CN107221482B - 直流切断单元及直流断路器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流切断单元以及直流断路器。所述直流切断单元具备开闭部、手柄、连接机构及灭弧部，其特征在于，还包括：导轨，位于底部面且用于将所述切断单元安装在面板，扩张外壳部，通过所述导轨的安装部分以不影响所述导轨的连接的方式扩张而形成；所述灭弧部包括：扩张电弧室，安装在所述扩张外壳部之内，以及电弧滚环，安装在所述电弧室的上部，以使电弧向扩张电弧室移动；所述开闭部具有可动触头、固定触头、永久磁铁及螺线管，所述永久磁铁配置在固定触头的固定触点下端部，具有S‑N形态或N‑S形态的磁性分布，所述固定触头和所述可动触头位于所述永久磁铁的两极之间。

Description

直流切断单元及直流断路器

技术领域

本发明涉及直流切断单元及直流断路器。

背景技术

使正常电流通过并切断异常电流的装置就是断路器。电流分为交流和直流，当直流与电源连接时，在正(+)极和负(-)极上具有规定的方向性。一般的断路器与交流电源和交流负载连接使用，并检测异常电流并将其切断。就算是直流断路器通常也直接使用AC断路器，这样更加经济有效。

另外，就算使用作为一般断路器的AC断路器，对直流电路也有一定程度的切断能力。但是当直流电压过大时，作为一般AC断路器很难切断较高的直流电压。直流电流没有电流零点，如果无法将产生的电弧向规定方向引导并将电弧延伸，则无法断开电弧。在触点分离时使产生的电弧延伸并消灭的断路器的内部的电弧室大小有限，因此在为了切断较高的直流电压时，在触点周围配置永久磁铁，从而对触点分离时产生的电弧进行引导和延伸。如此地，在外壳大小有限的情况下，使电弧室尽量大，并利用永久磁铁而向规定方向引导延伸电弧，进而切断较高直流电压的断路器称为直流断路器。

图1是现有直流断路器的主视图。图2是现有直流断路器的一实施方式的部分剖面图。图3是现有直流断路器的另一实施方式的部分剖面图。

如图1所示，现有直流断路器10具有：连接机构1、手柄11、可动触头21、固定触头22、灭弧部3、螺线管4以及永久磁铁8。

连接机构1在支撑可动触头的一部分的同时随着手柄的旋转对可动触头进行移动。手柄11在进行接通断开(ON-OFF)动作时，使可动触头21与固定触头22先接触再分离，从而断开电流。另外，灭弧部3对可动触头21分离时的电路中电压和电流的大小而产生的电弧进行消除。螺线管4(故障电流检测装置)是一种检测瞬间的故障电流来使连接机构1动作的故障电流检测装置。

直流断路器通过在上述一般断路器(AC断路器)的构成要素基础上，如图1、图2及图3所示般，将永久磁铁8配置在触点周围，从而起到如下作用：在产生电弧时，生成将电弧引导至灭弧部3方向的磁驱动力，以使能够在灭弧部中消除电弧，从而切断直流电压。

在利用图2中的左侧或右侧的一个电极来切断直流电流时，需考虑直流电流的正负极以及永久磁铁的N、S极来配置于触点周围。在将具有相同的切断结构的两个电极贴附串联，来提高直流切断电压时，即，如图2所示，将断路器的两个电极的相邻端子互相连接来提高直流切断电压时，只有使位于右侧的第二电极(也称为相邻极)的磁铁极性与第一电极(左侧)相反，才能够将电弧引导至相同方向(灭弧部的方向)。如果将相邻极(第二电极)的磁铁极性设置得与第一电极(左侧)相同时，如图3所示，在进行电路连接时，只能从上而下较长地连接，这样才能将电弧向相同方向引导。另外，由于在断路器下端安装有导轨(DinRail)且内部安装有螺线管，因此灭弧部3的大小受到很大限制。

如此地，直流断路器利用基本的交流断路器的外壳，因此灭弧部的尺寸受到很大限制。另外，直流断路器采用在触点周围适当配置永久磁铁来向规定方向引导电弧的切断方式。另外，欲在较少的断路器内部切断较大的直流电压时，如图2、图3所示，与相邻极串联连接(例如将第一电极、第二电极)，使其具有2个可动触头21的2个可动触点及2个灭弧部3，从而提高可切断电压。

但是，此时，如图3所示，将相邻极的磁铁极性配置成相同方向时，只能从上到下较长地与相邻极连接，附件增大，电线长度变长，因此导致在现场连接电路的便利性降低，经济上也产生较大的浪费。另外，如图2所示，与相邻极的相邻端子直接相连时，只能使磁铁的极性方向相反，然而此时相反极性的磁铁相互邻接，导致引导电弧的力的大小显著变低，引导方向也发生改变。此时，难以向所希望的方向引导电弧，可能会导致直流切断失败。另外，由于现有直流断路器的外壳和螺线管的尺寸限制，导致灭弧部的大小也受限，因此就1P(一个极或一个电极)结构而言所能切断的直流电压的最大容量也不过是250V。

因此，只能如图3所示般连接电路，如果如图2所示般欲与相邻极的相邻端子直接相连，只能较远地隔开磁铁来配置。另外，由于电弧室大小受限，因此1P(一个极或一个电极)所能切断的容量也受限。

发明内容

本发明的目的在于，提供如下的直流断路器：将现有直流断路器的导轨下端部进行扩张并缩小螺线管线圈部，使电弧室显著增大，进而使直流断路器的一个极所能切断的直流电压增大至2倍；另外，显著改善采用永久磁铁的直流断路器中的相邻极的磁铁的形状和配置，使直流电流的电路连接方式尽量变短；另外，确保在连接两个或两个以上的极(pole)时，一个极(pole)所能切断的切断容量成比例增大；另外，在提高直流切断电压的同时提高现场电路连接便利性，确保经济性。

另外，目的在于，在切断直流电压时，使相邻极的磁铁的极性影响达到最小，提高直流切断可靠性，显著提高直流切断性能和切断次数。

本发明实施例的第一方面，提供一种如下的直流切断单元。该直流切断单元具备开闭部、手柄、连接机构及灭弧部，

还包括：

导轨，位于底部面且用于将所述切断单元安装在面板，

扩张外壳部，通过所述导轨的安装部分以不影响所述导轨的连接的方式扩张而形成；

所述灭弧部包括：

扩张电弧室，安装在所述扩张外壳部之内，以及

电弧滚环，安装在所述扩张电弧室的上部，以使电弧向扩张电弧室移动；

所述开闭部具有可动触头、固定触头、永久磁铁及螺线管，

所述永久磁铁配置在固定触头的固定触点下端部，具有S-N形态或N-S形态的磁性分布，所述固定触头和所述可动触头位于所述永久磁铁的两极之间。

本发明第一方面的第一可实施方案中，所述永久磁铁具有筒状形状，筒状磁铁的S-N极两侧末端具有磁性材料的铁板。

本发明第一方面的第二可实施方案中，所述筒状磁铁为用于将两极末端的铁板连接起来的多边形条形磁铁。

本发明第一方面的第三可实施方案中，构成所述扩张电弧室的第一灭弧栅格和第二灭弧栅格以不同大小交替层叠配置。

本发明实施例的第二方面提供一种如下的直流断路器。具有多个第一直流切断单元和多个第二直流切断单元，所述第一直流切断单元和第二直流切断单元交替分布，

所述第一直流切断单元具备开闭部、手柄、连接机构及灭弧部，

所述开闭部具有可动触头、固定触头、永久磁铁及螺线管，

所述永久磁铁成板状，配置在固定触头的触点与可动触头的触点周围，形成S-N/S-N形态的磁性分布，所述固定触头和所述可动触头位于S-N和S-N之间，

所述第二直流切断单元为权利要求1所述的直流切断单元，

电流从下而上地流过所述第一直流切断单元的开闭部，且从上而下地流过所述第二直流切断单元的开闭部。

本发明第二方面的第一可实施方案中，当电流从上而下地流过所述第一直流切断单元的开闭部且从下而上地流过所述第二直流切断单元的开闭部时，所述第一直流切断单元的磁性以N-S/N-S形态分布，所述第二直流切断单元的磁性以N-S形态分布。

本发明第二方面或第二方面的的第一可实施方案中，所述第一直流切换单元还包括：

第一导轨，位于底部面且用于将所述切断单元安装在面板，

第一扩张外壳部，通过所述第一导轨的安装部分以不影响所述第一导轨的连接的方式扩张而形成；

所述第一直流切断单元的所述灭弧部包括：

第一扩张电弧室，安装在所述第一扩张外壳部之内，以及

第一电弧滚环，安装在所述第一扩张电弧室的上部，以使电弧向第一扩张电弧室移动。

本发明第二方面或第二方面的第一可实施方案中，所述直流断路器具备一个第一直流切断单元和一个第二直流切断单元。

本发明增大了直流断路器的外壳尺寸，从而极大地增大了内部的电弧室的尺寸，并且将永久磁铁基于电流的方向配置在触点周围，使电弧仅向扩张电弧室的一方向移动，进而能够切断高的直流电压。

本发明具有如下效果。通过串联连接第一直流切断单元的开闭部和第二直流切断单元的开闭部(相邻极)，来提高直流切断电压时，通过将第二直流切断单元的开闭部的永久磁铁的磁性配置得与第一直流切断单元的开闭部的永久磁铁的磁性相同，从而使相邻极的磁铁影响达到最小，使直流电弧切断能力达到最大，提高直流切断可靠性，延长断路器寿命，并且在连接电路时采用了与相邻极的相邻端子直接相连，提高现场作业的便利性以及经济性。

附图说明

参照附图，通过实施例的详细说明，本发明的上述特征及其他特征以及优点变得更加明显。

图1是现有直流断路器的主视图。

图2是现有直流断路器的一实施方式的部分剖面图。

图3是现有直流断路器的另一实施方式的部分的剖面图。

图4A是本发明的直流断路器的第一直流切断单元的永久磁铁的配置状态的透视图；图4B是本发明的直流断路器的第二直流切断单元的永久磁铁的配置状态的透视图。

图5是本发明的直流断路器的一实施方式的一部分的剖面图。

图6是本发明直流断路器具有扩张外壳部的一实施方式的主视图。

图7是主要示出本发明的直流断路器的扩张外壳部的剖面图。

图8是表示本发明的直流断路器的扩张电弧室及灭弧栅格的图。

利用上述附图，对本发明的实施例进行例示，其具体内容在后面详述。这样的附图以及文字记载并不是为了限制本发明的范围，是为了利用特定的实施例来使本领域技术人员理解本发明。

具体实施方式

以下，参照附图对实施例进行全面说明。但是，实施例可以以各种形式实施，不限于这里的实施例。相反，提供的这些实施例使本发明更全面完整，另外，还将本实施例的思想全面地传递给本领域技术人员。在图中，相同的附图标记表示相同或相近的结构，省略其详细说明。

说明的特征、结构或者特性可以以任意一种方式结合到一个或多个实施例中。在以下说明中，提供更多的细节，有助于充分理解本发明的实施例。但是，本领域技术人员应该明白，即使没有特定的细节中的一个活多个细节，或者采用其他方法、构成要素、材料等，也能够实现本发明的技术方案。在其他情况下，不对公知的结构、材料或者动作进行详细描述，以避免本发明的各方面变得不清楚。

图4A是本发明的直流断路器的第一直流切断单元的永久磁铁的配置状态的透视图；图4B是本发明的直流断路器的第二直流切断单元的永久磁铁的配置状态的透视图。图5是本发明的直流断路器的一实施方式的一部分的剖面图。图6是本发明直流断路器具有扩张外壳部的一实施方式的主视图。图7是主要示出本发明的直流断路器的扩张外壳部的剖面图。图8是表示本发明的直流断路器的扩张电弧室(arc chambers)及灭弧栅格的图。

本发明的直流断路器具有第一直流切断单元和第二直流切断单元20。

第一直流切断单元具有与图1所示的现有直流断路器10相同的结构。即，第一直流切断单元具有开闭部5(未图示)、手柄11、连接机构1及灭弧部3。

第二直流切断单元20如图6所示，具有开闭部6、手柄11、连接机构(未图示)、灭弧部3、螺线管4。

在本发明中直流断路器具有两个直流切断单元，即第一直流切断单元和第二直流切断单元20。在实施例中，虽然具备两个直流切断单元，但不限于此，可以根据所希望的电流切断电压具备多个直流切断单元。

如图5所示，开闭部5具有固定触头22、可动触头21、板状的永久磁铁81、螺线管4。开闭部6具备固定触头22、可动触头21、筒状的永久磁铁82、螺线管4。

如图5所示，可动触头21随着上下移动可与固定触头22接触分离。本实施例中，可动触头21虽然设置成上下移动的方式，但也只是示例，并不限于此。

就手柄11而言，其操作部外漏。另外，连接机构在支撑可动触头的一部分的同时随着手柄的旋转对各可动触头进行移动。

灭弧部3具有沿着可动触头21或者固定触头22的长度方向(可动触头的可动触点和固定触头的固定触点之间的电弧所延伸的方向)延伸的空间。在该空间电弧被延伸。从而，能够抑制电弧与直流断路器各部件(例如，连接机构)的接触。另外，由于能够延伸电弧，因此可以增大电弧电压。当该电弧电压超过固定触头22的固定触点和可动触头21的可动触点之间的外加电压时，电弧被消除。因此，通过增大电弧电压，能够更快速地切断可动触头21的可动触点与固定触头22的固定触点之间的电弧。

在本发明中，为了切断高的直流电压，如图8所示，灭弧部3的电弧室31被增大，为此如图6、图7所示，导轨9的安装部分被扩张，并在被扩张形成的扩张外壳部91内安置电弧室31，其中，导轨用于将交流断路器安装在面板。此处，扩张外壳部91以不影响导轨9的连接的方式突出。

灭弧部3的电弧滚环(arc runner)32安装在电弧室31的上部，提供以使固定触头22的电弧能够有效地移动至被扩张后的电弧室31的路径，从而能够迅速引导电弧。

另外，构成电弧室31的第一灭弧栅格311和第二灭弧栅格312以不同大小交替层积配置。因此，电弧延伸长度增加，能够快速消灭电弧。

当在电路中有过电流(异常电流)流过时，螺线管4通过其输出轴使连接机构动作。由此，可动触头21的可动触点与固定触头22的固定触点分离，过电流被切断。即，螺线管4相当于异常电流切断装置。

下面，对开闭部5、6进行详细说明。

第一直流切断单元的开闭部5如图1及图4A所示，现有的永久磁铁81配置在固定触头22的触点及可动触头21的触点周围。即，在对可动触头21和固定触头22之间的电弧进行引导的空间，将两个板状的永久磁铁81沿图4A中的B方向(图5中直流切断单元的上下方向)平行配置。

另外，第二直流切断单元的开闭部6如图4B及图5所示，筒状的永久磁铁82在固定触头21的固定触点的下端部沿着与B方向垂直的A方向夹在两个铁板7之间。另外，筒状磁铁可以为用于将两极末端的铁板连接起来的多边形条形磁铁。

此时，第一直流切断单元的开闭部5和第二直流切断单元20的开闭部6所形成的永久磁铁的极性如图5所示，开闭部5的永久磁铁81具有S-N/S-N形态，开闭部6的永久磁铁82(相邻极)具有S-N形态。

永久磁铁81、82用于对固定触头22和可动触头21之间产生的电弧施加电子力学上的洛伦兹力(Lorentz force)，从而延伸电弧。当电弧电压超过固定触头22和可动触头21之间的外加电压时，电弧被消除。从而，固定触头22和可动触头21之间呈电气切断状态。

并且，如图4A、图4B以及图5所示般构成时，就磁性分布而言，在左侧以S-N/S-N形态分布，右侧以S-N形态分布，因此没有被相互抵消可维持原来的磁力，另外，在产生电弧时，可以按相同方向引导电弧来消除电弧。另外，在进行电路连接时，能够直接与相邻极(例如开闭部6)的邻接端子相连，因此能够提高现场作业的便利性和经济性。

另外，如果仅调换磁铁极性进行配置时，可以将直流电流的方向进行调换，另外，在图5中，通过调换左侧与右侧的开闭部的配置顺序，即调换开闭部5和开闭部6的配置顺序，从而能够轻松地调换电流的方向。

另外，也可仅使用开闭部5或开闭部6中的一个开闭部来作为直流断路器。

在本发明中，通过交替配置图5的开闭部5和开闭部6，能够得到所希望的直流切断电压。例如，将图5的开闭部5贴附到作为右侧相邻极的开闭部6上，构成3P直流断路器，就电路连接而言，能够直接与相邻极的邻接端子相连，并能够将直流切断电压增大至1P(onepole)的三倍。另外，交替连接图5中的开闭部5、开闭部6，构成4P直流断路器，可实现具有1P的四倍直流切断电压的直流断路器。

以上公开的内容示例性地表示了本发明的实施例，但是在不脱离由权利要求所限定的本发明范围的前提下，可进行各种变更及修改。没有必要按特定顺序实施按上述公开的实施例的方法，权利要求的功能，步骤以及动作。另外，虽然本发明的要素作为个体而记载，但是没有被明确限定为是单数的情况下也可为复数。

在上述具体实施方式中对本发明的目的、技术方案及有益效果进行了说明，但是应理解的是，上述内容仅为本发明的具体实施方式而已，并不限定本发明的保护范围，在本发明的主旨及允许范围内可进行任意的修改、等同替换、改进等，且均属在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种直流切断单元，具备开闭部、手柄、连接机构及灭弧部，其特征在于，

还包括：

导轨，位于底部面且用于将所述切断单元安装在面板，

扩张外壳部，通过所述导轨的安装部分以不影响所述导轨的连接的方式扩张而形成；

所述灭弧部包括：

扩张电弧室，安装在所述扩张外壳部之内，以及

电弧滚环，安装在所述扩张电弧室的上部，以使电弧向扩张电弧室移动；

所述开闭部具有可动触头、固定触头、永久磁铁及螺线管，

所述永久磁铁配置在固定触头的固定触点下端部，具有S-N形态或N-S形态的磁性分布，所述固定触头和所述可动触头位于所述永久磁铁的两极之间；

构成所述扩张电弧室的第一灭弧栅格和第二灭弧栅格以不同大小交替层叠配置。

2.根据权利要求1所述的直流切断单元，其特征在于，所述永久磁铁具有筒状形状，筒状磁铁的S-N极两侧末端具有磁性材料的铁板。

3.根据权利要求2所述的直流切断单元，其特征在于，所述筒状磁铁为用于将两极末端的铁板连接起来的多边形条形磁铁。

4.一种直流断路器，其特征在于，具有多个第一直流切断单元和多个第二直流切断单元，所述第一直流切断单元和第二直流切断单元交替分布，

所述第一直流切断单元具备开闭部、手柄、连接机构及灭弧部，

所述开闭部具有可动触头、固定触头、永久磁铁及螺线管，

所述永久磁铁成板状，配置在固定触头的触点与可动触头的触点周围，形成S-N/S-N形态的磁性分布，所述固定触头和所述可动触头位于S-N和S-N之间，

所述第二直流切断单元为权利要求1所述的直流切断单元，

电流从下而上地流过所述第一直流切断单元的开闭部，且从上而下地流过所述第二直流切断单元的开闭部。

5.根据权利要求4所述的直流断路器，其特征在于，当电流从上而下地流过所述第一直流切断单元的开闭部且从下而上地流过所述第二直流切断单元的开闭部时，所述第一直流切断单元的磁性以N-S/N-S形态分布，所述第二直流切断单元的磁性以N-S形态分布。

6.根据权利要求4或5中所述的直流断路器，其特征在于，

所述第一直流切断 单元还包括：

第一导轨，位于底部面且用于将所述切断单元安装在面板，

第一扩张外壳部，通过所述第一导轨的安装部分以不影响所述第一导轨的连接的方式扩张而形成；

所述第一直流切断单元的所述灭弧部包括：

第一扩张电弧室，安装在所述第一扩张外壳部之内，以及

第一电弧滚环，安装在所述第一扩张电弧室的上部，以使电弧向第一扩张电弧室移动。

7.根据权利要求4或5所述的直流断路器，其特征在于，具备一个所述第一直流切断单元和一个所述第二直流切断单元。