接触

申请号 CN200780011013.7 申请日 2007-03-23 公开(公告)号 CN101410916A 公开(公告)日 2009-04-15
申请人 ABB股份有限公司; 发明人 J·格拉茨-赖克恩巴赫; P·伊斯伯格; M·M·约翰逊; K·林纳鲁德; L·X·埃里克森;
摘要 一种 接触 器,该接触器具有两个接触件(1、2),该两个接触件的每一个具有接触构件(3、4),该接触构件适于将其接触侧(5、6)靠着另一接触构件的所述接触侧,用以使得 电流 在所述两个接触件之间流动。两个接触构件的接触侧设有锯齿(11、12),所述锯齿延伸,使得一个所述接触侧的锯齿的细长脊状峰(13)与另一个所述接触侧的所述峰相交,同时形成分布在所述接触侧的区域上的这些接触侧的多个相互接触的点。
权利要求

1.一种接触器,该接触器具有两个接触件(1、2),该两个接触件 的每一个具有接触构件(3、4),该接触构件适于使其接触侧(5、6)靠 着另一接触构件的所述接触侧,用以使得电流在所述两个接触件之间流 动,其特征在于,两个接触构件的所述接触侧设有锯齿(11、12),所述 锯齿延伸,使得一个所述接触侧的锯齿的细长脊状峰(13)与另一个所 述接触侧的所述峰相交,同时形成分布在所述接触侧的区域上的这些接 触侧的多个相互接触的点(16、18、21、22)。
2.如权利要求1所述的接触器,其特征在于所述接触构件的接触侧 的所述锯齿的峰(13)具有大致锐的边缘(14)。
3.如权利要求2所述的接触器,其特征在于所述锯齿的峰(13)的 度为50°~120°,有利地为60°~90°且优选地约为70°。
4.如前述权利要求中的任意一项所述的接触器,其特征在于该接触 器包括装置(7、8),该装置(7、8)适于用压按压所述接触件(1、2), 使所述接触构件(3、4)的所述接触侧(5、6)彼此相抵,使得所述锯 齿的所述峰(13)在其交点相互切入而形成所述相互接触的点(16、18、 21、22)。
5.如前述权利要求中的任意一项所述的接触器,其特征在于所述锯 齿(11、12)深度为0.2mm~2mm,有利地为0.3mm~1mm,优选地为0.3mm~ 0.7mm且最优选地约为0.5mm。
6.如前述权利要求中的任意一项所述的接触器,其特征在于所述接 触构件之一的接触侧(5、6)的锯齿(11、12)相互平行地延伸跨过所 述接触侧。
7.如前述权利要求中的任意一项所述的接触器,其特征在于两个接 触构件(3、4)的接触侧(5、6)的锯齿(11、12)大致相互平行地延 伸跨过相应接触侧,且所述两个接触构件的接触侧的锯齿取向为使得锯 齿的峰相对于彼此形成超过10°,有利地为30°~90°且优选地约为90°的 角度。
8.如权利要求1~6中的任意一项所述的接触器,其特征在于所述 接触构件之一的接触侧的锯齿包括峰(17)和谷的同心延伸环。
9.如权利要求1~6和8中的任意一项所述的接触器,其特征在于 所述接触构件之一的接触侧的锯齿包括从所述接触侧的中心区域(20) 径向延伸的峰(19)和谷。
10.如前述权利要求中的任意一项所述的接触器,其特征在于所述 接触构件(3、4)由合金例如化银锡形成。
11.如前述权利要求中的任意一项所述的接触器,其特征在于该接 触器包括装置(9),该装置(9)用于移动所述接触件(1、2)使所述接 触构件(3、4)分开以分离所述接触构件的接触侧,并中断所述接触件 之间的电流流动。
12.如前述权利要求中的任意一项所述的接触器,其特征在于包括 装置(10),该装置(10)用于移动所述接触件(1、2)使所述接触构件 (3、4)从防止任何电流在所述接触件之间流动的分隔开的位置相向移 动,以使所述接触侧(5、6)相互靠着,以及使电流在所述接触件之间 流动。
13.如权利要求11或12所述的接触器,其特征在于所述移动装置 (9、10)适于沿着与所述接触侧(5、6)的延伸大致垂直的大致直线的 路径,使所述接触件(1、2)彼此相对地移动。
14.如前述权利要求中的任意一项所述的接触器,其特征在于所述 接触器设计成使超过5A,有利地超过50A,优选地至少500A且最优选地 500A~5000A的电流在所述接触件(1、2)之间流动。
15.如前述权利要求中的任意一项所述的接触器,其特征在于所述 接触器为在该接触器的正常工作状态下预期闭合以使得电流能够在所述 接触件(1、2)之间流动的类型。
16.如权利要求1~14中的任意一项所述的接触器,其特征在于所 述接触器为在该接触器的正常工作状态下预期建立和中断所述接触件 (1、2)之间的电流流动的类型。

说明书全文

技术领域

发明涉及具有两个接触件(contactor element)的接触器 (contactor),两个接触件的每一个具有接触构件(contactor member),该接触构件适于将其接触侧靠着另一接触构件的接触侧,用 以使得电流能够流过所述两个接触件之间。

“接触器”在这里定义为包括具有这些特性的所有类型的装置。 因此,包括这样的接触器,其总是处于使得电流能够在其两个接触件 之间流动的闭合接触形成位置,且其中只要该接触器所属的器件、装 置或设备正确地工作,该两个接触件预期不分离。本发明还涉及在接 触器的正常工作状态下预期建立和中断两个接触件之间的电流流动的 类型的接触器,以及处于断开状态多于处于使得电流能够在两个接触 件之间流动的闭合状态的接触器。

此外,该接触器可具有不止两个接触件,且每一个接触件可具有 不止一个所述接触构件。实际上,接触器经常具有六个接触件,三相 网络的每个相使用两个接触件,每个接触件具有一个接触构件。

通常使用IEC 947-4-1标准来表示这些接触器的不同工作类型, 其中例如AC1是指接触器连接到电阻性负载且通常处于闭合状态的工 作,以及AC3是指接触器连接到电动机,断开和闭合更频繁且接触的 焊接险更高的工作。

本发明不限于在接触器的闭合状态下预期在两个接触件之间流动 的电流的任何具体范围,而是具体涉及设计成在接触件之间流动的电 流超过5A的接触器。

接触器必须满足不同的要求以良好地工作。这些要求之一为接触 器应具有这样的能,即在断开时能够中断所流过的电流且在闭合时 能够建立该电流而不由于例如高温而毁坏。接触构件的热性能对于接 触器的正常运行也是非常重要的,且对于在接触器的正常工作状态下 预期闭合以使得电流能够在其接触件之间流动的接触器而言尤为重 要,并且本发明主要涉及这些性能并因此涉及该类型的接触器,不过 其他类型的接触器也可能关注这些性能。

两个接触构件之间的接触界面(即,所述接触侧彼此靠着的位置) 内的低接触电阻对于将产热(P=RI2)保持尽可能低是重要的,但是将 在接触界面内产生的热量高效地传输离开以避免会导致无法接受的高 温的热点,也是重要的。

不同类型的布置已被制作,用于使两个接触构件的所述接触侧相 互平行地延伸,不过现实中已经证明,在这种接触器的连续生产中不 可能获得完美的平行。接触侧的取向略微偏离完美平行导致在接触器 的闭合状态下所述接触侧之间形成单个较大的接触点,出于多种原因, 这与接触构件之间的更为分布的接触区域相比是不利的。与接触界面 更为分布的情形相比,将热量从单个更大的接触点传输离开的效率将 更低,这导致接触表面内接触构件的整体更高的温度,并且由于中间 区域被更热区域包围,其中间变得比外部边界更热。用于这种接触器 的接触构件的材料具有正温度系数,这意味着该材料的电阻随着温度 而增大,并且流过接触器的电流大部分保持恒定,这意味着高温的接 触表面内具有进一步的温度上升,导致接触电阻高于期望值。这种类 型的接触器的另一问题为,当电流峰值出现时,接触构件会被迫使略 微分开,使得这些接触构件中的可移动接触构件被提升离开另一接触 构件。这将随后引发电弧(arcing),电弧会导致焊接以及难以再次断 开接触器。

发明内容

本发明的目的是提供一种在引言中界定的类型的接触器,其解决 了如上所述的问题。
根据本发明的该目的是通过提供这种接触器来实现的,其中两个 接触构件的所述接触侧设有锯齿,所述锯齿延伸使得一个所述接触侧 的锯齿的细长脊状峰与另一个所述接触侧的这种峰相交,同时形成分 布在所述接触侧的区域上的这些接触侧的多个相互接触的点。
这意味着两个接触构件之间的接触表面将由分布于接触侧的区域 上的许多小的接触表面或点形成,使得与单个接触表面的情形相比, 热量传输离开如此形成的整体接触表面的效率高得多。因此,在这些 点中,所有部分靠近点的外部边界,且不会形成较热的中间区域,这 些中间区域具有增加的电阻而使其变得更热。这种高效的热传输将避 免接触构件之间的接触界面处的太高温度以及接触构件的任何毁坏风 险。通过在两个接触构件的接触侧内布置如上所述地延伸的锯齿,可 以获得接触侧的更大区域上的接触界面的这种分布,而不需要两个接 触侧彼此之间的完美平行。应当指出,“接触侧的区域”是指所述点分 布在这些接触侧的区域的大部分上,而不必也沿着这些接触侧的外边 界定位而分布于其整个区域上。对于单个接触点的情形,在出现峰值 电流I0时试图按压分开接触构件的(提升)力F0为k·I02,而k=4.45·10-7。 然而,对于n个接触点,该力为Fn,每个接触点内的电流为I0/n,其 中Fn=n·k(I0/n)2=F0/n。因此,当接触点数目增加时,总的力显 著减小,降低了由此导致的严重电弧和焊接的风险。低的提升力还使 得可以使用更少的能量来闭合接触器,这也使得焊接的风险降低。
根据本发明一个实施例,接触构件的接触侧的所述锯齿的所述峰 具有大致锐的边缘,这有利于通过使所述峰相互切入而形成所述多个 相互接触的点。
根据本发明另一实施例,所述锯齿的峰(13)的度为50°~120°, 有利地为60°~90°且优选地约为70°。已经发现,特别地,约70°的角 度对于接触构件的正常工作以建立良好的接触以及对于锯齿的强度而 言都是有利的。
根据本发明另一实施例,该接触器包括这样的装置,该装置适于 用压力按压所述接触件,使所述接触构件的所述接触侧彼此相抵,使 得所述锯齿的峰在其交点相互切入以形成所述相互接触的点;这使得 可靠地形成所述多个相互接触的点,即使两个接触侧的取向显著偏离 它们的完美平行也是如此。
根据本发明另一实施例,所述锯齿深度为0.2mm~2mm,有利地为 0.3mm~1mm,优选地为0.3mm~0.7mm且最优选地约为0.5mm。这些深 度连同锯齿的峰的角度对于相邻的相互接触的点之间的距离而言是最 重要的,这些深度证明是合适的。
根据本发明另一实施例,一个所述接触构件的接触侧的锯齿相互 平行地延伸跨过所述接触侧。这构成了一种获得具有期望性能的锯齿 的简单且有效的方式,即,容易获得在良好分布于接触侧的区域上的 点与上述锯齿相交的另一接触侧的锯齿。实现这一点的一个方式为, 使两个接触构件的接触侧的锯齿大致相互平行地跨过相应接触侧,且 使两个接触构件的接触侧的锯齿取向为使得锯齿的峰彼此形成超过 10°,有利地为30°~90°且优选地约为90°的角度。对于90°的角度的 情形,将得到网格(waffle)状接触图案(见下图5)。
根据本发明另一实施例,所述接触构件之一的接触侧的锯齿包括 峰和谷的同心延伸环,通过与另一接触构件的接触侧的锯齿的峰相交, 这构成了一种获得锯齿的可能方式,该锯齿能够获得接触侧的相互接 触的点的分布。
实现这一点的另一可能方式是,为接触构件之一的接触侧提供锯 齿,该锯齿包括从所述接触侧的中心区域径向延伸的峰和谷。
根据本发明另一实施例,所述接触构件由合金例如化银 锡形成;这种材料为合适的材料,其足够硬以在出现的温度下具有足 够高的抗电磨损性,而仍然足够软,以在接触构件通过合适压力彼此 相抵时可能部分变形而形成良好接触。
根据本发明另一实施例,该接触器包括这样的装置,该装置用于 移动所述接触件使所述接触构件分开以分离所述接触构件的接触侧, 并中断所述接触件之间的电流流动。
根据本发明另一实施例,该接触器包括这样的装置,该装置用于 移动所述接触件使所述接触构件从防止任何电流在所述接触件之间流 动的分隔开的位置相向移动,以使所述接触侧彼此相抵,并使电流在 所述接触件之间流动。
根据本发明另一实施例,用于使所述接触件相离或相向移动的所 述装置适于沿着与所述接触侧的延伸大致垂直的大致直线的路径,使 所述接触件彼此相对地移动,这对于建立接触构件之间的物理接触以 及中断该接触是有利的。
根据本发明另一实施例,所述接触器设计成使超过5A,有利地超 过50A,优选地至少500A且最优选地500A~5000A的电流在所述接触 件之间流动。本发明的接触器的特性尤为适用于预期在其闭合状态下 承载电流的接触器。
根据本发明另一实施例,所述接触器为在接触器的正常工作状态 下预期闭合以使得电流能够在所述接触件之间流动的类型,本发明最 为关心这类接触器,不过根据本发明另一实施例,所述接触器为在接 触器的正常工作状态下预期建立和中断所述接触件之间的电流流动的 类型。
本发明的其他优点和有利特征将从下述描述变得显而易见。
附图说明
参考附图,具体描述被引用作为示例的本发明实施例。
附图中:
图1为说明处于断开状态的根据本发明的接触器的示意图;
图2为处于闭合状态的图1的接触器的视图;
图3为说明本发明第一实施例的接触器的两个接触构件的接触侧 的视图;
图4为说明图3的接触构件的接触侧如何相互接触的放大视图;
图5为说明图3所示的接触侧相互靠着时形成的多个相互接触的 点的视图;
图6为示意性说明本发明第二实施例的接触器的接触构件的接触 侧的设计的视图;以及
图7为示意性说明本发明第三实施例的接触器的接触构件的接触 侧的设计的视图。

具体实施方式

图1非常示意性地示出处于断开状态的根据本发明的接触器的示 意图。接触器具有由高电导率的材料例如Cu形成的两个接触件1、2。 这些接触件具有接触构件3、4,每一个接触构件由适于以低接触电阻、 合适的硬度以及接触器预期工作所期望的其他性能形成接触的材料形 成。对于预期被闭合以使得在接触器正常工作状态下电流能够在接触 件之间流动的接触器,用于该接触构件的合适材料为银和锡合金,例 如氧化银锡(AgSnO)。也可以想到具有类似性能的其他材料,例如氧 化银镉(AgCdO)。
该接触器可以布置于任意类型的电学路径5内,用于在接触构件 通过接触侧5、6相互靠着时使得电流能够在两个接触件1、2之间流 动,以及在接触件如图1所示分开时中断这种电流路径。
图2示出处于闭合状态的接触器,其中接触件3、4通过其接触侧 相互靠着,用于使得电流I能够在两个接触件1、2之间流动。示出了 如何布置例如弹簧等形式的动力装置7、8,以利用压力来按压接触件, 使接触件的接触侧彼此相抵,从而在接触构件之间形成良好接触。接 触构件的接触侧5、6在这种状态下优选地大致相互平行,且优选地布 置用于彼此相对地移动接触件的装置9、10,从而根据图1和2所示位 置之间,即,断开状态和闭合状态之间的平移运动,以大致直线路径 来移动接触件。
图3示出接触侧5、6的设计,且这些接触侧的每一个设有相互平 行地延伸跨过相应接触侧的锯齿11、12。这些锯齿具有脊状峰13,峰 13具有由谷15分隔的锐的边缘14。锯齿的深度,即相对于所述边缘 14的谷底部的平,约为0.5mm,且峰的角度约为70°。再者,在当前 情形中,接触侧具有约20mm×20mm的尺度。
两个接触构件的接触侧的锯齿取向为使得锯齿的峰彼此形成约 90°的角度,即,接触侧5的锯齿11的延伸基本上垂直于接触侧6的锯 齿12的延伸。
图4示意性说明当接触构件3、4通过被按压,图3的接触侧5、 6以一定压力彼此相抵时的情形。一个接触侧的锯齿的峰与另一所述接 触侧的峰相交,同时在相交的位置形成相互接触的点16。峰的锐的边 缘与接触构件彼此相抵的合适压力的组合,以及对用于接触构件的材 料的选择,通过使所述峰在其相交处相互切入而改善相互接触的点的 形成。
图5说明当接触侧具有图3所示的设计时,如此形成的相互接触 的点16如何分布在接触侧的区域上。每个方点16对应于相互接触的 点。当接触器需要传导特定值的电流时,这些点不会变得与更大接触 点的中间区域一样热,且热量传输离开由所述接触点形成的接触界面 的效率很高,使得对于确定的电流值,接触构件的温度可以保持在可 接受水平,避免了接触构件高温问题。再者,如上所述的由于出现电 流峰值导致的提升力也将大幅减小,使得电弧或焊接问题可以相应地 减小或消除。
图6示意性说明,设计接触构件的接触侧以形成分布在接触侧的 区域上的接触侧的多个相互接触的点的另一可能性。这里,接触侧之 一设有锯齿,该锯齿包括峰和谷的同心延伸环17,而另一接触侧具有 相互平行地延伸跨过该接触侧的锯齿。这意味着相互接触的点将形成 于峰的交点,如18所示。
图7示出为了形成分布在接触侧的区域上的接触侧的多个相互接 触的点的又一可能性。这种情况下,一个接触侧具有从接触侧的中心 区域20径向延伸的峰19和谷,而另一接触侧具有相互平行地延伸跨 过该接触侧的锯齿。这里,相互接触的点示于21和22。
根据图3、6和7的接触侧的不同设计当然可以相互组合,以获得 锯齿的峰的交点以及因此相互接触的点的合适位置。
本发明不限于上述实施例,对上述实施例的调整的许多可能性对 于本领域普通技术人员是显而易见的,而不背离所附权利要求界定的 本发明的基本思想。
例如,可以将图3所示的接触构件按下述方式取向,即,锯齿彼 此之间形成不同于90°的角度,例如45°。
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