[发明专利]集成化多极纵向磁场电力开关触头

说明书

本发明涉及一种电力开关触头的结构，尤其是一种触头表面能够产生多极纵向磁场、更加适合于开断大电流容量的真空开关管灭弧室内集成化触头，属于电器技术领域。

开关设备是电路中必然应用的一种设备，它起着关合、开断电路的作用。在开关断开状态下，开关设备具有很高的电阻，以便承受一定的电压；在开关关合状态下，开关设备应具有很低的电阻，允许额定电流通过，并且不产生过高的温度。开关触头的开断过程中需要进行灭弧，以便触头分断果断。现有的开关设备具有不同的灭弧介质为：油、六氟化硫、空气、半导体、真空等。不同的灭弧介质相应的开关结构不同，性能也不同。由于真空开关具有较小的间隙、高的耐电压能力、低的电弧电压、高的分断电流能力、低的电磨损以及高的电寿命，因此被广泛地应用于电力电路中。但是，现有技术，如图1所示，真空开关管7的核心部件是壳体5内的真空灭弧室6。真空灭弧室6内部触头1、2的性能直接决定真空开关管7的性能。真空开关管7的真空开关触头1、2后部分别连接动导电杆3和静导电杆4，触头1、2断开的动作是通过操控动导电杆3机械分开触头1、2。断开时，触头1、2的接触区域越来越小，直到触头1、2仅有一个接触点，同时接触电阻增加，区域的温度在增加，直到接触点熔化、蒸发并电离，金属蒸气使得真空中的放电得以维持，产生真空电弧，最后完成触头电气断开。为了提高真空开关管的断开能力，需要给真空电弧施加纵向磁场，使真空电弧保持在稳定且扩散的状态，这样电流能够较为均匀地分布在触头表面，同时也能够降低触头表面的温升，避免触头材料的大量蒸发，使电弧电压保持在较低的水平，降低触头的电磨损。因此真空开关管灭弧室内触头必须具备燃弧、导电、产生磁场的能力，技术参数须满足抗熔焊性好、耐压强度高、开断电流能力大、抗电弧烧蚀性能好、截流值低、气体含量低、导电率高以及几何尺寸小、可靠性高等方面的要求。目前，触头的具体结构基本由燃弧部件、导电部件、磁场产生部件组成。如图2所示，燃弧部件11设置在中部，采用铜铬材质，其具有大的断路电流开断能力以及较好的抗熔焊性，可在开断的瞬间产生金属蒸气，以便维持电流；导电部件12设置触头本体的一圈，一般采用铜材料；磁场产生部件13为感应线圈，设置在触头的本体的外侧，无论时横磁还是纵磁，其磁场强度较低。这些部件组装时，需要在真空高温下使用银铜焊料进行钎焊，才能连接在一起。由于各个部件结构复杂，一次钎焊往往只能完成部分焊接，因此在实际制造中，不仅需要多次进入真空高温炉进行反复的钎焊，焊面的接触也并非是百分之百地接触好，难以保障焊接面质量合焊接的牢靠性，并且不可避免地存在焊面的毛刺等，致使触头整体性电气能较差。由于上述原因，现有技术的真空开关管不仅成品率低，方法复杂，导致成本过高，而且整体电气性能不理想。另外，各部件的加工需要各种使用专业配置成型的铜铬合金材料，对于该合金材料的机械车铣加工方法复杂。

现有技术中还有一种产品，由荷兰HOLEC公司开发的，其磁场产生部件13抛弃了原由的线圈形式。触头本体的铜铬燃弧部件11上，叠放设置一层层作为磁场产生部件13的电工纯铁片13，并利用铆钉14铆接。铁片13具有不同大小的开口131、132、133，由电工纯铁片感应电流产生磁场，具体结构如图3、4所示。铜铬燃弧部件11上磁场产生部件13铁片的叠放，从正视图方向形成从大到小的梯形状，这样不仅简化了原有触头的结构，而且磁场强度大大提高。但是即使这样的结构也仍然不得不使用钎焊方法，才能将分离设置的导电部件12、磁场产生部件13铁片等结合在一起。由于其结构所需要使用的方法基本没有大的改变，因此其成本、质量仍然存在不少的问题。另外，由于磁场产生部件13铁片是平面叠放，依据右手螺旋定律，磁感应到达铁片开口后，再一层层向上走，形成纵向磁力线，磁阻较大。再有，因磁场产生部件13铁片的叠放为梯形状，导热体为偏心体，这种不对称的导热体必然在瞬间热分散效应差，不仅影响触头的分断能力，而且整体容易变形。

最为重要的是现有的触头结构无论式样如何，无一例外，其各个组件都是分离设置的，制造工序繁多，质量不稳、性能不高，就如同早期的分离式电子器件一样，为实现一种电功能，需要焊接大量的分离元件，不仅工序增多，而且可靠性低，性能较差，同时必然是体积较大。广泛地检索结果表明，多年来，世界各国的技术人员不断的研发努力更多地是将注意力集中在各个部件的形状和材料上，在触头的整体结构一直没有更大的改进。