接触件有槽的电气开关设备

本发明涉及一种电气开关设备，特别涉及装备有至少一对可分开接触件 的开关，其包括第一狭长接触件和第二接触件，所述第一狭长接触件限定了 纵向轴和第一、二端部，并具有与第一端位于同一侧的接触区，和与第二端 位于同一侧的电连接区，所述第二接触件也具有接触区；这对接触件能够处 于闭合位置和打开位置，在闭合位置上两接触件经过各自的接触区彼此接 触，而在打开位置上两个接触件彼此分开；其开启运动是这样进行的，即当 两个接触件发生分离时，第二接触件的接触区相对于第一接触件的速度具有 沿垂直于第一接触件纵向轴的轴线的主分量。

这种类型的传统设备在图1中被举例示出。该设备的电极10包括动接 触件12，静接触件14和具有分离器18的灭弧室16。静接触件14包括接 触区20和连接区22。类似的，动接触件14包括接触区24和连接区26。 两个接触件是狭长的，并且彼此放置在对方的延长位置上，使得在闭合位置 时在两个连接区之间流过的电流线28基本上是无回路的。当发生断开时， 动接触件沿着大致垂直于开启之前的电流线方向的方向30运动，使得在接 触区之间于最后接触点A，B位置产生的电弧32根据方向34，36趋向两接触件 的端部(在A’和B’)逃逸。具体说，电弧23的根部在与灭弧室16相反的方向 34上被引向A’。该运动不利于电弧进入灭弧室16。在传统的电气开关装置 中，在开启开始时由电弧产生的电离足以沿两接触件之间的小距离线产生新 的电弧击穿。该电极的几何形状使得该线的位置接近灭弧室并且经过动接触 件12的自由端B’，从而在第一电弧消失时，新的电弧在动接触件12的自由 端中延伸。

当要求的性能较低时，过载电流低于例如6 In，In为额定电流，该打开 状态是令人满意的。但在寻求更高的性能时，例如要求过载电流达到8 In或 者要求在过载下的闭合和打开循环，这种工作模式就不再合适了。这种装置 的断开时间实际上较长，并且当过载电流较高时，在接触件端部的电弧的驻 止会引起接触区的过度烧蚀。

另外，还已知可以通过采用U形的静接触件将电弧引向灭弧室。但是， 这种通常用于电路断路器的结构会造成尺寸过大。

本发明的首要目的在于在不明显增加尺寸的前提下以较低成本克服上 述技术中的缺陷。具体说，本发明的目的是改进开关装置设备，即开关，从 而限制电弧的根部朝向一个接触件之端部的运动。

根据本发明，上述目的是这样实现的，即提供一种电气开关设备，具体 说是电气开关，装备有至少一对可分开的接触件，其包括第一狭长接触件和 第二接触件，所述第一狭长接触件限定了纵向轴和第一、二端部，并具有与 第一端位于同一侧的接触区，与第二端位于同一侧的电连接区，所述第二接 触件也具有接触区；这对接触件能够处于闭合位置和打开位置，在闭合位置 上两接触件经过各自的接触区彼此接触，而在打开位置上两个接触件彼此分 开；其开启运动是这样进行的，即当两个接触件发生分离时，第二接触件的 接触区相对于第一接触件的速度具有沿垂直于第一接触件纵向轴的轴线的 主分量，其特征在于，第一接触件包括布置在其接触区和其连接区之间、并 靠近接触区的槽，所述槽开口的一侧与在打开位置时第一接触件的朝向第二 接触件接触区的一侧相同。

当接触件处于闭合位置，电流线在第一接触件的材料中基本上沿其纵向 传导。当发生打开时，在两接触件之间的有效接触表面趋于在打开的方向运 动，电流线被强迫环绕所述槽并沿基本平行于槽的位于接触区所在一侧的侧 面流动。在接触件发生分离的那一时刻，在第一接触件中的电流线相对稳 定，使得电弧的根部并不趋向接触件的自由端运动。由于电弧头部会与前述 现有技术中同样的方式朝向第二接触件端部的运动，则电弧整体地移离第一 接触件的自由端。

槽开口在与第一接触件相同的一侧，位于打开位置时第二接触件接触区 所在的位置。槽的深度必须足够大，以将电场线明显地弯曲。而且，槽深度 又不能过大，从而使剩余的材料厚度足够，而不致在短路电流流过接触件中 时引起破坏性的过热。槽的深度在第一接触件的总厚度的1/3至2/3之间， 所述厚度是沿垂直于纵向轴的所述轴线测量的，并且在该方向上开启运动具 有主分量。在实践中，当槽深约为第一接触件总厚度的一半时取得了良好的 效果。

槽的侧面可以是平行的或者锥形的，二等分槽的中线或多或少地相对于 第一接触件的纵向轴倾斜。具体地说，槽在接触件的深度上以成小角度的方 向延伸，所述角度在-45°至+45°之间，且所述轴线垂直于第一接触件的纵 向轴。

槽的宽度，即槽边缘分开的距离必须足够大以避免熔融的金属液滴部分 地阻断该槽并形成桥接。因此较优选的是，设计槽的宽度大于1mm。

根据本发明的一个实施例，槽具有这样的宽度，即当接触件处于打开位 置时，在接触区之间延伸的电弧能够从槽的一个边缘跃到另一个边缘。这就 意味着应根据设备的性能确定一个最大的宽度。

根据本发明的一个实施例，槽通过大致沿第一接触件的纵向轴的延伸的 空腔而在第一接触件的内侧延伸。

根据本发明的一个实施例，其还包括靠近槽布置的铁磁接地，设计用来 促进在接触区之间延伸的电弧从位于接触区所处一侧的槽边缘跃到槽的另 一边缘。该铁磁接地可以由穿越槽长度方向的螺钉构成，该螺钉具有能够引 起所需效果的头部尺寸。

第一接触件相对于设备的壳体是静止的，而第二接触件相对于该壳体是 运动的。但是也可以为可动接触件。根据一个具体的实施例，可以是能够在 两个静接触件之间建立接触的桥接接触，在这种情况下，第一接触件的连接 区本身是带有一个静接触件的接触区。

该设备还包括具有分离器的灭弧室0，其以下述方式布置，即在接触件 的打开位置，所述灭弧室位于由垂直于第一接触件的纵向轴的平面限定的一 半空间中，并处于第一接触件的两端之间，所述一半空间不包含第一接触件 的第一端。根据一个实施例，分离器为U形，分离器的中间部具有与第一接 触件接触区相对的槽边缘位置靠近的边缘。

通过下列参照附图对作为非限制性实例给出的本发明的不同实施例进 行的详细描述，本发明的其它优点和特征将更为显明。附图中：

图1示出了现有技术中的开关的一个电极；

图2是根据本发明第一实施例的开关的俯视图，示出了接触件和灭弧 室；

图3是根据本发明第一实施例的开关的接触件的透视图；

图4示出了根据本发明第一实施例的开关的一个电极，该电极出于打开 状态；

图5是根据本发明第二实施例的开关的一个电极；

图6是根据本发明第三实施例的开关的一个电极；

图7是根据本发明第四实施例的开关的一个电极。

参见图2至图4，四电极开关40包括在由合成材料模制的箱体的隔室 中一个挨一个布置的四个电极42，44，46，48。这些电极都是相同的，各包括连 接到线侧电路并构成静接触件的线侧固定连接条50、连接到负载侧电路并 构成静接触件的负载侧固定连接条52、桥接动接触件54和两个灭弧室 56，58。动接触件54以可围绕垂直于图2平面的旋转轴60转动的方式安装。 电极的结构关于旋转轴60对称，因此对于半个电极的描述就足以代表整个 电极。

不同电极的动接触件都是通过普通的运动连接系统而机械连接到其本 身已知但未示出的操纵机构上，从而操纵机构的单个操纵构件的操作就可以 同时实现开关的四个电极的动接触件的转动。

如图3所示，桥接动接触件54包括由塑料材料制成的传统形式的转动 支撑62，该支撑62包括两个从一侧向另一侧径向穿透的空腔64，66，每个 空腔中能够插入金属桥接指销68，70和构成恢复弹簧的柔性片72，74。每个 指销68，70能够平行于支撑62的转动旋转轴60作轻微地移动，并相对于支 撑62围绕大致垂直于支撑的转动轴线同时垂直于指销的假想的几何轴线作 轻微的枢轴转动，弹簧片72，74持久地迫使两个指销68，70彼此相向地向静 止位置运动。

两个指销是相同的。每个指销相对于包含旋转轴60的中间平面对称。 在其每一个端部上，指销包括凸起的接触区，该接触区被设置成朝向另一个 指销。

每个静接触件由狭长的金属部分形成，包括与一个端部位于相同一侧、 设计用来与电路相连接并构成了电连接区的孔80，以及与另一个端部位于 同一侧、为刀片形式的接触区82。槽84将接触区82从包括连接区80的部 分局部地分开。接触件50上与槽84相对的剩余材料的厚度足够大，允许有 10 In的电流流过且时间长达20秒而不发生破坏性的过热。在该实施例中， 槽84的深度约为接触件的厚度的一半。槽84产生了与接触区82处于同一 侧的侧面85、与连接区位于同一侧的侧面86(如图2所示)以及方向朝向将由 开启动作所引发电弧设计引向的区域，即朝向灭弧室56的开口。

构成金属接地的螺钉88被插入到槽的底部。

静接触件50的接触区82在静接触件的两个侧面上延伸，并构成了设计 用来与动接触件的指销68，70的对应接触区76相接触的区域。一对指销68，70 的各个端部形成了一个夹持装置，在图3中的闭合位置时，该夹持装置夹持 对应静接触件的刀片形式的接触区82。

如图2所示，灭弧室56，58是类似的，各包括传统形式的大致平行于对 应静接触件布置的两个分离器90。分离器90为允许动接触件的指销68，70 的对应端部穿过的U形，并具有中间部分92和两个侧枝94。

下面，参照动接触件54和静接触件50之间的分离描述机构的开启，很 容易理解的是，动接触件54和另一个静接触件52的分离是同时发生的。所 述开启是按下述方式进行的。

闭合位置构成的静接触件的纵轴100穿过连接区80和在静接触件50与 指销68，70之间构成有效接触面的接触区82。该轴线以一定方式构成了静接 触件的纵轴中心线。在构成该静接触件的材料中的电流线基本上沿着该轴线 100从连接区直接流向有效接触面。槽84并未对电流线构成明显的障碍。

当开启机构引起旋转轴62在开启方向120向着图4的打开位置转动时， 指销68，70沿着刀片形式的接触区82滑动，并通过两个弹簧片72，74的作用 而彼此相向地运动。在指销从静接触件50完全分离之前，刀片82和每个指 销之间的有效接触面迅速向着刀片82的后侧运动。

旋转轴60从轴100远离，由此当电极发生打开时，动接触件的接触区 的起始速度矢量具有沿着纵轴100的较大分量。但是，在接触件发生分离的 时刻，动接触件已经走过了大约15°的行程，于是动接触件的接触区的速度 矢量在接触件发生分离时刻于垂直于纵轴100的方向102上具有主分量。

在开启运动开始和接触件发生分离的时刻之间，静接触件的材料中的电 流线以跟随有效接触面的运动的方式被引导。这些电流线弯曲并形成L形以 绕过所述槽，并且被引导成大致平行于与接触区82位于同一侧的槽侧面。

在静接触件50和动接触件54的最后的接触点之间产生电弧。在此刻， 静接触件50的材料中的电流线与槽84的与接触区82位于同一侧的侧面85 大致平行。这个结果进一步强度了，槽84的深度越深，则最后接触点越接 近槽84的边缘。

由于电流线具有这种取向，使得电弧的根部不再趋向于从静接触件50 的自由端部移开。电弧头部向着动接触件54之指销68，70的端部的迁移，连 同由电弧产生的电离，使得电弧在槽84的侧面85的边缘附近稳定，随后使 电弧向着灭弧室迁移。

该电弧跃迁是因存在螺钉形成的铁磁接地的磁效应而促成的，该螺钉头 被相应地校准。

从尺寸角度来看，与一定经验准则相一致似乎能促进开关装置设备的最 优操作。如果目的只是实现在灭弧室附近于槽84的侧面85的边缘上的电弧 根部的迅速稳定，则槽应布置在灭弧室的下方，如图2至4所示，朝向分离 器90的中间部92，离动接触件54的自由端相对较远。

槽的形状可根据接触件构型而发生相当大的变化。图5示出了槽的其它 可能的取向。图6示出了一个通过纵向取向的空腔96而向静接触件的内侧 延伸的槽84。

如果要求电弧的根部进一步从接触区移开，并避免任何电弧根部向着接 触区返回的危险，则促成从侧面85的边缘到侧面86的边缘的电弧跃迁是十 分有效的。为了做到这一点，动接触件54的指销68，70的自由端的有利位置 是，在开启开始的时刻，处于与接触区82位于同一侧的槽84之侧面85的 边缘的高度上。与动接触件54相对的分离器90的中间部92的边缘最好位 于槽的另一边缘的高度上。这种布置如图7所示，图7示出了侧面85，86并 不平行的锥形的槽84。位于与接触区82相对一侧的边缘表示为一个锐边， 设计用来在发生电弧跃迁之后容纳电弧根部。大头的螺钉或者铁磁接地88 放置在槽的独立的孔中，处于使得磁效应最大化的设计位置。电流线实际上 趋于围绕铁磁接地，或者在槽的下方、或者选取最近的路线向与接触区相对 的槽的锐边流动。在锐边一发生电弧跳火，则电磁接地就可避免在静接触件 的接触区所处的一侧发生电弧再触发。

显然，本发明并不限于上述实施例。具体说，应该注意到，这种槽的效 果与动接触件的运动系统无关，即本发明的教导不但可以应用于平动的接触 件，而且还可用于转动的接触件。事实是，在本发明的第一实施例中，动接 触件是桥接的，但这并非是限定性的。

金属接地并非总是必要的，如果需要可以省去螺钉。

接触件并非必须是刀片夹持形式的，本发明还可以应用于其它类型的接 触件。

本发明不但可应用于开关，而且可用于其它电气开关设备，具体说电路 断路器。

在上述实施例中，设有槽的静接触件是从铜板切出的。或者，可以通过 模铸制造该零件，在这种情况下，槽是通过挤压材料得到的。这种处理使得 铜零件上朝向槽的垂直于图2平面的方向上的截面增加，该零件的侧面呈凸 起形状。这种形状限制了焦耳效应产生的热。