УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
DEVICE FOR SWITCHING ELECTRIC CURRENT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству для переключения электрического тока.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известная проблема, связанная с отключением постоянного тока, заключается в том, что между контактами переключателя возникает дуга, когда контакты отделяются друг от друга. Эта дуга вызывает эрозию и поэтому может повредить близлежащие детали переключателя.
Предприняты попытки использовать магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами или катушкой, находящейся в окрестности контактов, для уноса дуги к гасящим пластинам. Часто встречается ситуация, в которой токи, близкие к номинальному току, переключать легче, чем токи, которые малы по сравнению с номинальным током. Это происходит из-за того, что дуга, связанная с номинальным током, стремится к гасящим пластинам, а дуге, связанной с низким током, легче оставаться между контактами переключателя, вызывая их обгорание.
Современные решения, касающиеся гашения дуги в переключателях, либо сложны, либо не полностью удовлетворяют потребность в долговечности переключателя.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать переключатель, который способен устранить вышеупомянутые недостатки. Задача изобретения решается с помощью переключателя, который охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения. Некоторые варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение относится к электрическому переключателю для переключения электрического тока. Области применения этого переключателя охватывают, например, электрические двигатели и системы солнечных батарей.
В переключателе, соответствующем изобретению, предусмотрена дуговая камера для гашения дуги, обуславливаемой разделением контактов переключателя. В дуговой камере заключено множество гасящих пластин и предусмотрен постоянный магнит для уноса дуги к этим пластинам.
Гасящие пластины имеют нижний участок и боковые участки, проходящие от нижнего участка. Постоянный магнит расположен так, что дуга направлена к одному из боковых участков пластин.
Настоящее изобретение обеспечивает важное преимущество, заключающееся в том, что переключатель прост в установке и эффективен в гашении дуги, обуславливаемой разделением контактов переключателя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет подробно описано ниже посредством некоторых вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, при этом:
на фиг. 1 показан вариант осуществления переключателя;
на фиг. 2 показан переключатель согласно фиг. 1 под другим углом зрения;
на фиг. 3 особое внимание уделено дуговой камере;
на фиг. 4А показана группа гасящих пластин; и
фиг. 4B показана одна гасящая пластина сбоку.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
На фиг. 1 показан вариант осуществления однополюсного электрического переключателя 100 без верхней крышки. Переключатель имеет электроизолирующий корпус 102 модуля, и путем укладки таких модулей вместе можно создавать многополюсные переключатели.
На концах переключателя находятся неподвижные контакты 104, 106 для соединения переключателя с клеммами питания. Подвижный или вращающийся контакт 108 содержит контактные рычаги 110, 112, между которыми посажен контактный участок неподвижного контакта 106 при вступлении в контакт. Контактные рычаги вращающегося контакта могут иметь форму, например, длинного ножа.
На фиг. 1 переключатель показан в разомкнутом положении, где контактные рычаги 110, 112 подвижного контакта не находятся в контакте с неподвижным контактом, а прислонены к стопорящему элементу 116.
Переключатель также включает в себя дуговую камеру 120 для гашения дуги, обуславливаемой отделением контактов друг от друга. В дуговой камере заключено множество гасящих пластин 122, по которым перемещаются контактные рычаги 110, 112 подвижного контакта, когда переключатель размыкают. Как показано на чертеже, гасящие пластины установлены в дуговую камеру одна за другой так, что они отстоят от области контакта вращающегося контакта и неподвижного контакта. То есть вторая гасящая пластина лежит дальше от области контакта, чем первая гасящая пластина.
Также предусмотрен постоянный магнит 132, который помещен в корпус 130 для магнита. Этот корпус, находящийся на первом корпусе 100 модуля переключателя, содержит участок стенки, который предусмотрен между магнитом и областью контакта и пластинами. Можно также предусмотреть боковые участки, проходящие перпендикулярно от участка стенки. Назначение участка стенки и бокового участка состоит в том, чтобы поддерживать магнит на своем месте и тем самым оказывать сопротивление тяговому усилию, действующему между магнитом и пластинами, и защищать магнит от эрозионных воздействий дуги. Второй корпус модуля переключателя, устанавливаемый на первый корпус 100 модуля переключателя, может содержать несущий участок, который поддерживает магнит в корпусе 130, а также защищает его от дуги.
Положение корпуса находится позади гасящих пластин и в начале дуговой камеры, если смотреть с точки зрения неподвижного контакта. Постоянный магнит предпочтительно расположен так, что он находится позади одной или нескольких таких пластин, которые лежат ближе всего к области контакта. В варианте осуществления согласно фиг. 1, магнит лежит позади, по существу, первой половины гасящих пластин. Таким образом, когда дуга нарастает, можно сразу же вызвать существенный эффект уноса этой дуги, отводя ее к одной из боковых частей пластин. Поэтому на фиг. 1 дуга показана уносимой в сторону пластин, которая расположена у низа корпуса, или к противоположной стороне пластин, в зависимости от того, каким образом создается ток.
На фиг. 2 показан переключатель 100 согласно фиг. 1, рассматриваемый сверху.
Можно заметить, что неподвижный контакт 106 имеет планарный контактный участок 106A, с которым контактирует контактный рычаг 110 подвижного контакта. Когда подвижный контактный рычаг 110 находится в контакте с неподвижным контактом 106A, этот рычаг, по существу, прислонен к стопорящему элементу 118.
В варианте осуществления согласно фиг. 2 имеются шесть гасящих пластин, помещенных в дуговую камеру 120, так что между пластинами имеются малые интервалы. Первая гасящая пластина 122A находится в непосредственной близости к неподвижному контакту 106А или даже в контакте с ним, а последняя пластина 122B может быть расположена так, что рычаг 110 оказывается не в области пластин, когда подвижный контакт находится в своем разомкнутом положении.
Гасящие пластины имеют участок основания или низ и два боковых участка, проходящих от участка основания, то есть участок основания соединяет боковые участки. Боковые участки могут быть расположены, по существу, параллельно друг другу. Примером такой формы является форма буквы U. На фиг. 2, основание гасящих пластин 122A, 122B обращено к концу переключателя, имеющему неподвижный контакт 106, то есть основание обращено, по существу, к магниту 132. Таким образом, пластина расположена так, что основание поэтому находится между магнитом 132 и областью гашения пластины, которая является областью между боковыми участками пластины. Под углом зрения согласно фиг. 2, сверху видны главным образом верхние боковые участки пластин.
Постоянный магнит 132 может иметь прямоугольное поперечное сечение в горизонтальном направлении, как показано на фиг. 2. В вертикальном направлении, поперечное сечение магнита может быть, например, квадратным или прямоугольным. Полюса магнита расположены так, что магнитное поле В магнита направлено в горизонтальной плоскости, что подчеркнуто двухсторонней стрелкой. Направление магнитного поля между двумя альтернативами зависит от того, каким образом постоянный магнит помещен в корпус 130. В любом из двух направлений, магнитное поле, по существу, параллельно главным направлениям боковых участков и перпендикулярно участку основания пластин. Таким образом, магнитное поле, по существу, параллельно продольному направлению вращающегося контакта в точке вращения вращающегося контакта, когда он отделяется от неподвижного контакта, причем та точка является точкой, где создается дуга.
Квадратная форма поперечного сечения постоянного магнита и корпуса выгодна потому, что магнит можно устанавливать в корпус в любом положении, а магнитное поле B направлено в одном из направлений, показанных на фиг. 2. Если постоянный магнит имеет квадратную форму, доступны восемь положений установки магнита. Человек, проводящий сборку, может установить магнит в корпус магнита в любом из этих восьми положений, а поле магнита, создаваемое этим магнитом, представляет собой одну из альтернатив, показанных на фиг. 2.
Постоянный магнит, соответствующий вариантам осуществления, может быть малогабаритным магнитом. В рассматриваемом примере, размеры магнита составляют 1 см×1 см×2 мм. C помощью такого малогабаритного магнита достигаются особые преимущества при гашении токов, малых по сравнению с номинальным током.
Если поперечное сечение магнита на стороне, которая обращена к гасящим пластинам, является прямоугольным, имеются четыре доступных положения установки. Есть и другие формы, которые можно было бы использовать, такие как квадратная или треугольная. В случае треугольного магнита, существуют шесть положений установки, а в случае квадратного существуют два альтернативных положения установки.
Форма корпуса магнита и самого магнита такова, что корпус магнита вынуждает человека, проводящего сборку, помещать магнит в корпус в положении, которое приемлемо и приводит к созданию магнитного поля желаемым образом. Поэтому любое положение установки, которое выбирает пользователь, является приемлемым и допустимым. Вследствие этого, направление установки магнита не нужно указывать вообще.
На фиг. 2 также показаны альтернативы направления тока I в дуге, когда переключатель размыкают. Поэтому направление тока можно изменять между этими двумя альтернативами в зависимости от того, каким образом неподвижные контакты устанавливают на источник питания.
В соответствии с законом о силе Лоренца, в ситуации согласно фиг. 2, сила F, действующая на точечный заряд, направлена в вертикальном направлении, зависящем от направления магнитного поля B и тока I. То есть сила F, действующая на дугу, уносит эту дугу к одному из боковых участков гасящих пластин.
На фиг. 3 особое внимание дополнительно уделено дуговой камере 120. В дуговой камере имеются шесть пазов или выемок 140, 142 для приема соответствующих гасящих пластин. Количество пазов и пластин не ограничивается шестью, а может изменяться в зависимости от размера переключателя и других факторов конструкции.
В одном варианте осуществления, имеются пазы двух типов. Нечетные пазы 140A, 140B, то есть первый, третий и пятый пазы, являются одинаковыми. Соответственно, четные пазы 142A, 142B, то есть второй, четвертый и шестой пазы, являются взаимно одинаковыми. Гасящие пластины выполнены так, что внешний край первого бокового участка, то есть первый установочный участок пластины, пригоден для установки в нечетные пазы, а край другого бокового участка, то есть второй установочный участок, пригоден для установки в четные пазы. Вследствие этого, формы пазов и пластин вынуждают правильную установку пластин в пазы. Если пластины не установлены в пазы правильно, пластины могут помешать совместной установке первого и второго корпусов модулей переключателя.
Этот вариант осуществления не ограничивается наличием в переключателе выемок лишь двух разных типов, возможно большее количество разных типов выемок. Однако и в таком случае форма выемки такова, что вынуждает сборку пластин, завершающуюся установкой их в правильное положение в переключателе.
На фиг. 3 показан модуль 120 нижнего корпуса, являющийся модуля переключателя. Предусмотрен также модуль верхнего корпуса в качестве модуля переключателя. Верхний корпус может иметь одинаковые пазы для приема гасящих пластин, однако они могут располагаться в обратном порядке по сравнению с пазами в нижнем корпусе. То есть паз первого типа в нижнем корпусе противоположен пазу второго типа в модуле верхнего корпуса. Вследствие этого также, верхний корпус также гарантирует, что гасящие пластины установлены в переключатель в правильном положении.
На фиг. 4А дополнительно изображена группа гасящих пластин, а на фиг. 4B показана одна пластина сбоку.
На фиг. 4A все пластины показаны одинаковыми, но они расположены в чередующемся порядке, так что каждая вторая пластина перевернута на 180 градусов. Вместе с тем, пластины асимметричны относительно средней линии пластины. Асимметрия проявляется изнутри пластины, где образуется канал 450 распространения дуги. Асимметрия проявляется также снаружи пластины, особенно - на краях пластин, включая первый установочный участок 468 и второй установочный участок 470, предназначенные для установки пластины в соответствующие выемки в переключателе. Когда в группе пластин каждая вторая пластина перевернута на 180 градусов, канал 450 распространения дуги между боковыми частями пластин оказывается не непрерывным или неоднородным. Форма канала изменяется между соседними пластинами в группе пластин. Вследствие этого, можно увеличить длину пути распространения, что эффективно вызывает гашение дуги.
Как можно заметить из фиг. 4B, гасящая пластина 122B является, по существу, U-образной, имея участок 464 основания или низа и два боковых участка 460, 462, проходящие от участка основания. В варианте осуществления согласно фиг. 4B, участок 464 основания представляет собой вертикальный участок, а боковые участки представляют собой горизонтальные участки, то есть они расположены, по меньшей мере, по существу, перпендикулярно друг другу. Можно заметить, что оба боковых участка 468, 470, по существу, параллельны друг относительно друга. Между боковыми участками образуется канал 450 распространения дуги.
Как показано на чертеже, верхняя и нижняя половины пластины асимметричны относительно горизонтальной средней линии. Таким образом, канал распространения, образуемый пластиной, асимметричен относительно горизонтальной средней линии, которой называется линия, перпендикулярная продольному вертикальному направлению основания на чертеже. Следовательно, средняя линия проходит, по существу, параллельно продольному направлению боковых участков.
Внутри канала распространения в нижней половине пластины может быть предусмотрен нижний участок 466 канала распространения, причем этот нижний участок канала распространения является ближайшим к основанию 464. Таким образом, нижний участок канала распространения отстоит от середины пластины, тем самым делая канал распространения неоднородным, когда одинаковые пластины устанавливают в переключатель в чередующемся порядке. Дуга ищет самую отдаленную точку в пластине, а назначение нижнего участка канала распространения состоит в том, чтобы максимизировать длину и придать многообразие форме пути распространения дуги. В соседней пластине, поскольку эта пластина перевернута на 180 градусов по отношению к пластине 122B, нижний участок канала распространения должен находиться в верхней половине пластины.
Можно также заметить, что установочные участки, то есть верхний край 468 и нижний край 470 соответствующих боковых участков 460, 462, взаимно отличаются друг от друга. Как показано на фиг. 4A, первый установочный участок 468 содержит первый участок 468A, который может быть, по существу, параллелен первому участку 470A второго установочного участка 470. Оба первых участка 468A, 470A представляют собой наиболее отдаленные боковые края боковых участков 460, 462, и они могут быть параллельными стенкам корпуса, принимающим установочные участки. Первые участки могут быть наиболее отдаленными участками боковых участков, если смотреть от основания 464. Можно заметить, что первые участки могут иметь разные длины по сравнению друг с другом. В иллюстрируемом варианте осуществления, первый участок 468A длиннее, чем первый участок 470A. Можно предусмотреть вторые участки 468B, 470B, которые расположены под углом относительно первых участков, и третьи участки 468C, 470C, которые могут быть, по существу, параллельными первым участкам 468A, 470A. Как показано на чертежах, пространство канала распространения между сторонами 460, 462 каждой пластины симметрично, если смотреть от середины боковых участков.
Выемки в корпусах модулей расположены соответственно, так что один из корпусов способен принять первый установочный участок гасящей пластины, а противоположный корпус способен принять второй установочный участок той же самой гасящей пластины.
Таким образом, пластину 122B можно устанавливать в любой из пазов 140A или 142A в зависимости от того, которая установочная часть используется.
Специалисту в данной области техники будет очевидно, что по мере развития технологии изобретательский замысел можно будет воплотить разными способами. Изобретение и варианты его осуществления не ограничиваются вышеописанными примерами, а могут быть изменены в рамках объема притязаний формулы изобретения.