CN112017882B - 一种瞬时开断器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瞬时开断器，包括下壳体，下壳体上开设有容纳槽，容纳槽内容纳有格栅部，格栅部上沿第一方向形成灭弧窄缝，并沿第二方向形成格栅窄缝，格栅部侧壁与容纳槽内壁之间形成泄压通道，格栅部底部与容纳槽底部之间形成泄压腔体，泄压通道与泄压腔体连通，各格栅窄缝的第一端均与灭弧窄缝连通，且第二端均与泄压通道连通；导电部，设置于下壳体上，其中部具有易断金属片，易断金属片与灭弧窄缝相对应；上壳体，扣盖在导电部上，上壳体内从上到下依次设有气体发生装置和活塞撞针，活塞撞针与易断金属片相对应，气体发生装置能够推动活塞撞针切断易断金属片并插入灭弧窄缝内。该开断器通过窄缝配合格栅的方式进行灭弧，提高了灭弧效果。

Description

一种瞬时开断器

技术领域

本发明涉及电力控制和电动汽车领域，尤其涉及一种利用窄缝配合格栅共同进行灭弧的瞬时开断器。

背景技术

电动汽车发生内部线缆短路或者撞车事故时，需要迅速切断线路以避免电池包起火和人员触电；数据中心电源在某一分支发生短路时，需要在ms级时间内将该分支切除以避免整个网络崩溃；凡是采用电力电子器件实现电能转换的场合，采用瞬时开断器能够最大程度避免电力电子器件的损坏。

瞬时开断器从工作原理上分为两大部分：一、采用气体发生装置撞断主导电体，主导电体断开后会产生电弧；二、设法将主导电体上的电弧熄灭。目前市场上已经存在的产品和方案中，第一部分的原理基本是一致的，主要的区别在第二部分。

常见的开断器中，多采用主导电体上并联灭弧熔体的方式，当主导电体被撞断后，电流转移到灭弧熔体上，使得灭弧熔体被熔断，从而由灭弧熔体实现灭弧。然而，这种方式的不足之处在于：（1）灭弧熔体始终并联在主导电体上，正常工作时会分担部分电流，可能导致灭弧熔体提前老化失效；（2）在线路电流为零或者很小的情况下切断时，灭弧熔体无法熔断而保持电气连接，存在人员触电的安全隐患。

发明内容

本发明提供一种瞬时开断器，以提高瞬时开断器的灭弧效果。

为了实现上述技术目的，本发明采用下述技术方案：

本发明技术方案的提供一种瞬时开断器，包括：

下壳体，所述下壳体上开设有容纳槽，所述容纳槽内容纳有格栅部，所述格栅部上沿第一方向形成有灭弧窄缝，且所述格栅部上沿第二方向形成有格栅窄缝，所述格栅部的侧壁与所述容纳槽的内壁之间形成有泄压通道，所述格栅部的底部与所述容纳槽的底部之间形成有泄压腔体，所述泄压通道与所述泄压腔体相连通，各所述格栅窄缝的第一端均与所述灭弧窄缝相连通，且各所述格栅窄缝的第二端均与所述泄压通道相连通；

导电部，设置于所述下壳体上，所述导电部的中部具有易断金属片，所述易断金属片与所述灭弧窄缝相对应；

上壳体，扣盖在所述导电部上并与所述下壳体可拆卸地连接，以配合所述下壳体共同夹紧所述导电部，所述上壳体上沿所述第一方向开设有活塞通道，所述活塞通道内从上到下依次设有气体发生装置和活塞撞针，所述活塞撞针与所述易断金属片相对应，所述气体发生装置能够与外部检测电路电连接，用于接收信号并产生高压气体，以推动所述活塞撞针切断所述易断金属片并插入所述灭弧窄缝内。

优选的，所述格栅部包括底部隔板和多个格栅层，所述底部隔板容置在所述容纳槽内，且所述底部隔板与所述容纳槽的底部之间形成所述泄压腔体，所述多个格栅层沿所述第一方向依次排列在所述底部隔板上，所述格栅层的中部沿所述第一方向开设有灭弧开口部，所述灭弧开口部的两侧分别沿所述第二方向开设有格栅开口部，以使所述多个格栅层共同形成所述灭弧窄缝和格栅窄缝。

优选的，所述格栅层包括金属层和绝缘层，所述金属层包括两个相对设置的U型钢片，所述两个U型钢片共同形成所述灭弧开口部，且所述两个U型钢片间隔设置，以使得所述两个U型钢片之间形成所述格栅开口部；所述绝缘层包括两个绝缘片，所述两个绝缘片设置在所述两个U型钢片的下方，且所述两个U型钢片和所述两个绝缘片按照“十”字形交叉叠加，所述两个U型钢片能够在电流的作用下产生磁力，以导引电弧进入所述格栅窄缝内。

优选的，所述活塞撞针包括活塞头和撞针；所述活塞头与所述气体发生装置相接触，所述撞针设置在所述活塞头上远所述气体发生装置的一侧，所述活塞通道的内壁上沿所述第一方向开设有导向槽，所述撞针的侧壁位于所述导向槽内，以使所述活塞头能够推动所述撞针沿所述导向槽移动。

优选的，所述撞针包括切断部和翼缘部，所述切断部设置在所述活塞头上远所述气体发生装置的一侧，所述翼缘部设置在所述切断部的两侧，以使所述切断部与所述翼缘部共同形成“工”字形形状；

所述灭弧窄缝具有灭弧通道和翼缘通道，所述翼缘通道设置在所述灭弧通道的两侧，以使所述灭弧窄缝形成“工”字形形状，所述气体发生装置能够推动所述活塞头沿所述活塞通道移动，以带动所述切断部切断所述易断金属片并插入所述灭弧通道内，并带动所述翼缘部插入所述翼缘通道内。

优选的，所述活塞头上开设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有密封环，用于封堵所述活塞头外壁与所述活塞通道内壁之间的缝隙。

优选的，还包括顶盖，所述顶盖盖设在所述上壳体上，并与所述上壳体可拆卸地连接。

优选的，所述上壳体、下壳体和活塞撞针均由绝缘材料制成。

优选的，所述易断金属片上开设有多个通孔。

优选的，所述导电部包括第一导电端子和第二导电端子，所述易断金属片的第一端与所述第一导电端子焊接固定，所述易断金属片的第二端与所述第二导电端子焊接固定。

本发明与现有技术相比，有益效果如下：

本发明技术方案提供的瞬时开断器，正常工作时，电流通过导电部，当需要切断线路时，气体发生装置产生高压气体，推动活塞撞针向下切断易断金属片并插入格栅部的灭弧窄缝内，电弧在窄缝中被拉长并且被格栅部的内壁冷却，并被格栅部切割成多个短弧，同时，格栅部的内壁和撞针前段在电弧烧蚀下产生气体，以使电弧能够在高压气体的推动下向两侧的格栅窄缝内运动，以通过灭弧窄缝和格栅窄缝的共同作用加快电弧的熄灭，并且在灭弧完成后高温高压的气体能够通过两侧的泄压通道进入到下壳体的泄压腔体内，以加快介质强度的恢复，从而提高了整体的灭弧效果。

本方案具有以下优点：

1、不需要并联灭弧熔断器，不存在并联熔丝老化的问题；

2、可以实现从零电流到短路电流的可靠分断；

3、结构简单，体积小巧，密封性较好，适用于各种环境条件；

4、分断后绝缘电阻较高；

5、增加了格栅窄缝作为灭弧手段，可以吸收更多的电弧能量，从而分断更大的短路电流；

6、格栅窄缝能够加速电弧的熄灭，降低内腔的压强，从而降低外壳破裂的风险，提高了安全性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种瞬时开断器的整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种瞬时开断器的爆炸图；

图3是本发明实施例提供的一种瞬时开断器的内部剖视图；

图4是格栅部的分解结构示意图；

图5是格栅层的分解结构示意图；

图6是活塞撞针的结构示意图；

图7是上壳体的结构示意图。

在附图中，各附图标记表示：

1、下壳体；11、容纳槽；12、泄压通道；13、泄压腔体；2、导电部；21、易断金属片；22、第一导电端子；23、第二导电端子；211、通孔；3、上壳体；31、活塞通道；311、导向槽；4、格栅部；41、灭弧窄缝；42、格栅窄缝；43、底部隔板；44、格栅层；411、灭弧通道；412、翼缘通道；441、灭弧开口部；442、格栅开口部；443、U型钢片；444、绝缘片；4431、第一开口；4432、第二开口；5、气体发生装置；6、活塞撞针；61、活塞头；62、撞针；611、容纳槽；612、环形凹槽；621、切断部；622、翼缘部；7、顶盖。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动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。

请参照图1和图2所示，为本发明实施例提供的一种瞬时开断器，其包括：下壳体1、导电部2、上壳体3、格栅部4、气体发生装置5和活塞撞针6。

下壳体1上开设有容纳槽11，容纳槽11内容纳有格栅部4，格栅部4上沿第一方向形成有灭弧窄缝41，且格栅部4上沿第二方向形成有格栅窄缝42，格栅部4的侧壁与容纳槽11的内壁之间形成有泄压通道12，格栅部4的底部与容纳槽11的底部之间形成有泄压腔体13，泄压通道12与泄压腔体13相连通，各格栅窄缝42的第一端均与灭弧窄缝41相连通，且各格栅窄缝42的第二端均与泄压通道12相连通；导电部2设置于下壳体1上，导电部2的中部具有易断金属片21，易断金属片21与灭弧窄缝41相对应；上壳体3扣盖在导电部2上并与下壳体1可拆卸地连接，以配合下壳体1共同夹紧导电部2，上壳体3上沿第一方向开设有活塞通道31，活塞通道31内从上到下依次设有气体发生装置5和活塞撞针6，活塞撞针6与易断金属片21相对应，气体发生装置5能够与外部检测电路电连接，用于接收信号并产生高压气体，以推动活塞撞针6切断易断金属片21并插入灭弧窄缝41内。

参照图1、图2和图3所示，本实施例中，正常工作时，电流通过导电部2，当需要切断线路时，气体发生装置5产生高压气体，推动活塞撞针6向下切断易断金属片21并插入格栅部4的灭弧窄缝41内，电弧在灭弧窄缝41中被拉长并且被格栅部4的内壁冷却，并被格栅部4切割成多个短弧，同时，格栅部的内壁和撞针前段在电弧烧蚀下产生气体，以使电弧能够在高压气体的推动下向两侧的格栅窄缝42内运动，以通过灭弧窄缝41和格栅窄缝42的共同作用加快电弧的熄灭，并且在灭弧完成后高温高压的气体能够通过两侧的泄压通道12进入到下壳体1的泄压腔体13内，以加快介质强度的恢复，从而提高了整体的灭弧效果。

由此，利用该瞬时开断器进行灭弧时能够具有以下优点：1、不需要并联灭弧熔断器，不存在并联熔丝老化的问题；2、可以实现从零电流到短路电流的可靠分断；3、结构简单，体积小巧，密封性较好，适用于各种环境条件；4、分断后绝缘电阻较高；5、增加了格栅窄缝作为灭弧手段，可以吸收更多的电弧能量，从而分断更大的短路电流；6、格栅窄缝能够加速电弧的熄灭，降低内腔的压强，从而降低外壳破裂的风险，提高安全性。

在上述实施例中，优选的，导电部2包括第一导电端子22和第二导电端子23，易断金属片21的第一端与第一导电端子22焊接固定，易断金属片21的第二端与第二导电端子23焊接固定。由此，可将第一导电端子22和第二导电端子23设置为强度较大的导电金属板，从而便于与其他部件进行结构连接，以提高连接强度，同时，易断金属片21可采用强度较小的金属薄片制成，一般为银片或铜片，或在易断金属片21上开设有多个通孔211以降低易断金属片21的结构强度，从而便于将易断金属片21切断。

在上述实施例中，优选的，上壳体3、下壳体1和活塞撞针6均由绝缘材料制成，从而能够在灭弧过程中避免漏电，有利于提高灭弧的安全性。上壳体3与下壳体1之间可通过螺栓连接，从而使得上壳体3与下壳体1可拆卸，当利用上壳体3与下壳体1将导电部2压紧固定后，可通过胶状物将上壳体3、下壳体1以及导电部2之间的缝隙封堵，以提高产品的密封性。其中，优选的，绝缘材料主要成分通常为POM（polyformaldehyde，聚甲醛），PA66（polyamide66，尼龙66），PBT（Polybutylene terephthalate，聚对苯二甲酸四次甲基酯）等，为增加强度通常会加入一定比例的玻纤。

参照图4所示，在上述实施例中，优选的，格栅部4包括底部隔板43和多个格栅层44，参照图2和图3所示，底部隔板43容置在容纳槽11内，且底部隔板43与容纳槽11的底部之间形成泄压腔体13，多个格栅层44沿第一方向依次排列在底部隔板43上，格栅层44的中部沿第一方向开设有灭弧开口部441，灭弧开口部441的两侧分别沿第二方向开设有格栅开口部442，以使多个格栅层44共同形成灭弧窄缝41和格栅窄缝42。具体的，第一方向为下壳体1的轴向方向，第二方向为下壳体1的径向方向，底部隔板43可以是金属材料也可以是绝缘材料，通过在容纳槽11内形成限位台阶，使得底部隔板43能够放置在该限位台阶上，然后将多个格栅层44沿第一方向依次排列在底部隔板43上方，从而使得多个格栅层44的灭弧开口部441依次对应，以形成灭弧窄缝41，同时，多个格栅层44的格栅开口部442依次对应，以形成格栅窄缝42。当电弧进入到灭弧窄缝41内后，通过电离空气产生高压气体，使得电弧在高压气体的作用下被吹入格栅窄缝42中，从而使得灭弧窄缝41内的电弧向两侧分散，由此，利用灭弧窄缝41和格栅窄缝42能够共同起到灭弧的作用。

继续参照图5所示，在上述实施例中，优选的，格栅层44包括金属层和绝缘层，金属层包括两个相对设置的U型钢片443，其中，U型钢片443上形成有相互连通的第一开口4431和第二开口4432，第一开口4431和第二开口4432共同形成“T”字形形状的开口，参照图4所示，两个U型钢片443共同形成“工”字形灭弧开口部441；同时，两个U型钢片443间隔设置，以使得两个U型钢片443之间形成格栅开口部442；绝缘层包括两个绝缘片444，两个绝缘片444设置在两个U型钢片443的下方，参照图3所示，两个U型钢片443和两个绝缘片444按照“十”字形交叉叠加，从而使得两个U型钢片443能够在电流的作用下产生磁力，以导引电弧进入格栅窄缝42内。本实施例中，格栅层44采用钢片和绝缘片交叉叠加而成，厚度通常在1-2mm，当电流进入到灭弧窄缝41内后，通过磁力和高压气体的双重引导能够使得电弧更加容易地进入格栅窄缝42内，除此以外，U型钢片443会将电弧切断为多个短弧，从而能够起到提高弧压和吸收电弧热量的作用，提高了整体的灭弧效果。

参照图3和图6所示，在上述实施例中，优选的，活塞撞针6包括活塞头61和撞针62；参照图3所示，活塞头61与气体发生装置5相接触，撞针62设置在活塞头61上远气体发生装置5的一侧，参照图7所示，活塞通道31的内壁上沿第一方向开设有导向槽311，撞针62的侧壁位于导向槽311内，以使活塞头61能够推动撞针62沿导向槽311移动。具体的，活塞头61的端部开设有容纳槽611，正常情况下，气体发生装置5容置所述容纳槽611内，当气体发生装置5接收到检测电路发送的信号后会产生高压气体，从而推动活塞头61沿活塞通道31移动，进而使得活塞头61推动撞针62沿导向槽311移动，直至撞针62将易断金属片21切断后插入灭弧窄缝41内。由此，通过撞针62的侧壁与导向槽311的相互配合能够对撞针62进行限位，从而能够防止撞针62发生转动，进而避免撞针62因位置偏移而无法插入灭弧窄缝41的情况。此外，本实施例中，活塞头61的外壁与活塞通道31的内壁为过盈配合，从而使得在正常情况下撞针62能够稳定在易断金属片21上方，以避免在震动情况下撞针62对易断金属片21造成损伤，提高开断器使用的安全性；同时，该过盈配合度需要满足在活塞头61受到高压气体冲击时，能够脱离过盈配合的束缚，从而带动撞针62朝向易断金属片21做冲击运动。

继续参照图6所示，在上述实施例中，优选的，撞针62包括切断部621和翼缘部622，切断部621设置在活塞头61上远气体发生装置5的一侧，翼缘部622设置在切断部621的两侧，以使切断部621与翼缘部622共同形成“工”字形形状；相应的，灭弧窄缝41具有灭弧通道411和翼缘通道412，翼缘通道412设置在灭弧通道411的两侧，以使灭弧窄缝41形成“工”字形形状，当气体发生装置5推动活塞头61沿活塞通道31移动时，会带动切断部621切断易断金属片21并插入灭弧通道411内，并带动翼缘部622插入翼缘通道412内。其中，切断部621的宽度大于易断金属片21的宽度，并位于易断金属片21的正上方，可通过在切断部621的底部设置斜面，使得切断部621的底部形成尖端，从而便于切断易断金属片21。同时，通过翼缘部622一方面能够加强撞针62的整体强度，防止切断部621在切断易断金属片21出现弯折的现象；另一方面，通过翼缘部622在翼缘通道412内的移动能够对切断部621起到运动导向的作用，以配合导向槽311提高对切断部621的导向效果。此外，翼缘部622还能够增大第一导电端子22和第二导电端子23之间的爬电距离，防止电弧绕过切断部621导通。

在上述实施例中，优选的，活塞撞针6为一体成型结构，从而避免了后期的组装过程，简化了生产流程，有利于提高生产效率。

在上述实施例中，优选的，活塞头61上开设有环形凹槽612，环形凹槽612内设有密封环（图中未示出），用于封堵活塞头61的外壁与活塞通道31的内壁之间的缝隙。由此，当气体发生装置5产生高压气体后，气体不会从活塞头61的外壁与活塞通道31的内壁之间的缝隙泄露，从而能够为活塞撞针6提供足够的推力，保证活塞撞针6能够切断易断金属片21。

参照图1和图2所示，在上述实施例中，优选的，瞬时开断器还包括顶盖7，顶盖7盖设在上壳体3上，并与上壳体3可拆卸地连接。具体的，可通过螺栓将顶盖7连接在上壳体3上，从而避免灰尘、颗粒等杂物进入瞬时开断器内，而影响瞬时开断器的使用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵壳体在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种瞬时开断器，其特征在于，包括：

下壳体，所述下壳体上开设有容纳槽，所述容纳槽内容纳有格栅部，所述格栅部上沿第一方向形成有灭弧窄缝，且所述格栅部上沿第二方向形成有格栅窄缝，所述格栅部的侧壁与所述容纳槽的内壁之间形成有泄压通道，所述格栅部的底部与所述容纳槽的底部之间形成有泄压腔体，所述泄压通道与所述泄压腔体相连通，各所述格栅窄缝的第一端均与所述灭弧窄缝相连通，且各所述格栅窄缝的第二端均与所述泄压通道相连通；

导电部，设置于所述下壳体上，所述导电部的中部具有易断金属片，所述易断金属片与所述灭弧窄缝相对应；

上壳体，扣盖在所述导电部上并与所述下壳体可拆卸地连接，以配合所述下壳体共同夹紧所述导电部，所述上壳体上沿所述第一方向开设有活塞通道，所述活塞通道内从上到下依次设有气体发生装置和活塞撞针，所述活塞撞针与所述易断金属片相对应，所述气体发生装置与外部检测电路电连接，用于接收信号并产生高压气体，以推动所述活塞撞针切断所述易断金属片并插入所述灭弧窄缝内。

2.根据权利要求1所述的瞬时开断器，其特征在于，所述格栅部包括底部隔板和多个格栅层，所述底部隔板容置在所述容纳槽内，且所述底部隔板与所述容纳槽的底部之间形成所述泄压腔体，所述多个格栅层沿所述第一方向依次排列在所述底部隔板上，所述格栅层的中部沿所述第一方向开设有灭弧开口部，所述灭弧开口部的两侧分别沿所述第二方向开设有格栅开口部，以使所述多个格栅层共同形成所述灭弧窄缝和格栅窄缝。

3.根据权利要求2所述的瞬时开断器，其特征在于，所述格栅层包括金属层和绝缘层，所述金属层包括两个相对设置的U型钢片，所述两个U型钢片共同形成所述灭弧开口部，且所述两个U型钢片间隔设置，以使得所述两个U型钢片之间形成所述格栅开口部；所述绝缘层包括两个绝缘片，所述两个绝缘片设置在所述两个U型钢片的下方，且所述两个U型钢片和所述两个绝缘片按照“十”字形交叉叠加，所述两个U型钢片能够在电流的作用下产生磁力，以导引电弧进入所述格栅窄缝内。

4.根据权利要求1所述的瞬时开断器，其特征在于，所述活塞撞针包括活塞头和撞针；所述活塞头与所述气体发生装置相接触，所述撞针设置在所述活塞头上远离所述气体发生装置的一侧，所述活塞通道的内壁上沿所述第一方向开设有导向槽，所述撞针的侧壁位于所述导向槽内，以使所述活塞头能够推动所述撞针沿所述导向槽移动。

5.根据权利要求4所述的瞬时开断器，其特征在于，所述撞针包括切断部和翼缘部，所述切断部设置在所述活塞头上远离所述气体发生装置的一侧，所述翼缘部设置在所述切断部的两侧，以使所述切断部与所述翼缘部共同形成“工”字形形状；

所述灭弧窄缝具有灭弧通道和翼缘通道，所述翼缘通道设置在所述灭弧通道的两侧，以使所述灭弧窄缝形成“工”字形形状，所述气体发生装置能够推动所述活塞头沿所述活塞通道移动，以带动所述切断部切断所述易断金属片并插入所述灭弧通道内，并带动所述翼缘部插入所述翼缘通道内。

6.根据权利要求4所述的瞬时开断器，其特征在于，所述活塞头上开设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有密封环，用于封堵所述活塞头外壁与所述活塞通道内壁之间的缝隙。

7.根据权利要求1所述的瞬时开断器，其特征在于，还包括顶盖，所述顶盖盖设在所述上壳体上，并与所述上壳体可拆卸地连接。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的瞬时开断器，其特征在于，所述上壳体、下壳体和活塞撞针均由绝缘材料制成。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的瞬时开断器，其特征在于，所述易断金属片上开设有多个通孔。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的瞬时开断器，其特征在于，所述导电部包括第一导电端子和第二导电端子，所述易断金属片的第一端与所述第一导电端子焊接固定，所述易断金属片的第二端与所述第二导电端子焊接固定。

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