一种分断器件的制作方法

1.本实用新型涉及一种分断器件，具体涉及磁吹灭弧结构的改进。


背景技术：

2.如何提高断路器的分断能力始终是行业内的重点研究方向。近年来，随着新能源技术的发展，直流断路器额定工作电压越来越高，目前已达到1500v。由于工作电压的提高，市场对断路器的可靠分断性能提出了更高的要求，临界分断的难度将大幅增加。
3.目前常用的增强灭弧能力的技术，例如通过加大开距来拉长电弧和通过灼烧产气材料来推动和冷却电弧等技术手段，然而在直流高电压和体积受限的情况下，这些方法将不能可靠地分断电路，依靠传统的单一气吹很难迅速的把电弧引入灭弧室进行灭弧。另外由于直流电流无自然过零点，直流塑壳断路器在分断直流短路电流时较难，尤其是在高电压直流短路电流中。
4.所以，现有断路器经常采用永磁体提供外加磁场，使电弧拉长快速进入灭弧室。传统的永磁体磁吹加速方案一般如图1
‑
2所示，断路器包括动触头200和静触头100，动触头200能够相对静触头100摆动，并以其运动轨迹实现断路器的接通和关断，灭弧栅片组300设置在动触头200运动轨迹的一侧对分断过程中产生的电弧400进行灭弧，每个灭弧栅片组300宽度方向的两侧分别设有一永磁体500，永磁体500的磁极横向沿着灭弧栅片组300的宽度方向设置，使永磁体500对电弧400产生作用的磁场方向大致是沿栅片宽度方向的横向，通过两个相对的永磁体500之间的磁场作用，对电弧产生安培力f
a
，以拉伸电弧400向着灭弧栅片组300运动。
5.然而，此方案中，永磁体的分布和电弧电流的流向有着一定的配置要求，无法达到无极性条件，如在图2的情况中使电弧400的电流反向(即电流流向改为从纸面向外)，则电弧400将朝着触头系统运动，这是不被期望的，不利于电弧的分断。现今在很多应用场景中(如光伏和风电)，直流断路器会面临反向直流电流分断的情况，因此这种结构就不能应用在无极性要求的应用场合。
6.对此，现有一些厂商研发了无极性的磁吹灭弧的结构，例如专利cn209071258u提出了一种带有永磁体的断路器，参阅该专利的附图1
‑
3所示，该专利选择将永磁体4加设在栅片3上，且永磁体4的磁极连线方向与灭弧栅片32的延伸方向平行，使得永磁体4对电弧产生作用的磁场方向大致是沿栅片的高度的纵向，从而不论电弧电流方向是正向还是反向，电弧都会受到横向的安培力向灭弧栅片32拉伸灭弧，实现了无极性的要求。
7.然而在专利cn209071258u的这种结构中，永磁体4加设在栅片3上，而栅片3本就排列紧密，要将永磁体4加设在栅片3上装配难度较高，并且尤为重要的是，由于永磁体4与电弧过于接近，电弧产生时在灭弧室内产生的大量热量将影响永磁体4的的磁性，产生高温退磁现象，因此该专利中必须将永磁体4外部包覆绝缘且隔热的壳体41，增大了成本和制造难度。同时，在电弧高温灼烧触头时产生的大量带电粒子由于受到电弧两侧永磁体4的吸引，将难以冲出灭弧室，影响断路器下一次的分断能力。
8.另外，在上述的两种结构中，每个灭弧室使用的永磁体的数量少则2片，多则4片，且体积较大，一台双极断路器要使用4至8片永磁体，而永磁体一般为稀土材料，价格昂贵。


技术实现要素：

9.因此，针对上述问题，本实用新型提出一种结构优化的分断器件。
10.本实用新型采用如下技术方案实现：
11.本实用新型提出一种分断器件，一种分断器件，包括动触头和静触头，所述动触头相对所述静触头具有一运动轨迹以实现分断器件的接通和关断，还包括由数个灭弧栅片排列布置形成的灭弧栅片组，所述灭弧栅片组固定设置在朝向所述运动轨迹的一侧，还包括永磁体，所述永磁体固定设置在所述灭弧栅片组背向所述运动轨迹的一侧，定义自所述运动轨迹朝向所述永磁体的方向为上下方向，所述永磁体以其两磁极的朝向是沿上下方向排列的。
12.其中，所述分断器件既可以是单极的，也可以是多极的，多极的分断器件中每一极均包括所述动触头、静触头、永磁体和灭弧栅片，相邻的两个极上的永磁体的磁极是呈极性相反布置的。
13.其中，基于制造和安装考虑，在一个实施例中，所述永磁体呈长条状，所述永磁体沿所述灭弧栅片的宽度方向横向布置，或沿所述灭弧栅片的排列方向纵向布置。
14.其中，为使磁场覆盖范围更大，且对正、反向电流的磁吹效果更平均，在一个实施例中，所述永磁体在所述灭弧栅片的宽度方向上对中布置。
15.其中，基于制造和安装考虑，在一个实施例中，分断器件还包括处于所述灭弧栅片组背向所述运动轨迹的上方的壳体，所述永磁体固定设置在所述壳体上。
16.其中，基于制造和安装考虑，在一个实施例中，分断器件还包括永磁体固定件，所述永磁体通过所述永磁体固定件被固定设置在所述壳体上。
17.其中，为了使永磁体的安装更加快速、简便，在一个实施例中，所述永磁体固定件固定连接在所述壳体上，所述永磁体固定件具有形状配合所述永磁体外形的容纳槽，所述永磁体插装在所述容纳槽中。
18.其中，为简化结构、节约制造工艺流程，在一个实施例中，所述壳体上固定设有用于引导气流排气的分流锥，所述永磁体固定设置在所述分流锥上。
19.其中，为适配小电流下的应用场合，在一个实施例中，分断器件还包括第二永磁体和第三永磁体，所述第二永磁体和第三永磁体固定设置在所述灭弧栅片组下方并分别位于所述永磁体的左右两侧，所述永磁体与第二永磁体和第三永磁体大致呈“品”字型布置，所述第二永磁体和第三永磁体相对靠近所述永磁体下方磁极的一极与所述永磁体的下方磁极相异，从而加强所述永磁体下方的磁场。
20.其中，作为一种优选的实施方案，所述分断器件是框架断路器。
21.本实用新型具有以下有益效果：本实用新型将永磁体设置在灭弧室的外侧，比起将永磁体设置在灭弧室内的方案而言，可以避免电弧产生时大量热量的影响，不会产生高温退磁现象。并且，本实用新型中永磁体是设置在灭弧栅片组背向动触头运动轨迹的一侧，从而能够吸引电弧烧蚀触头时产生的带电粒子冲出灭弧室，消除断路器下一次分断的影响。另外，本实用新型中每一极断路器只需要一个永磁体来实现断路器无极性的磁吹灭弧
效果，大大缩减了成本，且永磁体的安装布置也较为简便，制造和装配过程简单。
附图说明
22.图1是现有的带有永磁体的断路器的结构图；
23.图2是现有的带有永磁体的断路器的电弧受安培力磁吹加速的示意图；
24.图3是实施例1中直流框架断路器的结构分解图；
25.图4是实施例1中直流框架断路器的动触头、静触头、灭弧栅片组和永磁体的示意图(角度一)；
26.图5是实施例1中直流框架断路器的动触头、静触头、灭弧栅片组和永磁体的示意图(角度二)；
27.图6是实施例1中电弧受永磁体磁场作用而受到安培力的示意图(侧视)；
28.图7是实施例1中电弧受永磁体磁场作用而受到安培力的示意图(俯视)；
29.图8是实施例1中另一种可选的永磁体的布置方式的示意图(侧视)；
30.图9是实施例1中另一种可选的永磁体的布置方式的示意图(俯视)；
31.图10(a)是永磁体s极朝下、电弧电流方向朝纸面向里的情况下，电弧受两个阶段的安培力朝灭弧栅片组移动的示意图；
32.图10(b)是永磁体s极朝下、电弧电流方向朝纸面向外的情况下，电弧受两个阶段的安培力朝灭弧栅片组移动的示意图；
33.图10(c)是永磁体n极朝下、电弧电流方向朝纸面向里的情况下，电弧受两个阶段的安培力朝灭弧栅片组移动的示意图；
34.图10(d)是永磁体n极朝下、电弧电流方向朝纸面向外的情况下，电弧受两个阶段的安培力朝灭弧栅片组移动的示意图；
35.图11是实施例1中直流框架断路器的基座以及永磁体固定件的示意图；
36.图12是实施例2中直流框架断路器的动触头、静触头、灭弧栅片组和永磁体的示意图(角度一)；
37.图13是实施例2中直流框架断路器的动触头、静触头、灭弧栅片组和永磁体的示意图(角度二)；
38.图14是实施例2中电弧受永磁体磁场作用而受到安培力的示意图；
39.图15是实施例3中灭弧室以及呈“品”字型分布的第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体的示意图。
具体实施方式
40.为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
41.现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
42.参阅图3
‑
5所示，作为本实用新型的优选实施例，提供一种断路器，具体是一种双极的直流框架断路器，包括基座10、侧板20、面罩30、辅助开关40、分合闸电磁铁50、储能电
机60、操作机构70和灭弧室80，每一极回路部分均包括动触头1和静触头2，动触头1相对静触头2具有一运动轨迹90，根据该运动轨迹90，动触头1和静触头2闭合或者分离，从而实现断路器的接通或关断，动触头1和静触头2分离时，二者之间产生电弧，为便于理解，本例示意性地示出了动触头1和静触头2之间的电弧5。灭弧室80用于对电弧5进行灭弧，其中灭弧室80包括灭弧栅片组3，灭弧栅片组3是由多个灭弧栅片线性排列组成，灭弧栅片组3固定设置在朝向动触头1运动轨迹90的一侧，以对电弧5进行灭弧。
43.本实施例还设有永磁体4以实现磁吹加速电弧5的灭弧，永磁体4是设置在灭弧栅片组3背向动触头1运动轨迹90的一侧，而且，永磁体4的n极和s极沿灭弧栅片组3背向运动轨迹90的方向排列布置。为便于描述，定义自运动轨迹90朝向永磁体4的方向为上下方向，即以永磁体4相对处于运动轨迹90的上端，运动轨迹90相对处于永磁体4的下端，永磁体4的n极和s极的连线沿上下方向布置，且双极断路器的两极中相邻的两个永磁体4是极性相反布置，如图6
‑
7的，在本实施例的永磁体4的布置下，永磁体4下方的电弧5所受的磁场方向是大致朝上或朝下的，处于永磁体4下方的电弧基于永磁体4的磁场影响，将受到沿着灭弧栅片组3宽度方向的安培力f
a
，使得电弧5进入灭弧栅片组3之后被横向拉伸，从而提高灭弧效果。且不论电弧5的电流方向如何，电弧5进入灭弧栅片组3之后都会被横向拉伸，只是被磁吹拉伸的方向相异，因此，断路器本身是无极性要求的。
44.本实施例中永磁体4的n极和s极具体是哪一个朝上、哪一个朝下并不影响具体的磁吹效果，因此在其他实施例中也可以如图7
‑
8的，将两个永磁体4与本实施例呈极性相反布置。
45.以本实施例中永磁体4的布置结构，更重要的作用在于永磁体4还能将电弧向着灭弧栅片组3磁吹，以推动电弧加速进入灭弧栅片组3。参阅图10(a)、图10(b)、图10(c)和图10(d)，分别示出了四种在不同的永磁体4的布置方向和电弧的电流方向下电弧受到的安培力方向。可以看出，在电弧受安培力f
a1
的第一阶段(图中以虚线标示)，电弧将在被横向拉伸至一侧，在电弧受安培力f
a2
的第二阶段，电弧将被斜向上地向着灭弧栅片的方向磁吹，从而加速灭弧，缩短燃弧时间和减小燃弧能量。不论电流方向如何，其效果都是类似的，电弧均能在永磁体4的磁场作用下向着灭弧栅片组3运动，满足电流无极性要求。
46.本实施例将永磁体4设置在灭弧室的外侧，比起将永磁体设置在灭弧室内的方案而言，可以避免电弧产生时大量热量的影响，不会产生高温退磁现象，从而也不用包覆隔热外壳，减小了制造成本和装配难度。并且，本实施例中永磁体4是设置在灭弧栅片组3背向动触头1运动轨迹90的一侧，从而能够吸引电弧烧蚀触头时产生的带电粒子冲出灭弧室，消除断路器下一次分断的影响。另外，本实施例中每一极断路器只需要一个永磁体4来实现断路器无极性的磁吹灭弧效果，大大缩减了成本。
47.本例虽然以一种两极的断路器做说明，但显然永磁体4也可以应用在单极断路器或者三极、四极等更多极数的断路器中，如果是多极断路器，则相邻极的永磁体4需要以相反极性布置，以保证永磁体4下方的电弧5所受的磁场方向是大致朝上或朝下的。
48.由于本实施例中一极断路器只需对应设置一个永磁体4，因此永磁体4的安装布置也较为简便，如图3和图11所示，断路器还包括永磁体固定件6，永磁体固定件6和侧板20固定连接，永磁体固定件6具有形状配合永磁体4外形的容纳槽61，永磁体4插装在容纳槽61中。当然，在其他实施例中也可以采用其他结构的永磁体固定件，例如卡扣式、螺锁式的永
磁体固定件。除了采用永磁体固定件来固定永磁体之外，在其他实施例中，永磁体4也可以直接固定在基座或侧板(基座和侧板合称为断路器壳体)上，例如在基座或侧板上成型出用于安装永磁体4的安装槽。由于本实施例中永磁体4是设置在灭弧栅片组3背向动触头1运动轨迹90的一侧，因此永磁体4可以方便地安装在基座或侧板上，更进一步的，灭弧栅片组3背向动触头1运动轨迹90的一侧的基座或侧板上还会设有分流锥101来引导气流排气，永磁体4可以直接安装在分流锥101上，以简化结构、节约工艺流程。
49.实施例2：
50.如图12
‑
14，本实施例提供一种双极的直流框架断路器，其结构与实施例1中的断路器类似，唯一不同之处在于，本实施例中永磁体4＇的布置结构与实施例1中的永磁体4不同。实施例1中的永磁体4与本实施例中永磁体4＇均是长条状的结构，实施例1中的永磁体4沿灭弧栅片的宽度方向横向布置，而本实施例中永磁体4＇沿灭弧栅片的排列方向纵向布置。
51.其他实施例中，永磁体4＇还可以与灭弧栅片的排列方向呈倾斜的布置，在布置上，只要是永磁体的n极和s极一个在上、另一个在下，且相邻极的永磁体磁极相反布置即可，由于永磁体的磁场在整个灭弧空间中分布，不论永磁体的具体摆放角度如何，以及永磁体在灭弧栅片组3的宽度方向上的具体位置如何，所得到的磁吹效果都是类似的，因此，永磁体4＇的布置灵活性很高。本实施例采用长条状的永磁体，是便于制造和装配，实际上其他形状的永磁体如圆柱形、异形的也是可行的。
52.作为优选的实施方案，永磁体4＇在灭弧栅片组3的宽度方向上对中布置，以使其磁场覆盖范围更大，且不论电流极性如何，其对电弧造成的向灭弧室磁吹的效果也更为平均。
53.实施例3：
54.本实施例在实施例1和实施例2的基础上提出进一步的改进，实施例1和实施例2中，一个永磁体的磁场影响一极断路器，其磁力相对较小，适用于大电流规格(2500a
‑
10ka)的断路器中，本实施例将磁力加强以适配小电流规格(2a
‑
2500a)的断路器。
55.本实施例具体通过如下方式实现：参阅图15，第一永磁体11设置在灭弧室14背向动触头运动轨迹的上方，除此之外，于灭弧室14朝向动触头运动轨迹的下方设置有分布在第一永磁体11两侧的第二永磁体12和第三永磁体13，第一永磁体11、第二永磁体12和第三永磁体13大致呈“品”字型布置。第二永磁体12和第三永磁体13磁极朝向为灭弧栅片宽度方向的横向，第二永磁体12和第三永磁体13相对靠近第一永磁体11下方磁极(图示为s极)的一极与第一永磁体11下方磁极相异，从而在第二永磁体12和第三永磁体13磁场作用下加强了第一永磁体11下方的磁场，从而使该实施例3能够适用于小电流规格的应用中而具有较大的磁吹功效。
56.另外，本例中由于相比于上述实施例1、2，增加的第二永磁体12和第三永磁体13较为靠近电弧，还可以通过包覆隔热外壳进行抗退磁保护(类似于cn209071258u)，以能够长久使用下依旧保持“增强第一永磁体11下方的磁场提高小电流下断路器的灭弧能力”的功效。但需要说明的是，该实施例3主要依靠设置于灭弧室14朝向动触头运动轨迹的下方的第一永磁体11已能够达成类似于实施例1、2的基本功效；因此在一些考虑制造成本的应用场合中，第二永磁体12和第三永磁体13的用作辅助加强磁场的功能是否能够实现长久使用可以是较低的考虑因素，从而可以省略其对应的隔热外壳的使用。
57.上述实施例都是以框架断路器为例进行说明的，但永磁体的布置结构也可以应用在其他的分断器件中，例如隔离开关。
58.尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均落入本实用新型的保护范围。