一种瞬时开断器的制作方法

本实用新型涉及电力控制和电动汽车领域，尤其涉及一种利用窄缝进行灭弧的瞬时开断器。

背景技术：

电动汽车发生内部线缆短路或者撞车事故时，需要迅速切断线路以避免电池包起火和人员触电；数据中心电源在某一分支发生短路时，需要在ms级时间内将该分支切除以避免整个网络崩溃；凡是采用电力电子器件实现电能转换的场合，采用瞬时开断器能够最大程度避免电力电子器件的损坏。

瞬时开断器从工作原理上分为两大部分：一、采用气体发生装置撞断主导电体，主导电体断开后会产生电弧；二、设法将主导电体上的电弧熄灭。目前市场上已经存在的产品和方案中，第一部分的原理基本是一致的，主要的区别在第二部分。

常见的开断器中，多采用主导电体上并联灭弧熔体的方式，当主导电体被撞断后，电流转移到灭弧熔体上，使得灭弧熔体被熔断，从而由灭弧熔体实现灭弧。然而，这种方式的不足之处在于：(1)灭弧熔体始终并联在主导电体上，正常工作时会分担部分电流，可能导致灭弧熔体提前老化失效；(2)在线路电流为零或者很小的情况下切断时，灭弧熔体无法熔断而保持电气连接，存在人员触电的安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型提供一种瞬时开断器，以提高瞬时开断器的灭弧效果。

为了实现上述技术目的，本实用新型采用下述技术方案：

本实用新型技术方案的提供一种瞬时开断器，包括：

下壳体，所述下壳体上沿第一方向开设有灭弧窄缝；

导电部，设置于所述下壳体上，所述导电部的中部具有易断金属片，所述易断金属片与所述灭弧窄缝相对应；

上壳体，扣盖在所述导电部上并与所述下壳体可拆卸地连接，以配合所述下壳体共同夹紧所述导电部，所述上壳体上沿所述第一方向开设有活塞通道，所述活塞通道内从上到下依次设有气体发生装置和活塞撞针，所述活塞撞针与所述易断金属片相对应，所述气体发生装置与外部检测电路电连接，用于接收信号并产生高压气体，以推动所述活塞撞针切断所述易断金属片并插入所述灭弧窄缝内；

底盖，设置于所述下壳体上远离所述上壳体的一端，以配合所述下壳体共同形成泄压腔体，所述泄压腔体与所述灭弧窄缝相连通。

优选的，所述活塞撞针包括活塞头和撞针；所述活塞头与所述气体发生装置相接触，所述撞针设置在所述活塞头上远离所述气体发生装置的一侧，所述活塞通道的内壁上沿所述第一方向开设有导向槽，所述撞针的侧壁位于所述导向槽内，以使所述活塞头能够推动所述撞针沿所述导向槽移动。

优选的，所述撞针包括切断部和翼缘部，所述切断部设置在所述活塞头上远离所述气体发生装置的一侧，所述翼缘部设置在所述切断部的两侧，以使所述切断部与所述翼缘部共同形成“工”字形形状；

所述灭弧窄缝具有灭弧通道和翼缘通道，所述翼缘通道设置在所述灭弧通道的两侧，以使所述灭弧窄缝形成“工”字形形状，所述气体发生装置能够推动所述活塞头沿所述活塞通道移动，以带动所述切断部切断所述易断金属片并插入所述灭弧通道内，并带动所述翼缘部插入所述翼缘通道内。

优选的，所述活塞头上开设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有密封环，用于封堵所述活塞头外壁与所述活塞通道内壁之间的缝隙。

优选的，所述底盖内设有两个相互平行的导流板，且所述两个导流板沿所述第一方向设置，以使所述两个导流板之间形成导流通道，所述导流通道的顶部与所述灭弧窄缝连通，所述导流通道的两侧与所述泄压腔体连通。

优选的，所述灭弧窄缝的底部设有挡板，挡板上开设有多个导流孔，所述导流孔与所述导流通道相连通。

优选的，还包括顶盖，所述顶盖盖设在所述上壳体上，并与所述上壳体可拆卸地连接。

优选的，所述上壳体、下壳体和活塞撞针均由绝缘材料制成。

优选的，所述易断金属片上开设有多个通孔。

优选的，所述导电部包括第一导电端子和第二导电端子，所述易断金属片的第一端与所述第一导电端子焊接固定，所述易断金属片的第二端与所述第二导电端子焊接固定。

本实用新型与现有技术相比，有益效果如下：

本实用新型技术方案提供的瞬时开断器，正常工作时，电流通过导电部，当需要切断线路时，气体发生装置产生高压气体，推动活塞撞针向下切断易断金属片并插入下壳体的灭弧窄缝内，电弧在窄缝中被拉长并且被下壳体的内壁冷却，同时，下壳体内壁和撞针前段在电弧烧蚀下产生气体，以在灭弧窄缝的狭窄空间内形成高温高压的灭弧环境，从而能够加快电弧的熄灭，并且在灭弧完成后高温高压的气体能够通过灭弧窄缝的底部进入到底盖的泄压腔体内，以加快介质强度的恢复，从而提高了整体的灭弧效果。

本方案具有以下优点：

1、不需要并联灭弧熔断器，不存在并联熔丝老化的问题；

2、可以实现从零电流到短路电流的可靠分断；

3、结构简单，体积小巧，密封性较好，适用于各种环境条件；

4、分断后绝缘电阻较高。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种瞬时开断器的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种瞬时开断器的爆炸图；

图3是本实用新型实施例提供的一种瞬时开断器的内部剖视图；

图4是活塞撞针的结构示意图；

图5是上壳体另一个角度的结构示意图；

图6是底盖的结构示意图；

图7是下壳体另一个角度的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的一种瞬时开断器的内部剖视图；

图9是金属熔丝的结构示意图。

在附图中，各附图标记表示：

1、下壳体；11、灭弧窄缝；12、挡板；111、灭弧通道；112、翼缘通道；121、导流孔；2、导电部；21、易断金属片；22、第一导电端子；23、第二导电端子；211、通孔；3、上壳体；31、活塞通道；311、导向槽；4、底盖；41、泄压腔体；42、导流板；421、导流通道；5、气体发生装置；6、活塞撞针；61、活塞头；62、撞针；611、容纳槽；612、环形凹槽；621、切断部；622、翼缘部；7、顶盖；8、金属熔丝；81、开口部；82、狭颈。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1和图2所示，为本实用新型实施例提供的一种瞬时开断器，其包括：下壳体1、导电部2、上壳体3、底盖4、气体发生装置5和活塞撞针6。

下壳体1上沿第一方向开设有灭弧窄缝11；导电部2设置于下壳体1上，导电部2的中部具有易断金属片21，易断金属片21与灭弧窄缝11相对应；上壳体3扣盖在导电部2上并与下壳体1可拆卸地连接，以配合下壳体1共同夹紧导电部2，上壳体3上沿第一方向开设有活塞通道31，活塞通道31内从上到下依次设有气体发生装置5和活塞撞针6，活塞撞针6与易断金属片21相对应，气体发生装置5与外部检测电路电连接，用于接收信号并产生高压气体，以推动活塞撞针6切断易断金属片21并插入灭弧窄缝11内；底盖4设置于下壳体1上远离上壳体3的一端，以配合下壳体1共同形成泄压腔体41，泄压腔体41与灭弧窄缝11相连通。

在本实施例中，正常工作时，电流经过导电部2，当需要切断线路时，气体发生装置5产生高压气体，推动活塞撞针6向下切断易断金属片21并插入下壳体1的灭弧窄缝11内，电弧在灭弧窄缝11中被拉长并且被下壳体1的内壁冷却，同时，下壳体内壁和撞针前段在电弧烧蚀下产生气体，以在灭弧窄缝11的狭窄空间内形成高温高压的灭弧环境，从而能够加快电弧的熄灭，并且在灭弧完成后高温高压的气体能够通过灭弧窄缝11的底部进入到底盖4的泄压腔体41内，以加快介质强度的恢复，从而提高了整体的灭弧效果。

由此，利用该瞬时开断器进行灭弧时能够具有以下优点：1、不需要并联灭弧熔断器，不存在并联熔丝老化的问题；2、可以实现从零电流到短路电流的可靠分断；3、结构简单，体积小巧，密封性较好，适用于各种环境条件；4、分断后绝缘电阻较高。

在上述实施例中，优选的，导电部2包括第一导电端子22和第二导电端子23，易断金属片21的第一端与第一导电端子22焊接固定，易断金属片21的第二端与第二导电端子23焊接固定。由此，可将第一导电端子22和第二导电端子23设置为强度较大的导电金属板，从而便于与其他部件进行结构连接，以提高连接强度，同时，易断金属片21可采用强度较小的金属薄片制成，一般为银片或铜片，或在易断金属片21上开设有多个通孔211以降低易断金属片21的结构强度，从而便于将易断金属片21切断。

在上述实施例中，优选的，上壳体3、下壳体1和活塞撞针6均由绝缘材料制成，从而能够在灭弧过程中避免漏电，有利于提高灭弧的安全性。上壳体3与下壳体1之间可通过螺栓连接，从而使得上壳体3与下壳体1可拆卸，当利用上壳体3与下壳体1将导电部2压紧固定后，可通过胶状物将上壳体3、下壳体1以及导电部2之间的缝隙封堵，以提高产品的密封性。其中，优选的，绝缘材料主要成分通常为pom(polyformaldehyde，聚甲醛)，pa66(polyamide66，尼龙66)，pbt(polybutyleneterephthalate，聚对苯二甲酸四次甲基酯)等，为增加强度通常会加入一定比例的玻纤。

参照图4所示，在上述实施例中，优选的，活塞撞针6包括活塞头61和撞针62；活塞头61与气体发生装置5相接触，撞针62设置在活塞头61上远离气体发生装置5的一侧，参照图5所示，活塞通道31的内壁上沿第一方向开设有导向槽311，撞针62的侧壁位于导向槽311内，以使活塞头61能够推动撞针62沿导向槽311移动。具体的，活塞头61的端部开设有容纳槽611，正常情况下，气体发生装置5容置所述容纳槽611内，当气体发生装置5接收到检测电路发送的信号后会产生高压气体，从而推动活塞头61沿活塞通道31移动，进而使得活塞头61推动撞针62沿导向槽311移动，直至撞针62将易断金属片21切断后插入灭弧窄缝11内。由此，通过撞针62的侧壁与导向槽311的相互配合能够对撞针62进行限位，从而能够防止撞针62发生转动，进而避免撞针62因位置偏移而无法插入灭弧窄缝11的情况。此外，本实施例中，活塞头61的外壁与活塞通道31的内壁为过盈配合，从而使得在正常情况下撞针62能够稳定在易断金属片21上方，以避免在震动情况下撞针62对易断金属片21造成损伤，提高开断器使用的安全性；同时，该过盈配合度需要满足在活塞头61受到高压气体冲击时，能够脱离过盈配合的束缚，从而带动撞针62朝向易断金属片21做冲击运动。

继续参照图4所示，在上述实施例中，优选的，撞针62包括切断部621和翼缘部622，切断部621设置在活塞头61上远离气体发生装置5的一侧，翼缘部622设置在切断部621的两侧，以使切断部621与翼缘部622共同形成“工”字形形状；相应的，灭弧窄缝11具有灭弧通道111和翼缘通道112，翼缘通道112设置在灭弧通道111的两侧，以使灭弧窄缝11形成“工”字形形状，当气体发生装置5推动活塞头61沿活塞通道31移动时，会带动切断部621切断易断金属片21并插入灭弧通道111内，并带动翼缘部622插入翼缘通道112内。其中，切断部621的宽度大于易断金属片21的宽度，并位于易断金属片21的正上方，可通过在切断部621的底部设置斜面，使得切断部621的底部形成尖端，从而便于切断金属片21。同时，通过翼缘部622一方面能够加强撞针62的整体强度，防止切断部621在切断易断金属片21出现弯折的现象；另一方面，通过翼缘部622在翼缘通道112内的移动能够对切断部621起到运动导向的作用，以配合导向槽311提高对切断部621的导向效果。此外，翼缘部622还能够增大第一导电端子22和第二导电端子23之间的爬电距离，防止电弧绕过切断部621导通。

在上述实施例中，优选的，活塞撞针6为一体成型结构，从而避免了后期的组装过程，简化了生产流程，有利于提高生产效率。

在上述实施例中，优选的，活塞头61上开设有环形凹槽612，环形凹槽612内设有密封环(图中未示出)，用于封堵活塞头61的外壁与活塞通道31的内壁之间的缝隙。由此，当气体发生装置5产生高压气体后，气体不会从活塞头61的外壁与活塞通道31的内壁之间的缝隙泄露，从而能够为活塞撞针6提供足够的推力，保证活塞撞针6能够切断易断金属片21。

参照图6所示，在上述实施例中，优选的，底盖4内设有两个相互平行的导流板42，且两个导流板42沿第一方向设置，以使两个导流板42之间形成导流通道421，导流通道421的顶部与灭弧窄缝11连通，导流通道421的两侧与泄压腔体41连通。具体的，在该实施例中，当灭弧完成后，高温高压气体能够通过灭弧窄缝11的底部进入到导流通道421内，然后经由导流通道421的两侧流入到泄压腔体41内，由此，能够避免灭弧窄缝11内的压强因降低太快而影响灭弧效果。

参照图7所示，在上述实施例中，优选的，灭弧窄缝11的底部设有挡板12，挡板12上开设有多个导流孔121，导流孔121与导流通道421相连通。由此，利用挡板12能够对灭弧窄缝11的底部进行一定程度的封口，使得灭弧窄缝11内的压强能够保持在一个高压的状态，从而有利于灭弧。同时，通过设置导流孔121使得灭弧完成后的高压气体能够通过导流孔121进入导流通道421，再经由导流通道421的两侧流入到泄压腔体41内。容易理解的是，当导流孔121的整体开孔面积较大时，则灭弧窄缝11内的压强下降的较快，当导流孔121的整体开孔面积较小时，则灭弧窄缝11内的压强下降的较慢，具体设计时，可根据使用环境的不同而设计不同开口大小的导流孔121，且导流孔121的数量可根据需要而定。

参照图1和图2所示，在上述实施例中，优选的，瞬时开断器还包括顶盖7，顶盖7盖设在上壳体3上，并与上壳体3可拆卸地连接。具体的，可通过螺栓将顶盖7连接在上壳体3上，从而避免灰尘、颗粒等杂物进入瞬时开断器内，而影响瞬时开断器的使用。

参照图8和图9所示，下壳体1上沿第一方向开设有灭弧窄缝11；金属熔丝8设置于下壳体1内，并沿第二方向穿过灭弧窄缝11，金属熔丝8弯折成设定形状，以使金属熔丝8的两端形成开口部81，开口部81与灭弧窄缝11相对应，其中，第二方向与第一方向相互垂直；导电部2设置于下壳体1上，导电部2的中部具有易断金属片21，易断金属片21与灭弧窄缝11相对应；上壳体3扣盖在导电部2上并与下壳体1可拆卸地连接，以配合下壳体1共同夹紧导电部2，上壳体3上沿第一方向开设有活塞通道31，活塞通道31内从上到下依次设有气体发生装置5和活塞撞针6，活塞撞针6与易断金属片21相对应，气体发生装置5能够与外部检测电路电连接，用于接收信号并产生高压气体，以推动活塞撞针6切断易断金属片21并插入灭弧窄缝11内，并能够切断位于灭弧窄缝11内的金属熔丝8；底盖4设置于下壳体1上远离上壳体3的一端，以配合下壳体1共同形成泄压腔体41，泄压腔体41与灭弧窄缝11相连通。

在本实施例中，正常工作时，电流经过导电部2，当需要切断线路时，气体发生装置5产生高压气体，推动活塞撞针6向下切断易断金属片21并插入下壳体1的灭弧窄缝11内，电弧在灭弧窄缝11中被拉长并且被下壳体1的内壁冷却，同时，下壳体内壁和撞针前段在电弧烧蚀下产生气体，以在灭弧窄缝11的狭窄空间内形成高温高压的灭弧环境，从而能够加快电弧的熄灭。此外，当电弧进入到灭弧窄缝11内之后电弧会将金属熔丝8的两端导通，从而使得金属熔丝8能够在电流的作用下被烧断，以消耗部分电能，从而提高开断器分断电弧的能力。在灭弧完成后，高温高压的气体能够通过灭弧窄缝11的底部进入到底盖4的泄压腔体41内，以加快介质强度的恢复，从而提高了整体的灭弧效果。

由此，利用该瞬时开断器进行灭弧时能够具有以下优点：1、不需要并联灭弧熔断器，不存在并联熔丝老化的问题；2、可以实现从零电流到短路电流的可靠分断；3、结构简单，体积小巧，密封性较好，适用于各种环境条件；4、分断后绝缘电阻较高；5、通过金属熔丝配合灭弧窄缝能够提高开断器分断电弧的能力。

在上述实施例中，对金属熔丝8的形状不做限定。金属熔丝8相当于一段金属导线，通过将金属熔丝8的开口部81与灭弧窄缝11相对应，当有电弧进入灭弧窄缝11内之后，则电弧会将金属熔丝8的两端导通，此时，金属熔丝相当于一根短路的导线，从而能够消耗部分电能将短路的导线烧断，由此可以提高瞬时开断器能够承受的电弧能量，即提高开断器分断电弧的能力。同时，金属熔丝8上设置有多排狭颈82，每排狭颈82在大电流下熔断起弧，填充在金属熔丝8周围的以石英砂为主的灭弧材料可以吸收电弧能量，并产生较高的电弧电压，以加快电弧的熄灭。参照图9所示，本实施例中，金属熔丝8通过一块金属板弯折成矩形形状，并使得矩形金属熔丝8的两端形成一个开口，在其他实施例中，金属熔丝8还可以弯折成圆形、椭圆形、三角形、多边形等各种形状，只要保证当电弧进入灭弧窄缝11时，金属熔丝8能够导通即可。此外，金属熔丝8的材料不做限定，一般情况下，可选用铜或银制成，具体可根据使用环境的不同选择合适的金属材料。

需要理解的是，本实施例中，金属熔丝8沿第二方向穿过灭弧窄缝11，且第二方向与第一方向相互垂直。其中，第一方向指的是下壳体1的轴向方向，第二方向指的是下壳体1的径向方向，本实施例中将金属熔丝8沿第二方向穿过灭弧窄缝11的目的在于，当进入灭弧窄缝11内的电弧能量较小时，则电流会在金属熔丝8内流动，此时，如果电弧能量不足以将金属熔丝8熔断，则需要利用活塞撞针6将金属熔丝8切断，从而达到灭弧的效果。如果金属熔丝8没有穿过灭弧窄缝11，由于金属熔丝8无法被切断，则对于小电流而言会一直存在于金属熔丝8内，无法做到真正的灭弧，存在触电的风险。由此，通过先利用电流将金属熔丝8导通，如果电流较大则直接将金属熔丝8烧断，从而消耗部分电能，如果电流较小无法将金属熔丝8烧断，则直接通过活塞撞针6将金属熔丝8切断，从而达到彻底灭弧的效果，以此提高了瞬时开断器的整体灭弧效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵壳体在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。