CN220691955U - 灭弧机构和断路器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种灭弧机构和断路器，该灭弧机构包括动触头、静触头和永磁体组，静触头的一端设置有静触点，动触头能够相对于静触头转动，以实现与静触点接触或者分离，永磁体组设置有两个，两个永磁体组分别设置于静触头相对的两侧，每个永磁体组中至少设置有两块永磁体，每个永磁体组中相邻的两块永磁体朝向静触头一端的极性不相同，两个永磁体组中相对设置的两块永磁体朝向静触头一端的极性不相同，且两个永磁体组中相对设置的两块永磁体的连线与动触头的移动轨迹性形成的平面相交；上述灭弧机构在静触点与动触点之间形成有至少两个方向相反的磁场，使得静触点与动触头之间的电弧轨迹被极大限度地拉长，实现断路器在有限空间下的分断能力提升。

Description

灭弧机构和断路器

技术领域

本申请涉及电气开关技术领域，特别涉及一种灭弧机构、一种断路器。

背景技术

断路器的分断能力是指断路器在发生短路故障时，保证断路器不受任何损坏的前提下能分断的最大短路电流值，是断路器一种极其重要的指标。目前，为了提高断路器的分断能力，一般通过增强磁场推动电弧等技术手段。在增强磁场的技术手段中，通过在断路器的灭弧系统中设置一对平行的永磁体或者设置一对极性相对的永磁体，通过永磁体拉长断路器分断时的电弧，缩短电弧的分断时间。但是，仅设置一对平行的永磁体的方式在磁场强度最大的位置，大部分的磁感线平行于电弧运动的方向，对电弧的作用较小，分断时对电弧的拉长效果有限，分断能力不够理想。而仅设置一对极性相对的永磁体的方式，则需要限定输入电流的方向，若输入的电流方向相反，不仅无法熄灭电弧，还可能烧损动触头，产生事故。

可见，现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本申请的目的在于提供一种灭弧机构和断路器，旨在解决现有技术中上述提及的至少一个技术问题。

为了达到上述目的，本申请采取了以下技术方案：

本申请一方面公开了一种灭弧机构，包括：

静触头，其一端设置有静触点；

动触头，能够相对于所述静触头转动，以实现与所述静触点接触或者分离；

永磁体组，设置有两个，两个所述永磁体组分别设置于所述静触头相对的两侧，每个所述永磁体组中至少设置有两块永磁体，每个所述永磁体组中相邻的两块所述永磁体朝向静触头一端的极性不相同，两个所述永磁体组中相对设置的两块所述永磁体朝向静触头一端的极性不相同，且两个所述永磁体组中相对设置的两块所述永磁体的连线与所述动触头的移动轨迹形成的平面相交。

本申请的一些实施例中，所述灭弧机构还包括隔板，所述隔板设置有两组，两组所述隔板分别设置于所述静触头相对的两侧，每组所述隔板上分别设置有一个所述永磁体组，所述动触头的摆动端能够在两组所述隔板之间移动。

本申请的一些实施例中，所述灭弧机构还包括多个栅片，多个所述栅片分别与两组所述隔板连接，层叠设置于两组所述隔板之间。

本申请的一些实施例中，所述永磁体设置于所述栅片与所述动触头之间，位于所述静触点的上方。

本申请的一些实施例中，所述隔板上设置有多个定位槽，所述栅片对应连接于所述定位槽中。

本申请的一些实施例中，所述定位槽内设置有定位孔，所述栅片包括基部以及设置于基部两侧的腿部，所述腿部伸入两组所述隔板之间，连接于所述定位槽中，且所述腿部的外侧形成有凸起，所述凸起插接于所述定位孔中，以使所述栅片固定于所述隔板上。

本申请的一些实施例中，所述隔板朝向所述静触头的侧壁上设置有容置槽体，所述永磁体插接于所述容置槽体内。

本申请的一些实施例中，所述隔板为产气材料制成的绝缘件。

本申请还公开了一种断路器，包括：

灭弧系统，包括如上任一项所述的灭弧机构；

操动机构，与所述灭弧机构的动触头传动连接，能够带动所述动触头转动，以实现所述动触头与所述静触点的接触或者分离。

本申请的一些实施例中，所述灭弧系统还包括：

绝缘板，配置有两块，两块所述绝缘板设置于所述灭弧机构的栅片的两个腿部之间，所述动触头位于两块所述绝缘板之间。

有益效果：

本申请提供的灭弧机构，通过在静触头相对的两侧分别设置一组永磁体，且每组永磁体中至少包括两块永磁体，每组永磁体中相邻的两块永磁体的极性不相同，不同组的且相对设置的两块永磁体的极性也不相同，且两组永磁体相对设置的两块永磁体的连线与动触头的移动轨迹形成的平面相交，使得永磁体在静触点与动触头之间形成至少两个方向相反的磁场，灭弧机构在分断时，电弧受磁场的作用轨迹发生偏转，从而拉长电弧的轨迹，当电弧从一磁场进入另一磁场后，由于磁场方向发生改变，因此电弧轨迹向反方向变化，进一步地拉长电弧的轨迹，加速电弧熄灭，从而提高分断能力；此外，该永磁体组形成的磁场不受电流输入方向的局限，适用性高。

本申请提供的断路器，包括上述灭弧机构，能够在有限空间内实现快速灭弧，保证分断效果，可靠性高。

附图说明

图1为本申请一实施方式提供的灭弧机构的结构示意图。

图2为本申请另一实施方式提供的灭弧机构的结构示意图。

图3为本申请一实施方式提供的灭弧机构剖视示意图。

图4为本申请又一实施方式提供的灭弧机构的结构示意图。

图5为本申请一实施方式提供的灭弧机构通入正向电流时的电弧轨迹示意图。

图6为本申请一实施方式提供的灭弧机构通入反向电流时的电弧轨迹示意图。

图7为本申请一实施方式提供的灭弧机构中带电粒子的受力示意图。

图8为本申请一实施方式提供的隔板的结构示意图。

图9为本申请另一实施方式提供的隔板的结构示意图。

主要元件符号说明：1、静触头；11、静触点；2、动触头；21、动触点；3、永磁体组；31、永磁体；4、隔板；41、定位槽；42、定位孔；43、容置槽体；5、栅片；51、基部；52、腿部；53、凸起；6、绝缘板；100、第一磁场；200、第二磁场；300、本申请的电弧轨迹；400、无永磁体的电弧轨迹；A、洛伦兹力；B、气吹；C、磁力线；D、电流运动方向；F、合力。

具体实施方式

本申请提供一种灭弧机构和断路器，为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示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申请和简化描述，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、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本申请的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且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。因此，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多个该特征。本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，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，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接连接，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申请中的具体含义。

经济的快速发展造成电力需求急速增加，加上日益关注的节能减排，使得作为低压配电系统主开关的低压断路器要求实现小尺寸和高性能。分断能力是断路器的一个重要指标，为实现在有限空间内提高断路器的分断能力，本申请提供了一种断路器，该断路器通过在灭弧机构中设置永磁体组3，通过永磁体组3形成多个不同方向的磁场，改变分断时电弧的运动轨迹，使得电弧的运动轨迹被拉长，加速电弧熄灭，从而提高分断效果。

其中，请参阅图1至7，该灭弧机构包括静触头1、动触头2以及永磁体组3。

静触头1的一端设置有静触点11，具体的，静触头1的一端朝向另一端弯折，形成折弯部，静触点11设置在该折弯部的上表面，与动触头2的摆动端相对设置；动触头2的一端与断路器的操动机构传动连接，能够相对于静触头1转动，以使得其摆动端靠近或者远离静触点11，实现与静触点11接触或者分离，从而实现断路器的合闸或者分断。具体的，动触头2的摆动端上设置有动触点21，随着动触头2的摆动，动触点21能够与静触头1上的静触点11接触或者分离，实现断路器的合闸或者分断。

灭弧机构还包括基座(图中未示出)，静触头1连接于基座上，基座采用绝缘材料制成，能够提高灭弧机构的绝缘性能，减少基座受热而产生变形的可能。

动触头2的移动轨迹形成一参考平面，永磁体组3设置有两个，该参考平面的两侧分别设置一组永磁体组3，即两个永磁体组3分别位于静触头1相对的两侧，每个永磁体组3至少设置有两块永磁体31，每个永磁体组3中相邻的两块永磁体31朝向静触头1一端的极性不相同，两个永磁体组3中相对设置的两块永磁体31朝向静触头1一端的极性不相同，且两个永磁体组3中相对设置的两块永磁体31的连线与动触头2的移动轨迹形成的参考平面相交。示例性的，如图4所示，当每一组永磁体组3包括两块永磁体31时，位于静触头1第一外侧的永磁体组3中的第一块永磁体31朝向静触头1一端为S极时，同组的第二块永磁体31朝向静触头1一端为N极；相应的，位于静触头1第二外侧的永磁体组3中的第一块永磁体31朝向静触头1一端为N极，该组中的第二块永磁体31朝向静触头1一端为S极；其中，第二外侧与第一外侧对应设置。又例如，当每一组永磁体组3包括三块永磁体31时，位于静触头1第一外侧的永磁体组3中的第一块永磁体31朝向静触头1一端为N极时，同组的第二块永磁体31朝向静触头1一端为S极，第三块永磁体31朝向静触头1一端为N极；相应的，位于与静触头1第二外侧的永磁体组3中的第一块永磁体31朝向静触头1一端为S极，该组中的第二块永磁体31朝向静触头1一端为N极，第三块永磁体31朝向静触头1一端为S极；其中，第二外侧与第一外侧对应设置。

上述灭弧机构中，永磁体组3分别以异性极相对排列，形成静态磁场。断路器分断时，带电粒子穿过永磁体组3形成的磁场，受磁场产生的洛伦兹力的作用而使得电弧轨迹发生偏转，从而使得电弧的轨迹被拉长，有利于栅片5对电弧降温，加速电弧熄灭。进一步的，永磁体组3中相对设置的一对永磁体31形成一个磁场，即两个永磁体组3形成至少两个磁场，且由于相邻的两块永磁体31以异性极排列，因此，相邻的磁场的磁场方向相反。带电粒子跨越相邻的两个磁场时，电弧轨迹向反方向变化，使得电弧轨迹被最大限度地拉长，电弧能够快速熄灭，实现断路器的快速分断，有效地解决了在有限的空间内提高断路器的分断能力。

如图5和图6所示，图5为断路器通入正向电流(即电流从静触头1向动触头2移动)时电弧轨迹的示意图，图6为断路器通入反向电流(即电流从动触头2向静触头1移动)时电弧轨迹的示意图；从上述两图中可以看出，本申请的电弧轨迹300明显比无永磁体的电弧轨迹400长，且无论是通入正向电流还是通入反向电流，电弧的运动轨迹均会被拉长，且在两个磁场的交接处电弧的运动轨迹的方向会发生改变，因此本申请中的灭弧机构对电弧的拉长作用不受电流流向的影响。

示例性的，如图1所示，每个永磁体组3中设置有两块永磁体31，断路器中通入正向电流(即电流方向由静触头向动触头运动)，两个永磁体组3形成有靠近静触点11的第一磁场100以及远离静触点11的第二磁场200。第一磁场100的磁场方向为垂直纸面向下，第二磁场200的磁场方向垂直纸面向上。第一磁场100的磁场方向以及第二磁场200的磁场方向分别与电流的运动方向垂直，带电粒子的运动轨迹与磁力线之间形成夹角，其运动过程中受到洛伦兹力的作用，具有向上的速度；进一步的，带电粒子从第一磁场100进入第二磁场200时，受到一个与第一磁场100方向相反的洛伦兹力的作用，电弧的轨迹向反方向移动，极大限度地拉长了电弧的运动轨迹，从而加快电弧的熄灭。

永磁体31的材料可以选自合金永磁材料或者铁氧永磁材料中的一种。示例性的，合金永磁材料可以选自钕铁硼合金、钐钴合金或者镍钴合金中的一种。

进一步的，如图1和图2所示，灭弧机构还包括隔板4，隔板4设置有两组，两组隔板4分别设置于静触头1相对的两侧，两组隔板4形成有相对设置的侧壁，每组隔板4在其与另一组隔板4相对的侧壁上分别设置有一个永磁体组3，两个永磁体组3相对设置，其中一个永磁体组3中的一个永磁体31与另一个永磁体组3中对应的设置的一个永磁体31形成一个磁场，动触头2的摆动端能够在两组隔板4之间移动。两组隔板4之间形成容纳空间，静触点11位于该容纳空间中，动触头2的摆动端延伸至该容纳空间中，能够在该容纳中间中摆动，从而实现与静触点11的接触或者分离。

如图1和图2所示，灭弧机构还包括多个栅片5，多个栅片5分别与两组隔板4连接，层叠设置于两组隔板4之间；相邻的栅片5之间等距设置，形成灭弧室。

进一步的，永磁体31设置于栅片5与动触头2之间，位于静触点11的上方，使得静触头1与动触头2之间产生的电弧快速向灭弧室移动，利于灭弧栅片5对电弧降温，加速电弧熄灭。优选的，每个永磁体组3中至少有一块永磁体31设置于静触点11朝向栅片5的方向的前端；该位置电弧的电压最高，电弧受力最大，从而使得电弧运动的加速度也更大，提高电弧的运动速度，提高灭弧的效率。

如图8所示，两组隔板4相对设置的侧壁上设置有多个定位槽41，定位槽41沿栅片5的层叠方向设置，栅片5对应连接于定位槽41中，便于栅片5的连接固定。

如图2、图3以及图9所示，进一步的，定位槽41内设置有定位孔42，栅片5包括基部51以及设置于基部51两侧的腿部52，栅片5的基部51设置于远离静触点11的一侧，栅片5的两个腿部52分别伸入两组隔板4之间，且两个腿部52分别与两组隔板4中对应的定位槽41连接，且腿部52的外侧形成有凸起53，凸起53插接于定位孔42中，以使栅片5固定于隔板4上，能够防止栅片5移位而影响灭弧室的灭弧效果。栅片5的两个腿部52之间间隙设置，动触头2在操动机构的带动下，其摆动端能够在栅片5的两个腿部52之间摆动，以实现与静触点11接触或者分离。

如图8和图9所示，隔板4朝向静触头1的一侧设置有容置槽体43，永磁体31插接于容置槽体43内。隔板4为绝缘材料，永磁体31插接在容置槽体43内，使得永磁体31不仅能够被容置槽体43固定，而且可以隔绝电弧燃烧时产生的高温，以及避免永磁体31与栅片5接触，防止永磁体31因高温而消磁。

优选的，隔板4为产气材料制成的绝缘件。示例性的，产气材料为PMMA(PolymethyMethacrylate，有机玻璃)、PA66(Polyamide，聚己二酰己二胺/尼龙66)、PETP(Polyethylene Terephthalate，聚酯)、POM(Polyoxymethylene，聚甲醛)、PE(Polyethylene，聚乙烯)中的一种。

该产气材料制成的隔板4受电弧侵蚀后能够产生气体，增大灭弧室内的压力，其与外界大气压力之差形成灭弧室通过出气口的气流。该气流一方面能够推动电弧向栅片5运动并进入栅片5，而且能够对电弧进行对流冷却；另一方面，产气材料产生的气体中含有H₂，H₂具有良好的导热性能，能够冷却电弧，缩小电弧弧柱的直径，使电弧加速运动。此外，当电流过零后，H₂能提高弧隙介质恢复强度。

示例性的，如图4和图7所示，每个永磁体组3中设置有两块永磁体31，断路器中通入正向电流(即电流方向由静触头向动触头运动)，两个永磁体组3形成有两个方向相反的磁场。带电粒子在运动过程中受到磁场产生的洛伦兹力A以及隔板4产生的气体的气吹B作用，洛伦兹力A的方向垂直于电流运动方向D，洛伦兹力A与气吹B形成合力F，带电粒子的运动轨迹与永磁体组3中相对的两个永磁体31之间的磁力线C形成夹角，使得带电粒子在运动过程中受洛伦兹力A和气吹B的合力F的作用，形成呈螺旋上升的曲线的电弧轨迹，极大限度地拉长了电弧的运动轨迹，从而加快电弧的熄灭。

本申请还公开了一种断路器，包括灭弧系统和操动机构；灭弧系统包括灭弧机构，灭弧机构的结构如上所述，在此不作赘述。灭弧机构设置于一密封的壳体内，壳体内填充绝缘气体，如六氟化硫等，形成灭弧室中具有绝缘气体的断路器；或者壳体内为真空，形成真空断路器。

壳体内设置有出气孔，该出气孔能够排出电弧的能量，防止灭弧机构温度过高而被损害。

操动机构与灭弧机构的动触头2传动连接，能够带动动触头2转动，以实现动触头2与静触点11的接触或者分离。操动机构与灭弧机构之间还可以设置传动机构，通过传动机构将操动机构的运动传递至灭弧机构中，能够提高更多形式的运动可能性。示例性的，操动机构与灭弧机构之间可以通过连杆机构连接，能够将操动机构的直线运动转化为动触头2的旋转运动，为断路器中各个零件的布局提供更多的可能，优化断路器的结构。

灭弧系统还包括绝缘板6，绝缘板6配置有至少一块，本实施方式中，绝缘板6配置有两块，两块绝缘板6设置于灭弧机构的栅片5的两个腿部52之间，动触头2位于两块绝缘板6之间。该绝缘板6能够避免动触头2与栅片5直接接触，避免栅片5因高温产生变形而影响其灭弧效果。

综上所述，本申请通过在灭弧机构上设置两个永磁体组，两个永磁体组分别设置于静触头相对的两侧，每个永磁体组设置有至少两块永磁体，同一永磁体组中相邻的两块永磁体朝向静触点一端的极性不相同，不同永磁体组中相对设置的两块永磁体中相对应的一端的极性也不相同，使得静触点的两侧沿电弧的运动方向形成有至少两个方向相反的磁场，使得动触点与静触点之间产生的电弧在在先经过的磁场进入在后经过的磁场时运动方向向相反的方向改变，电弧的运动轨迹能够被永磁体组最大限度地拉长，提高灭弧效果，从而提高断路器的分断能力。

此外，隔板4采用产气材料制成的绝缘件，使得隔板4在受电弧侵蚀后能够产生气体，推动电弧向栅片5运动，且能够对电弧进行对流冷却，加速电弧的熄灭。

需要说明的是，本申请提供的静触头1和动触头2等可以选用任意合适的现有构造。为清楚简要地说明本实施例所提供的技术方案，在此不作赘述。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本申请的技术方案及其申请构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本申请所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种灭弧机构，其特征在于，包括：

静触头，其一端设置有静触点；

动触头，能够相对于所述静触头转动，以实现与所述静触点接触或者分离；

永磁体组，设置有两个，两个所述永磁体组分别设置于所述静触头相对的两侧，每个所述永磁体组中至少设置有两块永磁体，每个所述永磁体组中相邻的两块所述永磁体朝向静触头一端的极性不相同，两个所述永磁体组中相对设置的两块所述永磁体朝向静触头一端的极性不相同，且两个所述永磁体组中相对设置的两块所述永磁体的连线与所述动触头的移动轨迹形成的平面相交。

2.根据权利要求1所述的灭弧机构，其特征在于，所述灭弧机构还包括：

隔板，设置有两组，两组所述隔板分别设置于所述静触头相对的两侧，每组所述隔板上分别设置有一个所述永磁体组，所述动触头的摆动端能够在两组所述隔板之间移动。

3.根据权利要求2所述的灭弧机构，其特征在于，所述灭弧机构还包括多个栅片，多个所述栅片分别与两组所述隔板连接，层叠设置于两组所述隔板之间。

4.根据权利要求3所述的灭弧机构，其特征在于，所述永磁体设置于所述栅片与所述动触头之间，位于所述静触点的上方。

5.根据权利要求3所述的灭弧机构，其特征在于，所述隔板上设置有多个定位槽，所述栅片对应连接于所述定位槽中。

6.根据权利要求5所述的灭弧机构，其特征在于，所述定位槽内设置有定位孔，所述栅片包括基部以及设置于基部两侧的腿部，所述腿部伸入两组所述隔板之间，连接于所述定位槽中，且所述腿部的外侧形成有凸起，所述凸起插接于所述定位孔中，以使所述栅片固定于所述隔板上。

7.根据权利要求2所述的灭弧机构，其特征在于，所述隔板朝向所述静触头的侧壁上设置有容置槽体，所述永磁体插接于所述容置槽体内。

8.根据权利要求2所述的灭弧机构，其特征在于，所述隔板为产气材料制成的绝缘件。

9.一种断路器，其特征在于，包括：

灭弧系统，包括如权利要求1至8任一项所述的灭弧机构；

操动机构，与所述灭弧机构的动触头传动连接，能够带动所述动触头转动，以实现所述动触头与所述静触点的接触或者分离。

10.根据权利要求9所述的断路器，其特征在于，所述灭弧系统还包括：

绝缘板，配置有两块，两块所述绝缘板设置于所述灭弧机构的栅片的两个腿部之间，所述动触头位于两块所述绝缘板之间。