用于转接开关的方法与装置

本发明总的涉及电力转接，更具体说涉及电力转接开关。

很多行业利用转接开关在数秒内自动地进行电源转接，例如从公 用电源转接到专有辅助电源。像医院、航空雷达塔、大容量数据中心 这些关键的负载都是依靠电源转接开关来提供持续的电能。转接开关 在电力工业是很普遍的。目前在市场上可以买到30至5000安培的产 品系列。一种成本低、容量大且易于生产的，范围为225至400安培 的高性能转接开关会很有需求。

发明简述：

一种用于在负载电源间转接的转接开关包括：多个对称的相位片； 与每个相位片连接的多个固定的接触垫片，每个固定的接触垫片与一 个电源相连；一个与每个相位片相连的活动的接触组件；以及一根与 相位片相连的轴，且轴上安装着每个活动的接触组件以便在与每个相 位片相连的固定的接触垫片之间移动。

只需最少的附加硬件，上述转接开关就可用于2、3、4-极模块构 造。

附图简介：

图1是通常的转接开关的示意图；

图2是转接开关的一个实施例的示意图；

图3是图2中所示转接开关的部分分解图；

图4是转接开关的分解图；

图5是活动的接触组件的示意图；

图6是编织组件的示意图；

图7是负载母线的示意图；

图8是活动的接触垫片的示意图；

图9是电源母线组件的示意图；

图10是固定的接触垫片的示意图；

图11是相位片的示意图；

图12是灭弧槽组件的示意图；

图13是消电离片的示意图；

图14是机械驱动组件的示意图；

图15是质量/动量驱动组件的示意图；

图16是叉形组件的示意图；

图17是接触旋转后机械驱动组件的示意图；

图18示出在固定的接触垫片和活动的接触垫片之间的“趾-跟， 跟-趾”摆动运动

发明详细说明：

图1示出的是一个通常的转接开关10，它用于在多个电源(例如 在电源12和14之间)之间进行转接，从而向负载16供应电力。例 如，负载16可以是医院、航空雷达塔或是其他需要连续供电的用户。 负载16在正常工作环境下通过转接开关10从电源12获取电能。当 电源12出现故障或者供电量不足以满足负载16的需求时，负载16 通过转接开关10转接以便从电源14获取电能。当电源12再次能够 向负载16提供足够的电能时，负载16再次通过转接开关10转接以 便从电源12获取电能。上面对转接开关10工作的说明只是一个范例， 另外通过转接开关例如开关10还可以执行其他的功能。

图2中示出转接开关10的一个实施例。转接开关10包括多个相 位片20，流向负载16的电流的每相有一个相位片。由于图2中所示 的实施例是一个4-极转接开关，因而包括4个相位片20。如下面还 要说明的，转接开关10是以模块化构造的，转接开关10的其它实施 例可包括3-极开关和2-极开关(未在图2中示出)，但并仅限于此。

每个相位片20都与多个电源母线组件32相连。而每个母线组件 32又与一个电源(未在图2中示出)相连。例如，每个相位片20与 两个电源母线组件32相连，而这两个电源母线组件32又分别与电源 12和14相连(如图1所示)。再具体地如下所述，每个电源母线组 件32在与其相连的电源12或电源14与转接开关10之间接通电流。 与每个相位片20相连的还有一个负载母线组件34，它接通转接开关 10与负载16(如图1所示)之间的电流。转接开关10还包括：限位 开关组件36、机械驱动组件38和多个灭弧槽组件40，每个相位片20 与一个灭弧槽组件40相连，将在下面进一步说明。

参见图3，每个负载母线组件34包括一个负载母线44和一个活 动的接触组件46。轴54连接着相位片20。在一个实施例中，轴54 是六边形的。如下面还要说明的，每个活动的接触组件46都被安装 在轴54上以便在两个电源母线组件32之间移动。每个电源母线组件 32都包括一个与线路母线子配件58相连的固定的接触垫片56。机械 驱动组件38包括通过连杆62连接到质量/动量驱动器组件64的螺线 管组件60。机械驱动组件38还包含安装在轴54上的叉形组件66。

参见图4，螺线管组件60包括：螺线管68、安装在螺线管68内 的复位弹簧70以及穿过整个弹簧安装的柱塞72。限位开关组件36包 括限位开关片组件74和安装在共同的轴54上的限位开关操作凸轮 76。在一个实施例中限位开关片组件74包含多个限位开关78，这些 限位开关78以模块方式安装在组件74上，用来提供多个用户连接。 凸轮76被制造成一个整体件，并且以两个中心线(未示出)对称。

参见图5，每个活动的接触组件46包括：活动的指状组件80、载 体82以及载体盖84。指状组件80包括一个活动的指状件90，指状 件上安装有两个活动的接触垫片92，它们将在后面说明。指状件90 以中心线94对称。接触弹簧96被嵌入嵌套98内，并封闭在载体82 内。指状组件80还包括编织组件100，编织组件在嵌套102与指状件 90可活动地连接，嵌套是利用枢轴104形成的，枢轴上安装有指状件 90。

载体82和载体盖84都是以中心线110对称的，并包括编织件护 罩112用来防热和电弧。载体82制造成一个整体部件，并包括一个 容纳轴54的接收孔114。在一个实施例中，轴54和孔114都是六边 形的，因而有助于例如在强烈的短路电流熔断条件下保持电接触是闭 合的。载体82还包括一体的挡板116，以防例如短路电流条件下气体 和其他外来物质与共同的轴54接触。载体盖84内设有便于安装的嵌 入式对准结构118。嵌入式插件120将载体盖84连接到载体82。当装 配时，活动的接触组件46关于中心线94和110对称，以便于安装到 负载母线44上，同时接触弹簧96在载体82内要进行自对准。

参见图6，编织组件100包括一个整个的编织件130，其上配备并 压接有箍圈132，以便增加握力及减少通过开关10进行电力转接时的 面间电阻。双安装孔134防止编织组件100的旋转。编织组件100是 以中心线136对称的。

参见图7，负载母线44是用铜制成的整体部件，它包括一个用来 连接负载16(如图1所示)的单线耳固定端140。母线44还包含了 用来防止线耳旋转的一体的凸起142。

图8示出活动的接触垫片92中的一个。垫片92例如由占重量40％ 的银和60％的钨制成的。垫片92包括弯曲的表面150，该弯曲的表面 例如具有格块图形，并利用BcuP5合金通过冲洗由铜制成的。

图9示出了电源母线组件32。在一个实施例中，线路母线子部件58 制成单个的铜制零件，并包括机械线耳抗旋转表面160以及电弧片槽 抗旋转表面162。电源母线组件32包括用于连接电源12或14(如图 1所示)的单个的线耳连接端164。

图10示出固定的接触垫片56，该垫片由能够在高达以及包括400 安培的电流电平下连接全速电机负载和100％的钨负载的材料制成。在 一个实施例中，接触垫片由占重量50％的银、37.5％的钨以及12.5％的 碳化钨制成。垫片56包括一个表面170，该表面具有格块图形，并用 BcuP5合金经过冲洗由铜制成。由于下述原因，垫片56的厚度172在 用于相电流时例如是0.156英寸，当用于中性线电流时例如为0.186 英寸。

参见图11，相位片20的结构是以中心线180对称的。相位片20 包括划分出来的区域182，该区域用于配合转接开关零件以及零件配 合附件的插入。相位片20包括：整体的加强筋84、用于阻止线耳旋 转的内置垫片186以及用于控制电缆安装的整体的电缆止动件188。 一个顶部连接端190利于从顶部检查和/或去掉固定的接触垫片56(如 图2所示)。

活动的接触区域192允许由指状件90保持中间位置，以实现延迟 的转接。划分出的区域194用作背面母线连接结构(未示出)，用在 较高和/或较低的旁路板(未示出)上。隔板导向装置196用于安装 碎片滤网(未示出)，以收集例如旁路板内(未示出)的电线碎片和 /或其他外来的物质。联锁销198可以使相位片20之间的部件完全安 置，例如灭弧槽组件40、电源母线组件32和负载母线组件34。诸如 2、3、和/或4极转接开关的模块化结构已经考虑到了。

图12示出了灭弧槽组件40。在一个实施例中，该组件40由模制 的热固性塑料制成。它包括两个同样的板210，两块板相对放置以便 利用单定位销212装配和连接，以确保部件排列整齐。组件40是关 于中心线214对称的。多个消电离片216被卡在锁定位置218内，锁 定位置218嵌入组件的两个半部分210内。

灭弧槽组件40延伸到(如图2所示)可以将固定的接触点56(如 图3所示)封闭起来。在电弧中断操作过程中，较高和较低的通风孔 220用于控制气体的排放，下面还要进一步说明。

参见图13，消电离片216制造成整体结构并包括键元件222，键 元件能在不需要附加配件的情况下锁定在嵌入组件的两个半部分210 的锁定位置218内。消电离片216能够在固定接触垫片56之间的活 动的接触组件46的全摆辐(例如，106°)内覆盖指状件90。

图14示出机械驱动组件38。弹簧70(如图4所示)被垫圈234 封闭在螺线管68内，它为转接开关10从电源12转接到电源14之间 转接提供弹力，下面还要进一步说明。

图15示出质量/动量驱动器组件64。组件64可活动地连接到叉 形组件66并包括铸成的止动表面240，表面240与叉形组件66一起 帮助组件64制动。组件64还包括手动插入位置242和位置指示器244， 手动插入位置242用于例如在没有负载时对转接开关10进行手动操 作，位置指示器244例如以“N”标示普通电源，以“E”标示紧急电 源。因此可以指示出接触位置，例如在手动操作中或者可以得到控制 处理器显示时。

图16示出了叉形组件66，它被制成整体件并以中心线250对称。 叉形组件66包括多个机械止动表面252。如图16所示，当转接开关 10工作时，叉形组件66通过协同操作的止动表面252和240来协助 控制转接开关10的电流承载元件的运动。当活动的接触组件46在电 源母线组件32之间移动时，叉形件66的内部几何结构允许有一系列 的转变点。

具体举例来说，在螺线管68(如图4所示)的侧拉辅助下，质量 驱动组件64的单向旋转能够使转接开关10旋转安装在公共轴54上 电源母线组件32之间的活动的接触组件46。如图16所示，在转变点 260处时，转接开关10接合电源(例如电源12)。在转变点262处时， 活动的接触组件46将从闭合状态被驱动到断开状态，使在灭弧槽40 内产生的电弧自行消灭。在转变点264，活动的接触组件46的工作减 慢，以保证将电弧完全消灭。

在转变点266，螺线管能量终结，可以使弹簧70中存储的能量驱 动活动的接触组件46与用于电源14的电源母线组件32接触。在转 变点268时，活动的接触组件46接近用于电源14的母线组件32。在 转变点270时，活动的接触组件46的角速度将增加。在转变点272 时，活动的接触组件46已经完成与电源14接通，且触点压力已达到 额定值。图17示出活动的接触组件46在旋转之后的机械驱动组件38。 上述过程在转接开关10从电源14向电源12转接时是相反的。

固定的垫片56和活动的垫片92以“趾-跟，跟-趾”摆动的方式 相互接触。具体就图18来说，当接触指状件90靠近电源接点56时， 活动的垫片92的“趾”边300是垫片92接触到固定垫片56的第一部 分。载体82的附加旋转(如图5所示)将为接触弹簧96(如图5所 示)提供附加的压力，这样能帮助垫片92从“趾”边300向“根”边 302旋转。当载体82旋转到肘节锁定位置时，弹簧96进一步压缩， 使得活动的接触垫片92滑到垫片56的表面170上。这样的滑动用来 清除垫片56和92上的杂质。当指状件90到达“跟”边302上的静止 位置时，触点压力产生，并且电流在垫片56和92之间流动。

当指状件90离开电源触点56时，相反的“跟-趾”摆动运动将会 发生。具体来说，当载体82开始旋转时，弹簧96放松，使得指状件 90旋转，以使趾边300最终离开表面170。这种滑动用来清除垫片56 和92上的杂质，同时还能消除上面提到的电弧。

在转接开关10的一个实施例中，它构型成可以转接相电流和中性 线电流，与中性线电流有关的固定的接触垫片56(如图10所示)的 厚度172要比与相电流有关的固定的接触垫片56的厚度172要大。 因此，当活动的接触垫片92靠近电源接触垫片56时，它与中性线电 流的连接要早于与相电流的连接。当活动的接触垫片92脱开电源接 触垫片56时，相接触垫片92将先于中性接触垫片92离开电源接触 垫片56。该顺序将防止不平衡电流被转接到负载16。

因此，上述转接开关在每个接触垫片上建立触点压力时，几乎不 需要或者根本不需要制造调整装置。轴54的六边形构造以这样的方 式分配了压力和应力产生，轴的强度被增加而配合部件上的点载荷被 降低。由于限位开关操作凸轮76被安装在共同的轴54上，因此机械 驱动组件38的单向运动对于转接负载以及产生转接显示都将很有效。 当控制限位开关78时，凸轮76执行的是通常由已知的转接开关中的 四个独立元件执行的操作。

上述转接开关允许以最少的附加部件组成2、3、4-极构造。像相 位片20这样的具有对称和整体结构的部件有利于降低部件的数量， 并通过采用冲压等加工来降低生产成本。

当以各种实施例对本发明进行了说明后，本领域的技术人员会认 识到本发明可以在本发明构思和权利要求书的范围内以各种变型应 用。

发明背景：