包括在鐵磁側構件上小的永久磁體和一組電弧分離板的雙向直流電切換裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]所公開的概念一般涉及電切換裝置，并且更特別地涉及諸如例如包括滅弧室的斷路器的雙向直流電切換裝置。
【背景技術】
[0002]利用暴露于空氣的可分離觸點的電切換裝置可被構造成斷開承載可觀電流的電源電路。諸如例如斷路器的這些電切換裝置通常在觸點分離時經(jīng)受電弧放電，并且通常包含滅弧室以幫助熄滅電弧。這種滅弧室通常包括由電絕緣殼體以間隔關系保持在可分離觸點周圍的多個導電板。電弧轉(zhuǎn)移到電弧板，在該電弧板中電弧延伸并且冷卻直到熄滅。
[0003]通常，模塑外殼斷路器(MCCB)沒有特別設計用于在直流(DC)應用中使用。當尋求傳統(tǒng)交流(AC)MCCB在DC應用中應用時，基于所需的系統(tǒng)DC電壓和系統(tǒng)DC電流，串聯(lián)電連接多極以實現(xiàn)所需的中斷或切換性能。
[0004]在DC中斷中的一個挑戰(zhàn)是，特別是在相對低的電流水平處將電弧驅(qū)趕到電弧中斷室中。一些現(xiàn)有的DC切換裝置使用永久磁體來將電弧驅(qū)趕到電弧分離板中。然而,它們僅提供單向電流中斷，或由于兩個獨立電弧室的使用以便實現(xiàn)雙向性能而導致它們相對大。
[0005]在雙向直流電切換裝置中存在改進的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]這些需求和其它需求通過其中電切換裝置用于雙向直流切換和中斷的所公開概念的實施例來滿足。電切換裝置包括:可分離觸點；被構造成斷開和閉合可分離觸點的操作機構；以及滅弧室，該滅弧室包括:具有第一側和相對第二側的第一鐵磁側構件，具有第一側和相對第二側的第二鐵磁側構件，該第二鐵磁側構件的第一側面對第一鐵磁側構件的第一側，布置在第一鐵磁側構件的第一側上的第一永久磁體，布置在第二鐵磁側構件的第一側上的第二永久磁體，以及布置在第一和第二永久磁體之間的單組多個電弧分離板，其中第一和第二永久磁體在尺寸上比第一和第二鐵磁側構件中的每一個基本上更小，其中滅弧室被分成兩個電弧室，以及其中兩個電弧室中的每一個用于流過可分離觸點的直流相應方向。
【附圖說明】
[0007]當結合附圖閱讀時，可從優(yōu)選實施例的以下描述中獲得所公開概念的完整理解，在附圖中:
[0008]圖1是根據(jù)公開概念實施例包括在鐵磁側壁上相對小的永久磁體和一組電弧分離板的斷路器滅弧室的立體視圖。
[0009]圖2A是其中電弧分離板是非磁性電弧分離板的圖1的滅弧室一部分的立體視圖。
[0010]圖2B是根據(jù)公開概念實施例包括兩個永久磁體中的一個、兩個鐵磁側壁中的一個以及多個復合電弧分離板中的磁性部分的另一個滅弧室一部分的立體視圖。
[0011]圖3是示出磁性零點位置和磁場反轉(zhuǎn)線、用于先前直鐵磁側壁和永久磁體結構的磁性有限元分析場圖(field plot) ο
[0012]圖4是示出磁性零點位置和磁場反轉(zhuǎn)線移動到關于圖3的繪圖右側、用于圖2A的斷路器滅弧室的磁性有限元分析場圖。
[0013]圖5是示出磁性零點位置和磁場反轉(zhuǎn)線移動到關于圖3的繪圖右側、用于圖2B的滅弧室的磁性有限元分析場圖。
[0014]圖6是圖2A的滅弧室的簡化平面視圖。
[0015]圖7是圖2B的滅弧室的簡化平面視圖。
[0016]圖8是根據(jù)公開概念的實施例包括在鐵磁側壁上相對小的永久磁體、鐵磁背壁和一組復合電弧分離板的滅弧室的立體視圖。
[0017]圖9是圖8的滅弧室的簡化平面視圖。
[0018]圖10是根據(jù)公開概念的實施例除了采用非磁性電弧分離板而用于圖8的滅弧室的磁場圖，在該非磁性電弧分離板中不存在磁性零點和磁性反轉(zhuǎn)。
[0019]圖11是用于圖8的滅弧室的磁場圖，其中不存在磁性零點和磁性反轉(zhuǎn)。
【具體實施方式】
[0020]如在此使用的，術語“若干”應指一或大于一(例如多個)的整數(shù)。
[0021]如在此使用的，兩個或更多部件“連接”或“耦接”到一起的陳述應指部件直接或通過一個或多個中間部件結合到一起。
[0022]所公開的概念利用永久磁體布置和單個斷路觸點結構以實現(xiàn)雙向直流(DC)切換和中斷能力(包括在相對低的電流水平處)。這改進了將電弧驅(qū)趕到兩個電弧室中的一個(取決于DC電流方向)中的磁場取向，并且分割電弧。
[0023]參看圖1，諸如示例斷路器2的電切換裝置用于雙向DC切換和中斷。斷路器2包括可分離觸點4，構造成斷開和閉合可分離觸點4的操作機構6，以及滅弧室8。在該示例中，可分離觸點4是單個斷路觸點結構。滅弧室8包括具有第一側12和相對的第二側14的第一鐵磁(例如，但不限于鋼)側構件10，以及具有第一側18和相對的第二側20的第二鐵磁(例如，但不限于鋼)側構件16。第二鐵磁側構件16的第一側18面對第一鐵磁側構件10的第一側12。第一永久磁體22布置在第一鐵磁側構件10的第一側12上，而第二永久磁體24布置在第二鐵磁側構件16的第一側18上。單組26多個電弧分離板28布置在第一和第二永久磁體22、24之間，該第一和第二永久磁體22、24在尺寸上(如在圖2A和2B中最優(yōu)示出的)比第一和第二鐵磁側構件10、16中的每一個基本上更小。滅弧室8被分成兩個電弧室30、32，兩個電弧室30、32中的每一個用于流過可分離觸點4的直流相應方向。
[0024]圖2A示出包括鐵磁側構件10、相對小的永久磁體22和由非磁性材料制成的電弧分離板28的圖1的滅弧室8的一部分。
[0025]圖2B示出包括第一永久磁體22、第一鐵磁側構件10和多個復合電弧分離板28"的磁性部分64的另一個滅弧室8’ (如在圖7中最優(yōu)示出的)的一部分。
[0026]如在圖7中所示，第一和第二永久磁體22、24以及第一和第二鐵磁側構件10、16由電絕緣體34覆蓋以防止將電弧柱短路。鐵磁側構件10、16和永久磁體22、24是導電并且電絕緣的，以維持電弧電壓并實現(xiàn)中斷。否則，電弧電流將進入導電鐵磁(例如，但不限于鋼)和永久磁體材料中，并且電弧電壓將顯著減少，并且中斷將無法實現(xiàn)。
[0027]電弧分離板28(圖1)可以是非磁性電弧分離板28’ (圖6)，或者可以是具有中間磁體(例如但不限于由磁鋼；碳鋼制成)部分64的復合電弧分離板28"(圖7)。圖6的電弧分離板28’是非磁性的；否則，來自第一和第二永久磁體22、24的磁場將在電弧分離板28’的區(qū)域中顯著減小。重要的是，對于在電弧分離板區(qū)域中的磁場應足夠大以將電弧移動進入、分割電弧并且保持電弧在分離板28’中以實現(xiàn)電流中斷。可替代地，如在圖7中所示，電弧分離板28"與中間磁性部分64 —起制作，這增加了在電弧分離板區(qū)域中和在閉合的可分離觸點4上(圖1)的磁場。
[0028]圖3示出用于直鐵磁側壁和先前永久磁體結構(未示出)的磁性有限元分析場圖40。該圖包括磁性零點42的位置和磁場反轉(zhuǎn)44的線。在此，零點42和磁場反轉(zhuǎn)44相對更接近閉合的可分離觸點46和電弧分離板50。在當電弧柱尺寸在相對高的電流水平處太大時的情況期間，電弧可橫跨零點42并且進入將電弧拉離電弧分離板50的反轉(zhuǎn)場。
[0029]相對小(圖1和圖2A-2B)和相對大(圖3)的永久磁體配置兩者都具有引導磁場進入鐵磁側構件的永久磁體。在圖3中，相對大的永久磁體51使磁場進入鐵磁側構件52，并且從在左側(關于圖3)上的鐵磁材料53以及從在右(關于圖3)側上的空氣返回進入觸點區(qū)域中。因此，磁性零點42是其中場滿足的位置。如果該幾何形狀是完全對稱的，則磁性零點42將處于永久磁體51的中心。然而，鐵磁材料53使磁性零點42略微向中心右側(閉合的可分離觸點46的右側)。在永久磁體51的左(關于圖3)邊緣處還存在第二磁場反轉(zhuǎn)54 (例如相對小的磁通回路)，該永久磁體51使電弧停止在該位置處，并且其將電弧保持在電弧分離板50中以維持相對高的電弧電壓并且實現(xiàn)電流中斷。
[0030]圖4示出用于圖2A的滅弧室8的磁性有限元分析場圖64。磁性零點60的位置和磁場反轉(zhuǎn)62的線移動到關于圖4的右側。更具體地,磁性零點60和磁場反轉(zhuǎn)62遠離閉合的可分離觸點4來布置，并且進一步遠離電弧分離板28來布置。來自磁場的永久磁體22、24(圖1)迫使磁場零點60和磁場反轉(zhuǎn)62