專利名稱：真空開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在真空開關(guān)裝置，例如真空斷續(xù)器，或真空開關(guān)中的改進(jìn)。
真空開關(guān)裝置適合于接通或關(guān)斷大電流已經(jīng)知道許多年了。已經(jīng)推薦了各種各樣的電極設(shè)計(jì)，它們接合或者分開來接通或關(guān)斷電流。各種各樣電極設(shè)計(jì)的例子可以在EP 0349303，DE 3915519和DE3610241中看到。
然而，已知的開關(guān)裝置未必象可以希望的那樣制造方便和當(dāng)電極分開時(shí)滅弧有效。
按照本發(fā)明，在真空開關(guān)裝置中，包括一個(gè)抽真空的外殼，該抽真空的外殼包括一個(gè)絕緣的圓筒，一個(gè)固定的接觸電極和一個(gè)活動(dòng)的接觸電極，它們都安裝在外殼的內(nèi)部，兩種電極適合于接合或者分開來閉合或斷開電路，斷續(xù)器連接在電路中，并且至少其中一個(gè)電極包括一個(gè)線圈限定裝置，該裝置在使用時(shí)，適合于產(chǎn)生磁場，以便當(dāng)電極分開時(shí)控制電弧的形成，每個(gè)電極都具有一個(gè)適合于在接合狀態(tài)時(shí)接觸另一個(gè)電極的端面，其中至少一個(gè)電極在端面區(qū)具有一個(gè)跨過電極軸線的低電阻的電流路徑。
按照本發(fā)明所述的裝置，應(yīng)該能使電弧更好的擴(kuò)散，同時(shí)造成對特定尺寸的開關(guān)裝置中斷更高的電流；裝置應(yīng)變得更有效。確實(shí)，在效率上的增加大于從理論模型所預(yù)期的情況。
業(yè)內(nèi)人士將會(huì)理解，已知的開關(guān)裝置的電路橫向于電極在端面區(qū)中的軸線。然而，這類已知的裝置沒有低阻電路?，F(xiàn)有技術(shù)的裝置中，電流路徑提供一個(gè)高的電阻，但因?yàn)檫@是電流能流過的唯一路徑，所以未考慮它具有高電阻的重要性。
此處打算把所用的術(shù)語“低電阻”認(rèn)為是能比現(xiàn)有技術(shù)的電極更好的承受端面中心區(qū)處電弧的有意義路徑，并且或許可以意思是指具有與標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)體，如銅，銀等基本上相同的電阻率。在現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，電流路徑由諸如CuCr、WC-Ag、或WCu等這類混合物材料提供，它們都具有比銅或銀高的電阻率。低電阻的一種可供選擇的定義是具有在20℃時(shí)測得基本上不大于40納歐-米(nΩm)的電阻率?？晒┻x擇地電阻率可以基本上是30nΩm或更低，或?qū)嶋H基本上是20或15nΩm或更低(全都在20℃時(shí)測得)。
低阻電路可以由一塊安裝在端面區(qū)中的低阻材料的板件構(gòu)成。該板件可以是平面的或者可以不是平面的。板件可以安裝在一管狀元件上，該管狀元件也是電極的其中一部分。
在一可供選擇的實(shí)施例中，低阻電路可以由一杯件的底座構(gòu)成。很顯然，杯件的壁具有與板件安裝于其上的管狀元件相同的功能。對本說明書的剩下部分，術(shù)語管狀元件應(yīng)理解成意思是指一個(gè)杯件及一個(gè)管狀元件的壁。另外，在采用術(shù)語板件的地方，這應(yīng)理解成意思是指一個(gè)杯件的底座區(qū)，或者一個(gè)獨(dú)立的板件。
板件和杯件二者的實(shí)施例提供一種用于形成一個(gè)電極的簡單而方便的結(jié)構(gòu)。
通常在管狀元件中設(shè)置若干狹縫，同時(shí)將電流路徑限定在管狀元件內(nèi)部。圍繞管狀元件的周邊可以設(shè)置范圍在2-30個(gè)之間的狹縫。并且這些狹縫優(yōu)選的是等間距的。
線圈限定裝置可以通過管狀元件中的狹縫構(gòu)成。
最好，各狹縫基本上沿整個(gè)管狀元件的長度延伸。這對磁場的提供良好控制，該磁場是由流過開關(guān)裝置的電流產(chǎn)生的。各狹縫可以不到管狀元件與端面相對的末端區(qū)域處的端壁便停止，在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，各狹縫可以在管狀元件與端面相對的末端區(qū)域處延伸到端壁中。
極件可以含有一個(gè)凹槽。也許，在凹槽內(nèi)可以設(shè)置一個(gè)適合接觸另一個(gè)電極上相同元件的接觸元件。接觸元件的優(yōu)點(diǎn)在于它能用具有比低阻板材性能更合適的材料制造。接觸元件可以用一種銅鉻(Cu-Cr)混合物制造，也許用一種碳化鎢-銀(WC-Ag)混合物，或者也許用一種鎢銅(WCu)混合物制造。業(yè)內(nèi)人士會(huì)將理解其它的材料也適用；并且該接觸元件的材料選擇，受該方法的影響很大，在該方法中在開關(guān)裝置斷開期間它影響形成的電弧。不同的金屬排放出不同的蒸汽，為電弧提供不同的離子。
管狀元件上的狹縫可以延長到端面區(qū)中的低阻電路上。狹縫以這種方式延長的優(yōu)點(diǎn)是在端面區(qū)域內(nèi)部的渦流可以控制，并且它們的不利作用減少。
業(yè)內(nèi)人士將理解，低阻電路中的狹縫設(shè)計(jì)具有大的設(shè)計(jì)自由度，這樣由流過這條路徑的電流所產(chǎn)生的電場可以用許多種方法控制。電阻電流路徑中的狹縫可以設(shè)計(jì)成幫助中斷電流，因而使電流能象在管狀元件內(nèi)部一樣基本上朝同一方向流過低阻電路?？晒┻x擇地，低阻電路中的狹縫可以這樣定向，以致使電流基本上朝與管狀部分中電流流動(dòng)相反的方向上流動(dòng)。
在低阻電路內(nèi)部電流流動(dòng)的方向，影響由電流流過線圈限定裝置所形成的磁場性質(zhì)。不希望在低阻電路的內(nèi)部形成渦流，因?yàn)闇u流的分量可以產(chǎn)生一個(gè)與所希望方向相反的磁場，并因此將使裝置的性能下降。因此，希望減少形成渦流。
板件中的狹縫延伸到其中形成的任何凹槽中也行，不延伸到上述凹槽中也行。
電極可以由導(dǎo)電元件支承，該導(dǎo)電元件適合于連接電路，在該電路中將裝置連接到電極上。
最好在低阻電路和導(dǎo)電元件之間設(shè)置一個(gè)隔離層。優(yōu)選的是至少上述隔離層的其中一部分用一種構(gòu)成高阻電流路徑的材料制造。隔離層元件可以用一種基本上全部構(gòu)成高電阻的材料制造。要求高電阻保證除了通過管狀部分之外在端面和導(dǎo)電元件之間無低阻電流(注意除了隔離層之外可以提供絕緣部分，或者隔離層可以用絕緣材料制造，或者其中一部分隔離層用絕緣材料制造)。隔離層的優(yōu)點(diǎn)是接觸電極的機(jī)械強(qiáng)度增加；端面，及管狀元件中狹縫的存在降低機(jī)械強(qiáng)度，并且這可能需要補(bǔ)償。
隔離層可以是管件，可以是其上具有至少一個(gè)端面的管件(亦即一種杯形裝置)，或者可以是一個(gè)標(biāo)件和圓盤裝置，或者可以是實(shí)心體。
隔離層可以釬焊在合適位置或者可以焊接在合適位置。因此，接觸電機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度可以進(jìn)一步增加。
隔離層可以用下列材料(不過這個(gè)清單不打算十分詳盡)其中之一制造不銹鋼，耐火材料，陶瓷，或任何其它具有比較高電阻率的復(fù)合材料。
隔離層在20℃時(shí)可以有基本上超過100nΩm的電阻率。
管狀元件和板件可以是用一塊材料制造的獨(dú)一部件。管狀元件可以通過釬焊固定到導(dǎo)電元件上。然而業(yè)內(nèi)人士將理解，任何其它的將管狀元件固定到導(dǎo)電元件上的手段都可以用。
在一可供選擇的實(shí)施例中，板件可以是固定到管狀元件上的獨(dú)立部件。當(dāng)然，任何合適的方法都可以用來將端面固定到管狀元件上，不過釬焊可能是優(yōu)選的。
板件可以用銅或銅合金制造。另外，管狀元件也可以用銅或銅合金制造。所用的任何銅都可以是無氧高導(dǎo)電率的銅(OF HC銅)。
在板件的中央?yún)^(qū)處可以設(shè)有一個(gè)孔，同時(shí)為更方便制造板件和/或杯件做準(zhǔn)備。例如，當(dāng)板件或杯件加工時(shí)，孔可以使杯件能保持在機(jī)器中。
孔可以基本上是板件直徑的10％(不過其它的直徑也可以，并且也許下列直徑的其中之一可能都適合20％，30％，40％，50％)。
另外，可以在接觸元件的中央?yún)^(qū)域處，設(shè)有一孔該孔可具有有關(guān)板件中的孔所述的尺寸，并具有類似的優(yōu)點(diǎn)。
接觸元件可以是比管狀部分的直徑大?？晒┻x擇地，接觸元件可以是基本上與管狀部分相同的直徑，或者可以是較小的直徑。
現(xiàn)在，只是作為例子參照附圖接著說明本發(fā)明，其中

圖1示出穿過真空開關(guān)裝置的示意剖視圖；圖2示出穿過現(xiàn)有技術(shù)電極的示意局部剖視圖；圖3示出穿過按照本發(fā)明所述一個(gè)電極的局部剖視圖；圖4a-c示出圖3所示電極的各種布置；和圖5示出與現(xiàn)有技術(shù)斷續(xù)器相比按照本發(fā)明所述斷續(xù)器的中斷能力。
圖1中示出用于真空斷續(xù)器的典型配置，其中一個(gè)抽真空的外殼11包括一個(gè)絕緣圓筒1，同時(shí)金屬端板2，3接合在絕緣圓筒1相對的兩端上。在圓筒1的內(nèi)部，設(shè)置一個(gè)固定接觸元件7和一個(gè)活動(dòng)接觸元件9。其中每個(gè)接觸元件7，9在末端部分處都具有一個(gè)電極裝置，電極裝置各包括一個(gè)線圈形成裝置6，8和一個(gè)接觸元件13，14。
圖2示出一個(gè)按照現(xiàn)有技術(shù)所述的電極16，其中一個(gè)線圈形成裝置18在導(dǎo)電元件20上整體式形成。線圈形成裝置18包括一個(gè)帶槽的杯形，其中杯形元件的敞形端部分在導(dǎo)電元件20的對面。槽22設(shè)置在杯壁的內(nèi)部。接觸元件24設(shè)置在杯件敞開的末端部分(在電極的端面處)上，并適合接觸另一個(gè)接觸件上相同的元件。接觸元件24用CuCr制造，并因此而提供高電流的路徑。
圖3示出按照本發(fā)明所述的電極30，其中導(dǎo)電元件32支承一個(gè)管狀元件34。導(dǎo)電元件32包括一個(gè)桿件部分36和一個(gè)擴(kuò)展部分38，該擴(kuò)展部分38具有一個(gè)從桿件36的直徑到管狀元件34的直徑不斷增加的直徑。桿件部分36和擴(kuò)展部分38可以用同一塊材料制造。
管狀元件34包括一個(gè)圓筒形的管狀部分40，該管狀部分40在其第一端44處具有一板件42。管狀元件40在這個(gè)例子中是通過釬焊固定到導(dǎo)電元件32的擴(kuò)展部分38上。
在管狀部分40和板件42中，設(shè)置了許多個(gè)狹縫46，不過在圖3中可以看到唯一一個(gè)這樣的狹縫。狹縫46穿過管狀部分40和板件42二者的壁。
隔離層48包括一個(gè)圓筒形管，該隔離層48同軸式設(shè)置在管狀元件34的內(nèi)部。隔離層48的長度是這樣的，即它接觸擴(kuò)展部分38和板件42二者，并因此提供用于板件42和管狀元件34的機(jī)械支承。在這個(gè)例子中，隔離層48是在適當(dāng)位置處釬焊到擴(kuò)展部分38上并用不銹鋼制造，因此而保證它不在擴(kuò)展部分38和板件42之間提供低阻電路。盡管電流可以流過隔離層，但大部分電流可以通過管狀元件34流過低阻電路。
板件42在中央部分50處形成一個(gè)孔50，該孔50有利于板件或者板件和管狀元件組合件的制造工藝。另外在板件42內(nèi)部的是一個(gè)凹槽52，該凹槽52安放一個(gè)具有互補(bǔ)尺寸的接觸元件54。接觸元件54用CuCr制造，該CuCr提供一種具有合適性質(zhì)的蒸汽，用于在斷開接觸件時(shí)形成電弧。接觸元件54跨越至少50％的區(qū)域與板件42處于密切接觸。
正如在圖4中可以看到的，管狀元件34中的狹縫46延續(xù)到板件42中。然而，如圖4a-c所示，狹縫46在板件42中的方向可以變動(dòng)，以便改變軸向磁場的性質(zhì)，該磁場由電流流過管狀元件34和板件42產(chǎn)生。
在圖4a中，板件42中的狹縫在第一方向上示出，其中使板件42中的電流一般在和管狀元件34相同的方向上流動(dòng)。在圖4b中，板件42中的狹縫是徑向上的，而在圖4c中，狹縫在第二方向上示出，其中使板件42中的電流，在一般與管狀件34中的流動(dòng)相反的方向上流動(dòng)。板件42中的狹縫還有助于防止在板件42中流動(dòng)的渦流，該渦流可以減少所希望的磁場。
在使用時(shí)，圖1中的固定接觸件7和活動(dòng)接觸件9具有一種如圖3所示的配置。當(dāng)電流流過斷續(xù)器時(shí)，兩個(gè)接觸件的接觸元件54將接合。當(dāng)希望中斷電流流動(dòng)時(shí)。將活動(dòng)接觸件9與固定接觸件7拉開，并因此形成電弧，為了支承電弧，電流經(jīng)過導(dǎo)電元件32，經(jīng)過管狀元件34，經(jīng)過板件42流入接觸元件54，而在另一個(gè)電極中朝相反方向流經(jīng)這條路徑。
當(dāng)電流流經(jīng)管狀元件34時(shí)，它被狹縫46強(qiáng)迫成螺旋形流動(dòng)，因此有效地流經(jīng)一個(gè)線圈。這種螺旋形電流流動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)磁場，該磁場往往會(huì)使電弧擴(kuò)散，因此使電弧的能量散布在接觸元件54的整個(gè)表面上，從而防止過熱。低阻電路(經(jīng)過板件42)的優(yōu)點(diǎn)是電流可以跨過整個(gè)端面區(qū)域流動(dòng)，以便朝接觸元件54的中心區(qū)域送進(jìn)電弧。這種幾何形狀提供減小的接觸電阻，并因此當(dāng)裝置在使用時(shí)處于閉合位置時(shí)耗費(fèi)較小的能量。
跨越整個(gè)接觸元件使磁通密度的最終分布優(yōu)化，并且它意味著與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)相比，通過電弧從接觸元件54的中央?yún)^(qū)域輸送更多的電流。
本設(shè)計(jì)提供增加了的短路電流斷開容量(interruptingcapacity)。圖5示出與4種已知軸向磁場接觸件幾何形狀相比斷續(xù)器的斷開性能曲線圖，這些性能是通過試驗(yàn)確定的。接觸件2相當(dāng)于基本上如圖2所示和DE 36 10 241的一種開槽的杯件設(shè)計(jì)。接觸件3和4相當(dāng)于線圈接觸件(尤其接觸件3是一種4段線圈接觸件)。
在現(xiàn)有技術(shù)斷續(xù)器中，如圖2所示，電流只能跨越端面區(qū)流過接觸元件24。因?yàn)榻佑|元件提供電阻比較高的電流路徑，所以不朝電極中心區(qū)方向的電弧供給電流，及電弧不進(jìn)入按照本發(fā)明所述的裝置。這樣，在現(xiàn)有技術(shù)中，電弧不會(huì)象在本發(fā)明的裝置中那樣變得無害。
另外，在板件42中設(shè)置狹縫具有的優(yōu)點(diǎn)是，所形成的磁場可以按需要設(shè)計(jì)。
可以將這些狹縫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或能得到所希望的繼續(xù)器性能。然而，圍繞管狀元件34的周邊一般會(huì)有范圍在3-35個(gè)之間的狹縫。這些狹縫與水平面基本上成一角度，該角度范圍在5°-40°之間。當(dāng)然，另一些角度如10°，20°，30°也全都是可能的。
權(quán)利要求
1.一種真空開關(guān)裝置，包括一個(gè)抽真空的外殼，該抽真空的外殼包括一個(gè)絕緣圓筒，及安裝在外殼內(nèi)部的一個(gè)固定接觸電極和一個(gè)活動(dòng)接觸電極，上述固定接觸電極和活動(dòng)接觸電極二者適合于接合或者分開，以便閉合或打開在其中連接斷續(xù)器的一個(gè)電路，并且其中至少一個(gè)電極包括一個(gè)線圈限定裝置，該線圈限定裝置在使用時(shí)，適合于產(chǎn)生一個(gè)磁場，以便在兩電極分開時(shí)控制電弧的形成，每個(gè)電極都具有一個(gè)端面，該端面適合于當(dāng)處于接合狀態(tài)時(shí)接觸另一個(gè)電極，其中至少其中一個(gè)電極具有一個(gè)橫向于端面區(qū)中電極軸線的低阻電路。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于低阻電路由電極末端區(qū)域中的板件構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于上述板件安裝在一個(gè)管狀元件上。
4.按照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于上述板件由一杯件的底座構(gòu)成，同時(shí)杯件的壁形成管狀元件。
5.按照上述權(quán)利要求其中之一所述的裝置，其特征在于低阻電流以路徑由一種在20℃具有基本上低于40nΩm的電阻率的材料構(gòu)成。
6.按照上述權(quán)利要求其中之一所述的裝置，其特征在于低阻電路由一種在20℃時(shí)具有基本上低于25nΩm的電阻率的材料構(gòu)成。
7.按照上述權(quán)利要求其中之一所述的裝置，其特征在于低阻電路由一種在20℃時(shí)具有基本上低于15nΩm的電阻率的材料構(gòu)成。
8.按照上述權(quán)利要求其中之一所述的裝置，其特征在于在低阻電路中設(shè)置一些狹縫。
9.按照當(dāng)直接或間接地從屬于權(quán)利要求3或4時(shí)的權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于低阻電路中的一些狹縫延續(xù)到管狀元件中。
10.按照權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于管狀元件中的一些狹縫基本上沿管狀元件的整個(gè)長度延伸。
11.按照上述權(quán)利要求其中之一所述的裝置，其特征在于將適合于接觸另一個(gè)電極的接觸元件設(shè)置成與端面相聯(lián)。
12.按照權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于該接觸元件設(shè)置在該端面內(nèi)的具有互補(bǔ)尺寸的凹槽內(nèi)。
13.按照權(quán)利要求11或12所述的裝置，其特征在于接觸元件的截面積比電極大。
14.按照權(quán)利要求11和12所述的裝置，其特征在于接觸元件的截面積比電極小。
15.按照權(quán)利要求11和12所述的裝置，其特征在于接觸元件具有與電極基本上相同的截面積。
16.按照權(quán)利要求9或直接或間接從屬于它的任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于在低阻電流中的一些狹縫，在使用時(shí)適于控制磁場的形成。
17.按照當(dāng)直接或間接從屬于權(quán)利要求3或4時(shí)的權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于在低阻電流以路徑中的一些狹縫，適合于使電流沿通常與在管狀元件中相同的方向，在低阻電流以路徑中流動(dòng)。
18.按照當(dāng)直接或間接從屬于權(quán)利要求3或4時(shí)的權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于在低阻電路中的一些狹縫，適合于使電流沿通常與管狀元件中相反的方向，在低阻電路中流動(dòng)。
19.按照上述權(quán)利要求其中之一所述的裝置，其特征在于設(shè)置一個(gè)隔離層，以便支承低電阻電流路徑。
20.按照權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于該隔離層設(shè)置在低阻電路和/一導(dǎo)電元件之間，該導(dǎo)電元件適合于連接該電器，在該電路中該裝置連接到一些電極上。
21.按照權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于該隔離層基本上用一種具有高電阻率的材料制成。
22.按照權(quán)利要求20或21所述的裝置，其特征在于該隔離層用不銹鋼制成。
23.按照權(quán)利要求20，21或22所述的裝置，其特征在于該隔離層包括一個(gè)管狀元件。
24.按照直接或間接從屬于權(quán)利要求2的權(quán)利要求要求所述的裝置，其特征在于在該板件的中央?yún)^(qū)域設(shè)有一個(gè)孔。
25.按照權(quán)利要求11或直接或間接從屬于它的任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于該接觸元件在中央?yún)^(qū)域處設(shè)有一個(gè)孔。
26.按照權(quán)利要求24或25所述的裝置，其特征在于設(shè)置在板件或接觸元件中的孔基本上是該接觸元件或板件直徑的10％。
27.一種參照附圖中圖3和4基本上如本文所述的裝置。
全文摘要
真空開關(guān)裝置包括一個(gè)抽真空的外殼,該抽真空的外殼包括一個(gè)絕緣圓筒,安裝在外殼內(nèi)部的一個(gè)固定接觸電極和一個(gè)活動(dòng)接觸電極上述固定接觸電極和活動(dòng)接觸電極二者適合于接合或者分開,以便閉合或打開在其中連接斷續(xù)器的一個(gè)電路,并且其中至少一個(gè)電極包括一個(gè)線圈限定裝置,該線圈限定裝置在使用時(shí),適合產(chǎn)生磁場,以便在兩電極分開時(shí)控制電弧的形成,每個(gè)電極都具有一個(gè)端面(54),該端面(54)適合于當(dāng)處于接合狀態(tài)時(shí)接觸另一個(gè)電極,至少其中一個(gè)電極具有一個(gè)跨越端面(54)區(qū)域中電極軸線的低阻電路(42)。
文檔編號(hào)H01H33/664GK1346501SQ00805869
公開日2002年4月24日 申請日期2000年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月2日
發(fā)明者L·T·法爾金哈姆, R·S·帕拉沙 申請人:阿爾斯托姆英國有限公司