專利名稱：電磁電路中斷器的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及用于高壓直流(DC)飛行器配電系統的電磁電路中斷器 (interrupter)0
背景技術：
飛行器配電中的新近發展涉及邁向使用高壓DC配電系統，以便允許用于在飛行器內分配電功率的線束的重量減輕。但是，在設計飛行器配電系統時，這樣的高壓DC系統會引起額外的問題。例如，所用的高DC電壓可導致組件壽命縮短，尤其對于用于中斷來自線束的汲取功率的電路的電磁開關更是如此。這些開關優選為固態裝置，因為它們的額定功率較高并且能夠抵抗增加的開關電壓。但是，即使是這些高功率裝置也無法不受由于在設置在其中的開關接點分開以便使電路斷開時由這些開關接點的電弧放電引起的接點飛濺的影響。因此，開發了各種裝置和技術以試圖通過緩解由儲存在電路中并且一旦接點分開便導致電弧放電的感應能引起的影響來增強這些可開關的接點的壽命。例如，各種已知技術可采用常規的電磁開關以及額外的電路，該額外電路用于消耗電路的感應能以便將電磁開關本身中消耗的能量減至最少[1-3]。或者，制造了各種非常規電磁開關，它們可例如設法限制電弧的物理位置以試圖將接點侵蝕減至最小[4]。但是，盡管這些技術可增強電磁開關的有用工作壽命，但是本領域中仍然需要具有進一步增強的工作壽命的高壓DC電磁電路中斷器，尤其當用于諸如飛行器配電系統的安全關鍵的應用時更是如此。
發明內容
因此，在記住與常規高壓DC電磁開關裝置相關聯的上述缺點的同時，設計了本發明。根據本發明的一個方面，因而提供一種用于高壓DC飛行器配電系統的電磁電路中斷器。該電磁電路中斷器包括接觸機構，該接觸結構可進行操作以便將第一和第二電接點分開第一預定距離持續預定時間，以便當接觸機構斷開時維持電弧。該接觸機構還可進行操作以便在預定時間之后將第一和第二電接點分開第二預定距離，以便熄滅電弧。另外， 第一預定距離小于所述第二預定距離。該電磁電路中斷器與常規裝置形成對照，因為它不是設法盡可能快地大大斷開接點，而是使得接點能夠在相對較長的時間(例如，與以微秒計斷開的現有技術的裝置相比為幾個毫秒)分開，以便產生電弧并使電弧維持相對較長的周期。這樣做的優點是，在電磁電路中斷器的接點變得足夠熱而熔融之前，可在預定時間周期期間消耗儲存在電路中的許多感應能。隨后，可進一步或完全斷開接點以使電路斷開，電弧熄滅，從而將任何接點飛濺減至最少或基本上消除任何接點飛濺。因此，盡管電磁電路中斷器的總的開關時間比常規裝置有所增加，但是接點的工作壽命和可靠性可大大增強。
現在將結合附圖描述本發明的各個方面和實施例，附圖中圖IA示出根據本發明的各種實施例處于閉合接點位置的高壓直流(DC)飛行器配電系統的電磁電路中斷器；圖IB示出處于中間斷開接點位置的圖IA中的電磁電路中斷器；圖IC示出處于完全斷開的接點位置的圖IA中的電磁電路中斷器；圖2示出低壓DC電路中斷的時間I-V曲線；圖3示出低壓電弧的I-V特性曲線圖；以及圖4示出通過操作本發明的各個實施例提供的各種高壓電弧電壓波形。
具體實施例方式圖IA示出根據本發明的各種實施例處于閉合接點位置的高壓直流(DC)飛行器配電系統的電磁電路中斷器100。電磁電路中斷器100包括氣密地密封在外殼110中的第一電接點120和第二電接點130。第一和第二電接點120、130可在外殼110內通過啟動接觸機構102而在閉合位置、 中間斷開接點位置和完全斷開接點位置之間移動。圖1A-1C中分別示出這三個位置。外殼 110可包含填充氣體。在各種實施例中，填充氣體可包括干空氣、氮、氬、氖、氪等中的一種或多種。在各種優選實施例中，可使用氮氣或另一種惰性氣體或氣體混合物。第一電接點120形成有導電凸出部分122，凸出部分122可由與第一電接點120的主體相同的材料制成。或者，凸出部分122可由與第一電接點120的主體的材料不同的材料(例如，金屬)形成。類似地，第二電接點130形成有導電凸出部分132，凸出部分132可由與第二電接點130的主體相同的材料制成。或者，凸出部分132可由與第二電接點130 的主體的材料不同的材料(例如，金屬)形成。凸出部分122、132的表面可成某種形狀或基本上平坦。在圖IA所示的閉合接點位置，取決于它們的相應形狀，凸出部分122、132彼此鄰接或嵌合在一起，以便在第一與第二電接點120、130之間形成低電阻電連接。圖IB示出處于中間斷開接點位置的電磁電路中斷器100。在中間斷開接點位置， 接觸機構102將凸出部分122、132的表面分開第一預定距離Cl1持續預定時間τ。用于為本發明的實施例確定第一預定距離Cl1和預定時間τ的各種方法將在下文進一步論述。當在第一與第二電接點120、130之間具有高壓DC電勢差時，在基本上等于預定時間τ的整個持續時間的周期在凸出部分122、132之間維持電弧150。電弧150的作用就像是電路中的電阻器一樣，并且將儲存的感應能作為造成鄰近電接點120、130的溫度上升的熱能消耗掉。在常規裝置中接點快速地(例如，μ S級)完全間隙斷開的情況下，電弧可使接點發熱(通過電阻式1 發熱)。該溫度上升足以造成飛濺和電弧的間歇式再觸發，直到消耗掉足夠的感應能而使這個過程停止。但是，通過選擇預定時間τ和第一預定距離Cl1以確保將電接點120、130的溫度上升限制在用于形成它們的材料的熔融溫度以下，可將飛濺減至最少并增加電磁電路中斷器100的工作壽命。所選擇的各種參數取決于電磁開關的確切電流、電壓和額定功率、所使用的填充氣體以及接點材料，因此第一預定距離Cl1、第二預定距離(12和預定時間τ根據所使用的特定實施例而改變。可運用于確定是否將發生高壓電弧放電和/或確定各種距離參數的一個技術涉及為特定電磁電路中斷器100實施例尋找I^aschen電壓。對于平行導電板，Paschen發現，擊穿電壓Vb (伏特)可通過下式描述
權利要求
1.一種用于高壓直流(DC)飛行器配電系統的電磁電路中斷器，包括接觸機構，其可進行操作以便將第一和第二電接點分開第一預定距離持續預定時間， 以便當所述接觸機構斷開時維持電弧；其中所述接觸機構還可進行操作以便在所述預定時間之后將所述第一和第二電接點分開第二預定距離，以便熄滅所述電弧；并且其中所述第一預定距離小于所述第二預定距離。
2.如權利要求1所述的電磁電路中斷器，其中所述第一預定距離定義為=Cl1=Hi.λ，其中m是預定因子，而λ是等于所述第一和第二電接點之間的一個電子平均自由行程的DC 低壓電弧間隙。
3.如前述任一權利要求所述的電磁電路中斷器，其中所述第二預定距離等于等同額定值的常規電磁電路斷電器的常規間隙距離。
4.如前述任一權利要求所述的電磁電路中斷器，其中確定所述預定時間以使得< Tmeltmin，其中Tarc是由所述電弧生成的溫度，而Tnreltmin是用于制造所述第一和第二電接點的材料的最低熔融溫度。
5.如前述任一權利要求所述的電磁電路中斷器，其中所述預定時間為約ImS到約 15mS。
6.如權利要求5所述的電磁電路中斷器，其中所述預定時間為約5mS到約8mS。
7.一種用于飛行器的高壓DC電源系統，包括 用于在機體內分配電功率的線束；電連接到所述線束的至少一個電負載； 電連接到所述線束的高壓DC電源；電連接在所述線束與相應電負載之間的根據前述任一權利要求所述的電磁電路中斷器，所述電磁電路中斷器可進行操作以便將所述相應電負載從所述線束斷開。
8.如權利要求7所述的高壓DC電源系統，其中所述高壓DC電源在大于所述電磁電路中斷器的I^aschen電壓的電壓下工作。
9.一種操作電磁電路中斷器的方法，所述電磁電路中斷器具有可通過操作接觸機構分開的第一和第二電接點，所述方法包括將所述第一和第二電接點分開第一預定距離持續預定時間，以便當所述接觸機構斷開時維持電弧；以及在所述預定時間之后將所述第一和第二電接點分開第二預定距離，以便熄滅所述電弧，所述第一預定距離小于所述第二預定距離。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述預定時間為約ImS到約15mS。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述預定時間為約5mS到約8mS。
12.—種基本上如上文參考附圖所描述的電磁電路中斷器。
13.一種操作基本上如上文參考附圖所描述的電磁電路中斷器的方法。
全文摘要
本發明提供一種用于高壓直流(DC)飛行器配電系統的電磁電路中斷器100。電磁電路中斷器100包括接觸機構102，接觸結構102可進行操作以便將第一和第二電接點120、130分開第一預定距離d1持續預定時間τ，以便當接觸機構102斷開時維持電弧150。接觸機構102還可進行操作以便在預定時間τ之后將第一和第二電接點120、130分開第二預定距離d2，以便熄滅電弧150。第一預定距離d1小于所述第二預定距離d2。通過在相對較長的時間周期故意地維持電弧150，本發明對于延長接點120、130的工作壽命、從而延長電磁電路中斷器100本身的工作壽命尤其有用。
文檔編號H01H9/20GK102262967SQ20111014973
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月24日 優先權日2010年5月24日
發明者A·施普利 申請人:通用電氣航空系統有限公司