一种断路器灭弧单元外加梯度旋转磁场新结构的制作方法

本发明涉及断路器灭弧单元技术领域，尤其涉及一种外加梯度旋转磁场结构。

背景技术：

近年来，随着分布式电源和储能装置的大规模接入、电力电子技术的快速发展，特别是某些特定场合，如大型船舶供电系统、光伏直流微网系统、城市轨道交通供电系统等系统得到了长足发展，配电系统越来越受到关注，交直流开关作为电力设备中的关键器件成为研究热点。交直流接触器目前已经应用于军事和国民经济中(如航天飞机、电动汽车和电动船舶)，是不可或缺的基本元件之一。随着系统容量的持续增长和电压等级的不断提高，断路器灭弧单元磁场对电弧的调控问题已然成为研制大开断容量机械开关的瓶颈问题之一。目前已有的断路器产品和实验装置都是通过改变触头的结构(如开槽的形状、数量、角度、位置、深度等)、触头片的机械参数(如开槽形状、数量等)和材料参数(如cucr40、cucr50、添加第三组元等)以及材料的梯度、层状分布等实现对灭弧单元内部磁场的调控，但上述调控方式对磁场的调控范围小，无法突破灭弧单元介质和自身结构的限制。因此，设计出一种磁场调控范围更大的，磁吹能力更强的结构是很必要的。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种断路器灭弧单元外加梯度旋转磁场新结构，能通过在灭弧单元外部施加旋转横向磁场，能实现在灭弧单元开合期间产生横向磁场并与灭弧单元内部触头产生的磁场相互配合，突破了传统灭弧单元只靠内部磁场吹弧调控的限制，大大增强了断路器灭弧单元对电弧的调控能力；同时通过在灭弧单元外部纵向不同位置施加磁场，实现了梯度磁场，能够对断路器开断过程中起弧、燃弧、熄弧阶段的阴极斑点、电离区、混合区、等离子体区与阳极区进行磁场吹弧，实现了在时间和空间尺度上对电弧的调控。

技术方案

第一方面，本发明实施例提供了一种断路器灭弧单元外加梯度旋转磁场新结构，包括灭弧单元、导流架、绝缘套杆，导磁线圈单元；

其中，所述导流架在所述绝缘套杆上固定不动；所述导磁线圈与所述导流架相互连接；所述导流架与所述灭弧单元同心；所述导磁线圈通电产生磁场时与所述灭弧单元内部磁场相互配合产生磁吹力。

进一步而言，所述导流架包括导流架a、导流架b、导流架c等至少3个；

其中，所述各导流架同轴放置，各导流架两两绝缘。

进一步而言，所述导磁线圈分为导磁线圈a、导磁线圈b和导磁线圈c等至少3个；

其中，所述导磁线圈均竖直放置；所述导磁线圈为圆形结构，所述导流架为圆形结构；所述导磁线圈a内部导线均用铜线材料制成；所述导磁线圈a外壳为绝缘材料制成；导磁线圈b外壳为绝缘材料制成；和导磁线圈c外壳为绝缘材料制成；每两圈所述导线圈间填充有绝缘胶；所述导磁线圈a的引线通过所述导磁线圈a的出线槽与外部电路连接；所述导磁线圈b的引线通过所述导磁线圈b的出线槽与外部电路连接；所述导磁线圈c的引线通过所述导磁线圈c的出线槽与外部电路连接。

进一步而言，所述导磁线圈呈纵向梯度分布。

其中，所述导磁线圈a与所述导磁线圈b在二维平面内相差第一角度；所述导磁线圈b与所述导磁线圈c在二维平面内相差第二角度；所述导磁线圈c与所述导磁线圈a在二维平面内相差第三角度；以此类推。

本发明实施例中灭弧单元、导流架、绝缘套杆，导磁线圈单元四者有效结合，可以有效增强灭弧单元内部的横向磁场，减少电弧燃烧时间，提高吹弧能力，提高开关的开断能力，为改变现阶段灭弧单元开断能力受到开距和电流限制的状况提供了一种解决方式。并且横向磁场的增加能够灵活改变灭弧单元内部磁场，既可以与灭弧单元内部横向磁场叠加，使水平方向的旋转磁场力增强，又能够与灭弧单元内部纵向磁场相互配合，使电弧在纵向方向紧紧收缩的同时又能横向运动；导磁线圈纵向梯度的的分布使得开关在整个开合动作过程中都会受到磁场力，可有效增强灭弧单元的可靠性，成为实现断路器灭弧单元小型化智能化的重要一步。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种断路器灭弧单元外加梯度旋转磁场新结构的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种断路器灭弧单元外加梯度旋转磁场新结构具体结构示意图；

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种断路器灭弧单元外加梯度旋转磁场新结构的结构示意图，如图1所示，该断路器灭弧单元的外加梯度旋转磁场结构包括灭弧单元100、导流架单元200、绝缘套杆单元300，导磁线圈单元400；其中，灭弧单元100此处不做要求；其中，导流架单元200与绝缘套杆单元300二者通过绝缘固件连接，绝缘固件起到绝缘和支撑的作用；导流架单元200与导磁线圈单元400依靠导线连接，也可做成铜导环和导磁线圈的一体结构，导流架单元200的绝缘性此处不做要求，只起到给导磁线圈导流的作用，也可用绝缘板中间内置导线单元代替，本申请对导流架单元200的结构和内部组成不做限定，只要能够起到导流和固定导磁线圈单元400的作用即可；导磁线圈单元400的放置与灭弧单元100相平齐，导磁线圈单元400的作用范围是动静触头之间开距部分。

该方案的优点是可以有效增强灭弧单元内部的横向磁场，减少电弧燃烧时间，提高吹弧能力，提高开关的开断能力，为改变现阶段灭弧单元开断能力受到开距和电流限制的状况提供了一种有效的解决方式。

进一步地，图2是本发明实施例一中的一种断路器灭弧单元外加梯度旋转磁场新结构具体结构示意图，如图2所示，导流架单元200分为导流架a201、导流架b202、导流架c203；其中每个导流架单元之间彼此绝缘，导流架a201和导流架b202间隔第一距离，第一距离需要根据断路器灭弧单元开距要求确定，例如断路器是10kv，则该距离优先考虑为10mm，本申请对第一距离的大小不做限定；导流架b202和导流架c203间隔第二距离，第二距离同样需要根据断路器灭弧单元开距要求确定，本申请对第二距离的大小不做限定；导流架单元200为电导率高的金属材料，如铜，本申请对导流架单元200的材料和形状不做限定；另外导流架单元200也可用绝缘板中间内置导线单元代替，绝缘板为绝缘性好、硬度高的材料，优选的材料环氧树脂，导线优选的材料为铜线，本申请对导流架单元200的结构和内部材料组成不做限定，只要能够起到导流和固定导磁线圈单元400的作用即可。

进一步地，继续参见图2，绝缘套杆单元300通过紧固件301、302与固定导流架单元200紧固，紧固件301、302为绝缘钉，本申请对紧固件的数量、材料和形状不做限定，只要能将固定导流架单元200固定在绝缘套杆单元300上即可；

进一步地，继续参见图2所示，其中导流架单元200的各分导流架具体数量和大小由断路器需要提供的磁场强度确定，本发明的各分导流架个数至少三个，本申请对导流架单元的各分导流架数量、大小和形状不做限定；导磁线圈单元400的各分导磁线圈的具体数量、大小以及位置由断路器需要提供的磁场强度确定，本申请对导流架单元400具体数量、大小以及位置不做限定。

进一步地，继续参见图2，导磁线圈单元400分为导磁线圈a401、导磁线圈b402和导磁线圈c403；其中，导磁线圈a401和触头导流架201连接，导磁线圈b402和导流架b202连接，导磁线圈c403和导流架c203连接；线圈优选的材料为铜扁线，本申请对线圈类型不做限定；其中，每两圈导线圈间填充有绝缘胶，绝缘胶起到相邻导线间绝缘的作用，优选为黄蜡，本申请对绝缘胶类型不做限定；

进一步地，继续参见图2，所述导磁线圈a401和导磁线圈b402间隔第一角度，导磁线圈b402和导磁线圈c403间隔第二角度，以此类推。本申请优先推荐120°，本申请对各分导磁线圈的个数不做限定，例如当分导磁线圈的个数为三个时，优先考虑所述导磁线圈a401与静触头片相平齐；所述导磁线圈b402位于触头开距的中心位置；所述导磁线圈c403位于动触头行程的终点。

本结构中的断路器执行分闸操作时，此时和外部电路相连的导磁线圈a401通以瞬时脉冲电流，电流大小由灭弧单元决定，本申请对电流大小不做限定，此时线圈会产生一个瞬时突变的横向磁场，与灭弧单元内部磁场相配合对触头刚分时的阴极斑点等进行磁吹，从而减少阴极斑点的产生或遏制已产生的电弧；当动触头继续运动，电弧拉长进入燃弧阶段，此时和外部电路相连的导磁线圈b402通以瞬时脉冲电流，电流大小由灭弧单元决定，本申请对电流大小不做限定，此时线圈会产生一个瞬时突变的横向磁场，与灭弧单元内部磁场相配合对燃弧阶段的电弧进行调控，提高分断能力；当动触头继续运动，进入和外部电路相连的导磁线圈c403平行区域时，导磁线圈c403通以瞬时脉冲电流，此时线圈产生的瞬时突变横向磁场对电弧进行进一步吹弧，随后断路器分闸达到分闸位置而停止运动。

本发明实施例中灭弧单元、导流架、绝缘套杆，导磁线圈单元四者有效结合，可以有效增强灭弧单元内部的横向磁场，减少电弧燃烧时间，提高吹弧能力，提高开关的开断能力，为改变现阶段灭弧单元开断能力受到开距和电流限制的状况提供了一种解决方式。并且横向磁场的增加能够灵活改变灭弧单元内部磁场，既可以与灭弧单元内部横向磁场叠加，使水平方向的旋转磁场力增强，又能够与灭弧单元内部纵向磁场相互配合，使电弧在纵向方向紧紧收缩的同时又能横向运动；导磁线圈纵向梯度的的分布使得开关在整个开合动作过程中都会受到磁场力，可有效增强灭弧单元的可靠性，成为实现断路器灭弧单元小型化智能化的重要一步。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。