CN114141587B - 断路器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种断路器及其制造方法，断路器中，中空斥力盘的中空结构的截面为三角形，连杆与所述中空斥力盘一体成型且所述连杆垂直于所述中空斥力盘，所述连杆与中空斥力盘连接处构成导角，斥力线圈套设于所述连杆且位于所述中空斥力盘上方，所述斥力线圈连接外部电路以产生脉冲电流，基于所述脉冲电流，中空斥力盘产生反向的感应电流和反向的磁场使得斥力线圈和中空斥力盘产生的磁场相互排斥，以推动中空斥力盘远离斥力线圈。
Description
技术领域
本发明涉及断路器制造技术领域，尤其涉及一种断路器及其制造方法。
背景技术
随着柔性直流输电技术的不断发展，高压直流电网已逐渐成为未来智能电网及新基建的发展趋势。由于直流电网阻尼效应远低于交流电网，短路故障电流的上升率极高。一旦发生故障，如果没有及时开断，会造成巨大的危害，直流断路器就是影响电路开断必不可少的器件。在直流断路器的组成结构中，用于快速开断的斥力开关是保证有效分断及电流顺利转移的核心一环，它的速动性及可靠性能有效保证直流断路器的开断性能。
在开断短路电流的过程中，触头两端会形成过电压。触头两端能承受的过电压的大小除了与触头的材料特性及结构形状有关外，与动静触头间距有着极大关联，因此电磁斥力机构分闸速度越快，触头两端能承受的过电压越高。但是，目前已有的斥力开关整体重量较高，大大影响了其分闸速度。此外，斥力盘与连杆处的连接通常采用螺纹连接，由于连接处所受应力较大，快速分断短路电流带来的冲击很可能致使螺丝的损坏或脱落，造成短路电流无法分断，进而引发严重的事故。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种断路器及其制造方法，通过以中空结构代替原来的实心结构，减轻斥力盘及机构重量，使得斥力开关动作更加迅速。采用一体化结构，加强斥力盘与连杆的导角连接，减轻连接部分的应力，使得机构更加稳固。应用增材制造制造的方式制造斥力盘中空结构和斥力盘连杆一体化结构，解决传统减材制造技术无法制造闭合的中空结构的难题，使得斥力开关的分断更加快速、安全、稳定。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的一种断路器包括，
中空斥力盘，其中空结构的截面为三角形，
连杆，其与所述中空斥力盘一体成型且所述连杆垂直于所述中空斥力盘，所述连杆与中空斥力盘连接处构成导角，
斥力线圈，其套设于所述连杆且位于所述中空斥力盘上方，所述斥力线圈连接外部电路以产生脉冲电流，基于所述脉冲电流，中空斥力盘产生反向的感应电流和反向的磁场使得斥力线圈和中空斥力盘产生的磁场相互排斥，以推动中空斥力盘远离斥力线圈。
所述的一种断路器中，所述连杆连接动触头，中空斥力盘使得所述连杆运动分断动静触头。
所述的一种断路器中，所述连杆与所述中空斥力盘经由增材制造一体成型。
所述的一种断路器中，所述连杆与所述中空斥力盘的材料为铝合金。
所述的一种断路器中，所述导角为倒圆角。
一种所述断路器的制造方法包括以下步骤，
建立中空斥力盘及连杆一体化结构的CAD模型，CAD模型中，所述连杆垂直于所述中空斥力盘，所述连杆与中空斥力盘连接处构成导角，
对CAD模型进行切片分层处理，其中，沿连杆轴向上进行切片，
规划每一层路径，所述路径包括圆弧形轨迹，
基于路径以逐层累加的方式制造斥力盘及连杆一体化结构，斥力线圈套设于所述连杆且位于所述中空斥力盘上方。
所述的制造方法中，所述CAD模型中，中空结构的截面为等边三角形。
所述的制造方法中，制造斥力盘及连杆一体化结构方式为增材制造。
所述的制造方法中，增材制造包括钨极气体保护焊。
所述的制造方法中，增材制造制造所用的材料为铝铜合金。
在上述技术方案中，本发明提供的一种断路器及其制造方法，具有以下有益效果：本发明相对于实心斥力盘结构，空心斥力盘结构重量更轻，分断速度更快。相对于斥力盘和连杆用螺纹连接的斥力机构，斥力盘连杆一体化结构机械强度更高，更加稳定。增材制造制造技术能轻易制造传统减材制造不能制造的闭合中空结构和一体化结构。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的断路器的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的断路器的外部电路示意图；
图3是本发明一个实施例的断路器的制造方法流程示意图；
图4是本发明一个实施例的断路器的截面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图图1至图4，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
在一个实施例中，如图1所示，一种断路器包括，
中空斥力盘3，其中空结构4的截面为三角形，
连杆1，其与所述中空斥力盘3一体成型且所述连杆1垂直于所述中空斥力盘3，所述连杆1与中空斥力盘3连接处构成导角5，
斥力线圈2，其套设于所述连杆1且位于所述中空斥力盘3上方，所述斥力线圈2连接外部电路以产生脉冲电流，基于所述脉冲电流，中空斥力盘3产生反向的感应电流和反向的磁场使得斥力线圈2和中空斥力盘3产生的磁场相互排斥，以推动中空斥力盘3远离斥力线圈2。
本断路器通过与斥力线圈2相连的外部电路电容放电，在斥力盘上形成涡流，涡流磁场方向与线圈电流磁场方向相反，产生巨大的电磁斥力从而快速分断短路电流。本公开采用中空结构4减轻斥力盘及机构的重量，在保证机构稳定安全的前提下最大限度的提升断路器的分断速度。本公开采用斥力盘及斥力连杆1一体化结构，改善了斥力盘及连杆1连接处的应力分布，修复了原来斥力机构易损坏的薄弱环节，使得斥力机构更加安全稳定。本公开使用增材制造制造的方法制造斥力盘中空结构4和连杆1一体化结构，解决了传统减材制造方式难以制造金属闭合中空结构4的难题，降低了斥力机构的重量；借用增材制造整体化制造的理念有效降低了斥力机构的部件数量，使机构整体更加稳定，抗冲击能力更强。本公开结构简单、分断迅速稳定、重量轻，可以应用于中高压直流电路的开断场合。
所述的一种断路器的优选实施例中，所述连杆1连接动触头，中空斥力盘3使得所述连杆1运动分断动静触头。
所述的一种断路器的优选实施例中，所述连杆1与所述中空斥力盘3经由增材制造一体成型。
所述的一种断路器的优选实施例中，所述连杆1与所述中空斥力盘3的材料为铝合金。
所述的一种断路器的优选实施例中，所述导角5为倒圆角。
在一个实施例中，所述中空斥力盘3中的中空结构4为闭合在中空斥力盘3内部的中空结构4，
在一个实施例中，所述中空结构4的截面为等边三角形。
在一个实施例中，所述连杆1的轴线与中空斥力盘3的中心轴线共线。
在一个实施例中，一种轻质化的直流断路器的斥力开关包括中空斥力盘3、斥力线圈2、外部电路以及连杆1结构。其中，所述斥力线圈2位于所述斥力盘的上侧；所述外部电路与所述斥力线圈2相连接；所述连杆1位于斥力盘的上下两侧，并与所述斥力盘相连接；优选的，所述斥力盘与所述连杆1结构为一体化结构。
在一个实施例中，所述斥力盘连杆1一体化结构使用增材制造制造技术制造而成，所用材料为铝合金。所述斥力盘与连杆1的连接处使用倒角。在一个实施例中，所述斥力盘内部采取中空结构4，并使用电弧制造技术制造。所述斥力盘内部中空结构4截面为等边三角形。
在一个实施例中，断路器包括连杆1、斥力线圈2、斥力盘3、中空结构4、倒圆角5。如图2所示，斥力线圈为外部电路中的电感L2。当断路器线路发生短路时，电感C1开始放电，在斥力线圈2中产生巨大的脉冲电流，随后由于涡流效应，斥力盘上会产生反向的感应电流和反向的磁场，斥力线圈和斥力盘产生的磁场相互排斥，推动斥力盘远离斥力线圈，斥力盘3带动连杆结构运动分断动静触头，最后分断电路。
如图4所示，在一个实施例中，所述斥力盘3内部为为空结构，质量更轻，运动速度更快。所述连杆结构1上部和断路器动触头触头相连，带动动触头作分断动作。所述斥力盘中空结构和斥力盘连杆一体化结构由增材制造制造技术制造完成。
作为一种可实施的优选方案，所述斥力盘中空结构的截面为等边三角形。等边三角形具有稳定性高，便于增材制造制造等优点。所述斥力盘与所述连杆结构为一体化结构。所述斥力盘连杆一体化结构使用增材制造制造技术制造而成，所用材料为铝合金。所述斥力盘与连杆的连接处使用倒角。斥力盘3和连杆结构1连接处设计成倒圆角5，这样可以减少应力集中，相对于原来的直角设计不易损坏。
一种权所述断路器的制造方包括以下步骤，
建立中空斥力盘3及连杆1一体化结构的CAD模型，CAD模型中，所述连杆1垂直于所述中空斥力盘3，所述连杆1与中空斥力盘3连接处构成导角5，
对CAD模型进行切片分层处理，其中，沿连杆1轴向上进行切片，
规划每一层路径，所述路径包括圆弧形轨迹，
基于路径以逐层累加的方式制造斥力盘及连杆1一体化结构，斥力线圈2套设于所述连杆1且位于所述中空斥力盘3上方。
所述的制造方法的优选实施方式中，所述CAD模型中，中空结构4的截面为等边三角形。
所述的制造方法的优选实施方式中，制造斥力盘及连杆1一体化结构方式为增材制造。
所述的制造方法的优选实施方式中，增材制造包括钨极气体保护焊。
所述的制造方法的优选实施方式中，增材制造制造所用的材料为铝铜合金。
所述的制造方法的优选实施方式中，制造方法中，如图3所示，1.在计算机中生成中空斥力盘及连杆的CAD文件；2.使用切片软件对生成的CAD文件进行切片分层处理；3.使用路径规划软件对切分的每一层规划路径，确定机器人的行走路径；4.生成机器人行走的指令集，操控机器人按照事先规划好的路径以逐层累加的方式完成斥力盘中空结构及连杆一体化结构的制造。
最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (9)
1.一种断路器，其特征在于，其包括，
中空斥力盘，其中空结构的截面为三角形，
连杆，其与所述中空斥力盘一体成型且所述连杆垂直于所述中空斥力盘，所述连杆与中空斥力盘连接处构成导角，
斥力线圈，其套设于所述连杆且位于所述中空斥力盘上方，所述斥力线圈连接外部电路以产生脉冲电流，基于所述脉冲电流，中空斥力盘产生反向的感应电流和反向的磁场使得斥力线圈和中空斥力盘产生的磁场相互排斥，以推动中空斥力盘远离斥力线圈,所述中空结构为闭合在中空斥力盘内部的中空结构，所述导角为倒圆角。
2.根据权利要求1所述的一种断路器，其特征在于，所述连杆连接动触头，中空斥力盘使得所述连杆运动分断动静触头。
3.根据权利要求1所述的一种断路器，其特征在于，所述连杆与所述中空斥力盘经由增材制造一体成型。
4.根据权利要求3所述的一种断路器，其特征在于，所述连杆与所述中空斥力盘的材料为铝合金。
5.一种权利要求1-4中任一项所述断路器的制造方法，其特征在于，其包括以下步骤，
建立中空斥力盘及连杆一体化结构的CAD模型，CAD模型中，所述连杆垂直于所述中空斥力盘，所述连杆与中空斥力盘连接处构成导角，
对CAD模型进行切片分层处理，其中，沿连杆轴向上进行切片，
规划每一层路径，所述路径包括圆弧形轨迹，
基于路径以逐层累加的方式制造斥力盘及连杆一体化结构，斥力线圈套设于所述连杆且位于所述中空斥力盘上方。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述CAD模型中，中空结构的截面为等边三角形。
7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，制造斥力盘及连杆一体化结构方式为增材制造。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，增材制造包括钨极气体保护焊。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，增材制造制造所用的材料为铝铜合金。
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