CN115172115A - 一种非机械分合触头式断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非机械分合触头式断路器，设置磁力线封闭式双组合电永磁分合闸机构，替代传统的机械分合闸机构和脱扣机构；磁力线封闭式双组合电永磁分合闸机构包括同轴共线设置的电磁铁、合闸永磁体以及分闸永磁体；电磁铁由铁芯以及缠绕在铁芯外部的电磁线圈构成，电磁铁的外部设置有电磁铁框架，动触头支架连接到电磁铁框架上；向电磁线圈输入正向电流或者逆向电流，电磁铁向合闸永磁体或分闸永磁体移动，动触头支架带动火线动触头机构和零线动触头机构动作，实现断路器的分合闸动作。本发明提高了分闸反应速度、脱扣灵敏性与抗震性以及使用寿命，有利于断路器智能化发展。

Description

一种非机械分合触头式断路器

技术领域

本发明涉及断路器技术领域，特别是涉及一种非机械分合触头式断路器。

背景技术

目前，市场上广泛流行的断路器基本上是依靠机械传动系统控制断路器的合闸与分闸，以及遇到电路异常时采用机械脱扣方法触发断路器动静触头分离。这种方法在遇到断路器智能化要求时，必须配合额外的电机分合闸驱动装置以及额外的机械脱扣装置，使得智能化断路器的体积变得更加庞大，结构复杂，自然成本也会大大提高；最重要的是，机械结构使得脱扣速度变慢，短路电流瞬间形成电弧，极大的降低了断路器的分断能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种非机械分合触头式断路器，采用封闭磁力线的永磁体加电磁铁双组合控制断路器分合闸与脱扣，使用电永磁力替代机械力合闸、分闸与脱扣，可以大大的提高分闸反应速度、脱扣灵敏性与抗震性以及使用寿命，有利于断路器向智能化方向发展，尤其是避开了磁脱扣机构，使得切断短路电流完全不再依靠机械转换动作，极大的降低了燃弧时间。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种非机械分合触头式断路器，包括壳体以及安装在壳体内的火线输入接线端子、火线静触头、火线动触头机构、磁力线封闭式双组合电永磁分合闸机构、火线连接软线、火线输出端接线片、火线输出接线端子、PCB电子线路板、双金属片热保护开关组件、零线输入接线端子、零线静触头、零线动触头机构、零线连接软线、零线输出接线片、零线输出端子、行程开关；

其中，所述火线动触头机构包括火线动触头、动触头支架，所述火线动触头靠近所述火线静触头配合设置，所述火线动触头设置在所述动触头支架上；所述PCB电子线路板上设置有M点输入软线和N点输入软线、输出软线；所述双金属片热保护开关组件包含双金属片、长触片、短触片、开关连接软线、接线片软线，所述双金属片上设置有M点和N点；所述零线动触头机构 包含零线动触头、共用元件动触头支架，所述零线动触头设置在共用元件动触头支架上，所述动触头支架与所述共用元件动触头支架一体化设置；所述行程开关包含动触点、静触点、连接软线；

所述火线输入接线端子连接所述火线静触头，所述火线动触头和所述火线静触头形成断路器火线开关配置；所述火线动触头通过火线连接软线与所述双金属片热保护开关组件在N点连接；所述双金属片热保护开关组件在M点分别通过软线连接所述火线输出端接线片、长触片、M点输入软线；

所述零线输入接线端子连接所述零线静触头，所述零线动触头靠近所述零线静触头形成断路器零线开关配置；所述零线动触头通过零线连接软线分别连接所述零线输出接线片和零线输出端子；

所述磁力线封闭式双组合电永磁分合闸机构包括电磁铁、合闸永磁体以及分闸永磁体，所述合闸永磁体、分闸永磁体分别固定安装在所述壳体上，所述电磁铁可滑动设置在所述合闸永磁体、分闸永磁体之间，所述分闸永磁体、电磁铁、合闸永磁体从左向右同轴共线设置，且所述分闸永磁体朝向所述电磁铁的开放吸合面的磁极性与所述合闸永磁体朝向所述电磁铁的开放吸合面的磁极性设置为相同极性；所述电磁铁由铁芯以及缠绕在铁芯外部的电磁线圈构成，所述电磁铁的外部设置有电磁铁框架，所述动触头支架销轴连接到所述电磁铁框架上；所述动触头支架靠近所述火线动触头的一端还设置有所述动触点，所述静触点固定安装在所述壳体靠近所述合闸永磁体右侧的位置，并与所述动触点相对设置，组成行程开关，所述断路器在分闸状态下，所述动触点与静触点接触贴合，所述断路器在合闸状态下，所述动触点与静触点分离；

向所述电磁线圈输入正向电流或者逆向电流，所述电磁铁向合闸永磁体或分闸永磁体移动，带动火线动触头机构和零线动触头机构动作，实现断路器的合闸或分闸动作。

进一步的，所述断路器还包括火线灭弧栅和零线灭弧栅，所述火线灭弧栅由火线静触头导弧，零线灭弧栅由零线静触头导弧。

进一步的，所述壳体上安装有手动合闸按钮开关和手动分闸按钮开关；所述手动合闸按钮开关的第一触点和第二触点分别由导线连接所述行程开关静触点和合闸整流管D1，所述合闸整流管D1的另一端连接所述电磁线圈，所述电磁线圈的另一端通过限流电阻R1与零线静触头连接；所述手动分闸按钮开关与所述热保护开关组件构成共用关系，均用于让所述断路器产生切断电源的分闸动作，所述共用关系是指所述手动分闸按钮开关和热保护开关组件共同使用所述长触片与短触片的弹性接触与常态分离功能，当手动按压手动分闸按钮开关或者所述断路器的工作电流超过规定的额定电流使得所述双金属片因超载电流产生弯曲变形，都会迫使所述长触片与短触片发生接触导通，分闸电流就会从M点经过软线和长触片、短触片流向分闸整流管D2，通过所述分闸整流管D2流入所述电磁线圈，重复上述的分闸动作；所述合闸整流管D1和分闸整流管D2以相反的极性汇合在控制点A，所述电磁线圈的一端连接到控制点A；所述断路器在断电状态下，所述电磁铁与左侧的分闸永磁体吸合，通过按下手动合闸按钮开关接合第一触点与第二触点，合闸电流从输入接线端子用软线连接到行程开关，在经过合闸整流管D1进入电磁线圈，产生的电磁场让所述电磁铁与所述分闸永磁体形成排斥力，与所述合闸永磁体形成吸引力，两个力的共同作用造成所述电磁铁框架和动触头支架向右合闸方向移动，行程开关断开，所述电磁线圈的合闸电流被切断，所述火线动触头机构、零线动触头机构依靠惯性以及合闸永磁体的引力完成合闸动作。

进一步的，所述合闸永磁体、分闸永磁体结构相同，均包括圆柱状永磁铁以及具有开口的罐状圆筒，所述圆柱状永磁铁设置在所述罐状圆筒内，仅与所述罐状圆筒底部吸合接触，并与所述罐状圆筒四周保持一定的间隙，间隙由环氧树脂填充；所述圆柱状永磁铁置于所述罐状圆筒内的高度略低于所述罐状圆筒的开口，形成高度差，所述高度差构成所述合闸永磁体、分闸永磁体与所述电磁铁吸合时产生的磁隙。

根据本发明提供的具体实施例，本发明提供的非机械分合触头式断路器，具有如下技术效果：采用封闭磁力线的永磁体加电磁铁构成的双组合电永磁分合闸机构，极大的降低了磁场的相互干扰。当需要对断路器分合闸时，仅需要给电磁铁的电磁线圈施加一个极其短暂的直流脉冲，就可以实现相关电路的通断控制，控制触点导通与断开，需要的力度更小，分合闸更加灵敏，更不容易发生误脱扣，因此，使用电永磁力替代机械力合闸、分闸与脱扣，可以大大提高分合闸反应速度，脱扣灵敏性与抗震性都高于传统机械脱扣方案，而且，机械脱扣器的寿命仅仅是万次级，双组合电永磁分合闸机构的使用寿命可以达到百万级，并且，本发明不需要电机驱动机构，更便于对断路器进行远距离智能控制；此外，本发明仅使用传统断路器的双金属片热保护组件，却可以同时发挥传统断路器的磁保护和热保护两种功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例非机械分合触头式断路器合闸工作状态示意图；

图2为本发明实施例非机械分合触头式断路器分闸工作状态示意图；

图3为本发明实施例非机械分合触头式断路器爆炸分解图；

图4为本发明实施例双组合电永磁分合闸机构的结构示意图；

图5为本发明实施例非机械分合触头式断路器的分合闸逻辑电路原理图。

附图标记：1、火线输入接线端子；2、火线静触头；3、火线动触头机构；3a、火线动触头；3b、动触头支架；4、火线灭弧栅；5、磁力线封闭式双组合电永磁分合闸机构；5a、电磁铁；5b、电磁线圈；5c、电磁铁框架；5d、合闸永磁体；5dx、圆柱状永磁铁一；5dy、罐状圆筒一；5e、分闸永磁体；5ex、圆柱状永磁铁二；5ey、罐状圆筒二；6、火线连接软线；7、输出端接线片；8、输出接线端子；9、PCB电子线路板；9a、M点输入软线；9b、N点输入软线；9c、输出软线；10、双金属片热保护组件；10a、双金属片；10b、长触片；10c、短触片；10d开关连接软线；10e、接线片软线；11、零线输入接线端子；12、零线静触头；13、零线动触头机构；13a、零线动触头；13b、共用元件动触头支架；14、零线灭弧栅；15、零线连接软线；16、零线输出接线片；17、零线输出端子；18、手动合闸按钮开关；18a、第一触点；18b、第二触点；19、手动分闸按钮开关；20、行程开关；20a、动触点；20b、静触点；20c、连接软线；21、壳体；D1-合闸整流管；D2-分闸整流管；R1-限流电阻。

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。

本发明的目的是提供一种非机械分合触头式断路器，采用封闭磁力线的永磁体加电磁铁双组合控制断路器分合闸与脱扣，使用电永磁力替代机械力合闸、分闸与脱扣，可以大大的提高分闸反应速度、脱扣灵敏性与抗震性以及使用寿命，有利于断路器向智能化方向发展，尤其是避开了磁脱扣机构，使得切断短路电流完全不再依靠机械转换动作，极大的降低了燃弧时间。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图5所示，本发明提供的非机械分合触头式断路器，包括壳体21以及安装在壳体21内的火线输入接线端子1、火线静触头2、火线动触头机构3、火线灭弧栅4、磁力线封闭式双组合电永磁分合闸机构5、火线连接软线6、火线输出端接线片7、火线输出接线端子8、PCB电子线路板9、双金属片热保护开关组件10、零线输入接线端子11、零线静触头12、零线动触头机构13、零线灭弧栅14、零线连接软线15、零线输出接线片16、零线输出端子17、手动合闸按钮开关18（包含第一触点18a、第二18b）、手动分闸按钮开关19（包含与双金属片热保护开关组件10的共用元件长触片10b和短触片10c）、行程开关20；

其中，所述火线动触头机构3包括火线动触头3a、动触头支架3b，所述火线动触头3a靠近所述火线静触头2配合设置，所述火线动触头3a设置在所述动触头支架3b上；所述PCB电子线路板9上设置有M点输入软线9a和N点输入软线9b、输出软线9c；所述双金属片热保护开关组件10包含双金属片10a、长触片10b、短触片10c、开关连接软线10d、接线片软线10e，所述双金属片10a上设置有M点和N点；所述零线动触头机构13 包含零线动触头13a、共用元件动触头支架13b，所述零线动触头13a设置在共用元件动触头支架13b上，所述动触头支架3b与所述共用元件动触头支架13b一体化设置；所述行程开关20包含动触点20a、静触点20b、连接软线20c；

所述火线输入接线端子1连接所述火线静触头2，所述火线动触头3a和所述火线静触头2形成断路器火线开关配置；所述火线动触头3a通过火线连接软线6与所述双金属片热保护开关组件10在N点连接；所述双金属片热保护开关组件10在M点分别通过软线连接所述火线输出端接线片7、长触片10b、M点输入软线9a；如上所述，所述断路器的火线主电路的构成是从火线静触头2、火线动触头3a、火线连接软线6、双金属片N-M段、在M点通过接线片软线10e连接到火线输出接线片7。

所述零线输入接线端子11连接所述零线静触头12，所述零线动触头13a靠近所述零线静触头12形成断路器零线开关配置；所述零线动触头13a通过零线连接软线15分别连接所述零线输出接线片16和零线输出端子17；如上所述，构成了所述断路器的零线主电路。

所述磁力线封闭式双组合电永磁分合闸机构5包括电磁铁5a、合闸永磁体5d以及分闸永磁体5e，所述合闸永磁体5d、分闸永磁体5e分别固定安装在所述壳体21上，所述电磁铁5a可滑动设置在所述合闸永磁体5d、分闸永磁体5e之间，所述分闸永磁体5e、电磁铁5a、合闸永磁体5d从左向右同轴共线设置，且所述分闸永磁体5e朝向所述电磁铁5a的开放吸合面的磁极性与所述合闸永磁体5d朝向所述电磁铁5a的开放吸合面的磁极性设置为相同极性；所述电磁铁5a由铁芯以及缠绕在铁芯外部的电磁线圈5b构成，所述电磁铁5a的外部设置有电磁铁框架5c，所述动触头支架3b销轴连接到所述电磁铁框架5c上；所述动触头支架3b靠近所述火线动触头3a的一端还设置有所述动触点20a，所述静触点20b固定安装在所述壳体21靠近所述合闸永磁体5d右侧的位置，并与所述动触点20a相对设置，组成行程开关20，所述断路器在分闸状态下，所述动触点20a与静触点20b接触贴合，所述断路器在合闸状态下，所述动触点20a与静触点20b分离；

向所述电磁线圈5b输入正向电流或者逆向电流，所述电磁铁5a获得两种极性相反的电磁，与所述的两个永磁体发生吸引力或排斥力，做出向合闸永磁体5d或分闸永磁体5e移动的动作，同时带动火线动触头机构3和零线动触头机构13动作，实现断路器的合闸或分闸功能。

所述火线灭弧栅4由火线静触头2导弧，零线灭弧栅14由零线静触头12导弧。

本发明省去了传统的磁脱扣线圈，突然发生的故障高倍额定电流在所述双金属片10a的M和N两点之间流过时，在上述（M、N）两点之间会产生电压突变，所述突变电压信号通过所述M点输入软线9a和N点输入软线9b被所述PCB电子线路板9捕捉并放大，引起PCB电子线路板9上的半导体导通（属于行业公共知道，不在此累述），所述导通后的电流通过所述PCB电子线路板输出软线9c传输给所述电磁线圈5b，在电磁铁5a上即刻产生一个电磁场，所述电磁场与合闸永磁体5d的磁场极性相同，产生排斥力，同时与分闸永磁体5e的磁极性相异产生吸合力，上述两个力的共同作用导致异常高倍额定电流的分闸动作。

所述壳体21上安装手动合闸按钮开关18和手动分闸按钮开关19；所述手动合闸按钮开关18的第一触点18a和第二触点18b分别由导线连接所述行程开关静触点20b和合闸整流管D1，所述合闸整流管D1的另一端连接所述电磁线圈5b，所述电磁线圈5b的另一端通过限流电阻R1与零线静触头12连接；所述手动分闸按钮开关19与所述热保护开关组件10构成共用关系，均用于让所述断路器产生切断电源的分闸动作，所述共用关系是指所述手动分闸按钮开关19和热保护开关组件10共同使用所述长触片10b与短触片10c的弹性接触与常态分离功能，当手动按压手动分闸按钮开关19或者所述断路器的工作电流超过规定的额定电流使得所述双金属片10a因超载电流产生弯曲变形，都会迫使所述长触片10b与短触片10c发生接触导通，分闸电流就会从M点经过软线10d和长触片10b、短触片10c流向分闸整流管D2，通过所述分闸整流管D2流入所述电磁线圈5b，重复上述的分闸动作；所述合闸整流管D1和分闸整流管D2以相反的极性汇合在控制点A，所述电磁线圈5b的一端连接到控制点A；所述断路器在断电状态下，所述电磁铁5a与左侧的分闸永磁体5e吸合，通过按下手动合闸按钮开关18接合第一触点18a与第二触点18b，合闸电流从输入接线端子1用软线连接到行程开关20，在经过合闸整流管D1进入电磁线圈5b，产生的电磁场让所述电磁铁5a与所述分闸永磁体5e形成排斥力，与所述合闸永磁体5d形成吸引力，两个力的共同作用造成所述电磁铁框架5c和动触头支架3b向右合闸方向移动，行程开关20断开，所述电磁线圈5b的合闸电流被切断，所述火线动触头机构3、零线动触头机构13依靠惯性以及合闸永磁体5d的引力完成合闸动作。

上述方案的意义在于控制点A，控制所述断路器的合闸与分闸不再需要传统的电机减速机驱动方式，而是仅仅传输一个合/分闸电流到A点，体积大大减小，速度更加快捷。

所述合闸永磁体5d、分闸永磁体5e结构相同，均包括圆柱状永磁铁以及具有开口的罐状圆筒，所述圆柱状永磁铁设置在所述罐状圆筒内，仅与所述罐状圆筒底部吸合接触，并与所述罐状圆筒四周保持一定的间隙，间隙由环氧树脂填充；所述圆柱状永磁铁置于所述罐状圆筒内的高度略低于所述罐状圆筒的开口，形成高度差，所述高度差构成所述合闸永磁体5d、分闸永磁体5e与所述电磁铁5a吸合时产生的磁隙。

本发明对于断路器的两个主要保护功能的特征是：第一，主电路短路保护，在发生主电路短路故障情况下，超过数倍额定电流的故障电流经过双金属片的M-N两点时，瞬间在所述两点之间产生突然增大的突变电压，这个突变信号由M点传输导线9a和N点传输导线9b输送到PCB电子线路板9，所述信号迅即被电子线路放大，使得PCB电子线路板上面的半导体导通（具体细节属于公共知道，不在此累述），导通的电流经过整流管D2变成逆向电流，再传送给电磁线圈5b，让所述电磁线圈5b获得分闸电流，所述分闸电流产生的电磁极性与所述合闸永磁体5d的磁极性相互排斥，与所述分闸永磁体5e的磁极性相互吸引，所述排斥和吸引产生的合力促使电磁铁5a带动火线动触头机构3和零线动触头机构13迅速左移，与所述火线静触头2、零线静触头12分离，主电路断开；第二，热保护，当主电路出现过载故障情况下，所述双金属片10a受热弯曲，触发长触片10b与短触片10c导通，让所述电磁线圈5b获得分闸电流，后续产生的一系列动作与上述相同；

所述电磁线圈5b的电流输入端控制点A，通过向所述A点输入正向电流或者逆向电流，可以快速的驱动动静触头的开合，使得断路器的智能化控制变得非常简洁；实际上，整个断路器分合闸机构包括所述的磁力线封闭式双组合电永磁分合闸机构5、火线静触头2、火线动触头机构3、零线静触头12、零线动触头机构13，所述磁力线封闭式双组合电永磁体分合闸机构5内部的合闸永磁体5d和分闸永磁体5e结构相同，磁极性也相同；所述结构相同指的是所述永磁体的磁力线呈半闭合结构，其中，所述合闸永磁体5d包括圆柱状永磁铁一5dx和罐状圆筒一5dy；分闸永磁体5e包括圆柱状永磁铁二5ex和罐状圆筒二5ey，如图4所示。所述圆柱状永磁铁5dx或5ex都紧固同心安装在形状相同的罐状圆桶5dy或5ey的底部，所述罐状圆桶5dy或5ey的桶壁内直径略大于所述圆柱状永磁铁5dx或5ex的外径，所述直径四周的缝隙由绝缘材料填充，所述圆桶5dy或5ey的深度也略高于所述永磁铁5dx或5ex的高度，这个高度差即为行业公知的磁隙；所述磁极性相同指的是所述永磁铁5dx或5ex都是以相同的极性装入所述的罐状圆桶5dy或5ey内，所以，在两个所述桶口暴露的永磁铁5dx或5ex的磁极性也是相同的，而且，所述两个永磁体5d和5e的桶口呈磁吸面对磁吸面，并且拉开一段空间距离放置，所述电磁铁5a、电磁线圈5b、电磁铁框架5c，以及安装在电磁铁框架5c上的所述火线动触头机构3与零线动触头机构13，上述部件构成的组件在所述的空间之内可以自由移动，所述自由移动的距离即为断路器动静触头开合距离；改变所述电磁线圈5b的电流方向既可以改变电磁铁5a的电磁极性，由于所述合闸永磁体5d和分闸永磁体5e是同极性，面面相对放置，它们之间的电磁铁5a在没有电流情况下就是普通的铁质体，或者与合闸永磁体5d吸合，或者与分闸永磁体5e吸合，处于双稳态结构，完全符合开关功能要求，当电磁线圈5b通上直流电时，电磁铁5a即刻呈现磁性，到底是左N右S还是左S右N，要由电磁线圈5b上的电流方向决定；本发明主要通过改变电磁线圈5b的电流方向，控制电磁铁5a与合闸永磁体5d吸合还是与分闸永磁体5e吸合，从一个稳态转变到另一个稳态，从而实现了控制所述断路器分合闸的目的。

所述行程开关20的合闸动触点20a安装在所述动触头机构3上，所述合闸触点组件20的合闸静触点20b安装在壳体21上。这种设置的目的是保护所述电磁线圈5b的通电时间不能够太长，以免烧坏电磁线圈，所以，所述火线动触头机构3和零线动触头机构13向右移动时迅速切断所述的行程开关20。

综上所述的结构安排，两个磁力线半闭合的所述合闸永磁体5d、分闸永磁体5e的非闭合面，面面相对，又拉开一段距离，不仅规避了两个永磁体磁场的相互影响，同时也规避了对相邻断路器的磁场干扰。

由于本发明的合闸/分闸动作采用双组合电磁永磁技术方案，其电路逻辑描述如下：所述电磁铁5a和电磁线圈5b是本技术方案的关键部件，通过改变电磁线圈5b的电流方向，即刻就可以改变电磁铁5a的磁极性，所述电磁线圈5b的一端始终与输入端的零线静触头12连接，所述电流方向是由整流二极管D1或D2决定的。在D1和D2之间的A点，作为智能控制断路器分合闸的控制点，通过有线或者无线网络方式向A点灌入正向电流或者逆向电流，从而达到控制断路器分闸与合闸的目的。

本发明提供的非机械分合触头式断路器的工作原理如下：

（1）合闸过程

由图5得知，所述断路器主触头（3a和13a）与静触头（2和12）处于断开状态，当需要接通主电路时，由于整个断路器处于关断状态，必须从火线静触头2和零线静触头12取电，所以，电磁线圈5b的一端始终和零线静触头12连接在一起，但是需要串接一个限流电阻R1；火线也需要从火线静触头2接过来；若想合闸接通主电路，先按压手动合闸按钮开关18，接通触点18a和18b，这时，电流从火线输入静触头2，经过连接软线20c以及行程开关20，经过整流二极管D1电流整流成正向，流过电磁线圈5b，经过限流电阻R1，最后再回到零线静触头12。上述的正向电流流经电磁线圈5b时，电磁铁5a充磁，所充电磁产生的极性与分闸永磁体5e接合面的永磁极性相同，为了便于描述，假定此处此刻的电磁和永磁都是N极，即刻产生排斥力，电磁铁5a迅即与分闸永磁体5e弹开分离，飞向右侧远处的合闸永磁体5d；由于，电磁铁5a刚刚弹开的左面是N极，那么飞向合闸永磁体5d的右面就是S极，由前所述，合闸永磁体5d与分闸永磁体5e面面相对，极性相同，也是N极，所以，与飞奔过来的电磁铁5a的迎合面S极异性相吸，所述吸合力促使火线动触头机构3和零线动触头机构13与各自对应的火线静触头2和零线静触头12吸合接触，主电路合闸导通；由前述知道，合闸永磁体5d与电磁铁5a还没有接合之前，电磁线圈5b中的电流就被行程开关20切断，否则就会烧毁所述电磁线圈5b，整个动触头机构（3和13）在触点20a与20b分离之后，失去电磁力，是依靠惯性力和合闸永磁体的磁场引力完成后续合闸动作的。

若此时有一个遥控所述断路器合闸的需求，可以很方便的从A点向电磁线圈5b输入一个正向脉冲，所述断路器就可以迅即实现上述合闸的动作。

（2）分闸过程

由图五得知，基本道理与合闸过程相同，只不过整个断路器处于合闸状态，取电必须从火线输出端获得（道理和触点开关20相同，断路器分闸之后，输出端即刻断电，电磁线圈5b即刻失电，线圈不至于烧毁）。分闸过程如下：手动按压分闸按钮19，逆向电流通过D2流经电磁线圈5b以及限流电阻R1，最后回到零线静触头12。上述的逆向电流流经电磁线圈5b时，电磁铁5a充磁，所充电磁产生的极性与合闸永磁体5d接合面的永磁极性相同（这是因为整流管D2导通方向与D1相反，所以，此时此处接合面的电磁和永磁也都是N极），即刻产生排斥力，电磁铁5a迅即与合闸永磁体5d弹开分离，飞向左侧远处的分闸永磁体5e；电磁铁5a弹开的一面是N极，那么飞向分闸永磁体5e的另一面就是S极，由前所述，合闸永磁体5d与分闸永磁体5e面面相对，极性相同，也是N极，所以，与飞奔过来的电磁铁5a的迎合面S异性相吸，所述吸合力促使火线动触头机构3和零线动触头机构13与各自对应的火线静触头2和零线静触头12分离断开，主电路被分闸切断。需要指出的是，由于电磁线圈5b取电来自输出端接线片7，当火线动触头机构3和零线动触头机构13与火线静触头2和零线静触头12断开时，电磁线圈5b中的电流被迅速切断，否则就会烧毁所述线圈5b。

由图5得知，所有保护性分闸过程都是通过整流管D2向电磁线圈5b输入逆向电流，促使电磁铁5a与合闸永磁体5d分离，再带动火线动触头机构3、零线动触头机构13与火线静触头2、零线静触头12断开，只不过每一种保护功能都匹配相应的开关装置，无论如何配置，只要D2得电就可以向电磁线圈5b输送逆向电流，实现所述断路器分闸的功能。我们首先看一下主电路短路保护功能，超过数倍额定电流的故障电流经过双金属片的M-N两点时，瞬间在所述两点之间产生突然增大的突变电压，这个突变信号由M点传输导线9a和N点传输导线9b输送到PCB电子线路板9，所述信号迅即被电子线路放大，使得PCB电子线路板上面的半导体导通，导通的电流经过整流管D2变成逆向电流，再传送给电磁线圈5b，后续动作和上述分闸过程完全相同；再一个是主电路发生过载，实际工作电流超过额定电流，过载电流造成双金属片10a发热弯曲变形，触动长触片10b和短触片10c接通，火线电流即刻被送到D2整流成逆向电流，后续同上述过程。

附加说明，手动合闸按钮装有红色发光管，当红光点亮时说明断路器处于导通工作状态；手动分闸按钮装有绿色发光管，当绿光点亮时说明断路器处于关断状态，如果两个发光管都熄灭时说明外部电源停止供电。

综上，本发明提供的非机械分合触头式断路器，给出的合闸与分闸方案并非采用传统的机械传动技术，而是采用封闭磁力线的永磁体加电磁铁双组合脱扣方案，极大的降低了磁场相互干扰；而且，使用电永磁力替代机械力合闸、分闸与脱扣，可以大大的提高分闸反应速度，脱扣灵敏性与抗震性都高于传统机械脱扣方案，而且，机械脱扣器的寿命仅仅是万次级，本发明的双组合方案寿命可以达到百万级；并且，本发明的相关结构不需要电机驱动机构，对于断路器向智能化方向发展非常有利，控制断路器的分合闸不再需要额外的电机驱动机构和额外的机械脱扣机构，仅仅是采用A点的通电控制就可以实现对断路器远距离控制。

此外，本发明提供的断路器去除了传统的机械分合闸机构和脱扣机构，体积大大压缩了；由于去除了机械脱扣机构，热脱扣力变成触点接触力，有些小电流断路器可以省去了辅助加热元件，降低了制造成本；比传统机械式断路器的寿命大的多；由于去除了机械脱扣机构，抗震性也大大提高，产品可以更好的应用于运载工具、机器设备。

本文中应用了具体特例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种非机械分合触头式断路器，其特征在于，包括：壳体（21）以及安装在壳体（21）内的火线输入接线端子（1）、火线静触头（2）、火线动触头机构（3）、磁力线封闭式双组合电永磁分合闸机构（5）、火线连接软线（6）、火线输出端接线片（7）、火线输出接线端子（8）、PCB电子线路板（9）、双金属片热保护开关组件（10）、零线输入接线端子（11）、零线静触头（12）、零线动触头机构（13）、零线连接软线（15）、零线输出接线片（16）、零线输出端子（17）、行程开关（20）；

其中，所述火线动触头机构（3）包括火线动触头（3a）、动触头支架（3b），所述火线动触头（3a）靠近所述火线静触头（2）配合设置，所述火线动触头（3a）设置在所述动触头支架（3b）上；所述PCB电子线路板（9）上设置有M点输入软线（9a）和N点输入软线（9b）、输出软线（9c）；所述双金属片热保护开关组件（10）包含双金属片（10a）、长触片（10b）、短触片（10c）、开关连接软线（10d）、接线片软线（10e），所述双金属片（10a）上设置有M点和N点；所述零线动触头机构（13） 包含零线动触头（13a）、共用元件动触头支架（13b），所述零线动触头（13a）设置在共用元件动触头支架（13b）上，所述动触头支架（3b）与所述共用元件动触头支架（13b）一体化设置；所述行程开关（20）包含动触点（20a）、静触点（20b）、连接软线（20c）；

所述火线输入接线端子（1）连接所述火线静触头（2），所述火线动触头（3a）和所述火线静触头（2）形成断路器火线开关配置；所述火线动触头（3a）通过火线连接软线（6）与所述双金属片热保护开关组件（10）在N点连接；所述双金属片热保护开关组件（10）在M点分别通过软线连接所述火线输出端接线片（7）、长触片（10b）、M点输入软线（9a）；

所述零线输入接线端子（11）连接所述零线静触头（12），所述零线动触头（13a）靠近所述零线静触头（12）形成断路器零线开关配置；所述零线动触头（13a）通过零线连接软线（15）分别连接所述零线输出接线片（16）和零线输出端子（17）；

所述磁力线封闭式双组合电永磁分合闸机构（5）包括电磁铁（5a）、合闸永磁体（5d）以及分闸永磁体（5e），所述合闸永磁体（5d）、分闸永磁体（5e）分别固定安装在所述壳体（21）上，所述电磁铁（5a）可滑动设置在所述合闸永磁体（5d）、分闸永磁体（5e）之间，所述分闸永磁体（5e）、电磁铁（5a）、合闸永磁体（5d）从左向右同轴共线设置，且所述分闸永磁体（5e）朝向所述电磁铁（5a）的开放吸合面的磁极性与所述合闸永磁体（5d）朝向所述电磁铁（5a）的开放吸合面的磁极性设置为相同极性；所述电磁铁（5a）由铁芯以及缠绕在铁芯外部的电磁线圈（5b）构成，所述电磁铁（5a）的外部设置有电磁铁框架（5c），所述动触头支架（3b）销轴连接到所述电磁铁框架（5c）上；所述动触头支架（3b）靠近所述火线动触头（3a）的一端还设置有所述动触点（20a），所述静触点（20b）固定安装在所述壳体（21）靠近所述合闸永磁体（5d）右侧的位置，并与所述动触点（20a）相对设置，组成行程开关（20），所述断路器在分闸状态下，所述动触点（20a）与静触点（20b）接触贴合，所述断路器在合闸状态下，所述动触点（20a）与静触点（20b）分离；

向所述电磁线圈（5b）输入正向电流或者逆向电流，所述电磁铁（5a）向合闸永磁体（5d）或分闸永磁体（5e）移动，带动火线动触头机构（3）和零线动触头机构（13）动作，实现断路器的合闸或分闸动作。

2.根据权利要求1所述的非机械分合触头式断路器，其特征在于，所述断路器还包括火线灭弧栅（4）和零线灭弧栅（14），所述火线灭弧栅（4）由火线静触头（2）导弧，零线灭弧栅（14）由零线静触头（12）导弧。

3.根据权利要求1所述的非机械分合触头式断路器，其特征在于，所述壳体（21）上安装有手动合闸按钮开关（18）和手动分闸按钮开关（19）；所述手动合闸按钮开关（18）的第一触点（18a）和第二触点（18b）分别由导线连接所述行程开关静触点（20b）和合闸整流管D1，所述合闸整流管D1的另一端连接所述电磁线圈（5b），所述电磁线圈（5b）的另一端通过限流电阻R1与零线静触头（12）连接；所述手动分闸按钮开关（19）与所述热保护开关组件（10）构成共用关系，均用于让所述断路器产生切断电源的分闸动作，所述共用关系是指所述手动分闸按钮开关（19）和热保护开关组件（10）共同使用所述长触片（10b）与短触片（10c）的弹性接触与常态分离功能，当手动按压手动分闸按钮开关（19）或者所述断路器的工作电流超过规定的额定电流使得所述双金属片（10a）因超载电流产生弯曲变形，都会迫使所述长触片（10b）与短触片（10c）发生接触导通，分闸电流就会从M点经过软线（10d）和长触片（10b）、短触片（10c）流向分闸整流管D2，通过所述分闸整流管D2流入所述电磁线圈（5b），重复上述的分闸动作；所述合闸整流管D1和分闸整流管D2以相反的极性汇合在控制点A，所述电磁线圈（5b）的一端连接到控制点A；所述断路器在断电状态下，所述电磁铁（5a）与左侧的分闸永磁体（5e）吸合，通过按下手动合闸按钮开关（18）接合第一触点(18a)与第二触点（18b），合闸电流从输入接线端子（1）用软线连接到行程开关（20），在经过合闸整流管D1进入电磁线圈（5b），产生的电磁场让所述电磁铁（5a）与所述分闸永磁体（5e）形成排斥力，与所述合闸永磁体（5d）形成吸引力，两个力的共同作用造成所述电磁铁框架（5c）和动触头支架（3b）向右合闸方向移动，行程开关（20）断开，所述电磁线圈（5b）的合闸电流被切断，所述火线动触头机构（3）、零线动触头机构（13）依靠惯性以及合闸永磁体（5d）的引力完成合闸动作。

4.根据权利要求1所述的非机械分合触头式断路器，其特征在于，所述合闸永磁体（5d）、分闸永磁体（5e）结构相同，均包括圆柱状永磁铁以及具有开口的罐状圆筒，所述圆柱状永磁铁设置在所述罐状圆筒内，仅与所述罐状圆筒底部吸合接触，并与所述罐状圆筒四周保持一定的间隙，间隙由环氧树脂填充；所述圆柱状永磁铁置于所述罐状圆筒内的高度略低于所述罐状圆筒的开口，形成高度差，所述高度差构成所述合闸永磁体（5d）、分闸永磁体（5e）与所述电磁铁（5a）吸合时产生的磁隙。

Images