Электрическое токовое переключающее устройство

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение эффективности и долговечности переключателя. Электрический переключатель содержит подвижный контакт (108, 110, 112) и неподвижный контакт (104, 106) для контактирования с подвижным контактом (108, 110, 112), при этом переключатель дополнительно содержит одну или более гасящих пластин (122) и постоянный магнит (132) для направления дуги, которая образовывается, когда контакты разъединяются друг от друга, к гасящим пластинам (122), при этом гасящая пластина (122) имеет базовый участок (464) и боковые участки (460, 462), продолжающиеся от базового участка (464), и постоянный магнит (132), помещенный позади гасящей пластины (122) так, что база гасящей пластины (122) находится между магнитом и областью гашения пластины, которая является областью между боковыми участками (468, 470) пластины (122). Согласно изобретению постоянный магнит (132) выполнен с возможностью направлять дугу к одному из боковых участков (468, 470) гасящих пластин (122). 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к электрическому токовому переключающему устройству.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известная проблема, связанная с размыканием постоянного тока, заключается в том, что дуга возникает между контактами переключателя, когда контакты разъединяются друг от друга. Дуга вызывает эрозию и может, таким образом, разрушить близлежащие части переключателя.

Были сделаны попытки использовать магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами или катушками, размещенными в непосредственной близости от контактов, для того, чтобы отвести дугу от пластин гашения. Часто бывает, что токи, близкие к номинальному току, легче для переключения, чем токи, которые являются меньше, по сравнению с номинальным током. Это обусловлено тем, что дуга, связанная с номинальным током, стремится к пластинам гашения, а дуга с малым током более легко остается гореть между контактами переключателя.

Современные решения гашения дуги в переключателях либо сложны, либо не полностью удовлетворяют спросу на долговечность переключателя.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение переключателя с тем, чтобы смягчить вышеприведенные недостатки. Задачей изобретения является достижение переключателя, который определен в независимых пунктах формулы изобретения. Некоторые варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение относится к электрическому переключателю для переключения электрического тока. Области применения этого переключателя включают в себя электрические двигатели и солнечные системы, например.

Переключатель в соответствии с изобретением обеспечен дуговой камерой для гашения дуги, вызываемой разъединяющимися контактами переключателя. Дуговая камера вмещает множество гасящих пластин и предусматривает постоянный магнит для сдувания дуги к пластинам.

Гасящие пластины имеют нижний участок и боковые участки, продолжающиеся от нижнего участка. Постоянный магнит расположен так, что дуга направляется к одному из боковых участков пластин.

Настоящее изобретение обеспечивает важное преимущество, поскольку переключатель легко устанавливается и является эффективным в гашении дуги, вызываемой разъединением контактов переключателя.

ЧЕРТЕЖИ

В дальнейшем изобретение будет описано более подробно посредством некоторых вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет вариант осуществления переключателя;

Фиг. 2 представляет переключатель по фиг. 1 с другого угла зрения;

Фиг. 3 подчеркивает особенности дуговой камеры;

Фиг. 4А представляет группу гасящих пластин; и

Фиг. 4В представляет одну гасящую пластину со стороны.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 представляет один вариант осуществления однополюсного электрического переключателя 100 без верхней крышки. Переключатель имеет электрически изолирующий модуль 102 корпуса, и путем укладки таких модулей вместе могут быть созданы многополюсные переключатели.

На концах переключателя имеются неподвижные контакты 104, 106 для подключения переключателя к силовым клеммам. Подвижный/поворотный контакт 108 содержит контактные шины 110, 112, между которыми контактный участок неподвижного контакта 106 устанавливается, когда контакт изготавливают. Контактные шины поворотного контакта могут иметь форму, например, протяженного лезвия.

Фиг. 1 представляет переключатель в разомкнутом положении, когда контактные шины 110, 112 подвижного контакта не находятся в контакте с неподвижным контактом, а покоятся против стопорного элемента 116.

Переключатель также включает в себя дуговую камеру 120 для гашения дуги, вызываемой разъединением контактов друг от друга. Дуговая камера вмещает множество гасящих пластин 122, через которые контактные шины 110, 112 подвижного контакта перемещаются, когда переключатель размыкается. Как представлено на чертеже, гасящие пластины расположены в дуговой камере рядом друг с другом так, что они отстоят от контактной области поворотного контакта и неподвижного контакта. То есть вторая гасящая пластина находится дальше от контактной области, чем первая гасящая пластина.

Там также предусмотрен постоянный магнит 132, который помещен внутрь корпуса 130 для магнита. Этот корпус, находящийся в первом модуле корпуса переключателя 100, содержит стеночный участок, который предусмотрен между магнитом и контактной областью и пластинами. Там также могут быть предусмотрены боковые участки, продолжающиеся перпендикулярно от стеночного участка. Цель стеночного участка и бокового участка заключается в том, чтобы держать магнит на своем месте, тем самым оказывая сопротивление силе притяжения между магнитом и пластинами и защиту магнита от эрозийных эффектов дуги. Второй корпус модуля переключателя, который должен устанавливаться к первому корпуса модуля переключателя 100, может содержать поддерживающий участок, который поддерживает магнит в корпусе 130 и дополнительно защищает его от дуги.

Положением корпуса является положение позади гасящих пластин и в начале дуговой камеры, если смотреть с точки наблюдения от неподвижного контакта. Предпочтительно постоянный магнит установлен так, что он находится позади одной или более таких пластин, чтобы находиться рядом с контактной областью. В варианте осуществления по фиг. 1 магнит находится позади по существу первой половины гасящих пластин. Таким образом, достаточный сдувающий эффект может быть приведен к дуге немедленно после возникновения для толкания ее в направлении одного из боковых участков пластин. На фиг. 1, дуга, таким образом, сдувается к стороне пластин, которая расположена против нижней части корпуса, или к противоположной стороне пластин, в зависимости от того, как ток скомпонован.

Фиг. 2 представляет переключатель 100 по фиг. 1, видимый сверху.

Видно, что неподвижный контакт 106 имеет плоскообразный контактный участок 106А для того, чтобы контактировать с контактной шиной 110 подвижного контакта. Когда подвижная контактная шина 110 находится в контакте с неподвижным контактом 106А, шина покоится, по существу, рядом со стопорным элементом 118.

В варианте осуществления по фиг. 2 шесть гасящих пластин расположены в дуговой камере 120 так, что имеются маленькие промежутки между пластинами. Первая гасящая пластина 122А находится в непосредственной близости или даже в контакте с неподвижным контактом 106А, а последняя пластина 122В может быть расположена так, что шина 110 не находится в области пластин, когда подвижный контакт находится в своем разомкнутом положении.

Гасящие пластины имеют базу/нижний участок и два боковых участка, продолжающихся от базового участка, то есть базовый участок соединяет боковые участки. Боковые участки могут быть расположены, по существу, параллельно друг другу. Примером такой формы является форма буквы U. На фиг. 2, база 122A, 122B гасящих пластин указывает по направлению к концу переключателя, имеющему неподвижный контакт 106, то есть база указывает направление, по существу, к магниту 132. Пластина, таким образом, расположена так, что база находится, таким образом, между магнитом 132 и областью гашения пластины, которая является областью между боковыми участками пластины. С угла обзора по фиг. 2, в основном, верхние боковые участки пластин являются видимыми сверху.

Постоянный магнит 132 может иметь прямоугольное сечение в горизонтальном направлении, как представлено на фиг. 2. В вертикальном направлении сечение магнита может быть, например, квадратным или прямоугольным. Полюса магнита расположены так, что магнитное поле B магнита направлено в горизонтальной плоскости, которая выделена двунаправленной стрелкой.

Направление магнитного поля между двумя альтернативными вариантами зависит от того, как постоянный магнит размещен в корпусе 130. В любом направлении магнитное поле является, по существу, параллельным главным направлениям боковых участков и перпендикулярно к базовому участку пластин. Магнитное поле является, таким образом, по существу, параллельным продольному направлению поворотного контакта в центре вращения поворотного контакта, когда он разъединяется от неподвижного контакта, что является местом, где дуга возникает.

Квадратная форма площади сечения постоянного магнита и корпуса имеет преимущество в том, что магнит может быть установлен в корпусе в любом положении, и магнитное поле В является направленным в одном из направлений, представленных на фиг. 2. Если постоянный магнит имеет квадратную форму, имеется восемь доступных установочных положений для магнита. Человек, осуществляющий сборку, может установить магнит в корпус магнита в любое из восьми положений, и магнитное поле, создаваемое магнитом, является одним из двух возможных вариантов, представленных на фиг. 2.

Постоянный магнит в соответствии с вариантами осуществления, может быть малоразмерным магнитом. В качестве примера, размеры магнита составляют 1 см⋅1 см⋅2 мм. При таком малоразмерном магните достигаются особые преимущества, когда гасятся малые токи по сравнению с номинальным током.

Если сечение магнита на стороне, которая обращена к гасящим пластинам, имеет прямоугольную форму, существует четыре доступных установочных положения. Существуют также другие формы, которые могут быть использованы, например квадратная или треугольная. В случае треугольного магнита имеются шесть установочных положений, а в случае квадрата имеется два альтернативных установочных положения.

Формы корпуса магнита и магнита таковы, что корпус магнита заставляет человека, выполняющего сборку, помещать магнит внутрь корпуса в положение, которое является приемлемым и производящим магнитное поле, которое должно быть создано в желаемом направлении. Таким образом, любое установочное положение, выбранное пользователем, является приемлемым и допустимым. Направление монтажа магнита, таким образом, не должно быть обозначено в любом случае.

Фиг. 2 также представляет варианты для направления тока I в дуге, когда переключатель разомкнут. Направление тока может, таким образом, изменяться между двумя возможными вариантами в зависимости от того, как неподвижные контакты установлены к источнику питания.

В соответствии с силой Лоренца, сила F, действующая на точечный заряд, направлена в вертикальном направлении в положении по фиг. 2 в зависимости от направления магнитного поля B и тока I. То есть сила F, действующая на дугу, выдувает дугу в направлении одного из боковых участков гасящих пластин.

Фиг. 3 дополнительно подчеркивает структуру дуговой камеры 120. В дуговой камере имеется шесть прорезей/выемок 140, 142 для приема соответствующих гасящих пластин. Количество прорезей и пластин не ограничивается шестью, а может варьироваться в зависимости от размера переключателя и других факторов конструктивного исполнения.

В варианте осуществления имеется два типа прорезей. Нечетные нумерованные прорези 140А, 140В, то есть первая, третья и пятая прорези, являются аналогичными. Соответственно, четные нумерованные прорези 142А, 142В, то есть вторая, четвертая и шестая прорези, являются взаимно аналогичными. Гасящие пластины образованы таким образом, что внешний край первого бокового участка, то есть первый установочный участок пластины подходит для установки в нечетные нумерованные прорези, а край другого бокового участка, то есть второй установочный участок, подходит для установки в четные нумерованные прорези. Тем самым форма прорези и пластин вынуждает, чтобы пластины устанавливались в прорези правильным способом. Если пластины установлены неправильно в прорези, пластины могут препятствовать установке первого и второго модулей корпуса переключателя вместе.

Вариант осуществления не ограничен тем, что может быть только два различных типа выемок в переключателе, а может быть большее количество различных типов выемок. Тем не менее, и в этом случае форма выемки является таковой, что она вынуждает гасящую пластину быть собранной в правильном положении по отношению к переключателю.

Фиг. 3 представляет нижний модуль 120 корпуса модуля переключателя. Также предусмотрен верхний модуль корпуса для модуля переключателя. Верхний корпус может иметь аналогичные прорези для приема гасящих пластин, однако они находятся в обратном порядке по сравнению с прорезями в нижнем корпусе. То есть прорезь первого типа в нижнем корпусе является противоположной прорези второго типа в верхнем модуле корпуса. Таким образом, также верхний корпус гарантирует, что гасящие пластины установлены в переключатель в правильном положении.

Фиг. 4А иллюстрирует дополнительную иллюстрацию группы гасящих пластин.

Фиг. 4В представляет одну пластину сбоку.

На фиг. 4А все пластины аналогичны, но они расположены попеременно так, что каждая другая пластина перевернута на 180 градусов. Тем не менее, пластины являются асимметричными, принимая во внимание среднюю линию пластины. Асимметрия представлена внутри пластины, где образован канал 450 распространения для дуги. Асимметрия также представлена с внешней стороны пластин, особенно на краях пластин, включающих в себя первый установочный участок 468 и второй установочный участок 470 для установки пластины в соответствующие выемки в переключателе. Когда в группе пластин каждая пластина является перевернутой на 180 градусов, канал 450 распространения для дуги между боковыми участками пластин становится не непрерывным или неравномерным. Форма канала изменяется на каждой пластине в группе пластин. Таким образом, длина пути распространения может быть увеличена, что вызывает эффективное гашение дуги.

Как можно видеть из фиг. 4В, гасящая пластина 122В имеет, по существу, U-образную форму, имеющую базу/нижний участок 464 и два боковых участка 460, 462, продолжающихся от базового участка. В варианте осуществления по фиг. 4В, базовый участок 464 содержит вертикальный участок, а боковые участки содержат горизонтальные участки, то есть они расположены перпендикулярно друг к другу. Можно видеть, что два боковых участка 468, 470, по существу, параллельны по отношению друг к другу. Между боковыми участками образован канал 450 распространения для дуги.

Как видно на чертеже, верхние и нижние половины пластины асимметричны, принимая во внимание горизонтальную среднюю линию. Внутри канала распространения нижняя часть 466 распространения может быть предусмотрена в нижней половине пластины, при этом нижняя часть распространения находится ближе к базе 464. Нижняя часть распространения лежит, таким образом, в стороне от середины пластины, тем самым вызывая канал распространения стать неравномерным, когда аналогичные пластины установлены попеременно в переключатель. Дуга стремится к самой дальней точке в пластине, и цель нижней части распространения заключается в том, чтобы максимизировать длину и предоставить разнообразие форм пути распространения дуги. В соседней пластине, когда пластина расположена на 180 градусов перевернутой к пластине 122B, нижняя часть распространения будет в верхней половине пластины.

Также можно видеть, что установочные участки, то есть верхний край 468 и нижний край 470, взаимно отличаются друг от друга. Таким образом, пластина 122В может быть установлена в любую из прорезей 140А или 142A в зависимости от того, какой установочный участок используется.

Для специалиста в данной области техники очевидно, что как технологическое достижение, концепция изобретения может быть реализована различными способами. Изобретение и его варианты осуществления не ограничиваются примерами, описанными выше, но может изменяться в пределах объема формулы изобретения.

1. Электрический переключатель, содержащий подвижный контакт (108, 110, 112) и неподвижный контакт (104, 106) для контактирования с подвижным контактом (108, 110, 112), при этом переключатель дополнительно содержит одну или более гасящих пластин (122) и постоянный магнит (132) для направления дуги, которая образовывается когда контакты разъединяются друг от друга, к гасящим пластинам (122), при этом гасящая пластина (122) имеет базовый участок (464) и боковые участки (460, 462), продолжающиеся от базового участка (464), и постоянный магнит (132), помещенный позади гасящей пластины (122) так, что база гасящей пластины (122) находится между магнитом и областью гашения пластины, которая является областью между боковыми участками (468, 470) пластины (122), отличающийся тем, что постоянный магнит (132) выполнен с возможностью направлять дугу к одному из боковых участков (468, 470) гасящих пластин (122).

2. Электрический переключатель по п. 1, отличающийся тем, что переключатель содержит корпус (130) магнита для приема постоянного магнита (132), при этом корпус (130) магнита позволяет устанавливать постоянный магнит (132) только в положении, когда дуга направлена к одному из боковых участков (460, 462) гасящих пластин (122).

3. Электрический переключатель по п. 2, отличающийся тем, что постоянный магнит (132) установлен в корпусе (130) магнита, при этом магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом (132), является, по существу, параллельным к продольному направлению поворотного контакта в точке поворота поворотного контакта, когда он разъединяется от неподвижного контакта.

4. Электрический переключатель по п. 2, отличающийся тем, что корпус (130) магнита содержит стеночный участок между постоянным магнитом (132) и гасящими пластинами (122).

5. Электрический переключатель по п. 1, отличающийся тем, что переключатель содержит первый модуль (102) корпуса и второй модуль корпуса, и каждый из первого (102) и второго модуля корпуса содержит часть корпуса (130) магнита, который образовывается, когда первый модуль (102) корпуса и второй модуль корпуса собраны вместе.

6. Электрический переключатель по п. 1, отличающийся тем, что постоянный магнит (132) имеет боковую поверхность, имеющую квадратное, прямоугольное, треугольное или круглое поперечное сечение.

7. Электрический переключатель по п. 1, отличающийся тем, что размер стороны постоянного магнита (132) является больше в первом измерении, чем размер стороны во втором измерении, перпендикулярном к первой стороне, при этом магнитное поле расположено так, что оно является параллельным к направлению стороны, имеющей меньший размер.

8. Электрический переключатель по п. 1, отличающийся тем, что переключатель содержит дуговую камеру (120), вмещающую одну или более гасящих пластин (122), расположенных следующими друг за другом, при этом постоянный магнит (132) расположен позади одной или более гасящих пластин (122), которые являются ближайшими к контактной области подвижного контакта (108, 110, 112) и неподвижного контакта (104, 106).

9. Электрический переключатель по п. 1, отличающийся тем, что гасящие пластины (122) имеют форму, по существу, буквы U.

10. Электрический переключатель по п. 1, отличающийся тем, что гасящие пластины (122) являются аналогичными друг другу, при этом каждая пластина (122) имеет первую половину и вторую половину, имеющую другую форму, чем первая половина.

11. Электрический переключатель по п. 1, отличающийся тем, что гасящие пластины (122) расположены попеременно в переключателе так, что в двух смежных пластинах первая половина первой пластины и вторая половина второй пластины являются соседними друг к другу.

12. Электрический переключатель по п. 1, отличающийся тем, что гасящие пластины (122) имеют первый установочный участок (468) и второй установочный участок (470) соответствующих боковых участков (460, 462), и установочные участки (468, 470) первого бокового участка (460) и второго бокового участка (462) являются отличными друг от друга.

13. Электрический переключатель по п. 5, отличающийся тем, что каждый первый модуль (102) корпуса и второй модуль корпуса имеют выемки (140, 142) для приема гасящих пластин (122), и выемки (140, 142) в первом модуле корпуса и втором модуле корпуса расположены так, что напротив выемки (140А) для приема первого установочного участка (468) гасящей пластины (122) первого модуля корпуса находится выемка (142А) для приема второго установочного участка (470) той же самой гасящей пластины (122) во втором модуле корпуса.