專利名稱：旋轉(zhuǎn)開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)開關(guān)，尤其涉及用于阻斷電流的雙極(或多極)雙斷旋轉(zhuǎn)開關(guān)。
背景技術(shù)：
具有任何適宜數(shù)目的極的雙斷旋轉(zhuǎn)開關(guān)作為斷連開關(guān)或卸載開關(guān)是公知的并且通常包括橋接組件，該橋接組件可旋轉(zhuǎn)以在其相對端與固定觸頭或母線直接物理接觸?！ぐl(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，該旋轉(zhuǎn)開關(guān)包括第一和第二極，每個(gè)極都包括可旋轉(zhuǎn)橋接組件和一對具有至少一個(gè)主要觸頭的固定母線，其中該旋轉(zhuǎn)開關(guān)適于使得流過所述第一極的電流的方向與流過所述第二極的電流的方向相反，從而在所述第一極中建立的電弧被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離在所述第二極中建立的電弧。
當(dāng)(例如，作為卸載開關(guān))應(yīng)用于設(shè)計(jì)成具有低L/R時(shí)間常數(shù)并且高功率密度是主要目標(biāo)的dc配電系統(tǒng)時(shí)，該旋轉(zhuǎn)開關(guān)特別有用。然而，該旋轉(zhuǎn)開關(guān)實(shí)現(xiàn)的高電弧電壓在中斷具有顯著L/R時(shí)間常數(shù)的dc和ac電路時(shí)也將是有效的。
優(yōu)選具有任何合適的構(gòu)造的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器用于在閉合位置和斷開位置之間旋轉(zhuǎn)所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件。在閉合位置，每個(gè)可旋轉(zhuǎn)橋接組件的相對端與相關(guān)聯(lián)固定母線直接物理接觸，使得電流可以通過所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件在母線之間流動(dòng)。在斷開位置，所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件的相對端與相關(guān)聯(lián)的母線間隔開。優(yōu)選旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器能夠在兩個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(即，在第一方向上，從閉合位置向著斷開位置移動(dòng)以斷開該旋轉(zhuǎn)開關(guān)，以及在相反的第二方向上從斷開位置向著閉合位置移動(dòng)以閉合該旋轉(zhuǎn)開關(guān))。例如，該旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器可以在任何穩(wěn)壓器或諸如電子控制單元的控制裝置的控制下旋轉(zhuǎn)所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件。 像在其它常規(guī)的旋轉(zhuǎn)開關(guān)中一樣，可以在旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器和可旋轉(zhuǎn)橋接組件之間插入彈簧制動(dòng)器或者其它速動(dòng)旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)耦合機(jī)制，以便在主要接觸“形成”和“斷開”時(shí)間使可旋轉(zhuǎn)橋接組件的旋轉(zhuǎn)速度最大化。
所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件優(yōu)選適于一前一后地旋轉(zhuǎn)，并且由此可以通過同一旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器旋轉(zhuǎn)。實(shí)際上，該可旋轉(zhuǎn)橋接組件可以安裝到公共傳動(dòng)軸使得每個(gè)極各自的觸頭系統(tǒng)與公共旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器同相。
每個(gè)極的所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件和固定母線優(yōu)選在軸向上間隔開以避免極間任何可能的飛弧。
每個(gè)極的可旋轉(zhuǎn)橋接組件和固定母線之間的完全形成電弧在相應(yīng)弧觸頭物理分開時(shí)開始。所產(chǎn)生的磁通量與流過每個(gè)極的電流回路之間的相互作用產(chǎn)生將每個(gè)電弧偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離該電流回路的中心的徑向排斥力。這增強(qiáng)了電弧長度并且在該過程中增加了電弧電壓。這也引起每個(gè)極的可旋轉(zhuǎn)橋接組件向著斷開位置加速遠(yuǎn)離相關(guān)母線。這增加了相應(yīng)弧觸頭之間的分離，該分離進(jìn)一步使電弧長度增加。
流過兩個(gè)極的電流回路方向相反。這可以通過將固定母線適當(dāng)?shù)剡B接到外部電路實(shí)現(xiàn)。所述電流回路可以相互耦合，并且如果電流流動(dòng)方向相反，所產(chǎn)生的磁通量將與電流回路相互作用使得在電流回路之間產(chǎn)生排斥力。這導(dǎo)致兩個(gè)極的觸頭系統(tǒng)中的電弧彼此排斥，由此減少了極間飛弧的風(fēng)險(xiǎn)。
優(yōu)選整個(gè)旋轉(zhuǎn)開關(guān)浸沒在液體電解質(zhì)中。容易理解，術(shù)語“液體電解質(zhì)”不僅僅意圖覆蓋特別如此銷售的專賣液體，也意圖覆蓋具有足夠的介電耐受性的任何液體。它可以包括去離子化水、FLU0RINERT和其它等效全氟化碳流體、礦物變壓器油、硅酮變壓器油、合成油和酯、二氯甲烷等。特別優(yōu)選的冷卻劑流體是專賣的變壓器絕緣流體，諸如MIDEL及其等效物。該液體電解質(zhì)改善了旋轉(zhuǎn)開關(guān)的冷卻以及電弧電壓的產(chǎn)生，這在下文中更詳細(xì)地描述。該液體電解質(zhì)可以是靜止的，或者在一些設(shè)置中，可以流過所述旋轉(zhuǎn)開關(guān)。
在一個(gè)優(yōu)選的構(gòu)造中，所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件具有相對的端，每一端都包括弧觸頭。 每個(gè)所述固定母線都具有至少一個(gè)主要觸頭以及包含弧觸頭的接觸臂。于是所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件能夠在閉合位置和斷開位置之間旋轉(zhuǎn)，在所述閉合位置，每個(gè)可旋轉(zhuǎn)橋接組件的相對端與相關(guān)聯(lián)母線的接觸臂和主要觸頭直接物理接觸，在所述斷開位置，可旋轉(zhuǎn)橋接組件的相對端與相關(guān)聯(lián)母線的接觸臂和主要觸頭間隔開。在斷開位置和閉合位置之間，所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件將采取中間位置，在該中間位置，所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件的相對端上的弧觸頭與相關(guān)聯(lián)母線的接觸臂上的弧觸頭直接物理接觸，但是與所述主要觸頭不再有任何直接物理接觸。
每個(gè)固定母線的接觸臂優(yōu)選形成為該母線的整體部分，并且形狀和尺寸適于允許相關(guān)聯(lián)可旋轉(zhuǎn)橋接組件在閉合位置和斷開位置之間旋轉(zhuǎn)時(shí)與它滑動(dòng)接觸地移動(dòng)經(jīng)過它。
每個(gè)極的固定母線的主要觸頭優(yōu)選包括至少一個(gè)彈性接觸組件，該彈性接觸組 件在相關(guān)聯(lián)可旋轉(zhuǎn)橋接組件處于閉合位置時(shí)與該可旋轉(zhuǎn)橋接組件的相應(yīng)端滑動(dòng)接觸。所述主要觸頭代表當(dāng)相關(guān)聯(lián)可旋轉(zhuǎn)橋接組件處于閉合位置時(shí)每個(gè)極的固定母線與該可旋轉(zhuǎn)橋接組件的相對端之間的電流的主要流動(dòng)路徑。
每個(gè)極的固定母線可以包括多個(gè)主要觸頭。因此，重要的是要注意，當(dāng)相關(guān)聯(lián)可旋轉(zhuǎn)橋接組件處于中間位置時(shí)，其優(yōu)選與母線的所有主要觸頭間隔開，使得母線和該可旋轉(zhuǎn)橋接組件的相對端之間的電流流動(dòng)路徑僅存在于仍然彼此直接物理接觸的相應(yīng)弧觸頭之間。當(dāng)特定母線采用多個(gè)主要觸頭時(shí)，它們優(yōu)選在該母線和相關(guān)聯(lián)可旋轉(zhuǎn)橋接組件的該相應(yīng)端之間形成一組并聯(lián)連接的電路。因此，該旋轉(zhuǎn)開關(guān)的不間斷電流額定值受并聯(lián)連接的電路之間的電流共享程度影響，并且有利的是觸頭磨損、腐蝕程度和所得到的接觸電阻能夠盡可能地一致。此外，該旋轉(zhuǎn)開關(guān)的“形成”(閉合)和“斷開”(斷路)電流額定值受任何對應(yīng)的連續(xù)的“形成”和“斷開”行為影響。為此，每個(gè)極的可旋轉(zhuǎn)橋接組件優(yōu)選具有允許所有并聯(lián)連接的電路近似同步的“形成”和“斷開”的形狀。在技術(shù)實(shí)踐允許的情況下使每一個(gè)極的可旋轉(zhuǎn)橋接組件的旋轉(zhuǎn)速度盡可能快，以使與任何不同步相關(guān)聯(lián)的占用時(shí)間最少。 應(yīng)當(dāng)注意，各個(gè)弧觸頭在它們各自的“形成”和“斷開”時(shí)間也用作與所述主要觸頭平行的電路。當(dāng)在使用中發(fā)生了弧觸頭磨損和腐蝕并且由此弧觸頭電阻增加時(shí)，這種同步特征特別有益。這是因?yàn)榛∮|頭電阻直接影響各個(gè)主要觸頭所經(jīng)歷的“形成”和“斷開”電流。
由每一個(gè)極的可旋轉(zhuǎn)橋接組件和主要觸頭形成的觸頭系統(tǒng)得益于滑動(dòng)或“摩擦” 接觸動(dòng)作，并且可以在所述主要觸頭中采用顯著的接觸壓力以確保在相對移動(dòng)期間配對的接觸表面被清理干凈。此外，當(dāng)采用并聯(lián)連接的弧觸頭時(shí)，這些配對的接觸表面不遭受極端的電腐蝕。這兩個(gè)因素導(dǎo)致當(dāng)處于閉合位置時(shí)所述旋轉(zhuǎn)開關(guān)具有低的接觸電阻和所得到的電壓降。
該旋轉(zhuǎn)開關(guān)優(yōu)選是雙極(或多極)雙斷旋轉(zhuǎn)開關(guān)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的雙極雙斷旋轉(zhuǎn)開關(guān)的俯視圖2是圖1的旋轉(zhuǎn)開關(guān)的側(cè)視圖3是圖1的旋轉(zhuǎn)開關(guān)的端視圖4是圖1的旋轉(zhuǎn)開關(guān)的示意圖5是處于閉合位置的圖1的旋轉(zhuǎn)開關(guān)的俯視圖6是圖5的旋轉(zhuǎn)開關(guān)的示意圖7是圖1處于部分?jǐn)嚅_位置的圖1的旋轉(zhuǎn)開關(guān)的俯視圖8是圖7的旋轉(zhuǎn)開關(guān)的示意圖9是處于閉合位置且示出了一個(gè)極中的電流回路的圖1的旋轉(zhuǎn)開關(guān)的俯視圖10是處于中間(形成電弧前)位置且示出了一個(gè)極中的電流回路的圖1的旋轉(zhuǎn) 開關(guān)的俯視圖11是處于部分?jǐn)嚅_(形成電弧)位置并且示出一個(gè)極中的電流回路的圖1的旋轉(zhuǎn)開關(guān)的俯視圖12是處于部分?jǐn)嚅_(形成電弧)位置且示出了兩個(gè)極中的電流回路的圖1的旋轉(zhuǎn)開關(guān)的俯視圖13是處于部分?jǐn)嚅_(形成電弧)位置且示出了兩個(gè)極中的電流回路的圖1的旋轉(zhuǎn)開關(guān)的端視圖；以及
圖14是示出圖1的旋轉(zhuǎn)開關(guān)如何能夠集成到外部電路中用于電壓源和負(fù)載之間的單向dc電流的示意圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參考圖1-3描述雙極雙斷旋轉(zhuǎn)開關(guān)的基本構(gòu)造。具有三個(gè)極的旋轉(zhuǎn)開關(guān)可以用于三相ac電路中，本發(fā)明包含具有這種構(gòu)造的旋轉(zhuǎn)開關(guān)。
圖1-3的旋轉(zhuǎn)開關(guān)意圖用于諸如dc配電架構(gòu)的外部電路并且提供及其緊湊和可靠的開關(guān)設(shè)備的卸載開關(guān)。在外部電路去電時(shí)，該旋轉(zhuǎn)開關(guān)也可以用作卸載斷路器。例如， dc配電架構(gòu)可以形成船舶動(dòng)力裝置和推進(jìn)配電系統(tǒng)或諸如風(fēng)輪機(jī)或水下輪機(jī)的可再生能源設(shè)備的傳輸系統(tǒng)的一部分。在其它裝置(例如，外部電子裝置和/或折返式特征的應(yīng)用) 將電流和預(yù)期開路電壓減小到可接受水平之后，旋轉(zhuǎn)開關(guān)通常將斷開。例如，在電流和預(yù)期開路電壓已經(jīng)分別減小到〈20A和〈50V之后，旋轉(zhuǎn)開關(guān)可以斷開。一旦旋轉(zhuǎn)開關(guān)中斷了電路，則預(yù)期電流和電壓可以通過其它裝置增加。優(yōu)選地，在斷開和閉合旋轉(zhuǎn)開關(guān)之間允許有足夠的時(shí)間進(jìn)行電弧熄滅。
這種旋轉(zhuǎn)開關(guān)能夠容易地在閉合時(shí)承載3kA，在斷開時(shí)承受300kV。所述旋轉(zhuǎn)開關(guān)的主要優(yōu)點(diǎn)是其固有的通過液體電解質(zhì)分離電弧以及因此在正斷開階段、斷開不久階段以及隨后的斷開階段期間減少極間飛弧。該旋轉(zhuǎn)開關(guān)也具有固有的高電弧電壓以及快速和完整的電弧延伸性能，這是由于電荷和觸頭系統(tǒng)之間的電磁排斥另外加以液體電解質(zhì)的冷卻效應(yīng)。
該旋轉(zhuǎn)開關(guān)包括在軸向上彼此間隔開的正極2和負(fù)極4，這在圖2和3中最清楚地不出。圖1是正極2的俯視圖，但是應(yīng)當(dāng)理解負(fù)極4正好具有相同的構(gòu)造。
每個(gè)極2、4都包括在同一平面上間隔開的第一和第二固定母線。更具體而言，正極2包括第一和第二固定母線6a、6b，負(fù)極4包括第一和第二固定母線8a、8b。每條母線大致為L形。每條母線的第一部分10限定了電流回路的入口或出口點(diǎn)，第二部分12限定了接觸臂，所述接觸臂的形狀和尺寸適合于在所述旋轉(zhuǎn)開關(guān)處于閉合位置時(shí)與所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(·見下文)的端部直接物理接觸。
每條母線的第一部分10可以連接到外部dc電路(外部電路)，如圖14示意性地示出并且在下文中更詳細(xì)地描述。與外部dc電路的連接可以通過任何合適的裝置實(shí)現(xiàn)，例如具有允許螺栓接合適于適應(yīng)幾何容差的有槽孔的固定母線。或者可以采用層壓銅箔的或多股導(dǎo)線構(gòu)造的柔性連接部件。外部母線連接可以使用絕緣套管或模制母線密封形成，其中所述連接必須穿過含有所述液體電解質(zhì)的貯液器的壁，所述旋轉(zhuǎn)開關(guān)浸沒在所述液體電解質(zhì)中。
每條母線的第二部分或接觸臂12略微有角度(B卩，它的自由端比它與所述第一部分10的接合處更厚)或者具有其它形式的輪廓，使得當(dāng)可旋轉(zhuǎn)橋接組件24移動(dòng)經(jīng)過所述接觸臂時(shí)有足夠的空隙來容納可旋轉(zhuǎn)橋接組件24的相對端，可旋轉(zhuǎn)橋接組件24移動(dòng)經(jīng)過所述接觸臂時(shí)的首要要求是當(dāng)觸頭14正與相關(guān)極的可旋轉(zhuǎn)橋接組件24 “形成”或“斷開”接觸時(shí)，對應(yīng)的弧觸頭28、30應(yīng)當(dāng)在中間位置滑動(dòng)接觸。
如圖3中最清楚地示出，每條固定母線都包括具有一對彈性接觸組件(卡規(guī))16的觸頭14，這對彈性接觸組件16在軸向上被隔離物18間隔開并且被板簧20向內(nèi)偏壓。接觸組件16的端部22設(shè)計(jì)成與可旋轉(zhuǎn)橋接組件24滑動(dòng)接觸，并且可以由鍍銀或包銀的銅或者銅鎢合金制成以便提供對滑動(dòng)接觸磨損和腐蝕的耐受性。這又在旋轉(zhuǎn)開關(guān)的整個(gè)工作壽命期間提供了低且穩(wěn)定的接觸電阻。盡管通常優(yōu)選每個(gè)觸頭14包括一對接觸組件16，但是容易理解也可以使用單個(gè)接觸組件。每條固定母線也可以包括多個(gè)在同一位置的觸頭(每個(gè)觸頭具有一個(gè)或兩個(gè)彈性接觸組件)，這些觸頭可以并聯(lián)連接在一起以允許實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)開關(guān)的期望熱極限電流額定值。
通過螺栓接合將組裝形成觸頭14的部件固定到固定母線6a、6b中的每一條的第一部分10。每個(gè)觸頭14的固定端處的間隙孔在圖1中示出，并且這些可以包括使用在它們被固定到固定母線時(shí)保持觸頭的精確對準(zhǔn)的組裝夾具或其它組裝方法。
為了提高圖3的清晰度，省略了傳動(dòng)軸26的部分以及第二固定母線6b、8b。
每個(gè)極2、4也包括可旋轉(zhuǎn)橋接組件(移動(dòng)葉片)24?？尚D(zhuǎn)橋接組件24以在可旋轉(zhuǎn)橋接組件和公共旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器之間提供電絕緣的方式安裝到傳動(dòng)軸26，并且通過所述公共旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器(未不出)一前一后地機(jī)械旋轉(zhuǎn)使得它們一直與它們各自的固定母線保持相同的物理關(guān)系?？尚D(zhuǎn)橋接組件24可以在閉合位置和斷開位置之間旋轉(zhuǎn)。
可旋轉(zhuǎn)橋接組件24在可旋轉(zhuǎn)橋接組件處于閉合位置時(shí)面對相關(guān)母線的第一部分 10的邊緣處包括一對凹口 24a、24b。凹口 24a、24b設(shè)計(jì)成允許在每條固定母線包括多個(gè)觸頭14的情況下所有并聯(lián)連接的電路近似同步地“形成”和“斷開”。
所述母線和可旋轉(zhuǎn)橋接組件24通常由銅制成。所述母線可以用防腐金屬電鍍，并且所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件可以是鍍銀的以便提供低且穩(wěn)定的接觸電阻。
在圖4中示意性地示出了所述雙極雙斷旋轉(zhuǎn)開關(guān)的固定母線和可旋轉(zhuǎn)橋接組件 24的一般布置。
當(dāng)可旋轉(zhuǎn)橋接組件24處于閉合位置時(shí)，每個(gè)可旋轉(zhuǎn)橋接組件24的相對端與相應(yīng)固定母線的弧觸頭28直接物理接觸，也與相應(yīng)觸頭14的彈性接觸組件16直接物理接觸。 這在圖5和6中示出。
當(dāng)可旋轉(zhuǎn)橋接組件24處于斷開位置時(shí)，每個(gè)可旋轉(zhuǎn)橋接組件的相對端不再與相應(yīng)固定母線的弧觸頭28或不再與相應(yīng)觸頭14的彈性接觸組件16直接物理接觸。這在圖 7和8中示出。當(dāng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)完全斷開時(shí)，可旋轉(zhuǎn)橋接組件24將通常經(jīng)歷從其閉合位置開始的基本90度的旋轉(zhuǎn)。然而，本文中對“斷開位置”的任何提及并不必然意味著完全斷開位置，而是包括可旋轉(zhuǎn)橋接組件和相應(yīng)固定母線之間沒有直接物理接觸的任何位置。
也存在中間位置(或形成電弧前)位置，在該位置處每個(gè)可旋轉(zhuǎn)橋接組件24的相對端與相應(yīng)固定母線的弧觸頭直接物理接觸但是不與相應(yīng)觸頭14的彈性接觸組件16直接接觸。
每個(gè)可旋轉(zhuǎn)橋接組件24的相對端包括設(shè)計(jì)成在可旋轉(zhuǎn)橋接組件處于中間位置時(shí)與相應(yīng)固定母線的弧觸頭28直接接觸的弧觸頭30。固定母線的弧觸頭28和可旋轉(zhuǎn)橋接組件的弧觸頭30位于當(dāng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)從閉合位置移動(dòng)到斷開位置時(shí)可能預(yù)期有形成電弧的那些末端。通過使用適當(dāng)?shù)臓奚〗M件或消弧角可以使弧觸頭的腐蝕最小化。
可以通過將可旋轉(zhuǎn)橋接組件24從斷開位置旋轉(zhuǎn)到閉合位置來閉合旋轉(zhuǎn)開關(guān)。這可以通過公共旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器(未示出)實(shí)現(xiàn)，所述公共旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器適于在第一方向上旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸26以將可旋轉(zhuǎn)橋接組件24從閉合位置移動(dòng)到斷開位置，以及在第二方向上旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸 26以將可旋轉(zhuǎn)橋接組件從斷開位置旋轉(zhuǎn)到閉合位置。當(dāng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)移動(dòng)到閉合位置時(shí)，每個(gè)可旋轉(zhuǎn)橋接組件24的相對端32、34與彈性接觸組件16的端部22接觸并且可能逆著板簧 20的向內(nèi)偏壓將接觸組件略微推分開。(容易理解，當(dāng)可旋轉(zhuǎn)橋接組件24從閉合位置移向斷開位置時(shí)，與每個(gè)可旋轉(zhuǎn)橋接組件24的相應(yīng)端的滑動(dòng)接觸消失，接觸組件16可能在板簧 20的向內(nèi)偏壓下略微向著彼此移動(dòng))
當(dāng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)閉合時(shí)，在觸頭14與可旋轉(zhuǎn)橋接組件24接觸之前，對應(yīng)的弧觸頭28、 30將彼此接觸。因此，在具有高浪涌電流的一些應(yīng)用中，例如在電容系統(tǒng)中，在弧觸頭28、 30之間可能發(fā)生形成電弧。在旋轉(zhuǎn)開關(guān)的閉合過程中，目標(biāo)是任何浪涌電流和相關(guān)的形成電弧減弱而弧觸頭28、30彼此緊緊靠近。
現(xiàn)在將參考圖9更詳細(xì)地描述當(dāng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)閉合時(shí)dc電流的流動(dòng)路徑。當(dāng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)閉合時(shí)，可旋轉(zhuǎn)橋接組件24處于閉合位置并且dc電流可以在正極2的母線6a、6b之間流動(dòng)，如箭頭所指示。更具體而言，在正極2的情況下，dc電流可以從限定電流回路的入口點(diǎn)的母線6b 的第一部分IOb流入觸頭14b。在觸頭14b內(nèi)，dc電流沿著接觸組件16通過與可旋轉(zhuǎn)橋接組件24的第一端32滑動(dòng)接觸的接觸組件的端部22流入該第一端32。dc電流沿著可旋轉(zhuǎn)橋接組件24通過與可旋轉(zhuǎn)橋接組件的第二端34滑動(dòng)接觸的接觸組件16的端部22流入觸頭14a。最后，dc電流從觸頭14a流到限定該電流回路的出口點(diǎn)的母線6a 的第一部分10a。實(shí)際上，一些dc電流也可以直接在母線的接觸臂12a、12b與可旋轉(zhuǎn)組件24之間流動(dòng)，但該dc電流將遠(yuǎn)小于流過相應(yīng)觸頭14a、14b的dc電流，這是因?yàn)楣潭妇€和可旋轉(zhuǎn)橋接組件之間的接觸電阻相對高。在負(fù)極4的母線8a、8b之間有類似的電流回路， 但是電流的方向是相反的，這在下面更詳細(xì)地描述。
現(xiàn)在將參考圖10更詳細(xì)地描述當(dāng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)處于中間(或形成電弧前)位置時(shí)的dc 電流流動(dòng)路徑。當(dāng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)處于中間位置時(shí)，觸頭14a、14b與可旋轉(zhuǎn)橋接組件24之間不再有任何直接物理接觸。然而，dc電流將繼續(xù)如箭頭所指示在正極2的母線6a、6b之間流動(dòng)。更具體地，在正極2的情況下，dc電流可以沿著接觸臂12b從限定電流回路的入口點(diǎn)的母線6b的第一部分IOb流到固定弧觸頭28b，然后經(jīng)過弧觸頭28b和移動(dòng)弧觸頭30b之間的滑動(dòng)接觸電阻進(jìn)入弧觸頭30b，隨后進(jìn)入可旋轉(zhuǎn)橋接組件24的第一端32。(容易理解，當(dāng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)處于中間位置時(shí)，弧觸頭28、30在可旋轉(zhuǎn)橋接組件24的相對端處直接物理接觸。) 該dc電流沿可旋轉(zhuǎn)橋接組件24通過固定的弧觸頭28a和移動(dòng)的弧觸頭30a之間的滑動(dòng)接觸電阻進(jìn)入接觸臂12a。最后，該dc電流沿著接觸臂12a流到限定該電流回路的出口點(diǎn)的母線6a的第一部分10a。母線6a、6b之間的dc電流的流動(dòng)由旋轉(zhuǎn)開關(guān)所控制的外部電路決定，并且如果弧觸頭28a、30a、28b和30b不是嚴(yán)重磨損，28a和30a這對弧觸頭以及28b 和30b這對弧觸頭仍然彼此直接物理接觸時(shí)28a和30a這對弧觸頭之間的電壓降和28b和 30b這對弧觸頭之間的電壓降對外部電路中的電路的影響極小。在負(fù)極4的母線8a、8b之間有類似的電流回路，但是電流的方向相反，這在下文中更詳細(xì)地描述。
現(xiàn)在將參考圖11更詳細(xì)地描述當(dāng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)處于部分?jǐn)嚅_(或形成電弧)位置時(shí)dc 電流的流動(dòng)路徑。當(dāng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)處于部分?jǐn)嚅_位置時(shí)，在觸頭14a、14b和可旋轉(zhuǎn)橋接組件24 之間不再有任何直接物理接觸。每條母線6a、6b的接觸部分12a、12b與可旋轉(zhuǎn)橋接組件24 的端部之間(或者，更具體地，在28a、30a這對弧觸頭之間以及28b、30b這對弧觸頭之間)也沒有任何直接物理接觸。然而，dc電流將繼續(xù)在 正極2的母線6a、6b之間流動(dòng)，如箭頭所指示。更具體地，在正極2的情況下，dc電流可以從限定電流回路的入口點(diǎn)的母線6b的第一部分IOb沿著接觸臂12b到達(dá)弧觸頭28b。該dc電流作為電弧從固定弧觸頭28b流到可旋轉(zhuǎn)橋接組件24的第一端32上的弧觸頭30b。該dc電流沿著可旋轉(zhuǎn)橋接組件24流到可旋轉(zhuǎn)橋接組件24的第二端34上的弧觸頭30a。該dc作為電弧從弧觸頭30a流到母線6a 的接觸臂12a上固定弧觸頭28b。最后,該dc電流沿著接觸臂12a流到限定電流回路的出口點(diǎn)的母線6a的第一部分10a。dc電流在母線6a、6b之間的流動(dòng)現(xiàn)在僅部分地由旋轉(zhuǎn)開關(guān)所控制的外部電路決定，并且隨著弧觸頭28a、30a、28b和30b的電弧長度隨著這些弧觸頭的分離而增加，dc電流在母線6a、6b之間的流動(dòng)越來越多地由在面對的28a和30a這對弧觸頭以及28b和30b這對弧觸頭之間形成的弧電壓決定。在負(fù)極4的母線8a、8b之間有類似的電路回路，但是電流方向相反，這在下文中更詳細(xì)地描述。
對于正電極2，電流回路的入口點(diǎn)IOa和出口點(diǎn)IOb由母線6a、6b的相對靠近地間隔開的相鄰的端部以及與外部電路的對應(yīng)母線連接限定。它們對母線6a的弧觸頭28a與可旋轉(zhuǎn)橋接組件24的弧觸頭30a之間以及母線6b的弧觸頭28b與可旋轉(zhuǎn)橋接組件24的弧觸頭30b之間的形成電弧區(qū)域(圖11-13中標(biāo)記為“形成電弧”)中的磁通量密度貢獻(xiàn)極小。這意味著每個(gè)形成電弧區(qū)中的磁通量密度主要是在包括母線6a、6b、弧觸頭28a、28b和 30a、30b、形成電弧區(qū)域和可旋轉(zhuǎn)橋接組件24的局部電流回路中流動(dòng)的dc電流產(chǎn)生的磁通量密度。該磁通量密度與電弧中的dc電流相互作用從而產(chǎn)生徑向排斥力，由于電弧內(nèi)相對低的質(zhì)量以及圍繞電弧的液體電解質(zhì)的性質(zhì)，該排斥力將每個(gè)電弧偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離電流回路的中心。這使電弧變長并且增加了該過程中的電弧電壓。相同的電磁行為引起可旋轉(zhuǎn)橋接組件 24的相對端32、34被固定母線6a、6b排斥，由此幫助旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器將可旋轉(zhuǎn)橋接組件向著完全斷開位置移動(dòng)并且仍然進(jìn)一步增加電弧長度和電弧電壓。電弧電壓將迅速變得足以中斷 dc電路中的電流。旋轉(zhuǎn)開關(guān)的電流中斷性能因此得到改善，并且旋轉(zhuǎn)開關(guān)可以制作地在物理上更小并且更緊湊。因此，旋轉(zhuǎn)開關(guān)可以具有非常高的功率密度(伏特X安培/尺寸)。
整個(gè)旋轉(zhuǎn)開關(guān)浸沒在諸如MIDEL的液體電解質(zhì)中。更具體地，旋轉(zhuǎn)開關(guān)可以位于包括一些形式的減壓系統(tǒng)、電解質(zhì)監(jiān)測儀器和其它相關(guān)控制系統(tǒng)的液體電解質(zhì)罐或容器 (未示出)中，該減壓系統(tǒng)用于適應(yīng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)的斷開產(chǎn)生的壓力波。一串旋轉(zhuǎn)開關(guān)可以位于同一罐中，插入的絕緣壘用于使相鄰旋轉(zhuǎn)開關(guān)之間飛弧的風(fēng)險(xiǎn)最小化。
旋轉(zhuǎn)開關(guān)浸沒在液體電解質(zhì)中增強(qiáng)了金屬導(dǎo)體的冷卻，更特別地，增強(qiáng)了電弧的冷卻、消除電離和消弧性能。
參考圖12和13進(jìn)一步解釋當(dāng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)處于部分?jǐn)嚅_(或形成電弧)位置時(shí)在兩個(gè)極2、4中dc電流的流動(dòng)路徑。為了提高圖13的清晰度，省略了傳動(dòng)軸26以及第二固定母線 6b、8b。
可以看出，對于正極2，dc電流如上所述并且如實(shí)箭頭所示從第二母線6b到第一母線6a。然而，對于負(fù)極4，dc電流從第一母線8a到第二母線8b，如虛箭頭所示。因此，兩個(gè)極中的dc電流在平行的平面中在相反的方向上流動(dòng)。磁通量密度和在電流回路中流動(dòng)的dc電流之間的電磁相互作用產(chǎn)生了平行于旋轉(zhuǎn)開關(guān)的旋轉(zhuǎn)軸的排斥力，該排斥力偏轉(zhuǎn)正電極2和負(fù)電極4的各自的形成電弧區(qū)域中的電弧使它們彼此遠(yuǎn)離。該偏轉(zhuǎn)與否則可能導(dǎo)致電極2、4之間飛弧的靜電吸引相反。
沒有實(shí)際的原因使得對于正極2，dc電流不能從第一母線6a到第二母線6b，以及使得對于負(fù)極4，dc電流不能從 第二母線8b到第一母線8a。極2、4中的dc電流的方向?qū)⑷Q于母線如何連接到外部電路。
所有電流回路在極2、4之間相互耦合，并且如果軸向排斥力要提供有效的有益效果，則它們必須分開足夠的距離。如果要避免飛弧，由于靜電原因，在任何情況下都需要一定程度的分離。
圖14示出了用于電壓源V和負(fù)載L之間的單向電流的dc電路。在該電路中由四個(gè)分開的開關(guān)代表所述雙極雙斷旋轉(zhuǎn)開關(guān)。容易理解，開關(guān)A和B —般對應(yīng)于正極2的母線6a、6b，開關(guān)C和D —般對應(yīng)于負(fù)極4的母線8a、8b。當(dāng)公共旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器(未示出)旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)橋接組件24時(shí)，所有四個(gè)開關(guān)將同時(shí)斷開并且中斷在dc電路的每個(gè)臂中流動(dòng)的dc電流。實(shí)際上，對于圖14所示類型的dc電路，旋轉(zhuǎn)開關(guān)僅需要具有一個(gè)極(即，開關(guān)A和B，或開關(guān)C和D)，使得僅在該dc電路的一個(gè)臂中中斷電流，但是由于四個(gè)弧電壓的總和，具有兩個(gè)極提供了更好的性能。具有適當(dāng)構(gòu)造的旋轉(zhuǎn)開關(guān)也可以用于雙向電流或ac工作。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)開關(guān)，包括第一極和第二極(2，4)，每個(gè)極都包括可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)和一對具有至少一個(gè)主要觸頭(14)的固定母線(6a，6b ;8a，8b)，其中該旋轉(zhuǎn)開關(guān)適于使得流過所述第一極(2)的電流的方向與流過所述第二極(4)的電流的方向相反，從而在所述第一極(2)中建立的電弧被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離在所述第二極(4)中建立的電弧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，還包括用于在斷開位置和閉合位置之間旋轉(zhuǎn)所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，其中所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)適于一前一后地旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，其中所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)安裝到公共傳動(dòng)軸(26)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任何之一的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，其中在所述第一極(2)的所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)和相關(guān)聯(lián)的固定母線(6a，6b)之間建立的電弧被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離在所述第二極(4)的所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)和相關(guān)聯(lián)的固定母線(8a，8b)之間建立的電弧。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任何之一的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，其中所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)具有相對的端(32，34)，每一端都包括弧觸頭(30)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，其中每個(gè)固定母線(6a，6b;8a，8b)都包括具有弧觸頭(28)的接觸臂(12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，其中在第一極(2)中在所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)的弧觸頭(30 )與相關(guān)聯(lián)的固定母線(6a，6b )的接觸臂(12a，12b )的弧觸頭(28a，28b )之間建立的電弧，被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離在第二極(4)中在所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)的弧觸頭與相關(guān)聯(lián)的固定母線(8a，8b )的接觸臂的弧觸頭之間建立的電弧。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任何之一的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，其中所產(chǎn)生的磁通量與流過每個(gè)極(2，4)的電流回路之間的相互作用產(chǎn)生徑向排斥力，該徑向排斥力將在所述第一極(2)的可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)與相關(guān)聯(lián)的固定母線(6a，6b)之間建立的電弧偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離流過所述第一極(2)的電流回路的中心，以加速所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)向著斷開位置遠(yuǎn)離相關(guān)聯(lián)的固定母線(6a,6b)ο
10.根據(jù)權(quán)利要求9的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，其中所產(chǎn)生的磁通量與流過每個(gè)極(2，4)的電流回路之間的相互作用產(chǎn)生徑向排斥力，該徑向排斥力將在所述第二極(4)的可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)與相關(guān)聯(lián)的固定母線(8a，8b)之間建立的電弧偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離流過所述第二極(4)的電流回路的中心，以加速所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)向著斷開位置遠(yuǎn)離相關(guān)聯(lián)的固定母線(8a，8b) ο
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任何之一的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，浸沒在液體電解質(zhì)中。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求任何之一的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，是雙極雙斷旋轉(zhuǎn)開關(guān)。
13.一種使用前述權(quán)利要求任何之一的旋轉(zhuǎn)開關(guān)中斷電路中的電流的方法，該方法包括如下步驟保持所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)處于閉合位置使得電流在所述第一極(2)的相關(guān)固定母線(6a，6b)與所述第二極(4)的相關(guān)固定母線(8a，8b)之間流動(dòng)；以及當(dāng)要中斷電流時(shí)，通過向著斷開位置旋轉(zhuǎn)所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)斷開所述旋轉(zhuǎn)開關(guān)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括如下步驟在斷開所述旋轉(zhuǎn)開關(guān)之前將電路中的電流減小到可接受的水平。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或權(quán)利要求14的方法，還包括如下步驟一旦電流已中斷，就通過向著閉合位置旋轉(zhuǎn)所述可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)閉合所述旋轉(zhuǎn)開關(guān)。
全文摘要
一種改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)開關(guān)(例如雙極雙斷開關(guān))包括第一極和第二極(2,4)。每個(gè)極都包括可旋轉(zhuǎn)橋接組件(24)和一對固定母線(6a,6b;8a,8b)。每條母線都具有至少一個(gè)主要觸頭(14)并且也可以包括具有弧觸頭(28)的接觸臂(12)。該旋轉(zhuǎn)開關(guān)適于使得流過所述第一極(2)的電流的方向與流過所述第二極(4)的電流的方向相反。由此，在所述第一極(2)中建立的電弧被偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離在所述第二極(4)中建立的電弧。
文檔編號H01H9/00GK103026440SQ201180013299
公開日2013年4月3日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者艾倫·戴維·克蘭 申請人:Ge能源能量變換技術(shù)有限公司