专利名称：用于在真空断路器中使用的波纹管的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及真空断路器，更具体地涉及在真空断路器的真空室内使用的波纹管。
背景技术：
真空断路器在本领域广泛已知。真空断路器使用一组定位于真空室内的可分离的触头，以辅助可能在跳闸/断路事件期间分离的过程中在可分离的触头之间扩散的任意电弧迅速消灭。两个可分离的触头定位于真空室内，其中一个触头是可动的，另一个触头是固定的，可动触头与可压缩的波纹管连接，即使在可移动触头的移动过程中也能保持真空室的真空状态。这种真空断路器通常结合于在每个电极上都使用独立的真空断路器的真空电路断路器中。虽然这种波纹管对于所需目的通常是有效的，但它们并不是没有限制。当可分离的触头从闭合状态分离时、或从打开状态闭合时，可动触头以很大的速度并由此以很高的能量运动，这意味着波纹管的一端迅速地加速，然后迅速地减速，同时波纹管的另一端保持固定。由于波纹管通常使用薄金属成形，这种波纹管有时会由于其不能承受在可分离的触头重复上万次的分离时发生的机械力而破裂。因此需要提供改进的波纹管以满足这些和其它需求。
发明内容
本发明提供了用于在真空断路器中使用的改进的波纹管，该包括沿中心轴线延伸的多个波纹，每个波纹包括旋圈/裙(convolution)单元和支承单元。每个旋圈单元具有沿中心轴线的旋圈长度和垂直于中心轴线的旋圈高度。在第一实施例中，不同波纹的旋圈高度在波纹管的两端之间增加。在一实施例中，波纹高度在两端之间逐步增加，在另一实施例中，旋圈高度阶段式增加。旋圈长度可以在波纹管的两端之间逐步或阶段式地改变。或者，旋圈高度可以在整个波纹管中保持不变，但旋圈长度可以改变。在很大程度上限制了已知波纹管作为真空断路器在高强度应用中承受上万次开关操作的能力的是甚至在真空断路器的可动部分已经完全停止之后仍存在的旋圈的持续振荡。振荡初始来源于外部断路机构实施于弹性旋圈上的动能。为了减弱这种振荡，旋圈的重复的弹性变形循环产生了热。然而，如果波纹管的很多旋圈具有相同的形状并因此具有共振频率，这种旋圈将以同步形式振荡，就像它们是单个构件。即，在这些旋圈内部和旋圈之间没有相对的打开和闭合。在这种情况下，这种已知波纹管中的振荡的减弱基本上仅出现在具有共同形状的旋圈和第一个或前两个端部旋圈之间的区域，该第一个或前两个端部旋圈如同固定在例如外部质量组件一样地刚性。这就是为什么这种已知波纹管可能会在任意一端的第一个或前两个旋圈处失效。本发明所述方案旨在在同一个波纹管内提供具有不同形状的旋圈。这有利地促进了打开和闭合的相对运动，即，在波纹管的多数(如果不是全部的话)旋圈内部以及旋圈之间的弹性变形。因此，本发明的一方面旨在提供用于在真空断路器的真空室内使用的改进的波纹管，并且提供这种改进的真空断路器。本发明的另一方面旨在提供在真空断路器中使用的波纹管，在该波纹管中，在打开或闭合一组闭触头的事件/动作之后，波纹管内的振动被迅速地消散，并且减弱振荡的功能/任务跨越波纹管的多数(如果不是全部的话)旋圈分布。本发明旨在改变波纹管的多数旋圈的自振频率。主要原则是阻止旋圈的同步运动，并适当地使消散振荡能量的任务跨越波纹管的多数旋圈分布。本发明的这些和其它方面是通过用于在具有真空室的真空断路器中使用的改进的波纹管提供的。处于自由状态的波纹管基本上可被叙述为包括多个旋圈单元和多个支承单元，所述多个旋圈单元和所述多个支承单元交替地连接在一起，并关于穿过波纹管居中地延伸的轴线对称，每一对相邻的旋圈单元与位于该对旋圈单元之间的支承单元连接，并被该支承单元间隔开；每个旋圈单元具有沿所述轴线的旋圈长度和垂直于所述轴线的旋圈高度；每个支承单元具有沿所述轴线的间距；以及以下中的至少一个:至少第一旋圈单元的旋圈长度不同于邻近所述至少第一旋圈单元定位的另一旋圈单元的旋圈长度，至少第一支承单元的间距不同于邻近所述至少第一支承单元定位的另一支承单元的间距。本发明的其它方面是通过用于具有真空室的真空断路器的改进的波纹管提供的。处于自由状态的波纹管基本上可被叙述为包括多个旋圈单元和多个支承单元，所述多个旋圈单元和所述多个支承单元交替地连接在一起，并关于穿过波纹管居中地延伸的轴线对称，每一对相邻的旋圈单元与介于该对旋圈单元之间的支承单元连接，并被该支承单元间隔开；每个旋圈单元具有沿所述轴线的旋圈长度和垂直于所述轴线的旋圈高度；位于或接近波纹管的第一端的第一旋圈单元的旋圈高度大于位于或接近波纹管的第二端的第二旋圈单元的旋圈高度。本发明的其它方面由包括如任一在前段落中所述的波纹管的改进的真空断路器提供。本发明的另一些方面由改进的电路断路器提供，该电路断路器包括数个真空断路器和与所述多个真空断路器可操作性地连接的操作机构。
对本发明的进一步理解可以通过结合附图阅读下面的描述获得，其中:图1是根据本发明的改进的波纹管的第一实施例的正视图；图2是使用了图1所示的改进的波纹管的改进的真空断路器的示意图；图2A是使用了多个图2所示的真空断路器的电路断路器的示意图；图3是根据本发明第二实施例的被部分地切除的改进的波纹管的正视图；图4是根据本发明第三实施例的被部分地切除的改进的波纹管的正视图；图5是根据本发明第四实施例的被部分地切除的改进的波纹管的正视图；和图6是根据本发明第五实施例的被部分地切除的改进的波纹管的正视图。在整个说明书中，相似的附图标记代表相似的部件。
具体实施例方式图1示出了根据本发明的改进的波纹管。如从图2能理解的，波纹管4可以成为图2所示的真空断路器8的真空室6的一部分。如本领域可知，真空室6具有中空的内部，该内部被抽成真空或具有降低的压力，在该内部之中设有一对可分离的触头IOA和10B。在跳闸事件过程中，可分离的触头IOA和IOB在真空室6的内部之中以非常高的速度互相分离，导致在可分离的触头IOA和IOB之间产生极小的电弧且绝缘强度快速恢复。然而，由于触头IOA定位在可动的柱上，且由于波纹管4在柱11和真空室6之间密封地延伸，因此波纹管4经历高水平/程度的加速，随后当可分离的触头IOA与IOB分离时经历相应的高水平减速。如可以在下面更多细节中理解到的，波纹管4在其各个实施例中有利地设置成通过避免在可分离的触头组IOA和IOB分离时扩展的振荡而限制磨损。一个或多个真空断路器8可以结合在电路断路器17中，该电路断路器在多个柱13A、13B和13C上分别具有单独的真空断路器8A、8B和8C。电路断路器13还包括操作机构15，该操作机构分别与真空断路器8A、8B和SC可操作地连接以在确定的预设条件下打开和闭合各组可分离的触头。改进的波纹管4包括沿中心轴线16延伸的多个旋圈/裙(convolution) 12。当柱11在导致可分离触头IOA和IOB分离的事件过程中移动时，柱11通常沿中心轴线16的方向移动。因此，在这种情况发生之后需要消散的振荡是沿着中心轴线16的方向发生的振荡。一方面，改进的波纹管4通过使至少某些相邻的旋圈12在各种不同的方面彼此不同而迅速地消散沿中心轴线16发生的振荡。亦即，改进的波纹管4设置成使得旋圈12彼此并不完全相同，因为关于给定的旋圈被引入的振荡将被轻易地传递至相邻的同类旋圈并以此类推地传递，直至振荡从这种波纹管的端部反弹并且振荡沿反方向从一个同类旋圈反射至另一个旋圈。有利地，改进的波纹管4通过使多数(如果不是全部的话)旋圈12彼此不同而消散了原本可能会沿中心轴线16发生的振荡。如从图1可以理解的，每个旋圈12包括旋圈单元/褶部20和支承单元/支承部24。旋圈单元和支承单元24为大致U形，其中，旋圈单元20的开口部分大致面向中心轴线16，支承单元24的开口部分大致背离中心轴线16。各个旋圈单元20可被称为具有沿中心轴线16测量、即与该轴线平行地测量的旋圈长度28，并具有在基本垂直于中心轴线16的方向测量的旋圈高度，如图1中大致在标记32、更具体地在标记32A、32B、32C和32D所示。即，可以看到位于或接近波纹管4的第一端48的旋圈单元20的旋圈高度32A大于位于或接近波纹管的第二端52的旋圈单元20的旋圈高度32D。此外，从图1可以看出，旋圈单元20的旋圈高度32在从第二端52朝向第一端48的方向上逐渐增加。如此处所使用的，无论是否在性质上便利，术语“逐渐/渐进”及其变化形式可以广泛地指线性变化/增加或非线性变化/增加。支承单元24可被称为具有在沿中心轴线16的方向上的间距/间隔长度36。支承单元24还可被称为具有支承半径40。类似地，旋圈单元20本身也具有旋圈半径44。图1大致示出了波纹管4的第一实施例，旋圈单元20的旋圈长度28是相等的。支承单元24的间距36也彼此相等。支承单元24的支承半径40彼此相等。旋圈单元20的旋圈半径44也彼此相等。然而，需重申的是，旋圈单元20的旋圈高度32逐渐地增加。因此，每个旋圈12与任一相邻的旋圈12的弹性常数都不同。因此，一个旋圈12在给定频率下的振动将被最低限度地传递到相邻的旋圈12，因为相邻的旋圈12将具有包括不同的弹性常数在内的不同机械特性，因此一个旋圈12中的振动不能轻易地在相邻的旋圈12中被引发。同样，原本可能在平行于中心轴线16的方向上发生的振荡在不同的旋圈12之间迅速减弱和消散，而不是在例如第一端48或第二端52与真空室6的一部分的连接部位减弱和消散，也不是在例如邻近与真空室6的接合处的第一个或前两个旋圈减弱和消散。这通过使磨损跨过波纹管4的多数旋圈(如果不是全部的话)散布而减少了局部的磨损，并有利地导致波纹管4的使用寿命相对更长。图3大致示出了根据本发明第二实施例的改进的波纹管104。该波纹管104包括沿中心轴线116延伸的多个旋圈112。在旋圈高度132可被视为逐渐增加、如在旋圈高度132A和132D之间所示的同时，可以看到旋圈112的多个旋圈也具有彼此不同的旋圈长度128。即，旋圈长度128A比相邻的旋圈长度128B大，直到波纹管104的纵向长度的大约中间位置，在该中间位置旋圈长度128C为最小值。因此，旋圈长度在朝向第二端152的方向上逐渐增加，第二端152的旋圈长度128D也相对地大于其它旋圈112中的大部分。虽然旋圈长度128A和旋圈长度128D被示为相等，但在另一些实施例中不必如此。类似地在图3中，间距136在第一端和第二端148和152为其最大值，基本上在中心部大致减少，如标记136A，136B, 136C和136D所示。对于支承半径(如标记140A, 140B，140C和140D所示)和旋圈半径(如标记144A，144B, 144C和144D所示)也可作如是说。因此可以从图3看出，波纹管104包括从波纹管104的一端到另一端逐渐增加的旋圈高度，但也包括从波纹管104的一端到另一端逐渐减少然后增加的旋圈长度。因此可以看出，除了由变化的旋圈高度132承担振荡的消散以外，还由变化的旋圈长度128、间距136、支承半径140和旋圈半径144提供进一步的振荡消散。图4示出了根据本发明的波纹管204的第三实施例。波纹管204与图3的波纹管104相似，不同之处在于波纹管204的旋圈长度228以分段的形式/阶段式改变，而不是像图3的波纹管104中的逐渐/渐进地改变。即，尽管波纹管204包括沿中心轴线216延伸的多个旋圈212，并且尽管旋圈高度232在相对的两端之间逐步并渐进地改变，如在两个旋圈高度232A和232D之间所示，但可以看出某些旋圈212的旋圈长度228与相邻旋圈212的旋圈长度相等。更具体地，可以看出两个旋圈212具有相同的旋圈长度228A。这两个同样的旋圈212具有相等的间距236A、相等的支承半径240A和相等的旋圈半径244A。一对相邻的旋圈212类似地具有相等的旋圈长度228B、相等的间距236B、相等的支承半径240B和相等的旋圈半径244B。然而，可以从图4看出，旋圈长度228A和228B是不相等的，同样，间距236A和236B、支承半径240A和240B、旋圈半径244A和244B也是不相等的。在波纹管204的大致中间位置，几个旋圈212具有最小的旋圈长度228C、间距236C、支承半径240C和旋圈半径244C。此后，位于波纹管204的对向端的一对旋圈212具有相等且增大的旋圈长度228D、间距236D、支承半径240D和旋圈半径244D。因此可以看出波纹管204具有从一端到另一端逐渐变化的旋圈高度232，然而其旋圈长度228、间距236、支承半径240和旋圈半径244分别以分段的形式改变。在这种情况下，可以理解的是并非全部旋圈长度228、间距236、支承半径240和旋圈半径244都需要以彼此相同的形式改变。即，通过任意的组合形式，一个或多个可能增加，而其余保持相同或减少。图5示出了根据本发明第四实施例的另一改进的波纹管304。波纹管304与波纹管204相似，不同之处在于旋圈高度332在波纹管304中以分段的形式改变，而不是如波纹管204中以逐渐/渐进的形式变化。即，相邻的多个旋圈312的旋圈长度在沿中心轴线316的方向上减小然后增加，如标记328A、328B、328C、328D和328E所示。旋圈高度332也以分段的方式变化，如标记332A、332B、332C、332D和332E所示。间距336在由旋圈312组成的组之间减小然后增加，如标记336A、336B、336C、336D和336E所示。支承半径(如标记340A，340B,340C和340D所示)以及旋圈半径(如标记344A、344B、344C和344D所示)也可作如是说。尽管图5中示例性波纹管304显然构造成离散/不连续的旋圈312组、其中各个组具有相似的特性，但在另一些实施例中不必如此。即，尽管具有相等的旋圈长度328的一对旋圈312也具有相等的旋圈高度332A、相等的间距336A、相等的支承半径340A和相等的旋圈半径344A时，但可以理解的是任一组中的旋圈312的各种特性的相等或不等是可以变化的。换言之，可以理解的是通过改变旋圈长度328、旋圈高度332、间距336、支承半径340和旋圈半径344，振荡可以在波纹管304中迅速地消散，可以理解的是这种振荡甚至可以通过对相邻的旋圈312以及相邻的旋圈组之间的对称性做出进一步改变而更加迅速地消散。在这方面，应理解的是，图1和3-5所示的实施例中的每一个都包含不同的变化的特性，并且这些特性能以另外的组合方式被结合而没有限制。例如，如标记328A，328B，328C，328D和328E所示的旋圈长度的阶段式变化可以(仅)自身结合在波纹管4中，而不具有波纹管304中存在的其它变化，从而提供了根据本发明的波纹管的另一实施例，此处不再特意描述。此处描述的特性的其它组合将对本领域技术人员显而易见。图6基本上示出了根据本发明的改进的波纹管404的第五实施例。波纹管404包括沿中心轴线416延伸的多个旋圈412，但旋圈412中各个旋圈的旋圈高度432是相等的。然而，如标记428A、428B、428C和428D所示的旋圈长度以与图3的波纹管104相似的方式逐渐地减小然后增加。此外，如标记436A、436B、436C和436D所示的间距；支承半径440A、440B、440C和440D ；以及旋圈半径444A、444B、444C和444D也可作如是说。在这方面，应理解的是，图3-5示出的实施例中出现的特性和变化能以任何组合实施到图6的大致柱状波纹管404中而会不超出本发明的范围。前面提到的能以任何方式被结合的特征的另外的组合对本领域技术人员而言显而易见。尽管已经详细描述本发明的具体实施例，但本领域技术人员应理解，在本发明的总的教导下可以对细节展开各种修改和更替。因此，本发明的具体设置旨在仅作为示例，而不是限制本发明的范围，该范围由所附权利要求和任何及所有等同方式的全部范围确定。
权利要求
1.一种用于具有真空室的真空断路器(8、8A、8B、8C)的波纹管(4、104、204、304、404)，处于自由状态的所述波纹管包括: 多个旋圈单元(20)和多个支承单元(24)，所述多个旋圈单元和所述多个支承单元交替地连接在一起并关于穿过所述波纹管居中地延伸的轴线(16、116、216、316、416)对称，每一对相邻的旋圈单元都与介于该对旋圈单元之间的支承单元连接并被该支承单元间隔开，每一对相邻的支承单元都与介于该对支承单元之间的旋圈单元连接并被该旋圈单元间隔开； 每个旋圈单元具有沿所述轴线的旋圈长度(28，128A、128B、128C、128D，228A、228B、228C、228D，328A、328B、328C、328D，428A、428B、428C、428D)并具有垂直于所述轴线的旋圈高度(32A、32B、32C、32D，132A、132D，232A、232D，332A、332B、332C、332D、332E，432)； 每个支承单元具有沿所述轴线的间距(36，136么、1368、136(:、1360，2364、2368、236(:、236D, 336A、336B、336C、336D、336E，436A、436B、436C、436D)；以及 以下中的至少一者: 至少第一旋圈单元的旋圈长度不同于邻近所述至少第一旋圈单元定位的另一旋圈单元的旋圈长度，和 至少第一支承单元的间距与不同于邻近所述至少第一支承单元定位的另一支承单元的间距。
2.根据权利要求1所述的波纹管，其特征在于: 至少第一旋圈单元的旋圈 长度不同于邻近所述至少第一旋圈单元定位的另一旋圈单元的旋圈长度，且 邻近所述至少第一旋圈单元和所述另一旋圈单元中的一者定位的附加旋圈单元的旋圈长度不同于所述至少第一旋圈单元和所述另一旋圈单元中的所述一者的旋圈长度。
3.根据权利要求1所述的波纹管，其特征在于: 至少第一旋圈单元的旋圈长度不同于邻近所述至少第一旋圈单元定位的另一旋圈单元的旋圈长度，且 邻近所述至少第一旋圈单元和所述另一旋圈单元中的一者定位的附加旋圈单元的旋圈长度等于所述至少第一旋圈单元和所述另一旋圈单元中的所述一者的旋圈长度。
4.根据权利要求3所述的波纹管，其特征在于，邻近所述至少第一旋圈单元和所述另一旋圈单元中的另一者定位的又一旋圈单元的旋圈长度等于所述至少第一旋圈单元和所述另一旋圈单元中的所述另一者的旋圈长度。
5.根据权利要求1所述的波纹管，其特征在于: 至少第一旋圈单元的旋圈长度不同于邻近所述至少第一旋圈单元定位的另一旋圈单元的旋圈长度，且 位于所述第一旋圈单元和所述另一旋圈单元之间的支承单元的间距不同于邻近所述至少第一支承单元定位的另一支承单元的间距。
6.根据权利要求1所述的波纹管，其特征在于，位于或接近波纹管的第一端的第一旋圈单元的旋圈高度大于位于或接近波纹管的第二端的第二旋圈单元的旋圈高度。
7.根据权利要求6所述的波纹管，其特征在于，位于所述第一旋圈单元和所述第二旋圈单元之间的多个旋圈单元的旋圈高度在从第二旋圈单元向第一旋圈单元的方向上逐渐增加。
8.根据权利要求1所述的波纹管，其特征在于: 至少第一旋圈单元的旋圈长度不同于邻近所述至少第一旋圈单元定位的另一旋圈单元的旋圈长度； 至少一些旋圈单元分别包括圆弧部分，所述圆弧部分具有半径(44，144A、144B、144C、144D，244A、244B、244C、244D，344A、344B、344C、344D，444A、444B、444C、444D)并关于所述旋圈单元与支承单元的连接部分对向地定位；并且 所述至少第一旋圈单元的圆弧部分具有不同于所述另一旋圈单元的半径的半径。
9.一种用于具有真空室(6)的真空断路器(8、8A、8B、8C)的波纹管(4、104、204、304、404)，处于自由状态的波纹管包括: 多个旋圈单元(20)和多个支承单元(24)，所述多个旋圈单元和所述多个支承单元交替地连接在一起并关于穿过波纹管居中地延伸的轴线对称，每一对相邻的旋圈单元都与介于该对旋圈单元之间的支承单元连接并被该支承单元间隔开； 每个旋圈单元具有沿所述轴线的旋圈长度(28，128A、1288、128(:、1280，2284、2288、228C、228D，328A、328B、328C、328D，428A、428B、428C、428D)并具有垂直于所述轴线的旋圈高度(32A、32B、32C、32D，132A、132D，232A、232D，332A、332B、332C、332D、332E，432);并且 位于或接近波纹管的第一端的第一旋圈单元的旋圈高度大于位于或接近波纹管的第二端的第二旋圈单元的旋圈高度。
10.根据权利要求9所述的波纹管，其特征在于，位于所述第一旋圈单元和所述第二旋圈单元之间的多个旋圈单元的旋圈高度在从第二旋圈单元向第一旋圈单元的方向上逐渐地增加。
11.根据权利要求9所述的波纹管，其特征在于，一个旋圈单元的旋圈长度不同于邻近所述一个旋圈单元定位的另一旋圈单元的旋圈长度。
12.根据权利要求11所述的波纹管，其特征在于，邻近所述一个旋圈单元和所述另一旋圈单元中的一者定位的附加旋圈单元的旋圈长度不同于所述一个旋圈单元和所述另一旋圈单元中的所述一者的旋圈长度。
13.根据权利要求11所述的波纹管，其特征在于，邻近所述一个旋圈单元和所述另一旋圈单元中的一者定位的附加旋圈单元的旋圈长度等于所述一个旋圈单元和所述另一旋圈单元中的所述一者的旋圈长度。
14.根据权利要求9所述的波纹管，其特征在于，位于所述第一旋圈单元和所述第二旋圈单元之间的多个旋圈单元的旋圈高度在从第二旋圈单元向第一旋圈单元的方向上阶段式增加。
15.根据权利要求9所述的波纹管，其特征在于: 每一对相邻的支承单元与介于该对支承单元之间的旋圈单元连接并被该旋圈单元分隔开; 每个支承单元具有沿轴线的间距(36，136A、136B、136C、136D, 236A、236B、236C、236D，336A、336B、336C、336D、336E，436A、436B、436C、436D);并且 至少第一支承单元的间距不同于邻近所述至少第一支承单元定位的另一支承单元的间距。
16.一种真空断路器(8、8A、8B、8C)，包括根据权利要求1所述的波纹管(4、104、204、304、404)和真空室。
17.一种电路断路器(17)，包括数个根据权利要求16所述的真空断路器(8、8A、8B、8C)以及与所述数个真空断路器可操 作地连接的操作机构(15)。
全文摘要
本发明涉及一种用于在真空断路器中使用的改进的波纹管，其包括沿中心轴线延伸的多个波纹，每个波纹包括旋圈单元(20)和支承单元(24)。每个旋圈单元具有沿中心轴线的旋圈长度(28)和垂直于中心轴线的旋圈高度(32A)。在第一实施例中，不同波纹的旋圈高度在波纹管的两端之间增加。在一实施例中，波纹高度在两端之间逐步地增加，在另一实施例中，旋圈高度阶段式增加。旋圈长度可以在波纹管的两端之间逐渐变化或阶段式变化。或者旋圈高度可以在整个波纹管中保持相同，但旋圈长度可以变化。
文档编号H01H33/662GK103210463SQ201180054972
公开日2013年7月17日 申请日期2011年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者W·李 申请人:伊顿公司