本發(fā)明涉及一種具有改進(jìn)的電弧滅弧能力的空氣滅弧直流電路斷路器。

背景技術(shù)：

空氣滅弧的直流電路斷路器是已知的，其包括電觸頭，該電觸頭連接到用于電流的輸入和輸出端子，并且可在閉合位置與斷開(kāi)位置之間相對(duì)于彼此選擇性地移位，在所述閉合位置中，第一和第二電觸頭彼此接觸，以允許第一和第二電觸頭之間的直流電流流動(dòng)，在所述斷開(kāi)位置中，這些觸頭區(qū)域彼此遠(yuǎn)離的斷開(kāi)位置。

以已知的方式，這些斷路器使得可以通過(guò)在檢測(cè)到異常情況(例如電涌或短路等)時(shí)快速中斷電流的流動(dòng)來(lái)保護(hù)電氣系統(tǒng)免受這種異常情況的影響?！翱焖佟笔侵冈跈z測(cè)到異常情況后，電流必須在小于100ms或優(yōu)選小于10ms內(nèi)中斷。

為了中斷電流的流動(dòng)，導(dǎo)體朝向其斷開(kāi)位置彼此分開(kāi)。通常，電弧在其接觸區(qū)域之間形成。必須熄滅電弧才能中斷電流的流動(dòng)。在實(shí)踐中，對(duì)于高強(qiáng)度(例如大于10安培)的電流，電弧通過(guò)在滅弧室的方向吹動(dòng)而移位，該電弧在滅弧室中熄滅，從而可以中斷電流的流動(dòng)。在電弧本身的電流流動(dòng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用下，這種吹動(dòng)效果部分地是由施加在電弧上的電磁力引起的。然而，在存在較低強(qiáng)度(例如小于或等于10安培或1安培)的電流的情況下，由電弧本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)不足以通過(guò)向滅弧室吹送而使其移位。然后電弧可能在兩個(gè)電接觸區(qū)域之間持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。這是不希望的，因?yàn)閿嗦菲鞑粫?huì)快速地中斷電流的流動(dòng)，這可能導(dǎo)致不利于安全的情況。

fr2632772b1公開(kāi)了一種斷路器，其中永磁體設(shè)置在滅弧室入口處的滅弧角(archorn)上，以便產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，以便無(wú)論電流值如何而朝著滅弧室移動(dòng)電弧。然而，這樣的裝置不是完全令人滿(mǎn)意的，而且在工業(yè)上生產(chǎn)是復(fù)雜的，并且需要有時(shí)對(duì)現(xiàn)有的斷路器進(jìn)行重大修改以進(jìn)行整合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明更具體地旨在通過(guò)提出具有可逆極性的直流電路斷路器補(bǔ)救這些缺點(diǎn)，其中即使對(duì)于低電流強(qiáng)度的電流也可以可靠地中斷電弧，并且能夠以在工業(yè)上簡(jiǎn)單的方式生產(chǎn)。

為此，本發(fā)明涉及一種直流電路斷路器，包括：

-直流電流的第一和第二輸入和輸出端子，

-第一和第二電觸頭，分別連接到第一和第二端子，并且可沿著斷路器的縱向平面相對(duì)于彼此在以下位置之間選擇性地移位：

·閉合位置，其中第一和第二電觸頭的相應(yīng)接觸區(qū)域彼此接觸，以允許第一和第二電觸頭之間的直流電流流動(dòng)；以及

·斷開(kāi)位置，這些接觸區(qū)域彼此遠(yuǎn)離，

-電弧形成室，其中放置接觸區(qū)域；

-電弧滅弧室；

斷路器還包括磁路，該磁路包括磁體并產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)能夠在滅弧室的方向上引導(dǎo)在斷開(kāi)位置的接觸區(qū)域之間形成的電弧，由磁路產(chǎn)生的磁場(chǎng)為了這個(gè)目的而展示基本上垂直于電弧形成室的相對(duì)側(cè)壁延伸的彎曲場(chǎng)線(xiàn)，這些側(cè)壁設(shè)置在基本上平行于縱向平面的接觸區(qū)域的任一側(cè)上，這些場(chǎng)線(xiàn)在包含接觸區(qū)域的電弧形成室的中心區(qū)域的水平上朝向滅弧室會(huì)聚，同時(shí)平行于縱向平面延伸。

根據(jù)本發(fā)明，由磁體和磁路產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)電弧施加力，這首先使后者遠(yuǎn)離電接觸區(qū)域并垂直于縱向平面移動(dòng)。由于磁場(chǎng)線(xiàn)的構(gòu)造，施加在電弧上的力隨后改變方向，以便隨后將電弧引向滅弧室。由于相對(duì)于縱向平面的對(duì)稱(chēng)構(gòu)造，不管斷路器中的電流的流動(dòng)方向如何，電弧都會(huì)向滅弧室移動(dòng)。此外，磁路容易集成到現(xiàn)有的斷路器中，而不會(huì)對(duì)其進(jìn)行顯著的結(jié)構(gòu)修改。

根據(jù)本發(fā)明的有利但非強(qiáng)制性方面，這種斷路器可以包括以任何技術(shù)上可接受的組合中的一個(gè)或多個(gè)以下特征：

-磁路還包括由鐵磁材料制成并且至少部分地沿著第一電觸頭延伸的磁芯，磁體被放置在磁芯的一端。

-磁體具有平行于包含在縱向平面中的縱向方向定向的磁軸。

-磁體與磁芯的端部之間的間隔小于或等于2mm，或者優(yōu)選小于或等于1mm，或者更優(yōu)選為零。

-磁體是永磁體。

-磁體由含有稀土族元素的合成合金制成，例如釤鈷合金。

-磁體能夠產(chǎn)生大于或等于0.5特斯拉的磁場(chǎng)，或者優(yōu)選大于或等于1特斯拉。

-磁芯由鋼或鐵制成。

-側(cè)壁由鐵磁材料制成。

附圖說(shuō)明

根據(jù)僅作為示例并參照附圖給出的斷路器實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明將被更好地理解，并且后者的其它優(yōu)點(diǎn)將更清楚地顯現(xiàn)，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的直流電路斷路器的內(nèi)部部分的透視圖的示意圖；

圖2是根據(jù)圖1的箭頭f2所示的視圖的圖1的斷路器的一部分的示意圖；

圖3和圖4示意性地表示由圖1的斷路器的磁路產(chǎn)生的磁場(chǎng)線(xiàn)，根據(jù)圖1的平面p1的縱剖面圖和圖1的平面p2的橫截面圖。

圖5是沿著圖1的剖面p2的圖1的斷路器的一部分的示意圖；

圖6和圖7示意性地示出了在圖1的斷路器中施加在兩個(gè)相反的電流方向的電弧上的電磁力的方向。

具體實(shí)施方式

圖1表示空氣滅弧直流斷路器1的一部分。這里的斷路器1包括封閉的殼體，其內(nèi)部設(shè)置有該斷路器1的部件。該殼體例如由熱成型塑料制成。為了更清楚，在圖1中未示出斷路器1的殼體。

斷路器1包括用于輸入和輸出電流的電氣端子2和2'。端子2和2'被配置為將斷路器1電連接到希望保護(hù)的電路。端子2和2'由導(dǎo)電材料制成，例如銅等金屬。這些端子2和2'在這里可從殼體的外部接近，以將斷路器1連接到要保護(hù)的電路。

在該示例中，斷路器1的極性是可逆的，也就是說(shuō)，端子2和2'可以替代地并且可互換地用作斷路器1中的電流的輸入或輸出端子。

這里的斷路器1包括兩個(gè)分別與端子2、2'相連的子組件1a和1b。第一子組件1a包括以下元件：連接到端子2的第一電觸頭21、滅弧室4和磁路5。第二子組件1b包括以下元件：連接到端子2'的電觸頭21'、滅弧室4'和磁路5'。

所描述的這兩個(gè)子組件1a和1b中的每一個(gè)以類(lèi)似的方式操作。因此，下面將僅詳細(xì)描述第一子組件。

在該示例中，第二子組件1b的元件是相同的并且具有與第一子組件1a類(lèi)似的功能。第二子組件1b的元件與第一子組件1a的元件具有相同的數(shù)字參考，增加了符號(hào)“'”。例如，觸點(diǎn)21'類(lèi)似于觸點(diǎn)21，并且僅以它們?cè)跀嗦菲?中的位置而不同。

斷路器1還包括可移動(dòng)部件3，其可圍繞斷路器1的固定軸線(xiàn)x1旋轉(zhuǎn)。例如，可移動(dòng)部件3圍繞與斷路器1的外殼一體的軸線(xiàn)樞轉(zhuǎn)安裝可移動(dòng)部件3在這里在相對(duì)的接觸區(qū)域30和30'之間導(dǎo)電。

“p1”表示斷路器1的縱向幾何平面。在該示例中，平面p1形成斷路器1的對(duì)稱(chēng)平面。此外，斷路器1的元件還相對(duì)于軸線(xiàn)x1對(duì)稱(chēng)地設(shè)置。軸線(xiàn)x1垂直于平面p1?！皕1”表示垂直于軸線(xiàn)x1并包含在平面p1中的幾何軸線(xiàn)，并且在此限定垂直方向。

電觸頭21設(shè)置有接觸區(qū)域22，該接觸區(qū)域22旨在與部件3的對(duì)應(yīng)區(qū)域30接觸。例如，接觸區(qū)域22和30各自包括導(dǎo)電接觸焊盤(pán)，例如由金屬材料制成，如銀或銅。

電觸頭21與端子2電連接，而可移動(dòng)部件3電連接到端子2'，如下所述。

這里，觸點(diǎn)21相對(duì)于斷路器1固定。

在該示例中，電觸頭21采用由導(dǎo)電材料(例如銅)制成的棒的形式，其平行于斷路器的固定軸線(xiàn)y1延伸。軸線(xiàn)y1在這里相對(duì)于平面p1縱向并且在水平方向上延伸。在該說(shuō)明性示例中，電觸頭21與端子2形成為一體。更精確地，該桿包括兩個(gè)重疊的直線(xiàn)部分，它們沿軸線(xiàn)y1彼此平行延伸并且由該桿的部分20連接在一起，該部分20被彎成“u”形。接觸區(qū)域22形成在電觸頭21的一個(gè)直線(xiàn)部分上。端子2的用于與外部連接的部分制成在電觸頭21的相對(duì)的直線(xiàn)部分上。更準(zhǔn)確地說(shuō)，接觸區(qū)域22制成在面對(duì)可移動(dòng)部件3的相應(yīng)的接觸區(qū)域30的電觸頭21的上部。

這里的可移動(dòng)部件3起到與電觸頭21電接觸的作用。

可移動(dòng)部件3和電觸頭21可相對(duì)于彼此可選地且可逆地在閉合位置與斷開(kāi)位置之間移動(dòng)。在閉合位置，接觸區(qū)域22和30彼此直接接觸，以允許可移動(dòng)部件3和電觸頭21之間的電流流動(dòng)。在斷開(kāi)位置，接觸區(qū)域22和30彼此遠(yuǎn)離，從而在觸點(diǎn)22與30之間沒(méi)有電弧時(shí)防止電流的流動(dòng)。例如，在該斷開(kāi)位置，接觸區(qū)域22與30相隔至少5mm，優(yōu)選地最少15毫米。

箭頭f1示出了可移動(dòng)部件3從閉合位置到斷開(kāi)位置的移動(dòng)方向。

在該示例中，可移動(dòng)部件3在閉合位置和斷開(kāi)位置之間的位移沿平面p1進(jìn)行，也就是說(shuō)，接觸區(qū)域30在位移期間的軌跡平行于平面p1。在斷開(kāi)位置，接觸區(qū)域21和30基本上沿著平行于軸線(xiàn)z1的軸線(xiàn)對(duì)齊。

部件3在這里直接連接到端子2'，特別是與第二子組件1b的電觸頭21'連接。

可移動(dòng)部件3相對(duì)于電觸頭21'的斷開(kāi)和閉合位置類(lèi)似地限定。電觸頭21'在這里沿著平行于軸線(xiàn)y1的固定軸線(xiàn)y1'延伸。

斷路器1被布置成使得部件3相對(duì)于電觸頭21和21'同時(shí)處于斷開(kāi)位置或處于閉合位置。因此，通過(guò)對(duì)稱(chēng)，朝向斷開(kāi)位置的位移同時(shí)地對(duì)這兩個(gè)子組件1a和1b中的每一個(gè)做出。當(dāng)可移動(dòng)部件3處于閉合位置時(shí)，電流可以在端子2和2'之間流動(dòng)，同時(shí)經(jīng)過(guò)接觸區(qū)域21與21'，經(jīng)過(guò)可移動(dòng)部件3，并經(jīng)過(guò)它們各自的接觸區(qū)域。可移動(dòng)部件3向其斷開(kāi)位置的位移旨在防止端子2和2'之間的這種電流的流動(dòng)。當(dāng)可移動(dòng)部件3處于斷開(kāi)位置時(shí)，在電觸頭21、21'和可移動(dòng)部件3的各個(gè)接觸區(qū)域之間沒(méi)有任何電弧的情況下，電流在端子2與2'之間的流動(dòng)被阻止。

以已知的方式，當(dāng)可移動(dòng)部件3朝著斷開(kāi)位置移動(dòng)同時(shí)電流在端子2與2'之間流動(dòng)時(shí)，可以在兩個(gè)接觸區(qū)域22與30之間形成電弧。該電弧允許電流繼續(xù)流動(dòng)，因而必須被熄滅才能中斷此電流。

斷路器1還包括未示出的跳閘電路，其構(gòu)造成當(dāng)檢測(cè)到操作異常時(shí)，例如在端子2與2'之間流動(dòng)的電流的浪涌，使可移動(dòng)部件3朝向斷開(kāi)位置移動(dòng)。

例如，室4至少部分地由斷路器的殼體的壁限定。

以已知的方式，滅弧室4包括疊置在彼此之上的導(dǎo)電滅弧板41的堆疊。一旦這個(gè)電弧已經(jīng)穿過(guò)滅弧室4，這些板就意圖熄滅電弧。在這個(gè)例子中，這些板彼此相同并且呈現(xiàn)內(nèi)嵌在四邊形之內(nèi)的平面形式，其中板被制成基本上位于指向區(qū)域22和30的邊緣上的“v”形切口。堆疊的板41由布置在堆疊的端板42上方的滅弧角43覆蓋。

在該示例中，斷路器1包括電弧形成室。該室例如由斷路器1的殼體的內(nèi)壁至少部分地限定。接觸區(qū)域22和30位于該電弧形成室內(nèi)。電弧形成室與滅弧室4連通并在其內(nèi)部露出。電弧形成室和滅弧室4都充滿(mǎn)空氣。

“p2”表示垂直于平面p1并沿z1方向延伸的幾何平面。這里的平面p2形成電弧形成室的縱向截面。

作為示例，電弧形成室呈現(xiàn)具有平行六面體基座的棱鏡形狀，其側(cè)面平行于由側(cè)壁31、32形成的平面p1。

在該示例中，斷路器還包括側(cè)壁31和32，其界定了電弧形成室的平行于平面p1的相對(duì)面。這里，壁31和32表現(xiàn)出平行于平面p1的基本平面形狀。相對(duì)的壁31和32設(shè)置在接觸區(qū)域22和30的兩側(cè)，同時(shí)彼此面對(duì)。例如，壁31和32由諸如鋼或鐵的鐵磁材料制成。

作為說(shuō)明，壁31和32各自被放置在距離接觸區(qū)域22的10mm至100mm之間的距離處，該距離在平行于軸線(xiàn)x1的方向上測(cè)量。

磁路5被配置為產(chǎn)生能夠沿滅弧室4的方向引導(dǎo)在接觸區(qū)域22和30之間形成的電弧6的磁場(chǎng)，該電弧在可移動(dòng)部件3朝向斷開(kāi)位置的位移之后形成。由于接觸區(qū)域22和30處于斷開(kāi)位置的布置，電弧6基本上沿平行于平面p1的方向延伸到軸線(xiàn)z1。

關(guān)于磁路5描述的一切都適用于相對(duì)于子組件1b的相應(yīng)元件的磁路5'。

圖2表示從圖1的箭頭f2的上方觀察的電弧形成室和滅弧室。編號(hào)51表示與由磁路5產(chǎn)生的磁場(chǎng)相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)線(xiàn)。

“r2”表示電弧形成室的中心區(qū)域，這里在兩側(cè)上由平行于觸頭22兩側(cè)的平面p1并沿著軸線(xiàn)z1延伸的幾何平面界定。

中心區(qū)域r2包括接觸區(qū)域22和30。這里它呈現(xiàn)棱珠形狀，其下底座由電觸頭21的上表面的一部分形成，并且在高度上基本上平行于垂直方向z1延伸。

“r1”和“r3”表示在中心區(qū)域r2的任一側(cè)橫向移位的電弧形成室的兩個(gè)橫向區(qū)域。這里，這些橫向區(qū)域r1和r3由壁31和32側(cè)向外側(cè)限定。區(qū)域r1和r3不包含接觸區(qū)域22和30。

磁路5的形狀如下：

-在橫向區(qū)域r1和r3中，場(chǎng)線(xiàn)51基本上垂直于側(cè)壁31和32延伸，并且

-在中心區(qū)域r2中，場(chǎng)線(xiàn)51基本上平行于平面p1延伸，同時(shí)朝著滅弧室4會(huì)聚。例如，在中心區(qū)域中，磁通量使得由電弧經(jīng)受的磁場(chǎng)大于或等于20微特斯拉。

圖3和圖4分別表示根據(jù)平面p1和p2中的視圖的這些場(chǎng)線(xiàn)51。

圖5表示根據(jù)圖1中的箭頭f3所示的視角的截面p2中的電弧形成室和滅弧室4?？梢苿?dòng)部件3示出為處于斷開(kāi)位置。

在該示例中，圖2中的場(chǎng)線(xiàn)51通過(guò)有限元數(shù)值模擬程序計(jì)算，例如由cedrat公司銷(xiāo)售的商業(yè)名稱(chēng)“flux”的已知軟件。

這里的磁路5包括永磁體50和鐵磁芯23，其功能是至少部分地引導(dǎo)由磁體50產(chǎn)生的磁場(chǎng)。磁芯23至少部分地沿電觸頭21沿軸線(xiàn)y1延伸。此處的壁31和32形成磁路5的一部分，并參與引導(dǎo)由磁體50產(chǎn)生的磁通量，特別是獲得場(chǎng)線(xiàn)51的空間配置。

在這個(gè)例子中，鐵芯23呈現(xiàn)直線(xiàn)狀的形狀，它在電觸頭21的兩個(gè)直線(xiàn)部分之間延伸。這個(gè)鐵芯23在這里形成為鐵磁金屬片堆疊的形式。作為變型，芯23由單件組件形成。

磁體50例如通過(guò)膠合固定在該部件23的一端上，此處位于與u形部分20相對(duì)的端部上。

磁體50能夠產(chǎn)生大于或等于0.5特斯拉或優(yōu)選大于或等于1特斯拉的磁場(chǎng)，并且這里表現(xiàn)出平行于軸線(xiàn)y1取向的磁化軸線(xiàn)m。

優(yōu)選地，磁體50是永磁體，例如由含有來(lái)自稀土族的元素的合成合金制成。這里使用釤鈷合金。有利地，磁體50由諸如塑料的非磁性材料制成的保護(hù)殼包圍。

這里，磁體50與放置在其上的芯23的端部之間的間隔小于或等于2mm，或者優(yōu)選小于或等于1mm，或者更優(yōu)選為零，也就是說(shuō)等于0mm。這個(gè)間距在此被測(cè)量為磁體50的相鄰邊緣與芯部23的端部之間的距離。通過(guò)盡可能地減小磁體50與芯23的這一端之間的間隔，磁體50和磁芯23減小，從而可以確保更好地引導(dǎo)由磁體50產(chǎn)生的磁通。

圖6示出根據(jù)來(lái)自滅弧室4的平面p2的視圖的由磁路5產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向。

我們用：

-“b1”、“b2”和“b3”分別表示電弧形成腔室的區(qū)域r1、r2和r3中的磁感應(yīng)矢量；

-“j”表示與電弧6相關(guān)的電流密度矢量；

-“e1”、“e2”和“e3”表示對(duì)于這些區(qū)域r1、r2和r3中的每一個(gè)在由磁路5產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用下施加在電弧6上的電磁力。

矢量j在這里平行于方向z1。

電磁力e1、e2和e3是洛倫茲力，并且與對(duì)應(yīng)區(qū)域r1、r2或r3中的矢量j和分別的磁感應(yīng)b1、b2和b3之間的矢量積成正比。在這個(gè)例子中，由于場(chǎng)線(xiàn)51的方向和電流j的方向，力e1和e3具有平行于軸線(xiàn)y1的方向且具有相反的方向。力e2平行于軸線(xiàn)x1定向。

因此，當(dāng)在接觸區(qū)域22和30之間形成電弧6時(shí)，它經(jīng)歷一個(gè)力e2，其將其首先引向橫向區(qū)域中的一個(gè)，在這種情況下為橫向區(qū)域r3。由于矢量b3相對(duì)于向量b2和矢量j的方向的垂直取向，當(dāng)施加在電弧6上時(shí)，當(dāng)其位于橫向區(qū)域r3中時(shí)，力e3指向內(nèi)側(cè)并因此朝向滅弧板41的堆疊。因此電弧6通過(guò)力e3朝向腔室4移動(dòng)。

圖7類(lèi)似于圖6，其不同之處僅在于電弧6中的電流j的流動(dòng)方向，該方向相對(duì)于圖6所示的方向是相反的。在這種情況下，值得注意的是，當(dāng)電弧6位于接觸區(qū)域22和30之間的區(qū)域r2中時(shí)，施加在電弧6上的e2使得電弧6朝與橫向區(qū)域r3相對(duì)的橫向區(qū)域r1移位。然而，由于向量b1相對(duì)于向量b2的相對(duì)取向，并且由于矢量j相對(duì)于圖6的情況的符號(hào)變化，因此力e1將電弧6引向滅弧室4。

因此，由于磁路5，特別是由于場(chǎng)線(xiàn)51的空間配置，電弧6朝向滅弧室4移動(dòng)，而與電流的流動(dòng)方向無(wú)關(guān)，并且與其強(qiáng)度值無(wú)關(guān)。即使電弧6的電流強(qiáng)度較低，電弧6將被移動(dòng)到電磁力e1或e3足以使其朝向滅弧室4移動(dòng)的區(qū)域。因此，斷路器1的操作由此改進(jìn)。

磁路5可以不同地制造。

作為變型，可移動(dòng)部件3直接連接到端子2'，然后省略第二子組件1b。

上述實(shí)施例和變型可以組合在一起以產(chǎn)生新的實(shí)施例。