CN118299215A - 真空灭弧室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空灭弧室。真空灭弧室包括：外壳，具有相对的两个端面并限定出内腔；两个端盖，分别焊接至所述外壳的所述两个端面；两个屏蔽环，分别套接在所述两个端盖与所述外壳的两个端面的焊接处并与相应的端盖导电连接以形成等电位；触头机构，安装在所述外壳的内腔中。根据本方案的真空灭弧室能够对由于焊接材料的暴露而引起的电场集中情况进行有效阻止，提高真空灭弧室的安全性，且真空灭弧室的尺寸也不会显著增加。

Description

真空灭弧室

技术领域

本发明涉及断路器技术领域，尤其涉及真空灭弧室。

背景技术

目前，在真空灭弧室的制造工艺中，真空灭弧室的外壳与上下端盖间的密封是通过焊接实现的。在空气中，真空灭弧室的外壳端部涂覆的焊接材料层附近会出现严重的电场集中现象。

为克服这一问题，已知的方式是对外壳进行整体包裹，例如以包胶固封的方式对电场进行屏蔽。例如，公告日为2020年9月15日且公告号为CN211507506U的中国专利“用于机车的真空灭弧室和真空断路器”公开了将桶状绝缘层通过注塑工艺包覆于真空断路器外壳的侧壁上。这种方案容易造成真空断路器整体尺寸增加，且成本增长，尤其对于安装空间较为苛刻的环境是非常不利的。

发明内容

本发明旨在提供一种至少能解决上述部分技术问题的真空灭弧室。

根据本发明的一个方面，提供了一种真空灭弧室，包括：外壳，具有相对的两个端面并限定出内腔；两个端盖，分别焊接至所述外壳的所述两个端面；两个屏蔽环，分别套接在所述两个端盖与所述外壳的两个端面的焊接处并与相应的端盖导电连接以形成等电位；触头机构，安装在所述外壳的内腔中。

根据本方案的真空灭弧室，屏蔽环包覆在端盖与外壳的端面之间的接合处，能够对由于金属焊接材料的暴露而引起的电场集中情况进行有效阻止，提高真空灭弧室的安全性。由于不会对整个真空灭弧室进行包胶固封，而仅是覆盖端盖与外壳的端面之间的焊接处，无需采用大量的包封材料，节省原料降低成本，且真空灭弧室的尺寸也不会显著增加。本方案的真空灭弧室尤其适用于对安装空间有着严格要求的环境，例如安装至内部空间有限的真空断路器或小型化的真空断路器或真空负荷开关中。

在一些实施例中，所述端盖与相应的所述外壳的端面之间形成台阶，所述屏蔽环包覆所述台阶。

根据本方案的真空灭弧室，屏蔽环可以适形于外壳与端盖的接合处的形状，在套装后能够更紧密地包覆住金属焊接材料，防止电场集中。

在一些实施例中，所述外壳的两个端面分别涂覆有金属材料层，所述两个端盖焊接至所述金属材料层，其中，所述两个屏蔽环至少包覆从所述端盖露出的所述金属材料层。

根据本方案的真空灭弧室，屏蔽环覆盖住台阶处暴露的金属焊接材料，防止金属薄层附近的电场集中。

在一些实施例中，所述屏蔽环贴靠至所述露出的金属材料层。

在一些实施例中，从沿所述真空断路器轴向的截面看，所述屏蔽环的外周面构造成圆弧面。

根据本方案的真空灭弧室，屏蔽环的外周面形成圆滑的弧形面，避免出现尖角等结构导致应力和电场容易集中。

在一些实施例中，所述屏蔽环的内周与所述外壳的外周之间存在间隙。

在一些实施例中，所述屏蔽环以与所述外壳和所述端盖分体的方式套接在所述端盖与所述外壳的焊接处。。

根据本方案的真空灭弧室，屏蔽环的两个相连接的环部段的外周面各自形成圆滑的弧形面，避免出现尖角等结构导致应力和电场容易集中。

在一些实施例中，所述触头机构包括：静触头，安装至所述外壳的内腔中；动触头，相对于所述静触头可运动地安装至所述外壳的内腔中。

在一些实施例中，所述触头机构还包括连接至所述两个端盖中的一个端盖的静导电杆，所述静触头连接至所述静导电杆的远离相应端盖的端部。

在一些实施例中，所述触头机构还包括连接至所述动触头的动导电杆，所述动导电杆从所述动触头延伸穿出所述两个端盖中的另一个端盖。

本发明的其它特征和优点的一部分将会是本领域技术人员在阅读本申请后显见的，另一部分将在下文的具体实施方式中结合附图描述。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1是根据本发明的第一个实施例的真空灭弧室的轴向剖视图；

图2是图1的真空灭弧室的A处放大图；

图3是根据本发明的第一个实施例的真空灭弧室的轴向剖视图；

图4是图3的真空灭弧室的B处放大图。

附图标记说明：

1、真空灭弧室；2、外壳；21、内腔；3、端盖；4、屏蔽环；41、

第一环部段；411、圆弧面；412、上端面；42、第二环部段；42

1、圆弧面；422、下端面；43、凹部；44、圆弧面；45、上端面；

46、下端面；5、触头机构；51、静触头；52、静导电杆；53、动

触头；54、动导电杆；55、孔；6、波纹管

具体实施方式

现参考附图，详细说明本发明所公开的真空灭弧室的示意性方案。尽管提供附图是为了呈现本发明的一些实施方式，但附图不必按具体实施方案的尺寸绘制，并且某些特征可被放大、移除或局剖以更好地示出和解释本发明的公开内容。附图中的部分构件可在不影响技术效果的前提下根据实际需求进行位置调整。在说明书中出现的短语“在附图中”或类似用语不必参考所有附图或示例。

在下文中被用于描述附图的某些方向性术语，例如“内”、“外”、“上方”、“下方”和其它方向性术语，将被理解为具有其正常含义并且指正常看附图时所涉及的那些方向。除另有指明，本说明书所述方向性术语基本按照本领域技术人员所理解的常规方向。

本发明中所使用的术语“第一”、“第一个”、“第二”、“第二个”及其类似术语，在本发明中并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个部件与其它部件进行区分。

本发明提供了一种真空灭弧室，可以有效避免电连接的瓷外壳与端盖的焊接处的金属材料引起的电场集中情况，且不会影响真空灭弧室原有体积。本发明的真空灭弧室适用于各种真空断路器或真空负荷开关。

图1示出了根据本发明的真空灭弧室的第一个实施例。如图1所示，真空灭弧室1包括外壳2、两个端盖3和触头机构5。外壳2例如为瓷制的周向封闭的筒状件，该筒状件在内部限定出容纳真空灭弧室的其他功能元件的内腔21，并在两端形成环状的端面。外壳2的两个端面都均匀涂覆有用于焊接的金属材料薄层。两个端盖3分别密封安装在外壳2的两端，这种密封是通过外壳2端面处的金属材料薄层与端盖3的端面焊接实现的。端盖3能够与瓷壳内部的导电元件电连接。

根据图1所示出的实施例，端盖3的外径小于外壳2的外径，使得在焊接后，端盖3的外周面与外壳2的端面形成台阶，由此外壳2的端面处涂覆的金属材料薄层会有一部分暴露出来，这部分暴露的金属材料薄层也是导致电场集中的原因之一。为了解决电场集中的问题，围绕端盖3与外壳2的焊接处包覆有一圈屏蔽环4。屏蔽环与所围绕的端盖3形成导电连接以构成等电位。

图2示出了根据本实施例的屏蔽环的结构。如图2所示，屏蔽环4的内周面形状可以适形于外壳2的端面与端盖3的外周面之间形成的台阶，由此屏蔽环4包覆于外壳2的端面上暴露的金属材料薄层上，防止电场集中。在所示出的实施例中，屏蔽环4的内周与陶瓷外壳2的外周面之间存在一定间隙。在其他实施例中，屏蔽环4的内周也可以紧密贴合于陶瓷外壳2的外周面。

根据所示出的实施例，屏蔽环4包括沿真空灭弧室1的轴向相连接的第一环部段41和第二环部段42，其中第一环部段41的外径大于第二环部段42的外径。第一环部段41大致包覆于端盖3的外周面并与端盖3的外周面贴合，而第二环部段42大致围绕于外壳2的外周面并与外壳2的外周面形成间隙，同时屏蔽环4的内周还贴靠至外壳2的端面处暴露的金属材料薄层上。第一环部段41包括上端面412和连接上端面412的外周面。从沿真空断路器1轴向的截面看，第一环部段41的该外周面构造成圆弧面411。第二环部段42包括下端面422和连接下端面422的外周面。从沿真空断路器1轴向的截面看，第二环部段42的该外周面构造成圆弧面421。第一环部段41的圆弧面411与第二环部段42的圆弧面421相连接，并在两个圆弧面411、421之间形成凹部43。圆滑的弧形构造可以进一步避免应力集中和电场集中。

图中示出的两段式的屏蔽环4仅是一种示例，本领域技术人员将理解，屏蔽环可以有任何合适的变型，只要能覆盖外壳2的端面处暴露的金属材料薄层即可。例如，在一个未示出的实施例中，屏蔽环包括相连接的第一环部段和第二环部段，第一环部段的圆弧面直接延伸至接触端盖的外周面从而省去上端面，而第二环部段的圆弧面连接至第一圆弧面的圆弧面，且第二环部段的圆弧面延伸至接触外壳2的外周面，从而省去下端面。在另一个未示出的实施例中，第一环部段包括上端面和圆弧面，第二环部段包括圆弧面而不包括下端面。在又一个未示出的实施例中，第一环部段包括圆弧面而不包括上端面，且第二环部段包括圆弧面和下端面。在其他实施例中，第一环部段的圆弧面与第二环部段的圆弧面之间可以形成适合构型的过渡面。

另外，屏蔽环的内周可以适形于端盖与外壳的接合处的形状以实现屏蔽环与外壳端面上金属材料薄层的紧密贴合。在外壳与端盖的接合处不是形成图1和图2所示的台阶构型，而是其他构型时，例如外壳的外周面与端盖的外周面大致平齐从而接合处形成基本上平坦的表面形状时，屏蔽环的内周形状相应进行调整，以完全覆盖外壳与端盖之间的金属材料焊接层(金属材料薄层)。

在两个端盖3与外壳2接合处的屏蔽环4可以有相同构型，如图1所示，或者，两处的屏蔽环4也可以有不同构型，例如全文提到的各种屏蔽环构型中任选两种套接在两个端盖3与外壳2的接合处。

屏蔽环4可以选用任何合适的导电或半导电材料用于与端盖3导电连接。屏蔽环4相对于端盖3和外壳2单独加工并在端盖3与外壳2焊接后套装在两者的接合处。

在外壳2的内腔21中安装各种功能元件，包括触头机构2、屏蔽元件等。如图1所示，触头机构2包括静触头51和动触头53。静触头51连接至位于外壳2的内腔21中的静导电杆42的一端，而静导电杆42的另一端固定连接至其中一个端盖3。动触头53连接至动导电杆54的伸入外壳2的内腔21中的端部，而动导电杆54的另一端延伸穿过另一个端盖3，在该另一端形成孔55用于枢接可由真空断路器的操作机构控制的传动件。在动导电杆54被操作机构驱动以轴向运动期间，带动动触头53同步运动以接合静触头51实现合闸或与静触头51分离实现分闸。

静导电杆52伸入外壳2的内腔21中的一部分沿其外周套设有波纹管6。在内腔21中还可以设有屏蔽件(图中未示出)，屏蔽件围绕静触头、静导电杆、动触头和动导电杆，在所形成的屏蔽室内是导电的，并与端盖3电连接。

图3示出了根据本发明的真空灭弧室的第二个实施例。如图3所示，真空灭弧室1包括外壳2、两个端盖3和触头机构5。外壳2例如为瓷制的周向封闭的筒状件，该筒状件在内部限定出容纳真空灭弧室的其他功能元件的内腔21，并在两端形成环状的端面。外壳2的两个端面都均匀涂覆有用于焊接的金属材料薄层。两个端盖3分别密封安装在外壳2的两端，这种密封是通过外壳2端面处的金属材料薄层与端盖3的端面焊接实现的。端盖3能够与瓷壳内部的导电元件电连接。

根据图3所示出的实施例，端盖3的外径小于外壳2的外径，使得在焊接后，端盖3的外周面与外壳2的端面形成台阶，由此外壳2的端面处涂覆的金属材料薄层会有一部分暴露出来，这部分暴露的金属材料薄层也是导致电场集中的原因之一。为了解决电场集中的问题，围绕端盖3与外壳2的焊接处包覆有一圈屏蔽环4。屏蔽环与所围绕的端盖3形成导电连接以构成等电位。

图4示出了根据本实施例的屏蔽环的结构。如图4所示，屏蔽环4的内周面形状可以适形于外壳2的端面与端盖3的外周面之间形成的台阶，由此屏蔽环4包覆于外壳2的端面上暴露的金属材料薄层上，防止电场集中。在所示出的实施例中，屏蔽环4的内周与陶瓷外壳2的外周面之间存在一定间隙。在其他实施例中，屏蔽环4的内周也可以紧密贴合于陶瓷外壳2的外周面。

根据所示出的实施例，屏蔽环4为包覆端盖3的外周面以及外壳2的外周面的一个整体环状件。该环状件包括上端面45、与上端面45相对的下端面46和连接在上端面45与下端面46之间的外周面。从沿真空断路器1轴向的截面看，屏蔽环4的该外周面构造成圆弧面44。屏蔽环4外周面的圆滑的弧形构造可以进一步避免应力集中和电场集中。屏蔽环4的内周贴合于端盖3的外周面和外壳2的端面处暴露的金属材料薄层。

图中示出的整体的屏蔽环4仅是一种示例，本领域技术人员将理解，屏蔽环可以有任何合适的变型，只要能覆盖外壳2的端面处暴露的金属材料薄层即可。例如，在一个未示出的实施例中，屏蔽环的圆弧面在上侧直接延伸至接触端盖的外周面从而省去上端面，且该圆弧面在下侧直接延伸至接触外壳2的外周面，从而省去下端面。在另一个未示出的实施例中，屏蔽环包括上端面和圆弧面，而不包括下端面。在又一个未示出的实施例中，屏蔽环包括圆弧面和下端面，而不包括上端面。

另外，屏蔽环的内周可以适形于端盖与外壳的接合处的形状以实现屏蔽环与外壳端面上金属材料薄层的紧密贴合。在外壳与端盖的接合处不是形成图3和图4所示的台阶构型，而是其他构型时，例如外壳的外周面与端盖的外周面大致平齐从而接合处形成基本上平坦的表面形状时，屏蔽环的内周形状相应进行调整，以完全覆盖外壳与端盖之间的金属材料焊接层(金属材料薄层)。

在两个端盖3与外壳2接合处的屏蔽环4可以有相同构型，如图3所示，或者，两处的屏蔽环4也可以有不同构型，例如全文提到的各种屏蔽环构型中任选两种套接在两个端盖3与外壳2的接合处。

屏蔽环4可以选用任何合适的导电或半导电材料用于与端盖3导电连接。屏蔽环4相对于端盖3和外壳2单独加工并在端盖3与外壳2焊接后套装在两者的接合处。

在外壳2的内腔21中安装各种功能元件，包括触头机构2、屏蔽元件等。如图3所示，触头机构2包括静触头51和动触头53。静触头51连接至位于外壳2的内腔21中的静导电杆42的一端，而静导电杆42的另一端固定连接至其中一个端盖3。动触头53连接至动导电杆54的伸入外壳2的内腔21中的端部，而动导电杆54的另一端延伸穿过另一个端盖3，在该另一端形成孔55用于枢接可由真空断路器的操作机构控制的传动件。在动导电杆54被操作机构驱动以轴向运动期间，带动动触头53同步运动以接合静触头51实现合闸或与静触头51分离实现分闸。

静导电杆52伸入外壳2的内腔21中的一部分沿其外周套设有波纹管6。在内腔21中还可以设有屏蔽件(图中未示出)，屏蔽件围绕静触头、静导电杆、动触头和动导电杆，在所形成的屏蔽室内是导电的，并与端盖3电连接。

根据本发明的真空灭弧室适用于任何真空断路器或真空负荷开关中，尤其是内部空间受限的真空断路器或真空负荷开关，而不会影响真空断路器或真空负荷开关内部的布局。在一个实施例中，真空断路器或真空负荷开关包括支架、真空灭弧室、操作机构、传动机构等。支架作为安装各种功能元件的基础，真空灭弧室、操作机构和传动机构都安装在支架上。操作机构可以包括手动操作机构和电动操作机构，它们通过各种传动机构连接至真空灭弧室的动导电杆，以控制动触头分闸或合闸。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种真空灭弧室，其特征在于，包括：

外壳(2)，具有相对的两个端面并限定出内腔(21)；

两个端盖(3)，分别焊接至所述外壳(2)的所述两个端面；

两个屏蔽环(4)，分别套接在所述两个端盖(3)与所述外壳(2)的两个端面的焊接处并与相应的端盖(3)导电连接以形成等电位；

触头机构(5)，安装在所述外壳(2)的内腔(21)中。

2.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于，所述端盖(3)与相应的所述外壳(2)的端面之间形成台阶，所述屏蔽环(4)包覆所述台阶。

3.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于，所述外壳(2)的两个端面分别涂覆有金属材料层，所述两个端盖(3)焊接至所述金属材料层，其中，所述两个屏蔽环(4)至少包覆从所述端盖(3)露出的所述金属材料层。

4.根据权利要求3所述的真空灭弧室，其特征在于，所述屏蔽环(4)贴靠至所述露出的金属材料层。

5.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于，从沿所述真空断路器轴向的截面看，所述屏蔽环(4)的外周面构造成圆弧面。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的真空灭弧室，其特征在于，所述屏蔽环(4)的内周与所述外壳(2)的外周之间存在间隙。

7.根据权利要求6所述的真空灭弧室，其特征在于，所述屏蔽环(4)以与所述外壳(2)和所述端盖(3)分体的方式套接在所述端盖(3)与所述外壳(2)的焊接处。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的真空灭弧室，其特征在于，所述触头机构(5)包括：

静触头(51)，安装至所述外壳(2)的内腔(21)中；

动触头(53)，相对于所述静触头(51)可运动地安装至所述外壳(2)的内腔(21)中。

9.根据权利要求8所述的真空灭弧室，其特征在于，所述触头机构(5)还包括连接至所述两个端盖(3)中的一个端盖(3)的静导电杆(52)，所述静触头(51)连接至所述静导电杆(52)的远离相应端盖(3)的端部。

10.根据权利要求8所述的真空灭弧室，其特征在于，所述触头机构(5)还包括连接至所述动触头(53)的动导电杆(54)，所述动导电杆(54)从所述动触头(53)延伸穿出所述两个端盖(3)中的另一个端盖(3)。