CN107204263B - 用于高安培数多指断路器的槽式马达构造 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于高安培数多指断路器的槽式马达构造，公开多指断路器（10），其包括运动触头组件（30），该运动触头组件具有载体主体（35）、多个第一固定断路触头（45）、多个第一活动触头（25）、多个第一指（50）、长度长于多个第一指（50）中的第一指的长度的至少一个第二指（55）、安置成邻近多个第一指和至少一个第二指的多个分弧器板（60），以及安置成邻近多个第一指和至少一个第二指的槽式马达（15）。槽式马达被配置成提供第一磁场力以放大施加在第二指上的第二磁场力，以在短路期间影响多个第一固定断路触头与多个第一活动触头之间的电弧，以使电弧从多个第一固定断路触头和多个第一活动触头之间移开并耗散电弧的能量。

Description

用于高安培数多指断路器的槽式马达构造

技术领域

本发明的方面大体上涉及断路器，并且更具体地涉及配置槽式马达以生成足够的磁场力以将短路电弧从断路触头之间移开以便快速熄灭所述电弧，从而防止过多的热能积聚在多指断路器中。

背景技术

任何塑壳断路器（MCCB）或空气断路器（ACB）必须能够在其各种额定的电路水平（level）下分断（interrupt）短路。在MCCB和ACB的短路水平下，除非提供某些手段以将短路电弧从触头之间移开以便耗散其能量，否则该短路电弧将在触头之间继续燃烧。通常，利用磁力和由膨胀气体产生的气流使电弧运动，从而引起电弧变长并且也运动进入一组分弧器板中。变长使电弧的电阻增加。分弧器板使电弧冷却，这使电阻增加。电弧中的电阻生成对抗电流的电弧电压。分弧器板形成阳极/阴极压降，这进一步使电弧电压增加。电弧电压的快速增加对于快速熄灭电弧和防止过多热能积聚而言至关重要。过多的能量不仅能够导致分断失败，而且还限制允通电流，其通常是断路器的期望的性能特性。

一个具体问题出现在带有大约600A和更大的连续电流额定值的更大的断路器中。这些断路器需要大的铜横截面以在不过热的情况下承载正常的额定电流。在触头系统中，通常使用多个平行运动的指。这样做是因为在断路触头处存在多个触点，这减少了由触头界面电流收缩引起的发热。然而，需要沿断路器的宽度方向的许多空间来容纳多个接触指和大的铜横截面。为了在短路分断期间增加电弧力，这剥夺了设计师可用的选项。

例如，在额定为近似400A或更小的更小型的断路器中，在断路器的每个极中仅需要1个活动接触指。该单个指比断路器的所述极中的其它零件更窄。因此，可能将额外的零件放置在活动触头的每一侧上。设计师可用的不同选项中的一些是，例如，(1)使腿部从钢分弧器板延伸到触头的侧部，其使磁力轻微增加；(2)添加磁性钢槽式马达，其使磁力有力地增加；(3)添加除气塑料，其使气流增加；或(4)除气塑料与槽式马达或者延伸的分弧器板的组合。

然而，如果存在并排的多个指，那么不存在用于在更小型的断路器中起作用的这些解决方案的空间。为断路器添加额外的宽度通常是不期望的，因为这使总大小增加。而且此外，增加宽度对于改进电弧力而言仅具有有限的益处。当增加槽式马达的开口的宽度时，其有效性被极大地减小。当槽式马达及同样地延伸的分弧器板封装多于3个的长度相同的活动指时，它们丧失其增加磁弧力的大部分益处。除气塑料更不有效，因为相比于燃弧体积（arcing volume），暴露的表面面积占更小的比例。

因此，问题是如何在带有多于3个的接触指的额定为近似800A或更大的大型MCCB或ACB中生成强大的力以将短路电弧从断路触头之间移开。在带有更高额定电压（诸如，600V或690V）的电路水平下，尤其是当预期的短路电流处于低至中度水平（诸如，15到50kA）时，问题最为严峻。这是因为更高的电压往往增加电弧的发热和持续时间，且相对低的短路电流意味着更难以生成强大的磁力。相比之下，当可用的短路水平非常高（诸如，70kA或更大）时，由电流路径的整体形状产生的磁力通常足以在没有任何额外辅助的情况下将电弧驱动到分弧器板内。然而，当电流低于此时，由电流路径的整体形状产生的磁力是相对小的，且这将有助于通过使用磁性钢零件以放大场强度来辅助电弧运动，或使用除气零件来增加气流。

现有技术中使用若干方法。一个选项是减小额定值。一些装置或者不提供在更高电压下的短路额定值，或者另外地它们在更高的电压下提供非常低的电流额定值，以保持电弧能量低于将形成许多热以至于不能够熄灭电弧的水平。

第二个选项是提供大的电弧滚环以将电弧导引至分弧器板组件内。但这种解决方案允许电弧燃烧相对长的时间，因为不存在电弧力的大幅增强。因此，必须具有更大且更厚重的分弧器板来吸收高能量，且可能具有更大的断路距离以产生电弧电压。第二个选项的示例是Schneider PK 1200A断路器和Siemens 3WL空气断路器。

在第三个选项中，处于多指组件的中部的一个或多个指沿朝向分弧器板的方向延伸到更大的长度，且腿部也沿触头的方向从分弧器板的侧面延伸。分弧器板是U形，并且其中所述U形的腿部处于延伸的中部指的任一侧上。当电弧在U形的喉部中燃烧时，这在钢分弧器板中诱发磁场。该磁场绕钢围成环并横穿U形的喉部，且因此磁场横穿燃烧的电弧本身，从而因此产生力以将电弧更深地驱动到分弧器板内。因此，在组件的中部存在长指，且在组件的左外侧和右外侧上存在更短的指。

在短路中，存在趋于将接触指吹开的磁斥力。一般地，所有多个触头趋于在近似相同的时刻分开。如果一个触头将首先断开，则这将立即增加穿过其它触头的电流，使得它们也将分开。在初始的触头分开之后，有时提供机械器件，使得所有指作为一个组件通过大角度的运动一起旋转断开，不过各个指之间的小的相对运动是可能的。需要对于小的相对的个别运动的自由度以适应触头侵蚀中的差异，使得所有触头均能够闭合并有效地承载电流。存在可用于机械系统以实现这种共同的大的指旋转且仍允许小的相对运动的各种构思。然而，短指和长指与分弧器板侧延伸部的这种构思也具有若干操作缺点。

因此，需要在多指断路器中的改进以便快速熄灭断路触头之间的短路电弧并防止积聚过多的热能。

发明内容

简要地描述，本发明的方面涉及使用槽式马达（代替分弧器板侧延伸部）与具有短指和长指的断路器来生成强大的力，以将短路电弧从断路触头之间移开以便快速熄灭所述电弧并防止积聚过多的热能。具体地，磁钢槽式马达极大地放大长指上的磁力。多个磁钢分弧器板也在更小的程度上促成和辅助放大磁场。本领域普通技术人员理解的是，这种槽式马达能够被配置成安装在多指断路器中，例如安装在具有短指和长指两者的高安培数断路器中。

根据本发明的一个说明性实施例，提供一种用于多指断路器的运动触头组件。多指断路器包括：载体主体，其具有用于在闭合位置与断开位置之间作枢转运动的载体枢轴；多个第一固定断路触头和多个第一活动触头；以及多个第一指，所述第一指中的每个均联接到多个第一活动触头中的对应的一个并联接到载体主体。多个第一指被配置成用于经由载体主体的载体枢轴在耐受位置与吹开位置之间作枢转运动。多指断路器还包括至少一个第二指，所述第二指联接到多个第一活动触头中的活动触头并联接到载体主体。第二指的长度长于多个第一指中的一个第一指的长度。多指断路器还包括多个分弧器板，所述分弧器板安置成邻近多个第一指和至少一个第二指。多个分弧器板被配置成在短路期间影响多个第一固定断路触头与多个第一活动触头之间的电弧，以便将电弧从多个第一固定断路触头和多个第一活动触头之间移开并耗散电弧的能量。多指断路器还包括槽式马达，所述槽式马达安置成邻近多个第一指和至少一个第二指。槽式马达被配置成提供第一磁场力以放大施加在至少一个第二指上的第二磁场力，且多个分弧器板被配置成进一步放大第二磁场力。

根据本发明的另一个说明性实施例，多指断路器的一个极包括联接到载体主体的多个第一指以及联接到载体主体的至少一个第二指。多个第一指被配置成用于经由载体主体的载体枢轴在耐受位置与吹开位置之间作枢转运动。第二指的长度长于多个第一指中的第一指的长度。多指断路器还包括槽式马达，所述槽式马达安置成邻近多个第一指和至少一个第二指。槽式马达被配置成提供第一磁场力以放大施加在至少一个第二指上的第二磁场力。

根据本发明的又一个说明性实施例，提供一种在短路期间断开断路器的一个极的多个活动触头的方法。所述方法包括提供联接到载体主体的多个第一指，所述多个第一指被配置成用于经由载体主体的载体枢轴在耐受位置与吹开位置之间作枢转运动；提供联接到载体主体的至少一个第二指，所述至少一个第二指的长度长于多个第一指中的第一指的长度；以及使用槽式马达生成第一磁场力以放大施加在至少一个第二指上的第二磁场力，其中所述槽式马达安置成邻近多个第一指和至少一个第二指。

附图说明

图1图示根据本发明的示例性实施例的带有槽式马达的多指断路器的一个极的斜视图。

图2图示根据本发明的示例性实施例的带有槽式马达且不具有载体的多指断路器的一个极的斜视图。

图3图示根据本发明的示例性实施例的仅图1的多指断路器的载流部件和带有磁性功能的部件的斜视图。

图4图示根据本发明的示例性实施例的图1的多指断路器的半透明（为了清晰，已移除槽式马达的近侧）槽式马达的侧视图。

图5图示根据本发明的示例性实施例的带有图1的多指断路器的固定触头的线路导体的斜视图。

图6图示闭合的触头的侧视图，其作为描绘在根据本发明的示例性实施例的图1的多指断路器的短路期间的断开的渐进视图的一部分。

图7图示当在所有指触头上发展出电弧时开始断开的触头的侧视图，其作为描绘在根据本发明的示例性实施例的图1的多指断路器的短路期间的断开的渐进视图的一部分。

图8图示当磁力和气流将电弧从短指拉到长指时开始进一步断开的触头的侧视图，其作为描绘在根据本发明的示例性实施例的图1的多指断路器的短路期间的断开的渐进视图的一部分。

图9图示当电弧被驱动到分弧器板中时完全断开的触头的侧视图，其作为描绘在根据本发明的示例性实施例的图1的多指断路器的短路期间的断开的渐进视图的一部分。

图10图示根据本发明的示例性实施例的图1的多指断路器的带有3个长指和2个短指的指构造的俯视图。

图11图示根据本发明的示例性实施例的图1的多指断路器的带有2个长指和2个短指的另一个指构造的俯视图。

图12图示根据本发明的示例性实施例的图1的多指断路器的带有2个长指和4个短指的又一个指构造的俯视图。

图13图示根据本发明的示例性实施例的图1的多指断路器的带有1个长指和4个短指的再一个指构造的俯视图。

图14图示根据本发明的示例性实施例的带有槽式马达的线路导体的斜视图。

图15图示根据本发明的示例性实施例的槽式马达的斜视图。

图16和图17图示根据本发明的示例性实施例的图15的槽式马达的横截面视图。

图18图示根据本发明的示例性实施例的在短路期间断开断路器的一个极的多个活动触头的方法的流程图。

具体实施方式

为促进理解本发明的实施例、原理和特征，下文参考说明性实施例中的实施方式解释本发明的实施例、原理和特征。具体地，在作为槽式马达的背景中描述以上各项，并且所述槽式马达安置成邻近多个短指和至少一个长指以放大施加在多指断路器中的长指上的磁场力。例如，当在短路期间断开多指断路器的一个极的多个活动触头时，这种磁场力将在全部所述多个活动触头上发展出的电弧从多个短指拉至长指。然而，本发明的实施例不限于在所描述的装置或方法中使用。

下文被描述为构成各种实施例的部件和材料旨在是说明性的而非约束性的。将执行与本文中所描述的材料相同或类似的功能的许多合适部件和材料都旨在被包含在本发明的实施例的范围内。

与本发明的一个实施例一致，图1表示根据本发明的示例性实施例的带有一体式槽式马达15的多指断路器10的一个极的斜视图，其中所述槽式马达15被配置成当断开多指断路器10的所述极的多个第一活动触头25时在短路期间提供第一磁场力以放大施加在至少一个长指55上的第二磁场力。例如，通过使用短指与长指两种指和包塑成型在槽式马达上的绝缘塑料的组合（其在过去通常与U形分弧器板一起应用），现在可在带有更多个指的多指断路器10中使用被用在更低安培数的断路器和带有通常仅1个、2个或3个长度相同的指的断路器中的槽式马达。

多指断路器10包括运动触头组件30，所述运动触头组件包括载体主体35，所述载体主体35具有用于闭合位置与断开位置之间作枢转运动的载体枢轴40。运动触头组件30还包括多个第一固定断路触头45和多个第一活动触头25。

运动触头组件30还包括多个第一指50，所述第一指中的每个均联接到多个第一活动触头25中的对应的一个并联接到载体主体35。多个第一指50被配置成用于经由载体主体35的载体枢轴40在耐受位置与吹开位置之间作枢转运动。运动触头组件30还包括至少一个长指，即联接到多个第一活动触头25中的活动触头并联接到载体主体35的第二指55。第二指55的长度可长于多个第一指50中的所有指的长度。

多指断路器10包括安置成邻近多个第一指50和第二指55的多个分弧器板60。多个分弧器板60被配置成在短路期间影响多个第一固定断路触头45与多个第一活动触头25之间的电弧，使得其将电弧从多个第一固定断路触头45和多个第一活动触头25之间移开并耗散电弧的热能。

多指断路器10还包括安置成邻近多个第一指50和第二指55的槽式马达15。槽式马达15被配置成提供第一磁场力以放大施加在第二指55上的第二磁场力。多个分弧器板60被配置成进一步放大该第二磁场力。

在一个实施例中，槽式马达15包括带有包塑成型在其上的绝缘塑料的磁钢结构。除气材料可以被结合在槽式马达15的包覆成型塑料层中，以进一步改进分断性能。槽式马达15可以是多件式结构，因为两个或更多个工件连结在一起以形成一体的装置或主体。槽式马达15可联接到铜的线路导体62。

图1示出槽式马达15的完整组件，其包括钢芯和包覆成型塑料层。为更好地理解磁性影响，图2和后续附图仅示出槽式马达15的钢芯。

尽管多个第一指50和第二指55作为短指和长指被包括在多指断路器10中，但带有侧延伸部的分弧器板被槽式马达15所代替。由于槽式马达在本领域中是众所周知的，因此不阐述槽式马达15的其它细节。然而，被整合于多指断路器10内邻近多个第一指50和第二指55的槽式马达15相比于带有侧延伸部的分弧器板具有若干优点，如下文所描述的那样。

多个分弧器板60可包括磁钢。此外，载体主体35可包括非磁性不锈钢。载体主体35可包括多个触头压力弹簧65和多个导引销70。载体主体还包括指枢轴71和驱动连杆附接销（drive link attachment pin）73。载体主体35可经由柔性铜编织线（braid）80联接到铜编织端子75。尽管示出了编织线，但替代性地，可以结合导电枢轴接头。编织端子75可经由电流互感器90联接到铜负荷端子85。具体地，多个第一指50和第二指55经由细股柔性铜编织线连接到多指断路器10的负荷端上的导体。

图1示出多指断路器10的一个极的内侧的部件，所述多指断路器为塑壳断路器（MCCB）。多指断路器10包括未示出的壳体和操作机构。在正常的ON和OFF开关期间，操作机构作用在驱动连杆附接销73上以使载体主体35和多个第一指50及第二指55围绕载体枢轴40旋转。

在短路期间，触头断开远为更快，且操作机构没有时间作出响应，因此载体主体35可在其等待操作机构脱扣时保持静止一段时间。在短路中，存在驱使多个第一指50和第二指55断开从而围绕指枢轴71旋转的强大的磁斥力。所述磁场力足够强大以克服图2中更清楚地示出的触头压力弹簧65的力。磁场力由线路导体62的形状产生，所述线路导体包括相对于活动的多个第一指50和第二指55的逆向电流回路。第二指55（即，（多个）长指）上的磁场力由于槽式马达15的磁钢的存在而被极大地放大。分弧器板60的磁钢也在更小的程度上促成和辅助放大这些磁场力。

在操作中，由在线路导体62中流动的电流来激发槽式马达15中的磁场。强磁场在槽式马达15的两侧之间的开口中穿过。

一般地，像大多数MCCB及空气断路器（ACB）一样，强磁场是期望的，因为其提供两个益处。首先，磁场作用于在多个第一指50和第二指55中流动的电流上以生成磁吹开力。该力使多个第一指50和第二指55快速断开以帮助分断短路。其次，磁场作用在电弧上，以将其移向并移入分弧器板60中。电弧的长度的增加、由分弧器板60实现的热的散发及分弧器板60中的阳极和阴极压降均使电弧电压快速增加并引起电流停止和电弧熄灭。

将存在作用在多个第一指50和第二指55（即，分别为短指和长指）两者上的某些水平的额外磁场。然而，作用在长指上的磁场和在长指触头之间发展出的电弧将比短指远为更强。

多指断路器10可被用于保护电气设备。例如，塑壳断路器（MCCB）提供针对配电应用的解决方案。多指断路器10可具有从16A到1600A的额定电流。其可为多极断路器（诸如3极或4极）。断路器10可包括基于热磁和微处理器的电子脱扣单元（ETU），且其可具有能够通信的ETU。通常的应用包括配电应用中的进线断路器和出线断路器或用于马达、互感器、发电机、电容器、母线和电缆的开关和保护装置。多指断路器10可以包括塑壳开关或马达电路保护器。多指断路器10可替代地具有在630A到6300A的额定电流范围。该类型的断路器适合于高达1150VAC的应用并且作为高达1000VDC的非自动开关。多指断路器10可在高达480VAC的电压下具有200kA/100kA的开关容量，或在高达690 VAC的电压下具有高达100kA的开关容量。可从中选择的可用构型可以是1极、2极或3极的。

例如，多指断路器10用于在单个外护物（enclosure）、配电盘、分电箱和负荷中心中使用。多指断路器10可包括热磁脱扣单元（TMTU）。热磁脱扣单元（TMTU）可通过使用时延热脱扣元件和瞬时磁脱扣元件来提供完全的过载和短路保护。多指断路器10可包括具有工厂安装的预设瞬时功能以允许开关在超过4000 A的值下脱扣并保护其自身免受高故障条件影响的塑壳开关。可由单独的过电流装置提供过载和故障电流保护。

在为1极断路器的多指断路器10中，在机构被栓锁且触头断开的情况下，操作手柄将处于OFF位置中。将操作手柄移动到ON位置使触头闭合，并建立通过多指断路器10的电路。在足以使多指断路器10自动脱扣或断开的过载或短路条件下，操作手柄移动到ON与OFF之间的位置。为了在自动操作之后重新栓锁多指断路器10，能够将操作手柄移动到极端OFF位置。多指断路器10变得准备好重新闭合。抗衡触发机构（overcenter toggle mechanism）可以是没有操作手柄的脱扣器。因此，如果存在脱扣条件，那么不能够借助于操作手柄使多指断路器10保持闭合。在自动操作之后，操作手柄呈现ON与OFF之间的中间位置，因此显示脱扣的明确指示。

如本文中所使用的，“断路器”是指单极或多极断路器，如本文中所描述的那样，其对应于被设计成保护电路免受由过载或短路引起的损害的自动操作的电气开关。其基本功能是检测故障条件并分断电流。除上文的示例性硬件描述之外，“多极断路器”还指被配置成重设（手动地或者自动地中的任一者）以恢复正常操作的装置。“多极断路器”可被用于保护单个家用电器直到被设计成保护向整个城市馈电的高压电路的大型开关设备，并由控制器操作。应理解的是，若干其它部件可被包括在“多极断路器”中。“多极断路器”可以能够基于其特征（诸如，电压等级、构型类型、分断类型和结构特征）来操作。

本文中所描述的技术对于断开塑壳断路器（MCCB）或空气断路器（ACB）的一个极的多个活动触头而言能够特别有用。尽管关于槽式马达15描述具体实施例，但本文中所描述的技术并不限于槽式马达，而是也能够使用其它合适的磁钢结构，诸如多件式结构，因为两个或更多个工件连结在一起以形成一体的装置或主体。

参考图2，其图示根据本发明的示例性实施例的带有槽式马达15而不具有载体的多指断路器10的一个极的斜视图。由于出于清晰性考虑移除了载体，因此多个触头压力弹簧65和多个导引销70更加清楚地可见。由于出于清晰性考虑移除了包覆成型塑料，因此槽式马达15的磁钢也可见。

本发明的实施例不限于图2上所示的弹簧系统的类型，因为其仅是示例。图2示出柔性编织线以将多个第一指50和第二指55连接到固定导体。本发明的实施例将与用于多个第一指50和第二指55的导电枢轴接头同等良好地一起工作。

现在转向图3，其图示根据本发明的示例性实施例的仅图1的多指断路器10的载流部件和带有磁性功能的部件的斜视图。槽式马达15以三件工件示出—底部300和两个侧部305a、305b。然而，槽式马达15也可以是单件式构型的槽式马达。通过使用3个工件，获得关于电气绝缘和模块化组装的优点。然而，对于整体式槽式马达而言，相比于模块化构造，磁场略微增强。整体式槽式马达与模块化构造两者均使得多指断路器10能够有效地分断短路。

图3-5阐明多个第一活动触头25的位置及第二指55（即，（多个）长指）如何在槽式马达15的侧部305a、305b之间延伸。具体地，图4图示根据本发明的示例性实施例的图1的多指断路器10的槽式马达15的侧视图，其中槽式马达15被示为半透明的（出于清晰性考虑，已移除左侧）。如图4中所见，第二指55（即，（多个）长指）延伸到槽式马达15内。以此方式，作用在第二指55（即，（多个）长指）上的磁场和在长指触头之间发展出的电弧将比短指远为更强。

如图5中所示，其图示根据本发明的示例性实施例的带有图1的多指断路器10的多个第一固定断路触头45的线路导体62的斜视图。在一个实施例中，多个第一固定断路触头45和多个第一活动触头25可由银或含银的电气触头材料制成。

如图6中所见，其图示闭合的多个第一固定断路触头45和多个第一活动触头25的侧视图，其作为描绘在根据本发明的示例性实施例的图1的多指断路器10的短路期间的断开的渐进视图的一部分。更具体地，图6示出在短路之前闭合的多个第一活动触头25。当短路开始时，电流路径中的电流的高水平引起磁斥力（被称为洛伦兹力），所述磁斥力作用在多个第一指50和第二指55上，从而倾向于使所述指围绕指枢轴71顺时针旋转。由于电流收缩到微小的电传导点（在行业中被称为“A斑点”），因此在多个第一固定断路触头45与多个第一活动触头25之间的每个触头界面处还存在额外的斥力（通常被称为吹熄力（blow-offforce））。吹熄力与洛伦兹力一起作用。当电流水平足够高使得组合的吹熄力和洛伦兹力超过来自多个触头压力弹簧65的相对力时，则多个第一指50和第二指55开始旋转，且多个第一固定断路触头45和多个第一活动触头25分开。引起触头分开的阈值电流被称为弹起（pop-up）电流水平。

多个第一指50和第二指55全部电连接，并且其间的电压差异可忽略。弹簧力被调谐，使得对于使每个所述指开始断开需要大致类似的弹起电流水平。这意味着多个第一指50（即，短指）上的弹簧扭矩必须小于第二指55（即，（多个）长指）。然而，针对弹起电流水平对弹簧力的调谐无需精确地相等，而是仅大致类似。如果一个指趋于比其它指更早地断开，那么电流将快速地重新分配到闭合的指。但使洛仑兹力和吹开力增加，因此这些指也将超过弹簧力。在第一指开始断开之后，然后由于电流的重新分配导致的其它指中的电流突然增加将引起其它指也弹起。这意味着所有指上几乎同时发生弹起。因此，带有最低弹起水平的指决定多指组件的多个第一指50和第二指55的弹起水平。

在图7中，其图示当在所有指触头上发展出电弧时开始断开的多个第一活动触头25的侧视图，其作为描绘在根据本发明的示例性实施例的图1的多指断路器10的短路期间的断开的渐进视图的一部分。如所描绘的那样，图7示出在吹开过程开始时的多个第一指50和第二指55。在可能的最坏情况下，会在所有触头25、45对上发展出电弧。然而，由槽式马达15形成的强大的磁场力将电弧推向分弧器板60。这形成朝向图7中的左侧的气流。更冷、导电性更小的气体被拉到左侧，从而减小多个第一指50（即，短指）上的电流。由于所有指均处于相同的电压下，因此电弧不倾向于留在短指上。电弧移动到第二指55（即，（多个）长指）在槽式马达15侧部305a、305b之间的尖端上，在该处磁场是强大的。

参考图8，其图示当磁力和气流将电弧从多个第一指50（即，短指）拉至第二指55（即，（多个）长指）时开始进一步断开的多个第一活动触头25的侧视图，其作为描绘根据本发明的示例性实施例的图1的多指断路器10的短路期间的断开的渐进视图的一部分。电弧继续移动到左侧并移入分弧器板60中，如图8中所示。分弧器板60然后从气体散热，从而使其冷却并减小导电性，这使电弧电压增加。来自分弧器板60的邻近对的阳极和阴极压降也使电弧电压显著地增加。当电弧电压增加到高于系统电压时，电流停止流动。

关于图9，其图示当电弧400被驱动到分弧器板60内时完全断开的多个第一活动触头25的侧视图，其作为描绘根据本发明的示例性实施例的图1的多指断路器10的短路期间的断开的渐进视图的一部分。如先前所提到的，所有多个第一指50（即，短指）和第二指55（即，（多个）长指）几乎同时弹起。然而，在多个第一指50（即，短指）和第二指55（即，（多个）长指）断开之后，长指的更大的长度和电流已运动至更长的指的事实意味着更长的指上的扭矩远大于短指。在这样的不相等的扭矩的情况下，短指可倾向于重新闭合，同时长指继续朝向断开运动。因此，提供机械器件以保证所有指一起朝向断开运动。来自长指的扭矩将被转移到短指，使得所有指一起断开。

同时，为每个触头上的各个弹簧提供合适的机械系统并且其允许触头之间的小的相对运动，以允许良好的接触压力（尽管触头侵蚀不相同）。若干将满足这种需求的机械系统是可能的。一个示例使用内和外载体系统。另一种可能性（未示出）是在中部指中横向地安装金属杆，所述金属杆穿过其它指中的槽。然而，优选的解决方案是指互锁系统。

现在参考图10，其图示根据本发明的示例性实施例的多指断路器500的带有3个长指和2个短指的指构造的俯视图。槽式马达505被配置为定位成邻近多个长指515的尖端部分510。多个短指520安置在多个长指515的两个侧部525a、525b上。图10中未示出多个分弧器板。

图11图示根据本发明的示例性实施例的多指断路器530的带有2个长指和2个短指的另一个指构造的俯视图。图12图示根据本发明的示例性实施例的多指断路器535的带有2个长指和4个短指的又一个指构造的俯视图。图13图示根据本发明的示例性实施例的多指断路器540的带有1个长指和4个短指的再一个指构造的俯视图。

图14图示根据本发明的示例性实施例的带有槽式马达550的线路导体545的斜视图。槽式马达550可以是多件式结构，因为两个或更多个工件连结在一起以形成一体的装置或主体。

图15图示根据本发明的示例性实施例的槽式马达550的斜视图。图16和图17图示根据本发明的示例性实施例的图15的槽式马达550沿X-X轴线的横截面视图。

在一个实施例中，槽式马达550包括带有包覆成型在其上的绝缘塑料层555的磁钢结构。除气材料可被结合在槽式马达550的包覆成型塑料层555中，以进一步改进分断性能。包覆成型的塑料层555使槽式马达550的钢芯与电弧绝缘，并防止槽式马达550提供将使电弧短路的替代性电气路径。另外，由于包覆成型的塑料层555可以任选地包含除气材料，因此其可以辅助熄灭电弧。

如图18中所见，其图示根据本发明的示例性实施例的在短路期间断开图1的多指断路器10的一个极的多个第一活动触头25的方法600的流程图。参考图1-17中所描述的元件和特征。应理解的是，一些步骤不需要以任何具体次序执行，且一些步骤是任选的。

在步骤605中，方法600包括提供联接到载体主体35的多个第一指50。多个第一指50被配置成用于经由载体主体35的载体枢轴在耐受位置与吹开位置之间作枢转运动。方法600还包括，在步骤610处，提供联接到载体主体35的至少一个第二指55。第二指55的长度长于多个第一指50中的第一指的长度。

如图所示，步骤620要求使用槽式马达15生成第一磁场力以放大施加在第二指55上的第二磁场力，其中所述槽式马达15安置成邻近多个第一指50和第二指55。接着，步骤625涉及使用第一磁场力和气流将在所有多个第一活动触头25上发展出的电弧400从多个第一指50拉到第二指55。最后，方法600包括，在步骤630中，当多个活动触头25完全断开时，将电弧400从第二指55驱动到多个分弧器板60中。

相比于带有分弧器板上的侧延伸部的多个指的构思，本发明的实施例提供若干优点。然而，在使用分弧器板侧延伸部的现有多指系统中，需要分弧器板侧腿部之间的竖直电流路径以在这些板中激发磁场。当触头被闭合时，竖直电流路径非常短，仅由这些触头的厚度和固定导体及指的厚度组成。同样地，当断开角度小时，仅底部2个或3个板将生成磁场。当电弧变得更长时，更长的电流路径为每个板提供更多激励。当电弧发展到全长时，分弧器板生成最强的磁场。但是理想地，在断开过程的一开始最强的磁场将优选地在小角度下。

相比之下，第一个优点在于，如图2中所示的多指断路器10中，在槽式马达15中激发磁场的是线路导体62中的电流路径。该电流路径的长度是固定的，且不取决于多个第一指50和第二指55的断开角度。即使在多个第一活动触头25开始断开之前，也存在强磁场。

在使用分弧器板侧延伸部的现有多指系统的带有侧延伸部的分弧器板中燃烧的电弧涉及起弧电流、磁通和电弧力。当电弧在两个侧腿部之间的气隙（airspace）中燃烧时生成最大的电弧力。然后，电弧更深地移入板内，直到其逐个板地燃烧。在此，由于磁通能够在钢本身内完成完整的磁路，因此电弧上的磁力极大地减小到几乎为零值。这是可接受的，因为一旦电弧处于分弧器板中，就期望电弧应停留在该处直到被熄灭。极少的磁通横穿板的侧延伸部之间的气隙，因为其被包含在钢内。容易想象中间情形，因为电弧逐个板地部分燃烧且在分弧器板的腿部之间的气隙中部分燃烧。在这种情况下，电弧力被极大地减小。在实践中，电弧可熄止（stall）在该位置中，并且决不完全移入板内。在低电流和高电压的一些条件下，不存在足够的电弧力来将电弧更深地驱动到分弧器板内，且电弧持续并继续燃烧，从而导致过多的损害或分断失效。

相比之下，第二个优点在于，即使在电弧400已深入地移动到多个分弧器板60中并逐个板地燃烧之后，槽式马达15仍继续在槽式马达侧部305a、305b之间的气隙中生成磁场。如果存在在气隙中燃烧的任何其余的电弧电流，则其在强磁场下被朝向分弧器板60驱动。这是因为槽式马达15的磁场是由在线路导体62中流动的电流激发的，而不是由在电弧400本身中流动的电流激发。

第三个优点在于，槽式马达15用实心钢填充多个第一固定断路触头45和多个第一活动触头25的每一侧上的可用空间，而且在用延伸的分弧器板填充的情况下，每个板之间必须固有地存在气隙。这意味着相比于带有侧延伸部的分弧器板，槽式马达15能够生成更强烈的磁场力。槽式马达15的上文阐述的优点在更大型或高安培数多指断路器中提供优点。

槽式马达15改进了高安培数多指断路器在所有其额定电路水平（但尤其是在与高的系统电压和低的可用短路电流组合的情况下）下分断的能力。断路器必须能够分断所有水平的短路电流，直至其最大额定电流。通常地，更低的电流水平测试变成具体电压额定值的限制因子，例如在600V下为10kA。槽式马达15很可能使得大型多指断路器能够实现更高的电压额定值，或在减小的允通能量的情况下分断短路，或用更小的熄灭系统实现期望的短路额定值。

可使用带有不同数量的指和短指比长指的不同比率的许多替代性组合。增加指的数量和极的宽度将通过增加铜横截面来实现更高的安培数额定值。而且，在不增加铜的量的情况下通过减小厚度来增加指的数量可以是有利的。这是因为用额外的触头界面使电流分流将减少触头电阻发热。

槽式马达厚度与槽式马达15的侧部305a、305b之间的槽开口的宽度之间存在权衡。带有窄开口的更厚的槽式马达侧部给出远为更强的磁场。然而，这会约束气流。可依照具体应用或实施方案使用给出最好结果的最佳设计点。

虽然已经以示例性形式公开了本发明的实施例，但是本领域技术人员将显而易见到，在不背离如以下权利要求中所阐述的本发明及其等效物的精神和范围的情况下，能够在本文中作出许多修改、添加和删除。

参考在附图中图示且在以下描述中详细说明的非限制性实施例，更全面地解释了实施例及其各种特征和有利细节。省略众所周知的起始材料、处理技术、部件和装备的描述，以便不必要地使实施例在细节方面模糊。然而，应理解的是，虽然详细描述和具体示例指示优选的实施例，但其仅通过说明的方式而非限制的方式给出。基础的创造性构思的精神和/或范围内的各种替代、修改、添加和/或重新布置将从本公开变得对本领域技术人员而言显而易见。

如本文中所使用的，术语“包括”、“包括着”、“包含”、“包含着”、“具有”、“具有着”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性包括。例如，包括一列元件的过程、物品或设备不必然地限于仅那些元件，而是可以包括未明确地列举或对这种过程、物品或设备而言所固有的其它元件。

另外，本文中给出的任何示例或图示将不以任何方式被视为对与其一起被利用的任何一个或多个术语的约束、限制或表达该一个或多个术语的限定。代替地，这些示例或图示将被视为是关于一个具体实施例所描述且仅被视为是说明性的。本领域普通技术人员将理解的是，与这些示例或图示一起被利用的任何一个或多个术语将包含可以或可以不与其一起给出或在说明书中其它处给出的其它实施例，且所有这种实施例均旨在被包括在所述一个或多个术语的范围内。

在前述说明书中，已参考具体实施例描述了本发明。然而，本领域普通技术人员理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，能够作出各种修改和改变。因此，将以说明性意义而非约束性意义来看待说明书和附图，且所有这种修改均旨在被包括在本发明的范围内。

虽然已关于本发明的具体实施例描述了本发明，但这些实施例对于本发明仅是说明性的并且不是约束性的。本文中对本发明的所说明的实施例的描述不旨在是详尽的或将本发明限制于本文中所公开的精确形式（且具体地，任何具体实施例、特征或功能的包括均不旨在将本发明的范围限制于这种实施例、特征或功能）。而且，该描述旨在描述说明性实施例、特征和功能，以便向本领域普通技术人员提供背景以理解本发明，而不将本发明限制于任何具体地描述的实施例、特征或功能。尽管本文中仅出于说明性目的描述本发明的具体实施例和示例，但在本发明的精神和范围内各种等效修改是可能的，如相关领域的技术人员将认识和理解的。如所指示的那样，可根据本发明的所说明的实施例的前述描述对本发明作出这些修改，且这些修改将被包括在本发明的精神和范围内。因此，尽管本文中已参考本发明的具体实施例描述了本发明，但在前述公开内容中旨在存在一定余地的修改、各种改变和替代，且将理解的是，在一些状况中，在不脱离如所阐述的本发明的范围和精神的情况下，将采用本发明的实施例的一些特征但不相应地使用其它特征。因此，可作出许多修改以使具体情形或材料适应于本发明的基本范围和精神。

短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在具体实施例中”或类似用语贯穿本说明书的各处的相应出现不必然指代相同的实施例。此外，任何具体实施例的具体特征、结构或特性可以以任何合适的方式与一个或多个其它实施例结合。将理解的是，根据本文中的教导，本文中所描述和说明的实施例的其它变型和改型是可能的，且将被视为本发明的精神和范围的一部分。

在本文中的描述中，提供许多具体细节（诸如，部件和/或方法的示例），以提供对本发明的实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以能够在没有一个或多个具体细节的情况下或使用其它设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件和/或类似物来实践实施例。在其它状况中，未具体示出或详细描述的众所周知的结构、部件、系统、材料或操作，以避免使本发明的实施例的方面模糊。虽然可以通过使用具体实施例来说明本发明，但是这不是并且不将本发明限制于任何具体实施例，并且本领域普通技术人员将认识到，额外实施例是能够容易地理解的并且是本发明的一部分。

还将理解的是，在根据具体应用是有用的时，绘图/附图中所描绘的一个或多个元件也能够以更加分开或更加一体化的方式来实现，或在某些情况下甚至被移除或执行为不能操作。

上文已关于具体实施例描述了益处、其它优点和问题的解决方案。然而，所述益处、优点、问题的解决方案和可引起任何益处、优点或解决方案出现或变得更加显著的任何（多个）部件均将不被解释为是重要的、所需的或基本的特征或部件。

Claims (20)

1.一种用于多指断路器（10）的运动触头组件（30），其包括：

载体主体（35），其具有用于在闭合位置与断开位置之间作枢转运动的载体枢轴（40）；

多个第一固定断路触头（45）和多个第一活动触头（25）；

多个第一指（50），所述多个第一指中的每个均联接到所述多个第一活动触头（25）中的对应的一个并联接到所述载体主体（35），所述多个第一指（50）被配置成用于经由所述载体主体（35）的所述载体枢轴（40）在耐受位置与吹开位置之间作枢转运动；

至少一个第二指（55），所述至少一个第二指联接到所述多个第一活动触头（25）的活动触头并联接到所述载体主体（35），所述至少一个第二指（55）的长度长于所述多个第一指（50）中的第一指的长度；

多个分弧器板（60），其安置成邻近所述多个第一指（50）和所述至少一个第二指（55），所述多个分弧器板（60）被配置成在短路期间影响所述多个第一固定断路触头（45）与所述多个第一活动触头（25）之间的电弧，以便将所述电弧从所述多个第一固定断路触头（45）和所述多个第一活动触头（25）之间移开并耗散所述电弧的能量；以及

槽式马达（15），其安置成邻近所述多个第一指（50）和所述至少一个第二指（55），所述槽式马达（15）具有U型部分，所述U型部分被配置成提供第一磁场力以放大施加在所述至少一个第二指（55）上的第二磁场力，且所述多个分弧器板（60）被配置成进一步放大所述第二磁场力，其中，所述多个第一活动触头中的联接至所述多个第一指的一组活动触头不位于所述槽式马达的U型部分内，所述多个第一活动触头中的联接至所述至少一个第二指的活动触头位于所述槽式马达的U型部分内。

2.根据权利要求1所述的运动触头组件（30），其中，所述槽式马达（15）包括包覆成型有绝缘塑料的磁钢结构。

3.根据权利要求1所述的运动触头组件（30），其中，所述多个分弧器板（60）包括磁钢。

4.根据权利要求1所述的运动触头组件（30），其中，所述载体主体（35）包括非磁性不锈钢。

5.根据权利要求1所述的运动触头组件（30），其中，所述载体主体（35）包括多个触头压力弹簧（65）和多个导引销（70）。

6.根据权利要求1所述的运动触头组件（30），其中，所述载体主体（35）经由柔性铜编织线（80）联接到铜编织端子（75）。

7.根据权利要求6所述的运动触头组件（30），其中，所述编织端子（80）经由电流互感器（90）联接到铜负荷端子（85）。

8.根据权利要求1所述的运动触头组件（30），其中，所述槽式马达（15）联接到铜线路导体（62）。

9.根据权利要求1所述的运动触头组件（30），其中，所述载体主体（35）包括指枢轴（71）和驱动连杆附接销（73）。

10.根据权利要求1所述的运动触头组件（30），其中，所述槽式马达（15）是多件式结构，因为两个或更多个工件连结在一起以形成一体的装置。

11.一种多指断路器（10）的极，其包括：

多个第一指（50），其联接到载体主体（35），所述多个第一指（50）被配置成用于经由所述载体主体（35）的载体枢轴（40）在耐受位置与吹开位置之间作枢转运动；

联接到所述载体主体（35）的至少一个第二指（55），所述至少一个第二指（55）的长度长于所述多个第一指（50）中的第一指的长度；以及

槽式马达（15），其安置成邻近所述多个第一指（50）和所述至少一个第二指（55），所述槽式马达（15）具有U型部分，所述U型部分被配置成提供第一磁场力以放大施加在所述至少一个第二指（55）上的第二磁场力，其中，所述多个第一活动触头中的联接至所述多个第一指的一组活动触头不位于所述槽式马达的U型部分内，所述多个第一活动触头中的联接至所述至少一个第二指的活动触头位于所述槽式马达的U型部分内。

12.根据权利要求11所述的多指断路器（10）的极，其中，所述槽式马达（15）联接到铜线路导体（62），且所述槽式马达（15）包括包覆成型有绝缘塑料的磁钢结构，其中，所述磁钢结构是多件式结构，因为两个或更多个工件连结在一起以形成一体的装置。

13.根据权利要求12所述的多指断路器（10）的极，其中，所述线路导体（62）包括多个固定触头，所述固定触头对应于附接到所述多个第一指（50）和所述至少一个第二指（55）的活动触头中的多个相应的活动触头。

14.根据权利要求11所述的多指断路器（10）的极，其中，所述载体主体（35）包括非磁性不锈钢、多个触头压力弹簧（65）和多个导引销（70），其中，所述载体主体（35）经由柔性铜编织线（80）联接到铜编织端子（75）。

15.根据权利要求14所述的多指断路器（10）的极，其中，所述编织端子（75）经由电流互感器（90）联接到铜负荷端子（85）。

16.根据权利要求14所述的多指断路器（10）的极，其中，所述载体主体（35）包括指枢轴（71）和驱动连杆附接销（73）。

17.根据权利要求11所述的多指断路器（10）的极，其中，所述至少一个第二指（55）延伸到所述槽式马达（15）中。

18.一种在短路期间断开断路器（10）的极的多个活动触头（25）的方法，所述方法包括：

提供联接到载体主体（35）的多个第一指（50），所述多个第一指（50）被配置成用于经由所述载体主体（35）的载体枢轴（40）在耐受位置与吹开位置之间作枢转运动；

提供联接到所述载体主体（35）的至少一个第二指（55），所述至少一个第二指（55）的长度长于所述多个第一指（50）中的第一指的长度；以及

使用具有U型部分的槽式马达（15）来生成第一磁场力以放大施加在所述至少一个第二指（55）上的第二磁场力，所述槽式马达（15）安置成邻近所述多个第一指（50）和所述至少一个第二指（55），其中，所述多个第一活动触头中的联接至所述多个第一指的一组活动触头不位于所述槽式马达的U型部分内，所述多个第一活动触头中的联接至所述至少一个第二指的活动触头位于所述槽式马达的U型部分内。

19.根据权利要求18所述的方法，其还包括：

使用所述第一磁场力和气流将在所有所述多个活动触头（25）上发展出的电弧从所述多个第一指（50）拉到所述至少一个第二指（55）。

20.根据权利要求19所述的方法，其还包括：

当所述多个活动触头（25）完全断开时，将所述电弧从所述至少一个第二指（55）驱动到多个分弧器板（60）中。