CN105280448B

CN105280448B - 断路器

Info

Publication number: CN105280448B
Application number: CN201410736116.1A
Authority: CN
Inventors: 三好伸郎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2018-02-13
Anticipated expiration: 2034-12-04
Also published as: KR101753456B1; KR20150141866A; CN204271019U; CN105280448A; JP2015232969A; JP6237481B2

Abstract

本发明提供一种直流用断路器，不必限定漏电电源侧和负载侧的连接方向。该断路器具有基座(11)、静触头(27)、动触头(23)灭弧装置(50)和一对永磁铁(54a、54b)。其中，静触头设置在基座上，具有静触点(21)；动触头具有动触点(22)，动触点(22)能够接触以及离开静触点；灭弧装置(50)由多片栅片(51)构成，栅片具有形成于靠动触头一侧的切口部(51a)以及侧脚部(51b)，切口部(51a)呈U字形，侧脚部(51b)位于切口部的两侧，包围两个触点以及静触头配置于切口部(51a)内侧；一对永磁铁配置在静触点的两侧，且以同极相对的方式相对配置。

Description

断路器

技术领域

本发明涉及一种用永磁铁来提高对电弧的驱动力(ark driving force)的断路器(Circuit Breaker)。

背景技术

由于直流电流没有零电位，因而例如采用如下方式来切断该直流电流，即，使电弧接触配置在触点附近的绝缘材料时产生的压力梯度(压力差)来驱动电弧，使电弧被引导至栅(grid)片并被割断，从而切断该直流电流。另外，在电压较高时，可通过增加栅片的片数来升高电弧电压，或者可通过降低栅片侧的磁阻来提高磁动力(由磁场提供的驱动力)。但是，采用这些方式的必要条件是，所要切断的电流较大(例如100A以上)，足以使电弧能够到达栅片，而对于在此之下的电流区域中，则一般采用如下方式驱动电弧，即，在两触点的两侧附近，以异极相对的方式配置永磁铁，在切断电流时，依照弗莱明定则(Fleming′s rule)使电磁铁所产生的磁力的方向朝向灭弧装置的栅片侧，从而由该磁力驱使电弧向灭弧装置的栅片侧运动。

另外，为了防止永磁铁受到电弧高温的影响，在现有技术中，一般用树脂来覆盖永磁铁(例如，参照专利文献1)。

【专利文献1】日本发明专利公报特开2011-129385号

在上述的现有技术中的断路器中，通常，是对电流方向为从断路器的电源一侧朝向负载一侧的一个方向的电弧进行驱动，使其向栅片一侧运动，然而，对于电流方向为从负载一侧朝向电源一侧的反方向的电弧，永磁铁产生的驱动力则变为驱使电弧向与栅片相反的方向运动的作用力。为了切断高电压，必须驱使电弧向栅片一侧运动，因而在连接断路器时必须确定电流的流向，即，有必要确定制品的极性。

然而，在一般与太阳能发电的供电箱相连接的直流断路器中，在太阳能发电板一侧发生短路的情况下，电流会由其他供电箱一侧回流，产生相反方向的电流。因此，在限定了电源一侧和负载一侧的连接方向的断路器中，即在两触点的两侧附近以异极相对的方式配置永磁铁的断路器中，由于该回流的电流的流向与预定的电流流向相反，因而电弧被向与灭弧板相反的方向驱动，从而有可能导致无法切断电流。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种直流断路器，在该直流断路器中，并不限定电源一侧和负载一侧的连接方向(并不区分电源一侧的连接和负载一侧的连接)。

本发明所涉及的断路器具有基座、静触头、动触头、灭弧装置和一对永磁铁。其中，静触头设置在基座上，具有静触点；动触头具有动触点，动触点能够接触以及离开静触点；灭弧装置由多片栅片构成，栅片具有形成于靠动触头一侧的切口部以及侧脚部，切口部呈U字形，侧脚部位于切口部的两侧，且两触点以及静触头位于切口部内侧；一对永磁铁配置在静触点两侧，且以同极相对的方式相对配置。

采用本发明，将磁铁配置为，位于静触点左右两侧的2个磁铁的靠静触电侧的极性相同，从而能够获得不需限定电源一侧和负载一侧的连接方向(不区分电源一侧的连接与负载一侧的连接)的直流用的断路器。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的断路器的俯视图。

图2是沿图1中X-X线剖切而成的剖视图。

图3是本发明的实施方式1所涉及的断路器的灭弧装置的立体图。

图4是用于说明正向连接时图3所示灭弧装置中的磁力线的说明图。

图5是图3所示灭弧装置的俯视图，是用于说明正向连接时动触头刚离开后的电弧的说明图。

图6是从横臂一侧观看时图3所示灭弧装置的主视图，是用于说明正向连接时动触头离开中途的电弧的说明图。

图7是图6所示灭弧装置的俯视图，是用于说明正向连接时动触头离开中途的电弧的说明图。

图8是沿图7中Y-Y线剖切而成的剖视图，是用于说明正向连接时动触头离开中途的电弧的说明图。

图9是自横臂一侧观看时图3所示灭弧装置的主视图，是表示正向连接时动触头处于离开状态时的电弧的说明图。

图10是图9所示灭弧装置的俯视图，是表示正向连接时动触头处于离开状态时的电弧的说明图。

图11是沿图10中Z1-Z1线剖切而成的剖视图，是表示正向连接时动触头处于离开状态时的电弧的说明图。

图12是用于说明反向连接时图3所示灭弧装置中的磁力线的说明图。

图13是自横臂一侧观看时图3所示灭弧装置的主视图，是表示反向连接时动触头处于离开状态时的电弧的说明图。

图14是图9所示灭弧装置的主视图，是表示反向连接时动触头处于离开状态时的电弧的说明图。

图15是沿图14中Z2-Z2线剖切而成的剖视图，是表示正向连接时动触头处于离开状态时的电弧的说明图。

【附图标记说明】

10：箱体；11：基座；12：罩部；21：静触点；22：动触点；23：动触头；24：电源侧端子；25：负载侧端子；27：静触头；40：保护装置；50：灭弧装置；51：栅片；54：永磁铁；55：磁铁支架；56：绝缘部件；101：断路器。

具体实施方式

【实施方式1】

图1是本发明的实施方式1所涉及的断路器的俯视图。图2是沿图1中X-X线剖切而成的剖视图。图3是本发明的实施方式1所涉及的断路器的灭弧装置的立体图。图4是用于说明正向连接时图3所示灭弧装置中的磁力线的说明图。图5是图3所示灭弧装置的俯视图，是用于说明正向连接时动触头刚离开后的电弧的说明图。图6是从横臂(cross bar，动触头支承臂)一侧观看时图3所示灭弧装置的主视图，是用于说明正向连接时动触头离开中途的电弧的说明图。图7是图6所示灭弧装置的俯视图，是用于说明正向连接时动触头离开中途的电弧的说明图。图8是沿图7中Y-Y线剖切而成的剖视图，是用于说明正向连接时动触头离开中途的电弧的说明图。图9是自横臂一侧观看时图3所示灭弧装置的主视图，是表示正向连接时动触头处于离开状态时的电弧的说明图。图10是图9所示灭弧装置的俯视图，是表示正向连接时动触头处于离开状态时的电弧的说明图。图11是沿图10中Z1-Z1线剖切而成的剖视图，是表示正向连接时动触头处于离开状态时的电弧的说明图。

如图1、图2所示，断路器101具有箱体10，箱体10由绝缘材料形成，具有基座(base)11和罩部(cover)12。在基座11上配置有断路单元(unit)20，该断路单元20的个数与端子的极数相同，在断路单元20的上部配置有公知的开闭机构部30，该开闭机构部30具有切换连杆(toggle rink)机构。罩部12覆盖基座11上的各断路单元20和开闭机构部30，开闭机构部30的操作手柄(handle)31从罩部12的手柄窗口12a伸出。

各极的断路单元20分别具有相同的结构，在基座11上配置着横臂32，横臂32为各断路单元20共用，并与各断路单元20垂直。由开闭机构部30使该横臂32以其轴心为中心转动，横臂32上分别安装有各断路单元20的动触头23。在横臂32以其轴心为中心转动时，各断路单元20的各动触头23同时转动，该动触头23的转动使动触点22接触或者离开静触点21。开闭机构部30由公知的切换连杆机构构成，具有被保护装置40驱动的公知的脱扣器(tripbar)33。

各断路单元20具有电源侧端子24、静触头27、动触点22、动触头23、保护装置40、负载侧端子25和灭弧装置50。其中，电源侧端子24设置在基座11上；静触头27设置为由电源侧端子24延伸出来，且具有静触点21；动触点22能够接触以及离开静触点21；动触头23被横臂32保持且能够转动，在其一端设有动触点22；保护装置40通过动触头支架26与动触头23连接；负载侧端子25设置为由保护装置40延伸出来；灭弧装置50由多个栅片51层叠而成，栅片51具有切口部51a以及侧脚部51b1、51b2，切口部51a呈U字形，开口朝向动触头23一侧，侧脚部51b1、51b2形成在切口部51a的两侧，两个触点21、22以及静触头27配置于切口部51a内侧。

由静触头21和动触头22构成用于开闭电路的开闭触点。在动触点22接触静触点21时，两个端子24、25之间的电路闭合，另外，在动触点22离开静触点21时，两个端子24、25之间的电路断开。此时在动触点22和静触点21之间产生的电弧被灭弧装置50熄灭。

如图2、图3所示，灭弧装置50由多个栅片51构成，该栅片51由磁性钢板构成，其呈如下形状：在四边形的钢板的一边上设有大致呈U字形的切口部51a。用由绝缘材料构成的支承板(隔弧板)53a、53b夹持多个栅片51，且多个栅片51之间具有规定间隔，从而构成灭弧装置50。该灭弧装置50采用如下结构，即，栅片51的呈U字形的切口部51a朝向静触点21与动触点22的方向而设置，动触头23能够在该U字形切口部51a所形成的空间内转动。

在静触点21的两侧设有一对磁铁支架(holder)55，这一对磁铁支架55由绝缘材料构成，其将一对永磁铁54保持在内部。一对磁铁支架55中，磁铁支架55a被保持在支承板53a上，磁铁支架55b被保持在支承板53b上。另外，一对磁铁支架55a、55b分别设置在支承板53a、53b的最靠基座11的一侧。此外，在磁铁支架55a的靠基座11一侧设有开口部55a1，该开口部55a1用于插入永磁铁54a，在磁铁支架55b的靠基座11一侧设有开口部55b1，该开口部55b1用于插入永磁铁54b。

另外，一对永磁铁54a、54b以同极相对的方式配置。如图3所示，在本实施方式中，靠静触点21一侧的为N极，当然靠静触点21一侧的也可以是S极。

另外，磁铁支架55以如下方式被保持，即，磁铁支架55的靠基座11一侧的端面与支承板53a、53b的靠基座11一侧的端面大致位于同一平面内。此外，磁铁支架55的靠静触点21一侧的端面比栅片51的侧脚部51b1、51b2的靠静触点21一侧的端面更加靠静触点21一侧。再者，磁铁支架55的材料优选耐热性较强的热硬化树脂。

另外，在静触头27和灭弧装置50之间设置有绝缘部件56，该绝缘部件56覆盖静触头27但露出静触点21。该绝缘部件56覆盖位于磁铁支架55下部的用于插入永磁铁54的开口部55a1、55b1(参照图6)，从而使永磁铁54不会直接受到电弧的影响。此外，本发明中所述的“第1绝缘部件”是指上述磁铁支架55，本发明中所述的“第2绝缘部件”是指上述绝缘部件56。

接下来对断路器101的断路动作进行说明。

首先，对正向连接时、即直流电源与电源侧端子24连接、负载与负载侧端子25连接时的断路动作进行说明。

在规定值以上的电流流过断路单元20时，保护装置40转动并推动脱扣器33，从而驱动开闭机构部30，使动触头23转动。动触头23的转动使得动触点22离开静触点21。在动触点22离开时产生的电弧发生在静触点21和动触点22之间的最短距离之间。

此时，在通电电流较大(例如，额定电流超过100A)时，电弧对栅片51形成励磁，穿过多个栅片51的U字形切口部51a的磁力线(磁场)，对电弧形成磁力驱动，使该电弧向由多个栅片51的U字形切口部51a所形成的空间深处(图4中的电源侧端子24的方向)运动。另外，由于电弧的高温使绝缘材料56产生灭弧气体，其压力梯度形成气动力(由气体提供的驱动力)，该气动力也能够驱使电弧向栅片51一侧运动。向栅片51一侧运动的电弧被多个栅片51割断为在栅片51之间的短弧，压降增加，用于维持电弧的电弧电压升高。于是，当该电弧电压高于电源电压时电弧熄灭。

另外，在通电电流较小(例如，额定电流在100A以下)时，因电弧作用而产生的磁动力以及灭弧气体的压力梯度较弱，因而电弧在两触点21、22之间的空间内继续流动。此时，由设置在灭弧装置50附近的永磁铁来增加磁动力。

下面，对通电电流较小时永磁铁所产生的磁动力进行说明。

如图3所示，一对永磁铁54a、54b被磁铁支架55保持在静触点21两侧，且位于支承板53a、53b的最靠基座11的一侧的位置。而且，永磁铁54a、54b的靠静触点21一侧的磁极为同极。即，如图4所示，由永磁铁54a、54b的N极出发的磁力线A1、B1、A2、B2的走向分为两个路线(route)，一个路线为由N极出发后暂时朝向静触点21一侧的方向，之后朝向远离电源侧端子24的方向，然后返回永磁铁54a、54b的S极，磁力线A1、B1的走向为该路线；另一个路线为由N极出发后暂时朝向静触点21一侧的方向，之后通过电源侧端子24一侧，然后返回永磁铁54a、54b的S极，磁力线A2、B2的走向为该路线。

在正向连接时，由于电弧电流从静触点21流向动触点22，因而磁力线A1和磁力线B2分别吸引电弧，使电弧垂直于各磁力线地向N极和S极的分界线运动，磁力线A2和磁力线B1分别排斥电弧，使电弧垂直于各磁力线地向远离N极和S极的分界线的方向运动。

结果使得，磁力线B1排斥电弧而驱使电弧向磁力线A1的方向运动，被磁力线A1吸引的电弧向侧脚部51b1一侧运动。另外，磁力线A2排斥电弧而驱使电弧向磁力线B2的方向运动，被磁力线B2吸引的电弧向侧脚部51b2一侧运动。

另外，如图5所示，在动触点22离开时的初期，由于动触头23以横臂32的转动中心32C为转动中心而转动，因而静触点21与动触点22之间的距离越靠转动中心32C一侧越短。

由于电弧发生在两个触点间的最短距离之间，因而电弧集中于两个触点间的转动中心32C一侧。即，在图5的纸面上，电弧从静触点21的右端朝向动触点22，比相对配置的一对永磁铁54a、54b的中间线C1更靠近与电源侧端子24相反的一侧，从静触点21出发的电弧被驱动而沿着线L1向永磁铁54a一侧运动后，沿着线L2到达动触点22。

如图6～8所示，动触点22进一步离开，在动触点22移动至与横臂23的转动中心对应的高度位置时，由于动触头23的转动中心32C比静触点21更靠罩部12一侧(图8的纸面上的上侧)，因而动触点22的位置比在两个触点接触时的位置更加靠电源侧端子24一侧。结果使得，如图7、图8所示，由于从静触点21出发的电弧比一对永磁铁54a、54b的中间线C2更靠电源侧端子24一侧，因而向动触点22延伸的电弧经由以下路径到达动触点22：沿着线M朝向转动中心32C一侧出发，之后被驱动而向永磁铁54a一侧运动，在与磁铁支架55a相撞后，到达动触点22。

如图9～11所示，动触点22进一步离开，在动触点22完全离开时，由静触点21出发的电弧被永磁铁54a的磁力驱动而向永磁铁54a的方向运动，与磁铁支架55a相撞。电弧在与磁铁支架55a相撞后，由永磁铁54a向电源侧端子24一侧运动时，产生的磁力线方向发生反转，因而驱使电弧向侧脚部51b2一侧运动。在此之后，电弧被永磁铁54b的磁力线驱动，在与磁铁支架55b相撞之后到达动触点23。

于是，如上述那样，电弧被拉长，用于维持电弧的电弧电压升高，并且，电弧被栅片51的侧脚部51b割断成短弧，压降增加，电弧电压升高，当电弧电压高于电源电压时电弧熄灭。

另外，磁铁支架55由热硬化树脂等绝缘材料形成，其虽然具有耐久性，不会因电弧高温而轻易蒸发，但还是会在接触电弧时产生气体。由于该气体使电弧冷却，因而能够起到使电弧电压(用于维持电弧的电压)上升的效果，有利于切断电流。而且，永磁铁54a、54b的磁力使得电弧被向永磁铁54a一侧拉长，除此之外，由于磁铁支架55产生的气体也使得电弧被向转动中心32C一侧拉长，从而使电弧电压上升，有利于切断电流。

另外，如图5所示，由于永磁铁55a、55b的靠静触点21一侧的端面55a2、55b2比侧脚部51b1、51b2的靠静触点21一侧的端部更靠静触点一侧，因而电弧在接触侧脚部51b1、51b2之前先接触磁铁支架55a、55b，从而因磁铁支架55a、55b所发出的气体而使电弧更容易被冷却。

此外，磁铁支架55的靠转动中心32C(动触头23的转轴)一侧的端面比设置于磁铁支架55邻近位置的栅片51的侧脚部51b的靠转动中心32C一侧的端部更靠转动中心32C一侧，因而在动触点22离开时的初期，电弧在接触侧脚部51b1、51b2之前先接触磁铁支架55a、55b，从而因磁铁支架55a、55b所发出的气体使电弧更容易被冷却。

接下来，对反向连接时，即负载与电源侧端子24连接、直流电源与负载侧端子25连接时的断路动作进行说明。

在通电电流较大(例如，额定电流超过100A)时，断路动作与上述正向连接时相同，因而省略其说明。

图12是用于说明图3所示灭弧装置中反向连接时的磁力线的说明图。图13是自横臂一侧观看时的图3所示灭弧装置的主视图，是表示反向连接时动触头处于离开状态时的电弧的说明图。图14是图9所示灭弧装置的主视图，是表示反向连接时动触头处于离开状态时的电弧的说明图。图15是沿图14中Z2-Z2线剖切而成的剖视图，是表示正向连接时动触头处于离开状态时的电弧的说明图。

在通电电流较小(例如，额定电流在100A以下)时，如图12所示，由永磁铁54a、54b的N极出发的磁力线A1、B1、A2、B2的走向分为两个路线，一个路线为由N极出发后暂时朝向静触点21侧的方向，之后马上朝向远离电源侧端子24的方向，然后返回永磁铁54a、54b的S极，A1、B1的走向为该路线，另一个路线为由N极出发后朝向静触点21侧的方向，之后马上通过电源侧端子24一侧，然后返回永磁铁54a、54b的S极，A2、B2的走向为该路线。

由于是反向连接，电弧电流从动触点22流向静触点21，因而磁力线A2和磁力线B1分别吸引电弧，使电弧垂直于各磁力线地向N极和S极的分界线运动，磁力线A1和磁力线B2分别排斥电弧，使电弧垂直于各磁力线地向远离N极和S极的分界线的方向运动。

结果使得，磁力线A1排斥电弧而驱使电弧向磁力线B1的方向运动，被磁力线B1吸引的电弧向侧脚部51b2一侧运动。另外，磁力线B2排斥电弧而驱使电弧向磁力线A2的方向运动，被磁力线A2吸引的电弧向侧脚部51b1一侧运动。

在反向连接时，磁力线对电弧施加的驱动力的方向与正向连接时的方向以图13、图14所示的面C3为对称面而呈面对称。

即，由静触点21出发的电弧，受到永磁铁54b的磁力的驱动而沿着线Q向永磁体54b的方向运动，从而与磁铁支架55b相撞。电弧在与磁铁支架55b相撞后，由永磁铁54b向电源侧端子24一侧运动时，磁力线的方向发生反转，因而驱使电弧向侧脚部51b1一侧运动。而且，在此之后电弧被永磁铁54a的磁力线驱动，在与磁铁支架55a相撞之后到达动触点23。

采用本实施方式，直流用断路器具有灭弧装置50和同极相对的一对永磁铁，灭弧装置50由多个栅片51层叠而成，栅片51具有切口部51a以及侧脚部51b1、51b2，切口部51a形成在靠动触头23的一侧，呈U字形，侧脚部51b1、51b2形成在切口部51a的两侧，并且，两触点21、22以及静触头27配置于切口部51a内侧，因而，不限定电源侧和负载侧所连接的电流流向也能够切断电弧。

另外，在覆盖永磁铁54的磁铁支架55上设有用于插入永磁铁的开口部55a，该开口部55a设置在基座11一侧，因而开口部55a以及永磁铁54直接受到电弧影响的可能性较小。

此外，覆盖静触头27的绝缘部件56设置于静触头27和灭弧装置50之间，由于磁铁支架55的开口部55a被绝缘部件覆盖，因而能够防止开口部55a以及永磁铁54直接受到电弧的影响。

另外，磁铁支架55采用热硬化树脂，即使电路开闭次数较多，磁铁支架55也不会因电弧而蒸发，因而永磁铁54不会直接受到电弧的影响，从而能够提高永磁铁的耐久性。

再者，由于永磁铁54以同极相对的方式配置，因而作为采用永磁铁的断路器，其不仅可以在直流电路中使用，还可以在交流电路中使用。

Claims

1.一种断路器，其特征在于，具有：

基座；

静触头，其设置在基座上，具有静触点；

动触头，其具有动触点，所述动触点能够接触以及离开所述静触点；

灭弧装置，其由多片栅片构成，所述栅片具有形成于靠所述动触头一侧的切口部以及侧脚部，所述切口部呈U字形，所述侧脚部位于所述切口部的两侧，且所述两个触点以及所述静触头配置于所述切口部内侧；

一对永磁铁，其设置在所述静触点的两侧，且以同极相对的方式配置；

一对第1绝缘部件，其保持所述一对永磁铁，

所述永磁铁在俯视时与所述侧脚部重叠，

所述永磁铁在侧视时不与所述侧脚部重叠，

在正向连接的断路动作中，电弧与所述一对第1绝缘部件中的一方的第1绝缘部件相撞之后，与另一方的第1绝缘部件相撞，其中，所述一方的第1绝缘部件保持所述一对永磁铁中的一方的永磁铁，所述另一方的第1绝缘部件保持所述一对永磁铁中的另一方的永磁铁，

在反向连接的断路动作中，电弧与所述另一方的第1绝缘部件相撞之后，与所述一方的第1绝缘部件相撞。

2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，

所述第1绝缘部件覆盖所述永磁铁，具有用于插入所述永磁铁的开口部，所述开口部设置于所述基座一侧。

3.根据权利要求2所述的断路器，其特征在于，

所述第1绝缘部件由热硬化树脂制成。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的断路器，其特征在于，

还具有覆盖所述静触头的第2绝缘部件，所述开口部被所述第2绝缘部件覆盖。