CN104051169B - 具有收缩的灭弧特征部的电路中断设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有收缩的灭弧特征部的电路中断设备。电路中断设备包括至少一个收缩区域。所述收缩区域提供与电信号的电弧的干扰。该设备可以包括至少一个扩大区域。所述设备可以包括至少一个可移动部件，以帮助建立所述至少一个收缩区域。提供了制造方法。

Description

具有收缩的灭弧特征部的电路中断设备

技术领域

此处公开的发明涉及电路中断设备，其包括至少一个收缩区域(constrictivezone)，该区域用于电压降低和电弧熄灭。

背景技术

已经设计了多种电路中断设备来保护电子电路以防止电气过载。一种通常类型的保护设备称为“断路器”。通常，断路器包括可复位的机械触点断路系统。

具有机械触点断路系统的所有电路中断设备在电路中断期间(在最小电路电流和电压之上)经历一定程度的“电弧”。如此处讨论的，并且作为惯例，“电弧”涉及电信号通过空气间隙从一个触点跳跃到另一个触点。通常，电流和/或电压越大，电弧的可能性或幅值将会越大。尤其对于承载大负载(即，被设计来传导相对高的电流和/或电压)的断路器，电弧可能是有问题的。因此，断路器通常比期望的大，以便解决电弧。过大的尺寸导致断路器比期望的更贵，并且还导致过大的电路保护系统。

因此，需要用于减小机械触点断路系统(如断路器)中的电路电弧的方法和装置。优选地，该方法和装置导致断路系统尺寸和成本降低。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种电路中断设备。该设备包括：至少一个线路侧电接触部和至少一个相应的负载侧电接触部，这些电接触部置于壳体中；每个线路侧接触部被配置为与相应的负载侧接触部接合，该接合用于将电源与电负载电连接；其中该接合包括线路侧电接触部和相应的负载侧电接触部中的至少一个移动通过电弧区域以形成电连接；以及其中电弧区域包括至少一个收缩区域，该收缩区域适于限制相应的电接触部之间的电弧。

在另一个实施例中，提供了一种用于制造电路中断设备的方法。该方法包括：选择至少一个线路侧接触部，该线路侧接触部被配置用于与相应的负载侧接触部接合，该接合用于将电源与电负载电连接；以及，将该至少一个线路侧电接触部和至少一个相应的负载侧电接触部置于壳体中；其中，该接合包括线路侧电接触部和相应的负载侧电接触部中的至少一个移动通过电弧区域，以形成电连接；并且其中，电弧区域包括至少一个收缩区域，其适于限制相应的电接触部之间的电弧。

在进一步的实施例中，提供了一种电路中断设备。该设备包括：至少一个线路侧电接触部和至少一个相应的负载侧电接触部，所述电接触部置于壳体中；每个线路侧接触部被配置用于与相应的负载侧接触部接合，该接合用于将电源与电负载电连接；其中该接合包括线路侧电接触部和相应的负载侧电接触部中的至少一个移动通过电弧区域，以形成电连接；其中，电弧区域包括邻近收缩区域的扩大区域，收缩区域适于限制相应的电接触部之间的电弧。

附图说明

本发明的特征和优点根据以下结合附图的描述是明显的，在附图中：

图1是根据此处的教导的电路中断设备的等距视图；

图2是图1的电路中断设备的剖视等距视图；

图3是图1和图2的电路中断设备的剖视等距视图；

图4A至4C，在本发明中统称为图4，描绘了收缩的灭弧特征部的实施例；以及

图5A至5B，在本发明中统称为图5，是描绘现有技术的设备(图5A)的电荷和根据此处的教导提供的电路中断设备(图5B)的电荷的比较图示。

具体实施方式

此处公开的是具有收缩的灭弧特征部的电路中断设备。灭弧特征部用于电弧的收缩，该电弧是在电路中断设备致动期间产生的。有利地，此处公开的电路中断设备提供产品尺寸和成本上的降低。这为制造商和用户提供节约，并且进一步，总体上提供电路中断设备的更多用途。

现在参考图1，示出了示例性的电路中断设备10。在这个示例中，电路中断设备10也可被称作“断路器”。虽然此处的教导在断路器的背景中被介绍，但是它们可以用在任何电路中断设备10中，其中技术可以被制造商、用户、设计者或其他类似感兴趣的各方视为是适当的。即，应当注意，电路中断设备10不限于此处公开的实施例，并且如视为适当的，可以被有效地用于多种电路中断设备10中。

在示例性实施例中，电路中断设备10被包括在壳体1中。壳体1包括两个部件，即第一侧2和第二侧3。第一侧2和第二侧3中的每个被表示为包括壳体1的相应侧。当然，电路中断设备10可以是被视为适当的任何形状，因此，壳体1可包括视为适当的多种部件。例如，代替第一侧2和第二侧3，壳体1 可包括顶部和底部；底部和多部分的顶部，以及被视为适当的任何其他类似结构。

通常，壳体1由被视为适当的用于构造电路中断设备10的任何材料制成。示例性的材料包括硬塑料，如丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物(ABS)和其他材料，如玻璃纤维。通常壳体1由在电路中断设备10可能经历的温度和操作条件的范围内具有高介电常数ε_r的材料制成。

示例性的电路中断设备10包括手柄4。手柄4被用于电路中断设备10的手动重置和致动。电路中断设备10包括线路侧连接器6和负载侧连接器5。

参考图2，提供了图1的电路中断设备10的剖视等距视图。进入电路中断设备10的电流通过线路侧连接器6进入电磁线圈14，通过并向下到达接触条7。当电路中断设备10被配置为传导电流时，可移动接触部8与固定接触部12接合。固定接触部12将电流传导到负载侧连接器5。当电路中断设备10上的负载大于预定等级时，由电磁线圈14产生的磁场将使锁15释放，从而导致电路中断设备10“打开”或“松开”。

图2的实施例中还示出了门11。在该实例中，门11是可移动的。即，门 11可关于枢轴点20旋转。门11的旋转通常通过壳体1中的其他特征部限制。例如，门11的旋转可以由表面安装的特征部限制，该表面安装的部件安装在第一侧2和第二侧3中的至少一个的内表面上的。

通常，门11由可在电路中断设备10经历的温度和操作条件的范围内，具有高介电常数ε_r的材料形成。

在该示例性实施例中，电路中断设备10包括电弧区域9。电弧区域9通常代表在松开事件期间在可移动接触部8和固定接触部12之间的电弧可能产生的体积。电弧区域9的体积依赖于多种因素。例如，随着通过电路中断设备10的电压或电流的增加，电弧区域的体积将同样地增加。

注意，术语“可移动接触部”和“固定接触部”不限于此处的教导。更具体地，如此处讨论的，可移动接触部8是关于电路中断设备10的线路侧(即，电源) 的。如此处讨论的，固定接触部12是关于电路中断设备10的负载侧(即，与功耗设备的连接)的。因此，应当考虑，术语“可移动接触部”和“固定接触部”可以用其他类似的有用术语，如关于电气属性的术语来描述。

现在也考虑图3，其中示出了图1和2的电路中断设备10的另一剖视图示。在该实例中，包括第一侧2和第二侧3的壳体1已经被从视图中省略。这种省略仅仅是为了加强对电路中断设备10的各方面的说明和讨论。如从这个角度可以看出的，门11包括可移动内表面17。该可移动内表面17被配置为，随着可移动接触部8关于固定接触部12移动，紧密跟踪可移动接触部8或者与可移动接触部8合作。在该实施例中，还提供了内部中心壳体18。中心壳体18可以代表固定内部表面19。在该实施例中，中心壳体18还在第一可移动接触部8和第二可移动接触部8之间(例如在双刀断路的电路中断设备10中)提供绝缘的隔板。

在图2和3所示的实施例中，(被称作“主动的”收缩)，随着可移动接触部8关于固定接触部20旋转，门11被配置为关于枢轴点20旋转。门11的几何配置使得旋转使可移动内表面17向固定内部表面19旋转。随着可移动内表面17向固定内部表面19旋转，在电弧区域9中产生一个电弧收缩区域。通过收缩电弧区域9的一部分，实现了电弧的减小。即，这提供了电压能力的增加，而不需要增加电路中断设备10的封装尺寸。另选地，这种设计为电路中断设备 10提供更小的封装。

通常，电弧区域9包括电弧收缩区域(如上面介绍的)和收缩相对小的区域两者。通常，收缩相对小的区域降低在电弧期间形成的小的导电沉积物(碳，铜，和其他导电材料)将在电弧期间导致更长的电弧间隙的可能性。类似地，收缩相对小的区域(也被称为“未收缩的区域”或者“扩大区域”)还允许电弧扩大，并因此允许收缩区域阻挡更大百分比的电弧场，从而可能减小灭弧电压。

虽然此处说明了门11的一个实施例，这个实施例仅仅是示意性的，而不限于此处的教导。例如，门11可以包括多个移动部件，该多个移动部件的配合导致收缩区域的产生。通常，门11可能具有与可移动接触部8合作的相对受限的路径。例如，代替关于枢轴点20旋转，门11可以被配置为推-拉装置(实施例未示出)。因此，可以认为，为了提供合适的收缩和扩大区域，门11以被视为适当的任何类型的“受限路径”活动。

现在参考图4，示出了“被动”收缩的三个示例性实施例。在图4A、4B和 4C中的每个中，示出了第一侧2和第二侧3的一部分。在这些实施例的每个中，第一侧2和第二侧3包括对称放置的和配置的收缩特征部50。收缩特征部50 一起合作形成收缩区域41。与每个收缩区域41互补的是至少一个扩大区域42。可移动接触部8被配置为，在与固定接触部12(图4中未示出)接合之前，通过每个扩大区域42和收缩区域41。如图4A中所示，第一侧2和第二侧3的每个的横截面示出收缩特征部50可以被表示为倾斜的直角梯形，其中梯形的长边面向收缩区域41。在图4B中，收缩特征部50的横截面示出收缩特征部50中的每个可以被表示为长方形。在图4C中，第一侧2和第二侧3中的每个的横截面示出收缩特征部50可被表示为倾斜的直角梯形，其中梯形的短边面向收缩区域41。通常，图4A的实施例提供更好的电弧抑制和灭弧，因为该装置比图 4B和图4C的实施例相对更多地干扰电通量。当然，收缩特征部50中的每个的横截面可以是多种几何配置中的任何一种。例如，给定的收缩特征部50可以具有三角形、正方形、长方形、不规则的形状、有图案的形状等中的一种的横截面。例如，在一个实施例中，收缩特征部中的至少一种可以呈现断波状的横截面。

注意，不是要求每个固定收缩特征部50是关于彼此对称的。进一步，注意，第一侧2和第二侧3不是必须被用来提供固定收缩特征部50。例如，固定收缩特征部50的至少一部分可以由中心壳体18提供。

现在参考图5，示出了电路中断设备10中的电通量的两个图示。在图5A 中，扩大区域42本质上在设备中具有用于更大电通量(如由闪电所任意描述的) 的空间。相反，如图5B中所示，收缩区域41具有缩小的体积，并且因此限制可以被传送的电通量(如由更少的闪电所描述的)。

可以具有收缩区域41和扩大区域42的多种组合。通常，当关于闭合的接触条7的路径进行考虑时，收缩区域41将遵循扩大区域42。然而，多个收缩区域41和扩大区域42可以被用在被视为适当的任何装置中。例如，多个紧密间隔的扩大区域42和收缩区域41可以被结合到电路中断设备10中。由于紧密间隔的区域的出现，这个实施例可以被称作包括“电弧槽”。

在一些实施例中，至少一个扩大区域42可包括到外部环境的出口(未示出)。

已经如此介绍和描述了电路中断设备10的各个方面，现在讨论一些附加的实施例和其他方面。

通常，已经确定到电弧区域9的入口的几何配置将影响电弧场。通常，电弧场将指向收缩相对小的较低压力的区域，如出口。此外，到收缩区域41的更锋利或更尖锐的入口将阻碍电弧场的建立，从而阻挡更大百分比的电弧场，由此可能降低灭弧电压。

有利地，该技术可以被用在多种设备的多种设置中。例如，电弧收缩的使用可以与较多的断路点(三个、四个、等)的设备，以及单个断路设备一起使用。这也可以和其他电路断路设备一起使用，其他电路断路设备如，但不限于：开关、接触器、继电器、切断器、热电路断路器、热-磁电路断路器、切换装置、推-拉按钮、推-推装置、自动重置装置、以及其他类似设备。电弧收缩也可以和 AC或DC切换装置(包括其他(更高或更低)额定电压电路)一起使用；与省略第一或第二未收缩(即，扩大)区域的接触部系统一起使用；与具有更多主动收缩区域(如，更彻底地收缩电弧的偏斜的片、或压缩管)的接触部系统一起使用。

进一步，包括收缩区域的电路中断设备的设计可以考虑和/或有益地使用：电弧收缩的几何配置来放大收缩的效果(更尖锐的电弧收缩区域入口)；电弧收缩的几何配置结合腐蚀材料；除了刀型接触部之外设备上的电弧收缩的几何配置(按钮接触部，擦拭接触部，等)；除了可移动和固定的接触部系统之外设备上的电弧收缩的几何配置(如，其中可移动接触部和固定的接触部其两者都远离收缩区域移动)。

进一步，电路中断设备的其他方面可以关于收缩区域的使用而被配置。例如，收缩区域的几何配置可以通过考虑可移动接触部进入收缩区域时的速率来设计。可以使用对于刀型接触部系统的修改，例如刀型接触部上的夹紧力。进一步，电弧收缩的几何配置可以被用在实质上具有任何机械设计(如，更完全的免梳理接触部闭合系统(tease free contactclosing system))的设备中。

电弧收缩的几何配置可以被结合在具有其他电弧减轻元件(电弧栅格、抗电弧固定壳体特征部、电弧遮蔽物、角形避雷器、电弧延伸器、电弧屏蔽物、绝缘物、等)的设备中；电弧收缩的几何配置也可被用在在收缩区域中具有电弧网格(导体、金属、等)的设备中。

应当认识到，此处的教导仅仅是示例性的，而不限制本发明的。进一步，本领域技术人员将认识到，可以实现附加的部件、配置、装置等，同时保持在本发明的范围内。例如，传感器、电路等的配置可以与此处公开的实施例不同。通常，冗余的传感器的部件的设计和/或应用仅仅由系统设计者、制造者、操作者和/或用户的需求，以及在任何特殊场合中给出的要求来限制。

可以包括并要求各种其他的部件来提供此处教导的各个方面。例如，附加的材料、材料的组合和/或材料的省略可用于提供在此处教导的范围内的附加实施例。

当介绍本发明或其实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”旨在表示有一个或更多个元件。类似地，当使用形容词“另一个”介绍元件时，旨在表示一个或更多个元件。术语“包括”和“具有“旨在表示包含的含义，使得除了所列的元件外，可能有其他元件。

在本应用中描述了多种变量，包括但不限于部件、条件和性能特点。应当理解，任何这些变量的任何组合能够定义本发明的实施例。例如，用于主体的特定材料与一组传感器在给定环境条件的特定范围内的结合是本发明的实施例，但是具体结合可能不会详细描述。如本领域普通技术人员会显而易见的，项目、部件、条件，和/或方法的其它组合也可以从此处所列的变量中具体选择，以定义其他实施例。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围内可以做出各种变化，而且其元件可以被等价物替换。此外，本领域技术人员将认识到各种修改，以相对于本发明的教导改变特定的仪器、场合或材料，而不脱离其实质范围。因此，希望本发明不限制于作为实现本发明的预期的最佳模式而公开的特定实施例，希望本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (15)

1.一种电路中断设备，包括：

至少一个线路侧电接触部和至少一个相应的负载侧电接触部，所述至少一个线路侧电接触部和至少一个负载侧电接触部置于壳体中；

每个线路侧电接触部被配置为与相应的固定的负载侧电接触部接合，所述接合用于将电源与电负载电连接；

其中所述接合包括所述至少一个线路侧电接触部和相应的所述至少一个负载侧电接触部中的至少一个移动通过电弧区域，以形成电连接；

其特征在于，所述电路中断设备还包括：

包括可移动内表面的门；

其中所述可移动内表面被配置为随着所述至少一个线路侧电接触部相对于相应的所述至少一个负载侧电接触部移动而与所述至少一个线路侧电接触部协作；

位于所述电弧区域中的至少一个收缩特征部，以形成至少一个收缩区域，

其中所述门的旋转使得所述可移动内表面朝向所述至少一个收缩特征部旋转以建立所述至少一个收缩区域；以及

与所述至少一个收缩区域互补的扩大区域，

其中在与相应的至少一个负载侧电接触部接合过程期间，所述至少一个线路侧电接触部在所述至少一个收缩区域之前移动通过所述扩大区域。

2.如权利要求1所述的设备，其中至少一个线路侧电接触部和至少一个负载侧电接触部包括刀型接触部、按钮接触部和擦拭型接触部中的一种。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述门被配置为关于枢轴点旋转。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述门被配置为相对于可移动接触部组件沿着受限的路径移动。

5.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个收缩特征部的横截面是三角形、正方形、长方形、不规则形状和图案化的形状中的一种。

6.如权利要求1所述的设备，其中所述电弧区域包括多个电弧槽。

7.如权利要求1所述的设备，其中至少一个线路侧电接触部被配置为可移动通过所述电弧区域的至少一部分。

8.如权利要求1所述的设备，包括以下装置中的一种：接触器、继电器、隔离开关、热电路断路器、热-磁电路断路器、扳钮断路器、推-拉断路器、按钮断路器、推-推断路器、自动重置断路器，以及其它断路设备和其它开关。

9.如权利要求1所述的设备，其中所述收缩区域包括压缩管中的一个偏斜的片。

10.如权利要求1所述的设备，被配置用于交流(AC)、直流(DC)、高压和低压中的至少一种。

11.一种用于制造电路中断设备的方法，该方法包括：

选择至少一个线路侧电接触部，所述线路侧电接触部被配置用于与相应的负载侧电接触部接合，所述接合用于将电源与电负载电连接；以及

将至少一个线路侧电接触部和至少一个相应的负载侧电接触部置于壳体中；

其中，该接合包括线路侧电接触部和相应的负载侧电接触部中的至少一个移动通过电弧区域，以形成电连接；

其特征在于，所述方法进一步包括：

形成门，所述门包括可移动内表面；

其中所述可移动内表面被配置为随着所述至少一个线路侧电接触部相对于相应的所述至少一个负载侧电接触部移动而与所述至少一个线路侧电接触部协作；

制造位于所述电弧区域中的至少一个收缩特征部，以形成至少一个收缩区域，

其中所述门的旋转使得所述可移动内表面朝向所述至少一个收缩特征部旋转以建立所述至少一个收缩区域；以及

形成与所述至少一个收缩区域互补的扩大区域，

其中在与相应的至少一个负载侧电接触部接合过程期间，所述至少一个线路侧电接触部在所述至少一个收缩区域之前移动通过所述扩大区域。

12.如权利要求11所述的方法，其中选择所述至少一个线路侧电接触部和至少一个负载侧电接触部中的一个包括选择刀型接触部、按钮接触部和擦拭型接触部中的一种。

13.如权利要求11所述的方法，其中布置在壳体中包括关于所述电路中断设备组装壳体的第一侧和第二侧。

14.如权利要求11所述的方法，进一步包括配置所述门绕枢轴点旋转。

15.如权利要求11所述的方法，进一步包括配置所述门用于根据至少一个线路侧电接触部和至少一个负载侧电接触部中的至少一个的位置移动。