接觸件有槽的電氣開關設備的製作方法
2023-05-26 01:26:31 1
專利名稱：接觸件有槽的電氣開關設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電氣開關設備，特別涉及裝備有至少一對可分開接觸件的開關，其包括第一狹長接觸件和第二接觸件，所述第一狹長接觸件限定了縱向軸和第一、二端部，並具有與第一端位於同一側的接觸區，和與第二端位於同一側的電連接區，所述第二接觸件也具有接觸區；這對接觸件能夠處於閉合位置和打開位置，在閉合位置上兩接觸件經過各自的接觸區彼此接觸，而在打開位置上兩個接觸件彼此分開；其開啟運動是這樣進行的，即當兩個接觸件發生分離時，第二接觸件的接觸區相對於第一接觸件的速度具有沿垂直於第一接觸件縱向軸的軸線的主分量。
這種類型的傳統設備在
圖1中被舉例示出。該設備的電極10包括動接觸件12，靜接觸件14和具有分離器18的滅弧室16。靜接觸件14包括接觸區20和連接區22。類似的，動接觸件14包括接觸區24和連接區26。兩個接觸件是狹長的，並且彼此放置在對方的延長位置上，使得在閉合位置時在兩個連接區之間流過的電流線28基本上是無迴路的。當發生斷開時，動接觸件沿著大致垂直於開啟之前的電流線方向的方向30運動，使得在接觸區之間於最後接觸點A，B位置產生的電弧32根據方向34，36趨向兩接觸件的端部(在A』和B』)逃逸。具體說，電弧23的根部在與滅弧室16相反的方向34上被引向A』。該運動不利於電弧進入滅弧室16。在傳統的電氣開關裝置中，在開啟開始時由電弧產生的電離足以沿兩接觸件之間的小距離線產生新的電弧擊穿。該電極的幾何形狀使得該線的位置接近滅弧室並且經過動接觸件12的自由端B』，從而在第一電弧消失時，新的電弧在動接觸件12的自由端中延伸。
當要求的性能較低時，過載電流低於例如6 In，In為額定電流，該打開狀態是令人滿意的。但在尋求更高的性能時，例如要求過載電流達到8 In或者要求在過載下的閉合和打開循環，這種工作模式就不再合適了。這種裝置的斷開時間實際上較長，並且當過載電流較高時，在接觸件端部的電弧的駐止會引起接觸區的過度燒蝕。
另外，還已知可以通過採用U形的靜接觸件將電弧引向滅弧室。但是，這種通常用於電路斷路器的結構會造成尺寸過大。
本發明的首要目的在於在不明顯增加尺寸的前提下以較低成本克服上述技術中的缺陷。具體說，本發明的目的是改進開關裝置設備，即開關，從而限制電弧的根部朝向一個接觸件之端部的運動。
根據本發明，上述目的是這樣實現的，即提供一種電氣開關設備，具體說是電氣開關，裝備有至少一對可分開的接觸件，其包括第一狹長接觸件和第二接觸件，所述第一狹長接觸件限定了縱向軸和第一、二端部，並具有與第一端位於同一側的接觸區，與第二端位於同一側的電連接區，所述第二接觸件也具有接觸區；這對接觸件能夠處於閉合位置和打開位置，在閉合位置上兩接觸件經過各自的接觸區彼此接觸，而在打開位置上兩個接觸件彼此分開；其開啟運動是這樣進行的，即當兩個接觸件發生分離時，第二接觸件的接觸區相對於第一接觸件的速度具有沿垂直於第一接觸件縱向軸的軸線的主分量，其特徵在於，第一接觸件包括布置在其接觸區和其連接區之間、並靠近接觸區的槽，所述槽開口的一側與在打開位置時第一接觸件的朝向第二接觸件接觸區的一側相同。
當接觸件處於閉合位置，電流線在第一接觸件的材料中基本上沿其縱向傳導。當發生打開時，在兩接觸件之間的有效接觸表面趨於在打開的方向運動，電流線被強迫環繞所述槽並沿基本平行於槽的位於接觸區所在一側的側面流動。在接觸件發生分離的那一時刻，在第一接觸件中的電流線相對穩定，使得電弧的根部並不趨向接觸件的自由端運動。由於電弧頭部會與前述現有技術中同樣的方式朝向第二接觸件端部的運動，則電弧整體地移離第一接觸件的自由端。
槽開口在與第一接觸件相同的一側，位於打開位置時第二接觸件接觸區所在的位置。槽的深度必須足夠大，以將電場線明顯地彎曲。而且，槽深度又不能過大，從而使剩餘的材料厚度足夠，而不致在短路電流流過接觸件中時引起破壞性的過熱。槽的深度在第一接觸件的總厚度的1/3至2/3之間，所述厚度是沿垂直於縱向軸的所述軸線測量的，並且在該方向上開啟運動具有主分量。在實踐中，當槽深約為第一接觸件總厚度的一半時取得了良好的效果。
槽的側面可以是平行的或者錐形的，二等分槽的中線或多或少地相對於第一接觸件的縱向軸傾斜。具體地說，槽在接觸件的深度上以成小角度的方向延伸，所述角度在-45°至+45°之間，且所述軸線垂直於第一接觸件的縱向軸。
槽的寬度，即槽邊緣分開的距離必須足夠大以避免熔融的金屬液滴部分地阻斷該槽並形成橋接。因此較優選的是，設計槽的寬度大於1mm。
根據本發明的一個實施例，槽具有這樣的寬度，即當接觸件處於打開位置時，在接觸區之間延伸的電弧能夠從槽的一個邊緣躍到另一個邊緣。這就意味著應根據設備的性能確定一個最大的寬度。
根據本發明的一個實施例，槽通過大致沿第一接觸件的縱向軸的延伸的空腔而在第一接觸件的內側延伸。
根據本發明的一個實施例，其還包括靠近槽布置的鐵磁接地，設計用來促進在接觸區之間延伸的電弧從位於接觸區所處一側的槽邊緣躍到槽的另一邊緣。該鐵磁接地可以由穿越槽長度方向的螺釘構成，該螺釘具有能夠引起所需效果的頭部尺寸。
第一接觸件相對於設備的殼體是靜止的，而第二接觸件相對於該殼體是運動的。但是也可以為可動接觸件。根據一個具體的實施例，可以是能夠在兩個靜接觸件之間建立接觸的橋接接觸，在這種情況下，第一接觸件的連接區本身是帶有一個靜接觸件的接觸區。
該設備還包括具有分離器的滅弧室0，其以下述方式布置，即在接觸件的打開位置，所述滅弧室位於由垂直於第一接觸件的縱向軸的平面限定的一半空間中，並處於第一接觸件的兩端之間，所述一半空間不包含第一接觸件的第一端。根據一個實施例，分離器為U形，分離器的中間部具有與第一接觸件接觸區相對的槽邊緣位置靠近的邊緣。
通過下列參照附圖對作為非限制性實例給出的本發明的不同實施例進行的詳細描述，本發明的其它優點和特徵將更為顯明。附圖中圖1示出了現有技術中的開關的一個電極；圖2是根據本發明第一實施例的開關的俯視圖，示出了接觸件和滅弧室；圖3是根據本發明第一實施例的開關的接觸件的透視圖；圖4示出了根據本發明第一實施例的開關的一個電極，該電極出於打開狀態；
圖5是根據本發明第二實施例的開關的一個電極；圖6是根據本發明第三實施例的開關的一個電極；圖7是根據本發明第四實施例的開關的一個電極。
參見圖2至圖4，四電極開關40包括在由合成材料模製的箱體的隔室中一個挨一個布置的四個電極42，44，46，48。這些電極都是相同的，各包括連接到線側電路並構成靜接觸件的線側固定連接條50、連接到負載側電路並構成靜接觸件的負載側固定連接條52、橋接動接觸件54和兩個滅弧室56，58。動接觸件54以可圍繞垂直於圖2平面的旋轉軸60轉動的方式安裝。電極的結構關於旋轉軸60對稱，因此對於半個電極的描述就足以代表整個電極。
不同電極的動接觸件都是通過普通的運動連接系統而機械連接到其本身已知但未示出的操縱機構上，從而操縱機構的單個操縱構件的操作就可以同時實現開關的四個電極的動接觸件的轉動。
如圖3所示，橋接動接觸件54包括由塑料材料製成的傳統形式的轉動支撐62，該支撐62包括兩個從一側向另一側徑向穿透的空腔64，66，每個空腔中能夠插入金屬橋接指銷68，70和構成恢復彈簧的柔性片72，74。每個指銷68，70能夠平行於支撐62的轉動旋轉軸60作輕微地移動，並相對於支撐62圍繞大致垂直於支撐的轉動軸線同時垂直於指銷的假想的幾何軸線作輕微的樞軸轉動，彈簧片72，74持久地迫使兩個指銷68，70彼此相向地向靜止位置運動。
兩個指銷是相同的。每個指銷相對於包含旋轉軸60的中間平面對稱。在其每一個端部上，指銷包括凸起的接觸區，該接觸區被設置成朝向另一個指銷。
每個靜接觸件由狹長的金屬部分形成，包括與一個端部位於相同一側、設計用來與電路相連接並構成了電連接區的孔80，以及與另一個端部位於同一側、為刀片形式的接觸區82。槽84將接觸區82從包括連接區80的部分局部地分開。接觸件50上與槽84相對的剩餘材料的厚度足夠大，允許有10 In的電流流過且時間長達20秒而不發生破壞性的過熱。在該實施例中，槽84的深度約為接觸件的厚度的一半。槽84產生了與接觸區82處於同一側的側面85、與連接區位於同一側的側面86(如圖2所示)以及方向朝向將由開啟動作所引發電弧設計引向的區域，即朝向滅弧室56的開口。
構成金屬接地的螺釘88被插入到槽的底部。
靜接觸件50的接觸區82在靜接觸件的兩個側面上延伸，並構成了設計用來與動接觸件的指銷68，70的對應接觸區76相接觸的區域。一對指銷68，70的各個端部形成了一個夾持裝置，在圖3中的閉合位置時，該夾持裝置夾持對應靜接觸件的刀片形式的接觸區82。
如圖2所示，滅弧室56，58是類似的，各包括傳統形式的大致平行於對應靜接觸件布置的兩個分離器90。分離器90為允許動接觸件的指銷68，70的對應端部穿過的U形，並具有中間部分92和兩個側枝94。
下面，參照動接觸件54和靜接觸件50之間的分離描述機構的開啟，很容易理解的是，動接觸件54和另一個靜接觸件52的分離是同時發生的。所述開啟是按下述方式進行的。
閉合位置構成的靜接觸件的縱軸100穿過連接區80和在靜接觸件50與指銷68，70之間構成有效接觸面的接觸區82。該軸線以一定方式構成了靜接觸件的縱軸中心線。在構成該靜接觸件的材料中的電流線基本上沿著該軸線100從連接區直接流向有效接觸面。槽84並未對電流線構成明顯的障礙。
當開啟機構引起旋轉軸62在開啟方向120向著圖4的打開位置轉動時，指銷68，70沿著刀片形式的接觸區82滑動，並通過兩個彈簧片72，74的作用而彼此相向地運動。在指銷從靜接觸件50完全分離之前，刀片82和每個指銷之間的有效接觸面迅速向著刀片82的後側運動。
旋轉軸60從軸100遠離，由此當電極發生打開時，動接觸件的接觸區的起始速度矢量具有沿著縱軸100的較大分量。但是，在接觸件發生分離的時刻，動接觸件已經走過了大約15°的行程，於是動接觸件的接觸區的速度矢量在接觸件發生分離時刻於垂直於縱軸100的方向102上具有主分量。
在開啟運動開始和接觸件發生分離的時刻之間，靜接觸件的材料中的電流線以跟隨有效接觸面的運動的方式被引導。這些電流線彎曲並形成L形以繞過所述槽，並且被引導成大致平行於與接觸區82位於同一側的槽側面。
在靜接觸件50和動接觸件54的最後的接觸點之間產生電弧。在此刻，靜接觸件50的材料中的電流線與槽84的與接觸區82位於同一側的側面85大致平行。這個結果進一步強度了，槽84的深度越深，則最後接觸點越接近槽84的邊緣。
由於電流線具有這種取向，使得電弧的根部不再趨向於從靜接觸件50的自由端部移開。電弧頭部向著動接觸件54之指銷68，70的端部的遷移，連同由電弧產生的電離，使得電弧在槽84的側面85的邊緣附近穩定，隨後使電弧向著滅弧室遷移。
該電弧躍遷是因存在螺釘形成的鐵磁接地的磁效應而促成的，該螺釘頭被相應地校準。
從尺寸角度來看，與一定經驗準則相一致似乎能促進開關裝置設備的最優操作。如果目的只是實現在滅弧室附近於槽84的側面85的邊緣上的電弧根部的迅速穩定，則槽應布置在滅弧室的下方，如圖2至4所示，朝向分離器90的中間部92，離動接觸件54的自由端相對較遠。
槽的形狀可根據接觸件構型而發生相當大的變化。圖5示出了槽的其它可能的取向。圖6示出了一個通過縱向取向的空腔96而向靜接觸件的內側延伸的槽84。
如果要求電弧的根部進一步從接觸區移開，並避免任何電弧根部向著接觸區返回的危險，則促成從側面85的邊緣到側面86的邊緣的電弧躍遷是十分有效的。為了做到這一點，動接觸件54的指銷68，70的自由端的有利位置是，在開啟開始的時刻，處於與接觸區82位於同一側的槽84之側面85的邊緣的高度上。與動接觸件54相對的分離器90的中間部92的邊緣最好位於槽的另一邊緣的高度上。這種布置如圖7所示，圖7示出了側面85，86並不平行的錐形的槽84。位於與接觸區82相對一側的邊緣表示為一個銳邊，設計用來在發生電弧躍遷之後容納電弧根部。大頭的螺釘或者鐵磁接地88放置在槽的獨立的孔中，處於使得磁效應最大化的設計位置。電流線實際上趨於圍繞鐵磁接地，或者在槽的下方、或者選取最近的路線向與接觸區相對的槽的銳邊流動。在銳邊一發生電弧跳火，則電磁接地就可避免在靜接觸件的接觸區所處的一側發生電弧再觸發。
顯然，本發明並不限於上述實施例。具體說，應該注意到，這種槽的效果與動接觸件的運動系統無關，即本發明的教導不但可以應用於平動的接觸件，而且還可用於轉動的接觸件。事實是，在本發明的第一實施例中，動接觸件是橋接的，但這並非是限定性的。
金屬接地並非總是必要的，如果需要可以省去螺釘。
接觸件並非必須是刀片夾持形式的，本發明還可以應用於其它類型的接觸件。
本發明不但可應用於開關，而且可用於其它電氣開關設備，具體說電路斷路器。
在上述實施例中，設有槽的靜接觸件是從銅板切出的。或者，可以通過模鑄製造該零件，在這種情況下，槽是通過擠壓材料得到的。這種處理使得銅零件上朝向槽的垂直於圖2平面的方向上的截面增加，該零件的側面呈凸起形狀。這種形狀限制了焦耳效應產生的熱。
權利要求
1.一種電氣開關設備(40)，具體說是電氣開關，裝備有至少一對可分開的接觸件(50，54)，其包括第一狹長接觸件(50)和第二接觸件(54)，所述第一狹長接觸件(50)限定了縱向軸(100)和第一、二端部，並具有與第一端位於同一側的接觸區(82)，與第二端位於同一側的電連接區(80)，所述第二接觸件(54)也具有接觸區(76)；這對接觸件(50，54)能夠處於閉合位置和打開位置，在閉合位置上兩接觸件(50，54)經過各自的接觸區(82，76)彼此接觸，而在打開位置上兩個接觸件(50，54)彼此分開；其開啟運動是這樣進行的，即當兩個接觸件(50，54)發生分離時，第二接觸件(54)的接觸區(76)相對於第一接觸件(50)的速度具有沿垂直於第一接觸件縱向軸(100)的軸線(102)的主分量，其特徵在於，第一接觸件包括布置在其接觸區(82)和其連接區(80)之間、並靠近接觸區(82)的槽(84)，所述槽(84)開口的一側與在打開位置時第一接觸件(50)朝向第二接觸件(54)的接觸區(76)的一側相同。
2.根據權利要求1所述的電氣開關設備，其特徵在於，槽(84)的深度佔第一接觸件(50)的總厚度的1/3至2/3之間，所述厚度是沿垂直與縱向軸(100)的所述軸線(102)測量的，並且在該方向上開啟運動具有主分量。
3.根據前述任一項權利要求所述的電氣開關設備，其特徵在於，所述槽(84)在接觸件的深度上以成小角度的方向延伸，所述角度在-45°至+45°之間，且所述軸線(102)垂直於第一接觸件(50)的縱向軸(100)。
4.根據前述任一項權利要求所述的電氣開關設備，其特徵在於，所述槽(84)的寬度大於1mm。
5.根據前述任一項權利要求所述的電氣開關設備，其特徵在於，所述槽(84)具有這樣的寬度，即當接觸件(50，54)處於打開位置時，在接觸區(82，76)之間延伸的電弧能夠從槽(84)的一個邊緣躍遷到另一個邊緣。
6.根據前述任一項權利要求所述的電氣開關設備，其特徵在於，所述槽(84)通過大致沿第一接觸件的縱向軸(100)的延伸的空腔(96)而在第一接觸件(50)內延伸。
7.根據前述任一項權利要求所述的電氣開關設備，其特徵在於，還包括靠近槽(84)布置的鐵磁接地(88)，設計用來促進在接觸區(82，76)之間延伸的電弧從位於接觸區所處一側的槽(84)邊緣躍遷到槽的另一邊緣。
8.根據前述任一項權利要求所述的電氣開關設備，其特徵在於，第一接觸件(50)相對於設備的殼體是靜止的，而第二接觸件(54)相對於該殼體是運動的。
9.根據前述任一項權利要求所述的電氣開關設備，其特徵在於，另外還包括具有分離器(90)的滅弧室(56)，其以下述方式布置，即在接觸件(50，54)的打開位置，所述滅弧室(56)位於由垂直於第一接觸件的縱向軸(100)的平面限定的一半空間中，並處於第一接觸件(50)的兩端之間，所述一半空間不包含第一接觸件(50)的第一端。
10.根據權利要求8所述的電氣開關設備，其特徵在於，所述分離器(90)為U形，分離器的中間部具有與第一接觸件接觸區相對的槽邊緣位置靠近的邊緣。
全文摘要
開關40包括狹長靜接觸件50和在打開位置和閉合位置之間運動的動接觸件54。接觸件50的接觸區82被槽84從電連接區80分開,所述槽84的開口朝向在打開位置時動接觸件54的所處位置。槽84的深度足夠大,使得在發生打開時,穿流過接觸件的電流線呈曲線,並大致平行於槽的側面85。這種設計能夠避免電弧的根部被引導相接觸件50的自由端而遠離滅弧室90。
文檔編號H01H9/44GK1258924SQ9912740
公開日2000年7月5日 申請日期1999年12月29日 優先權日1998年12月30日
發明者米歇爾·福裡, 弗蘭科伊斯·賽羅裡, 瑟奇·特彭德 申請人:施耐德電器工業公司