CN111430179B - 一种具有分离式斥力机构的断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电气设备技术领域，尤其涉及一种具有分离式斥力机构的断路器，断路器包括斥力机构、永磁机构、真空灭弧室，斥力机构包括：一斥力盘，斥力盘的中心开设有一第一通孔；一拉杆，拉杆的底部穿过第一通孔并与动触头连接，且拉杆的顶部的尺寸大于第一通孔的尺寸，以使拉杆的顶部卡于斥力盘的上表面，拉杆用于带动动触头上下移动，以实现断路器的合闸动作和分闸动作；一限位板，设置于斥力盘与永磁机构之间，限位板的中心开设有一第二通孔，第二通孔的尺寸小于斥力盘的尺寸且大于拉杆的顶部的尺寸。有益效果：在断路器分闸过程中，斥力盘在带动拉杆移动一段行程后，因受限位板的限制而与拉杆分离，从而提高断路器的分闸速度。

Description

一种具有分离式斥力机构的断路器

技术领域

本发明涉及电气设备技术领域，尤其涉及一种具有分离式斥力机构的断路器。

背景技术

断路器是电力系统必不可少的保护设备，能够在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流，以保护电网及回路上电气设备免受损坏。传统断路器的操作机构一般为多连杆传动方式的永磁机构或者弹簧动机构，受到结构的限制，它们固有分闸时间一般在20ms左右，而从断路器的快速性的角度说，整个切换过程的时间能满足在10ms以内的断路器才是具有竞争力的产品。

在现有技术中，断路器中通常采用电磁斥力机构实现快速分闸、合闸等操作。在快速分闸或合闸时，斥力电容对斥力线圈瞬时放电以激发斥力线圈产生电磁场，电磁场对斥力盘产生较大的瞬时冲击力以驱使斥力机构带动真空灭弧室的动触头向上移动，并配合永磁机构或锁扣机构将其固定，以使动触头与真空灭弧室的静触头分离，以达到快速分闸的目的。但现有的断路器中，斥力机构的斥力盘和拉杆是一体的，而斥力盘的重量较大，根据动量定理Ft＝mv，斥力盘会影响斥力机构的整体运动速度，使得移动相同的行程时耗时更多，从而使得分闸、合闸时间较长。

因此，为了进一步提高断路器的动作速度，本发明提供一种具有分离式斥力机构的断路器，在断路器分闸过程中，斥力盘在带动拉杆移动一段行程后，因受限位板的限制而与拉杆分离，避免因斥力盘重量较大影响斥力机构的整体运动速度，从而提高断路器的分闸速度。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种具有分离式斥力机构的断路器。

具体技术方案如下：

本发明包括一种具有分离式斥力机构的断路器，所述断路器包括一斥力机构，所述斥力机构的上方设有一永磁机构，所述斥力机构的下方设有一真空灭弧室，所述真空灭弧室包括一对对应设置的一动触头和一静触头；所述斥力机构包括：

一斥力盘，所述斥力盘的中心开设有一第一通孔；

一拉杆，所述拉杆的底部穿过所述第一通孔并与所述动触头连接，且所述拉杆的顶部的尺寸大于所述第一通孔的尺寸，以使所述拉杆的顶部卡于所述斥力盘的上表面，所述拉杆用于带动所述动触头上下移动，以实现所述断路器的合闸动作和分闸动作；

一限位板，设置于所述斥力盘与所述永磁机构之间，所述限位板的中心开设有一第二通孔，所述第二通孔的尺寸小于所述斥力盘的尺寸且大于所述拉杆的顶部的尺寸。

优选的，所述斥力机构还包括一绝缘子，连接于所述拉杆的底部和所述动触头之间。

优选的，所述斥力机构还包括：

一上支撑板，设置于所述斥力盘的下方，用于支撑所述斥力盘，所述上支撑板的上表面对应所述斥力盘的位置开设有一凹槽，所述上支撑板的中心具有一第三通孔，所述第三通孔与所述第一通孔对应设置；

一斥力线圈，嵌设于所述凹槽内，并与所述上支撑板的表面齐平，所述斥力线圈与一斥力电容电连接；

一压缩弹簧，套设于所述拉杆上，所述压缩弹簧的一端与所述上支撑板的下表面接触，且另一端卡于所述绝缘子的上表面；

一连接部件，所述连接部件的一端设置于所述上支撑板的下表面，另一端设置于所述绝缘子与所述动触头之间。

优选的，所述连接部件为柔性金属材料。

优选的，所述真空灭弧室还包括：

一下支撑板，所述静触头的底部固定于所述下支撑板上；

一进线母排，设置于所述静触头和所述下支撑板之间。

优选的，所述永磁机构包括：

一顶板；

一永磁体，所述永磁体的顶部固定于所述顶板的下表面；

一铁芯，所述铁芯连接于所述永磁体的底部；

一分闸线圈和一合闸线圈，均套设于所述铁芯上，分别用于给所述铁芯提供斥力和吸力。

优选的，所述永磁机构还包括：

一第四通孔，设置于所述顶板的中心；

一第五通孔，设置于所述永磁体的中心；

一螺纹槽，设置于所述铁芯的中心；

一螺钉，所述螺钉的螺杆穿过所述第四通孔、所述第五通孔固定于所述螺纹槽内，以将所述永磁体和所述铁芯相连接。

优选的，所述顶板为绝缘体。

优选的，所述连接部件连接所述动触头的一端的截面积为360mm²。

优选的，所述动触头为一圆柱体，所述静触头具有与所述圆柱体的尺寸适配的内腔，当所述断路器处于合闸状态时，所述动触头的底部接触所述内腔的底部。

本发明技术方案的有益效果在于：本发明提供一种具有分离式斥力机构的断路器，在断路器分闸过程中，斥力盘在带动拉杆移动一段行程后，因受限位板的限制而与拉杆分离，避免因斥力盘重量较大影响斥力机构的整体运动速度，从而提高断路器的分闸、合闸速度；在连接部件和拉杆之间装有绝缘子，确保了断路器的安全性能。

附图说明

参考所附附图，以更加充分地描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明实施例中断路器的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中断路器的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括一种具有分离式斥力机构的断路器，如图1和图2所示，断路器包括一斥力机构，斥力机构的上方设有一永磁机构，斥力机构的下方设有一真空灭弧室，真空灭弧室包括一对对应设置的一动触头和一静触头；斥力机构包括：

一斥力盘1，斥力盘1的中心开设有一第一通孔；

一拉杆2，拉杆2的底部穿过第一通孔并与动触头4连接，且拉杆2的顶部的尺寸大于第一通孔的尺寸，以使拉杆2的顶部卡于斥力盘1的上表面，拉杆2用于带动动触头4上下移动，以实现断路器的合闸动作和分闸动作；

一限位板3，设置于斥力盘1与永磁机构之间，限位板3的中心开设有一第二通孔，第二通孔的尺寸小于斥力盘1的尺寸且大于拉杆2的顶部的尺寸。

具体地，在本实施例中，拉杆2为T字型，由于拉杆2顶部的尺寸大于第一通孔的尺寸，拉杆2的顶部可卡在斥力盘1的上表面，当斥力盘1受到电磁力的作用向上移动时，会同时带动拉杆2向上移动，因此，拉杆2带动动触头4向上移动，当拉杆2接近永磁机构时，永磁机构产生的电磁吸力大于拉杆2自身的重力，以使动触头4和静触头5分离，拉杆2因电磁力被吸附在永磁机构的下表面，以保持动触头4和静触头5的分闸状态，从而达到分闸的目的。

进一步地，本实施例中，在斥力盘1和永磁机构之间设置了限位板3，限位板3的中心设有第二通孔，第二通孔的尺寸大于拉杆2的尺寸，可使拉杆2穿过；同时，第二通孔的尺寸小于斥力盘1的尺寸，用于阻止斥力盘1继续向永磁机构运动，也就是说，斥力盘1和拉杆2在移动到限位板时分离，斥力盘1不再跟随拉杆2一起移动，减轻了斥力机构的整体重量，通过该分离式的斥力机构，提升了斥力机构的整体移动速度，使得断路器分闸的时间更短，从而达到快速分闸的目的。限位板3不仅具有支撑作用，还起到绝缘作用，进一步也提高了断路器的安全性。

在一种较优的实施例中，如图1和图2所示，斥力机构还包括：

上支撑板6，设置于斥力盘1的下方，用于支撑斥力盘1，上支撑板6的上表面对应斥力盘1的位置开设有一凹槽，上支撑板6的中心具有一第三通孔，第三通孔与第一通孔对应设置；

斥力线圈7，嵌设于上支撑板6的凹槽内，并与上支撑板6的表面齐平，斥力线圈7与一斥力电容电连接；

绝缘子8，连接于拉杆2的底部和动触头4之间；

压缩弹簧9，套设于拉杆2上，压缩弹簧9的一端与上支撑板6的下表面接触，且另一端卡于绝缘子8的上表面；

连接部件10，连接部件10的一端设置于上支撑板6的下表面，另一端设置于绝缘子8与动触头4之间。

具体地，如图2所示，斥力盘1、拉杆2、斥力线圈7同轴心。上支撑板6的上表面设有圆环形的凹槽，凹槽用于放置斥力线圈7，圆环型的斥力线圈7浇筑在凹槽内；斥力盘1对应设置在斥力线圈7上方，斥力线圈7通过引线外接斥力电容，拉杆2的底部穿过斥力盘1和上支撑板6与绝缘子8的顶部连接，绝缘子8的底部与连接部件10连接；拉杆2上套设有压缩弹簧9，压缩弹簧9的一端顶住上支撑板6的下表面，另一端抵在绝缘子8的上表面，其目的在于机构不动作动静触头处于合闸通电状态时，压缩弹簧9能给动触头4向静触头5方向施加一定的压力，保证电接触良好通电安全可靠；连接部件10为Z字型结构，连接部件10的顶端抵住上支撑板6的下表面，连接部件10的底端接触动触头4，连接部件10起到通电导通电流作用，电流经过静触头5、动触头4之后从连接部件10流出，连接部件10的底端与动触头4导电部分有良好电接触，且能随动触头4动作而动作，需要说明的是，其顶端找到合适的位置固定住即可，并非必须固定于上支撑板6，还可以固定于下支撑板16上。斥力线圈7采用截面积为2mm²的漆包线，包括上下两层，每层12匝线圈，共24匝线圈紧密缠绕。斥力线圈外接300μF的斥力电容，预充电压1400V。

本发明将斥力盘1与拉杆2设计为分离式结构，并配合限位板3的设计，使得斥力机构的运动分为两个阶段：(1)在第一阶段时，斥力电容对斥力线圈7放电，使得斥力盘1上激发产生磁场，由于电磁斥力的作用，斥力盘1带动其上方的拉杆2，拉杆2带动与其紧密连接的绝缘子8、连接部件10以及动触头4等部件向上运动，绝缘子8和上支撑板6之间的压缩弹簧9被进一步压缩；(2)当斥力盘1和拉杆2运动到一定行程后，作为脉冲力作用的电磁斥力已经很小，斥力盘1等运动部件靠惯性向上运动，在特定的设计行程处设置限位板3，斥力盘1撞击到限位板3后停止运动，而拉杆2继续带着绝缘子8和动触头4向上运动，直到拉杆2的顶部接近永磁机构达到某个极限位置时，永磁机构产生的电磁吸力大于拉杆2自身的重力，从而吸附拉杆2，以达到保持分闸状态的目的。需要说明的是，永磁机构的主要作用是保持断路器的分闸状态，也可以使用锁扣机构代替永磁机构，本发明主要旨在改变斥力机构的结构，以使断路器的分闸过程更快。上支撑板6起到支撑、绝缘作用，进一步也提高了断路器的安全性。

需要说明的是，上支撑板6与限位板3之间的距离、上支撑板6与永磁机构的距离均根据实际需要而定。其中，上支撑板6和限位板3之间的距离与电磁斥力的出力有关，动触头4和静触头5分离时，作为脉冲力作用的瞬时电磁斥力已经很小，斥力盘1、拉杆2等运动部件依靠惯性继续向上运动，也就是说斥力盘1能提供给拉杆2的力很小，此时，分离斥力盘1能减轻斥力机构的整体质量。上支撑板6至永磁机构底部的距离与动触头4的额定总行程及永磁体的吸力大小相匹配。

作为优选的实施方式，如图1所示，永磁机构包括：

一顶板11；

一永磁体12，永磁体12的顶部固定于顶板11的下表面；

一铁芯13，铁芯13连接于永磁体12的底部；

一分闸线圈14和一合闸线圈15，均套设于铁芯13上，分别用于给铁芯13提供斥力和吸力。

具体地，在本实施例中，在给斥力线圈7通电的同时给永磁机构的分闸线圈14通电，在永磁体12、分闸线圈14及铁芯13的共同作用下，随着拉杆2的顶部离铁芯13的距离越来越小，永磁机构对拉杆2的吸力越来越大，最终，拉杆2的顶部被电磁力吸附在铁芯13的下表面，使得动触头与静触头拉开距离，从而真空灭弧室完成分闸动作。分闸线圈14和合闸线圈15均为100匝的漆包线，外接电容1mF，预充电压220V。需要说明的是，斥力线圈7和分闸线圈14同时通电的控制策略仅为本发明的优选实施方式，并不作为本发明的限定。斥力线圈7和分闸线圈14也可以不同时通电，可以先给斥力线圈7通电，在很短的时间间隔后再给永磁机构的分闸线圈14通电。线圈的控制策略与斥力线圈、斥力盘、永磁线圈、永磁体、外接电容参数等相关。

具体地，由于通流电流较大，连接部件10连接动触头4的一端的截面积约为360mm²，在进线母排17和连接部件10的两端接上电位信号，通过电位的变化判断动静触头分离的状态。连接部件10的质量约为0.18kg，动触头4、拉杆2、压缩弹簧9等部件的总质量为0.25kg，斥力盘1的质量为0.3kg，斥力盘1的质量约占总质量的48％，因此，在分闸过程中，让斥力盘1与拉杆2分离，能够有效地提升分闸速度。

具体地，在合闸时，仅需给永磁机构的合闸线圈15通电，合闸线圈15通电后在铁芯13上产生斥力，抵消永磁体12和铁芯13对拉杆2的吸力，在压缩弹簧9的复原力及斥力机构自身重力的作用下，拉杆2、绝缘子8、连接部件10、动触头4向下运动，动触头4再次与静触头5接触，从而完成合闸动作。

作为优选的实施方式，永磁机构还包括：

一第四通孔，设置于顶板11的中心；

一第五通孔，设置于永磁体12的中心；

一螺纹槽，设置于铁芯13的中心；

一螺钉(图中未显示出)，螺钉的螺杆穿过第四通孔、第五通孔固定于螺纹槽内，以将永磁体12和铁芯13相连接。

具体地，本实施例中，通过螺纹结构将顶板11、永磁体12以及铁芯13固定为一个整体，永磁体12和铁芯13的周向套设一分闸线圈轴和一合闸线圈轴，并且分闸线圈轴和合闸线圈通过螺丝固定在顶板11上，轴分闸线圈轴用于缠绕分闸线圈14，合闸线圈轴用于缠绕合闸线圈15。顶板11采用绝缘材质，不仅具有支撑作用，还起到绝缘作用，提供了断路器的安全性。

在一种较优的实施例中，连接部件10为柔性金属材料。

具体地，斥力盘1通过连接部件10与出线母排相接，连接部件10采用材质较软的铜材料制作。本实施例在连接部件10和拉杆2之间装有绝缘子8，确保了斥力机构、永磁机构、真空灭弧室之间的电气隔离，确保了斥力机构在执行过程中的电气安全。

在一种较优的实施例中，真空灭弧室还包括：

一下支撑板16，静触头5的底部固定于下支撑板16上；

一进线母排17，设置于静触头5和下支撑板16之间。

具体地，本实施实例采用的真空灭弧室的型号为ZKTJ630/1.14，额定电流为630A，触头开距2～3mm，动触头4的质量≤0.3kg，触头自闭力50±30N。上支撑板6和下支撑板16均采用具有绝缘作用的环氧板，起到支撑和绝缘的作用，提升断路器的安全性能。动触头4为一圆柱体，静触头5具有与圆柱体的尺寸适配的内腔，当断路器处于分闸状态时，动触头4离开静触头5的内腔，当永磁机构的合闸线圈通电后，动触头4又重新回到内腔的底部，从而达到合闸状态。

在对现有技术中的断路器和本发明的断路器进行实验后得出以下结论：现有技术中采用一体式斥力机构的断路器分闸用时110μs，而本发明采用了分离式斥力机构的断路器，分闸时间为85μs，分闸时间从110μs减少到85μs，减少了22.7％，显著地提高了分闸速度，对切断短路电流具有重要意义。

本发明技术方案的有益效果在于：本发明提供一种具有分离式斥力机构的断路器，在断路器分闸过程中，斥力盘在带动拉杆移动一段行程后，因受限位板的限制而与拉杆分离，避免因斥力盘重量较大影响斥力机构的整体运动速度，从而提高断路器的分闸速度；在连接部件和拉杆之间装有绝缘子，确保了断路器的安全性能。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有分离式斥力机构的断路器，其特征在于所述断路器包括一斥力机构，所述斥力机构的上方设有一永磁机构，所述斥力机构的下方设有一真空灭弧室，所述真空灭弧室包括一对对应设置的一动触头和一静触头；所述斥力机构包括：

一斥力盘，所述斥力盘的中心开设有一第一通孔；

一拉杆，所述拉杆的底部穿过所述第一通孔并与所述动触头连接，且所述拉杆的顶部的尺寸大于所述第一通孔的尺寸，以使所述拉杆的顶部卡于所述斥力盘的上表面，所述拉杆用于带动所述动触头上下移动，以实现所述断路器的合闸动作和分闸动作；

一限位板，设置于所述斥力盘与所述永磁机构之间，所述限位板的中心开设有一第二通孔，所述第二通孔的尺寸小于所述斥力盘的尺寸且大于所述拉杆的顶部的尺寸；

所述斥力机构还包括一绝缘子，连接于所述拉杆的底部和所述动触头之间；

所述斥力机构还包括：

一上支撑板，设置于所述斥力盘的下方，用于支撑所述斥力盘，所述上支撑板的上表面对应所述斥力盘的位置开设有一凹槽，所述上支撑板的中心具有一第三通孔，所述第三通孔与所述第一通孔对应设置；

一斥力线圈，嵌设于所述凹槽内，并与所述上支撑板的表面齐平，所述斥力线圈与一斥力电容电连接；

一压缩弹簧，套设于所述拉杆上，所述压缩弹簧的一端与所述上支撑板的下表面接触，且另一端卡于所述绝缘子的上表面；

一连接部件，所述连接部件的一端设置于所述上支撑板的下表面，另一端设置于所述绝缘子与所述动触头之间。

2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述连接部件为柔性金属材料。

3.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述真空灭弧室还包括：

一下支撑板，所述静触头的底部固定于所述下支撑板上；

一进线母排，设置于所述静触头和所述下支撑板之间。

4.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述永磁机构包括：

一顶板；

一永磁体，所述永磁体的顶部固定于所述顶板的下表面；

一铁芯，所述铁芯连接于所述永磁体的底部；

一分闸线圈和一合闸线圈，均套设于所述铁芯上，分别用于给所述铁芯提供斥力和吸力。

5.根据权利要求4所述的断路器，其特征在于，所述永磁机构还包括：

一第四通孔，设置于所述顶板的中心；

一第五通孔，设置于所述永磁体的中心；

一螺纹槽，设置于所述铁芯的中心；

一螺钉，所述螺钉的螺杆穿过所述第四通孔、所述第五通孔固定于所述螺纹槽内，以将所述永磁体和所述铁芯相连接。

6.根据权利要求4所述的断路器，其特征在于，所述顶板为绝缘体。

7.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述连接部件连接所述动触头的一端的截面积为360mm²。

8.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述动触头为一圆柱体，所述静触头具有与所述圆柱体的尺寸适配的内腔，当所述断路器处于合闸状态时，所述动触头的底部接触所述内腔的底部。

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