專利名稱：觸頭組件和包括該觸頭組件的斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種觸頭組件，尤其是用于斷路器中的插入式觸頭組件。另外，本實用新型還涉及包括這種 觸頭組件的斷路器。
背景技術(shù)：
斷路器是ー種廣泛使用的電氣設(shè)備，其可以在電氣線路出現(xiàn)過載、短路等情況下自動斷開線路，由此避免造成大的事故。斷路器通常包括靜觸頭和動觸頭構(gòu)成的觸頭組件，在正常工作情況下，靜觸頭和動觸頭相互接合由此導(dǎo)通線路，而在出現(xiàn)線路故障吋，動觸頭動作而離開靜觸頭，由此斷開線路。在中壓或高壓大功率斷路器中，由于線路中的電流較大，在動觸頭和靜觸頭分離時，會產(chǎn)生大的電弧。因此，有必要采取措施來抑制電弧的產(chǎn)生或者熄滅電弧。在歐洲專利申請公開第EP2251885A1中，公開了ー種抑制電弧產(chǎn)生的方案。如圖I和2所示，在靜觸頭I和動觸頭2之間設(shè)置有電阻器3，在正常工作情況下，靜觸頭I和動觸頭2接觸，由此導(dǎo)通線路。而在出現(xiàn)故障吋，動觸頭2在與電阻器3保持相接觸的同時，例如，在動觸頭2沿著動觸頭2和電阻器3之間的交界面4移動的同時，遠離靜觸頭I移動，由此，使得在靜觸頭I和動觸頭2之間的電流逐漸減小至零，抑制了由于靜觸頭I和動觸頭2突然斷開而在二者之間產(chǎn)生劇烈的電弧。但是，上述專利申請僅僅提出了ー個概念，而沒有提出能夠供實施的具體結(jié)構(gòu)，并且在上述專利申請中，由于動觸頭2沿著交界面4移動，因此，電流將主要穿過電阻器的表面，進而導(dǎo)致很大的溫度梯度，而且由于電阻利用效率低，在交界面4處的溫度升高，會遠高于體電阻電阻器，并甚至升高到損壞電阻器3的程度，因此，這個概念還有待完善。

實用新型內(nèi)容本實用新型是在上述現(xiàn)有技術(shù)中的改進，并且提供了一種能夠有效實施并能夠抑制電阻器的溫度升高的觸頭。根據(jù)本實用新型的ー個方面，提供了ー種觸頭組件，其包括相互可接合和可脫開的動觸頭和靜觸頭，在所述動觸頭和靜觸頭中的至少ー個上設(shè)置有電阻器部分，以在所述動觸頭和靜觸頭脫開過程中的脫開開始階段內(nèi)，電流經(jīng)所述電阻器部分在所述動觸頭和靜觸頭之間流過，所述電阻器部分設(shè)置成使得在所述脫開開始階段內(nèi)電流在所述電阻器部分的整個體積上流動。利用本實用新型，在動觸頭和靜觸頭脫開的過程中，在脫開開始階段，電流并不立即中斷，而是經(jīng)電阻器部分在動觸頭的觸頭部分之間流動，并逐漸斷開，從而抑制了電弧的產(chǎn)生，并逐漸減小后斷開，從而降低了開斷電弧的能量。另外，通過使得電流在電阻器部分的整個體積上流動，提高了電阻使用效率，抑制了電阻器部分的溫度升高。優(yōu)選的是，在所述階段內(nèi)，所述動觸頭和靜觸頭分別與所述電阻器部分的兩個在體積上相対的面電接觸。[0010]根據(jù)本實用新型的ー個優(yōu)選實施方式，所述電阻器部分為截面為環(huán)形的圓筒形，設(shè)置有所述電阻器部分的所述至少一個觸頭與所述圓筒形電阻器部分的內(nèi)周面電接觸，而所述另ー觸頭在所述脫開開始階段與所述電阻器部分的外周面電接觸。所述至少ー個觸頭為靜觸頭，包括圓柱形的觸頭部分，所述電阻器部分設(shè)置在所述觸頭部分的前側(cè)，該觸頭部分在前端還設(shè)置有小直徑的突起，該小直徑突起插入到所述電阻器部分的中心孔中以與所述電阻器部分的內(nèi)周面電接觸。所述觸頭部分可以與所述電阻器部分的外徑相同或者所述電阻器部分可以為帶有中心孔圓臺形狀。可選的是，在所述電阻器部分的前端上還設(shè)置有端蓋，并優(yōu)選的是，所述端蓋由金屬制成。由此，可以保護所述電阻器免受電弧的損壞。所述電阻器部分通過金屬化、熔接、焊接、粘接、螺紋連接固定到所述觸頭部分上。 在電阻器部分設(shè)置在靜觸頭的情況下，該動觸頭可以包括圓筒形的觸頭部分，在觸頭組件接合時，該圓筒形的觸頭部分罩在所述圓柱形的觸頭部分的外側(cè)并與之電連接，在所述脫開開始階段，所述圓筒形的觸頭部分遠離所述圓柱形觸頭部分滑動，并與所述電阻器部分的外周面電接觸。所述動觸頭還包括支撐所述圓筒形觸頭部分并且將整個動觸頭與操動機構(gòu)相連接的觸頭管、罩在觸頭部分外周側(cè)的屏蔽支撐部以及設(shè)置在屏蔽支撐部前端的屏蔽件。所述圓筒形的觸頭部分有多個徑向向內(nèi)偏壓的條形彈簧片構(gòu)成。由此，使得動觸頭的觸頭部分壓接觸所述靜觸頭的觸頭部分或電阻器部分，提高了電接觸的可靠性。根據(jù)本實用新型的另ー實施方式，所述電阻器部分為截面為環(huán)形的圓筒形，設(shè)置有所述電阻器部分的所述至少一個觸頭與所述圓筒形電阻器部分的外周面電接觸，而所述另ー觸頭在所述脫開開始階段與所述電阻器部分的內(nèi)周面電接觸。在電阻器部分可以設(shè)置在動觸頭上，包括圓筒形的觸頭部分，所述電阻器部分設(shè)置在該觸頭部分的前側(cè)上，并且所述觸頭部分包括向前延伸并與所述電阻器部分的外周面電接觸的突起部分。在電阻器部分設(shè)置在動觸頭的情況下，靜觸頭可以包括圓柱形的觸頭部分，在所述觸頭組件接合時，所述靜觸頭的觸頭部分插入到所述動觸頭的圓筒形觸頭部分內(nèi)并與之電接觸，而在所述脫開開始階段內(nèi)，所述動觸頭背離所述靜觸頭移動，使得所述靜觸頭的觸頭部分與所述電阻器部分的內(nèi)周面接觸。所述靜觸頭的觸頭部分可以由多個徑向向外偏壓的彈簧金屬片構(gòu)成，以提高電接觸的可靠性。所述電阻器部分通過金屬化、熔接、焊接、粘接、螺紋連接固定到所述觸頭部分上。根據(jù)本實用新型的另一方面，上述觸頭組件作為插入式觸頭組件。根據(jù)本實用新型的再一方面，提供了ー種包括上述觸頭組件或插入式觸頭組件的斷路器。

本實用新型的上述各個方面、優(yōu)點和エ業(yè)及技術(shù)上的重要性將通過下面參照附圖對本實用新型優(yōu)選實施方式的詳細(xì)描述而變得更清楚，附圖中圖I和2是示出現(xiàn)有技術(shù)中用于抑制電弧產(chǎn)生的觸頭組件的示意圖；[0026]圖3是根據(jù)本實用新型的ー個優(yōu)選實施方式的插入式觸頭組件的透視圖；圖4A和4B是圖3所示的插入式觸頭組件中的靜觸頭的透視圖和分解視圖；圖5A和5B是圖3所示的插入式觸頭組件中的的動觸頭的透視圖和分解視圖；圖6是示出插入式觸頭組件在閉合狀態(tài)下的縱向截面圖；圖7是示出在插入式觸頭組件斷開過程中的縱向截面圖；圖8是示出在分離狀態(tài)下所述插入式觸頭組件的縱向截面圖；以及圖9是示出圖3所示的插入式觸頭組件中靜觸頭的電阻器部分的溫度分布的仿真模擬圖。
具體實施方式
下面，參照附圖3-8，詳細(xì)描述根據(jù)本實用新型優(yōu)選實施方式的插入式觸頭組件100。在下面的描述中以及在所附的權(quán)利要求中，將兩個觸頭要彼此接合的一端、一側(cè)或部分稱為前端、前側(cè)或前部，并且指向相配合的觸頭的方向稱為向前方向，相應(yīng)的將相対的一端、ー側(cè)或部分稱為后端、后側(cè)或后部，背離相配合的觸頭的一端稱為向后方向。圖3示出了根據(jù)本實用新型優(yōu)選實施方式的插入式觸頭組件100。如圖3所示，該插入式觸頭組件100包括靜觸頭20和動觸頭30。如圖4A和4B所示，靜觸頭20包括觸頭部分21、電阻器部分22和端蓋23。所述觸頭部分21包括大致為圓柱形的主體211和在該圓柱形主體211的前端延伸出的突起部分212，該突起部分212的直徑小于該圓柱形主體211的直徑，并且優(yōu)選的與圓柱形主體211同軸。觸頭部分由金屬制成，尤其是導(dǎo)電性優(yōu)異的金屬，如銅、鋼等制成，并且為了減輕重量可以形成為中空的。在觸頭部分21的后端形成有孔211，用干與支撐和固定靜觸頭20的支撐結(jié)構(gòu)(未示出)相連接。在觸頭部分的主體211的前端設(shè)置有電阻器部分22，如圖4B所示，該電阻器部分22由一片或多片圓柱形電阻器221同軸并排疊置構(gòu)成，該電阻器221通常由BN/TiB2陶瓷或者粘土 /碳黑陶瓷制成，并且形成為具有中心孔的圓環(huán)形狀。該電阻器部分22借助于其中心孔套在觸頭部分21的小直徑的突起部分212上，并且其中心孔的內(nèi)周面與該小直徑的突起部分212形成接觸，或者可以通過金屬化、粘接等エ藝使得電阻器部分22的內(nèi)周面與該觸頭部分21的小直徑突起部分212的外周面電連接。該電阻器部分22可以通過多種方式固定于所述觸頭部分21上。如圖4A和4B所示，在所述電阻器部分22的前端上設(shè)置有通常由金屬制成的端蓋23，該端蓋23可以為圓環(huán)形。通過利用金屬制成的端蓋，可以保護陶瓷的電阻器部分22免受電弧的損壞。另外，所述電阻器部分22可以通過上述金屬化、熔接、螺紋連接等方法固定到觸頭部分21上。如圖5A和5B所不，動觸頭30大致為圓筒狀，并且在其后纟而，即，遠尚靜^觸頭20 —端包括觸頭管31，以用于將動觸頭30固定到動觸頭的操動機構(gòu)(未示出)上。另外，動觸頭30還包括圓筒形的觸頭部分32、罩在觸頭部分32外側(cè)的屏蔽支撐部33以及設(shè)置在屏蔽支撐部33前端的屏蔽件34。其中觸頭部分32、屏蔽支撐部33和屏蔽件34，例如通過凸緣和螺栓固定到觸頭管31上。(在此加入例如意思為并不局限于這樣ー種方式，這種方式僅僅是ー個例子)觸頭部分32為圓筒狀并由多條彈性金屬片拼合而成，以在與靜觸頭20接合吋，弾性金屬片構(gòu)成的該觸頭部分32圍繞靜觸頭20的觸頭部分21的外圓周壓在靜觸頭20的觸頭部分21上，以形成電接觸。所述屏蔽支撐件33用干支撐屏蔽件34并且用于使得觸頭的電壓均勻。屏蔽件34用于保護觸頭部分32的前端在與靜觸頭20接合時免受損壞。屏蔽件34起到保護觸頭部分32，降低分?jǐn)噙^程中產(chǎn)生的電弧對觸頭部分32的損傷。下面參照圖6-8，描述根據(jù)本實用新型的插入式觸頭組件的工作。如圖6所示，在正常閉合狀態(tài)下，動觸頭30接合在靜觸頭20的外周側(cè)，并且動觸頭30的觸頭部分32壓在靜觸頭20的觸頭部分21 (如上面所描述的，觸頭部分21即為觸頭金屬部分)外圓周上并與之電接觸，由此構(gòu)成導(dǎo)通狀態(tài)。要指出的是，圖6中箭頭表示電流的大致流向，此時，電阻器部分22并未介入電流流動路徑中，即，電流未流經(jīng)電阻器部分22，電阻器部分22未起作用。如圖7所示，在出現(xiàn)過載、短路等故障吋，動觸頭30在操動機構(gòu)的控制下與靜觸頭20分離，在從脫開開始的一個階段內(nèi)(也稱為脫開開始階段)，動觸頭30的觸頭部分32與靜觸頭20的觸頭部分21分離開，但是此時，設(shè)置在靜觸頭20的觸頭部分21的前端的電阻 器部分22與動觸頭30的觸頭部分32接觸，由此，如圖7中箭頭所示，此時電流將通過靜觸頭20的觸頭部分21與電阻器22的接觸面流入電阻器22，接觸面既包括靜觸頭20的觸頭金屬部分21的小直徑突起與電阻器22內(nèi)表面的接觸面，同時也包括靜觸頭20的觸頭金屬部分21的小直徑突起底部到大直徑圓柱側(cè)面間的部分與電阻器22頂部的接觸面，并通過電阻器22與動觸頭30的觸頭部分32的接觸部分流入動觸頭30。并且如圖8所示，隨著動觸頭30和靜觸頭20完全斷開，實現(xiàn)動觸頭30和靜觸頭的物理分?jǐn)?，由于物理斷開前電流已經(jīng)降低到ー個非常小的數(shù)值，從而極大的降低了開斷電弧的能量，使得分?jǐn)嗟碾y度極大降低。另外，要指出的是，如圖7中的箭頭所示，電流不僅僅在電阻器部分22的表面上流過，而且還在電阻器部分22的整個體積上流過，有效提高了電阻器的使用效率，避免了電阻器溫度過高以及過大的溫度梯度。經(jīng)過仿真模擬計算可以看出，在動觸頭30和靜觸頭20斷開過程中，在電阻器部分22的整個體積上的電流密度基本上均勻分布，并且隨著動觸頭30的滑動，電流逐步減小。由此證明了電流在電阻器部分22的整個體積上流過，由此，防止了在現(xiàn)有技術(shù)中電流僅流經(jīng)電阻器部分的表面而造成的過熱以及溫度分布梯度過大等問題。參照圖9，圖9示出了一個示例性插入式觸頭組件中的靜觸頭中的電阻器部分22的溫度分布的仿真模擬圖，該仿真模擬是在如下條件下進行的，即電壓24kV、電流20kA、電阻器部分為40mm厚，電阻器部分22的內(nèi)徑(中心孔直徑)為26mm，外徑為57mm。從圖9可以看出，電阻器部分22中的理論最高溫度是1046攝氏度，低于通常電阻器的1500攝氏度的臨界值，由此，可以保證電阻器部分不會由于過熱而受到損壞。另外，通過選擇電阻器部分22的材料，也可以進一歩降低溫度。另外，為了進一歩降低所述觸頭的溫度，還可以提供冷卻系統(tǒng)。根據(jù)本實用新型，提供了一種實用的帶有電阻器的插入式觸頭組件的結(jié)構(gòu)，該插入式觸頭組件可以極大降低在動觸頭和靜觸頭分離過程中產(chǎn)生電弧的能量，并且可以防止插入式觸頭中的電阻器過熱。盡管上面參照附圖詳細(xì)描述了根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施方式，但是，本實用新型并不局限于此。例如，動觸頭可以設(shè)置成圓柱形，而靜觸頭形成為圓筒狀。另外，電阻器部分也可以設(shè)置在圓筒狀動觸頭上，由此，電阻器部分也為圓筒狀，以便在其內(nèi)周表面與靜觸頭的觸頭部分相接觸，并且同時，該圓筒狀動觸頭的觸頭部分還設(shè)置有突出部分，以與圓筒狀的電阻器部分的外周表面相接觸，由此，在動觸頭和靜觸頭斷開過程中，可以保證電流在電阻器部分的整個體積上流過。另外，電阻器部分可以分別設(shè)置在動觸頭和靜觸頭二者上，并且結(jié)構(gòu)相應(yīng)地被設(shè)計成使得在動觸頭和靜觸頭斷開過程中，電流在電阻器的整個體積上流過。另外，盡管在上面的優(yōu)選實施方式中，電阻器部分采用具有中心孔的圓柱形構(gòu)型，但是也可以采用其它構(gòu)型，如帶有特定角度的圓臺形，以利于動觸頭和靜觸頭之間的接合。另外，盡管在上面的優(yōu)選實施方式中，本實用新型應(yīng)用于插入式觸頭組件中，其中靜觸頭為圓柱形，而動觸頭為圓筒形，但是，本實用新型也可以應(yīng)用于其它形式的觸頭組件中，只要保證在動觸頭和靜觸頭的脫開開始階段中，電流在設(shè)置于動觸頭和/或靜觸頭上的電阻器部分的整個體積上流動即可。并且更具體地說，在該脫開開始階段，所述動觸頭和靜觸頭分別與電阻器部分的體積上的兩個相對面電接觸，以保證電流在電阻器部分的整個體積上流動。所述體積上相対的面是指如果這兩個面分別被設(shè)置不同極性的電荷，那么這兩個面產(chǎn)生的電場的電カ線能夠基本上包括電阻器部分的整個體積。例如，在電阻器部分為圓柱形的情況下，可以為圓柱形的兩個端面；在電阻器部分為環(huán)形截面的柱形時，可以為兩個相対的端面或者內(nèi)周面和外周面；如果電阻器部分為六面體形狀時，為兩個相對的面
坐寸o因此，本實用新型的范圍并不僅局限于上述說明書中描述的具體實施方式
，而是本領(lǐng)域技術(shù)人員鑒于在此的教導(dǎo)可以作出各種改進、變型和替換，而這些改進、變型和替換都應(yīng)落入本實用新型涵蓋的范圍內(nèi)，因此，本實用新型的范圍僅由所附權(quán)利要求書及其等價物限定。
權(quán)利要求1.ー種觸頭組件，包括相互可接合和脫開的動觸頭和靜觸頭，在所述動觸頭和靜觸頭中的至少ー個上設(shè)置有電阻器部分，以在所述動觸頭和靜觸頭脫開過程中的脫開開始階段內(nèi)，電流經(jīng)所述電阻器部分在所述動觸頭和靜觸頭之間流過，其特征在于，所述電阻器部分設(shè)置成使得在所述脫開開始階段內(nèi)電流在所述電阻器部分的整個體積上流動。
2.如權(quán)利要求I所述的觸頭組件，其特征在于，在所述脫開開始階段內(nèi)，所述動觸頭和靜觸頭分別與所述電阻器部分的兩個在體積上相対的面電接觸。
3.如權(quán)利要求2所述的觸頭組件，其特征在于，所述電阻器部分為截面為環(huán)形的圓筒形，設(shè)置有所述電阻器部分的所述至少一個觸頭與所述圓筒形電阻器部分的內(nèi)周面電接觸，而所述另ー觸頭在所述脫開開始階段與所述電阻器部分的外周面電接觸。
4.如權(quán)利要求3所述的觸頭組件，其特征在于，所述至少ー個觸頭為靜觸頭，包括圓柱形的觸頭部分，所述電阻器部分設(shè)置在所述觸頭部分的前側(cè)，該觸頭部分在前端還設(shè)置有突起部分，該突起部分插入到所述電阻器部分的中心孔中以與所述電阻器部分的內(nèi)周面電接觸。
5.如權(quán)利要求4所述的觸頭組件，其特征在干，所述突起部分與所述觸頭部分為同軸 的。
6.如權(quán)利要求5所述的觸頭組件，其特征在干，所述觸頭部分與所述電阻器部分的外徑相同。
7.如權(quán)利要求6所述的觸頭組件，其特征在于，所述電阻器部分的前端上還設(shè)置有端
8.如權(quán)利要求7所述的觸頭組件，其特征在于，所述端蓋由金屬制成。
9.如權(quán)利要求I至8中任一項所述的觸頭組件，其特征在于，所述電阻器由BN/TiB2陶瓷或者粘土/碳黑陶瓷制成。
10.如權(quán)利要求3至8中任一項所述的觸頭組件，其特征在于，所述電阻器部分通過金屬化、熔接、焊接、粘接、螺紋連接固定到所述觸頭部分上。
11.如權(quán)利要求4至8中任一項所述的觸頭組件，其特征在于，所述另ー觸頭為動觸頭，該動觸頭包括圓筒形的觸頭部分，在所述觸頭組件接合時，該圓筒形的觸頭部分罩在所述靜觸頭的觸頭部分的外側(cè)并與之電連接，在所述脫開開始階段，所述圓筒形的觸頭部分遠離所述圓柱形觸頭部分移動，并與所述電阻器部分的外周面電接觸。
12.如權(quán)利要求11所述的觸頭組件，其特征在于，所述動觸頭還包括支撐所述圓筒形觸頭部分并且將整個動觸頭與操動機構(gòu)相連接的觸頭管、罩在觸頭部分外周側(cè)的屏蔽支撐部以及設(shè)置在屏蔽支撐部前端的屏蔽件。
13.如權(quán)利要求12所述的觸頭組件，其特征在于，所述圓筒形的觸頭部分由多個徑向向內(nèi)偏壓的條形彈簧金屬片構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求2所述的觸頭組件，其特征在于，所述電阻器部分為截面為環(huán)形的圓筒形，設(shè)置有所述電阻器部分的所述至少一個觸頭與所述圓筒形電阻器部分的外周面電接觸，而所述另ー觸頭在所述脫開開始階段與所述電阻器部分的內(nèi)周面電接觸。
15.如權(quán)利要求14所述的觸頭組件，其特征在于，所述至少ー個觸頭為動觸頭，包括圓筒形的觸頭部分，所述電阻器部分設(shè)置在該觸頭部分的前側(cè)上，并且所述觸頭部分包括向前延伸并與所述電阻器部分的外周面電接觸的突起部分。
16.如權(quán)利要求15所述的觸頭組件，其特征在于，所述另ー觸頭為靜觸頭，包括圓柱形的觸頭部分，在所述觸頭組件接合時，所述靜觸頭的觸頭部分插入到所述動觸頭的圓筒形觸頭部分內(nèi)并與之電接觸，而在所述脫開開始階段內(nèi)，所述動觸頭遠離所述靜觸頭移動，使得所述靜觸頭的觸頭部分與所述電阻器部分的內(nèi)周面接觸。
17.如權(quán)利要求14至16中任一項所述的觸頭組件，其特征在于，所述電阻器由BN/TiB2陶瓷或者粘土/碳黑陶瓷制成。
18.如權(quán)利要求14至16中任一項所述的觸頭組件，其特征在于，所述電阻器部分通過金屬化、熔接、焊接、粘接、螺紋連接固定到所述觸頭部分上。
19.如權(quán)利要求I至8和12至16中任一項所述的觸頭組件，其特征在于，所述觸頭組件為插入式觸頭組件。
20.ー種斷路器，包括如權(quán)利要求I至18中任一項所述的觸頭組件或如權(quán)利要求19所述的插入式觸頭組件。
專利摘要本實用新型公開了一種觸頭組件和包括觸頭組件的斷路器。所述觸頭組件包括相互可接合和可脫開的動觸頭和靜觸頭，在所述動觸頭和靜觸頭中的至少一個上設(shè)置有電阻器部分，以在所述動觸頭和靜觸頭脫開過程中的脫開開始階段內(nèi)，電流經(jīng)所述電阻器部分在所述動觸頭和靜觸頭之間流過，其特征在于，所述電阻器部分設(shè)置成使得在所述脫開開始階段內(nèi)電流在所述電阻器部分的整個體積上流動。利用本實用新型，在動觸頭和靜觸頭脫開的過程中，在脫開開始階段，電流首先經(jīng)電阻器部分在動觸頭的觸頭部分之間流動，并逐漸減小，從而減小了開斷電弧的能量。
文檔編號H01H9/42GK202523600SQ20112045420
公開日2012年11月7日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者丹尼爾.皮科茲, 張雪飛, 李寧, 王云濤 申請人:施耐德電器工業(yè)公司