CN115831641A - 一种无极性磁场驱动电弧结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无极性磁场驱动电弧结构，包括U型导磁板，U型导磁板的一侧设置有静触头，另一侧设置有导磁板盖板，U型导磁板和导磁板盖板之间设置有第一永磁体，导磁板盖板的上方设置有动触头，U型导磁板的U型开口方向与动触头和静触头分闸状态下的开口方向一致，动触头和静触头的接触部分位于U型导磁板的U型开口之间。本发明既保持了外加磁场对电弧提供强驱动力的优势，又解决了外加磁场有确定方向的极性问题，对交流和直流电弧的分断具有应用价值。

Description

一种无极性磁场驱动电弧结构

技术领域

本发明属于低压电器技术领域，具体涉及一种无极性磁场驱动电弧结构。

背景技术

在控制电弧分断过程中，低压断路器、隔离开关、接触器等开关设备大多利用电弧自身磁场、灭弧室内压力梯度产生的气流场、导电回路提供的磁场、导电结构产生的电场等驱动电弧运动至灭弧室内，提升电弧电压，达到限流熄弧的目的。在有正负极性接线要求的直流开关设备中，有采用外加永磁体产生定向磁场加强对电弧的驱动力等技术方案。

总体说来，低压开关电器对电弧的分断，关键就是要实现对电弧运动的控制，外加磁场可提供足够的电弧驱动力，但其具有确定的方向，而利用电弧或电流自身产生的驱动力又太小，限制了低压开关电器性能的提升。为此，本申请提供一种无极性磁场驱动电弧的结构，既保持了外加磁场对电弧提供强驱动力的优势，又解决了外加磁场有确定方向的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种无极性磁场驱动电弧结构，用于解决无法应用于交流电弧或无极性直流电弧控制的技术问题。

本发明采用以下技术方案：

一种无极性磁场驱动电弧结构，包括U型导磁板，U型导磁板的一侧设置有静触头，另一侧设置有第一永磁体，U型导磁板和静触头之间设置有导磁板盖板，导磁板盖板的上方设置有动触头，U型导磁板的U型开口方向与动触头和静触头分闸状态下的开口方向一致，动触头和静触头的接触部分位于U型导磁板的U型开口之间。

具体的，U型导磁板包括平行设置的第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁和第二侧壁的底部通过U型连接板连接。

进一步的，第一永磁体的第一极性面位于U型连接板的外侧，第一极性面与U型连接板的间距小于等于10mm。

进一步的，第一侧壁和第二侧壁覆盖在静触头、动触头分闸形成的扇形区域的两侧。

进一步的，导磁板盖板为U型结构，包括平行设置的第一扇形盖板侧壁和第二扇形盖板侧壁，第一扇形盖板侧壁和第二扇形盖板侧壁之间通过盖板连接板连接。

更进一步的，第一扇形盖板侧壁设置在第一侧壁的内侧，第二扇形盖板侧壁设置在第二侧壁的内侧，盖板连接板位于U型连接板和第一永磁体的上方。

具体的，静触头远离U型导磁板底部的延伸线上设置第二永磁体，第二永磁体位于U型导磁板的外部；动触头和静触头的分闸状态开口方向上设置第三永磁体，第三永磁体位于U型导磁板的外部。

进一步的，第二永磁体的第一极性面朝向静触头方向设置，第二永磁体的第一极性面的极性与第一永磁体的第一极性面的极性相反；第三永磁体的第一极性面朝向静触头的方向设置，第三永磁体的第一极性面极性与第一永磁体的第一极性面的极性相反。

进一步的，动触头、静触头和第二永磁体、第三永磁体之间设置有金属栅片灭弧室。

进一步的，动触头与静触头、U型导磁板、导磁板盖板、金属栅片灭弧室、第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体的对称面重合。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

一种无极性磁场驱动电弧结构，通过U型导磁板连接部外侧的第一永磁体对U型导磁板进行磁化，使U型导磁板两个侧壁感应出相同的极性，且U型导磁板连接部的磁场最强，从而使得夹在U型导磁板两侧壁之间的动静触头分合闸形成的扇形区域内会存在两个重要方向上的磁场分量，一个是磁力线朝向(或反向)灭弧室方向的磁场分量，另一个是在U型导磁板两侧壁附近还存在磁力线垂直于侧壁的磁场分量。动静触头分离产生电弧后，电弧在磁力线朝向(或反向)灭弧室方向的磁场分量作用下会偏向一侧的导磁板侧壁，而该侧导磁板侧壁附近的磁力线垂直于侧壁的磁场分量会促进电弧向灭弧室方向运动，从而可实现电弧的双向无极性驱动，从而既保持了外加磁场对电弧提供强驱动力的优势，又解决了外加磁场有确定方向的问题。

进一步的，U型导磁板包括平行设置的第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁和第二侧壁的底部通过U型连接板连接设置的作用在于，第一永磁体的第一极性面设置在U型连接板的外侧，U型连接板靠近第一永磁体第一极性面的一部分因磁化而显示与第一永磁体第一极性面相反的极性，而U型导磁板的第一侧壁、第二侧壁及U型连接板的内侧面均被磁化为与第一永磁体第一极性面相同的极性。综上，通过U型结构的导磁板，与第一永磁体配合，可获得上述特殊的磁场分布，以实现对电弧的双向无极性驱动。

进一步的，U型连接板与第一永磁体的第一极性面靠近或接触，可实现对U型连接板的磁化作用，如距离过远，磁化效果会大大减小。鉴于一般塑壳断路器的空间尺寸，优选地，第一极性面与U型连接板的间距不大于10mm。

进一步的，U型导磁板的第一侧壁和第二侧壁覆盖在静触头、动触头分闸形成的扇形区域的两侧，当动触头和静触头分离产生电弧后，可覆盖电弧的动弧根、静弧根和弧柱区域，从而达到电弧弧根快速从触点上转移和电弧弧柱快速进入灭弧室的目的，减少触点材料的烧蚀，快速提升电弧电压，限制电流过零熄灭电弧。

进一步的，与U型导磁板的第一侧壁、第二侧壁和U型连接板相对应，导磁板盖板(5)也为U型结构，且第一扇形盖板侧壁和第二扇形盖板侧壁之间通过盖板连接板连接，从而较好地将电弧所在区域和U型导磁板隔离开，避免电弧通过导磁板形成短路通道；另一方面，如导磁板过热还会传递给第一永磁体，存在导磁板和第一永磁体退磁的风险，通过与U型导磁板配合设置的导磁板盖板也可有效放置U型导磁板和第一永磁体过热退磁现象的发生。

进一步的，第一扇形盖板侧壁设置在第一侧壁的内侧，第二扇形盖板侧壁设置在第二侧壁的内侧，盖板连接板位于U型连接板和第一永磁体的上方，用于U型导磁板与动触头和静触头区域的隔离。

进一步的，通过U型导磁板与第一永磁体的配合，可以产生对动静触头之间电弧实现双向无极性驱动的磁场分布，该磁场存在两个重要方向上的磁场分量，一个是磁力线朝向(或反向)灭弧室方向的磁场分量，另一个是在U型导磁板两侧壁附近还存在磁力线垂直于侧壁的磁场分量。考虑到塑壳断路器灭弧室空间较大会引起灭弧室区域磁场较弱的问题，通过在静触头远离U型导磁板底部的延伸线上设置第二永磁体，和动触头和静触头的分闸状态开口方向上设置第三永磁体，可以有效加强磁力线朝向(或反向)灭弧室方向的磁场分量，使电弧更快、更有效地在该磁场分量下偏向相应的侧壁，进而在该侧壁附近的磁力线垂直于侧壁的磁场分量下向灭弧室方向运动。需要说明的是，磁力线垂直于侧壁的磁场分量的磁场强度越靠近该侧壁则越强，对电弧的驱动作用越有效。

进一步的，U型导磁体在第一永磁体的第一极性面磁化作用下，U型导磁体的第一侧壁、第二侧壁和U型连接板内侧面均与第一永磁体的第一极性面极性相同，因此，第二永磁体的第一极性面和第三永磁体的第一极性面与第一永磁体的第一极性面的极性相反设置，可以有效加强前述的磁力线朝向(或反向)灭弧室方向的磁场分量，进而促进电弧向对应侧壁的运动和进一步向灭弧室的运动。

进一步的，在动触头、静触头和第二永磁体、第三永磁体之间设置有金属栅片灭弧室，如前所述，动触头和静触头分离产生电弧后，电弧在U型导磁体内部产生的磁场和电弧自身产生的磁场、以及气流场作用下，会向灭弧室方向运动，该金属栅片灭弧室具有多片相互间隔的金属栅片，当电弧进入金属栅片灭弧室后，金属栅片会吸收和拉长电弧、并进一步将电弧切割成数段短弧，从而通过降低电弧电导和产生多个近极压降的作用下，使电弧电压大幅提升，使电流限制过零，分断电弧。

进一步的，U型导磁板的第一侧壁和第二侧壁在第一永磁体磁化作用下的极性相同，同极性排斥，因此在其对称面处的沿侧壁垂直方向的磁场分量强度最弱。而第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体的对称面重合布置方式，可使磁力线朝向(或反向)灭弧室方向的磁场分量增强，该磁场分量会驱使电弧向相应的侧壁靠近，当电弧靠近该侧壁后，将受到该侧壁附近的磁力线垂直于侧壁方向磁场分量作用。因此，动触头于静触头、U型导磁板、导磁板盖板、金属栅片灭弧室、第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体的对称面重合设置方案，可达到电弧产生时主要受到磁力线朝向(或反向)灭弧室方向的磁场分量作用，根据电弧电流方向不同而偏向不同侧的侧壁，实现了对电流方向的区分作用，而后在该侧壁附近的磁力线垂直于侧壁方向磁场分量作用下，实现对电弧的正向驱动作用。

综上所述，本发明既保持了外加磁场对电弧提供强驱动力的优势，又解决了外加磁场有确定方向的问题，对交流和直流电弧的分断具有应用价值。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例的无极性磁场驱动电弧的结构示意图；

图2为本发明实施例的无极性磁场驱动电弧的结构另一个角度示意图；

图3为本发明实施例的无极性磁场驱动电弧的结构的爆炸示意图；

图4为本发明实施例的U型导磁板的结构示意图；

图5为本发明实施例的U型导磁板和第一永磁体的结构与位置示意图；

图6为本发明实施例的导磁板盖板的结构示意图；

图7为本发明实施例的第二永磁体的结构示意图；

图8为本发明实施例的第三永磁体的结构示意图；

图9为本发明实施例的无极性磁场驱动电弧的结构配合金属栅片灭弧室的示意图；

图10为本发明实施例的U型导磁板内不同位置垂直U型板向内磁场强度三维分布图(仅含第一永磁体)；

图11为本发明实施例的U型导磁板内不同位置垂直U型板向内磁场强度三维分布图(含第一、二、三永磁体)；

图12为本发明实施例的U型导磁板的第一侧壁内壁面垂直U型板向内磁场强度曲线图；

图13为本发明实施例的U型导磁板内距离第一侧壁内壁面2.5mm处垂直U型板向内磁场强度曲线图；

图14为本发明实施例的U型导磁板的第二侧壁内壁面垂直U型板向内磁场强度曲线图；

图15为本发明实施例的U型导磁板内距离第二侧壁内壁面2.5mm处垂直U型板向内磁场强度曲线图；

图16为本发明实施例的U型导磁板内不同位置沿静触头朝向第二永磁体所在位置方向上的磁场强度三维分布图(仅含第一永磁体)；

图17为本发明实施例的U型导磁板内不同位置沿静触头朝向第二永磁体所在位置方向上的磁场强度三维分布图(含第一、二、三永磁体)；

图18为本发明实施例的U型导磁板内距离第一侧壁内壁面2.5mm处沿静触头朝向第二永磁体所在方向上的磁场强度曲线图；

图19为本发明实施例的U型导磁板内对称面处沿静触头朝向第二永磁体所在位置方向上的磁场强度曲线图；

图20为本发明实施例的U型导磁板内距离第二侧壁内壁面2.5mm处沿静触头朝向第二永磁体所在位置方向上的磁场强度曲线图；

图21为本发明实施例的U型导磁板内不同位置沿静触头朝向第三永磁体所在位置方向上的磁场强度三维分布图(仅含第一永磁体)；

图22为本发明实施例的U型导磁板内不同位置沿静触头朝向第三永磁体所在位置方向上的磁场强度三维分布图(含第一、二、三永磁体)；

图23为本发明实施例的U型导磁板的第一侧壁内壁面沿静触头朝向第三永磁体所在位置方向上的磁场强度曲线图；

图24为本发明实施例的U型导磁板内距离第一侧壁内壁面2.5mm处沿静触头朝向第三永磁体方向上的磁场强度曲线图；

图25为本发明实施例的U型导磁板内对称面处沿静触头朝向第三永磁体所在位置方向上的磁场强度曲线图；

图26为本发明实施例的U型导磁板内距离另第二侧壁内壁面2.5mm处沿静触头朝向第三永磁体所在位置方向上的磁场强度曲线图；

图27为本发明实施例的U型导磁板的第二侧壁内壁面沿静触头朝向第三永磁体所在位置方向上的磁场强度曲线图。

其中：1.静触头；2.动触头；3.第一永磁体；301.第一极性面；302.第二极性面；4.U型导磁板；401.U型连接板；402.第一侧壁；403.第二侧壁；5.导磁板盖板；501.盖板连接板；502.第一扇形盖板侧壁；503.第二扇形盖板侧壁；6.第二永磁体；601.第三极性面；602.第四极性面；7.第三永磁体；701.第五极性面；702.第六极性面；8.金属栅片灭弧室。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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装置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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种无极性磁场驱动电弧结构，第一永磁体位于U型导磁板底部外侧，N极或S极与导磁板底部相接触或距离不超过10mm；动触头和静触头接触的部分夹在所述U型导磁板的U型开口之间，导磁板U型开口与动触头和静触头分闸状态下开口方向一致；导磁板盖板为U型结构，覆盖在U型导磁板内表面，用于U型导磁板与动触头和静触头区域的隔离。通过U型结构的导磁板与永磁体极性面的配合，得到了动静触头分闸扇形区域内均能驱动电弧向远离动静触头方向运动的洛伦兹力，而与电流方向无关，同时通过在远离导磁板区域增加额外永磁体，实现了对驱动电弧的正向洛伦兹力的显著提升效果，有效解决了永磁体作用电弧的极性问题。

请参阅图1、图2和图3，本发明一种无极性磁场驱动电弧结构，包括静触头1、动触头2、第一永磁体3、U型导磁板4和导磁板盖板5。

静触头1设置在U型导磁板4的一侧，第一永磁体3设置在U型导磁板4的另一侧，静触头1和U型导磁板4之间设置有导磁板盖板5，动触头2设置在导磁板盖板5的上方。

请参阅图5，第一永磁体3包括第一极性面301和第二极性面302；

第一极性面301位于U型连接板401的外侧，第一极性面301与U型连接板401外侧相对，第一极性面301为N极或S极；且第一极性面301与U型连接板401相接触或距离不超过10mm。

请参阅图4，U型导磁板4包括U型连接板401、第一侧壁402和第二侧壁403；

动触头2和静触头1接触的部分夹在U型导磁板4的U型开口之间，U型导磁板4的U型开口与静触头1、动触头2分闸状态下开口方向一致，第一侧壁402和第二侧壁403覆盖在静触头1、动触头2分闸形成的扇形区域的两侧。

优选的，U型导磁板4采用导磁材料，如铁、铁合金等。

请参阅图6，导磁板盖板5为U型结构，包括盖板连接板501，第一扇形盖板侧壁502和第二扇形盖板侧壁503。

导磁板盖板5覆盖在U型导磁板4的内表面，其中，盖板连接板501覆盖U型连接板401，第一扇形盖板侧壁502覆盖第一侧壁402，第二扇形盖板侧壁503覆盖第二侧壁403，用于U型导磁板4与动触头1和静触头2区域的隔离.

优选的，导磁板盖板5采用产气或非产气的阻燃绝缘材料。

请参阅图7，在静触头1远离U型连接板401的延伸线上设置第二永磁体6，第二永磁体6包括第一极性面601和第二极性面602，第二永磁体6位于所述U型导磁板4的对称面方向，第一极性面601面对U型连接板401，且第一极性面601的极性与第一永磁体3第一极性面301的极性相反。

请参阅图8，在静触头1、动触头2分闸状态开口方向上设置第三永磁体7，第三永磁体7包括第一极性面701和第二极性面702，第三永磁体7位于U型导磁板4的对称面方向，第一极性面701朝向静触头1、动触头2开口所形成扇形区域的径向底部，第三永磁体7位于U型导磁板4的外部，且第一极性面701的极性与第一永磁体3第一极性面301的极性相反。

请参阅图9，在静触头1、动触头2和第二永磁体6、第三永磁体7之间设置金属栅片灭弧室8，金属栅片灭弧室8由多片金属栅片层叠组成，金属栅片灭弧室8与U型导磁板4在U型导磁板4的对称面方向存在交叉或不存在交叉。

进一步地，静触头1、动触头2、第一永磁体3、U型导磁板4、导磁板盖板5、第二永磁体6、第三永磁体7、金属栅片灭弧室8的对称面重合。

U型导磁板4的第一侧壁402和第二侧壁403之间的间距为15mm。

U型导磁板4的扇形侧壁远离静触头1一端的端部，距离静触头沿静触头1与第二永磁体6连线方向的距离为18mm，U型导磁板4的扇形侧壁远离静触头一端的端部距离静触头沿静触头1与第三永磁体7连线方向的距离为30mm。

第一永磁体3、第二永磁体6、第三永磁体7的宽度均为10mm，极性面上的磁场强度均为1000Gs；第一永磁体3与U型导磁板4的U型连接板401接触，且第一永磁体3的第一极性面301极性为N极。

通过测试，得到U型导磁板4的第一侧壁402和第二侧壁403之间的磁场、覆盖静触头1与动触头2分闸状态下形成的扇形区域内的磁场，垂直第一侧壁402和第二侧壁403向内的磁场、沿静触头朝向第二永磁体方向上的磁场、以及沿静触头朝向第三永磁体7方向上的磁场均为正。

换言之，当第一极性面301极性为N极时，U型导磁板4的第一侧壁402和第二侧壁403之间的磁力线方向为沿第一侧壁402和第二侧壁403向内和向第二永磁体6、第三永磁体7的方向。

在这样的磁力线分布下，如静触头1、动触头2之间产生的电弧电流方向为由动触头2流向静触头1，则电弧受到的洛伦兹力方向为远离静触头1、动触头2且偏向U型导磁板4第二侧壁403的方向。

如静触头1、动触头2之间产生的电弧电流方向为由静触头1流向动触头2，则电弧受到的洛伦兹力方向为远离静触头1、动触头2且偏向U型导磁板4的第一侧壁402的方向。

反之，当第一极性面301极性为N极时，无论静触头1、动触头2之间产生的电弧电流方向为由静触头1流向动触头2或由动触头2流向静触头1，电弧所洛伦兹力的方向均为远离静触头1、动触头2的方向，其差异仅是偏向U型导磁板4的第一侧壁402和第二侧壁403的方向。

当在静触头1、动触头2和第二永磁体6、第三永磁体7之间设置金属栅片灭弧室8时，电弧将在其所受到的洛伦兹力作用下迅速进入金属栅片灭弧室8，而与电弧电流方向无关。

本发明还对比了增加第二永磁体6、第三永磁体7和仅有第一永磁体3的情况下U型导磁板内不同方向上磁场强度的变化，参见图10～图27，增加第二永磁体6、第三永磁体7对U型导磁板4内不同位置垂直U型板向内磁场强度影响不大，但可以显著提高U型导磁板4内对称面处沿静触头1朝向第二永磁体6方向上的磁场强度和沿静触头1朝向第三永磁体7方向上的磁场强度。

U型导磁板4内不同位置垂直U型板向内的磁场为电弧向远离静触头1、动触头2方向提供洛伦兹力，而沿静触头1朝向第二永磁体6方向上的磁场和沿静触头1朝向第三永磁体7方向上的磁场则促使电弧向侧壁偏转。

此外，由于U型导磁板4内不同位置垂直U型板向内的磁场强度从对称面向两壁迅速增大，因此，无论直接提高U型导磁板4内不同位置垂直U型板向内的磁场强度，还是提高U型导磁板4内对称面处沿静触头1朝向第二永磁体6方向上的磁场强度和沿静触头1朝向第三永磁体7方向上的磁场强度，均可以起到对电弧向远离静触头1、动触头2方向运动的促进作用。

请参阅图10，为本发明实施例的U型导磁板内不同位置垂直U型板向内磁场分量的磁场强度三维分布图，其中仅包含第一永磁体，而不包含第二永磁体和第三永磁体。第一永磁体的第一极性面极性为N，U型导磁板的第一侧壁和第二侧壁被磁化后极性也为N，第一侧壁和第二侧壁的间距为10mm，坐标轴“距离对称面的距离”中“0”位置为对称面，“距离对称面的距离”在0～4.5mm范围内的磁场强度是U型导磁板第一侧壁垂直向内的磁场分量的磁场强度，“距离对称面的距离”在-4.5～0mm范围内的磁场强度是U型导磁板第二侧壁垂直向内的磁场分量的磁场强度。可以看出，越靠近侧壁，垂直于该侧壁向内的磁场分量的磁场强度越高，在对称面上几乎为0，其中，“距离对称面的距离”在0～4.5mm范围内的垂直于侧壁的磁场分量磁力线指向对称面，“距离对称面的距离”在-4.5～0mm范围内的垂直于侧壁的磁场分量磁力线也指向对称面；同时，距离静触点越远，在与对称面相同距离且在静触点与第二永磁体连线上的磁场分量的磁场越强。因此，电弧越靠近U型导磁板的其中一个侧壁，电弧受到垂直于该侧壁指向对称面的磁场分量作用越强，而该磁场分量对电弧产生的洛伦兹力方向是平行于侧壁指向或背离灭弧室的，具体方向是指向还是背离灭弧室则取决于电弧偏向U型导磁板哪一侧的侧壁。

图11为本发明实施例的U型导磁板内不同位置垂直U型板向内磁场分量的磁场强度三维分布图，其中包含第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体。第一永磁体的第一极性面极性为N，U型导磁板的第一侧壁和第二侧壁被磁化后极性也为N，第二永磁体的第一极性面和第三永磁体的第一极性面的极性都是S，第一侧壁和第二侧壁的间距为10mm，坐标轴“距离对称面的距离”中“0”位置为对称面，“距离对称面的距离”在0～4.5mm范围内的磁场强度是U型导磁板第一侧壁垂直向内的磁场分量的磁场强度，“距离对称面的距离”在-4.5～0mm范围内的磁场强度是U型导磁板第二侧壁垂直向内的磁场分量的磁场强度。可以看出，与仅包含第一永磁体类似，越靠近侧壁，垂直于该侧壁向内的磁场分量的磁场强度越高，在对称面上几乎为0，其中，“距离对称面的距离”在0～4.5mm范围内的垂直于侧壁的磁场分量磁力线指向对称面，“距离对称面的距离”在-4.5～0mm范围内的垂直于侧壁的磁场分量磁力线也指向对称面；距离静触点越远，在与对称面相同距离且在静触点与第二永磁体连线上的磁场分量的磁场越强。可见，仅包括第一永磁体和包括第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体的两种方案，对图10和图11中所示的垂直于U型板向内磁场分量影响不大。

请参阅图12～图15，图12为本发明实施例的U型导磁板的第一侧壁内壁面垂直U型板向内磁场强度曲线图，图13为U型导磁板内距离第一侧壁内壁面2.5mm处垂直U型板向内磁场分量的磁场强度曲线图，图14为U型导磁板的第二侧壁内壁面垂直U型板向内磁场分量的磁场强度曲线图，图15为U型导磁板内距离第二侧壁内壁面2.5mm处垂直U型板向内磁场分量的磁场强度曲线图，图中给出了仅包含第一永磁体和包含第一、二、三永磁体两种情况下的曲线对比。可以看出，与U型导磁板第一侧壁、第二侧壁相同距离下该磁场分量的磁场强度随静触点与第二永磁体连线上与静触点距离的变化趋势类似，数值的较小差异主要源自测试误差和导磁板、永磁体等材料、结构、位置的差异。

沿静触头朝向第二永磁体方向上的磁场分量主要对靠近静弧根附近区域的电弧起作用，用以驱使电弧向U型导磁板的某一个侧壁偏转。图16为本发明实施例的U型导磁板内不同位置沿静触头朝向第二永磁体方向上的磁场强度三维分布图，其中仅含第一永磁体，而不包含第二永磁体和第三永磁体。第一永磁体的第一极性面极性为N，U型导磁板的第一侧壁和第二侧壁被磁化后极性也为N，第一侧壁和第二侧壁的间距为10mm，坐标轴“距离对称面的距离”中“0”位置为对称面。图中的磁场强度为静触点与第二永磁体所在位置连线上由静触点指向第二永磁体所在位置方向磁场分量的磁场强度，由于样品空间限制，仅测试到距离对称面距离-2.5mm～2.5mm范围内的数据。可以看出，所有测试位置的磁场强度值都是正的，说明在U型导磁板内部不同位置沿静触头朝向第二永磁体方向上的磁场分量的方向一致；该方向可在任意区域按电流的方向将静弧根附近区域的电弧驱向同一侧壁，从而达到电弧电流方向的选择性，这是对双向电弧均起作用的一个关键点；此外，整体磁场强度分布呈“马鞍”状，且在静触头朝向第二永磁体方向上的某一个位置呈现最小值。

在磁场分量作用下，如电弧电流由动触头流向静触头，依据左手定则，则电弧会受到偏向U型导磁板的第二侧壁，电弧偏向第二侧壁后进一步在第二侧壁向内侧的磁场分量作用下，向远离动触头、静触头方向运动；如电弧电流由静触头流向动触头，依据左手定则，则电弧会受到偏向U型导磁板的第一侧壁，类似地，电弧偏向第一侧壁后进一步在第一侧壁向内侧的磁场分量作用下，向远离动触头、静触头方向运动。

图17为本发明实施例的U型导磁板内不同位置沿静触头朝向第二永磁体所在位置方向上的磁场强度三维分布图，其中包含第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体。第一永磁体的第一极性面极性为N，U型导磁板的第一侧壁和第二侧壁被磁化后极性也为N，第二永磁体的第一极性面和第三永磁体的第一极性面的极性都是S，第一侧壁和第二侧壁的间距为10mm，坐标轴“距离对称面的距离”中“0”位置为对称面，图中的磁场强度为静触点与第二永磁体所在位置连线上磁力线由静触点指向第二永磁体所在位置方向磁场分量的磁场强度。与图16相对比，可以看出，首先，与图16相同，所有测试位置的磁场强度值都是正的，说明在U型导磁板内部不同位置沿静触头朝向第二永磁体方向上的磁场分量的方向一致；该方向可在任意区域按电流的方向将静弧根附近区域的电弧驱向同一侧壁，从而达到电弧电流方向的选择性，整体磁场强度分布呈“马鞍”状，且在静触头朝向第二永磁体方向上的某一个位置呈现最小值；然而值得注意的是，图17中的磁场分量的磁场强度整体高于图16的磁场分量，说明采用第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体相结合，可以有效加强U型导磁板内不同位置沿静触头朝向第二永磁体方向上的磁场强度，加速促进电弧向U型导磁板的侧板运动，有利于电弧进一步向灭弧室方向的快速运动。

请参阅图18～图20，图18为本发明实施例的U型导磁板内距离第一侧壁内壁面2.5mm处沿静触头朝向第二永磁体所在位置方向上的磁场强度曲线图，图19为本发明实施例的U型导磁板内对称面处沿静触头朝向第二永磁体方向上的磁场强度曲线图，图20为本发明实施例的U型导磁板内距离第二侧壁内壁面2.5mm处沿静触头朝向第二永磁体方向上的磁场强度曲线图。这三幅图分别以U型导磁板内不同位置处沿静触头朝向第二永磁体方向上的磁场强度，对比了采用第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体相结合与仅采用第一永磁体的效果，明显地，采用第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体相结合方案时该磁场分量的磁场强度在几种位置下均明显高于仅采用第一永磁体的方案，因此可以有效增强磁场对静弧根附近区域电弧的促进作用。

沿静触头朝向第三永磁体方向上的磁场主要对靠近动弧根附近区域的电弧起作用，用以驱使电弧向U型导磁板的某一个侧壁偏转。图21为本发明实施例的U型导磁板内不同位置沿静触头朝向第三永磁体方向上磁场分量的磁场强度三维分布图，其中仅含第一永磁体，而不包含第二永磁体和第三永磁体。第一永磁体的第一极性面极性为N，U型导磁板的第一侧壁和第二侧壁被磁化后极性也为N，第一侧壁和第二侧壁的间距为10mm，坐标轴“距离对称面的距离”中“0”位置为对称面，图中的磁场强度为静触点与第三永磁体所在位置连线方向上的磁场分量的磁场强度。可以看出，所有测试位置的磁场强度值都是正的，说明U型导磁板内不同位置沿静触头朝向第三永磁体方向上磁场分量的方向一致，该磁场分量将在电弧运动的任意区域按电流方向将动弧根附近区域的电弧驱向同一侧壁，该侧壁与前述静弧根附近区域电弧偏向的侧壁相同，从而达到电弧电流方向的选择性；此外，该磁场分量的磁场强度在靠近静触点处为最小，并沿静触点到第三永磁体所在位置的方向增大。

在该磁场分量作用下，如电弧电流由动触头流向静触头，依据左手定则，则动弧根附近区域的电弧会受到偏向U型导磁板的第二侧壁，电弧偏向第二侧壁后进一步在第二侧壁向内侧的磁场分量作用下，向远离动触头、静触头方向运动；如电弧电流由静触头流向动触头，依据左手定则，则动弧根附近区域的电弧会受到偏向U型导磁板的第一侧壁，类似地，电弧偏向第一侧壁后进一步在第一侧壁向内侧的磁场分量作用下，向远离动触头、静触头方向运动。

图22为本发明实施例的U型导磁板内不同位置沿静触头朝向第三永磁体所在位置方向上的磁场分量的磁场强度三维分布图，(含第一、二、三永磁体)；其中包含第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体。第一永磁体的第一极性面极性为N，U型导磁板的第一侧壁和第二侧壁被磁化后极性也为N，第二永磁体的第一极性面和第三永磁体的第一极性面的极性都是S，第一侧壁和第二侧壁的间距为10mm，坐标轴“距离对称面的距离”中“0”位置为对称面，图中的磁场强度为静触点与第三永磁体所在位置连线方向上的磁场分量的磁场强度。与图21相对比，可以看出，与图21中磁场强度相同，所有测试位置的磁场强度值都是正的，说明U型导磁板内不同位置沿静触头朝向第三永磁体方向上磁场分量的方向一致，该磁场分量将在电弧运动的任意区域按电流方向将动弧根附近区域的电弧驱向同一侧壁，该侧壁与前述静弧根附近区域电弧偏向的侧壁相同，从而达到电弧电流方向的选择性，同时，该磁场分量的磁场强度在靠近静触点处为最小，并沿静触点到第三永磁体所在位置的方向增大；然而值得注意的是，图22中的磁场强度整体高于图21中的磁场强度，说明采用第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体相结合，可以有效加强U型导磁板内不同位置沿静触头朝向第三永磁体所在位置方向上的磁场分量的磁场强度，从而加速动弧根附近区域的电弧向U型导磁板的侧板运动，有利于电弧进一步向灭弧室方向的快速运动。

请参阅图23～图27，图23～图27依次分别为本发明实施例的U型导磁板的第一侧壁内壁面、距第一侧壁内壁面2.5mm处、对称面处、距第二侧壁内壁面2.5mm处以及第一侧壁内壁面处的沿静触头朝向第三永磁体方向上磁场分量的磁场强度曲线图。上述五幅图分别以U型导磁板内不同位置处沿静触头朝向第三永磁体方向上磁场分量的磁场强度，对比了采用第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体相结合与仅采用第一永磁体的效果，明显地，采用第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体相结合方案时该磁场分量的磁场强度在几种位置下均明显高于仅采用第一永磁体的方案，因此可以有效增强磁场对动弧根附近区域电弧的促进作用。

综上所述，本发明一种无极性磁场驱动电弧结构，通过U型结构的导磁板与永磁体极性面的配合，得到了动、静触头分闸扇形区域内均能驱动电弧向远离动、静触头方向运动的洛伦兹力，而与电流方向无关，同时通过在远离导磁板区域增加额外永磁体，实现了对驱动电弧的正向洛伦兹力的显著提升效果，有效解决了永磁体作用于电弧的极性问题。总体而言，本方案既保持了外加磁场对电弧提供强驱动力的优势，又解决了外加磁场有确定方向的问题，对交流和直流电弧的分断具有应用价值。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无极性磁场驱动电弧结构，其特征在于，包括U型导磁板(4)，U型导磁板(4)的一侧设置有静触头(1)，另一侧设置有第一永磁体(3)，U型导磁板(4)和静触头(1)之间设置有导磁板盖板(5)，导磁板盖板(5)的上方设置有动触头(2)，U型导磁板(4)的U型开口方向与动触头(2)和静触头(1)分闸状态下的开口方向一致，动触头(2)和静触头(1)的接触部分位于U型导磁板(4)的U型开口之间。

2.根据权利要求1所述的无极性磁场驱动电弧结构，其特征在于，U型导磁板(4)包括平行设置的第一侧壁(402)和第二侧壁(403)，第一侧壁(402)和第二侧壁(403)的底部通过U型连接板(401)连接。

3.根据权利要求2所述的无极性磁场驱动电弧结构，其特征在于，第一永磁体(3)的第一极性面(301)位于U型连接板(401)的外侧，第一极性面(301)与U型连接板(401)的间距小于等于10mm。

4.根据权利要求2所述的无极性磁场驱动电弧结构，其特征在于，第一侧壁(402)和第二侧壁(403)覆盖在静触头(1)、动触头(2)分闸形成的扇形区域的两侧。

5.根据权利要求2所述的无极性磁场驱动电弧结构，其特征在于，导磁板盖板(5)为U型结构，包括平行设置的第一扇形盖板侧壁(502)和第二扇形盖板侧壁(503)，第一扇形盖板侧壁(502)和第二扇形盖板侧壁(503)之间通过盖板连接板(501)连接。

6.根据权利要求5所述的无极性磁场驱动电弧结构，其特征在于，第一扇形盖板侧壁(502)设置在第一侧壁(402)的内侧，第二扇形盖板侧壁(503)设置在第二侧壁(403)的内侧，盖板连接板(501)位于U型连接板(401)和第一永磁体(3)的上方。

7.根据权利要求1所述的无极性磁场驱动电弧结构，其特征在于，静触头(1)远离U型导磁板(4)底部的延伸线上设置第二永磁体(6)，第二永磁体(6)位于U型导磁板(4)的外部；动触头(2)和静触头(1)的分闸状态开口方向上设置第三永磁体(7)，第三永磁体(7)位于U型导磁板(4)的外部。

8.根据权利要求7所述的无极性磁场驱动电弧结构，其特征在于，第二永磁体(6)的第一极性面(601)朝向静触头(1)方向设置，第二永磁体(6)的第一极性面(601)的极性与第一永磁体(3)的第一极性面(301)的极性相反；第三永磁体(7)的第一极性面(701)朝向静触头(1)的方向设置，第三永磁体(7)的第一极性面(701)极性与第一永磁体(3)的第一极性面(301)的极性相反。

9.根据权利要求7所述的无极性磁场驱动电弧结构，其特征在于，动触头(2)、静触头(1)和第二永磁体(6)、第三永磁体(7)之间设置有金属栅片灭弧室(8)。

10.根据权利要求7所述的无极性磁场驱动电弧结构，其特征在于，动触头(2)与静触头(1)、U型导磁板(4)、导磁板盖板(5)、金属栅片灭弧室(8)、第一永磁体(3)、第二永磁体(6)、第三永磁体(7)的对称面重合。

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