形成在孔眼件中的许多不同的位置处，其中一些特征包括围绕固定接触件的沟槽或通道。这些沟槽可以起到不同的功能，如电弧遮蔽，以防止在电弧放电事件期间来自形成在孔眼件上的沉积物的短路。

具有分开的陶瓷孔眼件还提供了在固定接触件的间隔和取向上的设计灵活性。通过以不同的间距和取向安装孔眼件，更容易为固定接触件提供不同的间距和取向。

本公开现在将阐述根据本发明的接触器的某些实施例的详细说明。然而，应当理解，本发明也可以用于其他装置，例如熔丝装置。这些接触器可电连接至电气装置或系统以“接通”或“断开”连接的装置或系统的电力。

贯穿本说明书，所展示的优选实施例和实例应当被认为是实例性的，而不是对本发明的限制。如在此所使用的，术语“发明”、“装置”、“本发明”、或“本装置”是指在文中所描述的本发明的任何一个实施例以及任何等效物。此外，参考贯穿本文件的“发明”、“装置”、“本发明”、或“本装置”的多种特征，并不意味着所有要求保护的实施例或方法必须包括该参考的特征。

还应理解的是，当元件或特征被称为在另一元件或特征“上”或“邻近”另一元件或特征时，它可以直接在另一元件或特征上或邻近另一元件或特征，或者也可以存在中间元件或特征。还应理解的是，当元件被称为“附接”、“连接”或“耦接”至另一元件时，该元件可直接附接、连接或耦接至另一元件，或者可存在中间元件。相反，当元件被称为“直接附接”、“直接连接”或“直接耦接”至另一元件时，则不存在中间元件。

相对术语，如“外部”、“上方”、“下部”、“下方”、“水平”、“竖直”和类似的术语，可以用于文中以描述一个特征与另一个特征的关系。应当理解，这些术语旨在涵盖除了图中所描绘的取向之外的不同取向。

虽然在本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元件或部件，但是这些元件或部件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件或部件与另一元件或部件区分开。因此，在不背离本发明的教导的情况下，下面所讨论的第一元件或部件可以被称为第二元件或部件。

在文中使用的术语仅用于描述具体实施例，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。还应理解，当在本文中使用术语“包括(comprises)”、“包含(comprising)”时，指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。

在本文中参考作为本发明的理想化实施例的示意性示图的不同视图和示图来描述本发明的实施例。同样地，例如，由于制造技术和/或容差而产生的示图的形状的变化是预期的。本发明的实施例不应被解释为限于在本文中示出的区域的特定形状，而是包括由于例如制造而产生的形状偏差。

本发明是参照由陶瓷或玻璃制成的孔眼件来描述的。应当理解，孔眼件可由许多不同的材料制成，这些材料具有适于具体装置的期望的电或热特征。应当理解，本发明不限于由陶瓷或玻璃制成的孔眼件。

图4至图9示出了根据本发明的接触器100及其改进的顶盖102的一个实施例。接触器100包括壳体/杯104，该壳体/杯通常由金属材料制成，其中一个实例是低碳钢。在其他实施例中，壳体可以包括其他材料，例如塑料，或者可以包括材料的组合。

顶盖102可以被安装到壳体104的开口上以形成用于保持接触器的内部部件的腔室。固定接触件106a、106b包括在顶盖102上，以用于将接触器100连接到电气系统上。接触器的操作在本领域中总体是已知的，并且仅参考接触器100中的不同部件简要讨论。

图4示出了接触器100的内部部件，这些内部部件包括用于改变接触器的状态的机构，其中，优选机构是螺线管108。可以使用许多不同的螺线管，其中，合适的螺线管在低电压下运行并且具有相对高的力。可以使用的一些市场上可获得的螺线管可从Bicron公司获得，其中，一个实例为Bicron公司型号SD1564 N1200。

这些内部部件还包括柱塞120、柱塞弹簧122、柱塞轴124、接触弹簧126以及移动接触件128。大部分柱塞120布置在螺线管108内，并且柱塞轴124穿过柱塞120的中间，其中，柱塞弹簧122保持在柱塞120内的轴上。

当螺线管108通电时，该螺线管在移动接触件128与固定接触件106a、106b的下表面进行接触之前将该移动接触件移动一定距离(被称为接触间隙)。当移动接触件128不与固定接触件106a、106b接触时，接触间隙提供电隔离以阻止电流流过固定接触件106a、106b。当螺线管被通电时，接触弹簧126的压缩力被施加到移动接触件128以保持与固定接触件106a、106b接触。

顶盖102被包括在壳体104的开口上方并且是平坦形状以帮助工具加工和制造便宜。如上所述，传统的顶盖可由陶瓷制成。对于接触器100，顶盖可由较便宜且更容易制造的金属制成(例如金属或塑料，或金属的组合或塑料的组合)。在一些实施例中，顶盖102可以是铜或低碳钢或它们的组合。

顶盖102搁置在壳体104的上唇缘上并且可以使用不同的方法(诸如钎焊或焊接)来固附就位。顶盖102包括第一接触孔132和第二接触孔134(在图5中最佳地示出)，该第一接触孔和第二接触孔的尺寸设计成使得固定接触件106a、106b可穿过顶盖102以处于与移动接触件128电接触的位置。

顶盖102还包括抽空管道以及第一电导体和第二电导体(未示出)。在一些实施例中，壳体104和顶盖102可以形成气密密封的腔室，并且抽空管道可布置成允许气体被注入到该腔室中。在一些实施例中，气体可处于压力下。在其他实施例中，该管可以用于在该腔室中产生真空。在这些气体被注入(或产生真空)之后，将该管密封，这样使得没有其他的气体可以进出。该组导体可以穿过顶盖102，以向接触器100的内部部件施加电信号。可通过向导体施加适当的偏压而对螺线管108进行通电。这可致使移动接触件128移动并与固定接触件106a、106b接触或断开，移动接触件128在固定接触件106a、106b之间形成与固定接触件106a、106b接触的导电路径。

如上所述，顶盖102是由不同于陶瓷的材料制成的，其中，一些顶盖的实施例包括金属或塑料。根据本发明的接触器100仍然可以提供陶瓷顶盖的期望的热和电特征。根据本发明的接触器包括围绕每个固定接触件106a、106b的陶瓷“孔眼件”120，而不是具有覆盖壳体104的整个开口的完整的陶瓷顶盖。使用孔眼件120代替完整的陶瓷顶盖可提供若干优点。

孔眼件120可以提供与覆盖整个壳体开口的陶瓷顶盖相同的电导率和热导率特征。然而，通过使用孔眼件，减少了所需的陶瓷量，从而降低了接触器100的总体的成本。

孔眼件中的每一个还可以更容易地成形或成形为包括用于增加接触器100的性能和可靠性的特征。例如，并且如图6和图7最佳示出的，孔眼件120中的每一个可包含第一沟槽或通道122a和第二沟槽或通道122b，围绕该孔眼件的固定接触件106a、106b中的一个固定接触件。在所示实施例中，每个固定接触件106a、106b可具有头部117a和主体117b，其中主体117b穿过孔眼件120中的开口(以及如图4所示的顶盖的开口)，并且头部117a搁置在孔眼件120的顶部表面上。

第一通道122a可布置在固定接触件的头部117a的下方并且围绕固定接触件的主体117b呈圆形。第二通道122b也围绕主体117b呈圆形，但是在固定接触件的头部117a的外部。通道122a、122b可以布置成在接触器100的寿命期间提供接触器100的更可靠的操作。通道122a、122b可以提供一系列不同的表面，这些表面帮助维持固定接触件106a、106b与接触器100的周围元件之间的隔离和介电强度。

操作过程中的接触电弧和材料排出(material expulsion)可以在孔眼件120的表面上产生接触沉积物。这些沉积物可以是导电的，并且这些沉积物的累积可以导致在孔眼件表面上方形成电路径，该电路径可以导致在孔眼件120或周围顶盖表面上方的短路路径。这可最终导致固定接触件106a、106b之间的电短路，或固定接触件106a、106b与接触器的其他部件(诸如顶盖102或壳体104)之间的短路。

通道122a、122b的不同表面可以帮助防止这些沉积物以允许形成电路径的方式沉积，由此维持固定接触件106a、106b之间所要求的介电耐受电压。这些特征被称为电弧遮蔽特征，并且可以被包括在接触器100中超过孔眼件120的许多不同位置中。还应注意，电弧遮蔽特征可采取许多不同的形状，并且可位于孔眼件120中的许多不同位置中。还应该注意，孔眼件120及其固定接触件106a、106b可以包括附加特征以帮助防止沉积物积聚，包括但不限于围绕或邻近固定接触件106a、106b的不同位置中的O形环。

通道122a、122b仅是可以包括在孔眼件120中的不同特征的一个实例。与在完整的陶瓷顶盖中形成相同的特征相比，孔眼件120的使用提供了更容易形成诸如通道的特征的优点。

使用孔眼件代替完整的陶瓷顶盖还提供了的一些优点。在一些实施例中，还可能希望使固定接触件中的一者或两者处于不同于由完整的平面陶瓷顶盖所提供的标准取向的任何角度。本发明通过简单地使孔眼件下方存在的特征(包括顶盖102的部分或向上穿过顶盖孔(第一接触孔132和第二接触孔134)的内部腔室142的部分)成角度而允许这种不同的角度布置。孔眼件的使用还允许固定接触件106a、106b的间隔的更多灵活性。不同的接触件在顶盖孔与穿入顶盖孔的内部腔室的部分之间可具有不同的间隔。对于这些不同的实施例，可以使用相同的孔眼件120。这允许可以制造和储存在许多不同的接触器中使用的孔眼件。

应理解的是，根据本发明的孔眼件可以具有超过在此描述的那些孔眼件的许多不同的形状和大小，并且可以具有许多不同的特征。还应理解，固定接触件不需要具有相同尺寸或形状或具有相同特征的孔眼件。

孔眼件120可以使用许多不同的材料和方法安装到顶盖102上。在所示实施例中，金属环(或凸缘)144可附接到每个孔眼件120的底部表面。可以使用许多不同的附接机构，包括钎焊或焊接。金属环144具有凸缘146，该凸缘搁置在顶盖102上并且还可以使用钎焊或焊接安装在适当位置。在一些实施例中，金属环144到孔眼件120和顶盖102的附接还可提供气密密封。

应理解的是，根据本发明的孔眼件和固定接触件的不同实施例可以按许多不同的方式来布置。图10和图11示出了根据本发明的固定接触件和孔眼件组件150的另一实施例，该实施例包括与上述实施例相同的许多部件和特征。该组件包括固定接触件152、孔眼件154和金属环156(或凸缘)。类似于上述实施例，固定接触件152可以具有头部152a和主体152b，其中，主体152b穿过孔眼件154中的开口，其中，头部152a搁置在孔眼件152的顶部表面上。

在本实施例中，金属环156固附到孔眼件152的侧表面，而不是底部表面。孔眼件152然后可使用许多不同的材料和方法安装到顶盖。许多不同的附接机构可以用于将环156附接到孔眼件152，包括钎焊或焊接。类似于以上实施例，金属环156具有凸缘158，该凸缘搁置在顶盖上并且还可以使用钎焊或焊接安装就位。在一些实施例中，金属环156与孔眼件152和顶盖的附接还可提供气密密封。

虽然已经参考本发明的某些优选的构造详细描述了本发明，但其他版本是可能的。本发明的实施例可包括在多个附图中示出的兼容特征的任何组合，并且这些实施例不应限于明确示出和讨论的那些特征。因此，本发明的精神和范围不应限于以上版本。

前述内容旨在覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改和替代构造，其中如果未在任何权利要求中陈述，本公开的任何部分都不旨在明确地或隐含地专用于公共领域。

Claims (20)

1.一种电气开关装置，包括：

气密密封的壳体；

内部部件，位于所述气密密封的壳体内，所述内部部件构造成响应于输入而使所述开关装置的状态在闭合状态和断开状态之间改变，其中，所述闭合状态允许电流流过所述开关装置，而所述断开状态中断流过所述开关装置的电流；

多个固定接触件，电连接至所述内部部件，以用于连接至外部电路；以及

多个孔眼件，所述多个孔眼件中的每个孔眼件均安装到所述多个固定接触件中的相应的一个固定接触件。

2.根据权利要求1所述的开关装置，其中，所述气密密封的壳体包括具有顶盖的杯，其中，所述固定接触件穿过所述顶盖，并且所述孔眼件安装到所述固定接触件的从所述顶盖突出的部分。

3.根据权利要求2所述的开关装置，其中，所述顶盖的至少一个表面是平面的。

4.根据权利要求2所述的开关装置，其中，所述孔眼件覆盖不到所述顶盖的全部。

5.根据权利要求1所述的开关装置，其中，所述孔眼件中的至少一个孔眼件是径向对称的。

6.根据权利要求1所述的开关装置，其中，所述孔眼件由陶瓷或玻璃制成。

7.根据权利要求1所述的开关装置，其中，所述出口中的至少一个出口包括防止沉积物的积聚的特征，所述沉积物的积聚形成电路径。

8.根据权利要求1所述的开关装置，其中，所述孔眼件中的每个孔眼件还包括通道，所述通道围绕所述多个固定接触件中的一个固定接触件。

9.根据权利要求2所述的开关装置，其中，所述孔眼件中的至少一个孔眼件还包括用于附接至所述顶盖的金属环。

10.根据权利要求9所述的开关装置，其中，每个所述金属环包括凸缘。

11.根据权利要求9所述的开关装置，其中，至少一个所述金属环安装至所述孔眼件中的一个孔眼件的底部表面。

12.根据权利要求9所述的开关装置，其中，至少一个所述金属环安装至所述孔眼件中的一个孔眼件的侧表面。

13.一种电气开关装置，包括：

具有开口的杯；

顶盖，覆盖所述杯的开口并与所述杯形成密封；

内部部件，位于所述杯内，所述内部部件构造成响应于输入而使所述开关装置的状态在闭合状态和断开状态之间改变，其中，所述闭合状态允许电流流过所述开关装置，而所述断开状态中断流过所述开关装置的电流；

多个固定接触件，电连接至所述内部部件以连接至外部电路，其中，所述固定接触件穿过所述顶盖，其中，所述固定接触件的一部分露出在所述顶盖的上方；以及

多个孔眼件，所述多个孔眼件中的每个孔眼件在所述多个固定接触件中的一个固定接触件的露出部分上安装至所述多个固定接触件中的相应一个固定接触件。

14.根据权利要求13所述的开关装置，其中，所述孔眼件覆盖不到所述顶盖的全部。

15.根据权利要求13所述的开关装置，其中，所述孔眼件中的至少一个孔眼件是径向对称的。

16.根据权利要求13所述的开关装置，其中，所述孔眼件中的至少一个孔眼件由陶瓷或玻璃制成。

17.根据权利要求13所述的开关装置，其中，所述出口中的至少一个出口包括防止沉积物的积聚的特征，所述沉积物的积聚形成电路径。

18.根据权利要求17所述的开关装置，其中，所述孔眼件中的每个孔眼件进一步包括通道，所述通道围绕所述多个固定接触件中的一个固定接触件。

19.根据权利要求13所述的开关装置，其中，所述孔眼件中的至少一个孔眼件还包括金属环，所述金属环提供用于安装至所述顶盖的表面。

20.一种电气开关装置，包括：

气密密封的壳体；

内部部件，在所述杯内，所述内部部件构造成响应于输入而使所述开关装置的状态在闭合状态和断开状态之间改变，其中，所述闭合状态允许电流流过所述开关装置，而所述断开状态中断流过所述开关装置的电流；

多个固定接触件，所述多个固定接触件中的每个所述固定接触件包括从所述壳体突出的突出部分；以及

多个径向对称的孔眼件，每个所述孔眼件在所述突出部分上安装至所述多个固定接触件中的相应的一个固定接触件。

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