CN111834162A - 一种断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种断路器，具体设计断路器的灭弧系统的改进，包括触头系统，触头系统包括动触头和静触头，在所述动触头的周围设置有增磁组件，所述增磁组件合围形成大致包围住所述静触头和所述动触头的增磁空间。本发明通过设置增磁组件以及动触头和跑弧道的合理布置，提高了电弧的跑弧速度，从而提高灭弧效率，使电弧被灭弧栅片充分灭弧，同时可以让动触头在刚被斥开时，电弧就从动触头跳跃到跑弧道上，防止动触头被持续烧蚀，影响电气寿命。

Description

一种断路器

技术领域

本发明涉及一种断路器，更具体涉及断路器的灭弧系统的改进。

背景技术

断路器分断时，动触头和静触头之间的初始间距较小，而电场强度较高，在动、静触头之间就会产生电弧，电弧不熄灭，则电路无法完全断开，而且电弧的温度很高，高温电弧会烧坏设备，造成严重的事故。因此，对断路器分断时产生的电弧做快速有效的灭弧是断路器的重要功能之一。

采用灭弧栅片进行灭弧是目前的一种常规灭弧手段，通常是使电弧在磁场以及气体压力作用下，向灭弧栅片运动，电弧被灭弧栅片切割，使电弧电压上升，直到超过系统电源电压，电弧熄灭。但在现有技术中，存在有以下几个问题：

1.在灭弧过程中，电弧的一端一直在动触头上燃烧，触头在电弧作用下烧蚀严重，影响电气寿命；

2.电弧在灭弧过程中，难以进入全部栅片，影响灭弧性能；

3.动静触头打开初始阶段，电弧的跑弧较为缓慢，电弧只能被少量栅片切割，电弧电压难以在短时间内升高，限流能力有限。

发明内容

因此，针对上述问题，本发明提出一种结构优化的断路器。

本发明采用如下技术方案实现：

本发明提出一种断路器，包括触头系统，触头系统包括动触头和静触头，其特征在于：在所述动触头的周围设置有增磁组件，所述增磁组件合围形成大致包围住所述静触头和所述动触头的增磁空间。

其中，基于成本以及安装考虑，在一个实施例中，所述动触头和静触头的相对运动构建出用于实现导通或分断的运动轨迹，所述增磁组件包括设置在所述动触头所述运动轨迹外侧的两个相对设置的第一增磁块，以及分别设置在所述动触头运动轨迹两端的第二增磁块和第三增磁块。

其中，为实现包围静触头和动触头的增磁空间，在一个实施例中，所述第二增磁块上开有第一U型凹槽，两个相对设置的所述第一增磁块与所述第三增磁块相连形成第二U型凹槽，则所述第一U型凹槽和第二U型凹槽合围形成所述增磁空间。

其中，为提高灭弧效率，在一个实施例中，还包括灭弧系统，所述灭弧系统包括与所述动触头相对靠近所述第一跑弧道、与所述静触头相对靠近所述第二跑弧道、灭弧室、和设置在灭弧室内的灭弧栅片组，所述第一跑弧道与所述动触头等电位连接，所述第二跑弧道与所述静触头等电位连接，所述第一跑弧道接近设置在所述动触头的一侧。

其中，为提高电弧跑弧长度，拉伸电弧而进行充分灭弧，在一个实施例中，所述第一跑弧道和第二跑弧道大致沿所述灭弧室的布置方向延伸，并终止在所述灭弧室的两端。

其中，为提高灭弧效果，增加灭弧栅片的排布数量，在一个实施例中，所述灭弧栅片组由数个灭弧栅片弧形线性排列组成，所述灭弧栅片组的长度大致等于所述灭弧室的长度。

其中，为使动触头与第一跑弧道相对靠近，将电弧快速引至第一跑弧道，在一个实施例中，所述动触头相对靠近所述第一跑弧道的一端是大致朝所述第一跑弧道呈钩状延伸的结构。

其中，基于安装以及连接位置考虑，在一个实施例中，所述第一跑弧道包括线状延伸的基体部，所述基体部的第一端靠近所述动触头，所述基体部的第一端连接有一折弯延伸的衔接部，所述衔接部一端与所述动触头等电位连接，所述衔接部与所述基体部形成大致半封闭的安装空间，所述第二增磁块安装在所述安装空间中。

其中，为使动触头与第一跑弧道相对靠近，将电弧快速引至第一跑弧道，在一个实施例中，所述衔接部与所述动触头错位设置。

其中，基于安装以及连接位置考虑，在一个实施例中，所述第二跑弧道与所述静触头焊接，所述第二跑弧道与所述静触头形成大致半封闭的安装空间，所述第三增磁块安装在所述安装空间中。

其中，基于安装以及制造考虑，在一个实施例中，所述第三增磁块在宽度方向上的两端外露出所述安装空间，所述第一增磁块与所述第三增磁块在宽度方向上的两端接触相连，从而形成所述第二U型凹槽。

本发明具有以下有益效果：本发明灭弧系统的设计，一方面使灭弧室的长度和灭弧栅片的数量达到最大化，充分利用了断路器外壳长度尺寸，还通过设置增磁组件，提高了电弧的跑弧速度，从而提高灭弧效率，使电弧被灭弧栅片充分灭弧，同时可以让动触头在刚被斥开时，电弧就从动触头跳跃到跑弧道上，防止动触头被持续烧蚀，影响电气寿命。

附图说明

图1是实施例中断路器的立体图(角度一)；

图2是实施例中断路器的立体图(角度二)；

图3是实施例中断路器的结构爆炸图(角度一)；

图4是实施例中断路器的结构爆炸图(角度二)；

图5是实施例中断路器内部结构的示意图；

图6是实施例中断路器壳体的示意图；

图7是实施例中断路器动端子、静端子以及触头系统的布置示意图；

图8是实施例中触头系统的结构分解图；

图9是实施例中动触头与动端子通过软导线连接的示意图；

图10是实施例中断路器动端子、静端子以及触头系统的立体图；

图11是实施例中转盘的立体图；

图12是实施例中转盘与基座装配的示意图；

图13是实施例中静端子和动端子导通的示意图；

图14是实施例中静端子和动端子断开的示意图；

图15是实施例中灭弧系统的布置示意图；

图16是实施例中灭弧系统的结构爆炸图；

图17是实施例中第一跑弧道的立体图；

图18是实施例中第二跑弧道的立体图；

图19是实施例中第一跑弧道、第二跑弧道以及灭弧栅片组装配的示意图；

图20是实施例中第一跑弧道、第二跑弧道以及灭弧栅片组装配完成的示意图；

图21是实施例中第一增磁块的立体图；

图22是实施例中第二增磁块的立体图；

图23是实施例中增磁组件的布置示意图(其一)；

图24是实施例中增磁组件的布置示意图(其二)；

图25是实施例中增磁组件的布置示意图(其三)；

图26是实施例中增磁组件的布置示意图(其四)；

图27是实施例中增磁组件的布置示意图(其五)；

图28是实施例中电弧在第一跑弧阶段的示意图；

图29是实施例中电弧在第二跑弧阶段的示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

参阅图1-图5所示，作为本发明的优选实施例，提供一种断路器，包括壳体，安装在壳体上的操作机构2、触头系统3、锁扣机构4、脱扣器5以及灭弧系统6，在图5的图示画面中，触头系统3大致处于中间位置，脱扣器5和操作机构2设置在触头系统3的左上侧和右上侧，而灭弧系统6设置在触头系统3的下方，灭弧系统6的长度几乎与断路器壳体的最大长度相等，充分地利用了断路器壳体的长度空间，使灭弧栅片的排布数量最大化，灭弧能力更强。

参阅图1、图2和图6，断路器壳体包括基座1以及基板8，基座1包括两相接合的第一基座1＇和第二基座1",基座1由第一基座1＇和第二基座1"接合形成可容置触头系统3、脱扣器5以及灭弧系统6的大致密闭的内部空间，避免内部电弧产生的游离气体逸出，影响人身安全；基板8包括两相对设置的第一基板8＇和第二基板8"，第一基板8＇和第二基板8"分别固定在第一基座1＇和第二基座1"上。基座1以及基板8构成了本实施例中操作机构2、触头系统3、锁扣机构4、脱扣器5以及灭弧系统6的安装基体。

参阅图7，断路器具有分置两侧的静端子10和动端子11作为电连接端子，静端子10和动端子11通过触头系统3来控制二者间的导通和断开；该触头系统3通过旋转的方式实现分断，具体地，参阅图8和图10，触头系统3包括一大致呈“J”字型的动触头31，以及一中空的圆形转盘32，转盘32可转动地连接在基座1上，而动触头31可转动地连接在转盘32上。具体地，参阅图11和图13，本实施例中，转盘32在其中心位置具有圆形凸柱321，圆形凸柱321可以配合连接到第一基座1＇上的圆形安装孔1＇1上(安装孔1＇1的尺寸匹配凸柱321的尺寸,间隙配合)，从而实现转盘32和第一基座1＇之间的可转动连接，容易联想地，转盘32可以设置有两个圆形凸柱321分别与转盘32两侧的第一基座1＇和第二基座1"进行配合连接，以增加转盘32连接和运动的稳定性。另外，参阅图8、图9和图11，动端子11通过软导线12与动触头31电连接(焊接)，动触头31上具有通孔311，动触头31以其通孔311与转盘32上的安装孔322通过销连接，从而动触头31可转动连接在转盘32上。

参阅图13和图14，示出了静端子10和动端子11二者间导通(图13中，标示了一种可行的电流流向以便于理解)和断开(图14)的两种情况，静端子10上具有一静触头，静触头包括静触点101，动触头31上具有一动触点312，转盘32可由操作机构2驱动下或者在锁扣机构4的解扣运动下被带动旋转(具体作动机理请参阅下文)，从而带动动触头31相对靠近或者远离静端子10，动触头31靠近静端子10时，动触点312贴靠在静触点101上，则静端子10和动端子11间导通，动触头31远离静端子10时，则静端子10和动端子11间断开，图13和图14中触头系统3的状态，也就是断路器处于合闸和分闸下触头系统3的状态。

在静端子10和动端子11导通的状态下，动触头31受斥力作用与静触点101分离或转盘32带动动触头31逐渐运动使动触头31和静触点101分离，动触头31和静触点101之间的初始间距较小，而电场强度较高，在电子做连续碰撞游离的情况下，触头间就会产生电弧。对断路器分断时产生的电弧做快速有效的灭弧是断路器的重要功能之一，对此，本实施例设计了结构优化的灭弧系统6。

为方便进行说明描述，对位置方位进行以下界定：

定义图7的图示画面中的动端子11相对静端子10的位置为左侧，静端子10相对动端子11的的位置为右侧；

定义图6的图示画面中的第一基座1＇相对第二基座1"的位置为前方，第二基座1"相对第一基座1＇的位置为后方；

定义图7的图示画面中的动端子11和静端子10相对位于灭弧系统6的上方，灭弧系统6相对位于动端子11和静端子10的下方。

请参阅图15和图16，并配合参阅图5，定义动触头31相对静触头运动构建出用于实现导通或分断的运动轨迹，灭弧系统6大致涵盖了该运动轨迹(在其他实施例中也可以是至少部分涵盖)，该灭弧系统6包括第一跑弧道61、第二跑弧道62、灭弧栅片组63、第一增磁块64、第二增磁块65以及第三增磁块66，其中，第一跑弧道61和第二跑弧道62设置在动触头31的左右两侧，并分别与动端子11和静端子10电连接(图15和图16中的动端子11仅示出了与动触头31通过软导线12连接的一端端部)。参阅图17，第一跑弧道61大致是一折弯的片状结构，包括基体部611、电连接部613、衔接部612以及折弯部614，基体部611作为第一跑弧道61的主跑弧道，电连接部613位于基体部611上方，用于与动端子11进行电性连接，基体部611的右端相对靠近动触头31；衔接部612同时连接基体部611和电连接部613，衔接部612与基体部611大致呈V字型，从而使第一跑弧道61自身具有一V字型的可安装第二增磁块65的半封闭空间，衔接部612是与动触头31错位设置的，以免对动触头31的运动造成干涉；折弯部614作为第一跑弧道61的次跑弧道，电弧被不断拉长灭弧的过程中，先在基体部611上跑弧，如在基体部611未被完全灭弧，则会最终移动到折弯部614上达到硬件上最长的电弧长度，折弯部614上还具有透气孔610(参阅图19)，为灭弧系统6灭弧时进行透气散热，方便电弧燃烧产生的气体通过透气孔610快速排出。参阅图18，第二跑弧道62包括基体部621、电连接部622以及折弯部623，基体部621作为第二跑弧道62的主跑弧道，电连接部622是在基体部621一端弯折形成，用于与静端子10进行电性连接，折弯部623作为第二跑弧道62的次跑弧道，电弧被不断拉长灭弧的过程中，先在基体部621上跑弧，如在基体部621未被完全灭弧，则会最终移动到折弯部623上达到硬件上最长的电弧长度，折弯部623上还具有透气孔620，为灭弧系统6灭弧时进行透气散热，第二跑弧道62与静端子10之间形成可以安装第三增磁块66的半封闭空间。

再次参阅图15和图16，灭弧栅片组63设置在动触头31的下方，灭弧栅片组63由许多单个的灭弧栅片大致从左至右大致以下凸弧线状排列组成，灭弧栅片组63的排列长度约等于基座1在左右方向上的长度，充分地利用了基座1内部的长度空间，使灭弧栅片的布置数量最大化。

参阅图19和图20，为了方便安装灭弧栅片组63，可以在灭弧栅片组63前后设置夹板67，通过将灭弧栅片逐个安装在夹板67上(安装方式如卡接等)形成整体性的灭弧栅片组63。第一跑弧道61的折弯部614和第二跑弧道62的折弯部623分别位于灭弧栅片组63的左右两端，则第一跑弧道61、第二跑弧道62、夹板67以及位于灭弧栅片组63下方的断路器壳体形成大致密闭的灭弧空间，仅留下透气孔610、620对灭弧系统6进行透气散热，这样可以有效防止电弧窜弧到其他腔室中，烧毁电子元器件。图20中，还示出了位于灭弧栅片组63两端、处于折弯部614、623外侧的消游离过滤网13，通过消游离过滤网13来对带电的气体进行消游离，之后再排出，达到零飞弧的作用。

使灭弧室的长度和灭弧栅片的数量达到硬件上的最大化的同时，本实施例还设计了提高电弧跑弧速度，从而提高灭弧效率的增磁组件，包括第一增磁块64、第二增磁块65以及第三增磁块66。参阅图15、图16和图21，第一增磁块64在动触头31的前后两侧设置有相对的两个，第一增磁块64是一大致呈“Z”字型的块状结构，其上具有膨胀管结构641和J字型卡扣结构642以同基座1进行卡接装配固定(对应地，基座1上可开有安装孔和卡接槽，这是显而易见可以实现的)。参阅图15、图16和图22，第二增磁块65是一大致呈“U”字型的块状结构，第二增磁块65被安装在第一跑弧道61所具有的V字型半封闭空间内，为了贴合第一跑弧道61的形状，第二增磁块65还在其靠近第一跑弧道61的V字型圆角处做切削处理；第二增磁块65本身具有第一U型凹槽650，第一U型凹槽650可容置动触头31在其中运动。参阅图15和图16，第三增磁块66被安装在第二跑弧道62与静端子10之间，其形状匹配第二跑弧道62与静端子10围成的半封闭曲线。参阅图23-图27，第三增磁块66的宽度大于静端子10和第二跑弧道62的宽度，从而第三增磁块66在前后方向上具有外露出第二跑弧道62的部分，第三增磁块66在其外露的部分与第一增磁块64衔接；具体地，配合参阅图21和图23，第一增磁块64的一端部643贴靠在第三增磁块66外露的部分上，从而两个相对设置的第一增磁块64和第三增磁块66合围形成一U字型的半封闭空间，定义其为第二U型凹槽640，第二U型凹槽640与第二增磁块65的第一U型凹槽650又再次合围形成大致封闭的动触头31的运动区域(可参阅图25)。在动触头31分、合闸的运动行程中，其始终处于此运动区域内，显然地，可以合理设计第一U型凹槽650和第二U型凹槽640的形状尺寸来配合动触头31的运动行程。

作为增磁组件的第一增磁块64、第二增磁块65和第三增磁块66均是导磁体，用于增强在其合围区域(第一U型凹槽650和第二U型凹槽640)内流经的电流产生的磁场强度，以增大电弧所受的洛伦兹力来快速拉长电弧，具体原理如下：

Ⅰ.第一跑弧阶段：参阅图28，以一种可行的电流流向(电流由静端子10流向动端子11)来辅助说明，动触头31和静触头开始分离时，静触头上具有方向为X₁的电流，动触头31上具有方向为Y₁的电流，动触头31和静触头之间产生电弧200，电弧200的电流流向从静触头流向动触头31。根据右手螺旋定则，动触头31和静触头在彼此之间同时产生大致由前向后的磁场，又根据左手定则，处于动触头31和静触头之间的电弧200受到大致向下的安培力F₁，此时，由于动触头31和静触头处在增磁组件第一增磁块64和第三增磁块66合围成的第二U型凹槽640区域内，动触头31和静触头所产生的磁场被增强，电弧200受到的安培力F₁也得到了增强，电弧200在安培力F₁的作用下快速向下移动。

Ⅱ.第二跑弧阶段：在电弧200逐渐向下移动的过程中，由于第二跑弧道62和静端子10衔接，电弧200的右端由静触头逐渐运动到第二跑弧道62上；电弧200的左端一开始在动触头31上，一方面，第一跑弧道61和动触头31的电位相等，另一方面，本实施例通过设置第一U型凹槽650，使动触头31可以在靠近第一跑弧道61的右侧上方位置进行运动，并且，“J”字型的动触头31其钩状尖端处是朝向第一跑弧道61的设计，总体上使得动触头31与第一跑弧道61比较靠近，在动触头31和静触头开始分离时，电弧200左端就从动触头31跳跃到第一跑弧道61上，避免动触头31被电弧长时间烧蚀，提高了触头的电气性能。电弧200两端处在第一跑弧道61和第二跑弧道62后，参阅图29，此时，静触头上具有方向为X₂的电流，动触头31上具有方向为Y₂的电流，根据右手螺旋定则，动触头31和静触头在彼此之间同时产生大致由前向后的磁场，又根据左手定则，电弧200的左端受到大致向左的安培力F₂，电弧200的右端受到大致向右的安培力F₃，在安培力F₂、F₃作用下电弧200快速往两侧灭弧栅片运动，使各栅片能够充分切割电弧，同时电弧200被拉长，进一步限制电流升高，降低对电力系统冲击，使得电弧电压上升速度降低，缩短了电弧熄灭时间。

再次参阅图15和图16，可以看到，灭弧栅片组63在静触头下方的数个灭弧栅片的高度较高，其主要设计考虑是为了在电弧处在第一跑弧阶段就能对电弧进行灭弧处理。

本实施例中的整体布局并辅以灭弧系统6的设计，一方面使灭弧室的长度和灭弧栅片的数量达到最大化，充分利用了断路器外壳长度尺寸，还提高了电弧的跑弧速度，从而提高灭弧效率。

本实施例中使用了两个独立的第一增磁块64和第三增磁块66相连的方式来形成包围动触头31和静触头的凹槽结构，是便于增磁块的安装考虑，在其他实施例中，第一增磁块64和第三增磁块66也可以是一体成型为一块整体的凹槽结构。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种断路器，包括触头系统，触头系统包括动触头和静触头，其特征在于：在所述动触头的周围设置有增磁组件，所述增磁组件合围形成大致包围住所述静触头和所述动触头的增磁空间。

2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：所述动触头和静触头的相对运动构建出用于实现导通或分断的运动轨迹，所述增磁组件包括设置在所述动触头所述运动轨迹外侧的两个相对设置的第一增磁块，以及分别设置在所述动触头运动轨迹两端的第二增磁块和第三增磁块。

3.根据权利要求2所述的断路器，其特征在于：所述第二增磁块上开有第一U型凹槽，两个相对设置的所述第一增磁块与所述第三增磁块相连形成第二U型凹槽，则所述第一U型凹槽和第二U型凹槽合围形成所述增磁空间。

4.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：还包括与所述动触头相对靠近所述第一跑弧道、与所述静触头相对靠近所述第二跑弧道、灭弧室、和设置在灭弧室内的灭弧栅片组，所述第一跑弧道与所述动触头等电位连接，所述第二跑弧道与所述静触头等电位连接，所述第一跑弧道接近设置在所述动触头的一侧。

5.根据权利要求4所述的断路器，其特征在于：所述第一跑弧道和第二跑弧道大致沿所述灭弧室的布置方向延伸，并终止在所述灭弧室的两端。

6.根据权利要求4所述的断路器，其特征在于：所述灭弧栅片组由数个灭弧栅片弧形线性排列组成，所述灭弧栅片组的长度大致等于所述灭弧室的长度。

7.根据权利要求4所述的断路器，其特征在于：所述动触头相对靠近所述第一跑弧道的一端是大致朝所述第一跑弧道呈钩状延伸的结构。

8.根据权利要求2或3所述的断路器，其特征在于：还包括与所述动触头相对靠近所述第一跑弧道、与所述静触头相对靠近所述第二跑弧道、灭弧室、和设置在灭弧室内的灭弧栅片组，所述第一跑弧道与所述动触头等电位连接，所述第二跑弧道与所述静触头等电位连接，所述第一跑弧道接近设置在所述动触头的一侧。

9.根据权利要求8所述的断路器，其特征在于：所述第一跑弧道包括线状延伸的基体部，所述基体部的第一端靠近所述动触头，所述基体部的第一端连接有一折弯延伸的衔接部，所述衔接部一端与所述动触头等电位连接，所述衔接部与所述基体部形成大致半封闭的安装空间，所述第二增磁块安装在所述安装空间中。

10.根据权利要求10所述的断路器，其特征在于：所述衔接部与所述动触头错位设置。

11.根据权利要求8所述的断路器，其特征在于：所述第二跑弧道与所述静触头焊接，所述第二跑弧道与所述静触头形成大致半封闭的安装空间，所述第三增磁块安装在所述安装空间中。

12.根据权利要求11所述的断路器，其特征在于：所述第三增磁块在宽度方向上的两端外露出所述安装空间，所述第一增磁块与所述第三增磁块在宽度方向上的两端接触相连，从而形成所述第二U型凹槽。

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