一种永磁分合闸式直流智能断路器.pdf

本发明公开了一种永磁分合闸式直流智能断路器，包括基座、进线母排、与所述进线母排电连接的动触头、动触头支持件、静触头、与所述静触头电连接的出线母排、静触头支持件、用于带动动触头做分合闸动作的操作机构和用于灭弧的灭弧机构；所述灭弧机构包括灭弧罩和引弧角；所述操作机构包括永磁式电磁动作机构、绝缘传动杆和夹持杆；所述永磁式电磁动作机构设有可伸缩的动作杆和电磁线圈；所述夹持杆的一端通过转轴与所述动触头支持件的中部转动连接，所述夹持杆的另一端设有腰孔，并通过穿过该腰孔的转轴与绝缘传动杆的一端相连接；所述绝缘传动杆的另一端与所述动作杆固定连接。本发明结构简化、分断速度快、机械故障源少、能够长期稳定可靠运行。

1、  一种永磁分合闸式直流智能断路器，包括基座(1)、进线母排(2)、与所述进线母排(2)电连接的动触头(3)、动触头支持件(4)、静触头(5)、与所述静触头(5)电连接的出线母排(6)、静触头支持件(7)、用于带动动触头(3)做分合闸动作的操作机构(8)和用于灭弧的灭弧机构(9)；所述灭弧机构(9)包括灭弧罩(91)和引弧角(92)；
其特征在于：所述操作机构(8)包括永磁式电磁动作机构(81)、绝缘传动杆(82)和夹持杆(83)；所述永磁式电磁动作机构(81)设有可伸缩的动作杆(811)和电磁线圈；所述夹持杆(83)的一端通过转轴与所述动触头支持件(4)的中部转动连接，所述夹持杆(83)的另一端设有腰孔(831)，并通过穿过该腰孔的转轴与绝缘传动杆(82)的一端相连接；所述绝缘传动杆(82)的另一端与所述动作杆(811)固定连接。

2、  根据权利要求1所述的永磁分合闸式直流智能断路器，其特征在于：所述操作机构(8)还包括为所述夹持杆(83)提供复位弹力的弹簧(84)；所述动触头支持件(4)与所述进线母排(2)电连接；所述动触头支持件(4)的上端设有动触头(3)，所述动触头支持件(4)的下端转动设置在基座(1)上。

3、  根据权利要求2所述的永磁分合闸式直流智能断路器，其特征在于：所述永磁式电磁动作机构(81)中的动作杆(811)水平设置，所述绝缘传动杆(82)和夹持杆(83)可在动作杆(811)的带动下沿水平方向做往复移动；所述夹持杆(83)在做水平直线往复移动的同时，带动所述动触头支持件(4)往复转动一定角度，从而实现动触头(3)与静触头(5)的分合闸操作。

4、  根据权利要求3所述的永磁分合闸式直流智能断路器，其特征在于：所述进线母排(2)和出线母排(6)均是水平设置的接线柱，且出线母排(6)设置在进线母排(2)的上方；所述动触头(3)位于左侧，且所述动触头支持件(4)固定在所述出线母排(6)上；所述静触头支持件(7)位于右侧，所述永磁式电磁动作机构(81)和所述常闭式电磁阀(93)设置在基座上，且所述永磁式电磁动作机构(81)设置在常闭式电磁阀(93)上方；所述灭弧罩(91)设置在动触头(3)和静触头(5)的上方。

5、  根据权利要求1所述的永磁分合闸式直流智能断路器，其特征在于：所述灭弧机构(9)还包括一用于关闭或导通与外界气源连通管路的常闭式电磁阀(93)和一个用于快速吹断电弧的吹气嘴(94)；所述吹气嘴(94)的进气口(941)通过管道与常闭式电磁阀(93)连通。

6、  根据权利要求5所述的永磁分合闸式直流智能断路器，其特征在于：所述吹气嘴(94)的出气口(942)正对着分闸时动静触头之间产生的电弧设置。

7、  根据权利要求6所述的永磁分合闸式直流智能断路器，其特征在于：所述吹气嘴(94)的形状是三角形或喇叭口形；所述静触头支持件(7)与所述出线母排(6)电连接；所述静触头(5)设置在静触头支持件(7)的上端，所述吹气嘴(94)设置在所述静触头(5)下方。

8、  根据权利要求1所述的永磁分合闸式直流智能断路器，其特征在于：还包括一个智能电子控制器和一个套设在所述进线上的用于对电流进行实时取样的直流电流传感器(100)。

9、  根据权利要求8所述的永磁分合闸式直流智能断路器，其特征在于：所述智能电子控制器对实时取样的电流值与预设电流值进行比较，并在过流和过载的情况下向常闭式电磁阀(93)和永磁式电磁动作机构(81)发出相应的电信号，控制永磁式电磁动作机构(81)做出分合闸动作，并在分闸的同时启动所述常闭式电磁阀(93)，使其导通气源，进而使高压气体经过管路进入吹气嘴(94)中并从吹气嘴(94)的出气口(942)吹向电弧。

10、  根据权利要求1所述的永磁分合闸式直流智能断路器，其特征在于：所述灭弧机构(9)还包括一个用于磁引灭弧的线圈组件(95)；所述线圈组件(95)包括设有缺口(9511)的矩形铁心(951)和套设在铁心(951)上的线圈(952)；所述动触头(3)与静触头(5)设置在所述缺口(9511)中间；所述线圈(952)与所述进线母排(2)电连接。

一种永磁分合闸式直流智能断路器
技术领域
本发明属于直流开关技术领域，具体涉及一种智能型直流断路器。
背景技术
直流断路器，我国主要用于工矿电机车上，对直流电机作短路或过载保护用。现有的直流快速断路器，一般采用直流螺管电磁铁操作传动这种结构形式与采用直流电机、风动机制成的操作机构相比，结构较为简单，但其操作电流大，分闸时间长，为此，必须加大导线直径，加大电磁铁尺寸，从而使整个断路器体积变大。由于电磁铁尺寸加大所引起的自身过热及冲击力，难以满足电机车的频繁操作要求。
专利文献CN2105761U公开了一种电机车直流快速断路器，由灭弧系统、机架、操作机构、触头和过电流脱扣系统组成，其特征是用一只单作用汽缸或双作用汽缸传动操作机构，并通过连杆机构操作断路器触头的闭合。从其说明书附图1可以清楚地观察到，其连杆机构的结构非常复杂，零部件较多，容易发生故障，难以长期可靠运行；另外，众所周知，直流电由于无零点，其灭弧与交流电灭弧相比，较为困难，而该种直流断路器的灭弧系统较为简单，仅依靠灭弧板将电弧引向灭弧罩中，灭弧效果较差，所以其灭弧效果也亟需改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简化、机械故障源少、能够长期稳定可靠运行的的永磁分合闸式直流智能断路器。
实现本发明目的的技术方案是：一种永磁分合闸式直流智能断路器，包括基座、进线母排、与所述进线母排电连接的动触头、动触头支持件、静触头、与所述静触头电连接的出线母排、静触头支持件、用于带动动触头做分合闸动作的操作机构和用于灭弧的灭弧机构；所述灭弧机构包括灭弧罩和引弧角；所述操作机构包括永磁式电磁动作机构、绝缘传动杆和夹持杆；所述永磁式电磁动作机构设有可伸缩的动作杆和电磁线圈；所述夹持杆的一端通过转轴与所述动触头支持件的中部转动连接，所述夹持杆的另一端设有腰孔，并通过穿过该腰孔的转轴与绝缘传动杆的一端相连接；所述绝缘传动杆的另一端与所述动作杆固定连接。
上述技术方案中，所述操作机构还包括为所述夹持杆提供复位弹力的弹簧；所述动触头支持件与所述进线母排电连接；所述动触头支持件的上端设有动触头，所述动触头支持件的下端转动设置在基座上。
上述技术方案中，所述吹气嘴的形状是三角形或喇叭口形；所述永磁式电磁动作机构中的动作杆水平设置，所述绝缘传动杆和夹持杆可在动作杆的带动下沿水平方向做往复移动；所述夹持杆在做水平直线往复移动的同时，带动所述动触头支持件往复转动一定角度，从而实现动触头与静触头的分合闸操作。
上述技术方案中，所述进线母排和出线母排均是水平设置的接线柱，且出线母排设置在进线母排的上方；所述动触头位于左侧，且所述动触头支持件固定在所述出线母排上；所述静触头支持件位于右侧，所述永磁式电磁动作机构和所述常闭式电磁阀设置在基座上，且所述永磁式电磁动作机构设置在常闭式电磁阀上方；所述灭弧罩设置在动触头和静触头的上方。
上述技术方案中，所述灭弧机构还包括一用于关闭或导通与外界气源连通管路的常闭式电磁阀和一个用于快速吹断电弧的吹气嘴；所述吹气嘴的进气口通过管道与常闭式电磁阀连通。
上述技术方案中，所述吹气嘴的出气口正对着分闸时动静触头之间产生的电弧设置。
上述技术方案中，所述静触头支持件与所述出线母排电连接；所述静触头设置在静触头支持件的上端，所述吹气嘴设置在所述静触头下方。
上述技术方案中，还包括一个智能电子控制器和一个套设在所述进线上的用于对电流进行实时取样的直流电流传感器。
上述技术方案中，所述智能电子控制器对实时取样的电流值与预设电流值进行比较，并在过流和过载的情况下向常闭式电磁阀和永磁式电磁动作机构发出相应的电信号，控制永磁式电磁动作机构做出分合闸动作，并在分闸的同时启动所述常闭式电磁阀，使其导通气源，进而使高压气体经过管路进入吹气嘴中并从吹气嘴的出气口吹向电弧。
上述技术方案中，所述灭弧机构还包括一个用于磁引灭弧的线圈组件；所述线圈组件包括设有缺口的矩形铁心和套设在铁心上的线圈；所述动触头与静触头设置在所述缺口中间；所述线圈与所述进线母排电连接。
本发明具有积极的效果：(1)本发明中，所述操作机构包括永磁式电磁动作机构、绝缘传动杆和夹持杆；所述永磁式电磁动作机构设有可伸缩的动作杆和电磁线圈；所述夹持杆的一端通过转轴与所述动触头支持件的中部转动连接，所述夹持杆的另一端设有腰孔，并通过穿过该腰孔的转轴与绝缘传动杆的一端相连接；所述绝缘传动杆的另一端与所述动作杆固定连接。与专利文献CN2105761U公开的电机车直流快速断路器相比，本发明的操作机构较为简化，且零部件较少，不易发生机械故障，可以长期稳定可靠运行。
(2)本发明中，所述操作机构还包括为所述夹持杆提供复位弹力的弹簧。在分合闸时，该种操作机构由于腰孔和弹簧的存在，从而具有一定得缓冲效果，保护动静触头；另外，随着分合闸次数的增加，动静触头会有一定的磨损，但是由于该弹簧在合闸后，通过向夹持杆施加压力，从而可把动触头紧紧压在静触头上，有效防止动静触头之间因磨损而造成接触不良。
(3)本发明中，由于所述灭弧机构还包括一用于关闭或导通与外界气源连通管路的常闭式电磁阀；所述静触头支持件上设有用于引导气流吹出方向的吹气嘴；所述吹气嘴的内端也即进气口通过管道与常闭式电磁阀连通。在分闸时，外接智能电子控制器向永磁式电磁动作机构中的电磁线圈放电，同时也给常闭式电磁阀通电，时间持续约2秒钟，电磁阀工作，导通与外界气源的管路，高压气体经过电磁阀以及相应管路进入吹气嘴，并从吹气嘴的吹气口中吹出；此时动静触头分离，电弧产生，但是在高压气体的吹拂作用下，使得电弧被快速吹断，从而有效减小电弧长度；因为直流电不像交流电一样有零点，所以如果不快速吹断电弧的话，电弧将拉得较长，熄灭时间也随之增长；电弧被吹断后，在高压气体的继续吹拂作用下，以及引弧角的引弧作用下，快速进入灭弧罩内熄弧；所以本发明可有效增加灭弧速度，提高灭弧效果。
(4)本发明中，所述吹气嘴的外端也即出气口正对着分闸时产生的电弧设置。只有这样，从吹气嘴中吹出的高压气体，才能快速把电弧吹入到灭弧罩中，达到快速灭弧效果。
(5)本发明中，所述静触头支持件与所述出线母排电连接；所述静触头设置在静触头支持件的上端，所述吹气嘴设置在静触头支持件上、且位于所述静触头下方。由于吹气嘴的位置设置得当，有效减小整体体积，并简化结构。
(6)本发明中，还包括还包括一个智能电子控制器和一个套设在所述进线母排上的用于对电流进行实时取样的直流电流传感器；所述智能电子控制器对实时取样的电流值与预设电流值进行比较，并在过流和过载的情况下向常闭式电磁阀和永磁式电磁动作机构发出相应的电信号，控制永磁式电磁动作机构做出分合闸动作，并在分闸的同时启动所述常闭式电磁阀，使其导通气源，使得高压气体经过管路进入吹气嘴中并从吹气嘴的出气口吹向电弧。利用该智能电子控制器和直流电流传感器可以有效实现智能化操作。
(7)本发明中，所述灭弧机构还包括一个用于磁引灭弧的线圈；所述线圈设置在动触头的远离静触头的一侧，且所述线圈中心正对所述静触头设置。该线圈在分闸时，产生一个磁场，从而将电弧快速引入灭弧罩中，进一步增加灭弧速度。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图；
图2为图1所示永磁分合闸式直流智能断路器中操作机构的结构示意图；
图3为图2中永磁分合闸式直流智能断路器中线圈组件的结构示意图。
附图所示标记为：基座1，进线母排2，动触头3，动触头支持件4，静触头5，出线母排6，静触头支持件7，操作机构8，永磁式电磁动作机构81，动作杆811，绝缘传动杆82，夹持杆83，腰孔831，缺口832，弹簧84，连接板85，灭弧机构9，灭弧罩91，引弧角92，常闭式电磁阀93，吹气嘴94，进气口941，出气口942，线圈组件95，矩形铁心951，缺口9511，线圈952，管道96，直流电流传感器100。
具体实施方式
(实施例1)
图1至图3显示了本发明的一种具体实施方式，其中图1为本发明的一种结构示意图；图2为图1所示永磁分合闸式直流智能断路器中操作机构的结构示意图；图3为图2中永磁分合闸式直流智能断路器中线圈组件的结构示意图。
本实施例是一种永磁分合闸式直流智能断路器，见图1至图3，包括基座1、进线母排2、与所述进线母排2电连接的动触头3、动触头支持件4、静触头5、与所述静触头5电连接的出线母排6、静触头支持件7、用于带动动触头3做分合闸动作的操作机构8和用于灭弧的灭弧机构9；所述灭弧机构9包括灭弧罩91、引弧角92、一用于关闭或导通与外界气源连通管路的常闭式电磁阀93、一个用于快速吹断电弧的吹气嘴94、连通常闭式电磁阀93与吹气嘴94进气口的管道96、和一个用于磁引灭弧的线圈组件95。所述吹气嘴94的进气口941通过管道与常闭式电磁阀93连通，所述吹气嘴94的出气口942设置在静触头5的下方。所述吹气嘴94的形状是三角形或喇叭口形；本实施例选用三角形，所述吹气嘴94的出气口942正对着分闸时动静触头之间产生的电弧设置。
所述常闭式电磁阀93与外界高压气源连通。
所述静触头支持件7与所述出线母排6电连接；所述静触头5设置在静触头支持件7的上端，所述吹气嘴94设置在所述静触头5下方。
见图3，所述线圈组件95包括设有缺口9511的矩形铁心951和套设在铁心951上的线圈952；所述动触头3与静触头5设置在所述缺口9511中间；所述线圈952与所述进线母排2电连接。
见图2，所述操作机构8包括永磁式电磁动作机构81、绝缘传动杆82、夹持杆83和为所述夹持杆83提供复位弹力的弹簧84；所述永磁式电磁动作机构81设有可伸缩的动作杆811和电磁线圈；所述夹持杆83的的一端设有缺口832，套在所述动触头支持件4上，并通过转轴与所述动触头支持件4的中部转动连接，所述夹持杆83的另一端设有腰孔831。
所述夹持杆83的另一端通过一个设有轴孔的连接板85与绝缘传动杆82相连接，具体是，一个销轴同时插入连接板85的轴孔、夹持杆的腰孔831和绝缘传动杆82端部的轴孔中，将三者同时连接起来；所述绝缘传动杆82的另一端与所述动作杆811固定连接。
所述夹持杆83的设有腰孔831的一端的外径较小，所述弹簧84套设在夹持杆83的该端上，且其一端抵在夹持杆83上，另一端抵在连接板85上；由于弹簧84和腰孔831的配合，使得动触头在与静触头合闸时，具有一定的缓冲效果。这一点很至关重要，因为永磁式电磁动作机构81的动作较为急速，分合闸的速度较快，如果没有缓冲作用，将很容易损坏动静触头。
所述动触头支持件4与所述进线母排2电连接；所述动触头支持件4的上端设有动触头3，所述动触头支持件4的下端转动设置在基座1上。
所述永磁式电磁动作机构81中的动作杆811水平设置，所述绝缘传动杆82和夹持杆83可在动作杆811的带动下沿水平方向做往复移动；所述夹持杆83在做水平直线往复移动的同时，带动所述动触头支持件4往复转动一定角度，从而实现动触头3与静触头5的分合闸操作。
本实施例中，所述进线母排2和出线母排6均是水平设置的接线柱，且出线母排6设置在进线母排2的上方；所述静触头5位于基座左侧端，且所述静触头支持件7固定在所述出线母排6上；所述动触头支持件4位于基座右侧端，所述永磁式电磁动作机构81和所述常闭式电磁阀93设置在基座1上，且所述永磁式电磁动作机构81设置在常闭式电磁阀93上方；所述灭弧罩91设置在动触头3和静触头5的上方。
本实施例还包括一个智能电子控制器(图上未画出)和一个套设在所述进线上的用于对电流进行实时取样的直流电流传感器100。所述直流电流传感器100优选采用霍尔电流传感器。所述智能电子控制器对实时取样的电流值与预设电流值进行比较，并在过流和过载的情况下向常闭式电磁阀93和永磁式电磁动作机构81发出相应的电信号，控制永磁式电磁动作机构81做出分合闸动作，并在分闸的同时启动所述常闭式电磁阀93，使其导通气源，进而使高压气体经过管路进入吹气嘴94中并从吹气嘴94的出气口942吹向电弧。
本实施例主要用于高压大电流工作环境下，其工作电压是1500V，额定工作电流可调至1800A至3000A；智能电子控制器与高性能的霍尔电流传感器相配合，能够在工作运行时，对运行电流进行近乎实时的跟踪监测，同时其额定工作电流最大值还可以在1800A至3000A范围内选挑，一旦电路电流超出预设值后，或电路短路和过载后，智能电子控制器能够在0.012毫秒内的时间迅速给出分闸信号。
在需要分闸时，在智能电子控制器控制下，永磁式电磁动作机构中的电磁分闸线圈通电，同时常闭式电磁阀也通电导通，时间为2秒，从而实现分闸。此时，外接高压气源中的高压气体经过常闭式电磁阀93、管道96，进入到吹气嘴的进气口941，最终从吹气嘴的出气口942中吹向电弧(见图1中箭头所示)；动静触头刚分开时，其间产生拉弧，在高压气体吹拂下，拉弧很快被吹断，从而有效减少拉弧长度，以利于熄弧。
在高压气体的继续吹拂下，以及在导弧角的引弧作用下，以及在线圈组件的磁引灭弧作用等的联合作用下，被吹断的电弧迅速进入到灭弧罩中熄灭。
另外，本实施例中的银钨合金动触头3、静触头5采用特殊材料及工艺方法制备而成，具体是选用熔点高的金属例如银片制成多孔体的骨架，再将熔点较低的银钨合金粉末放置在多孔体骨架上面或下面，升温至骨架熔点以下，银钨合金熔点以上，由于银钨合金粉末熔化，多孔体骨架未熔化，溶化后的银钨合金填充到多孔体骨架的孔隙中，从而形成的致密制品。其优点是制成的触头(也称触点)具有良好的导电性和易加工性，既具有钨的高熔点、高硬度、耐电弧侵蚀、抗熔焊、材料转移少的特点，其最大的特点就是对大电流电弧的承受能力强，不易出现熔化、度形、龟裂、鼓泡等不良现象。
本实施例具有以下优点：(1)本实施例中，所述操作机构包括永磁式电磁动作机构、绝缘传动杆和夹持杆；所述永磁式电磁动作机构设有可伸缩的动作杆和电磁线圈；所述夹持杆的一端通过转轴与所述动触头支持件的中部转动连接，所述夹持杆的另一端设有腰孔，并通过穿过该腰孔的转轴与绝缘传动杆的一端相连接；所述绝缘传动杆的另一端与所述动作杆固定连接。与专利文献CN2105761U公开的电机车直流快速断路器相比，本实施例的操作机构较为简化，且零部件较少，不易发生机械故障，可以长期稳定可靠运行。
(2)本实施例中，所述操作机构还包括为所述夹持杆提供复位弹力的弹簧。在分合闸时，该种操作机构由于腰孔和弹簧的存在，从而具有一定得缓冲效果，保护动静触头；另外，随着分合闸次数的增加，动静触头会有一定的磨损，但是由于该弹簧在合闸后，通过向夹持杆施加压力，从而可把动触头紧紧压在静触头上，有效防止动静触头之间因磨损而造成接触不良。
(3)本实施例中，由于所述灭弧机构还包括一用于关闭或导通与外界气源连通管路的常闭式电磁阀；所述静触头支持件上设有用于引导气流吹出方向的吹气嘴；所述吹气嘴的内端也即进气口通过管道与常闭式电磁阀连通。在分闸时，外接智能电子控制器向永磁式电磁动作机构中的电磁线圈放电，同时也给常闭式电磁阀通电，时间持续约2秒钟，电磁阀工作，导通与外界气源的管路，高压气体经过电磁阀以及相应管路进入吹气嘴，并从吹气嘴的吹气口中吹出；此时动静触头分离，电弧产生，但是在高压气体的吹拂作用下，使得电弧被快速吹断，从而有效减小电弧长度；因为直流电不像交流电一样有零点，所以如果不快速吹断电弧的话，电弧将拉得较长，熄灭时间也随之增长；电弧被吹断后，在高压气体的继续吹拂作用下，以及引弧角的引弧作用下，快速进入灭弧罩内熄弧；所以本实施例可有效增加灭弧速度，提高灭弧效果。
(4)本实施例中，所述吹气嘴的外端也即出气口正对着分闸时产生的电弧设置。只有这样，从吹气嘴中吹出的高压气体，才能快速把电弧吹入到灭弧罩中，达到快速灭弧效果。
(5)本实施例中，所述静触头支持件与所述出线母排电连接；所述静触头设置在静触头支持件的上端，所述吹气嘴设置在静触头支持件上、且位于所述静触头下方。由于吹气嘴的位置设置得当，有效减小整体体积，并简化结构。
(6)本实施例中，还包括还包括一个智能电子控制器和一个套设在所述进线母排上的用于对电流进行实时取样的直流电流传感器；所述智能电子控制器对实时取样的电流值与预设电流值进行比较，并在过流和过载的情况下向常闭式电磁阀和永磁式电磁动作机构发出相应的电信号，控制永磁式电磁动作机构做出分合闸动作，并在分闸的同时启动所述常闭式电磁阀，使其导通气源，使得高压气体经过管路进入吹气嘴中并从吹气嘴的出气口吹向电弧。利用该智能电子控制器和直流电流传感器可以有效实现智能化操作。
(7)本实施例中，所述灭弧机构还包括一个用于磁引灭弧的线圈；所述线圈设置在动触头的远离静触头的一侧，且所述线圈中心正对所述静触头设置。该线圈在分闸时，产生一个磁场，从而将电弧快速引入灭弧罩中，进一步增加灭弧速度。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。