CN215731479U - 具有真空灭弧室的触头系统以及真空开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及具有真空灭弧室的触头系统以及真空开关，包括动触头、静触头、波纹管、陶瓷外壳和分别固定设置在所述陶瓷外壳两端的动端金属密封体、静端金属密封体，还包括绝缘外壳、进线端子和出线端子，绝缘外壳为匹配所述陶瓷外壳外形的桶状结构，并将所述陶瓷外壳紧密地包嵌于其中，所述绝缘外壳开口的第一端向上高出所述陶瓷外壳的上端的动端金属密封体。本实用新型通过绝缘外壳第一端高出陶瓷外壳动端金属密封体的设计，大幅增加了真空灭弧室外表面的爬电距离，且对绝缘外壳侧壁的壁厚影响较小，能够保持较小的真空灭弧室的径向宽度，提高了真空灭弧室的绝缘水平，在较高的雷电冲击电压下不发生闪络，减少了产品体积，有利于产品小型化。

Description

具有真空灭弧室的触头系统以及真空开关

技术领域

本实用新型涉及真空开关领域，尤其涉及其中灭弧室的绝缘外壳结构的改进。

背景技术

真空开关的触头系统包括动、静触头以及包覆在动、静触头外围的真空灭弧室，一般而言，真空灭弧室包括一陶瓷外壳以及分别设于陶瓷外壳两端的动端金属密封体、静端金属密封体，动端金属密封体和静端金属密封体将陶瓷外壳两端密封以构成陶瓷外壳内部的真空环境，因此陶瓷外壳内部的绝缘性能良好，但陶瓷外壳外表面与空气接触，在较大的雷电冲击电压下，会沿着陶瓷外表面发生闪络现象。为了解决这一问题，现有的陶瓷外壳一般采用伞裙结构来增加上、下导电端的爬电距离，然而伞裙结构不可避免的将使陶瓷外壳占用较大的径向宽度，不利于缩小产品的体积。尤其是对尺寸约为：40mm*40mm*25mm至65mm*65mm*40mm应用在高压直流继电器或微型高压隔离开关的小型的真空灭弧室而言，应用在产品内部的空间更加受限，很难有富余的空间来设置伞裙结构。并且，产品内部结构紧凑时，也使得产品电场分布不均匀，例如，发明人在研发一种应用于高压直流继电器或微型高压隔离开关的小型真空灭弧室时，在额定电压为12kV、额定电流为40A的情况下，需求真空灭弧室能够承受25kV-30kV的雷电冲击而不产生闪络现象，但是实际设计过程中，发现由于产品内部的结构紧凑，电场的分布不均匀，更容易发生闪络现象，导致试验无法通过。

因此，迫切需要设计一种既能提高真空灭弧室外表面的爬电距离，又不过多地影响真空灭弧室径向宽度尺寸的结构。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出一种结构优化的具有真空灭弧室的触头系统，能够在尽量保持较小的径向宽度前提下，提高真空灭弧室外表面的爬电距离。

本实用新型采用如下技术方案实现：

本实用新型提出具有真空灭弧室的触头系统，包括动触头、静触头、波纹管、陶瓷外壳和分别固定设置在所述陶瓷外壳两端的动端金属密封体、静端金属密封体，定义朝向所述动触头的一端为上端，朝向所述静触头的一端为下端，其中所述动端金属密封体和波纹管相固定且二者套设在所述动触头上并密封所述陶瓷外壳上端，所述静端金属密封体与所述静触头电连接并密封所述陶瓷外壳下端，还包括绝缘外壳、进线端子和出线端子，

所述绝缘外壳为匹配所述陶瓷外壳外形的桶状结构，并将所述陶瓷外壳紧密地包嵌于其中，所述绝缘外壳包括开口的第一端、封闭的第二端和处于所述第一端和第二端之间的侧壁，所述绝缘外壳的第一端的开口向上高出所述陶瓷外壳的上端的动端金属密封体，

所述进线端子与所述动触头电连接，且所述进线端子设置在向上高出所述绝缘外壳的第一端的位置，所述出线端子与所述静端金属密封体电连接并引出所述绝缘外壳。

其中，为最大化灭弧室外表面的爬电距离，在一个实施例中，优选所述出线端子从所述绝缘外壳下端引出。

其中，为实现抵抗短路电流带来的电动斥力，并减小空间占用，优选触头系统还包括电动斥力抵抗结构，所述进线端子和所述动触头通过所述电动斥力抵抗结构电连接，所述电动斥力抵抗结构包括第一罗氏线圈、第二罗氏线圈和软连接，所述第一罗氏线圈和第二罗氏线圈一上一下地相面对设置，所述第一罗氏线圈与所述进线端子固定地电连接，所述第二罗氏线圈与所述动触头固定地电连接，所述软连接将所述第一罗氏线圈和第二罗氏线圈串联，并使得电流通过第一罗氏线圈和第二罗氏线圈时，第一罗氏线圈和第二罗氏线圈内的电流流向相反，从而所述第一罗氏线圈和第二罗氏线圈分别在二者之间产生极性相同的磁场以斥离所述第二罗氏线圈和动触头。

其中，为利用第一端向上增高而形成的内部空间，使得结构紧凑、合理，在一个实施例中，优选所述第二罗氏线圈的外径小于所述绝缘外壳开口的第一端的口径，所述第二罗氏线圈设置在低于所述第一端开口的位置，从而所述第二罗氏线圈设置在所述绝缘外壳之内。

其中，在一个实施例中，优选所述绝缘外壳通过液态浇注成型在所述陶瓷外壳外侧，以使得所述陶瓷外壳紧密贴合于所述绝缘外壳的侧壁。

其中，为容易脱模，提高工艺性，在一个实施例中，优选所述侧壁的外轮廓大致呈拱形，包括相对处于一侧的两个圆角边以及相对处于另一侧的两个直角边。

其中，在一个实施例中，优选所述绝缘外壳由环氧树脂材料浇注而成，以保证良好的绝缘性能和粘接性。

基于上述的具有真空灭弧室的触头系统，本实用新型还提出真空开关，该真空开关包括了上述的触头系统。

其中，为提高结构紧凑性，节省安装空间，真空开关还包括用于驱动所述动触头的电磁操作机构、以及用于传动连接所述动触头和电磁操作机构的传动杠杆，所述电磁操作机构和触头系统均沿平行同向布置，所述传动杠杆设置在所述电磁操作机构和触头系统的同一侧，所述传动杠杆两端分别与所述电磁操作机构和动触头传动连接，使所述电磁操作机构、传动杠杆和触头系统呈“[”字型衔接布置。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型通过绝缘外壳第一端高出陶瓷外壳动端金属密封体的设计，大幅增加了真空灭弧室外表面的爬电距离，且对绝缘外壳侧壁的壁厚影响较小，能够保持较小的真空灭弧室的径向宽度，提高了真空灭弧室的绝缘水平，在较高的雷电冲击电压下不发生闪络，减少了产品体积，有利于产品小型化。

附图说明

图1是实施例中真空开关的结构爆炸图；

图2是实施例中电磁操作机构、传动杠杆和触头系统的立体示意图；

图3是实施例中触头系统的正视图；

图4是实施例中触头系统的结构爆炸图(其一，分解绝缘外壳，但不分解电动斥力保持结构)；

图5是实施例中触头系统的结构爆炸图(其二，分解绝缘外壳和电动斥力保持结构)；

图6是实施例中触头系统的俯视图；

图7是图6中A-A处的剖视图；

图8是图6中B-B处的剖视图；

图9是实施例中绝缘外壳的示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，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实用新型的优点。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实用新型进一步说明。

参阅图1-2所示，作为本实用新型的优选实施例，提供一种真空开关，包括壳体、线路板、电磁操作机构10、传动杠杆20和触头系统30，参阅图5以及图7，该触头系统30进一步包括动触头8、静触头9、波纹管100和陶瓷外壳2，为便于描述，定义朝向动触头8的一端为上端，朝向静触头9的一端为下端，陶瓷外壳2上、下端分别固定设置有动端金属密封体4和静端金属密封体3，该动端金属密封体4呈环状结构，波纹管100一端固定套设在动触头8上，另一端与动端金属密封体4固定。该静端金属密封体3呈板状结构，动端金属密封体4、波纹管100和静端金属密封体3分别将陶瓷外壳2两端密封以在陶瓷外壳2内部形成真空环境的灭弧室。动端金属密封体4套设在动触头8上形成与动触头8的电连接，静端金属密封体3与静触头9电连接，该动触头8能够在上下方向(即图7示T＇—T方向)上活动以实现与静触头9的接触或分离，从而实现触头系统30的接通或分断。

电磁操作机构10用于电动驱动动触头8，其具有实现位移驱动的驱动端，动触头8远离静触头9的一端上固定连接有导电推杆，传动杠杆20设置在电磁操作机构10和触头系统30的同一侧，传动杠杆20的中段位置被铰接限位，传动杠杆20两端分别与电磁操作机构10的驱动端和导电推杆铰接，以实现电磁操作机构10与动触头8之间的传动连接。其中，电磁操作机构10和触头系统30均沿上下方向平行同向布置，以传动杠杆20传动连接电磁操作机构10和动触头2，使电磁操作机构10、传动杠杆20和触头系统30呈“[”字型衔接布置,能够使真空开关结构紧凑，节省了安装空间。现有技术中，电磁操作机构和触头系统通常是互呈垂直布置的，电磁操作机构和触头系统再以连杆机构联接，占用的空间较大，不利于产品的小型化，如图1-2所示，本实施例将电磁操作机构10和触头系统30横卧呈水平，从而减小了真空开关在高度方向上的空间占用。

参阅图3-7，触头系统30还包括绝缘外壳1，该绝缘外壳1呈桶状结构，包括开口的第一端13、封闭的第二端11和处于所述第一端13和第二端11之间的侧壁12。陶瓷外壳2被包嵌入绝缘外壳1中，陶瓷外壳2紧密贴合于绝缘外壳1的侧壁12，并且，绝缘外壳1的第一端13向上高出动端金属密封体4。触头系统还包括进线端子6和出线端子5，出线端子5与静端金属密封体3电连接并引出绝缘外壳1，进线端子6与动触头8电连接且进线端子6设置在向上高出绝缘外壳5的位置。从而，如图7所示，在本实施例的结构下，真空灭弧室外表面的爬电距离L＝2D₀+d+L₀，其中，D₀代表第一端13高出动端金属密封体4的高度，L₀代表侧壁12的壁厚，d与出线端子5在侧壁11轴向上的位置有关，为了进一步提高爬电距离，本实施例中出线端子5优选地从绝缘外壳5下端引出，从而使d的数值最大化。

本实施例通过第一端13高出动端金属密封体4的设计，大幅增加了真空灭弧室外表面的爬电距离，且对侧壁12的壁厚影响较小，即使侧壁12的壁厚较薄，第一端13高出动端金属密封体4的高度也足够保证真空灭弧室外表面的爬电距离，提高真空灭弧室的绝缘水平，在较高的雷电冲击电压下不发生闪络，减少了产品体积，有利于产品小型化。并且，本实施例中绝缘外壳1的结构简单，易于成型，不必像现有技术中设计较为复杂的伞裙结构。

如图4-5和图7-8，进线端子6和动触头8之间上还设有电动斥力抵抗结构7，通过该电动斥力抵抗结构7将进线端子6和动触头8电连接，该电动斥力抵抗结构7包括第一罗氏线圈71、第二罗氏线圈73和软连接72，第一罗氏线圈71和第二罗氏线圈73在上下方向上相面对地设置，第一罗氏线圈71与进线端子6固定地电连接，第二罗氏线圈73与动触头8固定地电连接，软连接72将第一罗氏线圈71和第二罗氏线圈73串联，使得电流通过第一罗氏线圈71和第二罗氏线圈73时，第一罗氏线圈71和第二罗氏线圈73内的电流流向相反，从而所述第一罗氏线圈71和第二罗氏线圈73分别在二者之间产生极性相同的磁场。当回路中发生短路时，大电流将使动、静触头之间产生电动斥力，斥开动触头8，但对于真空开关来说，需要能够承载短路电流，保证动、静触头在短路下仍处于闭合状态，而本实施例通过设置电动斥力抵抗结构7，当短路电流流经第一罗氏线圈71和第二罗氏线圈73时，第一罗氏线圈71和第二罗氏线圈73在二者之间产生极性相同的磁场，第二罗氏线圈73和动触头8被朝着静触头9的方向斥离，抵抗动、静触头之间的电动斥力，从而使得动触头8和静触头9保持在闭合状态，满足了承载短路电流的需求。

在本实施例的结构中，电磁操作机构10、传动杠杆20和触头系统30呈“[”字型衔接布置，触头系统30和传动杠杆20的之间空间较小，整体真空开关的结构非常紧凑，要在这一紧凑的结构前提下设置电动斥力保持结构，则需要电动斥力保持结构在上下方向上(T＇—T方向)不能占用太大的空间。因此，本实施例通过第一罗氏线圈71和第二罗氏线圈73来形成同极相斥的磁场，实现对动、静触头间电动斥力的抵抗，比起常规的使用螺线管来实现通电磁场的方案，采用罗氏线圈占用的轴向空间很小，能够满足本实施例的真空开关结构布置下的需求。

如图7所示，第二罗氏线圈73的外径小于绝缘外壳1开口的第一端13的口径，第二罗氏线圈73设置在低于第一端13开口的位置，从而第二罗氏线圈73设置在绝缘外壳1之内，进一步利用了第一端13向上增高而形成的内部空间，使得结构紧凑、合理；同时也保护了第二罗氏线圈73的运动行程尽量不被外部零部件干涉影响。

陶瓷外壳2和侧壁12的紧密贴合可以通过浇注成型工艺来实现，即准备模具，将陶瓷外壳2和与之一体的真空灭弧室结构放入模具中，再通过液态浇注的方式使绝缘外壳1成型在陶瓷外壳2外侧，则可以实现陶瓷外壳2紧密贴合于绝缘外壳1的侧壁12。绝缘外壳1可以采用任何绝缘良好、易凝固成型且具有一定粘接性能的材料，例如本实施例中绝缘外壳1采用环氧树脂浇注而成。该浇注过程最优选的是在真空环境下进行，以避免侧壁12和陶瓷外壳2之间产生气泡。

如图7所示，侧壁12的外轮廓大致呈拱形，包括相对处于一侧的两个圆角边121、122以及相对处于另一侧的两个直角边123、124，通过倾斜圆角边的设计，能使电场更均匀，没有尖端。直角边123、124可以和真空开关壳体配合，形成注胶槽，方便密封。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，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实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.具有真空灭弧室的触头系统，包括动触头、静触头、波纹管、陶瓷外壳和分别固定设置在所述陶瓷外壳两端的动端金属密封体、静端金属密封体，定义朝向所述动触头的一端为上端，朝向所述静触头的一端为下端，其中所述动端金属密封体和波纹管相固定且二者套设在所述动触头上并密封所述陶瓷外壳上端，所述静端金属密封体与所述静触头电连接并密封所述陶瓷外壳下端，其特征在于：还包括绝缘外壳、进线端子和出线端子，

所述绝缘外壳为匹配所述陶瓷外壳外形的桶状结构，并将所述陶瓷外壳紧密地包嵌于其中，所述绝缘外壳包括开口的第一端、封闭的第二端和处于所述第一端和第二端之间的侧壁，所述绝缘外壳的第一端的开口向上高出所述陶瓷外壳的上端的动端金属密封体，

所述进线端子与所述动触头电连接，且所述进线端子设置在向上高出所述绝缘外壳的第一端的位置，所述出线端子与所述静端金属密封体电连接并引出所述绝缘外壳。

2.根据权利要求1所述的具有真空灭弧室的触头系统，其特征在于：所述出线端子从所述绝缘外壳下端引出。

3.根据权利要求1所述的具有真空灭弧室的触头系统，其特征在于：还包括电动斥力抵抗结构，所述进线端子和所述动触头通过所述电动斥力抵抗结构电连接，所述电动斥力抵抗结构包括第一罗氏线圈、第二罗氏线圈和软连接，所述第一罗氏线圈和第二罗氏线圈一上一下地相面对设置，所述第一罗氏线圈与所述进线端子固定地电连接，所述第二罗氏线圈与所述动触头固定地电连接，所述软连接将所述第一罗氏线圈和第二罗氏线圈串联，并使得电流通过第一罗氏线圈和第二罗氏线圈时，第一罗氏线圈和第二罗氏线圈内的电流流向相反，从而所述第一罗氏线圈和第二罗氏线圈分别在二者之间产生极性相同的磁场以斥离所述第二罗氏线圈和动触头。

4.根据权利要求3所述的具有真空灭弧室的触头系统，其特征在于：所述第二罗氏线圈的外径小于所述绝缘外壳开口的第一端的口径，所述第二罗氏线圈设置在低于所述第一端开口的位置，从而所述第二罗氏线圈设置在所述绝缘外壳之内。

5.根据权利要求1所述的具有真空灭弧室的触头系统，其特征在于：所述绝缘外壳通过液态浇注成型在所述陶瓷外壳外侧，以使得所述陶瓷外壳紧密贴合于所述绝缘外壳的侧壁。

6.根据权利要求5所述的具有真空灭弧室的触头系统，其特征在于：所述侧壁的外轮廓大致呈拱形，包括相对处于一侧的两个圆角边以及相对处于另一侧的两个直角边。

7.根据权利要求5所述的具有真空灭弧室的触头系统，其特征在于：所述绝缘外壳由环氧树脂材料浇注而成。

8.真空开关，包括实现其导通或分断的触头系统，其特征在于：所述触头系统是权利要求1-7任一所述的具有真空灭弧室的触头系统。

9.根据权利要求8所述的真空开关，其特征在于：还包括用于驱动所述动触头的电磁操作机构、以及用于传动连接所述动触头和电磁操作机构的传动杠杆，所述电磁操作机构和触头系统均沿平行同向布置，所述传动杠杆设置在所述电磁操作机构和触头系统的同一侧，所述传动杠杆两端分别与所述电磁操作机构和动触头传动连接，使所述电磁操作机构、传动杠杆和触头系统呈“[”字型衔接布置。

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