專利名稱：具有改進的開關觸頭的電氣開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及用于電路的電氣開關。本發(fā)明具體涉及一種具有改進的開關觸頭的電氣開關。
背景技術：
通常，電氣開關，如單路或者雙路開關，用于通過在電線之間進行電連接控制電路和向電路供電。不同類型的電路開關基于電氣部件和機械和電氣部件的組合設計。操作該開關以打開或閉合通過電路的電連接，其使用戶能通過打開或者閉合該開關，選擇地打開或者閉合電路。電氣開關設置有固定端子，固定端子的觸頭彼此通過移動臂的觸頭電接觸，其通過簡單的樞軸機構操作。在電氣開關中，觸頭需要應該經(jīng)受超過10，000次循環(huán)，并因此進行加速壽命測試。因為電氣開關的固定、移動和/或樞軸觸頭在更高載荷和溫度下操作， 因此在正常操作過程中，開關的這些觸頭易于磨損或者腐蝕，甚至當過熱出現(xiàn)時，進一步退化。這種電氣觸頭的磨損和過熱引起失效或者退化的開關操作，其它開關部件的失效或者故障且最小化開關的整個壽命。由于各種條件在開關操作過程中會出現(xiàn)過熱造成的磨損或退化，該各種條件如觸頭承載的電量，在觸頭兩側施加的電壓，以及觸頭經(jīng)歷的最大操作溫度，連同觸頭所操作的使用強度，即開關操作的數(shù)量和頻率。此外，電氣觸頭的磨損最通常是由于在移動臂的觸頭在開關操作過程中連接到固定端子或是從固定端子斷開時發(fā)生的起弧所導致。它也會是由于固定端子的觸頭的觸頭表面的污染所導致。進一步，觸頭或者其它開關部件的過量的熱量引起端子的觸頭的物理特性發(fā)生變化。當它的觸頭被腐蝕以及損壞時，開關的作用可能失效，其引起對人或者機器造成傷害的風險。開關的觸頭設計為以經(jīng)受發(fā)生在開關里面的該起弧、腐蝕和過量的熱量。在開關的壽命內(nèi)，各種傳統(tǒng)方法利用特定的觸頭材料作為開關的觸頭以經(jīng)受即使在相當大的沖擊下固定和移動觸頭的磨損。在一些傳統(tǒng)開關中，黃銅材料或者其它復合材料被成形和形成作為開關的電觸頭以提供電傳導性，更好的沖擊強度和耐磨損。關于傳統(tǒng)的電氣開關，它難于在開關的整個壽命中保持電觸頭的觸頭質(zhì)量，當它承受由于起弧和溫度的更高的機械接觸力和磨損時，其破壞了開關和與之連接的電路。進一步，它也可以導致電傳導中的傳輸損失和對人傷害的風險。此外，它要求經(jīng)常監(jiān)測和更換整個開關或者開關的觸頭。因此，需要提供一種其能夠克服上述的缺陷的具有改進的開關觸頭的電氣開關。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是提供一種具有改進的開關觸頭的電氣開關，其有利于更好的耐磨損和沖擊強度以提高電氣開關的壽命，也提高了電氣開關的觸頭質(zhì)量。本發(fā)明的另一個目標是提供一種具有改進的開關觸頭的電氣開關，其能夠獲得更高的熱傳導率和電傳導率。根據(jù)一個方面，實現(xiàn)該目標的本發(fā)明涉及電氣開關，包括一組端子，每個端子布置有至少一個觸頭裝置，用于接收電導體的開口和用于擰緊電導體的螺紋裝置。移動元件布置有至少兩個觸頭裝置，其中一個觸頭裝置是可樞轉地以及永久地與其中一個端子的觸頭裝置接觸，以及移動元件的其它觸頭裝置與其它端子的觸頭裝置可移動地接觸。驅(qū)動裝置與移動元件的至少一部分滑動接觸以驅(qū)動移動元件從第一開關位置到第二開關位置。端子和移動元件的每個觸頭裝置包括復合材料的內(nèi)芯部，其在它的中心軸具有高陶瓷TSC(鈦硅碳化物)比例和低Ag(銀)比例，其中當相對于中心軸向著內(nèi)芯部的周邊移動時，隨著陶瓷TSC的百分比的減少，在內(nèi)芯部的中心軸的銀的百分比逐漸增加。此外，每個觸頭裝置的所述內(nèi)芯部的復合材料優(yōu)選在它的中心軸由質(zhì)量上20%的銀和質(zhì)量上80%的陶瓷TSC形成，以及在它的相對于內(nèi)芯部的中心軸的周邊由質(zhì)量上80% 的銀和質(zhì)量上20 %的陶瓷TSC形成。每個觸頭裝置的內(nèi)芯部的復合材料包括高陶瓷TSC和低細的結構梯度(grading)以及高Ag和低陶瓷TSC的電和熱梯度的混合物。每個觸頭裝置的內(nèi)芯部的復合材料涂敷有由高Ag和低陶瓷TSC復合材料形成的外涂層。外涂層優(yōu)選由質(zhì)量上90%的銀和質(zhì)量上10%的陶瓷TSC復合材料形成。此外，在第一開關位置，僅移動元件的一個觸頭裝置電連接到其中一個端子的觸頭裝置以斷開向電路的電供給。在第二開關位置，所有的移動元件的觸頭裝置電連接到每個端子的觸頭裝置以向電路供給電。移動元件的觸頭裝置包括移動觸頭座和移動觸頭末端 (tip)。端子的觸頭裝置包括樞軸接頭和固定觸頭末端。驅(qū)動裝置容置于外搖桿(rocker) 中并裝載有彈性裝置以施加壓力在移動元件上。該組端子和移動元件被封閉在具有底座蓋的外殼中。該組端子和移動元件由電傳導材料形成。


本發(fā)明將參照附圖更具體的討論。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的電氣開關處于OFF狀態(tài)的內(nèi)部結構；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的電氣開關處于ON狀態(tài)的內(nèi)部結構；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的描述電氣開關的開關觸頭的詳圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的電氣開關的開關觸頭的復合材料的示意性視圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的描述形成電氣開關的開關觸頭的復合材料的方法的順序流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明將在此后參照

。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的電氣開關在其OFF狀態(tài)的內(nèi)部結構。本發(fā)明涉及電氣開關，其能使用在不同額定值，不同電路(1-極，2-極)等，用于控制電路和向電路供給電。電氣開關包括外搖桿1，其構型為用于電氣開關的美學蓋子。外搖桿1也可以被稱作中心板。外搖桿1設計為在它的中心保持柱塞或者驅(qū)動器3。柱塞3裝載有柱塞彈簧2，其在柱塞3上施加壓力。電氣開關有具有連接到外搖桿1的底座蓋或者觸頭蓋 5的外殼4，使得形成封閉結構以封閉一組固定端子6和移動觸頭臂7。外殼4也被稱作基底座(base socket) 0外殼4內(nèi)的底座蓋5將固定端子6保持在外殼內(nèi)側，其中固定端子6和移動觸頭臂7由電傳導材料制成。外殼4和外搖桿1一同安裝為使得外搖桿1的彈簧加載的柱塞3 的末端部分與移動觸頭臂7滑動接觸。當在移動觸頭臂7上滑動時，柱塞3施加動態(tài)壓力 /力在移動觸頭臂7上。當外搖桿1被撥動(toggle)時，柱塞3在移動觸頭臂7的表面上滑動，以使得移動觸頭臂關于固定端子6a、6b的其中之一的觸頭被驅(qū)動到閉合或者打開位置。外搖桿1被波動進入兩個開關位置或狀態(tài)，即斷開狀態(tài)，如圖1所示；或者接通狀態(tài)，如圖2所示，圖2說明了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的電氣開關在ON狀態(tài)的的內(nèi)部結構。移動觸頭臂7的閉合或者打開位置分別保證向電路的電供給的閉合或者打開。參照圖3，說明了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例描述電氣開關的開關觸頭6al、 6bl、7a、7b的詳圖。移動觸頭臂7構型為具有移動觸頭座7a和移動觸頭末端7b。第一固定端子6a布置有用于接納輸入導體12，S卩，載電的電線的開口 9;以及用于支撐第一固定端子6a的樞軸觸頭接頭6al的支承端子支座8。類似地，第二固定端子6b布置有用于接收輸出導體12，S卩，設備導體(appliance conductor)的開口 10 ；以及固定觸頭末端6bl。電氣開關的開關觸頭包括移動觸頭座7a，移動觸頭末端7b，樞軸接頭6al和固定觸頭接頭6bl。 固定端子6a、6b由端子螺釘11組成，其在將適當?shù)膶w12插入到固定端子開口 9、10以后， 用于擰緊和固定導體12。移動臂7的移動觸頭座7a與第一固定端子6a的樞軸接頭6al以永久的方式電接觸；而移動臂7的移動觸頭末端7b與第二固定端子6b的觸頭末端6bl僅在接通狀態(tài)時電接觸。電氣開關的外搖桿1能通過簡單的樞軸機構被操作進入兩個開關位置，如斷開位置和接通位置。在斷開位置，柱塞3被驅(qū)動以引導移動觸頭臂7以靠在底座蓋5上，這斷開了移動臂7的移動觸頭末端7b和第二固定端子6b的固定觸頭末端6bl之間的電接觸。因此，在斷開位置，電開關打開或者斷開到連接到它的電路的電供給。類似地，在接通位置，柱塞3在移動觸頭臂7上滑動以在移動臂7的移動觸頭末端7b和第二固定端子6b的固定觸頭末端6bl之間建立電接觸。因此，在接通位置，電氣開關閉合或者向連接到它的電路供給 H1^ ο圖4說明了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的電氣開關的開關觸頭6al、6bl、7a、7b的復合材料的示意圖。開關觸頭，如電氣開關的移動觸頭座7a，移動觸頭末端7b，樞軸接頭 6al和固定觸頭末端6bl由內(nèi)芯部100形成，其涂敷有外涂層101。觸頭6al、6bl、7a、7b的內(nèi)芯部100和外涂層101由導電的燒結粉末冶金復合材料構成，包括銀粒子(Ag)和陶瓷 TSC(鈦硅碳化物)，其被限定作為功能梯度材料(functionally graded material) 0每個觸頭6al、6b 1、7a、7b包括內(nèi)芯部的復合材料，其在它的中心軸具有高陶瓷TSC (鈦硅碳化物部分)比例和低Ag(銀)比例，其中在內(nèi)芯部的中心軸^Vg的百分比在相對于中心軸朝向內(nèi)芯部的外周移動的同時隨著陶瓷TSC的百分比的降低逐漸增加。每個觸頭裝置的內(nèi)芯部的復合材料包括高陶瓷TSC和低Ag的結構梯度，和高Ag和低陶瓷TSC的電和熱梯度的混合物。0024]一方面，觸頭7a、7b、6al、6bl的內(nèi)芯部100由高陶瓷TSC和低Ag的復合材料形成， 優(yōu)選質(zhì)量上20%的銀和質(zhì)量上80%的陶瓷SC。另一方面，觸頭7a、7b、6al、6bl的內(nèi)芯部 100在它的中心軸，由高陶瓷TSC和低Ag的復合材料形成，優(yōu)選質(zhì)量上20%的銀和質(zhì)量上 80%的陶瓷TSC ；而在它關于中心軸的周邊，高銀和低陶瓷TSC的混合物，優(yōu)選質(zhì)量上80% 的銀和質(zhì)量上20 %的陶瓷TSC。當關于中心軸朝向內(nèi)芯部100的周邊移動，在內(nèi)芯部100的中心軸的復合材料中Ag的百分比相對于復合材料中陶瓷TSC的百分比逐漸增加。類似地， 當關于中心軸朝向內(nèi)芯部100的周邊移動，在內(nèi)芯部100的中心軸的復合材料中陶瓷TSC 的百分比相對于復合材料中Ag的百分比逐漸降低。高陶瓷TSC和低Ag的復合材料參照作結構梯度復合材料，高Ag和低陶瓷TSC的復合材料參照作電和熱梯度復合材料。此外，每個觸頭裝置6al、6bl、7a、7b的內(nèi)芯部的復合材料被涂敷有由高^Vg和低陶瓷TSC復合材料形成的外涂層101，其中外涂層101優(yōu)選由質(zhì)量上90%的銀和質(zhì)量上10% 的陶瓷TSC的復合材料形成。觸頭6al、6bl、7a、7b的復合材料使電流通過最小電阻的路徑， 即觸頭的周邊，由于它包含高Ag，并實現(xiàn)在觸頭的中心軸處的應力/壓力分布，由于它包含高陶瓷TSC。因此，借助于陶瓷TSC，開關觸頭6al、6bl、7a、7b獲得針對這種電氣應用的高耐磨損和沖擊強度材料以保持開關觸頭的質(zhì)量和壽命，并且借助于銀粒子實現(xiàn)良好的電傳導性和電子流動性。因此，該開關觸頭增加了電氣開關的壽命并且也改進了電氣開關的觸頭質(zhì)量。圖5示出了描述了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的形成電氣開關的開關觸頭6al、 6bl、7a、7b的復合材料的方法的流程圖。開始，鈦硅碳化物(TSC)粉末與金屬陶瓷粘合劑混合。然后，陶瓷TSC與銀粒子(Ag)粉末混合以形成需要的復合材料粉末，即^g和陶瓷TSC 的理想混合物。其后，復合材料粉末被燒結并機加工為需要的形狀，如球形，橢圓形或者任何其它形狀。最后，成形的復合材料可以被銅焊到黃銅端子中，如固定端子6a、6b和移動觸頭臂7，其中成形的復合材料作為接觸部分或裝置。與傳統(tǒng)地具有15.6X106的良好的電傳導率的黃銅材料(CuSiX)相比，該復合材料材料具有更高的熱傳導性，良好的電傳導性，更高的沖擊強度以及非常高的耐磨損。本發(fā)明復合材料的材料特性相對于傳統(tǒng)材料(CuSiX)列表如下
權利要求
1.一種電氣開關，包括多個端子，每個所述端子布置有至少一個觸頭裝置，用于容納電導體的開口和用于擰緊所述電導體的螺紋裝置；布置有至少兩個觸頭裝置的移動元件，其中一個所述觸頭裝置是可樞轉地以及永久地與其中一個所述端子的所述觸頭裝置接觸，所述移動元件的另一觸頭裝置與其它所述端子的所述觸頭裝置可移動地接觸；以及驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置與所述移動元件的至少一部分滑動接觸以驅(qū)動所述移動元件從第一開關位置到第二開關位置；其特征在于所述端子和所述移動元件的每個觸頭裝置包括內(nèi)芯部的復合材料，所述內(nèi)芯部在它的中心軸具有高陶瓷TSC(鈦硅碳化物)比例和低Ag(銀)比例，當關于中心軸向著內(nèi)芯部的周邊移動時，隨著陶瓷TSC的百分比的減少，在內(nèi)芯部的中心軸處的銀的百分比逐漸增加。
2.如權利要求1所述的電氣開關，其特征在于每個觸頭裝置的所述內(nèi)芯部的復合材料優(yōu)選在它的中心軸由質(zhì)量上20 %的銀和質(zhì)量上80 %的陶瓷TSC形成，在它相對于內(nèi)芯部的中心軸的周邊處，由質(zhì)量上80%的銀和質(zhì)量上20%的陶瓷TSC形成。
3.如權利要求1所述的電氣開關，其特征在于所述每個觸頭裝置的內(nèi)芯部的復合材料包括高陶瓷TSC和低Ag的結構梯度以及高Ag和低陶瓷TSC的電和熱梯度的混合物。
4.如權利要求1所述的電氣開關，其特征在于所述每個觸頭裝置的內(nèi)芯部的復合材料涂敷有由高Ag和低陶瓷TSC復合材料形成的外涂層。
5.如權利要求4所述的電氣開關，其特征在于所述外涂層由質(zhì)量上90%的銀和質(zhì)量上10%的陶瓷TSC復合材料形成。
6.如權利要求1所述的電氣開關，其特征在于在所述第一開關位置，僅所述移動元件的一個觸頭裝置電連接到其中一個所述端子的所述觸頭裝置，以斷開向電路的電供給。
7.如權利要求1所述的電氣開關，其特征在于在所述第二開關位置，所有的所述移動元件的所述觸頭裝置電連接到每個所述端子的所述觸頭裝置，以向所述電路供給電。
8.如權利要求1所述的電氣開關，其特征在于所述移動元件的所述觸頭裝置包括移動觸頭座和移動觸頭末端。
9.如權利要求1所述的電氣開關，其特征在于所述多個端子的所述觸頭裝置包括樞軸接頭和固定觸頭末端。
10.如權利要求1所述的電氣開關，其特征在于所述驅(qū)動裝置容置于外搖桿中并裝載有彈性裝置，以施加壓力在所述移動元件上。
11.如權利要求1所述的電氣開關，其特征在于所述多個端子和所述移動元件被封閉在具有底座蓋的外殼中。
12.如權利要求1所述的電氣開關，其特征在于所述多個端子和所述移動元件由電傳導材料形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電氣開關，包括一組端子，每個端子布置有至少一個觸頭裝置、容納電導體的開口和擰緊電導體的螺紋裝置。布置有至少兩個觸頭裝置的移動元件，其中一個觸頭裝置是可樞轉且永久地與端子的觸頭裝置接觸，而移動元件的其它觸頭裝置與端子的觸頭裝置可移動地接觸。驅(qū)動裝置與移動元件的至少一部分滑動接觸以驅(qū)動移動元件從第一開關位置到第二開關位置。端子和移動元件的每個觸頭裝置包括內(nèi)芯部的復合材料，在中心軸具有高陶瓷TSC比例和低Ag比例，當關于中心軸向內(nèi)芯部的周邊移動時，隨陶瓷TSC的百分比的減少，銀的百分比逐漸增加。該電氣開關的該觸頭裝置獲得更好的耐磨損和更高沖擊強度，增加了壽命，改進了觸頭質(zhì)量。
文檔編號H01H1/04GK102446635SQ201110299718
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者A.坦加馬尼, S.帕拉馬西瓦姆 申請人:施耐德電器工業(yè)公司