适用于dc模制外壳断路器的电弧滑槽及其相关方法
适用于dc模制外壳断路器的电弧滑槽及其相关方法
【专利说明】适用于DC模制外壳断路器的电弧滑槽及其相关方法
[0001]本申请要求于2013年I月24日提交的美国专利申请序列号13/749，360的权益和优先权，其内容通过如在此全部陈述地弓I用并入本文。
技术领域
[0002]本发明涉及断路器所使用的电弧滑槽(arc runner)。
【背景技术】
[0003]断路器是用于电路保护和隔离的各种过流保护装置中的一种。断路器在每当电异常发生时提供电保护。在断路器中，电流从电力线进入系统并且穿过线导体到固定在线导体上的固定触点，然后到可移动触点。可移动触点可固定地附接到臂并且可将臂安装到转子上。只要固定触点与可移动触点物理接触，电流就从固定触点流到可移动触点并且流出断路器到下行线路的电装置。
[0004]在过流条件(例如短路)的情况中，可产生极高的电磁力。电磁力使可移动触点与固定触点相排斥。因为可移动触点固定地附接到旋转臂，臂枢轴转动并且使固定触点和可移动触点物理分离，因此使电路跳闸。当触点分离并且熔断开电路时，发生电弧放电条件。断路器的跳闸单元将使导致触点分离的断路器跳闸。同样，在断路器的正常“开/关”操作期间发生电弧放电。期望的是抑制生成的电弧。
[0005]抑制电弧的典型方法是将电弧导入熄弧沟中，熄弧沟一般是一系列消耗电弧能量的金属片。该熄弧沟位于电路的固定接触点附近。电弧滑槽用于将电弧导引到熄弧沟。电弧滑槽覆盖线导体的裸露区域。因为电弧滑槽提供沿着熄弧沟的电弧通路，所以电弧滑槽经受强烈高温。
[0006]在更高的故障中断，特别是那些与DC电流相关的故障中断期间，由于通过熄弧沟中的永磁体产生的磁场可能不足够强以抵抗气体动力以将电弧推并且拉入下电弧片中，所以电弧可能抵抗到熄弧沟内的运动。缺乏电弧与下电弧片之间的接合可导致对于熄弧沟和断路器的更长电弧放电时间和损害。
【发明内容】
[0007]本发明的实施例涉及电弧滑槽，其可减少电弧放电时间和/或抑制对熄弧沟和/或断路器的损害。
[0008]一些实施例涉及双向直流(DC)断路器。
[0009]一些实施例涉及断路器，该断路器包括:(a)电弧室；(b)在电弧室中包括多个电弧片的熄弧沟；(C)电弧室中的线导体，该线导体具有下主体部分以及具有自由端的向上延伸的臂，该臂位于下主体部分的上面；(d)由线导体的臂支持的固定触点，该固定触点位于电弧片附近；以及(e)由电弧室的线导体支持的非铁磁性电弧滑槽。电弧滑槽具有如下特征中的至少一个:(i)附接到线导体的下主体部分，并且位于具有位于底电弧片下面的部分的固定触点的前面，或(ii)附接到线导体的臂，并且至少部分位于基本上共同的平面上，该平面作为具有至少一个向下延伸的侧壁的固定触点，该侧壁朝向线导体的下主体部分在具有位于底电弧片下面的部分的固定触点前面向下延伸一段距离，其中电弧滑槽定义导引到下电弧片的一个或多个下侧的电弧通路。
[0010]电弧滑槽可具有定义在其之间的空隙空间的面向前面间隔分开的段。
[0011]电弧滑槽可具有一对平面的并且基本上水平取向的间隔分开的指状物。
[0012]电弧滑槽可具有一对间隔分开的基本上垂直延伸的侧壁。
[0013]断路器可包括非导通的线导体盖，其位于线导体下部的上表面上。
[0014]电弧滑槽可附接到下主体部分并且可具有含上和下基本平行段的曲线形状。上段可具有面向电弧片并且位于线导体臂下面一段距离的自由端。下段可位于线导体的下主体部分附近并且在线导体的臂下面间隔分开。
[0015]电弧滑槽可附接到下主体部分并且可具有含有支柱的主体，该支柱上升到邻近固定触点的线导体的臂以上或邻近线导体的臂的位置，然后向下行进到位于底电弧片下面的前向平面段。
[0016]断路器可包括具有并入上臂中的下壁的线导体盖，该上臂到固定触点之前终止的自由端向上逐渐变细。线导体盖可包括设定大小并配置为可滑动地容纳线导体的臂的侧向延伸槽，使得线导体臂位于线导体盖的臂下面并且线导体盖的下部位于线导体的下主体部分的上面。
[0017]电弧滑槽可以是辅助电弧滑槽并且断路器同样可包括位于线导体的臂上的固定导体前面的固定电弧滑槽。
[0018]电弧滑槽可附接到线导体臂并且可具有两个间隔分开向下延伸的壁，其中一个壁分别位于臂的每侧并且延伸固定触点前面的一段距离。
[0019]断路器可包括位于线导体的臂上的反向回路盖，该反向回路盖与固定触点间隔分开并且远离线导体的自由端。
[0020]电弧滑槽可以是附接到线导体臂的辅助电弧滑槽，并且断路器可包括位于线导体臂上的固定导体前面的固定电弧滑槽以及位于线导体的下主体部分上的线导体盖。辅助电弧滑槽可具有两个间隔分开向下延伸的壁，该壁具有位于在其之间具有空隙空间的线导体的下主体上面的下端，位于线导体的臂每侧的一个壁在其前端上具有向外延伸的狭窄指状物。
[0021]断路器可包括位于线导体的下主体部分上的线导体盖。电弧滑槽可具有两个间隔分开向下延伸的壁，该壁具有位于线导体盖附近的下边缘，一个位于线导体的臂每侧的壁在前端上具有向外延伸向下并且向外延伸的基本上平面的指状物。
[0022]电弧滑槽可具有在其之间含有空隙空间的指状物的前端部分，所述空隙空间位于所述固定触点的一侧或每侧上。
[0023]空隙空间具有大于固定触点和/或邻近电弧片宽度的宽度。
[0024]断路器可包括位于线导体的下主体部分上的线导体盖。电弧滑槽，线导体和线导体盖每个可包括至少一个对齐的孔，该孔容纳将电弧滑槽附接到线导体的连接构件。
[0025]又一其它实施例涉及电弧室组件。该组件包括:电弧室，其具有模制主体；电弧室中包括多个电弧片的熄弧沟；在电弧室中支持可移动触点的可移动臂；以及具有线导体的线导体组件，该线导体具有下主体部分以及具有自由端的向上延伸的臂，该臂位于下主体部分之上。线导体组件包括与可移动触点合作的固定触点，以及附接到位于电弧室中的线导体的非铁磁性电弧滑槽。电弧滑槽具有如下特征中的至少一个:(a)附接到线导体的下主体部分，并且位于具有位于底电弧片下面的部分的固定触点的前面，或(b)附接到线导体的臂，并且位于基本上共同的平面上，该平面作为具有至少一个向下延伸的侧壁的固定触点，该侧壁朝向线导体的下主体部分在具有位于底电弧片下面的部分的固定触点前面向下延伸一段距离。电弧滑槽定义导引到一个或多个下电弧片的下侧的电弧通路。电弧室组件同样包括位于线导体下主体部分之上的非导电线导体盖。
[0026]又一实施例涉及电弧滑槽组件。该组件包括:伸长的线导体，其具有下主体部分以及向上延伸的臂，该线导体在直流(DC)断路器的臂的前端部分上支持固定电触点；附接到伸长的线导体的非铁磁性电弧滑槽，其中电弧滑槽具有定义在其之间的空隙空间的向前延伸的段，设定该段大小并且配置为位于线导体臂和/或固定触点的反向侧边上；以及非导电线导体盖，其位于线导体的下主体部分之上。
[0027]间隔分开的段可以是从线导体臂向下延伸或从线导体的下主体部分向上延伸并且面向电弧片的指状物。
[0028]间隔分开的段可以是从线导体的下主体部分上升然后朝向电弧滑槽的前平面端向下行进的支柱的上部。
[0029]电弧滑槽可以是第一电弧滑槽并且该组件可包括由线导体的臂支持的第二电弧滑槽。
[0030]再一实施例涉及在断路器的熄弧沟中导引电弧的方法。该方法包括:(a)提供具有电弧室的断路器，该电弧室包括具有电弧片的熄弧沟和具有固定触点的线导体以及至少一个电弧滑槽；以及(b)使用电弧滑槽导引电弧沿着电弧通路行进，该电弧通路延伸到熄弧沟的底电弧片的下侧。
[0031]本领域普通技术人员将从下列优选实施例中的附图和详细描述的阅读中理解本发明的进一步特征，优点和细节，该描述仅为本发明的说明。
[0032]应注意的是关于一个实施例所描述的本发明的方面可并入到不同的实施例中，尽管没有关于它们之间特别描述。换言之，可以任意方式和/或组合将所有实施例和/或任意实施例的特征组合。申请人保留改变任意原始提交的权利要求或相应地提交任意新权利要求的权利，包括虽然没有以如下方式提交原始权利要求，但是能够修改任意原始提交的权利要求以与任意其它权利要求独立和/或合并任意其它权利要求的任意特征的权利。以下所陈述的说明书中详细解释了本发明的这些和其它目的和/或方面。
【附图说明】
[0033]图1是根据本发明的实施例的示例性断路器的侧视角局部剖视图。
[0034]图2A是图1所示的断路器的侧截面视图。
[0035]图2B是图1所示的断路器的侧视图。
[0036]图2C是图1所示的断路器的侧视角视图。
[0037]图3是沿着图2 A的线3-3的截面视图。
[0038]图4A是根据本发明的实施例的示例性线导体组件的侧视角视图。
[0039]图4B是图4A所示的线导体组件的顶视图。
[0040]图4C是图4A所示的线导体组件的侧视图。
[0041]图4D是图4A所示的线导体组件的分解视图。
[0042]图5A是根据本发明的实施例的另一示例性线导体组件的侧视角视图。
[0043]图5B是图5A所示的线导体组件的顶视图。
[0044]图5C是图5A所示的线导体组件的侧视图。
[0045]图是图5A所示的线导体组件的分解视图。
[0046]图6A是具有根据本发明的实施例的图5A所示的线导体组件的断路器的侧视角视图。
[0047]图6B是具有图6A所示的线导体组件的断路器的侧视角视图。
[0048]图7A是具有根据本发明的实施例的另一示例性线导体组件的断路器的侧视角局部剖视图。
[0049]图7B是图7A所示的断路器的侧视图。
[0050]图7C是图7A所示的断路器的侧视角视图。
[0051]图7D是图7A所示的断路器的侧截面视图。
[0052]图7E是沿着图7D的线7E-7E获取的图7A所示的断路器的顶视图。
[0053]图8A是图7A-7E的示例性断路器中所示的线导体组件的侧视角视图。
[0054]图8B是图8A所示的线导体组件的顶视图。
[0055]图8C是图8A所示的线导体组件的侧视图。
[0056]图8D是图8A所示的线导体组件的分解视图。
[0057]图9A是具有根据本发明的实施例的另一示例性线导体组件(在图10A-10D中示出)的断路器的放大侧面局部剖视图。
[0058]图9B是根据本发明的实施例的图9A所示的示例性断路器的放大侧面视角局部剖视图。
[0059]图1OA是根据本发明的实施例的图9A的断路器中所示的示例性线导体组件的侧视角视图。
[0060]图1OB是图1OA所示的示例性线导体组件的顶视图。
[0061]图1OC是图1OA所示的示例性线导体组件的侧视图。
[0062]图1OD是图1OA所示的示例性线导体组件的分解视图。
[0063]图1OE是图1OA所示的示例性线导体组件的局部装配视图。
【具体实施方式】
[0064]现在将在下文中参考附图更完整地描述本发明，在其中示出本发明的说明性实施例。相同的数字指示相同的元件并且可使用不同数量的上标指示撇号(例如40，40’，40”，40’”)标记相同元件的不同实施方式。
[0065]在附图中，出于清晰的目的扩大区域或特征的相对尺寸。然而本发明可以许多不同形式实施并且不应被解释为限于本文所陈述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将透彻和完整，并且将向本领域技术人员完整表达本发明的范围。
[0066]将理解的是，虽然本文中可使用第一，第二等术语来描述各种元件，部件，区域，层和/或段，但不应通过这些术语限制这些元件，部件，区域，层和/或段。这些术语仅用于将一种元件，部件，区域，层或段与另一区域，层或段区分。因此以下讨论的第一元件，部件，区域，层或段可称作第二元件，部件，区域，层或段而不偏离本发明的教导。
[0067]为了便于描述在本文中可使用诸如“在…之下”，“低于”，“下面”，“高于”，“上面”等空间相关术语来描述如图中所示的一种元件或特征与另一(多)种元件或(多种)特征的关系。将理解的是空间相关术语旨在包含使用或操作中的装置的图中所描述的取向之外的不同取向。例如如果将附图中的装置翻转，那么描述为“低于”其它元件或特征或者“在其之下”的元件将取向为“高于”其它元件或特征。因此，示例性术语“低于”可包含高于和低于两个取向。另外可将装置取向(旋转90°或其它取向)并且相应地解释在本文中所使用的空间相对描述符。术语“大约”指示在标注值的+/-20%的范围中的数字。
[0068]如本文中使用的，除非另外明确陈述，单数形式的“一”，“一个”和“所述”旨在同样包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”，“包含”特指所述功能，整数，步骤，操作，元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它功能，整数，步骤，操作，元件，部件和/或其组合的存在或附加。将理解的是，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，它可直接连接或親接到其它元件或可存在中间元件。此处使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意和所有组合。
[0069]术语“辅助电弧滑槽”指与另一电弧滑槽一起使用的电弧滑槽，并且将辅助电弧滑槽配置为激励电弧从高于底电弧片的位置行进到在下面放置的电弧片之下的位置，通常在底电弧片之下以便使下电弧片或底电弧片相对于传统电弧滑槽机构更多地涉及电弧中断。
[0070]术语“非铁磁性”意为所标注的部件基本上不含铁磁性材料，以便适用于电弧室中(对于磁路无干扰)，如本领域技术人员将已知的。
[0071]除非另外定义，在本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明所属领域的普通技术人员的普遍理解的相同意义。将进一步理解的是，诸如那些在通常使用的字典中定义的术语应当被理解为具有与该说明书的上下文中及相关领域中它们的意义一致的意义，并且除非在本文中明确定义，将不能以理想化或过度正式的形式来理解。
[0072]现在转向附图，图1，2A_2C和3示出具有至少一个电弧室11的断路器10，电弧室11具有含有电弧片25的熄弧沟12，包括固定触点30和至少一个电弧滑槽40的线导体组件45。可分别采用通常被配置为如所示出地紧密间隔的片的顶电弧片25t，中间电弧片25i和下电弧片或底电弧片251来堆叠电弧片25。线导体组件45同样可包括线导体32。线导体组件45同样可包括线导体盖70。
[0073]参考图4A-4D，在一些实施例中，线导体32可包括具有向上弯曲的臂130的主要主体部分32b，该臂130具有面向电弧片25的自由端130e。主要主体部分32b可具有自由端32e，该自由端32e位于臂的自由端130e下面并且例如如图1所示延伸超过电弧片25。线导体组件45同样可选地包括反向回路盖80，该反向回路盖80位于臂130上的固定触点30的后面。
[0074]图1示出断路器10可包括多个相邻的电弧室11m。然而，断路器10可替代地包括单室11设计。
[0075]术语“下电弧片”指位于低于可移动(旋转)臂35的电弧片25，该臂35当被部署为位于固定触点30附近时保持可移动触点35c，和/或位于固定触点30的下面或与固定触点30在共同平面中。
[0076]如下文将进一步讨论的，尽管同样可使用其它结构，但是附图示出线导体组件45的四种示例性结构。相应组件45分别包括至少一个电弧滑槽40，40’，40”，40’”。电弧滑槽40，40’，40”，40’”可定义电流通路以允许电弧与下电弧片251中的一个或多个接合，从而减少电弧放电时间。至少部分相应电弧滑槽40，40’，40”，40’”可位于图1，7A，9A*9B中示出取向中的断路器的最下三个(3)，最下两个(2)和/或底电弧片25b中的一个或多个附近。
[0077]可放置至少一个电弧滑槽40，40 ’，40 ”，40 ’ ”以便具有位于例如在图1，6A，7A和9A中示出的底电弧片25b附近或低于该底电弧片25b的部分。电弧滑槽40，40’，40”，40’”可与相邻电弧片25间隔分开，以便气隙位于如例如在图2B，2C，3，6A，7B，7E和9B中所示的相应电弧滑槽40，40’，40”，40’ ”与一个或多个相邻片25 (边对边或在另一个上面)之间。
[0078]在关于图1，2A-2C-3，4A-4D所示的实施例和关于5A-?和6A，6B所示的实施例中，电弧滑槽40，40’可以分别作为通过相应线导体32由上电弧滑槽31保持的辅助电弧滑槽40，40’。例如在图8A-8D中所示的实施例和图10A-10D中所示的实施例中，相应的电弧滑槽40”，40’ ”可以是通过相应线导体32保持的唯一电弧滑槽，并且可将单个电弧滑槽40”，40’ ”配置为实施前述实施例的两个电弧滑槽的功能。
[0079]通常可通过附接到线导体32来保持电弧滑槽40，40’，40”，40’”。可放置电弧滑槽40，40’，40”，40’”以便具有位于固定触点30前面的至少一个部分并且可具有能够(基本上)位于固定触点30的相同平面或低于固定触点处的部分。电弧滑槽40，40’，40”，40’”可具有紧密间隔分开并且位于底电弧片25b下面的前端40e。
[0080]电弧滑槽40，40 ’，40 ”，40 ’ ”的电通路40p可导引到例如在图2A-2C，6A，6B，7B，7C和9 A中示出的底电弧片25b的下侧25u。
[0081]可将电弧滑槽40，40’，40”，40’”形成为诸如不锈钢，铜等非铁磁性材料的整体上单个或单一的主体。在其它实施例中，滑槽40，40’，40”，40’”可以是一种或不同非铁磁性材料的多部件装置。
[0082]在一些特定实施例中，断路器10可以是双向直流(DC)模制外壳断路器(MCCB)。例如参见美国专利号N0.5，131，504和8，222，983，其内容通过如在本文全部陈述地引用整体并入本文。多个DC MCCB可适用于诸如数据中心，光伏和电动车辆应用的多种用途。可将断路器10的额定电压设定为大约IV到大约5000伏(V)DC之间和/或可具有从大约15到大约2，500安培(A)的额定电流。然而，由于断路器可用于范围广泛的不同用途，预期断路器10及其部件可用于任意电压，电流范围并且不限于任意特定应用。
[0083]在一些实施例中，断路器10可适于作为AC断路器或AC和DC断路器两者。
[0084]如本领域技术人员已知的，Eaton公司提出针对商业和实用尺度的光伏(PV)系统设计的多个模制外壳断路器(MCCB)的线。在太阳能合成器和逆变器应用中使用的EatonPVGard?断路器在100Vdc上额定最高到600安培，并且可满足或超过诸如UL 489B工业标准，该工业标准要求严格测试以验证满足PV系统具体要求的电路保护。然而，预期断路器10可用于具有对应电压容量/额定值的多种应用。
[0085]可将电弧滑槽40，40 ’，40 ”，40 ’ ”配置为允许相应电弧从前表面40s移开，并且取决于DC电流方向移到固定触点30的一个，两个和/或任一侧上，通常在触点30 (右或左)的一侧上。电弧滑槽40，40’，40”，40’”可具有位于底电弧片25b附近或低于底电弧片25b的前表面40e，以便引导电弧进入熄弧沟12。
[0086]图4A-4D示出具有在(模制)断路器外壳1h外侧的图1，2A_2C和3中示出的电弧滑槽40结构的线导体组件45。
[0087]图5A_5D，6A和6B示出具有电弧滑槽40’的另一实施例的线导体组件45的第二示例性结构。如所示出的，电弧滑槽40’位于线导体32的臂130和/或固定触点30之下，具有延伸到低于电弧滑槽31的向下延伸的侧壁。电弧滑槽40’具有两个间隔分开向下延伸的壁40w，一个壁位于臂130的每侧。壁40w可在前端上具有狭窄的指状物140，该指状物向外延伸以位于底电弧片25b下面。术语“狭窄”意为显著的电弧滑槽特征为在电弧滑槽壁40w的相邻主体的长度(或高度)尺寸的大约5-40%，典型在大约10-25%之间。
[0088]图7A-7E和8A-8D示出具有电弧滑槽40”的另一实施例的线导体组件45的第三示例性结构。如在实施例中示出的，电弧滑槽40”可位于线导体32的臂130的顶部。
[0089]图9A，9B和10A-10D示出具有电弧滑槽40’ ”的第四示例性结构的线导体组件45。
[0090]如上所标注的，在图8A，10A中示出的第三和第四实施例中，不需要例如在图1和5A中示出的上电弧滑槽31。
[0091]电弧滑槽40，40’，40”，40’”可具有含有面向(并且位于)堆叠25附近的间隔分开的指状物140的上部部分。如在图3，4A，5B，7E*8A中示出的，指状物140或支柱240 (图10D)可具有宽度W2的空隙空间，该宽度W2大于电弧片25和/或触点30的宽度Wl (通常大于宽度Wl的大约1%到大约31% )。空隙空间可以是气隙或者可由可压缩(例如可弯曲的弹性体)的绝缘材料填充或部分填充。在一些实施例中，例如在图3，4A，5A，7B，8D中示出的，指状物140可在它们的整个长度上间隔分开。在其它实施例中，其中所使用的指状物140，可以经由导电或非导电材料一起附接在导引端部分上。
[0092]例如在图10A-10D中示出的，导引端40e (面向堆叠25的端)具有连续导电非铁磁性的基本上平面的结构。在其它实施例中，前端40e可具有交错导电和非导电和/或气隙部分(未不出)。
[0093]在例如在图4A-4D中示出的一些实施例中，电弧滑槽40可具有“折返”结构，使得由DC电流产生的磁场将帮助驱动电弧沿着电弧滑槽表面40s并且进入熄弧沟12。面向片25的相应电弧滑槽40e的端可以是自由端，而反向端可包括向上延伸的连接段。可将电弧滑槽40 “折返”结构成形为具有第一线性段41和上部或下部第二基本上共平面的段42，该段42具有连接两个基本上共平面的段41，42的向上或向下延伸的曲线和/或弯曲的段43的中间部分。向上延伸段43可位于固定电弧滑槽31之下，并且与固定电弧滑槽31间隔分开。同样如所示出的，电弧滑槽接触表面40s可以是基本上平面的并且采用延伸触点30前面的指状物140来水平定向。
[0094]图5A_5D，6A和6B示出具有从电弧滑槽31延伸向下并且延伸向前的指状物140的电弧滑槽40’。指状物140可具有与固定触点30正交的侧壁40w。如所示出的，指状物140可在其最前端40e (面向堆叠25的端)处向上逐渐变细。
[0095]图7A-7E和8A-8D示出具有电弧滑槽40”的断路器10，该电弧滑槽40”与图5A-5D中示出的电弧滑槽相似。如所示出的，前向端部分40e具有基本上平面的下边缘1401和上边缘140u，例如是直的而不是例如如在图5A中示出的曲线的。如所示出的，没有其它电弧滑槽(例如电弧滑槽31)通过线导体32保持。电弧滑槽40”可在固定导体30前面的线导体32(在臂130上)的上表面两端跨越，并且从臂130的前向端向外跨越。电弧滑槽40”可具有向下延伸的平面壁40w。
[0096]图9A，9B和10A-10E示出可将电弧滑槽40’ ”配置为从线导体32的基座主体部分32b向上延伸。电弧滑槽40’”可包括上部部分240u，该上部部分240u具有含有位于固定触点30任意侧上的段的开放空隙空间。如所示出的，线导体组件45可包括附接到电弧滑槽40’ ”以及线导体主体部分32b的线导体支架170。组件45同样可包括具有槽70s的线导体盖70。当装配时，线导体臂130可穿过该槽70s延伸到位于线导体盖70的上臂70u的底侧以下(紧密间隔分开或邻接)。电弧滑槽40’”，线导体盖70，线导体32以及线导体支架170每个可包括对齐的相应孔40a，70a，32a，170a以便容纳连接构件50。在其它实施例中，可将合作构件中的一个或多个经由粘合，钎焊，焊接，滑入配合，摩擦接合或其它适当的连接结构来连接。
[0097]同样如所示出的，线导体支架170和电弧滑槽40’ ”可包括相应支柱2401，1701，其上升到高于线导体32并且每个可包括自由前向端40e，170e。线导体支架170e的自由端可邻接并且位于电弧滑槽40e的自由端之下。
[0098]参考图10A-10E，支柱2401的上部部分可延伸到高于触点30并且位于对应于触点30的任意侧上的位置的程度。支柱2401可从线导体32的主体部分32b向上行进到邻近触点30的顶点区域，然后向堆叠25的方向向下行进。
[0099]如上所述，电弧滑槽40，40’，40”，40’ ”通常由非铁磁性导体(例如金属)材料制成。电弧滑槽40，40 ’，40 ”，40 ’ ”可经由包括螺钉，针，焊接，钎焊，粘合，滑入配合特征，卡口特征，摩擦接合和/或可匹配特征等中的一个或其组合的任何适当连接装置附接到线导体32ο
[0100]例如如图1，2，6A，7D，9A和1D中所示，电弧滑槽40，40’，40”，40’”可附接到具有连接构件50的线导体32。相应电弧滑槽40，40’，40”，40’ ”可包括允许诸如螺钉50的穿过其延伸的连接构件的槽或孔40a (图3，4D，5D，7B，8D，10D)。在其它实施例中，电弧滑槽40，40’，40”，40’”可包括可匹配地容纳到诸如线导体32的凹进或孔的合作特征中的凸出，脊或唇，因此不需要分离的连接构件。同样可使用反转结构。
[0101]在一些实施例中，可将相应电弧滑槽选择性地附接到线导体下主体部分32b以及臂130两者。
[0102]图1，2A_2C，3和4A-4C示出位于从附接到线导体32的固定触点30处间隔分开并且低于该固定触点30的电弧滑槽40。图5A-5C和图8八-80示出电弧滑槽40’，40”可附接到线导体32的上部部分130并且向下延伸到位于邻近线导体的基座部分32b附近。图5A-5C和6A示出在线导体的基座部分32b上面间隔分开的电弧滑槽40’，该基座部分具有含有足够距离以允许到位于壁40w之间的连接构件50的视觉访问的在其之间的气隙。图7B和SC示出电弧滑槽40”可在线导体的下部分或主要主体32b上面紧密间隔。图9A，9B，1A和1B示出电弧滑槽40’”可 仅附接到线导体的主体23b的底部部分。电弧滑槽40e和线导体支架170e两者的自由端可面向电弧片25的堆叠。
[0103]反向回路盖80(当使用时)和线导体盖70是非导电的。盖可包括“青壳纸(fishpaper) ”，CFM和/或填充聚酯的玻璃，或其它合适的非导电和/或电绝缘材料。在一些实施例中，连接构件50和线导体32是非铁磁性导电构件。线导体32可包括铜，适当等级不锈钢或任意适当非铁磁性材料。触点30是导电的，通常是银合金。用于上述的配合部件，例如移动触点35c和移动臂35，可分别包括例如银合金(用于触点35c)和铜的相同材料。同样预期可作为一张材料，粘合剂，薄膜，陶瓷或聚合物材料应用的非导电绝缘材料形成线导体盖70和反向回路盖(当使用时)。
[0104]上述内容说明了本发明并且不应被解释为本发明的限制。虽然已经描述了本发明的一些示例性实施例，但是本领域技术人员将容易地理解示例性实施例中可能的许多修正，而不实质上偏离本发明的新颖教导和优点。因此，所有这些修改旨在包括在本发明的范围内。因此，将理解的是前述内容说明本发明并且不应被解释为限于所公开的具体实施例，并且对所公开实施例以及其它实施例的修改旨在包括在本发明的范围内。
【主权项】
1.断路器，其包括: 电弧室； 熄弧沟，其包括在所述电弧室中的多个电弧片； 在所述电弧室中的线导体，所述线导体具有下主体部分以及具有自由端的向上延伸的臂，所述臂位于所述下主体部分的上面； 由所述线导体的臂保持的固定触点，所述固定触点位于所述电弧片附近；以及 在所述电弧室中通过所述线导体保持的非铁磁性电弧滑槽，其中所述电弧滑槽具有如下特征中的至少一个:(a)附接到所述线导体的所述下主体部分，并且位于具有位于底电弧片下面的部分的所述固定触点的前面，或(b)附接到所述线导体的臂，并且至少部分位于基本上共同的平面上，所述平面作为具有至少一个向下延伸的侧壁的固定触点，所述侧壁朝向所述线导体的所述下主体部分在具有位于底电弧片下面的部分的所述固定触点前面和下面向下延伸一段距离，其中所述电弧滑槽定义导引到下电弧片中的一个或多个的下侧的电弧通路。2.如权利要求1所述的断路器，其中所述电弧滑槽具有定义在其之间空隙空间的面向前面间隔分开的段。3.如任意前述权利要求所述的断路器，其中所述电弧滑槽具有一对平面并且基本上水平取向的间隔分开的指状物。4.如权利要求1-3中的任一项所述的断路器，其中所述电弧滑槽具有一对间隔分开的基本上垂直延伸的侧壁。5.如任意前述权利要求所述的断路器，进一步包括非导电线导体盖，其位于所述线导体下部的上表面上。6.如权利要求1-5中的任一项所述的断路器，其中所述电弧滑槽附接到所述下主体部分并且具有含有上和下基本上平行段的曲线形状，该上段具有面向所述电弧片并且位于所述线导体的臂下面一段距离的自由端，并且其中该下段位于所述线导体的下主体部分附近并且在所述线导体的臂下间隔分开。7.如权利要求1-5中的任一项所述的断路器，其中所述电弧滑槽附接到所述下主体部分并且具有含有支柱的主体，所述支柱上升到在邻近所述固定触点的所述线导体的臂的上面或邻近所述线导体的臂的位置，然后向下行进到位于所述底电弧片下面的前向平面段。8.如权利要求7所述的断路器，进一步包括具有并入上臂中的下壁的线导体盖，所述上臂到所述固定触点之前终止的自由端向上逐渐变细，其中所述线导体盖包括设定大小并且配置为可滑动容纳所述线导体的臂的侧向延伸槽，使得所述线导体的臂位于所述线导体盖下面并且所述线导体盖的下部位于所述线导体的下主体部分的上面。9.如权利要求1-8中的任一项所述的断路器，其中所述电弧滑槽是辅助电弧滑槽，所述断路器进一步包括位于所述线导体的臂上的所述固定导体前面的固定电弧滑槽。10.如权利要求1-9中的任一项所述的断路器，其中所述电弧滑槽附接到所述线导体的臂并且具有两个间隔分开向下延伸的壁，一个壁位于所述臂的每侧并且延伸所述固定触点前面的一段距离。11.如权利要求1-10中的任一项所述的断路器，进一步包括位于所述线导体的臂上的反向回路盖，所述反向回路盖与所述固定触点间隔分开并且远离所述线导体的自由端。12.如权利要求1-11中的任一项所述的断路器，其中所述电弧滑槽是附接到所述线导体的臂的辅助电弧滑槽，所述断路器进一步包括位于所述线导体的臂上的所述固定导体前面的固定电弧滑槽以及位于所述线导体的下主体部分上的线导体盖，其中所述辅助电弧滑槽具有两个间隔分开向下延伸的壁，该壁具有位于在其之间具有空隙空间的所述线导体下主体上面的下端，位于所述线导体的臂每侧的一个壁在其前端上具有向外延伸的狭窄指状物。13.如权利要求1-13中的任一项所述的断路器，进一步包括位于所述线导体的下主体部分上的线导体盖，其中所述电弧滑槽具有两个间隔分开向下延伸的壁，该壁具有位于所述线导体盖附近的下边缘，一个位于所述线导体的臂每侧的壁在前端上具有向外延伸向下并且向外延伸的基本上平面的指状物。14.如权利要求1-13中的任一项所述的断路器，其中所述电弧滑槽具有在其之间具有空隙空间的指状物的前端部分，所述空隙空间位于所述固定触点的一侧或每侧上，所述固定触点具有位于在位于最底部电弧片下面的下电弧片中的一个或多个下面的部分。15.如权利要求14所述的断路器，其中所述空隙空间具有大于所述固定触点和/或位于所述空隙空间中的指状物之间的邻近电弧片的宽度的宽度。16.如权利要求1所述的断路器，进一步包括位于所述线导体的下主体部分上的线导体盖，其中所述电弧滑槽，线导体和线导体盖每个包括至少一个对齐的孔，该孔容纳将所述电弧滑槽附接到所述线导体的连接构件。17.电弧滑槽组件，其包括: 电弧室，其具有模制主体； 熄弧沟，其在所述电弧室中包括多个电弧片； 可移动臂，其在所述电弧室中支持可移动触点； 在接近所述熄弧沟的部分的所述电弧室中支持的线导体组件，所述线导体组件包括线导体、固定触点和非铁磁性电弧滑槽，该线导体具有下主体部分以及具有自由端的向上延伸的臂，所述臂位于所述下主体部分的上面，所述固定触点由与可移动触点合作的所述线导体支持，所述非铁磁性电弧滑槽附接到位于所述电弧室中的所述线导体，其中所述电弧滑槽具有下列特征中的至少一个:(a)附接到所述线导体的下主体部分，并且位于具有位于底电弧片下面的部分的所述固定触点的前面，或(b)附接到所述线导体的臂，并且位于基本上共同的平面上，所述平面作为具有至少一个向下延伸的侧壁的固定触点，所述侧壁朝向所述线导体的所述下主体部分在具有位于底电弧片下面的部分的所述固定触点前面向下延伸一段距离，其中所述电弧滑槽定义导引到底电弧片的下侧的电弧通路；以及 非导电线导体盖，其位于所述线导体的下主体部分上。18.线导体组件，包括: 伸长的线导体，其具有下主体部分以及向上延伸的臂，所述线导体在直流(DC)断路器的臂的前端部分支持固定电触点； 附接到所述伸长的线导体的非铁磁性导电电弧滑槽，其中所述电弧滑槽具有定义在其之间的空隙空间的向前延伸的段，设定所述段的大小并且配置为位于所述线导体和/或固定触点的反向侧边上，以及 非导电线导体盖，其位于所述线导体的下主体部分上。19.如权利要求18所述的组件，其中所述间隔分开的段是从所述线导体的臂向下延伸或从所述线导体的下主体部分向上延伸并且面向所述电弧片的指状物。20.如权利要求18或19所述的组件，其中所述间隔分开的段是从所述线导体的下主体部分上升然后朝向所述电弧滑槽的前平面端向下行进的支柱的上部。21.如权利要求18-20中的任一项所述的组件，其中所述电弧滑槽是第一电弧滑槽，所述组件进一步包括通过所述线导体的臂支持的第二电弧滑槽。22.—种方法，用于在双向直流断路器的熄弧沟中导引电弧，所述方法包括: 提供具有电弧室的断路器，所述电弧室包括具有电弧片的熄弧沟，具有固定导体的线导体以及至少一个电弧滑槽；以及 使用所述电弧滑槽导引电弧沿着电弧通路行进，所述电弧通路延伸到所述熄弧沟的底电弧片的下侧。
【专利摘要】断路器包括电弧室(11)和熄弧沟(12)，熄弧沟在电弧室中包括多个电弧片(25)。断路器同样包括具有在电弧室中附接到线导体(32)的至少一个电弧滑槽(40)的线导体组件(45)。电弧滑槽(40)可低于但邻近底电弧片(25b)延伸从而引导相应电弧进入熄弧沟(12)。
【IPC分类】H01H9/46, H01H73/18, H01H9/34
【公开号】CN104885176
【申请号】CN201480003766
【发明人】C·J·普哈拉, 周欣, J·P·西斯莉, L·古拉, M·A·亚努塞克
【申请人】伊顿公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年1月15日
【公告号】CA2889795A1, EP2948970A2, US9029727, US20140202990, WO2014116478A2, WO2014116478A3
【专利说明】适用于DC模制外壳断路器的电弧滑槽及其相关方法
[0001]本申请要求于2013年I月24日提交的美国专利申请序列号13/749，360的权益和优先权，其内容通过如在此全部陈述地弓I用并入本文。
技术领域
[0002]本发明涉及断路器所使用的电弧滑槽(arc runner)。
【背景技术】
[0003]断路器是用于电路保护和隔离的各种过流保护装置中的一种。断路器在每当电异常发生时提供电保护。在断路器中，电流从电力线进入系统并且穿过线导体到固定在线导体上的固定触点，然后到可移动触点。可移动触点可固定地附接到臂并且可将臂安装到转子上。只要固定触点与可移动触点物理接触，电流就从固定触点流到可移动触点并且流出断路器到下行线路的电装置。
[0004]在过流条件(例如短路)的情况中，可产生极高的电磁力。电磁力使可移动触点与固定触点相排斥。因为可移动触点固定地附接到旋转臂，臂枢轴转动并且使固定触点和可移动触点物理分离，因此使电路跳闸。当触点分离并且熔断开电路时，发生电弧放电条件。断路器的跳闸单元将使导致触点分离的断路器跳闸。同样，在断路器的正常“开/关”操作期间发生电弧放电。期望的是抑制生成的电弧。
[0005]抑制电弧的典型方法是将电弧导入熄弧沟中，熄弧沟一般是一系列消耗电弧能量的金属片。该熄弧沟位于电路的固定接触点附近。电弧滑槽用于将电弧导引到熄弧沟。电弧滑槽覆盖线导体的裸露区域。因为电弧滑槽提供沿着熄弧沟的电弧通路，所以电弧滑槽经受强烈高温。
[0006]在更高的故障中断，特别是那些与DC电流相关的故障中断期间，由于通过熄弧沟中的永磁体产生的磁场可能不足够强以抵抗气体动力以将电弧推并且拉入下电弧片中，所以电弧可能抵抗到熄弧沟内的运动。缺乏电弧与下电弧片之间的接合可导致对于熄弧沟和断路器的更长电弧放电时间和损害。
【发明内容】
[0007]本发明的实施例涉及电弧滑槽，其可减少电弧放电时间和/或抑制对熄弧沟和/或断路器的损害。
[0008]一些实施例涉及双向直流(DC)断路器。
[0009]一些实施例涉及断路器，该断路器包括:(a)电弧室；(b)在电弧室中包括多个电弧片的熄弧沟；(C)电弧室中的线导体，该线导体具有下主体部分以及具有自由端的向上延伸的臂，该臂位于下主体部分的上面；(d)由线导体的臂支持的固定触点，该固定触点位于电弧片附近；以及(e)由电弧室的线导体支持的非铁磁性电弧滑槽。电弧滑槽具有如下特征中的至少一个:(i)附接到线导体的下主体部分，并且位于具有位于底电弧片下面的部分的固定触点的前面，或(ii)附接到线导体的臂，并且至少部分位于基本上共同的平面上，该平面作为具有至少一个向下延伸的侧壁的固定触点，该侧壁朝向线导体的下主体部分在具有位于底电弧片下面的部分的固定触点前面向下延伸一段距离，其中电弧滑槽定义导引到下电弧片的一个或多个下侧的电弧通路。
[0010]电弧滑槽可具有定义在其之间的空隙空间的面向前面间隔分开的段。
[0011]电弧滑槽可具有一对平面的并且基本上水平取向的间隔分开的指状物。
[0012]电弧滑槽可具有一对间隔分开的基本上垂直延伸的侧壁。
[0013]断路器可包括非导通的线导体盖，其位于线导体下部的上表面上。
[0014]电弧滑槽可附接到下主体部分并且可具有含上和下基本平行段的曲线形状。上段可具有面向电弧片并且位于线导体臂下面一段距离的自由端。下段可位于线导体的下主体部分附近并且在线导体的臂下面间隔分开。
[0015]电弧滑槽可附接到下主体部分并且可具有含有支柱的主体，该支柱上升到邻近固定触点的线导体的臂以上或邻近线导体的臂的位置，然后向下行进到位于底电弧片下面的前向平面段。
[0016]断路器可包括具有并入上臂中的下壁的线导体盖，该上臂到固定触点之前终止的自由端向上逐渐变细。线导体盖可包括设定大小并配置为可滑动地容纳线导体的臂的侧向延伸槽，使得线导体臂位于线导体盖的臂下面并且线导体盖的下部位于线导体的下主体部分的上面。
[0017]电弧滑槽可以是辅助电弧滑槽并且断路器同样可包括位于线导体的臂上的固定导体前面的固定电弧滑槽。
[0018]电弧滑槽可附接到线导体臂并且可具有两个间隔分开向下延伸的壁，其中一个壁分别位于臂的每侧并且延伸固定触点前面的一段距离。
[0019]断路器可包括位于线导体的臂上的反向回路盖，该反向回路盖与固定触点间隔分开并且远离线导体的自由端。
[0020]电弧滑槽可以是附接到线导体臂的辅助电弧滑槽，并且断路器可包括位于线导体臂上的固定导体前面的固定电弧滑槽以及位于线导体的下主体部分上的线导体盖。辅助电弧滑槽可具有两个间隔分开向下延伸的壁，该壁具有位于在其之间具有空隙空间的线导体的下主体上面的下端，位于线导体的臂每侧的一个壁在其前端上具有向外延伸的狭窄指状物。
[0021]断路器可包括位于线导体的下主体部分上的线导体盖。电弧滑槽可具有两个间隔分开向下延伸的壁，该壁具有位于线导体盖附近的下边缘，一个位于线导体的臂每侧的壁在前端上具有向外延伸向下并且向外延伸的基本上平面的指状物。
[0022]电弧滑槽可具有在其之间含有空隙空间的指状物的前端部分，所述空隙空间位于所述固定触点的一侧或每侧上。
[0023]空隙空间具有大于固定触点和/或邻近电弧片宽度的宽度。
[0024]断路器可包括位于线导体的下主体部分上的线导体盖。电弧滑槽，线导体和线导体盖每个可包括至少一个对齐的孔，该孔容纳将电弧滑槽附接到线导体的连接构件。
[0025]又一其它实施例涉及电弧室组件。该组件包括:电弧室，其具有模制主体；电弧室中包括多个电弧片的熄弧沟；在电弧室中支持可移动触点的可移动臂；以及具有线导体的线导体组件，该线导体具有下主体部分以及具有自由端的向上延伸的臂，该臂位于下主体部分之上。线导体组件包括与可移动触点合作的固定触点，以及附接到位于电弧室中的线导体的非铁磁性电弧滑槽。电弧滑槽具有如下特征中的至少一个:(a)附接到线导体的下主体部分，并且位于具有位于底电弧片下面的部分的固定触点的前面，或(b)附接到线导体的臂，并且位于基本上共同的平面上，该平面作为具有至少一个向下延伸的侧壁的固定触点，该侧壁朝向线导体的下主体部分在具有位于底电弧片下面的部分的固定触点前面向下延伸一段距离。电弧滑槽定义导引到一个或多个下电弧片的下侧的电弧通路。电弧室组件同样包括位于线导体下主体部分之上的非导电线导体盖。
[0026]又一实施例涉及电弧滑槽组件。该组件包括:伸长的线导体，其具有下主体部分以及向上延伸的臂，该线导体在直流(DC)断路器的臂的前端部分上支持固定电触点；附接到伸长的线导体的非铁磁性电弧滑槽，其中电弧滑槽具有定义在其之间的空隙空间的向前延伸的段，设定该段大小并且配置为位于线导体臂和/或固定触点的反向侧边上；以及非导电线导体盖，其位于线导体的下主体部分之上。
[0027]间隔分开的段可以是从线导体臂向下延伸或从线导体的下主体部分向上延伸并且面向电弧片的指状物。
[0028]间隔分开的段可以是从线导体的下主体部分上升然后朝向电弧滑槽的前平面端向下行进的支柱的上部。
[0029]电弧滑槽可以是第一电弧滑槽并且该组件可包括由线导体的臂支持的第二电弧滑槽。
[0030]再一实施例涉及在断路器的熄弧沟中导引电弧的方法。该方法包括:(a)提供具有电弧室的断路器，该电弧室包括具有电弧片的熄弧沟和具有固定触点的线导体以及至少一个电弧滑槽；以及(b)使用电弧滑槽导引电弧沿着电弧通路行进，该电弧通路延伸到熄弧沟的底电弧片的下侧。
[0031]本领域普通技术人员将从下列优选实施例中的附图和详细描述的阅读中理解本发明的进一步特征，优点和细节，该描述仅为本发明的说明。
[0032]应注意的是关于一个实施例所描述的本发明的方面可并入到不同的实施例中，尽管没有关于它们之间特别描述。换言之，可以任意方式和/或组合将所有实施例和/或任意实施例的特征组合。申请人保留改变任意原始提交的权利要求或相应地提交任意新权利要求的权利，包括虽然没有以如下方式提交原始权利要求，但是能够修改任意原始提交的权利要求以与任意其它权利要求独立和/或合并任意其它权利要求的任意特征的权利。以下所陈述的说明书中详细解释了本发明的这些和其它目的和/或方面。
【附图说明】
[0033]图1是根据本发明的实施例的示例性断路器的侧视角局部剖视图。
[0034]图2A是图1所示的断路器的侧截面视图。
[0035]图2B是图1所示的断路器的侧视图。
[0036]图2C是图1所示的断路器的侧视角视图。
[0037]图3是沿着图2 A的线3-3的截面视图。
[0038]图4A是根据本发明的实施例的示例性线导体组件的侧视角视图。
[0039]图4B是图4A所示的线导体组件的顶视图。
[0040]图4C是图4A所示的线导体组件的侧视图。
[0041]图4D是图4A所示的线导体组件的分解视图。
[0042]图5A是根据本发明的实施例的另一示例性线导体组件的侧视角视图。
[0043]图5B是图5A所示的线导体组件的顶视图。
[0044]图5C是图5A所示的线导体组件的侧视图。
[0045]图是图5A所示的线导体组件的分解视图。
[0046]图6A是具有根据本发明的实施例的图5A所示的线导体组件的断路器的侧视角视图。
[0047]图6B是具有图6A所示的线导体组件的断路器的侧视角视图。
[0048]图7A是具有根据本发明的实施例的另一示例性线导体组件的断路器的侧视角局部剖视图。
[0049]图7B是图7A所示的断路器的侧视图。
[0050]图7C是图7A所示的断路器的侧视角视图。
[0051]图7D是图7A所示的断路器的侧截面视图。
[0052]图7E是沿着图7D的线7E-7E获取的图7A所示的断路器的顶视图。
[0053]图8A是图7A-7E的示例性断路器中所示的线导体组件的侧视角视图。
[0054]图8B是图8A所示的线导体组件的顶视图。
[0055]图8C是图8A所示的线导体组件的侧视图。
[0056]图8D是图8A所示的线导体组件的分解视图。
[0057]图9A是具有根据本发明的实施例的另一示例性线导体组件(在图10A-10D中示出)的断路器的放大侧面局部剖视图。
[0058]图9B是根据本发明的实施例的图9A所示的示例性断路器的放大侧面视角局部剖视图。
[0059]图1OA是根据本发明的实施例的图9A的断路器中所示的示例性线导体组件的侧视角视图。
[0060]图1OB是图1OA所示的示例性线导体组件的顶视图。
[0061]图1OC是图1OA所示的示例性线导体组件的侧视图。
[0062]图1OD是图1OA所示的示例性线导体组件的分解视图。
[0063]图1OE是图1OA所示的示例性线导体组件的局部装配视图。
【具体实施方式】
[0064]现在将在下文中参考附图更完整地描述本发明，在其中示出本发明的说明性实施例。相同的数字指示相同的元件并且可使用不同数量的上标指示撇号(例如40，40’，40”，40’”)标记相同元件的不同实施方式。
[0065]在附图中，出于清晰的目的扩大区域或特征的相对尺寸。然而本发明可以许多不同形式实施并且不应被解释为限于本文所陈述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将透彻和完整，并且将向本领域技术人员完整表达本发明的范围。
[0066]将理解的是，虽然本文中可使用第一，第二等术语来描述各种元件，部件，区域，层和/或段，但不应通过这些术语限制这些元件，部件，区域，层和/或段。这些术语仅用于将一种元件，部件，区域，层或段与另一区域，层或段区分。因此以下讨论的第一元件，部件，区域，层或段可称作第二元件，部件，区域，层或段而不偏离本发明的教导。
[0067]为了便于描述在本文中可使用诸如“在…之下”，“低于”，“下面”，“高于”，“上面”等空间相关术语来描述如图中所示的一种元件或特征与另一(多)种元件或(多种)特征的关系。将理解的是空间相关术语旨在包含使用或操作中的装置的图中所描述的取向之外的不同取向。例如如果将附图中的装置翻转，那么描述为“低于”其它元件或特征或者“在其之下”的元件将取向为“高于”其它元件或特征。因此，示例性术语“低于”可包含高于和低于两个取向。另外可将装置取向(旋转90°或其它取向)并且相应地解释在本文中所使用的空间相对描述符。术语“大约”指示在标注值的+/-20%的范围中的数字。
[0068]如本文中使用的，除非另外明确陈述，单数形式的“一”，“一个”和“所述”旨在同样包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”，“包含”特指所述功能，整数，步骤，操作，元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它功能，整数，步骤，操作，元件，部件和/或其组合的存在或附加。将理解的是，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，它可直接连接或親接到其它元件或可存在中间元件。此处使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意和所有组合。
[0069]术语“辅助电弧滑槽”指与另一电弧滑槽一起使用的电弧滑槽，并且将辅助电弧滑槽配置为激励电弧从高于底电弧片的位置行进到在下面放置的电弧片之下的位置，通常在底电弧片之下以便使下电弧片或底电弧片相对于传统电弧滑槽机构更多地涉及电弧中断。
[0070]术语“非铁磁性”意为所标注的部件基本上不含铁磁性材料，以便适用于电弧室中(对于磁路无干扰)，如本领域技术人员将已知的。
[0071]除非另外定义，在本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明所属领域的普通技术人员的普遍理解的相同意义。将进一步理解的是，诸如那些在通常使用的字典中定义的术语应当被理解为具有与该说明书的上下文中及相关领域中它们的意义一致的意义，并且除非在本文中明确定义，将不能以理想化或过度正式的形式来理解。
[0072]现在转向附图，图1，2A_2C和3示出具有至少一个电弧室11的断路器10，电弧室11具有含有电弧片25的熄弧沟12，包括固定触点30和至少一个电弧滑槽40的线导体组件45。可分别采用通常被配置为如所示出地紧密间隔的片的顶电弧片25t，中间电弧片25i和下电弧片或底电弧片251来堆叠电弧片25。线导体组件45同样可包括线导体32。线导体组件45同样可包括线导体盖70。
[0073]参考图4A-4D，在一些实施例中，线导体32可包括具有向上弯曲的臂130的主要主体部分32b，该臂130具有面向电弧片25的自由端130e。主要主体部分32b可具有自由端32e，该自由端32e位于臂的自由端130e下面并且例如如图1所示延伸超过电弧片25。线导体组件45同样可选地包括反向回路盖80，该反向回路盖80位于臂130上的固定触点30的后面。
[0074]图1示出断路器10可包括多个相邻的电弧室11m。然而，断路器10可替代地包括单室11设计。
[0075]术语“下电弧片”指位于低于可移动(旋转)臂35的电弧片25，该臂35当被部署为位于固定触点30附近时保持可移动触点35c，和/或位于固定触点30的下面或与固定触点30在共同平面中。
[0076]如下文将进一步讨论的，尽管同样可使用其它结构，但是附图示出线导体组件45的四种示例性结构。相应组件45分别包括至少一个电弧滑槽40，40’，40”，40’”。电弧滑槽40，40’，40”，40’”可定义电流通路以允许电弧与下电弧片251中的一个或多个接合，从而减少电弧放电时间。至少部分相应电弧滑槽40，40’，40”，40’”可位于图1，7A，9A*9B中示出取向中的断路器的最下三个(3)，最下两个(2)和/或底电弧片25b中的一个或多个附近。
[0077]可放置至少一个电弧滑槽40，40 ’，40 ”，40 ’ ”以便具有位于例如在图1，6A，7A和9A中示出的底电弧片25b附近或低于该底电弧片25b的部分。电弧滑槽40，40’，40”，40’”可与相邻电弧片25间隔分开，以便气隙位于如例如在图2B，2C，3，6A，7B，7E和9B中所示的相应电弧滑槽40，40’，40”，40’ ”与一个或多个相邻片25 (边对边或在另一个上面)之间。
[0078]在关于图1，2A-2C-3，4A-4D所示的实施例和关于5A-?和6A，6B所示的实施例中，电弧滑槽40，40’可以分别作为通过相应线导体32由上电弧滑槽31保持的辅助电弧滑槽40，40’。例如在图8A-8D中所示的实施例和图10A-10D中所示的实施例中，相应的电弧滑槽40”，40’ ”可以是通过相应线导体32保持的唯一电弧滑槽，并且可将单个电弧滑槽40”，40’ ”配置为实施前述实施例的两个电弧滑槽的功能。
[0079]通常可通过附接到线导体32来保持电弧滑槽40，40’，40”，40’”。可放置电弧滑槽40，40’，40”，40’”以便具有位于固定触点30前面的至少一个部分并且可具有能够(基本上)位于固定触点30的相同平面或低于固定触点处的部分。电弧滑槽40，40’，40”，40’”可具有紧密间隔分开并且位于底电弧片25b下面的前端40e。
[0080]电弧滑槽40，40 ’，40 ”，40 ’ ”的电通路40p可导引到例如在图2A-2C，6A，6B，7B，7C和9 A中示出的底电弧片25b的下侧25u。
[0081]可将电弧滑槽40，40’，40”，40’”形成为诸如不锈钢，铜等非铁磁性材料的整体上单个或单一的主体。在其它实施例中，滑槽40，40’，40”，40’”可以是一种或不同非铁磁性材料的多部件装置。
[0082]在一些特定实施例中，断路器10可以是双向直流(DC)模制外壳断路器(MCCB)。例如参见美国专利号N0.5，131，504和8，222，983，其内容通过如在本文全部陈述地引用整体并入本文。多个DC MCCB可适用于诸如数据中心，光伏和电动车辆应用的多种用途。可将断路器10的额定电压设定为大约IV到大约5000伏(V)DC之间和/或可具有从大约15到大约2，500安培(A)的额定电流。然而，由于断路器可用于范围广泛的不同用途，预期断路器10及其部件可用于任意电压，电流范围并且不限于任意特定应用。
[0083]在一些实施例中，断路器10可适于作为AC断路器或AC和DC断路器两者。
[0084]如本领域技术人员已知的，Eaton公司提出针对商业和实用尺度的光伏(PV)系统设计的多个模制外壳断路器(MCCB)的线。在太阳能合成器和逆变器应用中使用的EatonPVGard?断路器在100Vdc上额定最高到600安培，并且可满足或超过诸如UL 489B工业标准，该工业标准要求严格测试以验证满足PV系统具体要求的电路保护。然而，预期断路器10可用于具有对应电压容量/额定值的多种应用。
[0085]可将电弧滑槽40，40 ’，40 ”，40 ’ ”配置为允许相应电弧从前表面40s移开，并且取决于DC电流方向移到固定触点30的一个，两个和/或任一侧上，通常在触点30 (右或左)的一侧上。电弧滑槽40，40’，40”，40’”可具有位于底电弧片25b附近或低于底电弧片25b的前表面40e，以便引导电弧进入熄弧沟12。
[0086]图4A-4D示出具有在(模制)断路器外壳1h外侧的图1，2A_2C和3中示出的电弧滑槽40结构的线导体组件45。
[0087]图5A_5D，6A和6B示出具有电弧滑槽40’的另一实施例的线导体组件45的第二示例性结构。如所示出的，电弧滑槽40’位于线导体32的臂130和/或固定触点30之下，具有延伸到低于电弧滑槽31的向下延伸的侧壁。电弧滑槽40’具有两个间隔分开向下延伸的壁40w，一个壁位于臂130的每侧。壁40w可在前端上具有狭窄的指状物140，该指状物向外延伸以位于底电弧片25b下面。术语“狭窄”意为显著的电弧滑槽特征为在电弧滑槽壁40w的相邻主体的长度(或高度)尺寸的大约5-40%，典型在大约10-25%之间。
[0088]图7A-7E和8A-8D示出具有电弧滑槽40”的另一实施例的线导体组件45的第三示例性结构。如在实施例中示出的，电弧滑槽40”可位于线导体32的臂130的顶部。
[0089]图9A，9B和10A-10D示出具有电弧滑槽40’ ”的第四示例性结构的线导体组件45。
[0090]如上所标注的，在图8A，10A中示出的第三和第四实施例中，不需要例如在图1和5A中示出的上电弧滑槽31。
[0091]电弧滑槽40，40’，40”，40’”可具有含有面向(并且位于)堆叠25附近的间隔分开的指状物140的上部部分。如在图3，4A，5B，7E*8A中示出的，指状物140或支柱240 (图10D)可具有宽度W2的空隙空间，该宽度W2大于电弧片25和/或触点30的宽度Wl (通常大于宽度Wl的大约1%到大约31% )。空隙空间可以是气隙或者可由可压缩(例如可弯曲的弹性体)的绝缘材料填充或部分填充。在一些实施例中，例如在图3，4A，5A，7B，8D中示出的，指状物140可在它们的整个长度上间隔分开。在其它实施例中，其中所使用的指状物140，可以经由导电或非导电材料一起附接在导引端部分上。
[0092]例如在图10A-10D中示出的，导引端40e (面向堆叠25的端)具有连续导电非铁磁性的基本上平面的结构。在其它实施例中，前端40e可具有交错导电和非导电和/或气隙部分(未不出)。
[0093]在例如在图4A-4D中示出的一些实施例中，电弧滑槽40可具有“折返”结构，使得由DC电流产生的磁场将帮助驱动电弧沿着电弧滑槽表面40s并且进入熄弧沟12。面向片25的相应电弧滑槽40e的端可以是自由端，而反向端可包括向上延伸的连接段。可将电弧滑槽40 “折返”结构成形为具有第一线性段41和上部或下部第二基本上共平面的段42，该段42具有连接两个基本上共平面的段41，42的向上或向下延伸的曲线和/或弯曲的段43的中间部分。向上延伸段43可位于固定电弧滑槽31之下，并且与固定电弧滑槽31间隔分开。同样如所示出的，电弧滑槽接触表面40s可以是基本上平面的并且采用延伸触点30前面的指状物140来水平定向。
[0094]图5A_5D，6A和6B示出具有从电弧滑槽31延伸向下并且延伸向前的指状物140的电弧滑槽40’。指状物140可具有与固定触点30正交的侧壁40w。如所示出的，指状物140可在其最前端40e (面向堆叠25的端)处向上逐渐变细。
[0095]图7A-7E和8A-8D示出具有电弧滑槽40”的断路器10，该电弧滑槽40”与图5A-5D中示出的电弧滑槽相似。如所示出的，前向端部分40e具有基本上平面的下边缘1401和上边缘140u，例如是直的而不是例如如在图5A中示出的曲线的。如所示出的，没有其它电弧滑槽(例如电弧滑槽31)通过线导体32保持。电弧滑槽40”可在固定导体30前面的线导体32(在臂130上)的上表面两端跨越，并且从臂130的前向端向外跨越。电弧滑槽40”可具有向下延伸的平面壁40w。
[0096]图9A，9B和10A-10E示出可将电弧滑槽40’ ”配置为从线导体32的基座主体部分32b向上延伸。电弧滑槽40’”可包括上部部分240u，该上部部分240u具有含有位于固定触点30任意侧上的段的开放空隙空间。如所示出的，线导体组件45可包括附接到电弧滑槽40’ ”以及线导体主体部分32b的线导体支架170。组件45同样可包括具有槽70s的线导体盖70。当装配时，线导体臂130可穿过该槽70s延伸到位于线导体盖70的上臂70u的底侧以下(紧密间隔分开或邻接)。电弧滑槽40’”，线导体盖70，线导体32以及线导体支架170每个可包括对齐的相应孔40a，70a，32a，170a以便容纳连接构件50。在其它实施例中，可将合作构件中的一个或多个经由粘合，钎焊，焊接，滑入配合，摩擦接合或其它适当的连接结构来连接。
[0097]同样如所示出的，线导体支架170和电弧滑槽40’ ”可包括相应支柱2401，1701，其上升到高于线导体32并且每个可包括自由前向端40e，170e。线导体支架170e的自由端可邻接并且位于电弧滑槽40e的自由端之下。
[0098]参考图10A-10E，支柱2401的上部部分可延伸到高于触点30并且位于对应于触点30的任意侧上的位置的程度。支柱2401可从线导体32的主体部分32b向上行进到邻近触点30的顶点区域，然后向堆叠25的方向向下行进。
[0099]如上所述，电弧滑槽40，40’，40”，40’ ”通常由非铁磁性导体(例如金属)材料制成。电弧滑槽40，40 ’，40 ”，40 ’ ”可经由包括螺钉，针，焊接，钎焊，粘合，滑入配合特征，卡口特征，摩擦接合和/或可匹配特征等中的一个或其组合的任何适当连接装置附接到线导体32ο
[0100]例如如图1，2，6A，7D，9A和1D中所示，电弧滑槽40，40’，40”，40’”可附接到具有连接构件50的线导体32。相应电弧滑槽40，40’，40”，40’ ”可包括允许诸如螺钉50的穿过其延伸的连接构件的槽或孔40a (图3，4D，5D，7B，8D，10D)。在其它实施例中，电弧滑槽40，40’，40”，40’”可包括可匹配地容纳到诸如线导体32的凹进或孔的合作特征中的凸出，脊或唇，因此不需要分离的连接构件。同样可使用反转结构。
[0101]在一些实施例中，可将相应电弧滑槽选择性地附接到线导体下主体部分32b以及臂130两者。
[0102]图1，2A_2C，3和4A-4C示出位于从附接到线导体32的固定触点30处间隔分开并且低于该固定触点30的电弧滑槽40。图5A-5C和图8八-80示出电弧滑槽40’，40”可附接到线导体32的上部部分130并且向下延伸到位于邻近线导体的基座部分32b附近。图5A-5C和6A示出在线导体的基座部分32b上面间隔分开的电弧滑槽40’，该基座部分具有含有足够距离以允许到位于壁40w之间的连接构件50的视觉访问的在其之间的气隙。图7B和SC示出电弧滑槽40”可在线导体的下部分或主要主体32b上面紧密间隔。图9A，9B，1A和1B示出电弧滑槽40’”可 仅附接到线导体的主体23b的底部部分。电弧滑槽40e和线导体支架170e两者的自由端可面向电弧片25的堆叠。
[0103]反向回路盖80(当使用时)和线导体盖70是非导电的。盖可包括“青壳纸(fishpaper) ”，CFM和/或填充聚酯的玻璃，或其它合适的非导电和/或电绝缘材料。在一些实施例中，连接构件50和线导体32是非铁磁性导电构件。线导体32可包括铜，适当等级不锈钢或任意适当非铁磁性材料。触点30是导电的，通常是银合金。用于上述的配合部件，例如移动触点35c和移动臂35，可分别包括例如银合金(用于触点35c)和铜的相同材料。同样预期可作为一张材料，粘合剂，薄膜，陶瓷或聚合物材料应用的非导电绝缘材料形成线导体盖70和反向回路盖(当使用时)。
[0104]上述内容说明了本发明并且不应被解释为本发明的限制。虽然已经描述了本发明的一些示例性实施例，但是本领域技术人员将容易地理解示例性实施例中可能的许多修正，而不实质上偏离本发明的新颖教导和优点。因此，所有这些修改旨在包括在本发明的范围内。因此，将理解的是前述内容说明本发明并且不应被解释为限于所公开的具体实施例，并且对所公开实施例以及其它实施例的修改旨在包括在本发明的范围内。
【主权项】
1.断路器，其包括: 电弧室； 熄弧沟，其包括在所述电弧室中的多个电弧片； 在所述电弧室中的线导体，所述线导体具有下主体部分以及具有自由端的向上延伸的臂，所述臂位于所述下主体部分的上面； 由所述线导体的臂保持的固定触点，所述固定触点位于所述电弧片附近；以及 在所述电弧室中通过所述线导体保持的非铁磁性电弧滑槽，其中所述电弧滑槽具有如下特征中的至少一个:(a)附接到所述线导体的所述下主体部分，并且位于具有位于底电弧片下面的部分的所述固定触点的前面，或(b)附接到所述线导体的臂，并且至少部分位于基本上共同的平面上，所述平面作为具有至少一个向下延伸的侧壁的固定触点，所述侧壁朝向所述线导体的所述下主体部分在具有位于底电弧片下面的部分的所述固定触点前面和下面向下延伸一段距离，其中所述电弧滑槽定义导引到下电弧片中的一个或多个的下侧的电弧通路。2.如权利要求1所述的断路器，其中所述电弧滑槽具有定义在其之间空隙空间的面向前面间隔分开的段。3.如任意前述权利要求所述的断路器，其中所述电弧滑槽具有一对平面并且基本上水平取向的间隔分开的指状物。4.如权利要求1-3中的任一项所述的断路器，其中所述电弧滑槽具有一对间隔分开的基本上垂直延伸的侧壁。5.如任意前述权利要求所述的断路器，进一步包括非导电线导体盖，其位于所述线导体下部的上表面上。6.如权利要求1-5中的任一项所述的断路器，其中所述电弧滑槽附接到所述下主体部分并且具有含有上和下基本上平行段的曲线形状，该上段具有面向所述电弧片并且位于所述线导体的臂下面一段距离的自由端，并且其中该下段位于所述线导体的下主体部分附近并且在所述线导体的臂下间隔分开。7.如权利要求1-5中的任一项所述的断路器，其中所述电弧滑槽附接到所述下主体部分并且具有含有支柱的主体，所述支柱上升到在邻近所述固定触点的所述线导体的臂的上面或邻近所述线导体的臂的位置，然后向下行进到位于所述底电弧片下面的前向平面段。8.如权利要求7所述的断路器，进一步包括具有并入上臂中的下壁的线导体盖，所述上臂到所述固定触点之前终止的自由端向上逐渐变细，其中所述线导体盖包括设定大小并且配置为可滑动容纳所述线导体的臂的侧向延伸槽，使得所述线导体的臂位于所述线导体盖下面并且所述线导体盖的下部位于所述线导体的下主体部分的上面。9.如权利要求1-8中的任一项所述的断路器，其中所述电弧滑槽是辅助电弧滑槽，所述断路器进一步包括位于所述线导体的臂上的所述固定导体前面的固定电弧滑槽。10.如权利要求1-9中的任一项所述的断路器，其中所述电弧滑槽附接到所述线导体的臂并且具有两个间隔分开向下延伸的壁，一个壁位于所述臂的每侧并且延伸所述固定触点前面的一段距离。11.如权利要求1-10中的任一项所述的断路器，进一步包括位于所述线导体的臂上的反向回路盖，所述反向回路盖与所述固定触点间隔分开并且远离所述线导体的自由端。12.如权利要求1-11中的任一项所述的断路器，其中所述电弧滑槽是附接到所述线导体的臂的辅助电弧滑槽，所述断路器进一步包括位于所述线导体的臂上的所述固定导体前面的固定电弧滑槽以及位于所述线导体的下主体部分上的线导体盖，其中所述辅助电弧滑槽具有两个间隔分开向下延伸的壁，该壁具有位于在其之间具有空隙空间的所述线导体下主体上面的下端，位于所述线导体的臂每侧的一个壁在其前端上具有向外延伸的狭窄指状物。13.如权利要求1-13中的任一项所述的断路器，进一步包括位于所述线导体的下主体部分上的线导体盖，其中所述电弧滑槽具有两个间隔分开向下延伸的壁，该壁具有位于所述线导体盖附近的下边缘，一个位于所述线导体的臂每侧的壁在前端上具有向外延伸向下并且向外延伸的基本上平面的指状物。14.如权利要求1-13中的任一项所述的断路器，其中所述电弧滑槽具有在其之间具有空隙空间的指状物的前端部分，所述空隙空间位于所述固定触点的一侧或每侧上，所述固定触点具有位于在位于最底部电弧片下面的下电弧片中的一个或多个下面的部分。15.如权利要求14所述的断路器，其中所述空隙空间具有大于所述固定触点和/或位于所述空隙空间中的指状物之间的邻近电弧片的宽度的宽度。16.如权利要求1所述的断路器，进一步包括位于所述线导体的下主体部分上的线导体盖，其中所述电弧滑槽，线导体和线导体盖每个包括至少一个对齐的孔，该孔容纳将所述电弧滑槽附接到所述线导体的连接构件。17.电弧滑槽组件，其包括: 电弧室，其具有模制主体； 熄弧沟，其在所述电弧室中包括多个电弧片； 可移动臂，其在所述电弧室中支持可移动触点； 在接近所述熄弧沟的部分的所述电弧室中支持的线导体组件，所述线导体组件包括线导体、固定触点和非铁磁性电弧滑槽，该线导体具有下主体部分以及具有自由端的向上延伸的臂，所述臂位于所述下主体部分的上面，所述固定触点由与可移动触点合作的所述线导体支持，所述非铁磁性电弧滑槽附接到位于所述电弧室中的所述线导体，其中所述电弧滑槽具有下列特征中的至少一个:(a)附接到所述线导体的下主体部分，并且位于具有位于底电弧片下面的部分的所述固定触点的前面，或(b)附接到所述线导体的臂，并且位于基本上共同的平面上，所述平面作为具有至少一个向下延伸的侧壁的固定触点，所述侧壁朝向所述线导体的所述下主体部分在具有位于底电弧片下面的部分的所述固定触点前面向下延伸一段距离，其中所述电弧滑槽定义导引到底电弧片的下侧的电弧通路；以及 非导电线导体盖，其位于所述线导体的下主体部分上。18.线导体组件，包括: 伸长的线导体，其具有下主体部分以及向上延伸的臂，所述线导体在直流(DC)断路器的臂的前端部分支持固定电触点； 附接到所述伸长的线导体的非铁磁性导电电弧滑槽，其中所述电弧滑槽具有定义在其之间的空隙空间的向前延伸的段，设定所述段的大小并且配置为位于所述线导体和/或固定触点的反向侧边上，以及 非导电线导体盖，其位于所述线导体的下主体部分上。19.如权利要求18所述的组件，其中所述间隔分开的段是从所述线导体的臂向下延伸或从所述线导体的下主体部分向上延伸并且面向所述电弧片的指状物。20.如权利要求18或19所述的组件，其中所述间隔分开的段是从所述线导体的下主体部分上升然后朝向所述电弧滑槽的前平面端向下行进的支柱的上部。21.如权利要求18-20中的任一项所述的组件，其中所述电弧滑槽是第一电弧滑槽，所述组件进一步包括通过所述线导体的臂支持的第二电弧滑槽。22.—种方法，用于在双向直流断路器的熄弧沟中导引电弧，所述方法包括: 提供具有电弧室的断路器，所述电弧室包括具有电弧片的熄弧沟，具有固定导体的线导体以及至少一个电弧滑槽；以及 使用所述电弧滑槽导引电弧沿着电弧通路行进，所述电弧通路延伸到所述熄弧沟的底电弧片的下侧。
【专利摘要】断路器包括电弧室(11)和熄弧沟(12)，熄弧沟在电弧室中包括多个电弧片(25)。断路器同样包括具有在电弧室中附接到线导体(32)的至少一个电弧滑槽(40)的线导体组件(45)。电弧滑槽(40)可低于但邻近底电弧片(25b)延伸从而引导相应电弧进入熄弧沟(12)。
【IPC分类】H01H9/46, H01H73/18, H01H9/34
【公开号】CN104885176
【申请号】CN201480003766
【发明人】C·J·普哈拉, 周欣, J·P·西斯莉, L·古拉, M·A·亚努塞克
【申请人】伊顿公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年1月15日
【公告号】CA2889795A1, EP2948970A2, US9029727, US20140202990, WO2014116478A2, WO2014116478A3
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