CN108511297B - 多触点断路器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种断路器，其具有至少两组串联电连接的触点，从而当所述至少两组触点断开时，它们被同时断开。这用于增加触点组之间的距离，因为对于串联连接的触点组而言该距离是相加的，这增加了用于更有效地断开可能在各组触点之间形成的任何电弧的电弧电压。所述触点被配置成使得在触点闭合时存在横向滑动动作，该横向滑动动作用于“擦拭”相应的触点表面以去除可能在表面上的任何碎屑或污染物。

Description

多触点断路器

技术领域

本发明涉及断路器领域。更具体地，本发明涉及一种断路器，该断路器包括至少两组串联连接的触点，这些触点同时断开以增加触点断开时的电弧电压。

背景技术

断路器是可以用于开断电路、中断电流的电气部件。断路器的基本示例是开关，其通常由两个电触点组成，这两个电触点处于两种状态之一：要么是闭合的，这意味着触点是接触的并且它们之间有电流流过，要么是断开的，这意味着触点是分离的，并且它们之间没有电流流过。开关可以由人直接操纵以向诸如计算机键盘按钮之类的系统提供控制信号，或者用于控制诸如照明开关之类的电路中的电力流动。

断路器的另一示例是断路器。断路器可以例如用在电气面板中以限制通过电线发送的电流。断路器被设计用于保护电路免受过载或短路造成的损坏。如果在电线中出现电涌等故障情况，则断路器将跳闸。这将导致处于“接通”位置的断路器翻转到“断开”位置并切断从该断路器引出的电力。当断路器跳闸时，可以防止在过载电路上起火；也可以防止对正在用电的装置的破坏。

标准断路器具有连接到电源(诸如来自电力公司的电力线)的一端和连接到断路器要保护的电路的另一端。通常，这两端分别被称为“线路端”和“负载端”。线路端有时可能被称为断路器的输入。负载端有时被称为输出，负载从断路器馈出并连接到从断路器馈送的电气部件。

断路器可以用于保护单个装置或多个装置。例如，诸如单台空调之类的独自受保护装置可以直接连接到断路器。断路器也可以用于通过例如，经由终止于电插座的电力线连接到多个部件来保护多个装置。

断路器可以用作保险丝的替代品。然而，与保险丝不同，保险丝运行一次后必须更换，断路器可以重置(手动或自动)以恢复正常操作。保险丝具有与断路器差不多相同的电路保护作用。然而，断路器在某些情况下使用会比保险丝更安全，并且会更容易修复。

例如，在保险丝熔断而中断对例如建筑物的一部分的供电的情况下，可能不清楚是哪个保险丝控制了中断的电路。在这种情况下，电气面板中的所有保险丝都需要检查，以确定是哪个保险丝出现烧毁或耗尽。然后需要从保险丝盒中取出该保险丝，并安装新的保险丝。

在这方面，断路器的使用会比保险丝简单得多。在断路器跳闸而中断对例如建筑物的一部分的供电的情况下，通过观察电气面板并且注意哪个断路器已经跳闸到“断开”位置，可以容易地看出控制中断电路的是哪个断路器。然后可以仅将该断路器翻转到“接通”位置，就可以将电力再次恢复。

通常，典型的断路器具有位于壳体内的两个触点。第一触点是固定的，可以连接到线路或负载。第二触点相对于第一触点是活动的，使得当断路器处于“断开”或跳闸状态时，在第一触点与第二触点之间存在间隙。

当断路器跳闸时通电的触点之间分离，导致活动触点从闭合状态移动到断开状态时触点之间的间隙变宽，通过分离触点而工作的断路器由此出现问题。

随着触点开始从闭合位置分离，或者从断开位置向完全闭合的状态接近时，在触点闭合或断开时触点之间瞬时存在非常小的间隙。如果触点之间的电压足够高，则会在该间隙两端间产生电弧。这是因为在典型应用中，触点之间的击穿电压和压力与电压条件下的距离正相关。

在断路器切换或跳闸期间产生的电弧会导致不利的副作用，这会对断路器的操作产生负面影响，并且会造成安全危险。

这些作用会对断路器的工作产生后果。一种可能的后果是，电弧可能会和断路器中的其他物体和/或周围物体短路，造成损坏并且具有潜在的火灾或触电安全隐患。

电弧的另一个后果是电弧能量会损坏触点，导致一些材料作为微小颗粒物逸入空气中。已经从触点上熔离的碎屑会迁移或被投入断路器机构中，破坏机构或缩短其工作寿命。

电弧的另一个影响源于极高的电弧温度(数万摄氏度)，这会破坏周围气体分子，产生臭氧、一氧化碳和其他化合物。电弧还会电离周围气体，可能产生可变的传导路径。

由于电弧的这些不利影响，快速冷却和熄灭电弧以防止损坏断路器是非常重要的。

已知用于改进灭弧的各种技术。例如，转让给嘉灵科技有限公司(CarlingTechnologies，Inc.)的美国公开专利申请No.2012/0037598和2012/0261382涉及使用电磁场来将电弧朝向分弧器引导。

然而，产生电磁场来移动电弧会消耗功率，并在装置中产生热量。为了避免这种情况，已经能够将永磁体结合到断路器中，该断路器无需电流供应就能产生磁场。甚至已经开发出对极性不敏感的系统。然而，所有这些系统都集中在用于引导电弧进入灭弧装置的装置上。

灭弧装置可以有效地保护装置，然而，随着时间推移，它们的寿命限制了其有效性。此外，复杂的灭弧系统会大幅增加断路器的成本。

用于在交流(AC)系统中断开或闭合触点时使电弧的形成最小化的另一种方法是使断开或闭合的时间尽可能接近过零。然而，该方法不适用于直流(DC)系统中，因为直流系统中不存在过零。

因此期望提供一种可与克服这些限制的断路器一起使用的替代系统。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种断路器，该断路器具有更有效且快速地起作用以熄灭在触点之间的间隙中可能产生的电弧的结构。

还期望提供一种用于使当触点断开或闭合时在直流系统中发生的电弧最小化的系统和方法。

这些和其它目的是通过提供一种断路器来达到的，该断路器包括彼此串联连接的第一组触点和第二组触点。所述第一组触点包括配置为能够相对于彼此移动而接触和脱离的第一触点和第二触点。所述第二组触点包括配置为能够相对于彼此移动而接触和脱离的第三触点和第四触点。

所述系统被设计成使所述第一组触点和所述第二组触点将同时断开和闭合。换句话说，流过所述断路器的电流将流经所述断路器的电流路径并将依次流经所述两组触点。这种配置允许直流中断，其中当中断直流电路时双重断开将提供双倍的电弧电压，这对断开电弧是非常有帮助的，因为它会成比例地降低故障电流。由于直流源要求电弧电压至少为源电压的1.2至1.5倍以中断直流故障电流，所以非常期望利用本文中描述的在中断过程期间产生更高电弧电压的配置。

如果所述断路器跳闸或有意断开(手动或远程)，则所述两组触点同时一起断开。应该理解，当断开一组触点时的电弧(断开)电压与触点相对于彼此的物理距离有关。触点之间的距离越大，电弧电压就越大。通过包含一系列组触点，使得一组触点的距离加倍(即，两组触点的断开距离是相加的)，由此增加用于更有效且快速地断开电弧的电弧电压。

所述第一组触点包括第一灭弧器，并且所述第二组触点包括第二灭弧器。进一步设想的是，可以进一步提供与所述第一灭弧器相关联的第一磁体以促使在所述第一触点和所述第二触点之间产生的任何电弧朝向所述第一灭弧器。类似地，进一步设想的是，可以进一步提供与所述第二灭弧器相关联的第二磁体以促使在所述第三触点和所述第四触点之间产生的任何电弧朝向所述第二灭弧器。

在一些实施方式中，所述断路器包括布置成引导所述第一磁体的磁场的至少一个第一极片。所述至少一个第一极片可以布置成将所述第一磁体的磁场集中于电弧在所述第一触点和所述第二触点附近经过的区域中。类似地，所述断路器可以包括布置成引导所述第二磁体的磁场的至少一个第二极片。所述至少一个第二极片可以布置成将所述第二磁体的磁场集中于电弧在所述第三触点和所述第四触点附近经过的区域中。

在一些实施方式中，由所述第一磁体产生的磁场与由电弧产生的磁场相互作用，使得电弧被引导朝向所述第一灭弧器，而不管电弧是从所述第一触点发出还是从所述第二触点发出。类似地，由所述第二磁体产生的磁场与由电弧产生的磁场相互作用，使得电弧被引导朝向所述第二灭弧器，而不管电弧是从所述第三触点发出还是从所述第四触点发出。

对于该应用，以下术语和定义将适用：

本文中使用的术语“网络”包括各种网络和互联网络，包括互联网，并且不限于任何特定的网络或网络间。

术语“第一”和“第二”用于将一个元素、集合、数据、对象或事物与另一个区分开，并且不用于指定相对位置或时间上的安排。

本文中使用的术语“耦合”、“耦合到”、“耦合与”，“连接”，“连接到”和“连接与”各自表示两个或更多个装置、设备、文件、程序、应用程序、介质、部件、网络、系统、子系统和/或手段之间的关系，构成以下任何一项或多项：(a)连接，无论直接还是通过一个或多个其他装置、设备、文件、程序、应用程序、介质、部件、网络、系统、子系统或手段；(b)通信关系，无论直接还是通过一个或多个其他装置、设备、文件、程序、应用程序、介质、部件、网络、系统、子系统或手段；和/或(c)功能关系，其中，任何一个或多个装置、设备、文件、程序、应用程序、介质、部件、网络、系统、子系统或手段的操作全部或部分取决于任何一个或多个其它装置、设备、文件、程序、应用程序、介质、部件、网络、系统、子系统或手段的操作。

在一个实施例中，提供了一种断路器，其包括第一组触点和第二组触点，所述第一组触点包括配置为能够相对于彼此移动而接触和脱离的第一触点和第二触点，所述第二组触点包括配置为能够相对于彼此移动而接触和脱离的第三触点和第四触点。所述断路器被设置成使得与所述第二组触点串联连接的所述第一组触点被配置成在所述第二组触点断开和闭合的同时断开和闭合。

在另一个实施例中，提供了一种断路器，其包括：配置成可移动的触点臂载体，所述触点臂载体附接有触点臂；和第一组触点，包括配置为能够相对于彼此移动而接触和脱离的第一触点和第二触点，所述第一触点位于所述触点臂上。所述断路器还包括：第二组触点，包括配置为能够相对于彼此移动而接触和脱离的第三触点和第四触点，所述第三触点位于所述触点臂上。所述断路器被设置成使得所述第一组触点与所述第二组触点电串联连接，并且所述第一组触点被配置成：所述第二组触点的断开和闭合的同时所述第一组触点断开和闭合。

通过考虑以下附图和伴随的详细描述，本发明的其他目的及其特定特征和优点将变得更加明显。

附图说明

图1示出了根据本发明的方面的示例性断路器的部件。

图2是根据图1的沿截面线AA的视图。

图3-5是根据图1的沿截面线BB的视图，示出了触点的闭合和触点相对于彼此的横向移动。

图6示出了根据图1的断路器。

具体实施方式

现在参考附图，其中在整个视图中相同的附图标记表示对应的结构。

图1示出了根据本发明的方面的具有多个触点的示例性断路器100的部件。

断路器100可以是使用触点来关合和开断电路的任何装置。例如，本领域普通技术人员将清楚，断路器100可以是简单的开关，或者可以实现为例如，具有壳体102的断路器。壳体102可以包括通风口以允许由电弧产生的气体和碎屑逸出壳体102。

断路器100包括第二固定触点112，通过导体122电连接到线路端子120。第一固定触点110通过导体126、过电流测量装置140和导体128电连接到负载端子124。

线路端子从诸如发电机(未示出)之类的电源接收电，在一些应用中电源由电力公司提供。

断路器100还包括第一活动触点114和第二活动触点116，二者安装在触点臂130相对的两侧上。触点臂130又连接到触点臂载体132。触点臂载体132进一步连接到连杆组件134并由手柄136(统称为“开关”138)致动。

第一活动触点114和第二活动触点116彼此串联电连接。

在图1中，触点臂130被示出在闭合状态，其中第一固定触点110与第一活动触点114物理接触，并且第二固定触点112与第二活动触点116物理接触。当触点臂130处于闭合状态时，电可以在线路端子120与负载端子124之间流动。

所述组件被设置成，当触点臂载体132向下移位时，触点臂130向下行进(参见示出了处于断开状态的触点臂130的虚线)以使触点断开或打开。所述系统被设置成，在第一固定触点110和第一活动触点114之间的连接断开的同时，使第二固定触点112和第二活动触点116断开。

触点臂130可以经由开关138、跳闸机构142、和/或根据断路器10所需实施方式的任何其他已知机构(未示出)被致动。

过电流测量装置140可以是用于测量流过断路器100的电流的任何类型的已知装置。一旦达到最大电流，测量装置将起作用以使触点臂130移动到断开状态。类似地，手柄136将移动到中间位置以指示断路器100的“跳闸”状态。

图1中还提供了与第一组触点110，114相关联的第一灭弧器150和与第二组触点112，116相关联的第二灭弧器160。

第一灭弧器150包括至少部分地定位在第一组触点110，114附近的第一引弧器152，并且还包括第一电弧分裂板154，在该图示中，该第一电弧分裂板154可以是多个第一电弧分裂板154，154’，154”，154”’。

第二灭弧器160包括至少部分地定位在第二组触点112，116附近的第二引弧器162，并且还包括第二电弧分裂板164，在该图示中，该第二电弧分裂板164可以是多个第二电弧分裂板164，164’，164”，164”’。

参照图1可以看出，多个第一电弧分裂板154，154’，154”，154”’以及多个第二电弧分裂板164，164’，164”，164”’可以各自相对于彼此平行设置并且基本平行于触点臂载体132的行程。

断路器100被设计成使得第一组触点110，114和第二组触点112，116同时断开和闭合。流过断路器的电流将依次流经第一组触点110，114和第二组触点112，116(箭头仅用于说明目的以示出电流路径)。如前所述，直流电源要求电弧电压至少为电源电压的1.2至1.5倍，以中断直流电的故障电流。由于电弧电压相对于触点之间的距离成比例地增加，所以串联连接的触点组在中断过程期间会产生更高的电弧电压。在串联连接布置中，触点之间的距离加倍(即，两组触点的断开距离相加)，这又将用于更有效地增加用于开断电弧的电弧电压。这会减少电弧，从而减少对触点和周围设备的损坏。同样，电弧作用的减少将减少由不需要的电弧作用产生的气体和碎屑的总量。

现在参考图2，其是沿着图1的截面AA的截面图，所示触点臂载体132具有附接到其上的触点臂130。

所示触点臂130相对于触点臂载体132的垂线(由虚线表示)以角度θ定位。

以下示例被呈现以进一步说明和解释本发明，并且不应视为在任何方面的限制。所示的距离旨在表示各部分和构件的总体行进方向，但未按比例示出并仅用于说明各种结构元件的功能和相互作用。

图3-5是沿着图1的截面BB的截面图并且示出了第二组触点112，116。在图3中，所示第二固定触点112与安装到触点臂130的第二活动触点116间隔开。可以看出，第二活动触点116的触点表面117与触点臂130成角度θ布置。类似地，第二固定触点112具有基本平行于触点表面117定位的触点表面113。箭头用于指示当触点臂载体132移动以闭合第二组触点时触点臂130的移动方向。

图4示出了第二活动触点116已经与第二固定触点112物理接触。

图5示出了第二活动触点116相对于第二固定触点112的横向移动。随着触点臂载体132移动触点臂130，第二活动触点116的触点表面117与第二固定触点112的触点表面113物理接触。即使在相应的触点表面113，117发生初始接触之后，触点臂载体132也继续移动，即便只是稍微多移动一点。这种在初始接触之后的持续的线性运动导致触点表面117相对于触点表面113横向滑动。该横向滑动用于“擦拭”相应的触点表面113，117以去除可能在表面上的任何碎屑或污染物。这种“擦拭”动作允许有更清洁的触点表面，继而将在触点表面113，117之间产生较低的电阻并因此将用于减少触点间的任何潜在的热量积聚。

图3-5涉及第二组触点112，116，然而，应该理解，第一组触点110，114具有类似的结构和功能。

另外，尽管仅示出了两组触点(110，114和112，116)，但本领域技术人员将认识到，可以使用多于两组的触点。例如，如果并联连接两个不同的群(四组串联连接的触点)，则这将起到相应地降低通过每个单独一组触点的电流的作用，从而允许使用更小和重量更轻的触点。类似地，可以使用三组串联连接的触点，这将起到当所有三组触点同时断开时增加触点间的断开距离的作用，因为是将每组触点的距离相加得到的。本领域技术人员将理解的是，可以有效地使用串联连接触点的串联和串联/并联互连的多种配置。

图6示出了表示断路器200的替代配置，其中壳体202的底部被示出为配置成安装到符合德国工业标准(DIN)的导轨206。例如，壳体202的底部被示出为具有第一突起208和第二突起210，该第一突起208和第二突起210被设计成与DIN导轨206的相对边缘212，214接合。

突起208被设计为可变形的，使得：突起210可以与边缘214接合，然后壳体202可以向下旋转，使得突起208与边缘212物理接触。随着施加向下的力，突起208向内偏转直到突起208经过边缘212下方，此时突起208再次向外偏转并与边缘212接合以将壳体202牢固地固定到DIN导轨206。这使得易于连接/断开断路器200，该断路器200可以安装在任何DIN导轨206安装在的位置。

尽管已经参照部件的特定布置、特征等描述了本发明，然而它们并不旨在耗尽所有可能的布置或特征，并且实际上许多其他修改和变型将是本领域技术人员可确定的。

Claims (12)

1.一种断路器，包括：

第一组触点，包括第一触点和第二触点，所述第一触点和所述第二触点配置为能够相对于彼此移动而接触和脱离；

第二组触点，包括第三触点和第四触点，所述第三触点和所述第四触点配置为能够相对于彼此移动而接触和脱离；

触点臂载体，所述触点臂载体的移动被限定在第一平面内；

触点臂，所述触点臂限定出第二平面；

其中，

所述第一组触点与所述第二组触点串联连接；

所述第二触点和所述第四触点位于所述触点臂的第二平面上，所述第一触点和所述第三触点沿着与所述第二平面平行的第三平面定位；所述第一组触点被配置成：所述第二组触点断开和闭合的同时，所述第一组触点断开和闭合；

无论所述第一组触点和所述第二组触点是处于均断开的状态还是均闭合的状态时，所述第二平面与所述第一平面的夹角不为90度；

在所述第二触点与所述第一触点物理接触的情况下并且在所述第四触点与所述第三触点物理接触的情况下，所述第二触点相对于所述第一触点横向滑动，所述第四触点相对于所述第三触点横向滑动，使得所述第一组触点的闭合和所述第二组触点的闭合会沿所述第一触点和所述第二触点的表面以及沿所述第三触点和所述第四触点的表面执行擦拭动作。

2.如权利要求1所述的断路器，其中，所述触点臂包括第一端和第二端，并且所述第二触点朝所述第一端定位，所述第四触点朝所述第二端定位。

3.如权利要求1所述的断路器，还包括：

与所述第一组触点相关联的第一灭弧器；和

与所述第二组触点相关联的第二灭弧器。

4.如权利要求3所述的断路器，其中所述第一灭弧器包括至少部分地定位在所述第一组触点附近的第一引弧器，所述第二灭弧器包括至少部分地定位在所述第二组触点附近的第二引弧器。

5.如权利要求4所述的断路器，其中所述第一灭弧器包括第一电弧分裂板，并且所述第二灭弧器包括第二电弧分裂板。

6.如权利要求5所述的断路器，其中所述第一电弧分裂板为多个第一电弧分裂板，所述第二电弧分裂板为多个第二电弧分裂板。

7.如权利要求6所述的断路器，其中所述多个第一电弧分裂板相对于彼此平行定位，所述多个第二电弧分裂板相对于彼此平行定位。

8.一种断路器，包括：

配置成可移动的触点臂载体，所述触点臂载体附接有触点臂，所述触点臂载体的移动被限定在第一平面内，所述触点臂限定出第二平面；

第一组触点，包括第一触点和第二触点，所述第一触点和所述第二触点配置为能够相对于彼此移动而接触和脱离，所述第一触点位于所述触点臂上；

第二组触点，包括第三触点和第四触点，所述第三触点和所述第四触点配置为能够相对于彼此移动而接触和脱离，所述第三触点位于所述触点臂上；

其中，

所述第一组触点与所述第二组触点串联电连接；

所述第一触点和所述第三触点沿着与所述第二平面平行的第三平面定位；所述第一组触点被配置成：所述第二组触点的断开和闭合的同时所述第一组触点断开和闭合；

无论所述第一组触点和所述第二组触点是处于断开的状态还是均闭合的状态，所述第二平面与所述第一平面的夹角不为90度；

在所述第二触点与所述第一触点物理接触的情况下并且在所述第四触点与所述第三触点物理接触的情况下，所述第二触点相对于所述第一触点横向滑动，所述第四触点相对于所述第三触点横向滑动，使得所述第一组触点的闭合和第二组触点的闭合会沿所述第一触点和所述第二触点的表面以及所述第三触点和所述第四触点的表面执行擦拭动作。

9.如权利要求8所述的断路器，还包括：

与所述第一组触点相关联的第一灭弧器；和

与所述第二组触点相关联的第二灭弧器。

10.如权利要求9所述的断路器，其中所述第一灭弧器包括至少部分地定位在所述第一组触点附近的第一引弧器，所述第二灭弧器包括至少部分地定位在所述第二组触点附近的第二引弧器。

11.如权利要求10所述的断路器，其中所述第一灭弧器包括至少一个第一电弧分裂板，并且所述第二灭弧器包括至少一个第二电弧分裂板。

12.如权利要求8所述的断路器，还包括壳体，所述触点臂、所述触点臂载体以及所述第一组触点和第二组触点被容纳在所述壳体内，所述壳体被配置成能够可拆卸地连接到DIN导轨。

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