CN102262986B

CN102262986B - 断路开关

Info

Publication number: CN102262986B
Application number: CN201110138388.8A
Authority: CN
Inventors: D.A.费希尔; M.J.霍兰
Original assignee: Siemens Building Technologies AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: CN102262986A

Abstract

一种断路开关，包括壳体，其具有可动接触部、静止接触部和多个磁体。可动接触部适于从第一闭合位置移动到第二开路位置，在第一闭合位置中可动接触部与静止接触部物理接触。磁体关于可动接触部的运动轴线以预定位置和预定取向定位，由此当可动接触部从第一位置移动到第二开路位置时，由可动接触部形成的电流电弧被消灭。

Description

断路开关

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年2月10日提交的序列号为61/303,123的美国临时专利申请以及2010年3月17日提交的序列号为61/314,805的美国临时专利申请的权益，在此通过引用将这两个申请并入本文，如同它们被完全写入本文。

技术领域

本申请涉及断路开关。

背景技术

断路开关用于使电源与电系统断离。例如，在直流（DC）系统中，光伏断路开关可用于使多个DC电源与由一或多个光伏模块中的光伏电池供电的电系统断离。用于光伏断路开关认证的UnderwritersLaboratory（UL）标准的要求是：装置以开关额定电流200％的过载来操作，并通过额定电流下的耐久测试。

然而，在DC负载下，断路开关的接触部的开路，在开关的静止接触部（例如，线路侧）与可动接触部（例如，负载侧）之间形成电弧。当前业界的装置试图通过将三极断路开关中的两极串联连接和通过使用电弧格栅（例如，去电离板）抑制电弧，从而抑制这种电弧。这种串联连接当开关开路时在电路中形成额外断点，这使电路总电阻增大，由此使电弧快速消除。此外，电弧格栅在一些情况下将电弧破坏为更小的电弧并冷却所述电弧，这使电弧电压升高并有助于消除所述电弧。

然而，当前装置仅允许通过三极断路开关进行布线从而具有一种线路/负载组合。当以三种（3）线路/负载构造对当前装置布线并且没有额外串联连接时，其不能满足如UL评价体系所要求那样的在过载和耐久条件下的必需的操作数量。

此外，电弧格栅仅当其保持相对较冷时独立工作。电弧通常在自然对流的情况下出现于电弧格栅中。当电弧格栅的温度在耐久过程中增高时，格栅的热量开始排斥电弧。这种排斥用于限制和缩短电弧的路径。在断路开关完全开路之后，电弧电压的增大未实现，从而电弧保持激活。对快速消灭电弧的该失效导致了额外热量累积在系统中，并最终使断路开关熔化，这是因为电弧本身可处于20000开尔文度的温度下。

因此，提供一种不使用电弧格栅来消灭电弧的断路开关将会是有益的。

发明内容

公开了一种断路开关。该断路开关包括壳体，具有可动接触部、静止接触部和多个磁体。可动接触部适于从第一闭合位置移动到第二开路位置，在第一闭合位置中可动接触部与静止接触部处于物理接触中。磁体关于可动接触部的运动轴线以预定位置和预定取向定位，由此当可动接触部从第一位置移动到第二开路位置时，由可动接触部产生的电弧被消灭。

附图说明

图1是根据一个实施例的断路开关的分解立体图；

图2是图1的断路开关的平面图；

图3是图2的断路开关沿线3－3所见的侧视图；

图4是根据可替代实施例的断路开关的平面图；和

图5是是图4的断路开关沿线5－5所见的侧视图。

具体实施方式

通过利用磁体组合消灭电弧，而不是利用电弧格栅，使空间开阔，用于使电弧伸长和冷却。

现在参见附图，其中，在各图中相同的附图标记表示相似的部件，图1是根据一个实施例的断路开关100的分解立体图。断路开关100包括盖110和底部120。在底部120内设置有可动接触部130和静止接触部140。为了例示目的，示出了三极开关100，其可具有30安培的额定电流。相应地，图示出三个可动接触部130以及三组静止接触部140。不过，应理解，可采用更多数量的接触部130和140，或者采用更少的接触部，这取决于所希望的应用。此外应注意，虽然断路开关100被图示为“双断”开关（其中，可动接触部130在两个物理位置处与两个相应的静止接触部140实现接触/断开接触），不过断路开关也可为“单断”开关（其中，在可动接触部130与一个相应的静止接触部140之间仅存在一个物理连接）。

在盖110内设置有磁体150（表示为150₁、150₂、150₃）。此外，盖110包括通气口以释放热量。仍为了例示，显示出三个磁体150，不过应注意，可包括更多或更少数量的磁体，这取决于所希望的应用。

图2是图1的断路开关100的平面图，图3是图2的断路开关100沿线3－3所见的侧视图。

现在共同参见图2和图3，其显示出断路开关100在开关开路过程中的操作。磁体150显示为相对于可动接触部130的路径和轴线处于特定取向中。例如，如图所示，磁体150₁被设置为大致平行于可动接触部130的路径的轴线，在图2的视图中，磁体150₁的北极面向断路开关100的中心且其南极面向断路开关100的外壁。磁体150₂被设置为大致平行于可动接触部130的路径的轴线，在图2的视图中，磁体150₂的北极面向左方且其南极面向右方。磁体150₃被设置为相对于可动接触部130的路径和轴线呈一角度取向（例如，45度），磁体150₃的南极大致面向断路开关100的中心且其北极面向断路开关100的外侧。每个磁体150产生从磁体北极到磁体南极行进的磁场M_m。

随着每个可动接触部130绕其轴线从第一位置（其中，可动接触部130与其相应静止接触部140处于物理接触）旋转到第二开路位置，沿可动接触部130在断开其与相应静止接触部140的物理接触时的路径形成电弧“A”。磁场M_A由每个电弧的电流产生。随着电弧A沿其路径行进，该电弧首先被磁体150产生的磁场M_m吸引，使得电弧路径由于作用在该电弧上的磁场而伸展和伸长。也就是说，磁体150₁、150₂、150₃的磁场M_m首先吸引电弧A，使得电弧路径由于作用在该电弧上的磁场而伸展和伸长。随着可动接触部130移动经过磁体150₁、150₃，电弧A被排斥。对电弧A的吸引和排斥相结合，使该电弧的电压增加到高于系统电压，（例如，600V或更高），这有助于消灭电弧。此外，磁体的磁场使电弧等离子体偏转，这导致电弧电压中的额外增大。这种效应可被称为“霍尔”效应。由于离子可比电子重许多倍，（例如，重10000倍），随着电子被推到等离子体流之外，等离子体流停止作为良好导体并且消灭。电弧还通过盖110的通气口利用对流来冷却。

图4是根据可替代实施例的断路开关1000的平面图，图5是图4的断路开关1000沿线5－5所见的侧视图。断路开关1000包括盖1010和底部1020。在底部1020内设置有可动接触部1030和静止接触部1040。为了例示目的，显示出三极开关1000，其可具有60或100安培的额定电流。相应地，图示出三个可动接触部1030以及三组静止接触部1040。不过，应理解，可采用更多数量的接触部1030和1040、或者采用更少的接触部，这取决于所希望的应用。此外，应注意，虽然断路开关1000被图示为“双断”开关（其中，可动接触部1030在两个物理位置处与两个相应的静止接触部1040实现接触/断开接触），不过断路开关也可为“单断”开关（其中，在可动接触部1030与一个相应的静止接触部1040之间仅存在一个物理连接）。

在此实施例中，在底部1020内设置有三个磁体（1050₁、1050₂、1050₃），而在盖1010内设置有五个磁体（1050₄、1050₅、1050₆、1050₇、1050₈）。此外，盖1010包括通气口以释放热量。同样地，仍为了例示，显示出八个磁体1050，不过应注意，可包括更多或更少数量的磁体，这取决于所希望的应用。

现在共同参见图4和图5，其显示出断路开关1000在开关开路过程中的操作。磁体1050显示为相对于可动接触部1030的路径和轴线处于特定取向。例如，如图所示，磁体1050₁、1050₂、1050₃被设置为大致平行于可动接触部1030的路径的轴线，在图4的视图中，磁体1050₁、1050₂、1050₃的北极面向断路开关1000的左方且其南极面向断路开关1000的右方。此外，磁体1050₁、1050₂、1050₃相对于底部1020的底面成一角度（例如，45度）取向。

在盖1010内设置有磁体1050₄、1050₅、1050₆、1050₇、1050₈，这些磁体大致平行于可动接触部1030的路径的轴线。在图4的视图中，磁体1050₅、1050₈中的每个使其北极面向左方并使其南极面向右方。在图4的视图中，磁体1050₄、1050₆、1050₇中的每个使其北极面向右方并使其南极面向左方（即，与磁体1050₅、1050₈的极取向相反）。每个磁体1050均产生从磁体北极到磁体南极行进的磁场M_m。

随着每个可动接触部1030绕其轴线从第一位置（其中，可动接触部1030与其相应静止接触部1040处于物理接触）旋转到第二开路位置，沿可动接触部1030在断开其与相应静止接触部1040的物理接触时的路径形成电弧“A”。磁场M_A由每个电弧的电流产生。随着电弧A沿其路径行进，由于磁体的位置接近静止接触部1040，因此，一旦由磁体1050₅、1050₈产生的磁场M_m形成，则该电弧被立刻吸引，从而使得电弧路径由于作用在该电弧上的磁场而伸展和伸长。

而且，随着电弧A沿其路径行进，该电弧首先被由磁体1050₁、1050₂、1050₃、1050₄、1050₆、1050₇产生的磁场M_m吸引，使得电弧路径由于作用在该电弧上的磁场而伸展和伸长，然后随着可动接触部1030移动经过磁体1050₁、1050₂、1050₃、1050₄、1050₆、1050₇该电弧接着被其磁场排斥。对电弧A的吸引和排斥相结合，使该电弧的电压增加到高于系统电压，（例如，600V或更高），这有助于消灭电弧。此外，磁体的磁场使电弧的等离子体偏转，这导致电弧电压的额外增大。这种效应可被称为“霍尔”效应。同样地，由于离子可比电子重许多倍，因此随着电子被推出到等离子体流之外，等离子体流停止作为良好导体并且消灭。电弧还通过盖1010的通气口利用对流来冷却。此外，磁体1050₁、1050₂、1050₃、1050₄、1050₆、1050₇扭曲所述电弧以进一步协助消灭所述电弧。

以上实施例提供了一种断路开关，例如光伏断路开关，其快速伸展、吸引、排斥和扭曲在开关的可动接触部与静止接触部之间的接触的断开过程中所产生的电弧，从而消灭所述电弧。因此，电弧在接触部完全开路之前就被消灭，以允许断路开关以较高电压（例如600V或更高）和在此电压下的高于额定电流（例如两倍于额定电流）的断开电流（breakcurrent）而操作。此外，上述实施例提供了在单一断路开关中多个独立源的断开。虽然断路开关100和1000被描述为包括分立的盖和底部部分，不过应注意，开关100和1000可形成为单一的壳体单元。此外，示例的磁体150可由诸如35级钕铁硼（NdFeB）之类的材料形成，具有根据美国检测和材料协会（ASTM）标准B689-97的涂层，不过也可使用其它类型的磁体。

前述实施例已经被显示和描述，从而用于例示各实施例的结构和功能原理、以及例示出采用各实施例的方法的目的，在不背离这样的原理的情况下可进行变化。因此，对各实施例的所有修改均被涵盖在所附权利要求书的精神之内。

Claims

1.一种断路开关，包括：

壳体；

设置在所述壳体内的可动接触部，所述可动接触部适于从闭合的第一位置旋转到开路的第二位置；

设置在所述壳体内的静止接触部，所述可动接触部当处于所述第一位置时与所述静止接触部物理接触；和

设置在所述壳体内的多个磁体，所述磁体关于所述可动接触部的旋转路径的轴线以预定的位置和取向设置，由此当所述可动接触部从所述第一位置旋转到所述第二位置时，由所述可动接触部形成的电流电弧被消灭；

其中，所述多个磁体包括第一、第二、和第三磁体，所述第一磁体的北极沿所述可动接触部的路径的轴线的方向，所述第二磁体与所述第一磁体的极性相反地取向，并且所述第三磁体的南极大致沿所述可动接触部的路径的轴线的方向。

2.如权利要求1所述的断路开关，其中所述第一磁体设置在所述壳体内、处于所述可动接触部的第一侧上、并大致平行于所述可动接触部当从所述第一位置转变到所述第二位置时的路径的轴线，所述第二磁体设置在所述壳体内、并大致平行于和沿着所述可动接触部的路径的轴线，所述第三磁体设置成接近所述可动接触部的第二侧并相对于所述可动接触部的路径的轴线以预定角度取向。

3.如权利要求2所述的断路开关，其中，相对于所述可动接触部的路径的轴线的所述预定角度是45度。

4.如权利要求1所述的断路开关，其中，所述壳体进一步包括：

盖；和

底部；

其中，所述可动接触部和静止接触部设置在所述底部内，而所述多个磁体设置在所述盖内。

5.如权利要求4所述的断路开关，其中，所述盖进一步包括：至少一个通气开口。

6.如权利要求1所述的断路开关，其中，所述电弧被吸引到所述磁体中的至少一个，并且被所述磁体中的至少一个排斥，从而使所述电弧伸长。

7.如权利要求1所述的断路开关，其中，所述多个磁体使得所述电弧等离子体偏转。

8.一种断路开关，包括：

壳体；

设置在所述壳体内的可动接触部，所述可动接触部适于从闭合的第一位置移动到开路的第二位置；

设置在所述壳体内的多个磁体，所述磁体关于所述可动接触部的运动轴线以预定的位置和取向设置，由此当所述可动接触部从所述第一位置移动到所述第二开路位置时，由所述可动接触部形成的电流电弧被消灭；以及

其中，所述多个磁体包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、和第八磁体，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、和第八磁体均设置在所述壳体内、并大致平行于所述可动接触部当从所述第一位置转变到所述第二位置时的路径的轴线，其中，所述第一、第二、第三、第五、和第八磁体的极性沿第一方向，而所述第四、第六、和第七磁体的极性沿反向于所述第一方向的第二方向，所述第一、第二、和第三磁体进一步相对于所述壳体的底面以预定角度取向。

9.如权利要求8所述的断路开关，其中，相对于所述壳体的底面的所述预定角度是45度。

10.如权利要求8所述的断路开关，其中，当所述可动接触部断开与所述静止接触部在所述第一位置中的物理接触时，由所述可动接触部产生的电弧被所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、和第八磁体吸引，然后被第一、第二、第三、第四、第六、和第七磁体排斥，从而使所述电弧伸长。

11.如权利要求10所述的断路开关，其中，所述第一、第二、第三、第四、第六、和第七磁体使得所述电弧等离子体偏转。

12.如权利要求11所述的断路开关，其中，所述第一、第二、第三、第四、第六、和第七磁体吸引、排斥和扭曲所述电弧，以增大所述电弧的电压。

13.一种断路开关，包括：

壳体，其包括盖和底部，所述盖具有多个通气口，并且所述盖被可移除地安装到所述底部；

设置在所述底部中的第一、第二、和第三可动接触部，适于从闭合的第一位置移动到开路的第二位置；

设置在所述底部中的第一、第二、和第三静止接触部，每个静止接触部与相应的可动接触部相关联，由此当所述可动接触部处于所述第一位置时所述相应的可动接触部物理连接到所述静止接触部；

第一磁体，其设置在所述底部的盖内、并且在所述第一可动接触部的与面向所述第二可动接触部的侧相反的一侧接近于所述第一可动接触部，所述第一磁体取向成大致平行于所述第一、第二、和第三可动接触部当从其相应第一位置转变到其相应第二位置时的行程的轴线，所述第一磁体的北极面向所述第一可动接触部；

第二磁体，其设置在所述底部的盖内并且接近于和平行于所述第二可动接触部的行程的轴线，所述第二磁体位于所述第二和第三可动接触部之间并远离所述第一磁体，所述第二磁体的北极面向所述第二可动接触部，且所述第二磁体的南极面向所述第三可动接触部；和

第三磁体，其设置在所述底部的盖内并且处于所述第二和第三可动接触部之间，所述第三磁体相对于所述第一、第二、和第三可动接触部的行程的轴线以45度角度取向，所述第三磁体的南极大致面向所述第二可动接触部，且所述第三磁体的北极大致面向所述第三可动接触部；和

其中，对于由所述第一、第二、和第三可动接触部中的每一个在从其相应第一位置转变到其相应第二位置时产生的电弧，所述电弧通过所述第二磁体的磁场以及所述第一和第三磁体的磁场被消灭，其中，所述第二磁体的磁场吸引所述电弧以使所述电弧伸长并使其电压增大，而所述第一和第三磁体的磁场吸引和排斥所述电弧以使所述电弧伸长并使其电压增大。

14.一种断路开关，包括：

第一磁体，其设置在所述底部内，取向成大致平行于所述第一、第二、和第三可动接触部当从其相应第一位置转变到其相应第二位置时的行程的轴线，所述第一磁体进一步相对于所述底部的底面以45度角度取向，所述第一磁体的南极大致面向所述第一可动接触部的行程的轴线；

第二磁体，其设置在所述底部内，取向成大致平行于所述第一、第二、和第三可动接触部当从其相应第一位置转变到其相应第二位置时的行程的轴线，所述第二磁体进一步相对于所述底部的底面以45度角度取向，所述第二磁体的南极大致面向所述第二可动接触部的行程的轴线；

第三磁体，其设置在所述底部内，取向成大致平行于所述第一、第二、和第三可动接触部当从其相应第一位置转变到其相应第二位置时的行程的轴线，所述第三磁体进一步相对于所述底部的底面以45度角度取向，所述第三磁体的南极大致面向所述第三可动接触部的行程的轴线；

第四磁体，其设置在所述底部的盖内、并且在所述第一可动接触部的与面向所述第二可动接触部的侧相反的一侧接近于所述第一可动接触部，所述第四磁体取向成大致平行于所述第一、第二、和第三可动接触部当从其相应第一位置转变到其相应第二位置时的行程的轴线并大致沿与所述第一磁体相同的线，所述第四磁体的北极面向所述第一可动接触部；

第五磁体，其设置在所述底部的盖内，大致沿所述第一可动接触部的行程的轴线，并远离所述第一、第二、和第三磁体定位，所述第五磁体的南极沿所述第二可动接触部的行程的轴线的方向取向；

第六磁体，其设置在所述底部的盖内并处于所述第一和第二可动接触部之间，所述第六磁体取向成大致平行于所述第一、第二、和第三可动接触部当从其相应第一位置转变到其相应第二位置时的行程的轴线并大致沿与所述第二磁体相同的线，所述第六磁体的北极面向所述第二可动接触部；

第七磁体，其设置在所述底部的盖内并处于所述第二和第三可动接触部之间，所述第七磁体取向成大致平行于所述第一、第二、和第三可动接触部当从其相应第一位置转变到其相应第二位置时的行程的轴线并大致沿与所述第三磁体相同的线，所述第七磁体的北极面向所述第三可动接触部；和

第八磁体，其设置在所述底部的盖内，大致沿所述第三可动接触部的行程的轴线，并远离所述第一、第二、和第三磁体定位，所述第八磁体的北极沿所述第二可动接触部的行程的轴线的方向取向；和

其中，对于由所述第一、第二、和第三可动接触部中的每一个在从其相应第一位置转变到其相应第二位置时产生的电弧，所述电弧通过所述第五和第八磁体的磁场并通过所述第一、第二、第三、第四、第六、和第七磁体的磁场被消灭，其中，所述第五和第八磁体的磁场吸引所述电弧以使所述电弧伸长并使其电压增大，而所述第一、第二、第三、第四、第六、和第七磁体的磁场吸引、排斥和扭曲所述电弧以使所述电弧伸长并使其电压增大。