真空开关设备及其触头组件

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真空开关设备及其触头组件\n[0001] 相关申请的交叉引用\n[0002] 本申请要求序列号为No.14/017,418、申请日为2013年9月4日的美国专利申请的优先权和权益，其通过引用的方式结合在此。\n技术领域\n[0003] 所公开的概念涉及真空开关设备，特别是诸如真空断续器的真空开关设备。所公开的概念还涉及用于真空断续器的触头组件。\n背景技术\n[0004] 断路器，例如用于在约1000伏特以上运行的系统的电力断路器，一般使用真空续断器作为开关装置。真空断续器通常包括设置在绝缘壳体中的可分离的电触头。一般地，触头中的一个相对于所述壳体和外部电导体均固定，所述外部电导体与和真空断续器相关联的电路电气互连。另一个触头是可移动触头组件的一部分，所述可移动触头组件包括具有圆形截面的轴杆和设置在所述轴杆一端且封装在真空腔室内的触头。驱动机构设置在另一端，位于所述真空腔室的外侧。\n[0005] 这些触头承受很大的接触力，所述接触力例如与相对较高的电流有关。因此，除了其它问题，所述触头还容易断裂或弯曲。\n[0006] 因此，对于真空开关设备例如真空断续器及其触头组件有改进的空间。\n发明内容\n[0007] 这些需求和其它需求通过所公开概念的实施例实现，其针对一种用于真空开关设备例如真空断续器的加强的触头组件。\n[0008] 作为本发明的一个方面，提供了一种用于真空开关设备的触头组件。所述触头组件包括：触头元件；以及适于结构性地加强所述触头元件的加强元件。\n[0009] 所述触头元件可包括第一侧、与第一侧相对设置的第二侧、以及通过第一侧与第二侧之间的距离测量的触头厚度。所述加强元件可具有加强厚度，其中加强厚度小于触头厚度。所述触头元件还可包括触头直径，且所述加强元件可包括加强直径，其中加强直径小于触头直径。\n[0010] 加强元件可嵌入在触头元件中位于触头元件的第一侧和触头元件的第二侧之间。\n或者，加强元件可附着至触头元件的第一侧和触头元件的第二侧中的相应一者上。\n[0011] 触头元件可由第一材料制成，加强元件可由第二材料制成，其中第一材料与第二材料不同。所述第一材料可具有第一热膨胀系数，所述第二材料可具有第二热膨胀系数。所述第一热膨胀系数可与所述第二热膨胀系数基本相同。\n[0012] 根据本发明的另一方面，一种真空开关设备包括：真空封壳；以及包围在所述真空封壳中的至少一个触头组件，所述触头组件包括：触头元件，以及适于结构性地加强所述触头元件的加强元件。\n[0013] 所述真空开关设备可以是真空断续器。所述触头组件可包括固定的触头组件和可移动的触头组件。所述可移动的触头组件可在与所述固定的触头组件电接触的闭合位置和与所述固定的触头组件间隔开的打开位置之间移动。\n附图说明\n[0014] 通过结合附图阅读下面对优选实施例的描述，可获得对本发明的完整理解，图中：\n[0015] 图1是根据本发明一个实施例的真空断续器及其触头组件的部分剖视侧视图；\n[0016] 图2是图1的触头组件的放大剖视图；\n[0017] 图3A是根据本发明另一实施例的触头组件的部分剖视等距视图；\n[0018] 图3B是沿图3A的线3B-3B截取的剖视图；\n[0019] 图4A是根据本发明另一实施例的触头组件的分解等距视图，其还示出了在部分隐藏的虚线图中装配好的接触加强元件。\n[0020] 图4B是沿图4A的线4B-4B截取的剖视图；\n[0021] 图5是根据本发明另一实施例的触头组件的分解等距视图；\n[0022] 图6是根据本发明再一个实施例的触头组件的等距视图；\n[0023] 图7是根据本发明另一实施例的触头组件的等距视图。\n具体实施方式\n[0024] 本发明是结合真空断续器予以描述的，但是本发明可应用于与其它真空开关设备和电开关设备一起使用的广泛范围的触头组件。\n[0025] 这里所用的方向用语，例如，上、下及其派生词，与在附图中示出的元件的取向有关，并且不对权利要求构成限制，除非在其中明确指出。\n[0026] 如这里所使用的，两个或更多部件“连接”或“联接”在一起的表述是指：这些部件直接接合在一起或者通过一个或多个中间部件而接合。另外，如这里所使用的，两个或更多部件“附接”的表述是指这些部件直接接合在一起。\n[0027] 如这里所使用的，术语“附着”是指使用任何已知的或合适的结合方法而接合(例如且不限于：胶粘；熔焊；钎焊；锡焊；固态烧结；液相烧结；机械挤压；熔融材料沉积；冶金结合)。\n[0028] 如这里所使用的，术语“嵌入”是指被包围在其中(即封装)。例如且不限于：根据本发明的触头组件的加强元件可利用任何已知的或合适的方法(例如且不限于：感应成型)被嵌入在相应的触头元件中。\n[0029] 如这里所使用的，术语“真空封壳”是指其中采用部分真空的封壳。\n[0030] 如这里所使用的，术语“结构性地加强”是指对一个构件有意地增加强度或者机械地加强该构件，使得该构件的结构整体性(例如且不限于：弯曲强度；抵抗弯曲或断裂的能力)得到改进。\n[0031] 如这里所使用的，术语“数量”是指一或大于一的整数(即多个)。\n[0032] 参照图1，示出了真空开关设备例如真空断续器2。真空断续器2包括真空封壳4，其在图1中以剖视图示出以显示隐藏的结构。根据本发明的一个非限制性实施例，真空断续器\n2采用触头组件100,100’。具体地，固定的触头组件100至少部分地位于真空封壳4内，并且可在示出的与所述固定的触头组件100电接触的闭合位置和与所述固定的触头组件100分隔开的打开位置(未示出)之间移动(例如且不限于，在图1中看到的沿箭头700的方向向上和向下)。\n[0033] 应当理解的是，为了便于举例说明和节省公开的篇幅，这里仅详细描述固定的触头组件100。但是可以理解的是，真空开关设备2所使用的任何数量的触头组件可以是基本相同的，或者可以具有不同的已知的或合适的结构，或者是其结合。\n[0034] 继续参照图1，并且还参照图2，根据本发明，每个触头组件100包括触头元件102，以及适于结构性地加强所述触头元件102的加强元件104。因此，除了其它优点以外，触头组件100的强度或结构整体性尤其得到了改进。即，所述触头组件100响应例如与相对较高电流有关的相对较高接触力而发生弯曲或断裂的可能性显著降低。除了上述方面以外，本发明的加强触头组件的设计还允许触头组件100的整体尺寸(例如且不限于：厚度)减小。这进而例如可以节约成本，因为触头组件需要的材料减少。\n[0035] 结合下面将参照附图1-7描述的示例，可进一步理解本发明的触头组件100、100’、\n200、300、400、500、600。应该理解的是，下面的示例仅为了举例说明的目的提供，并非旨在限制本发明的范围。\n[0036] 示例1\n[0037] 如图2所示，触头元件102可包括第一侧106、与第一侧106相对设置的第二侧108、以及通过第一侧106和第二侧108之间的距离测量的触头厚度110。加强元件104可具有小于触头厚度110的加强厚度112。在图4B中也可看到，通过触头元件302的第一和第二侧306、\n308之间的距离测得的触头厚度310，以及加强元件304的加强厚度312。\n[0038] 示例2\n[0039] 触头元件102可具有触头直径114，且加强元件104可具有加强直径116。如图2中示出的，所述加强直径116可小于所述触头直径114。\n[0040] 示例3\n[0041] 如图2、3A和3B以及7中分别示出的，加强元件104、204、604可被嵌入到触头元件\n102、202、602中。具体地，加强元件104可嵌入触头元件102的第一侧106和触头元件102的第二侧108之间，如在图2的剖视图中最佳示出的。\n[0042] 示例4\n[0043] 触头组件100、200、300、400的加强元件104、204、304、404可以是大体平面的元件。\n[0044] 示例5\n[0045] 触头组件200、400的加强元件204、404可以是筛网元件，如在图3A、3B和5中以非限制性示例分别示出的。\n[0046] 示例6\n[0047] 加强元件(例如且不限于104、204、604)可利用任何已知的或合适的方法或工艺嵌入至相应的触头元件(例如且不限于102、202、602)中，所述方法或工艺例如但不限于：真空感应铸造，插入熔体中然后冷却，浸入和去除，或者任何其它已知的或合适的嵌入方法或工艺。\n[0048] 示例7\n[0049] 可替代地，加强元件304可以适当地附着至触头元件302的第一和第二侧306、308中的对应一个上，如在图4A和4B中示出的。还可看到图5中的加强元件404(其在分解位置示出，即，附着至触头元件402的第一侧406之前)，以及图6中的附着至触头元件502的加强元件504。\n[0050] 示例8\n[0051] 应当理解的是，加强元件(例如且不限于304、404、504)可使用任何已知的或合适的附着方法或工艺附着至触头元件(例如但不限于，302、402、502)，所述方法或工艺例如且不限于：固态扩散烧结结合，液相烧结结合，机械挤压，熔焊，钎焊，锡焊，或者在加强元件(例如但不限于304、404、504)和触头元件(例如但不限于302、402、502)之间形成冶金结合。\n[0052] 示例9\n[0053] 触头组件500的触头元件502可以是具有一定数量的径向区段550、560、570、580(在图6的非限制性示例中示出4个)的螺旋形触头。加强元件504可包括分别用于径向区段\n570、580的一定数量的加强元件572、582。应当理解的是，这种加强元件(例如但不限于572、\n582)可以适当地附着至或嵌入在螺旋形触头502的相应的径向区段(例如570、580)中。还可以看到触头组件600的螺旋形触头602，其中螺旋形触头602包括(例如且不限于)三个径向区段650、660、670，并且加强元件604包括三个对应的加强元件652、662、672。每个加强元件\n652、662、672嵌入至所述的径向区段650、660、670的对应一个中，如在图7中部分示出的。\n[0054] 示例10\n[0055] 触头元件102、202、302、402、502、602可由第一材料制得，所述第一材料例如且不限于铜。加强元件104、204、304、404、504、604可由任何已知的或合适的第二材料制得，所述第二材料优选地与所述触头元件102、202、302、402、502、602的第一材料不同。通过示例的方式，且非限制性的，所述加强元件104、204、304、404、504、604可由以下材料制成：钨，钛，碳纤维，不锈钢、或者能承受升高的温度和具有增加触头组件100、200、300、400、500、600的强度所必须的材料性能的任何其它已知的或合适的材料。\n[0056] 示例11\n[0057] 优选地，所述第一材料具有第一热膨胀系数且所述第二材料具有基本相同的第二热膨胀系数。通过使触头元件102、202、302、402、502、602和加强元件104、204、304、404、\n504、604的热膨胀系数相匹配，可以最大程度减少与热相关的缺陷(例如以不同比率热膨胀)和相关问题，并且可以提高触头组件100、200、300、400、500、600的整体性。\n[0058] 因此，本发明的真空开关设备2包括具有混合结构的独特的触头组件100、200、\n300、400，所述的混合结构包括触头元件102、202、302、402、502、602和加强元件104、204、\n304、404、504、604，所述加强元件适当地嵌入或附着到触头元件以结构性地加强触头元件\n102、202、302、402、502、602。通过这种方式，除了带来其它优点以外，本发明的触头组件\n100、200、300、400、500、600还能在受到相对较高的操作力时抵抗弯曲或断裂，并且使得整体尺寸(参见，例如且不限于，图2的触头厚度110和加强厚度112；还可参见图4B的触头组件\n300的触头厚度310和加强厚度312)能够减小，因此相应地减少了相关的制造和生产费用。\n[0059] 尽管已经详细描述了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员可以理解的是，可以根据所公开的全部教导对这些细节作出各种修改和变型。因此，所公开的具体布置仅是为了举例说明，而非限制本发明的范围，其将由所附权利要求及其任何和全部等同方案的全部内容给出。