真空开关和用于其的混合开关组件的制作方法
【专利摘要】为诸如真空断流器（2）的真空开关提供了一种混合开关组件（50、150、250、350）。所述真空开关（2）包括真空封壳（4）、部分地位于所述真空封壳（4）内的静触头组件（6）以及部分地位于所述真空封壳（4）内且能在与所述静触头组件（6）电接触的闭合位置和与所述静触头组件（6）隔开的打开位置之间移动的动触头组件（8）。所述混合开关组件（50）包括诸如螺旋式触头（52、53；152、153；252、253）或杯型构件（352、353）的至少一个径向磁场产生机构，和一定数量的轴向磁场产生机构，每个轴向磁场产生机构都包括诸如马蹄板组件（54、56；154、156；252、254；352、354）的铁磁性或亚铁磁性构件。每个轴向磁场产生机构（54、56；154、156；252、254；352、354）邻近相应的一个径向磁场产生机构（52、53；152、153；252、253；352、353）配置在所述真空封壳（4）内。
【专利说明】真空开关和用于其的混合开关组件
[0001]相关申请的交叉援引
[0002]本申请要求2011年9月28日提交的题为“真空开关和用于其的混合开关组件”的美国专利申请系列号N0.13/247，238的权益，该申请在此通过引用结合于本文中。
【技术领域】
[0003]所公开的构思涉及真空开关装置，例如包括真空封壳的真空开关，如真空断流器。所公开的构思还涉及用于真空断流器的混合开关组件。
【背景技术】
[0004]真空断流器包括配置在绝缘的且气密密封的真空室内的可分离的主触头。真空室通常包括一例如而不限于一用于电气绝缘的一定数量的陶瓷部段(例如而不限于，一定数量的管状陶瓷部段)，所述陶瓷部段被一定数量的端构件(例如而不限于，金属部件，如金属端板；端盖；密封罩)封盖而形成封壳，其中可抽吸成部分真空。示例性的陶瓷部段通常为圆柱形的；然而，可采用其它适当的截面形状。通常采用两个端构件。当存在多个陶瓷部段时，在示例性的各陶瓷部段之间配置有内部中心屏障。
[0005]两种类型的真空断流器例如包括径向磁场(RMF)真空断流器(也常称作横向磁场(TMF)真空断流器)和轴向磁场(AMF)真空断流器。RMF真空断流器通常包括诸如径向磁场产生机构，例如而不限于螺旋式触头(例如参见美国专利N0.2，949，520; 3, 522，399;和3,809,836)或横齿杯(端面齿杯，contrate cup)(例如参见美国专利N0.3，089, 936; 3, 836，740;和4，390, 762)。此结构设计成迫使中断高电流的一对电触头之间的电弧弧柱旋转，从而使起电弧负荷(arcing duty )散布在较宽的区域上。另一方面,AMF真空断流器通常构造成迫使电流经过具有比较显著的圆形旋转分量的长线圈形路径以便将电弧保持在扩散状态。例如，可参见美国专利N0.5，804, 788;6, 080, 952;和7，721，428。
[0006]RMF和AMF开关组件都具有若干缺点。例如，RMF设计的单个运行的柱状电弧仅将起电弧负荷散布在通常为圆形的触头表面的外部上。因此，在承载全部短路电流的单个柱状电弧的弧根处的重度烧蚀最终会限制触头间隙的介电恢复能力。至于AMF真空断流器，由于相对较长的电流路径和对电流的相应电阻，真空断流器的连续载流能力有限。
[0007]为了尝试解决上述缺点，例如美国专利N0.RE32, 116和4，636，600公开了这样的真空断流器，其中不是由长的圆形电流路径而是由铁磁性部件(例如，磁板的马蹄形组件)的策略性布置来产生轴向磁场。
[0008]例如，美国专利N0.4，445，015; 4，553，002; 4, 675，482 和 4，717，797 公开了将轴向
磁场产生结构添加到横齿杯型的RMF结构上以提供增强的高电流中断能力。然而，这种结构复杂且比较大(例如，在轴向上高)。此外，通过沿相对较长的路径操控电流来提供轴向磁场，从而导致真空断流器的大电阻。
[0009]因此，诸如真空断流器的真空开关和用于其的混合开关组件仍有改善空间。
【发明内容】
[0010]由所公开的构思的实施例来满足这些和其他需求，这些实施例涉及用于真空开关(如真空断流器)的混合开关组件。
[0011]作为所公开的构思的一个方面，为真空开关提供一种混合开关组件。真空开关包括真空封壳、部分地位于真空封壳内的静触头组件以及部分地位于真空封壳内并且能在与静触头组件电接触的闭合位置和与静触头组件隔开的打开位置之间移动的动触头组件。混合开关组件包括:至少一个径向磁场产生机构，其构造成配置在真空封壳内；和一定数量的轴向磁场产生机构，每个轴向磁场产生机构都包括构造成邻近所述至少一个径向磁场产生机构中相应的一个径向磁场产生机构配置在真空封壳内的铁磁性或亚铁磁性构件。
[0012]铁磁性或亚铁磁性构件可为马蹄板组件。径向磁场产生机构可为螺旋式触头，其中螺旋式触头包括大致平坦(平面形)的构件，该构件具有中心点、周缘和从周缘大致朝中心点向内延伸的多个槽。径向磁场产生机构可替代地为杯型构件，该杯型构件包括平坦部、从平坦部向外延伸的侧壁和配置在侧壁中的多个槽。
[0013]还公开了一种采用前述混合开关组件的真空开关。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]在结合附图阅读时从下面对优选实施例的描述可获得对所公开的构思的充分理解，在附图中:
[0015]图1为根据所公开的构思的一实施例的真空断流器和用于其的混合开关组件的局部剖视侧视图，其中竖直轴线左侧的部分示出闭合位置，竖直轴线右侧的部分示出打开位置；
[0016]图2为图1的用于混合开关组件的马蹄板组件和螺旋式触头的等轴测分解视图；
[0017]图3为图1的马蹄板组件的布置的等轴测分解视图；
[0018]图4为根据所公开的构思的另一实施例的混合开关组件的侧视图，其中竖直轴线左侧的部分示出闭合位置，竖直轴线右侧的部分示出打开位置；
[0019]图5为图4的用于混合开关组件的马蹄板组件和螺旋式触头的等轴测分解视图；
[0020]图6为图4的马蹄板组件的布置的等轴测分解视图；
[0021]图7为根据所公开的构思的另一实施例的混合开关组件的侧视图，其中竖直轴线左侧的部分示出闭合位置，竖直轴线右侧的部分示出打开位置；
[0022]图8为图7的用于混合开关组件的马蹄板组件和螺旋式触头的等轴测分解视图；
[0023]图9为图7的马蹄板组件的布置的等轴测分解视图；
[0024]图10为根据所公开的构思的另一实施例的混合开关组件的侧视图，其中竖直轴线左侧的部分示出闭合位置，竖直轴线右侧的部分示出打开位置；
[0025]图11为图10的用于混合开关组件的马蹄板组件和横齿杯的等轴测分解视图；以及
[0026]图12为图10的马蹄板组件的布置的等轴测分解视图。
【具体实施方式】
[0027]结合真空断流器描述所公开的构思，然而所公开的构思适用于范围广大的多种真空开关。
[0028]本文中所使用的诸如左、右、上、下及其派生表述的方向用语与图中所示出的元件取向有关而并不限制权利要求，除非其中明确记载。
[0029]如本文所用，两个或更多个部件“连接”或“联结”在一起的说法应指各部件直接地结合在一起或通过一个或多个中间部件结合。此外，如本文所用，两个或更多个部件“附连”的说法应指各部件直接地结合在一起。
[0030]如本文所用，术语“真空封壳”是指在其中采用部分真空的封壳。
[0031 ] 如本文所用，术语“数量”应指一个或多于一个的整数(即，多个)。
[0032]参照图1，示出了诸如真空断流器2的真空开关。真空开关2包括真空封壳4，在图1中部分地切掉真空封壳4以示出隐藏结构。静触头组件6部分地位于真空封壳4内。动触头组件8也部分地位于真空封壳4内，并且可在与静触头组件6电接触的闭合位置(图1的竖直轴线的左侧)和与静触头组件6隔开的打开位置(图1的竖直轴线的右侧)之间移动(例如而不限于，从图1的视角来看，沿箭头20的方向向上和向下)。真空封壳4的主要部件为绝缘体10。
[0033]继续参照图1并且还参照图2，根据所公开的构思的真空开关2包括混合开关组件50 (也分别参见例如而不限于图4、7和10的混合开关组件150、250和350)。混合开关组件50包括与一定数量的轴向磁场产生机构54、56结合的至少一个径向磁场产生机构52。如图1的剖切图所示，径向磁场产生机构52、53 (在图1的非限制性示例中示出两个)和轴向磁场产生机构54、56 (在图1的非限制性不例中不出两个)均配置在真空封壳4内。如下文将更详细地描述，各轴向磁场产生机构54、56优选包括铁磁性或亚铁磁性构件,该构件构造成邻近径向磁场产生机构52、53中相应的一个径向磁场产生机构配置在真空开关2的真空封壳4内。
[0034]益处尤其在于，在同一真空断流器2内结合径向磁场产生机构(形式为一定数量的螺旋式触头52、53 (图1)，152、153 (图4)，252、253 (图7)或一定数量的杯型构件(例如参见图10的横齿杯352、353))和一定数量的轴向磁场产生机构(例如而不限于,马蹄板组件 54、56 (图1 和 3)，154、156 (图 4 和 6)，254、256 (图 7 和 9)、354、356 (图 10 和 12))两者可有利地改善电流中断能力、呈现出相对较低的电阻并且比较易于构造。更具体地，当提供有这些混合开关组件50 (图1和2)、150 (图4和5)、250 (图7和8)、350 (图10和11)并且起电弧电流相对较低时，混合开关组件50的轴向磁场将电弧维持在扩散模式,从而将起电弧负荷均匀地分布在触头表面上。当起电弧电流在起电弧电流周期内超过预定值并且电弧形成为收缩柱时，混合开关组件50的径向磁场迫使电弧弧柱在触头的周缘周围移动(例如旋转)。换言之，通过用轴向磁场补充径向磁场，电弧不再保持在收缩模式。结果，起电弧负荷有效地散布在大部分的触头表面上，并且能将单个电弧弧柱分成多个较小的电弧弧柱，从而明显地降低了弧根处的瞬时电流密度。这继而可大大减小电弧损伤的强度并改善电流过零之后触头间隙的即时介电恢复。因此，根据所公开的构思的混合开关组件50提供了一种先进的真空断流器2，其不仅能够中断相对较高的电压或相对较高的电流，而且具有相对较高的连续载流能力。
[0035]可参照下文的示例进一步理解所公开的构思的混合开关组件50、150、250、350，将参照图1-12描述这些示例。应当认识到，下文的示例仅仅是为了例述的目的而提供的，而并非意在限制所公开的构思的范围。
[0036]示例I
[0037]真空封壳4可包括绝缘体10以及第一和第二相对端部或端构件12、14。静触头组件6可包括第一轴杆构件16，该第一轴杆构件16延伸穿过第一端部12并且进入真空封壳
4。动触头组件8可包括第二轴杆构件18，该第二轴杆构件18延伸穿过第二端部14并且进入真空封壳4。径向磁场产生机构可包括第一螺旋式触头52和第二螺旋式触头53。第一螺旋式触头52优选配置在第一轴杆构件16上，并且第二螺旋式触头53优选配置在第二轴杆构件18上。第二螺旋式触头53可沿图1的箭头20的方向在所示出的闭合位置和打开位置之间移动。
[0038]示例 2
[0039]如例如在图1和3中所示出的，轴向磁场产生机构可为一定数量的马蹄板组件54、56。第一马蹄板组件54可在第一螺旋式触头52和真空封壳4的第一端部12之间配置在第一轴杆构件16上，并且第二马蹄板组件56可在第二螺旋式触头53和真空封壳4的第二端部14之间配置在第二轴杆构件18上。
[0040]示例 3
[0041]每个螺旋式触头52可具有中心点80、周缘82和从周缘82大致朝中心点80向内延伸的多个槽84。在图2的非限制性的示例性实施例中，螺旋式触头52包括四个槽84，每个槽都具有第一腿部86和相对于第一腿部86大致垂直地延伸的第二腿部88。因此，图2的示例中的螺旋式触头52包括四个瓣部90。应当认识到,螺旋式触头52的结构(包括但不限于其槽84和瓣部90的数量和/或构型)起到控制电弧的径向运动的作用。还应当认识至IJ，螺旋式触头52可具有任何已知的或适当的替换数量和/或构型的这些结构而不会脱离所公开的构思的范围。
[0042]示例 4
[0043]在图5的非限制性的示例性实施例中，螺旋式触头152包括从螺旋式触头152的周缘182大致朝中心点180向内延伸的三个槽184，从而形成三个瓣部190。
[0044]示例5
[0045]在图8的非限制性的示例性实施例中，螺旋式触头252包括从螺旋式触头252的周缘282大致朝中心点280向内延伸的五个槽284，从而形成五个瓣部290。
[0046]示例 6
[0047]第一和第二马蹄板组件54、56可分别包括开口侧58、62和配置成大致与开口侧58,62对向的闭合侧60、64，如图3所示(也参见图6的马蹄板组件154、156，图9的马蹄板组件254、256，和图12的马蹄板组件354、356)。如图3所示(也参见图6、9和12)，第一马蹄板组件54的开口侧58可与第二马蹄板组件56的开口侧62面朝相反方向(例如，相对于第二马蹄板组件56的开口侧62旋转180度)地配置在真空封壳4内。更具体地，如图6所示，各个马蹄板组件154、156优选为大致相同的，并且布置成彼此面对且关于竖直的纵向轴线对称。同样如图6所示(也参见图3、9和12)，马蹄板组件154、156也优选地相对于彼此翻转。S卩，如所示出的，各个板构件(例如，参见图3的马蹄板组件54的板构件66、68、70,72)优选以阶梯样式布置并且尺寸逐渐增大。
[0048]示例7[0049]每个马蹄板组件可包括任何已知的或适当的数量和/或构型的各个板构件。例如而不限于，在图3的非限制性的示例性实施例中，马蹄板组件54包括如所示地以阶梯样式布置的四个板构件66、68、70、72。
[0050]示例8
[0051]例如如图6的非限制性的示例性实施例所示,马蹄板组件154、156可替换地具有多达七个或更多个的板构件166、168、170、172、174、176、178。
[0052]示例 9
[0053]混合开关组件250还可包括适当的数量和构型的凹型构件，例如而不限于第一凹型构件266和第二凹型构件268，如图7中所示出(也参见图8的凹型构件266)。第一凹型构件266可配置在第一螺旋式触头252和第一马蹄板组件254之间，并且第二凹型构件268可配置在第二螺旋式触头253和第二马蹄板组件256之间。如图7中以虚线示出的，第一马蹄板组件254优选地基本上配置在第一凹型构件266内，并且第二马蹄板组件256优选地基本上配置在第二凹型构件268内。
[0054]示例 10
[0055]混合开关组件250还可包括第一触头构件270(图7和8)和第二触头构件272(图7)。第一触头构件270配置在静触头组件206上，并且第二触头构件272配置在动触头组件208上。因此，第二触头构件272可沿图7的箭头220的方向移动成与第一触头构件270发生电接触和脱开电接触。还可参见，例如而不限于，可沿图10的箭头320的方向移动成与第一触头构件370发生电接触和脱开电接触的第二触头构件372。
[0056]示例 U
[0057]应当认识到，径向磁场产生机构可替换地包括杯型构件，例如而不限于横齿杯352、353，如图10所示。每个杯型构件352包括平坦部380、从平坦部380向外延伸的侧壁382和配置于侧壁382中的多个槽384(在图11中最佳地示出)。应当认识到，槽384构造成适当地控制电弧(未示出)的运动(例如，旋转；转动)。还应当认识到，杯型构件(例如，352、353)可具有不同于本文中所示出和所描述的任何已知的或适当的替换数量和/或构型的槽而不会脱离所公开的构思的范围。
[0058]因此，所公开的构思提供了一种混合开关组件50 (图1和2)、150 (图4和5)、250(图7和8)、350 (图10和11)，其采用径向磁场产生机构52、53 (图1和2)，152、153 (图4和5)，252、253 (图7和8)，352、353 (图10和11)与轴向磁场产生机构54、56 (图1和3)，154、156 (图4和6)，254、256 (图7和9)，354、356 (图10和12)的结合来有效地提供不仅能够中断相对较高的电压、相对较高的电流而且具有相对较高的连续载流能力的真空开关
2(图1)。
[0059]虽然已详细地描述了所公开的构思的具体实施例，但本领域技术人员应当认识到可鉴于本公开的全面教导开发出这些细节的各种变型和替代。因此，所公开的特定配置意在仅为例示性的而非限制所公开的构思的范围，该范围将被赋予所附权利要求书及其全部等同方案的充分广度。
【权利要求】
1.一种用于真空开关(2、102、202、302)的混合开关组件(50、150、250、350)，所述真空开关(2、102、202、302)包括真空封壳(4)、部分地位于所述真空封壳(4)内的静触头组件(6、106、206、306)以及部分地位于所述真空封壳(4)内且能在与所述静触头组件(6、106、206、306)电接触的闭合位置和与所述静触头组件(6、106、206、306)隔开的打开位置之间移动的动触头组件(8、108、208、308)，所述混合开关组件(50、150、250、350)包括: 至少一个径向磁场产生机构(52、152、252、352)，其构造成配置在所述真空封壳(4)内；和 一定数量的轴向磁场产生机构(54、56 ；154> 156 ;254、256 ;354、356),每个轴向磁场产生机构都包括铁磁性或亚铁磁性构件，所述铁磁性或亚铁磁性构件构造成邻近所述至少一个径向磁场产生机构(52、152、252、352)中相应的一个径向磁场产生机构配置在所述真空封壳(4)内。
2.根据权利要求1所述的混合开关组件(50)，其中，所述铁磁性或亚铁磁性构件为马蹄板组件(54、56 ;154、156 ;254、256 ;354、356)。
3.根据权利要求2所述的混合开关组件(50、150、250、350)，其中，所述至少一个径向磁场产生机构为至少一个螺旋式触头(52、152、252、352);并且其中所述至少一个螺旋式触头(52、152、252、352)包括大致平坦的构件(52、152、252)，该构件具有中心点(80、180、280)、周缘(82、182、282)和从所述周缘(82、182、282)大致朝所述中心点(80、180、280)向内延伸的多个槽(84、184、284)。
4.根据权利要求3所述的混合开关组件(50)，其中，所述真空封壳(4)包括绝缘体(10)以及第一端部(12)和配置成与所述第一端部(12)相对和远离的第二端部(14);其中所述静触头组件(6、106、206、306)包括延伸穿过所述第一端部(12)且进入所述真空封壳(4)的第一轴杆构件(16、116、216、316);其中所述动触头组件(8、108、208、308)包括延伸穿过所述第二端部(14)且进入所述真空封壳(4)的第二轴杆构件(18、118、218、318);其中所述至少一个螺旋式触头为第一螺旋式触头(52、152、252、352)和第二螺旋式触头(53、153、253、353);其中所述第一螺旋式触头(52、152、252、352)构造成配置在所述第一轴杆构件(16、116、216、316)上；并且其中所述第二螺旋式触头(53、153、253、353)构造成配置在所述第二轴杆构件(18、118、218、318)上。
5.根据权利要求4所述的混合开关组件(50、150、250)，其中，所述一定数量的轴向磁场产生机构为第一马蹄板组件(54、154、254)和第二马蹄板组件(56、156、256);其中所述第一马蹄板组件(54、154、254)构造成在所述第一螺旋式触头(52、152、252)和所述真空封壳(4)的所述第一端部(12)之间配置在所述第一轴杆构件(16、116、216)上；并且其中所述第二马蹄板组件(56、156、256)构造成在所述第二螺旋式触头(53、153、253)和所述真空封壳(4)的所述第二端部(14)之间配置在所述第二轴杆构件(18、118、218)上。
6.根据权利要求5所述的混合开关组件(50)，其中，所述第一马蹄板组件(54)和所述第二马蹄板组件(56)均包括开口侧(58、60)和闭合侧(62、64);并且其中所述第一马蹄板组件(54)的开口侧(58)与所述第二马蹄板组件(56)的开口侧(60)面朝相反的方向。
7.根据权利要求5所述的混合开关组件(250)，还包括第一凹型构件(266)和第二凹型构件(268);其中所述第一凹型构件(266)配置在所述第一螺旋式触头(252)和所述第一马蹄板组件(254 )之间；并且其中所述第二凹型构件(268 )配置在所述第二螺旋式触头(253 )和所述第二马蹄板组件(256)之间。
8.根据权利要求7所述的混合开关组件(50)，其中，所述第一马蹄板组件(254)基本上配置在所述第一凹型构件(266)内；并且其中所述第二马蹄板组件(256)基本上配置在所述第二凹型构件(268)内。
9.根据权利要求2所述的混合开关组件(250、350)，还包括第一触头构件(270、370)和第二触头构件(272、372);其中所述第一触头构件(270、370)构造成配置在所述静触头组件(206、306)上；其中所述第二触头构件(272、372)构造成配置在所述动触头组件(208、308)上；并且其中所述第二触头构件(272、372)能移动成与所述第一触头构件(270、370)发生电接触和脱开电接触。
10.根据权利要求2所述的混合开关组件(350)，其中，所述至少一个径向磁场产生机构为至少一个杯型构件(352、353);并且其中所述至少一个杯型构件(352)包括平坦部(380)、从所述平坦部(380)向外延伸的侧壁(382)和配置在所述侧壁(382)中的多个槽(384)。
11.一种真空开关装置(2)，包括: 真空封壳(4); 静触头组件(6、106、206、306)，其部分地位于所述真空封壳(4)内； 动触头组件(8、108、208、308)，其部分地位于所述真空封壳(4)内且能在与所述静触头组件(6、106、206、306 )电接触的闭合位置和与所述静触头组件(6、106、206、306)隔开的打开位置之间移动；和 根据权利要求1至10中任一项所述的混合开关组件(50、150、250、350)。
【文档编号】H01H33/664GK103843097SQ201280047787
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年7月18日 优先权日:2011年9月28日
【发明者】李王培, S·D·梅奥, M·洛伊森坎普, 叶少杰 申请人:伊顿公司