CN2779586Y - 真空开关触头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种真空开关触头，包括一个壳体，该壳体内部布设导电底层，该导电底层上布设磁产生部件，该磁产生部件上布设耐弧层；该磁产生部件自一侧边向内部、自上到下开设贯通凹缺，凹缺内插设导电部件，该导电部件一端抵触导电底层，另一端抵触耐弧层，所述磁产生部件比导电底层、耐弧层和导电部件的导电率低，所述壳体的材质为熔点高于其内设置的各个部件熔点的刚性材质。因此本实用新型真空开关触头的整体为集成化直接组装结构，不需要进行钎焊连接，改变现有技术中各部件分离设置的结构，触头的磁场强度大，导热性能好，具有高分断电流能力和较长电寿命，触头的纵向磁场在触头表面的分布均匀，更适合于大容量开关，具有更大的分断能力。

Description

真空开关触头

技术领域

本实用新型涉及一种真空开关触头，尤其是一种触头表面能够产生多极纵向磁场、更加适合于开断大电流容量的真空开关管灭弧室内的真空开关触头。

背景技术

开关设备是电路中必然应用的一种设备，它起着关合、开断电路的作用。在开关断开状态下，开关设备具有很高的电阻，以便承受一定的电压；在开关关合状态下，开关设备应具有很低的电阻，允许额定电流通过，并且不产生过高的温度。开关触头的开断过程中需要进行灭弧，以便触头分断果断。现有的开关设备具有不同的灭弧介质为：油、六氟化硫、空气、半导体、真空等。不同的灭弧介质相应的开关结构不同，性能也不同。由于真空开关具有较小的间隙、高的耐电压能力、低的电弧电压、高的分断电流能力、低的电磨损以及高的电寿命，因此被广泛地应用于电力电路中。但是，现有技术，如图1所示，真空开关管70的核心部件是壳体50内的真空灭弧室60。真空灭弧室60内部触头10、20的性能直接决定真空开关管70的性能。真空开关管70的真空开关触头10、20后部分别连接动导电杆30和静导电杆40，触头10、20断开的动作是通过操控动导电杆30机械分开触头10、20。断开时，触头10、20的接触区域越来越小，直到触头10、20仅有一个接触点，同时接触电阻增加，区域的温度在增加，直到接触点熔化、蒸发并电离，金属蒸气使得真空中的放电得以维持，产生真空电弧，最后完成触头电气断开。为了提高真空开关管的断开能力，需要给真空电弧施加纵向磁场，使真空电弧保持在稳定且扩散的状态，这样电流能够较为均匀地分布在触头表面，同时也能够降低触头表面的温升，避免触头材料的大量蒸发，使电弧电压保持在较低的水平，降低触头的电磨损。因此真空开关管灭弧室内触头必须具备燃弧、导电、产生磁场的能力，技术参数须满足抗熔焊性好、耐压强度高、开断电流能力大、抗电弧烧蚀性能好、截流值低、气体含量低、导电率高以及几何尺寸小、可靠性高等方面的要求。目前，触头的具体结构基本由燃弧部件、导电部件、磁场产生部件组成。如图2所示，燃弧部件110设置在中部，采用铜铬材质，其具有大的断路电流开断能力以及较好的抗熔焊性，可在开断的瞬间产生金属蒸气，以便维持电流；导电部件120设置触头本体的一圈，一般采用铜材料；磁场产生部件130为感应线圈，设置在触头的本体的外侧，无论时横磁还是纵磁，其磁场强度较低。这些部件组装时，需要在真空高温下使用银铜焊料进行钎焊，才能连接在一起。由于各个部件结构复杂，一次钎焊往往只能完成部分焊接，因此在实际制造中，不仅需要多次进入真空高温炉进行反复的钎焊，焊面的接触也并非是百分之百地接触好，难以保障焊接面质量合焊接的牢靠性，并且不可避免地存在焊面的毛刺等，致使触头整体性电气能较差。由于上述原因，现有技术的真空开关管不仅成品率低，方法复杂，导致成本过高，而且整体电气性能不理想。另外，各部件的加工需要各种使用专业配置成型的铜铬合金材料，对于该合金材料的机械车铣加工方法复杂。

现有技术中还有一种产品，由荷兰HOLEC公司开发的，其磁场产生部件130抛弃了原由的线圈形式。触头本体的铜铬燃弧部件110上，叠放设置一层层作为磁场产生部件130的电工纯铁片130，并利用铆钉140铆接。铁片130具有不同大小的开口1310、1320、1330，由电工纯铁片感应电流产生磁场，具体结构如图3、4所示。铜铬燃弧部件110上磁场产生部件130铁片的叠放，从正视图方向形成从大到小的梯形状，这样不仅简化了原有触头的结构，而且磁场强度大大提高。但是即使这样的结构也仍然不得不使用钎焊方法，才能将分离设置的导电部件120、磁场产生部件130铁片等结合在一起。由于其结构所需要使用的方法基本没有大的改变，因此其成本、质量仍然存在不少的问题。另外，由于磁场产生部件130铁片是平面叠放，依据右手螺旋定律，磁感应到达铁片开口后，再一层层向上走，形成纵向磁力线，磁阻较大。再有，因磁场产生部件130铁片的叠放为梯形状，导热体为偏心体，这种不对称的导热体必然在瞬间热分散效应差，不仅影响触头的分断能力，而且整体容易变形。

最为重要的是现有的触头结构无论式样如何，无一例外，其各个组件都是分离设置的，制造工序繁多，质量不稳、性能不高，就如同早期的分离式电子器件一样，为实现一种电功能，需要焊接大量的分离元件，不仅工序增多，而且可靠性低，性能较差，同时必然是体积较大。广泛地检索结果表明，多年来，世界各国的技术人员不断的研发努力更多地是将注意力集中在各个部件的形状和材料上，在触头的整体结构一直没有更大的改进。

另外，除上述由于结构以及制造方法的复杂，而除过带了成本增加外，制造现有技术的触头结构还造成大量的材料浪费，无论是如图2所示的传统触头结构各部件车铣下的边角料，或是如图3、4所示改进结构中铁片等部件加工剩余的边角料无法同时被合理使用，这样也必然增加了开关管的成本。

还有重要的一点是现有技术的触头表面纵向磁场的分布不十分均匀，同时外界的杂散磁场对触头的分断能力也有明显的影响。尤其是大容量开关管的触头，其纵向磁场磁力更为集中在局部，必然导致触头在大电流情况下分断能力差。这一弊端一直严重限制了大容量真空开关管的生产。而实际应用中，随着电力更加广泛的应用，对于大容量真空开关管的需求迅速增大，例如：发电机机组要求I_B大于120KA，110KVA的发配电线路的控制也需要采用真空开关管作为分断装置，因此现有的触头结构也不适于大容量真空开关管。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种真空开关触头，整体为集成化直接组装结构，不需要进行钎焊连接，改变现有技术中各部件分离设置的结构，并且磁场强度大，导热性能好，具有高分断电流能力和较长的电寿命，而且触头的纵向磁场在触头表面的分布均匀，更适合于大容量开关，具有更大的分断能力。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种真空开关触头，包括一个壳体，该壳体内部布设导电底层，该导电底层上布设磁产生部件，该磁产生部件上布设耐弧层；该磁产生部件自一侧边向内部、自上到下开设贯通凹缺，凹缺内插设导电部件，该导电部件一端抵触导电底层，另一端抵触耐弧层，所述磁产生部件比导电底层、耐弧层和导电部件的导电率低，所述壳体的材质为熔点高于其内设置的各个部件熔点的刚性材质。

所述凹缺的开口大于触头的间隙。所述导电底层和导电部件为一体成型。所述导电底层厚度为1mm-100mm。所述导电底层为铜或银材质。所述磁产生部件凹缺的宽度为壳体宽度的10％至90％。所述的磁产生部件可为一层以上不同直径筒体套合的多层筒体结构，各层之间相互绝缘，其中至少一层为软磁材料层。所述的多层筒体中的软磁材料层为一层以上。所述的多层筒体均为软磁材料层。所述的导电部件为不同直径筒体套合的多层筒体结构。所述的磁产生部件为一层或一层以上的层状体。所述的导电部件为一层或一层以上的层状体。所述的导电部件与磁产生部件从底部向上，每层的导电部件所占面积逐渐减小，相应的磁场产生部件逐渐增大。所述的壳体可为杯体，材质为熔点高于内部各部件熔点的刚性材质。所述的耐弧层为纯铜粉和纯铬粉混合物。所述的纯铜粉与纯铬粉混合物的比例为10∶90至90∶10。所述的纯铜粉为-80目至-400目；纯铬粉为-80目至-400目。所述的耐弧层为银粉和铬粉混合物。所述的耐弧层为铜铬合金材质的板材或块材。所述的耐弧层为银铬合金材质的板材或块材。所述的导电部件为铜或银材质。所述的导电部件的形状可为粉末或板材或棒材或管材或块材或线材。所述的磁产生部件部分的形状为粉末或板材或棒材或管材或块材或线材。所述的磁产生部件部分或全部为软磁材质。所述的软磁材质为电工纯铁材质。所述的软磁材质的形状可为粉末或板材或棒材或管材或块材或线材。所述磁产生部件的凹缺的截面为圆形或椭圆形或三角形或正方形或长方形。所述导电部件的截面为与所述磁产生部件的凹缺的截面对应的圆形或椭圆形或三角形或正方形或长方形。所述凹缺的长度为壳体宽度的10％至100％，宽度为壳体宽度的10％至90％。所述圆形凹缺的半径为壳体宽度的5％至45％倍。所述椭圆形凹缺的长度为壳体宽度的10％至100％，宽度为壳体宽度的0.1-0.9倍。所述三角形凹缺的长度为壳体宽度的10％至100％倍，宽度为壳体宽度的10％至90％倍。所述正方形凹缺的长度为壳体宽度的10％至100％倍，宽度为壳体宽度的10％至90％倍。所述长方形凹缺的长度为壳体宽度的10％至100％倍，宽度为壳体宽度的10％至90％倍。

因此，本实用新型具有以下优点：

1、触头整体为集成化直接组装结构，不需要进行钎焊连接，改变现有技术中各部件分离设置的结构。

2、触头的磁场强度大，导热性能好，具有高分断电流能力和较长的电寿命。

3、触头的纵向磁场在触头表面的分布均匀，更适合于大容量开关，具有更大的分断能力。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为现有真空开关灭弧室基本结构示意图。

图2为现有灭弧室内触头的结构示意图。

图3为另一现有技术触头的立体机构示意图。

图4为图3现有技术磁场产生部件平面结构示意图。

图5为本实用新型真空开关触头较佳实施例的剖面结构图。

图6为本实用新型真空开关触头较佳实施例的截面图。

图7为本实用新型真空开关触头工作时的电流示意图。

图8为本实用新型真空开关触头动触头耐弧层俯视图的磁力线示意图。

图9为本实用新型真空开关触头另一实施例的剖面结构图。

图10为本实用新型真空开关触头另一实施例的截面图。

图11为本实用新型真空开关触头三角形凹缺的截面图。

图12为本实用新型真空开关触头正方形凹缺的截面图。

图13为本实用新型真空开关触头长方形凹缺的截面图。

具体实施方式

本实用新型主题构思是将原有分离设置的触头各部件，放置在一个外封装的容器内，使触头具有集成化的整体结构。较具体地是将导电部件与磁产生部件相互配合设置于容器的下部，耐弧层设置在导电部件与磁产生部件组成后形成的顶面上；磁产生部件具有磁路断开的开口，导电部件与磁产生部件相互配合的组态形式可使触头的表面产生纵向磁场。作为耐弧层、导电部件与磁产生部件相互配合外封装的容器可为杯体。容器材质为熔点高于内部各部件熔点的刚性材质。例如，容器可为熔点高于1100℃不锈钢。由于导电部件可为导电、高磁阻并且导热的材质，当采用纯铜或紫铜材质时，其熔点为108 3℃。所以为达到导电部件在高温炉中处于熔融状态，高温炉的温度应高于1083℃，那么外封装容器的熔点就应该高于1100℃，才能满足需要。磁产生部件部分或全部为软磁材质。例如电工纯铁材质。

正是由于触头外部有一个整体封装的外壳，其中的耐弧层、磁产生部件与导电部件的形态也就可以为粉末或板材或棒材或管材或块材或线材等形态。只要组成的结构形式能够在触头表面产生有磁力线进出纵向的磁场即可。

实施例1

如图5和图6所示，为本实用新型的一个较佳实施例的剖面示意图和截面示意图，该真空开关触头包括一个壳体1，该壳体为熔点为1100℃的不锈钢，该壳体1底部设有导电底层2，该导电底层2为铜，50mm厚；该导电底层2上布设有磁产生部件5，该磁产生部件5包覆有绝缘层50，该磁产生部件5为铜材质；该磁产生部件5上布设耐弧层6，该磁产生部件5自一侧边向内部、自上到下开设贯通凹缺3，凹缺3的宽度可以为壳体宽度的10％至90％之间，此处为40％，凹缺3内插设导电部件4，该导电部件4一端抵触导电底层2，另一端抵触耐弧层6。因此，磁产生部件5与导电底层2、耐弧层6和导电部件4均绝缘，而且磁产生部件5的导电率比导电底层2、耐弧层6和导电部件4均低。导电底层还可以为银，厚度为1mm-100mm之间。

如图7所示，为本实用新型真空开关触头工作时的电流示意图。图中箭头方向为电流方向。真空开关7的真空灭弧室700内具有两个触头8、9，凹缺3的开口大于触头的间隙，真空开关7的真空开关触头8、9后部分别连接动导电杆80和静导电杆90，触头8、9断开的动作是通过操控动导电杆8 0机械分开触头8、9。断开时，触头8、9的接触区域越来越小，直到触头1、2仅有一个接触点，同时接触电阻增加，区域的温度在增加，直到接触点熔化、蒸发并电离，金属蒸气使得真空中的放电得以维持，产生真空电弧，最后完成触头电气断开。电流沿动导电杆80传到触头8的导电底层2，然后沿导电部件4流至耐弧层6，接着沿金属蒸气传导至触头9的耐弧层6，通过导电部件4至导电底层2后沿静导电杆90流走。电流从触头8的耐弧层6沿金属蒸气传导至触头9的耐弧层6，其具有横向分量，因此，此电流产生的磁场如图8所示，即产生了纵向磁场，而且磁产生部件5所产生的磁场也具有纵向分量，磁场方向与图8所示的方向相同，与前述磁场叠加而产生加强磁场使真空电弧保持在稳定且扩散的状态，这样电流能够较为均匀地分布在触头表面，同时也能够降低触头表面的温升，避免触头材料的大量蒸发，使电弧电压保持在较低的水平，降低触头的电磨损。磁产生部件5的凹缺3的距离可大于开关内相对的两触头8、9之间实际的电磁物理间隙。

耐弧层6为纯铜纯铬合金材质的板材或块材。为进一步降低材料的成本，耐弧层6不再采用专门生产的纯铜、纯铬合金材料，而采用纯铜、纯铬混合物，根据具体要求不同纯铜、纯铬粉混合物中两种材料的比例可以为10∶90到90∶10。并且纯铜粉为-80目至-400目；纯铬粉为-80目至-400目。较佳的为纯铜粉-325目，纯铬粉-325目。而且纯铜粉可以用银粉代替。

实施例2

如图9和图10所示，为本实用新型真空开关触头的另一实施例的剖面图，本实施例真空开关触头包括一个壳体1，该壳体为熔点为1100℃的不锈钢，该壳体1底部设有导电底层2，该导电底层2为银，25mm厚；该导电底层2上布设有磁产生部件5，磁产生部件5为多个不同直径筒体51套合的7层筒体结构(参见图10所示)，各个筒体均为软磁材料，软磁材料可以为粉末或板材或棒材或管材或块材或线材。此处为电工纯铁，各个筒体之间容置有绝缘材料50，筒体层数多少的设置可以根据实际的磁场强度需求而设定，磁场强度要求高，筒体层数就应该多，磁场强度要求低一些，筒体层数就可以少一些。该磁产生部件5上部布设耐弧层6，该磁产生部件5自一侧边向内部、自上到下开设贯通凹缺3，凹缺3的宽度为壳体宽度的30％，凹缺3内插设导电部件4，该导电部件4一端抵触导电底层2，另一端抵触耐弧层6。而且磁产生部件也可以为层状。

在以上两实施例中，磁产生部件5的形态可以为粉末或板材或棒材或管材或块材或线材等形态。磁产生部件的凹缺3可以为圆形或椭圆形或三角形或正方形或长方形(如图11-13所示)等形状，相应的导电部件4的截面可以为圆形或椭圆形或三角形或正方形或长方形等形状，圆形凹缺的半径为壳体宽度的5％至45％倍。椭圆形凹缺的长度为壳体宽度的10％至100％倍，宽度为壳体宽度的10％至90％。三角形凹缺的长度为壳体宽度的0.1-1倍，宽度为壳体宽度的10％至90％倍。正方形凹缺的长度为壳体宽度的10％至100％倍，宽度为壳体的10％至90％。长方形凹缺的长度为壳体宽度的10％至100％倍，宽度为壳体宽度的10％至90％。

因此，本实用新型的触头整体为集成化直接组装结构，不需要进行钎焊连接，改变现有技术中各部件分离设置的结构。触头的磁场强度大，导热性能好，具有高分断电流能力和较长的电寿命。触头的纵向磁场在触头表面的分布均匀，更适合于大容量开关，具有更大的分断能力。在制造时，磁产生材料如粉状的软磁物质和层状片置入壳体中，经过高温炉熔融烧结即可。从而大大简化了工艺，降低了生产成本，提高了产品质量。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (19)

1、一种真空开关触头，其特征在于：包括一个壳体，该壳体内部布设导电底层，该导电底层上布设磁产生部件，该磁产生部件上布设耐弧层；该磁产生部件自一侧边向内部、自上到下开设贯通凹缺，凹缺内插设导电部件，该导电部件一端抵触导电底层，另一端抵触耐弧层，所述磁产生部件比导电底层、耐弧层和导电部件的导电率低，所述壳体的材质为熔点高于其内设置的各个部件熔点的刚性材质。

2、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述凹缺的开口大于触头的间隙。

3、根据权利要求1或2所述的真空开关触头，其特征在于：所述导电底层和导电部件为一体成型。

4、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述导电底层为铜或银材质。

5、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述磁产生部件凹缺的宽度为壳体宽度的10％至90％。

6、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述的磁产生部件可为一层以上不同直径筒体套合的多层筒体结构，各层之间相互绝缘，其中至少一层为软磁材料层。

7、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述的导电部件为不同直径筒体套合的多层筒体结构。

8、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述的磁产生部件为一层或一层以上的层状体；所述的导电部件也为一层或一层以上的层状体。

9、根据权利要求6所述的真空开关触头，其特征在于：所述的导电部件与磁产生部件从底部向上，每层的导电部件所占面积逐渐减小，相应的磁场产生部件逐渐增大。

10、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述的耐弧层为纯铜粉和纯铬粉混合物。

11、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述的耐弧层为银粉和铬粉混合物。

12、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述的耐弧层为铜铬合金材质的板材或块材或者为银铬合金材质的板材或块材。

13、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述的导电部件为铜或银材质。

14、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述的导电部件的形状为粉末或板材或棒材或管材或块材或线材。

15、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述的磁产生部件部分的形状为粉末或板材或棒材或管材或块材或线材。

16、根据权利要求1或15所述的真空开关触头，其特征在于：所述的磁产生部件部分或全部为软磁材质。

17、根据权利要求16所述的真空开关触头，其特征在于：所述的软磁材质的形状可为粉末或板材或棒材或管材或块材或线材。

18、根据权利要求1或2所述的真空开关触头，其特征在于：所述磁产生部件的凹缺的截面为圆形或椭圆形或三角形或正方形或长方形；所述导电部件的截面为与所述磁产生部件的凹缺的截面对应的圆形或椭圆形或三角形或正方形或长方形。

19、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述凹缺的长度为壳体宽度的10％至100％，宽度为壳体宽度的10％至90％。

Images