CN113725046B - 一种直流过流脱扣装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流过流脱扣装置，包括导磁框、导磁块、主电路、弹簧、弹簧固定轴，导磁块配合安装于导磁框的缺口中，主电路的外部设置有抵触块，弹簧固定轴的两端分别与导磁块和抵触块衔接，弹簧套设于弹簧固定轴外侧；导磁框设置有导磁框左上端面、导磁框右上端面、导磁框左下端面、导磁框右水平端面；导磁块设置有导磁块左上端面、导磁块右上端面、导磁块左下端面、导磁块右下端面、导磁块左水平端面、导磁块右水平端面。采用导磁框、导磁块、主电路、弹簧、弹簧固定轴的配合进行运作，脱扣速度快，动作可靠，体积紧凑的双向过流脱扣装置，同时防止脱扣装置在小电流情况下误动作，大幅提高直流断路器的动作灵敏度和可靠性。

Description

一种直流过流脱扣装置

技术领域

本发明涉及直流快速断路器领域，尤其涉及一种直流过流脱扣装置。

背景技术

目前，城市轨道交通特别是地铁已经成为城市中一种重要的交通工具，其无污染且方便快捷的特点深受人民群众的喜爱。为保证地铁车辆的正常运行和旅途舒适性，地铁车辆使用的高速断路器一般为直流快速断路器。直流快速断路器作为直流牵引供电系统的核心保护设备，可快速切断回路故障电流，是直流供电系统安全运行的重要保证。与交流系统相比，因为直流系统不存在自然过零点，直流系统的开断更加困难，因此需要一种安全可靠的直流过流脱扣装置，使直流断路器在回路故障情况下，快速切断短路电流；同时在直流断路器正常工作情况下，即主回路电流在额定电流及以下电流时，脱扣装置防止误动作，保障城市轨道交通直流牵引供电系统的安全可靠运行。

授权公告号为CN210092017U公开的一种用于直流断路器的过载电流高速脱扣装置，包括导磁框，导磁框的顶部中间位置设有一个三角形开口，底部固定有一个铝方管，三角形开口内设导磁块，铝方管穿过导磁框的下部伸入导磁框内，且其上端套有导向块。该脱扣装置可以方便的对断路器主回路过载电流的限定值进行调整。但是该脱扣装置的导磁框顶部为三角形开口，对应的导磁块为三角形，在主回路电流低于额定电流的情况下，导磁块会在电磁力作用下产生克服弹簧的反力，降低脱扣机构的弹簧保持力，容易使脱扣机构在小电流情况下误动作，同时该导磁块的体积较大，会降低脱扣装置的反应速度。

授权公告号为US8497750B2公开的断路器脱扣装置，包括内部可穿过电流的导磁框和可在导磁框内运动的导磁块。当断路器处于合闸状态时，导磁块处在第一位置，可在导磁框缺口中运动。当断路器分闸后，导磁块运动至第二位置。脱扣装置利用导磁框内电流产生的磁通使导磁块在两个位置间运动。该脱扣装置为了在小电流情况下，使导磁块产生保持力，在导磁块的下方增加了凸台，增大了导磁块的体积,使导磁块质量增加，降低了脱扣装置的动作速度。

上述专利文献揭示了现有的直流过流脱扣装置存在以下缺陷：

现阶段的直流过流脱扣装置的技术方案大多存在体积大、脱扣速度慢、在小电流情况下容易产生误动作的缺点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种直流过流脱扣装置，其能解决体积大、脱扣速度慢、容易产生误动作的问题。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种直流过流脱扣装置，包括导磁框、导磁块、主电路、弹簧、弹簧固定轴，所述导磁块配合安装于所述导磁框的缺口中，所述主电路的外部设置有抵触块，所述弹簧固定轴的两端分别与所述导磁块和所述抵触块衔接，所述弹簧套设于所述弹簧固定轴外侧；所述导磁框设置有导磁框左上端面、导磁框右上端面、导磁框左下端面、导磁框右下端面、导磁框左水平端面、导磁框右水平端面；所述导磁块设置有与导磁框左上端面对应的导磁块左上端面、与导磁框右上端面对应的导磁块右上端面、与导磁框左下端面对应的导磁块左下端面、与导磁框右下端面对应的导磁块右下端面、与导磁框左水平端面对应的导磁块左水平端面、与导磁框右水平端面对应的导磁块右水平端面。

进一步地，所述导磁框左上端面与所述导磁框右上端面之间形成上侧间隙，所述导磁框左下端面与所述导磁框右下端面之间形成下侧间隙。

进一步地，所述导磁块上可开有用于调节导磁框和导磁块的水平端面搭接面积的导磁块左凹台、导磁块右凹台。

进一步地，所述导磁框采用多块导磁材料拼接而成。

进一步地，所述导磁框包括两个侧部竖直条、上侧配合条、下侧配合条，所述上侧配合条的两端分别抵触于两个侧部竖直条的上端，所述下侧配合条的两端分别抵触于两个侧部竖直条的下端，所述上侧配合条上设置有缺口。

进一步地，所述导磁框由多层导磁片水平叠加而成，所述导磁片的厚度为0.5mm或1mm。

进一步地，所述导磁块由多层导磁片水平叠加而成，所述导磁片的厚度为0.5mm或1mm。

进一步地，所述导磁框左水平端面与导磁框右水平端面处于同一水平面上。

进一步地，所述导磁框左水平端面与所述抵触块的表面平行。

进一步地，所述弹簧固定轴的延伸方向与所述导磁框左水平端面垂直。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

所述导磁块配合安装于所述导磁框的缺口中，所述主电路的外部设置有抵触块，所述弹簧固定轴的两端分别与所述导磁块和所述抵触块衔接，所述弹簧套设于所述弹簧固定轴外侧；所述导磁框设置有导磁框左上端面、导磁框右上端面、导磁框左下端面、导磁框右下端面、导磁框左水平端面、导磁框右水平端面；所述导磁块设置有与导磁框左上端面对应的导磁块左上端面、与导磁框右上端面对应的导磁块右上端面、与导磁框左下端面对应的导磁块左下端面、与导磁框右下端面对应的导磁块右下端面、与导磁框左水平端面对应的导磁块左水平端面、与导磁框右水平端面对应的导磁块右水平端面。采用导磁框、导磁块、主电路、弹簧、弹簧固定轴的配合进行运作，脱扣速度快，动作可靠，体积紧凑的双向过流脱扣装置，同时防止脱扣装置在小电流情况下误动作，大幅提高直流断路器的动作灵敏度和可靠性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明直流过流脱扣装置中一较佳实施例的立体图；

图2为图1所示直流过流脱扣装置中一导磁框的结构图；

图3为图1所示直流过流脱扣装置中一导磁块的结构图；

图4为主电路流过的上升电流小于额定电流的示意图；

图5为主电路流过的上升电流大于额定电流的示意图；

图6为图1所示直流过流脱扣装置导磁块到达下方位置的示意图。

图中：1、导磁框；2、导磁块；3、主电路；4、弹簧；5、弹簧固定轴；11、导磁框左上端面；12、导磁框右上端面；13、导磁框左下端面；14、导磁框右下端面；15、导磁框左水平端面；16、导磁框右水平端面；21、导磁块左上端面；22、导磁块右上端面；23、导磁块左下端面；24、导磁块右下端面；25、导磁块左水平端面；26、导磁块右水平端面；27、导磁块左凹台；28、导磁块右凹台。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1-6，一种直流过流脱扣装置，包括导磁框1、导磁块2、主电路3、弹簧4、弹簧固定轴5，所述导磁块2配合安装于所述导磁框1的缺口中，所述主电路3的外部设置有抵触块，所述弹簧固定轴5的两端分别与所述导磁块2和所述抵触块衔接，所述弹簧4套设于所述弹簧固定轴5外侧；所述导磁框1设置有导磁框左上端面11、导磁框右上端面12、导磁框左下端面13、导磁框右下端面14、导磁框左水平端面15、导磁框右水平端面16；所述导磁块2设置有与导磁框左上端面11对应的导磁块左上端面21、与导磁框右上端面12对应的导磁块右上端面22、与导磁框左下端面13对应的导磁块左下端面23、与导磁框右下端面14对应的导磁块右下端面24、与导磁框左水平端面15对应的导磁块左水平端面25、与导磁框右水平端面16对应的导磁块右水平端面26。采用导磁框1、导磁块2、主电路3、弹簧4、弹簧固定轴5的配合进行运作，脱扣速度快，动作可靠，体积紧凑的双向过流脱扣装置，同时防止脱扣装置在小电流情况下误动作，大幅提高直流断路器的动作灵敏度和可靠性。

优选的，主电路3中的电流在正向和反向时都会在直流过流脱扣装置中产生磁通，使直流过流脱扣装置正常动作，因此本直流过流脱扣装置为双向脱扣装置。

优选的，所述导磁框左上端面11与所述导磁框右上端面12之间形成上侧间隙，所述导磁框左下端面13与所述导磁框右下端面14之间形成下侧间隙。

优选的，所述导磁块2上可开有用于调节导磁框1和导磁块2的水平端面搭接面积的导磁块左凹台27、导磁块右凹台28。通过调整导磁块左凹台27和导磁块右凹台28的长度，可控制导磁框1和导磁块2的水平端面的搭接面积，即导磁块左水平端面25与导磁框左水平端面15之间，导磁块右水平端面26与导磁框右水平端面16之间，调整磁通ФA饱和时的临界电流值，即调整脱扣装置动作的最小临界电流值，提高脱扣装置动作灵敏度。

优选的，所述导磁框1采用多块导磁材料拼接而成。在其中一实施例中，所述导磁框1包括两个侧部竖直条、上侧配合条、下侧配合条，所述上侧配合条的两端分别抵触于两个侧部竖直条的上端，所述下侧配合条的两端分别抵触于两个侧部竖直条的下端，所述上侧配合条上设置有缺口。

具体的，所述导磁框1由多层导磁片水平叠加而成，所述导磁片的厚度为0.5mm或1mm。所述导磁块2由多层导磁片水平叠加而成，所述导磁片的厚度为0.5mm或1mm。所述导磁框1的拼接设置使导磁框1方便加工制造；可以调整导磁材料之间的间隙，影响主电路3中电流在导磁框1和导磁块2组成的环路中形成的磁场强度，从而改变直流过流脱扣装置的临界动作电流值。

优选的，所述导磁框左水平端面15与导磁框右水平端面16处于同一水平面上。所述导磁框左水平端面15与所述抵触块的表面平行。所述弹簧固定轴5的延伸方向与所述导磁框左水平端面15垂直。

优选的，可以调整弹簧4的弹力值，对直流过流脱扣装置的临界动作电流值进行调整。可以通过变更导磁块2与导磁框1的倾斜端面的方向，使导磁块2从下向上运动。

具体的位置说明为：导磁块2位于导磁框1的缺口中，可在缺口中上下移动，与导磁框1形成环路。主电路3垂直穿过导磁块2与导磁框1形成的环路。在导磁框1上固定有弹簧固定轴5，弹簧4固定在弹簧固定轴5上。弹簧4和弹簧固定轴5均位于导磁块2下方。导磁框1上左侧包含方向相同的导磁框左上端面11和导磁框左下端面13，导磁框左上端面11和导磁框左下端面13之间为水平的导磁框左水平端面15。右侧包含方向相同的导磁框右上端面12和导磁框右下端面14，导磁框右上端面12和导磁框右下端面14之间为水平的导磁框右水平端面16。导磁块2由上下两个三角形组成，左侧包含方向相同的导磁块左上端面21和导磁块左下端面23，导磁块左上端面21和导磁块左下端面23之间为水平的导磁块左水平端面25，导磁块左水平端面25上可以开有导磁块左凹台27。右侧包含方向相同的导磁块右上端面22和导磁块右下端面24，导磁块右上端面22和导磁块右下端面24之间为水平的导磁块右水平端面26，导磁块右水平端面26上可以开有导磁块右凹台28。

使用时，导磁块2位于导磁框1的缺口中，与导磁框1形成环路，当直流断路器合闸时，导磁块2位于上方位置。当主电路3中流过的电流快速上升时，在导磁框1和导磁块2组成的环路中形成磁场，在磁路中产生较大的磁通，导致导磁框1和导磁块2的端面之间产生很强的电磁吸力。当主电路3流过的上升电流小于额定电流时，在导磁框1和导磁块2的水平端面间产生电磁吸力，方向与弹簧的弹力方向相同，使导磁块2保持在上方位置，防止导磁块2产生误动作。当主电路3流过的上升电流大于额定电流，在导磁框1和导磁块2的水平端面间的磁通饱和，在导磁框1和导磁块2的倾斜端面间产生电磁吸力，方向与弹簧的弹力方向相反，当电磁吸力值大于弹簧的反力与机构阻力之和时，导磁块2向下运动，当导磁块2到达下方位置时，断路器分闸，完成脱扣动作。

实际操作有三种状态：

一、初始状态，即主电路3中无上升电流时，如图1所示，当主电路3中无上升电流时，此时固定在弹簧固定轴5上的弹簧4向导磁块2施加向上的推力，使导磁块左水平端面25和导磁块右水平端面26，与导磁框左水平端面15和导磁框右水平端面16接触。而导磁块2上的导磁块左上端面21、导磁块右上端面22、导磁块左下端面23、导磁块右下端面24，和导磁框1上的导磁框左上端面11、导磁框右上端面12、导磁框左下端面13、导磁框右下端面14之间存在较大的空气间隙。此时导磁块2位于导磁框1缺口上方，此位置为导磁块2的初始位置。

二、主电路3流过的上升电流小于额定电流，如图4所示，当主电路3流过电流时，在导磁框1和导磁块2组成的环路中形成磁场。由于导磁块左水平端面25、导磁块右水平端面26，与导磁框左水平端面15、导磁框右水平端面16搭接，因此磁场在导磁框右水平端面16-导磁块右水平端面26-导磁块左水平端面25-导磁框左水平端面15的磁路中产生磁通ФA，导磁框1和导磁块2的水平端面之间产生向上的电磁吸力。由于主电路3流过的上升电流小于额定电流，磁路中的磁通ФA未饱和，因此导磁框1和导磁块2的倾斜端面之间不会产生向下的电磁吸力。导磁框1和导磁块2的水平端面之间产生的向上电磁吸力方向与弹簧的弹力方向相同，形成了使导磁块2保持在初始位置的合力，防止导磁块2在上升电流小于额定电流时误动作。

三、主电路3流过的上升电流大于额定电流，当主电路3流过上升电流大于额定电流时，在导磁框1和导磁块2组成的环路中形成很强的磁场。磁场在导磁框右水平端面16-导磁块右水平端面26-导磁块左水平端面25-导磁框左水平端面15的磁路中产生磁通ФA。由于水平端面之间的搭接面积较小，导致磁路中的磁通ФA饱和，因此磁场会在导磁框右上端面12-导磁块右上端面22-导磁块左上端面21-导磁框左上端面11的磁路中产生磁通ФB,在导磁框右下端面14-导磁块右下端面24-导磁块左下端面23-导磁框左下端面13的磁路中产生磁通ФC。磁通ФB和磁通ФC会在导磁框1和导磁块2的端面之间产生向下的电磁吸力，电磁吸力的方向与弹簧的弹力方向相反。当磁通ФB和磁通ФC产生的电磁吸力超过磁通ФA产生的电磁吸力和弹簧弹力及机构阻力之和时，导磁块2开始向下运动。在导磁块2向下运动过程中，导磁框1和导磁块2的水平端面间的距离变大，倾斜端面间的距离变小，导致磁通ФA产生的电磁吸力变小，磁通ФB和磁通ФC产生的电磁吸力变大，因此，导磁块2在此过程中会加速向下运动。

导磁块2到达下方位置后，导磁框1和导磁块2的倾斜端面重合，导磁框左上端面11与导磁块左上端面21重合，导磁框右上端面12与导磁块右上端面22重合，导磁框左下端面13与导磁块左下端面23重合，导磁框右下端面14与导磁块右下端面24重合。此时导磁框1和导磁块2的水平端面之间形成空气间隙，导磁框左水平端面15与导磁块左水平端面25之间，导磁框右水平端面16与导磁块右水平端面26之间，因此磁场在磁路中的磁通主要为ФB和ФC，而磁通ФA产生的向上的电磁吸力将消失，此时磁场全部产生向下的电磁吸力，使导磁块2完成脱扣动作。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种直流过流脱扣装置，包括导磁框、导磁块、主电路、弹簧、弹簧固定轴，其特征在于：

所述导磁块配合安装于所述导磁框的缺口中，所述主电路的外部设置有抵触块，所述弹簧固定轴的两端分别与所述导磁块和所述抵触块衔接，所述弹簧套设于所述弹簧固定轴外侧；

所述导磁框设置有导磁框左上端面、导磁框右上端面、导磁框左下端面、导磁框右下端面、导磁框左水平端面、导磁框右水平端面；所述导磁块设置有与导磁框左上端面对应的导磁块左上端面、与导磁框右上端面对应的导磁块右上端面、与导磁框左下端面对应的导磁块左下端面、与导磁框右下端面对应的导磁块右下端面、与导磁框左水平端面对应的导磁块左水平端面、与导磁框右水平端面对应的导磁块右水平端面。

2.如权利要求1所述的直流过流脱扣装置，其特征在于：所述导磁框左上端面与所述导磁框右上端面之间形成上侧间隙，所述导磁框左下端面与所述导磁框右下端面之间形成下侧间隙。

3.如权利要求1所述的直流过流脱扣装置，其特征在于：所述导磁块上可开有用于调节导磁框和导磁块的水平端面搭接面积的导磁块左凹台、导磁块右凹台。

4.如权利要求1所述的直流过流脱扣装置，其特征在于：所述导磁框采用多块导磁材料拼接而成。

5.如权利要求4所述的直流过流脱扣装置，其特征在于：所述导磁框包括两个侧部竖直条、上侧配合条、下侧配合条，所述上侧配合条的两端分别抵触于两个侧部竖直条的上端，所述下侧配合条的两端分别抵触于两个侧部竖直条的下端，所述上侧配合条上设置有缺口。

6.如权利要求1所述的直流过流脱扣装置，其特征在于：所述导磁框由多层导磁片水平叠加而成，所述导磁片的厚度为0.5mm或1mm。

7.如权利要求1所述的直流过流脱扣装置，其特征在于：所述导磁块由多层导磁片水平叠加而成，所述导磁片的厚度为0.5mm或1mm。

8.如权利要求1所述的直流过流脱扣装置，其特征在于：所述导磁框左水平端面与导磁框右水平端面处于同一水平面上。

9.如权利要求8所述的直流过流脱扣装置，其特征在于：所述导磁框左水平端面与所述抵触块的表面平行。

10.如权利要求1所述的直流过流脱扣装置，其特征在于：所述弹簧固定轴的延伸方向与所述导磁框左水平端面垂直。