CN110853972A - 复合磁路结构直流真空灭弧室及其应用的直流真空开关 - Google Patents

Abstract

复合磁路结构直流真空灭弧室及其应用的直流真空开关，该直流真空灭弧室包括真空灭弧室瓷壳，真空灭弧室瓷壳外侧配置的静侧永磁体组合结构和动侧永磁体组合结构，真空灭弧室瓷壳内侧的瓷壳内侧导磁件、静侧触头组合结构、动侧触头组合结构、静侧触头环形导磁结构和动侧触头环形导磁结构；该直流真空开关包括复合磁路结构直流真空灭弧室和与其相匹配的操动机构；本发明通过动、静侧永磁体组合结构、真空灭弧室瓷壳内侧导磁件和动、静侧触头环形导磁结构，在动、静侧触头结构间隙产生复合磁路磁场；实现了永磁体结构对于杯状触头间隙真空电弧的横向磁场作用的基础条件下，优化了永磁体的布置方式，减小真空灭弧室的体积，加强了横向磁场的作用，可用于直流电流的真空开断。

Description

复合磁路结构直流真空灭弧室及其应用的直流真空开关

技术领域

本发明属于真空断路器和真空直流开断技术领域，具体涉及一种复合磁路结构直流真空灭弧室及其应用的直流真空开关。

背景技术

真空断路器经过快速的发展，目前已经广泛应用于交流的输配电领域。伴随着国内外电动汽车、太阳能发电等直流电领域的迅猛发展，以及真空电弧理论及其应用的深入，真空断路器优异的开断性能如何应用于直流开断成为了一个巨大的挑战，并形成了巨大的需求。

传统的真空断路器在交流电流系统的应用中，其真空电弧控制技术主要有两种类型：横向磁场控制技术(TMF)和纵向磁场控制技术(AMF)。其中，横向磁场控制技术是通过特定的触头结构，使得电流流过该触头时在触头间隙中感应出垂直于电弧电流流向的横向磁场，使电弧在触头表面受力作高速旋转运动，避免电弧对触头表面的烧蚀过于集中，使触头的烧蚀更均匀，从而提高开关的开断能力。纵向磁场控制技术是通过特定的触头结构，使得电流流过该触头时在触头间隙中感应出平行于电弧电流流向的纵向磁场，纵向磁场可抑制大电流情况下电弧在阴极阳极表面的集聚，减轻电弧对于触头表面的烧蚀，同样提高了开关的开断能力。

传统直流回路系统的电流开断方式是当断路器在开断过程中的电弧电压高于系统电压，那么直流电流开断；或者是通过此种人工过零的方式实现直流电流开断，即在直流系统中增加反向放电回路，当需要开断直流回路时，反向放电回路闭合，直流系统电流过零。基于上述开断原理，目前已经提出了多种拓扑结构。

对于真空电弧的灭弧原理而言，如何大幅提高真空电弧的电压是实现其在直流系统开断中应用的关键。基于前期大量的研究和试验，结果表明较强的横向磁场能有效提高真空电弧电压。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，结合前期大量的研究和试验积累，本发明的目的在于提出一种复合磁路结构直流真空灭弧室及其应用的直流真空开关，本发明在实现永磁体产生的磁场与触头结构相配合的前提下，通过复合磁路的设计，使得真空灭弧室具有直流电弧的开断能力的条件下，加强了磁场的作用效果，减小了直流真空灭弧室的整体体积。本发明通过复合磁路结构的设计，提出了有效地真空电弧的直流开断方案。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合磁路结构直流真空灭弧室，包括真空灭弧室瓷壳110，真空灭弧室瓷壳110外侧配置的静侧永磁体组合结构201和动侧永磁体组合结构204，真空灭弧室瓷壳110内侧的瓷壳内侧导磁件117、静侧触头组合结构202、动侧触头组合结构203、静侧触头环形导磁结构103和动侧触头环形导磁结构106；

所述静侧触头组合结构202包括静侧导电杆101、焊接在静侧导电杆101一端的静侧触头结构102以及焊接在触头结构102端部的静侧触头片104；所述静侧触头结构102的内部底面焊接有静侧触头环形导磁结构103，在所述静侧触头环形导磁结构103的相应高度范围内，在真空灭弧室瓷壳110的内部布置有瓷壳内侧导磁件117，在真空灭弧室瓷壳110外部周圈对应静侧触头组合结构202的位置放置有静侧永磁体组合结构201；所述静侧永磁体组合结构201包括静侧永磁体支撑环115、均匀插接在静侧永磁体支撑环115内的多个静侧永磁体组114和与静侧永磁体组114配合的多个静侧弯曲形导磁结构116；

所述动侧触头组合结构203包括动侧导电杆108、焊接在动侧导电杆108一端的动侧触头结构107以及焊接在动侧触头结构107端部的动侧触头片105；所述动侧触头结构107的内部底面焊接有动侧触头环形导磁结构106，在所述动侧触头环形导磁结构106的相应高度范围内，在真空灭弧室瓷壳110的内部布置有瓷壳内侧导磁件117，在真空灭弧室瓷壳110外部周圈对应动侧触头组合结构203的位置放置有动侧永磁体组合结构204；所述动侧永磁体组合结构(204)包括动侧永磁体支撑环119、均匀插接在动侧永磁体支撑环119内的多个动侧永磁体组120和与动侧永磁体组120配合的动侧弯曲形导磁结构118；

通过所述静侧永磁体组合结构201和动侧永磁体组合结构204以及瓷壳内侧导磁件117与静侧触头环形导磁结构103和动侧触头环形导磁结构106，在静侧触头结构102和动侧触头结构107间隙产生复合磁路磁场；当电弧弧柱在触头间隙沿静侧触头片104和动侧触头片105做圆周运动的过程中，会经过并切割由静侧永磁体组合结构201和动侧永磁体组合结构204以及瓷壳内侧导磁件117与静侧触头环形导磁结构103和动侧触头环形导磁结构106配合产生的复合磁路横向磁场的磁场线；通过复合磁路的设计，在实现了永磁体组合结构对于杯状触头间隙真空电弧的横向磁场作用的基础条件下，优化了永磁体的布置方式，减小真空灭弧室的体积，加强了横向磁场的作用，实现直流电流的真空开断。

所述静侧永磁体组合结构201和动侧永磁体组合结构204的永磁体极数相同，极数大于等于两个且为偶数；所述静侧永磁体组合结构201和动侧永磁体组合结构204中上下相对位置的永磁体中朝向触头或远离触头端的极性相同，相邻永磁体同一端极性相反。

所述磁壳内侧导磁件117的数目与静侧永磁体组114和动侧永磁体组120中的永磁体数量一致；所述磁壳内侧导磁件117的分布角度与静侧永磁体组114和动侧永磁体组120中永磁体的分布角度完全相同；所述磁壳内侧导磁件117的高度大于或等于静侧触头环形导磁结构103和动侧触头环形导磁结构106高度之和。

所述的静侧触头结构102与动侧触头结构107为开槽励磁结构，动静开槽触头配合在触头间隙产生的磁场为纵向磁场或横向磁场。

所述静侧永磁体组合结构201、动侧永磁体组合结构204、瓷壳内侧导磁件117、静侧触头环形导磁结构103和动侧触头环形导磁结构106的材料为工程纯铁或导磁不锈钢；所述静侧永磁体组合结构201、动侧永磁体组合结构204、瓷壳内侧导磁件117、静侧触头环形导磁结构103和动侧触头环形导磁结构106的材料相同或者不同。

所述的一种复合磁路结构直流真空灭弧室，还包括焊接在静侧导电杆101另一端的真空灭弧室静侧盖板109，焊接在动侧导电杆108中部的波纹管112，焊接在波纹管112下端的真空灭弧室动侧盖板113，真空灭弧室瓷壳110焊接在真空灭弧室静侧盖板109和真空灭弧室动侧盖板113边缘。

一种直流真空开关，包括所述的复合磁路结构直流真空灭弧室301，连接在复合磁路结构直流真空灭弧室301动端端部的绝缘拉杆结构302，连接在绝缘拉杆结构302的另一端的操动机构303。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明通过真空灭弧室结构的重新设计，设计了弯曲形导磁结构，优化了永磁体的布置方式，减小真空灭弧室的体积，加强了横向磁场的作用。

2.本发明在真空灭弧室内部的陶瓷壳体上及触头中设计了导磁结构，加强了真空灭弧室外部永磁体所产生的磁场在真空灭弧室内部的作用强度，同时优化触头间隙的磁场分布。

3.本发明结构简单，易于装配，可以极大地促进相关应用的真空灭弧室在直流领域的广泛应用。

附图说明

图1为本发明的一种复合磁路结构直流真空灭弧室的剖视图。

图2为本发明的包含一种复合磁路直流触头组合结构的示意图。

图3为本发明的包含一种复合磁路直流触头组合结构的轴向剖视图。

图4为本发明的一种复合磁路直流真空灭弧室的示意图。

图5为本发明的一种复合磁路示意图。

图6为本发明的包含一种复合磁路结构直流真空灭弧室的直流真空开关的示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

图1为本发明的包含一种复合磁路直流真空灭弧室的剖视图。如图1所示，一种复合磁路结构直流真空灭弧室，包括焊接在静侧导电杆101一端的真空灭弧室静侧盖板109，焊接在真空灭弧室静侧盖板109边缘包覆静侧触头组合结构202和静侧导电杆101的真空灭弧室瓷壳110；焊接在动侧导电杆108中部的波纹管112，焊接在波纹管112下端的真空灭弧室动侧盖板113，焊接在真空灭弧室动侧盖板113边缘的包覆动侧触头组合结构203和动侧导电杆108的真空灭弧室瓷壳110；固接在真空灭弧室瓷壳110内侧的瓷壳内侧导磁件117以及固接在真空灭弧室瓷壳110外侧的正对触头间隙的静侧永磁体组合结构201和动侧永磁体组合结构204。

图2和图3分别是本发明的包含一种复合磁路直流触头组合结构的示意图以及轴向剖视图。如图2和图3所示，本发明提供的包含一种复合磁路直流触头组合结构，包括真空灭弧室瓷壳110外侧配置的静侧永磁体组合结构201和动侧永磁体组合结构204，真空灭弧室瓷壳110内侧的瓷壳内侧导磁件117、静侧触头组合结构202、动侧触头组合结构203、静侧触头环形导磁结构103和动侧触头环形导磁结构106；所述静侧触头组合结构202包括静侧导电杆101，焊接在静侧导电杆101一端的静侧触头结构102以及焊接在触头结构102端部的静侧触头片104；所述静侧触头结构102的内部底面焊接有静侧触头环形导磁结构103，在所述静侧触头环形导磁结构103的相应高度范围内，在真空灭弧室瓷壳110的内部布置有瓷壳内侧导磁件117，在真空灭弧室瓷壳110外部周圈对应静侧触头组合结构202的位置放置有静侧永磁体组合结构201；所述静侧永磁体组合结构201包括静侧永磁体支撑环115、均匀插接在静侧永磁体支撑环115内的多个静侧永磁体组114和与静侧永磁体组114配合的多个静侧弯曲形导磁结构116。

所述动侧触头组合结构203包括动侧导电杆108，焊接在动侧导电杆108一端的动侧触头结构107以及焊接在动侧触头结构107端部的动侧触头片105；所述动侧触头结构107的内部底面焊接有动侧触头环形导磁结构106，在所述动侧触头环形导磁结构106的相应高度范围内，在真空灭弧室瓷壳110的内部布置有瓷壳内侧导磁件117，在真空灭弧室瓷壳110外部周圈对应动侧触头组合结构203的位置放置有动侧永磁体组合结构204；所述动侧永磁体组合结构204包括动侧永磁体支撑环119、均匀插接在动侧永磁体支撑环119内的多个动侧永磁体组120和与动侧永磁体组120配合的动侧弯曲形导磁结构118；通过所述静侧永磁体组合结构201和动侧永磁体组合结构204以及瓷壳内侧导磁件117与静侧触头环形导磁结构103和动侧触头环形导磁结构106，在静侧触头结构102和动侧触头结构107间隙产生复合磁路磁场，作用于真空电弧弧柱。

所述磁壳内侧导磁件117的数目与静侧永磁体组114和动侧永磁体组120中的永磁体数量一致；所述磁壳内侧导磁件117的分布角度与静侧永磁体组114和动侧永磁体组120中的永磁体的分布角度完全相同；所述磁壳内侧导磁件117的高度大于或等于静侧触头环形导磁结构103和动侧触头环形导磁结构106高度之和。

所述的静侧触头结构102与动侧触头结构105为开槽励磁结构，动静开槽触头配合在触头间隙产生的磁场可以为纵向磁场、横向磁场或者其它磁场类型。

所述静侧永磁体组合结构201、动侧永磁体组合结构204、瓷壳内侧导磁件117、静侧触头环形导磁结构103和动侧触头环形导磁结构106的材料可以为工程纯铁或导磁不锈钢或者其它导磁材料；所述静侧永磁体组合结构201、动侧永磁体组合结构204、瓷壳内侧导磁件117、静侧触头环形导磁结构103和动侧触头环形导磁结构106的材料可以相同或者不同。

图4为本发明的一种复合磁路结构直流真空灭弧室的示意图。如图4所示，所述静侧永磁体组合结构201和动侧永磁体组合结构204的永磁体极数相同，极数大于等于两个且为偶数；所述静侧永磁体组合结构201和动侧永磁体组合结构204中上下相对位置的永磁体中朝向触头或远离触头端的极性相同，相邻永磁体同一端极性相反。

图5为本发明的一种复合磁路示意图。如图5所示，所述静侧永磁体组合结构201和动侧永磁体组合结构204以及瓷壳内侧导磁件117与静侧触头环形导磁结构103和动侧触头环形导磁结构106，在静侧触头结构102和动侧触头结构107间隙产生复合磁路磁场，作用于真空电弧弧柱。

图6为本发明的一种包含复合磁路结构直流真空灭弧室的直流真空开关的示意图。如图6所示，一种包含复合磁路结构直流真空灭弧室的直流真空开关，包括复合磁路结构的直流真空灭弧室301，连接在直流真空灭弧室301动端端部的绝缘拉杆结构302，以及在绝缘拉杆结构302另一端连接的操动机构303。

本发明提供的一种带有复合磁路结构的直流真空灭弧室，相比传统杯状触头结构及其应用的真空灭弧室具有两方面的优势：一方面，本发明通过真空灭弧室结构的重新设计，设计了弯曲形形导磁结构，优化了永磁体的布置方式，减小真空灭弧室的体积，加强了横向磁场的作用；另一方面，通过真空灭弧室内部的陶瓷壳体上及触头中设计了导磁结构，加强了真空灭弧室外部永磁体所产生的磁场在真空灭弧室内部的作用强度，同时优化触头间隙的磁场分布；此外，本发明结构简单，易于装配，可以极大地促进相关应用的真空灭弧室在直流领域的广泛应用。

本发明不局限于上述优选实施方式，本领域的技术人员可以根据本发明的教导对本发明的一种带有复合磁路结构的直流真空灭弧室及其应用的直流真空开关以及相关真空直流真空开关做出修改和变化。所有这些修改和变化均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种复合磁路结构直流真空灭弧室，其特征在于：包括真空灭弧室瓷壳(110)，真空灭弧室瓷壳(110)外侧配置的静侧永磁体组合结构(201)和动侧永磁体组合结构(204)，真空灭弧室瓷壳(110)内侧的瓷壳内侧导磁件(117)、静侧触头组合结构(202)、动侧触头组合结构(203)、静侧触头环形导磁结构(103)和动侧触头环形导磁结构(106)；

所述静侧触头组合结构(202)包括静侧导电杆(101)、焊接在静侧导电杆(101)一端的静侧触头结构(102)以及焊接在触头结构(102)端部的静侧触头片(104)；所述静侧触头结构(102)的内部底面焊接有静侧触头环形导磁结构(103)，在所述静侧触头环形导磁结构(103)的相应高度范围内，在真空灭弧室瓷壳(110)的内部布置有瓷壳内侧导磁件(117)，在真空灭弧室瓷壳(110)外部周圈对应静侧触头组合结构(202)的位置放置有静侧永磁体组合结构(201)；所述静侧永磁体组合结构(201)包括静侧永磁体支撑环(115)、均匀插接在静侧永磁体支撑环(115)内的多个静侧永磁体组(114)和与静侧永磁体组(114)配合的多个静侧弯曲形导磁结构(116)；

所述动侧触头组合结构(203)包括动侧导电杆(108)、焊接在动侧导电杆(108)一端的动侧触头结构(107)以及焊接在动侧触头结构(107)端部的动侧触头片(105)；所述动侧触头结构(107)的内部底面焊接有动侧触头环形导磁结构(106)，在所述动侧触头环形导磁结构(106)的相应高度范围内，在真空灭弧室瓷壳(110)的内部布置有瓷壳内侧导磁件(117)，在真空灭弧室瓷壳(110)外部周圈对应动侧触头组合结构(203)的位置放置有动侧永磁体组合结构(204)；所述动侧永磁体组合结构(204)包括动侧永磁体支撑环(119)、均匀插接在动侧永磁体支撑环(119)内的多个动侧永磁体组(120)和与动侧永磁体组(120)配合的动侧弯曲形导磁结构(118)；

通过所述静侧永磁体组合结构(201)和动侧永磁体组合结构(204)以及瓷壳内侧导磁件(117)与静侧触头环形导磁结构(103)和动侧触头环形导磁结构(106)，在静侧触头结构(102)和动侧触头结构(107)间隙产生复合磁路磁场；当电弧弧柱在触头间隙沿静侧触头片(104)和动侧触头片(105)做圆周运动的过程中，会经过并切割由静侧永磁体组合结构(201)和动侧永磁体组合结构(204)以及瓷壳内侧导磁件(117)与静侧触头环形导磁结构(103)和动侧触头环形导磁结构(106)配合产生的复合磁路横向磁场的磁场线；通过复合磁路的设计，在实现了永磁体组合结构对于杯状触头间隙真空电弧的横向磁场作用的基础条件下，优化了永磁体的布置方式，减小真空灭弧室的体积，加强了横向磁场的作用，实现直流电流的真空开断。

2.根据权利要求1所述的一种复合磁路结构直流真空灭弧室，其特征在于：所述静侧永磁体组合结构(201)和动侧永磁体组合结构(204)的永磁体极数相同，极数大于等于两个且为偶数；所述静侧永磁体组合结构(201)和动侧永磁体组合结构(204)中上下相对位置的永磁体中朝向触头或远离触头端的极性相同，灭弧室环向方向的相邻永磁体同一端极性相反。

3.根据权利要求1所述的一种复合磁路结构直流真空灭弧室，其特征在于：所述磁壳内侧导磁件(117)的数目与静侧永磁体组(114)和动侧永磁体组(120)中的永磁体数量一致；所述磁壳内侧导磁件(117)的分布角度与静侧永磁体组(114)和动侧永磁体组(120)中永磁体的分布角度完全相同；所述磁壳内侧导磁件(117)的高度大于或等于静侧触头环形导磁结构(103)和动侧触头环形导磁结构(106)高度之和。

4.根据权利要求1所述的一种复合磁路结构直流真空灭弧室，其特征在于：所述的静侧触头结构(102)与动侧触头结构(107)为开槽励磁结构，动静开槽触头配合在触头间隙产生的磁场为纵向磁场或横向磁场。

5.根据权利要求1所述的一种复合磁路结构直流真空灭弧室，其特征在于：所述静侧永磁体组合结构(201)、动侧永磁体组合结构(204)、瓷壳内侧导磁件(117)、静侧触头环形导磁结构(103)和动侧触头环形导磁结构(106)的材料为工程纯铁或导磁不锈钢；所述静侧永磁体组合结构(201)、动侧永磁体组合结构(204)、瓷壳内侧导磁件(117)、静侧触头环形导磁结构(103)和动侧触头环形导磁结构(106)的材料相同或者不同。

6.根据权利要求1所述的一种复合磁路结构直流真空灭弧室，其特征在于：还包括焊接在静侧导电杆(101)另一端的真空灭弧室静侧盖板(109)，焊接在动侧导电杆(108)中部的波纹管(112)，焊接在波纹管(112)下端的真空灭弧室动侧盖板(113)，真空灭弧室瓷壳(110)焊接在真空灭弧室静侧盖板(109)和真空灭弧室动侧盖板(113)边缘。

7.一种直流真空开关，其特征在于：包括权利要求1至6任一项所述的复合磁路结构直流真空灭弧室(301)，连接在复合磁路结构直流真空灭弧室(301)动端端部的绝缘拉杆结构(302)，连接在绝缘拉杆结构(302)的另一端的操动机构(303)。

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