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，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)電極分開時滅弧有效。
按照本發(fā)明，在真空開關(guān)裝置中，包括一個抽真空的外殼，該抽真空的外殼包括一個絕緣的圓筒，一個固定的接觸電極和一個活動的接觸電極，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，并且至少其中一個電極包括一個線圈限定裝置，該裝置在使用時，適合于產(chǎn)生磁場，以便當(dāng)電極分開時控制電弧的形成，每個電極都具有一個適合于在接合狀態(tài)時接觸另一個電極的端面，其中至少一個電極在端面區(qū)具有一個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，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，電流路徑提供一個高的電阻，但因為這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℃時測得基本上不大于40納歐-米(nΩm)的電阻率。可供選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杯件及一個管狀元件的壁。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杯件的底座區(qū)，或者一個獨立的板件。
板件和杯件二者的實施例提供一種用于形成一個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，在一個可供選擇的實施例中，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。
極件可以含有一個凹槽。也許，在凹槽內(nèi)可以設(shè)置一個適合接觸另一個電極上相同元件的接觸元件。接觸元件的優(yōu)點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)計具有大的設(shè)計自由度，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相反的方向上流動。
在低阻電路內(nèi)部電流流動的方向，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，因為渦流的分量可以產(chǎn)生一個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，并且這可能需要補償。
隔離層可以是管件，可以是其上具有至少一個端面的管件(亦即一種杯形裝置)，或者可以是一個標(biāo)件和圓盤裝置，或者可以是實心體。
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。
在一可供選擇的實施例中，板件可以是固定到管狀元件上的獨立部件。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)有一個孔，同時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，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。
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，其中一個抽真空的外殼11包括一個絕緣圓筒1，同時金屬端板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)置一個固定接觸元件7和一個活動接觸元件9。其中每個接觸元件7，9在末端部分處都具有一個電極裝置，電極裝置各包括一個線圈形成裝置6，8和一個接觸元件13，14。
圖2示出一個按照現(xiàn)有技術(shù)所述的電極16，其中一個線圈形成裝置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支承一個管狀元件34。導(dǎo)電元件32包括一個桿件部分36和一個擴(kuò)展部分38，該擴(kuò)展部分38具有一個從桿件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)置了許多個狹縫46，不過在圖3中可以看到唯一一個這樣的狹縫。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)部的是一個凹槽52，該凹槽52安放一個具有互補尺寸的接觸元件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，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。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中的流動相反的方向上流動。板件42中的狹縫還有助于防止在板件42中流動的渦流，該渦流可以減少所希望的磁場。
在使用時，圖1中的固定接觸件7和活動接觸件9具有一種如圖3所示的配置。當(dāng)電流流過斷續(xù)器時，兩個接觸件的接觸元件54將接合。當(dāng)希望中斷電流流動時。將活動接觸件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，它被狹縫46強(qiáng)迫成螺旋形流動，因此有效地流經(jīng)一個線圈。這種螺旋形電流流動產(chǎn)生一個磁場，該磁場往往會使電弧擴(kuò)散，因此使電弧的能量散布在接觸元件54的整個表面上，從而防止過熱。低阻電路(經(jīng)過板件42)的優(yōu)點是電流可以跨過整個端面區(qū)域流動，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)裝置在使用時處于閉合位置時耗費較小的能量。
跨越整個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。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。因為接觸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)點是，所形成的磁場可以按需要設(shè)計。
可以將這些狹縫的結(jié)構(gòu)設(shè)計或能得到所希望的繼續(xù)器性能。然而，圍繞管狀元件34的周邊一般會有范圍在3-35個之間的狹縫。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，包括一個抽真空的外殼，該抽真空的外殼包括一個絕緣圓筒，及安裝在外殼內(nèi)部的一個固定接觸電極和一個活動接觸電極，上述固定接觸電極和活動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)器的一個電路，并且其中至少一個電極包括一個線圈限定裝置，該線圈限定裝置在使用時，適合于產(chǎn)生一個磁場，以便在兩電極分開時控制電弧的形成，每個電極都具有一個端面，該端面適合于當(dāng)處于接合狀態(tài)時接觸另一個電極，其中至少其中一個電極具有一個橫向于端面區(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。
18.按照當(dāng)直接或間接從屬于權(quán)利要求3或4時的權(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。
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)裝置包括一個抽真空的外殼,該抽真空的外殼包括一個絕緣圓筒,安裝在外殼內(nèi)部的一個固定接觸電極和一個活動接觸電極上述固定接觸電極和活動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)器的一個電路,并且其中至少一個電極包括一個線圈限定裝置,該線圈限定裝置在使用時,適合產(chǎn)生磁場,以便在兩電極分開時控制電弧的形成,每個電極都具有一個端面(54),該端面(54)適合于當(dāng)處于接合狀態(tài)時接觸另一個電極,至少其中一個電極具有一個跨越端面(54)區(qū)域中電極軸線的低阻電路(42)。
文檔編號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