CN116569297A - 开关器件、断路器和供电*** - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开一种开关器件、断路器和供电***，能够提高断路器的开关性能。该断路器包括第一开关器件、第二开关器件和控制单元，第一开关器件电连接于直流电源与负载之间。第二开关电连接于直流电源与负载之间，第一开关器件与第二开关器件并联。控制单元电连接于第一开关器件及第二开关器件，控制单元被配置为控制第一开关和第二开关的状态。其中，所述第一开关器件和所述第二开关器件中的一个为固态开关器件，另一个为机械开关器件。采用本申请的实施例的断路器和供电***，可以实现更快的短路分断速度、更低的导通损耗以及成本更低。

Description

开关器件、断路器和供电*** 技术领域

本申请涉及电气技术领域，尤其涉及一种开关器件、断路器和供电***。

背景技术

当前供电***应用广泛，在供电***中经常需要用到断路器来实现控制以及保护等功能。例如，当前新能源发电技术应用越来越广泛，当新能源供电***发生短路故障时，该新能源供电***可以在瞬间产生非常大的电流，即短路电流上升率极快。由此可能会对供电负载造成损坏，甚至烧毁供电***，因此需要断路器实现极快的关断时间。

传统的断路器在开关过程中需要很多联动装置，例如，弹簧、搭钩、杠杆、衔铁等，联动时间长，开关动作响应时间较长，分断速度较慢。在传统断路器的基础上，设备体积可能需要做得很大。

发明内容

本申请的实施例提供一种开关器件、断路器及供电***，本申请的实施例可以实现极快的分断速度，并且还可以降低开关器件的导通损耗。

第一方面，本申请的实施例提供一种开关器件，包括：连接端子、功率模块和驱动模块。所述功率模块包括静触头和动触头，所述静触头电连接于所述连接端子，在所述动触头和所述静触头接触的情况下，所述开关器件导通，在所述动触头和所述静触头断开的情况下，所述开关器件断开。所述驱动模块包括斥力件、固定架和线圈，所述斥力件固定于所述固定架，所述动触头固定于所述固定架，所述线圈用于产生磁场以对所述斥力件产生排斥力，所述斥力件带动所述动触头移动，进而驱动所述开关器件断开。

采用本申请的实施例，所述开关器件可以将斥力件和动触头固定在固定架上，并通过线圈对斥力件所产生的排斥力来带动所述动触头移动，从而可以实现开关器件的通断。这样的实现方式可以实现极快的分断速度，并且还可以降低开关器件的导通损耗。

在一种可能的设计中，所述驱动模块还包括电磁铁，所述电磁铁用于在通电时对所述动触头产生驱动力，以驱动所述动触头与所述静触头接触，进而驱动所述开关器件导通。基于这样的设计，本申请的实施例可以通过所述电磁铁产生的驱动力来控制所述动触头和所述静触头接触，进而可以控制所述第一开关导通，结构简单且方便控制。

在一种可能的设计中，所述驱动模块还包括第一磁轭、连接轴和第一永磁体，所述第一磁轭固定在所述连接轴的第一端，所述连接轴穿过所述动触头，以 与所述动触头相配合。当所述动触头与所述静触头断开时，所述第一永磁体用于对所述第一磁轭产生磁力，以将所述动触头与所述静触头保持在断开状态。基于这样的设计，可以在动触头和所述静触头断开时，保证所述第一开关一直处于断开状态，提升开关器件的稳定性。

在一种可能的设计中，所述驱动模块还包括第二磁轭和第二永磁体，所述第二磁轭固定于所述连接轴的第二端。当所述动触头与所述静触头接触时，所述第二永磁体用于对所述第二磁轭产生磁力，以将所述动触头与所述静触头保持在接触状态。基于这样的设计，可以在动触头和所述静触头接触时，保证所述第一开关一直处于导通状态，提升开关器件的稳定性。

在一种可能的设计中，所述驱动模块还包括弹性件，所述弹性件位于所述动触头与所述第一磁轭之间。所述第二永磁体用于对所述第二磁轭产生磁力，以带动所述连接轴移动，所述第一磁轭用于抵压所述弹性件，以使得所述弹性件发生弹性形变而产生弹性力。基于这样的设计，提升开关器件的稳定性。

在一种可能的设计中，所述固定架设有第一环形槽，所述斥力件收容于所述第一环形槽。基于这样的设计，本申请的实施例可以将斥力件与固定架固定在一起，进而可以实现所述开关器件的通断。

在一种可能的设计中，所述固定架与所述斥力件之间设有粘胶件。

在一种可能的设计中，所述固定架还设有第二环形槽，所述第一环形槽环绕于所述第二环形槽，所述动触头收容于所述第二环形槽，所述动触头的固定件固定于所述固定架的固定孔内。

第二方面，本申请的实施例还提供一种断路器，所述断路器包括如上述所述的开关器件。采用本申请实施例中的断路器，可以实现极快的分断速度，并且还可以降低开关器件的导通损耗。

在一种可能的设计中，所述断路器还包括控制单元，所述控制单元电连接于所述开关器件，所述控制单元用于控制所述开关器件的状态。基于这样的设计，本申请的实施例可以通过所述控制单元输出的控制信号，从而控制所述开关器件的通断，进而可以保证供电***的安全。

第三方面，本申请的实施例还提供一种断路器，电连接与直流电源与负载之间，所述断路器包括第一开关器件、第二开关器件和控制单元。所述第一开关器件电连接于所述直流电源与所述负载之间。所述第二开关器件电连接于所述直流电源与所述负载之间，所述第一开关器件与所述第二开关器件并联。所述控制单元电连接于所述第一开关器件及所述第二开关器件，所述控制单元被配置为控制所述第一开关器件和所述第二开关器件的状态。其中，所述第一开关器件和所述第二开关器件中的一个为固态开关器件，另一个为机械开关器件。采用本申请实施例的断路器，该断路器的第一开关器件和第二开关器件中的一个为固态开关器件，另一个为机械开关器件，由此可以通过所述控制单元来可以控制第一开关器件和第二开关器件的状态。本申请实施例中的断路器可以不需要联动装置，并且控制单元可以控制两个开关器件的导通或断开，开关动作相应时间短，该断路器可以实现极快的分断速度，并且开关的导通损耗小。

在一种可能的设计中，所述断路器还包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述控制单元电连接于所述第一驱动单元和所述第二驱动单元，所述第一驱动单元用于根据所述控制单元的第一信号控制所述第一开关器件的状态，所述第二驱动单元用于根据所述控制单元的第二信号控制所述第二开关器件的状态。基于这样的设计，所述控制单元可以通过两个驱动单元来控制第一开关器件和第二开关器件的状态，可以实现极快的关断时间。

在一种可能的设计中，所述断路器还包括第三开关器件，所述第三开关器件电连接于所述第二开关器件与所述负载之间，所述第三开关器件与所述第二开关器件串联连接；所述第三开关器件用于在所述第二开关器件断开后，为所述第二开关器件的回路形成空气间隙。基于这样的设计，可以提升断路器的安全稳定性。

在一种可能的设计中，所述断路器还包括外壳，所述外壳可以包括底板、第一侧板、第二侧板以及第一端板，所述第一侧板和所述第二侧板分别连接于所述底板的两侧，所述第一端板连接于所述底板的一端，所述底板、第一侧板、第二侧板以及第一端板共同围成收容空间，以***述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第一驱动单元、所述第二驱动单元和所述控制单元。

在一种可能的设计中，所述第二侧板上设有显示屏，所述显示屏幕电连接于所述控制单元，所述显示屏用于配置所述断路器的保护阈值参数。基于这样的设计，该断路器可以通过显示屏来设置不同的电流下的所述断路器的动作响应时间。

在一种可能的设计中，所述断路器还包括多个主触头，所述多个主触头均电连接于所述第一开关器件，所述多个主触头可插拔连接于所述直流电源。基于这样的设计，本申请实施例可以实现所述断路器与所述直流电源之间的插拔，方便器件的维护和替换。

第四方面，本申请的实施例还提供一种供电***，所述供电***包括直流电源、负载以及如上述所述的断路器，所述断路器用于在所述供电***发生短路时，断开所述直流电源与所述负载之间的连接。

采用本申请实施例的开关器件、断路器及供电***，可以实现超快速分断操作，还可以减少线圈之间的焊接线，避免动线圈焊接线来回运动导致疲劳断裂。本申请实施例提供的断路器和供电***，可以实现更快的短路分断速度、更低的导通损耗以及成本更低。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种断路器的示意图。

图2是本申请实施例提供的一种供电***的示意图。

图3是本申请实施例提供的供电***的另一示意图。

图4是本申请实施例提供的一种断路器的示意图。

图5是本申请实施例提供的断路器的结构示意图。

图6是本申请实施例提供的断路器的另一结构示意图。

图7是本申请实施例提供的供电***的上电时序图。

图8是本申请实施例提供的供电***的下电时序图。

图9是本申请实施例的第一开关器件的结构示意图。

图10是本申请实施例的第一开关器件的拆解示意图。

图11是本申请实施例的壳体的结构示意图。

图12是本申请实施例的壳体的另一结构示意图。

图13是本申请实施例的斥力件与固定架的结构示意图。

图14是本申请实施例的斥力件与固定架的另一结构示意图。

图15是本申请实施例的斥力件与固定架的另一结构示意图。

图16是本申请实施例的连接端子的结构示意图。

图17是本申请实施例的磁轭与连接轴的结构示意图。

图18是本申请实施例的磁轭与连接轴的另一结构示意图。

图19是本申请实施例的螺纹盘的结构示意图。

图20是本申请实施例的线圈与支架的结构示意图。

图21是本申请实施例的线圈与支架的另一结构示意图。

图22是本申请实施例的微动开关的结构示意图。

图23是本申请实施例的第一开关器件处于断开状态时的横截面示意图。

图24是本申请实施例的第一开关器件处于导通状态时的横截面示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

本申请实施例中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区别不同的对象，不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。例如，第一应用、第二应用等是用于区别不同的应用，而不是用于描述应用的特定顺序，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

目前供电***应用广泛，在该类型的***中经常需要用到断路器来实现配电以及保护等功能。例如，供电***在发生短路故障时将会产生极大的电流上升率和极大的电流，因此需要断路器可以实现极快的关断时间。可以理解，断路器可以应用于直流供电***或者交流供电***，是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器具有过载、短路和欠电压保护功能，有保护线路和电源的能力。

在一种可能的场景下，如图1所示，一种断路器可以包括主触头101、搭钩102、连接轴103、杠杆104、电磁脱扣器105、衔铁106、线圈107及弹簧108。该搭钩102的一端可以固定在连接轴103上，当功率回路109中的电流瞬间发生变化，串联在功率回路109中的线圈107可以产生磁场，吸合衔铁 106。在吸合衔铁106的过程中，衔铁106撞击杠杆104使得搭钩102脱开，此时弹簧108可以从拉伸状态恢复原状，牵引主触头101实现分断功能。该断路器在分断过程中具有很多联动装置，比如弹簧108、搭钩102、杠杆104和衔铁106等，联动时间比较长。此外，分断将会产生电弧，燃弧时间长，影响触头的电气寿命。基于上述原因，该种场景下的断路器只能实现毫秒(ms)级别的分断时间，短路分断的速度较慢。

可以理解，电弧可以是指机械断路器断开时，在触头间隙产生的能发出强光并且能导电的气体离子。一直等到电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质之后，***回路才被断开。燃弧时间可以是指断路器在开断过程中每相出现电弧的时间区段。

在另一种场景下，一种断路器可以使用电子电力器件代替开关进行通断，该断路器可以实现极快的关断时间，但是受限于当前电力电子开关的制作工艺和材料特性，该场景下的该断路器导通损耗较高，通态电流常数一般不高。在大电流场景应用下，常需要使用液冷散热器，导致体积以及成本、***复杂度等增加。

针对上述场景中的问题，本申请的实施例提供一种开关器件、断路器及供电***，本申请实施例中的开关器件、断路器及供电***可以实现更快的短路分断速度以及更低的导通损耗，并且成本更低。

请参阅图2，图2为本申请的一个实施例提供的供电***400的示意图。如图2所示，本实施例中的所述供电***400可以包括断路器100、直流电源200和负载300。其中，所述直流电源200的输出端可以电连接于断路器100的一端，所述断路器100的另一端可以电连接于所述负载300。

在一些可能的实现方式中，所述直流电源200可以是动力电池(如镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池等)或蓄电池等。

可选的，所述直流电源200还可以电连接上一级电路如AC/DC变换器(Alternating Current/Direct-Current converter)或其他DC/DC变换器(如BUCK变换器、BOOST变换器、BUCK-BOOST变换器等)等。换句话说，所述直流电源200可以是直接电源，也可以是经过电路传输的间接电源。

在一些可能的实现方式中，所述负载300可以是光伏逆变器、电动汽车、其他DC/DC变换器或DC/AC变换器(Direct-Current/Alternating Current converter)等。

在一种可能的场景下，所述断路器100可以在所述供电***400发生短路时，断开所述直流电源200与所述负载300之间的连接。在本申请的实施例中，所述断路器100利用了电力电子功率器件的极快的短路电流分断能力和无弧开断特性实现开断过程中的灭弧，所述断路器100同时利用了机械触头具有极低的导通损耗特性实现合闸状态的低损耗与低温升，电力电子开关具有寿命长，可靠性好。可以理解，短路分断能力可以指该断路器能够分断而不被损害的最高电流值。

请参阅图3，图3为本申请的另一个实施例提供的供电***400的示意 图。如图3所示，本实施例中的所述断路器100可以电连接于所述直流电源200与所述负载300之间。

所述断路器100可以包括第一开关器件10、第二开关器件20、第三开关器件30、第一驱动单元40、第二驱动单元50和控制单元60。所述第一开关器件10与所述第二开关器件20为并联连接。所述第二开关器件20和所述第三开关器件30为串联连接。所述第一开关器件10的第一端可以电连接于所述直流电源200，所述第一开关器件10的第二端可以电连接于所述负载300，所述第一开关器件10的第三端可以电连接于所述第一驱动单元40。所述第二开关器件20的第一端可以电连接于所述直流电源200，所述第二开关器件20的第二端可以电连接于所述第三开关器件30的第一端，所述第二开关器件20的第三端可以电连接于所述第二驱动单元50。所述第一驱动单元40和所述第二驱动单元50均电连接于所述控制单元60。

可以理解，在一种可能的实现方式中，所述第二开关器件20可以为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)或者集成门极换流晶闸管(Integrated Gate-Commutated Thyristor，IGCT)中的一种。

可以理解，所述第二开关器件20的第三端为所述第二开关器件20的控制端。所述第三开关器件30的第二端可以电连接于所述负载300，所述第三开关器件30的第三端可以接收所述控制单元60的控制信号，所述第三开关器件30的第三端可以为所述第三开关器件30的控制端。可以理解，在一种可能的实现方式中，所述第一驱动单元40可以根据所述控制单元60输出的信号控制所述第一开关器件10的状态，所述第二驱动单元50可以根据所述控制单元60输出的信号控制所述第二开关器件20的状态。可以理解，所述第一开关器件10和所述第二开关器件20中的一个为固态开关器件，另一个为机械开关器件。例如，在一种场景下，所述第一开关器件10可以为机械开关器件，所述第二开关器件20可以为固态开关器件。所述第三开关器件30有辅助开关节点，所述控制单元60可以检测所述第三开关器件30的状态。例如，所述控制单元60可以检测到所述第三开关器件30断开或者导通。可以理解，本申请的实施例中，所述第二开关器件20可以实现无狐开断的效果，所述第一开关可以实现***的低功耗。

可以理解，在一种场景下，当所述控制单元60控制所述第三开关器件30导通后，所述第二驱动单元50再控制所述第二开关器件20导通。在另一种场景下，当所述第二驱动单元50控制所述第二开关器件20断开后，所述控制单元60可以再控制所述第三开关器件30断开。所述第三开关器件30可以被配置为在所述第二开关器件20断开后，为所述第二开关器件20的回路形成空气间隙。

举例说明，在一种场景下，当该供电***400上电时，即该供电***400开始为所述负载300供电时，所述控制单元60可以控制所述第三开关器件30导通，接着所述第二驱动单元50可以控制所述第二开关器件20导通，此时， 所述控制单元60进一步可以检测所述直流电源200与所述负载300之间的电流，并且可以判断所述直流电源200与所述负载300之间的电流是否正常。若所述控制单元60确定所述直流电源200与所述负载300之间的电流正常，例如，由于供电***400电流小于第一阈值或由于供电***400的电流上升率di/dt在连续的一段时间δt内小于第二阈值时，则所述控制单元60将会输出信号给所述第一驱动单元40，以控制所述第一开关器件10导通。若所述控制单元60确定所述直流电源200与所述负载300之间的电流异常，例如，所述直流电源200与所述负载300之间的电流大于第一阈值或由于供电***400发生短路而造成电流上升率di/dt在连续的一段时间δt内大于第二阈值时，则所述控制单元60输出信号给所述第二驱动单元50，以控制所述第二开关器件20断开。

举例说明，在一种场景下，当该供电***400已正常工作，即该供电***400已为所述负载300供电，此时所述第一开关器件10、所述第二开关器件20、所述第三开关器件30均处于合闸状态。若所述供电***400发生短路，所述控制单元60确定所述直流电源200与所述负载300之间的电流或电流上升率异常，例如，所述直流电源200与所述负载300之间的电流大于第一阈值或由于供电***400发生短路而造成电流上升率di/dt在连续的一段时间δt内大于第二阈值时，则所述控制单元60输出信号给所述第一驱动单元40，以控制所述第一开关器件10断开。当所述控制单元60已检测不到第一开关器件10所处回路上的电流，所述控制单元60输出信号给所述第二驱动单元50，以控制所述第二开关器件20断开，进而断开供电***400与负载300之间的连接。在所述第二开关器件20断开后，所述控制单元60控制所述第三开关器件30断开以实现所述供电***400与所述负载300的机械断点隔离。

在一种可能的场景下，若所述供电***400发生故障，即所述供电***400需要进行跳闸处理，所述控制单元60可以对所述供电***400的故障类型进行分析，并进行相应的处理。所述控制单元60可以根据检测到的电流确定所述供电***400的故障类型。

以下将举例说明该断路器100对供电***400的故障处理。

1)故障类型为雷击，所述控制单元60不会对开关进行切换操作。

2)故障类型为短路，所述控制单元60控制所述第一开关器件10断开，接着所述控制单元60还将继续确认所述第一开关器件10是否已完全断开。若所述第一开关器件10已经断开，所述控制单元60将会进一步控制所述第二开关器件20断开。由此，所述断路器100可以对所述供电***400进行保护。

3)故障类型为过载，所述控制单元60确认检测到的电流在第一时间内是否大于阈值，若检测到的电流在第一时间内大于阈值，则所述控制单元60控制所述第一开关器件10断开。所述控制单元60还将继续确认所述第一开关器件10是否已完全断开。若所述第一开关器件10已经断开，所述控制单元60将会进一步控制所述第二开关器件20断开。由此，所述断路器100可以对所述供电***400进行保护。

请参阅4，图4为本申请的另一个实施例提供的断路器100的示意图。本实施例中的所述断路器100可以根据检测到的电流确认所述供电***400的故障类型。

具体地，线圈21(图5中示出)连接于所述直流电源200与连接端子11(图3中示出)之间，其中，在一个可能的实现方式中，所述连接端子11可以为铜排，所述第一开关器件10连接于所述连接端子11与所述负载300之间，所述第二开关器件20的第一端连接于所述线圈21与所述连接端子11之间，所述第二开关器件20的第二端连接于所述负载300。

在一个实施例中，所述控制单元60可以连接所述连接端子11的两个端点，来检测所述两个端点之间的电压，进而可以获取所述第一开关器件10所处回路的电流Isense，由此可以根据所述电流Isense来判断所述供电***200是否过载。

在一个实施例中，所述线圈可以为罗氏线圈，所述线圈可以用于判断所述供电***400雷击或者短路。更进一步，所述控制单元60可以通过所述线圈来检测所述供电***400的电流变化率di/dt，并根据所述供电***400的电流变化率di/dt和持续的时间来确认故障类型。

以下将结合附图和实际应用场景，对本申请实施例提供的断路器进行举例说明。

请参阅图5及图6，图5及图6为本申请的一个实施例提供的断路器100的结构示意图。

本实施例中，所述断路器100可以包括第一开关器件10、第一驱动单元40、控制单元60和外壳70。

具体地，所述外壳70可以包括底板71，第一侧板72、第二侧板73以及第一端板74。其中，所述第一侧板72和所述第二侧板73可以分别连接于所述底板71的两侧，所述第一端板74可以连接于所述底板71的第一端。本实施例中，所述底板71、第一侧板72、第二侧板73以及第一端板74可以共同围成收容空间75，以***述第一开关器件10、所述第二开关器件20、所述第三开关器件30、所述第一驱动单元40、所述第二驱动单元50和所述控制单元60。所述第一驱动单元40可以固定在所述第一端板74上。

可以理解，在另一些可能的实现方式中，所述外壳70还可以进一步包括顶盖及第二端板(图中未示出)。所述第二端板可以连接所述底板71的第二端，所述第二端板还可以连接所述第一侧板72和所述第二侧板73，所述顶盖可以连接所述第一侧板72、所述第二侧板73和所述第二端板。

本实施例中，所述断路器100还可以进一步包括多个主触头80，每一所述主触头80均可以电连接于所述第一开关器件10的连接端子11，线圈21可以套设在所述连接端子11上，其中，所述线圈21可以为罗氏线圈。可以理解，所述第一侧板72上可以设有多个开口721，所述多个开口721可以与所述多个主触头80一一对应。由此，每一所述主触头80均可以通过所述开口721与外部器件进行连接。所述多个主触头80可插拔连接于所述直流电源200，即所述 主触头80可以实现所述断路器100与所述供电***400之间的插拔，方便器件的维护和替换。

在一个实施例中，所述连接端子11上可以设有端点113和端点114，所述端点113和所述端点114可以电连接于所述控制单元60。可以理解，所述控制单元60可以通过检测端点113和端点114的电压来检测所述第一开关器件10所处回路的电流Isense。

所述第二侧板73上可以设有显示屏76，所述显示屏76可以电连接于所述控制单元60。所述控制单元60可以检测所述供电***400的运行参数，例如所述直流电源200与所述负载300之间的电流或者电压等参数，并将检测到的参数传输给所述显示屏76，由此，所述显示屏76可以实时地显示整个供电***400的运行参数。所述控制单元60还可以将所述断路器100的开闸或者合闸信息传输给所述显示屏76，以控制所述显示屏76可以实时地显示所述断路器100的开闸状态或者合闸状态。更进一步，所述显示屏76可以实现所述断路器100的保护阈值和时间设置，即可以设置在不同的电流下，所述断路器100的动作响应时间。

在一个实施例中，所述断路器100还可以包括电路板90。其中，所述第二开关器件20、所述第三开关器件30和所述第二驱动单元50均可以集成在所述电路板90上，所述控制单元60可以电连接于所述第二驱动单元50。

可以理解，所述第一侧板72上还可以设有连接器722，所述连接器722用于接收外部装置的指令，从而可以远程的控制所述断路器100的状态，例如，所述外部装置可以远程控制所述断路器100导通或者断开。所述连接器722还可以用于为所述断路器100的控制部分供电。更进一步，所述外部装置可以通过所述连接器722与所述控制单元60进行通信，以获取所述断路器100的信息。

在一种可能的实现方式中，所述断路器100还可以进一步包括电源转换器(图中未示出)，所述电源转换器电连接直流电源200，所述电源转换器将所述直流电源200输出的第一电压转换为第二电压，所述第二电压可以提供给所述控制单元60、所述第一驱动单元40和所述第二驱动单元50进行供电。

请参阅图7，图7示出了图3的供电***400的上电时序图。

可以理解，图7示出的合闸信号可以为所述外部装置输出给所述控制单元60的信号，固态开关信号可以为所述控制单元60输出给所述第二驱动单元50的信号，机械开关信号可以为所述控制单元60输出给所述第一驱动单元40的信号，固态开关状态可以为所述第二开关器件20的状态，机械开关状态可以为所述第一开关器件10的状态。

如图7所示，在t0时刻，所述控制单元60接收到所述外部装置的合闸信号。在t1时刻，所述控制单元60发送高电平的固态开关信号给所述第二驱动单元50。在t2时刻，所述第二驱动单元50控制所述第二开关器件20的状态，即所述第二开关器件20由断开状态切换为导通状态。在t3时刻，所述控制单元60输出高电平的机械开关信号给所述第一驱动单元40。在t4时刻，所 述第一驱动单元40控制所述第一开关器件10的状态，即所述第一开关器件10由断开状态切换为导通状态。此时，所述第一开关器件10和所述第二开关器件20均为导通状态。在t5时刻，所述外部装置不再输出合闸信号给所述控制单元60。

请参阅图8，图8示出了图3的供电***400的下电时序图。

可以理解，图8示出的分闸信号可以为所述外部装置输出给所述控制单元60的信号。

如图8所示，在t0时刻，所述控制单元60接收到所述外部装置的分闸信号。在t1时刻，所述控制单元60发送高电平的机械开关信号给所述第一驱动单元40。在t2时刻，所述第一驱动单元40控制所述第一开关器件10的状态，即所述第一开关器件10由导通状态切换为断开状态。在t3时刻，所述控制单元60输出低电平的固态开关信号给所述第二驱动单元50。在t4时刻，所述第二驱动单元50控制所述第二开关器件20的状态，即所述第二开关器件20由导通状态切换为断开状态。此时，所述第一开关器件10和所述第二开关器件20均为断开状态。在t5时刻，所述外部装置不再输出分闸信号给所述控制单元60。

更进一步，将结合附图来描述本申请实施例的第一开关器件10的结构。

请参阅图9，图9为本申请的一个实施例的第一开关器件10的结构示意图。如图9所示，所述第一开关器件10可以包括连接端子11及壳体14。可以理解，所述连接端子11可以是在电力设备中的主供电线路，该连接端子11可以具有大电流流通能力，该连接端子11可以包括铜排或铝排。

所述壳体14可以包括上盖141、中框142和下盖143。所述上盖141可以与所述中框142的顶部相对接，所述下盖143可以与所述中框142的底部相对接。

如图10和图11所示，所述断路器100还可以包括功率模块12和所述驱动模块13。

所述连接端子11、所述功率模块12和所述驱动模块13均可以容置于所述壳体14中。具体地，所述中框142可以设有收容空间1423，由此所述功率模块12和所述驱动模块13的至少一部分可以收容在所述收容空间1423内。

更进一步，在一种可能的实现方式中，本申请实施例中的功率模块12可以包括动触头121和静触头122，所述静触头122与所述连接端子11电相连，所述动触头121可以移动。

可以理解，在一种场景下，例如在所述动触头121和所述静触头122接触的情况下，所述第一开关器件10导通。在另一种场景下，例如在所述动触头121和所述静触头122断开的情况下，所述第一开关器件10断开。可选地，所述动触头121和所述静触头122也可以合称为动触点***。

可选地，在一种实施方式中，所述连接端子11可以包括第一连接端子111和第二连接端子112，所述静触头122可以包括第一静触头123和第二静触头124。所述第一静触头123可以与所述第一连接端子111相连接，所述第二静 触头124可以与所述第二连接端子112相连接。所述第一静触头123和所述第二静触头124处于电气断开状态。

因此，在所述静触头122和所述动触头121断开时，所述第一连接端子111和所述第二连接端子112处于断开状态，即所述第一开关器件10处于断开状态。在所述静触头122和所述动触头121接触时，所述动触头121可以将所述第一静触头123和所述第二静触头124连接起来，为所述第一连接端子111和所述第二连接端子112之间提供了低电阻路径，进而使得所述第一连接端子111和所述第二连接端子112电连接，即所述第一开关器件10处于导通状态。

在一些示例中，所述静触头122和所述连接端子11可以为一体化结构，或者说，所述静触头122可以为所述连接端子11的一部分。

在一种可能的实现方式中，所述驱动模块13可以包括永磁体131、永磁体132、弹性件133、斥力件134、线圈135以及电磁铁136。

在一些实施例中，所述永磁体131可以固定在所述下盖143上。具体到本申请的实现过程中，所述驱动模块13还可以包括套筒137，所述永磁体131可以设置于所述套筒137内。可选地，所述套筒137与所述永磁体131之间可以设有粘胶件。由此，所述永磁体131与所述套筒137之间可以通过粘胶的方式固定连接在一起。更进一步，所述下盖143上设有收容部1431，所述套筒137可以收容于所述收容部1431内。可选地，所述下盖143上还可以设有通孔1432，所述套筒137的底部可以设有与所述通孔1432相对应的固定孔。因此，本申请的实施例可以通过固定件穿过所述通孔1432而固定在所述套筒137的固定孔内，从而将所述套筒137固定在所述下盖143上。可以理解，在一个可能的实现方式中，所述套筒137的固定孔可以为螺孔，所述固定件可以为螺丝。

请进一步参阅图12至图15，所述下盖143上还可以设有通孔1435，所述中框142的底部还可以设有与所述通孔1435对应的固定孔1425。因此，本申请的实施例可以通过固定件穿过所述通孔1435而固定在所述固定孔1425中，进而可以将所述下盖143固定在所述中框142的底部。

可以理解，在一个实施例中，所述下盖143上还可以设有凸柱1433和凸柱1434，所述两个凸柱1433可以分别位于所述收容部1431的两端，所述第一连接端子111设有与所述凸柱1433对应的通孔，所述第二连接端子112设有与所述凸柱1434对应的通孔。由此，所述凸柱1433和凸柱1434可以分别与所述第一连接端子111的通孔和所述第二连接端子112的通孔相配合。

可以理解，在一个可能的实现方式中，所述第一静触头123和所述第二静触头124的内侧面和外侧面均可以喷涂一层绝缘漆，由此来起到绝缘作用。可选地，所述绝缘漆的材料可以采用环氧树脂。

如图16所示，所述第一静触头123和所述第二静触头124可以共同围成一个收容空间125，所述套筒137及所述永磁体131均可以位于所述收容空间125内。

在一个实施例中，所述驱动模块13还可以进一步包括磁轭138、磁轭139 以及连接轴1310。

如图17和图18所示，所述磁轭138和所述磁轭139可以被配置为在所述第一开关器件10的合闸或者分闸时提供一定的保持力。具体地，本实施例中的所述磁轭138可以吸附在所述永磁体131上。所述磁轭138可以包括本体部1381以及延伸部1382，所述延伸部1382可以固定连接于所述本体部1381。所述连接轴1310可以包括第一台阶部1311、第二台阶部1312以及连接部1313。所述第一台阶部1311固定连接于所述第二台阶部1312，所述第二台阶部1312固定连接于所述连接部1313。其中，所述第二台阶部1312位于所述第一台阶部1311与所述连接部1313之间。在一个可能的实现方式中，所述第一台阶部1311和所述第二台阶部1312及所述连接部1313均可以为圆形状，所述第一台阶部1311的直径大于所述第二台阶部1312的直径，所述连接部1313的直径小于所述第二台阶部1312的直径。

更进一步，所述第一台阶部1311可以设有固定孔1314，所述延伸部1382可以固定于所述连接轴1310的所述固定孔1314内，所述本体部1381可以吸附在所述永磁体131上。在一个实施例中，所述固定孔1314内可以设有内螺纹。所述连接部1313上可以设有外螺纹。

所述磁轭139可以包括本体部1391和延伸部1392，所述本体部1391可以固定连接于所述延伸部1392。可以理解，在一个实施例中，所述磁轭139还可以设有固定孔1393。所述固定孔1393可以贯穿于所述本体部1391和所述延伸部1392。所述连接轴1310的连接部1313可以固定在所述固定孔1393内，所述本体部1391可以吸附在所述永磁体132上。

可以理解，在一个可能的实现方式中，所述动触头121可以套设在所述连接轴1310上。具体地，所述动触头121上可以设有通孔1211，所述通孔1211的直径小于所述第一台阶部1311的直径，所述通孔1211的直径大于所述第二台阶部1312的直径，由此可以使得所述第二台阶部1312和所述连接部1313均可以穿过所述动触头121的通孔1211，而所述第一台阶部1311并不能穿过所述动触头121的通孔1211，进而可以使得动触头121可以套设在所述第二台阶部1312上。

在一种可能的实现方式中，所述弹性件133可以套设于所述连接轴1310上，并且所述弹性件133可以位于所述动触头121与所述磁轭139之间。可选地，所述弹性件133可以为弹簧。所述动触头121与所述第一静触头123、所述第二静触头124连接后，所述弹性件133还将继续在所述永磁体131的作用下继续被压缩一定的长度。可以理解，所述永磁体131对所述磁轭138产生磁力，由此可以带动所述连接轴移动，所述磁轭139将会抵压所述弹性件133，以使得所述弹性件133发生弹性形变而产生弹性力。

在一个实施例中，所述第一开关器件10还可以包括固定架15，所述固定架15可以用于固定所述斥力件134。所述动触头固定于所述固定架15。具体地，所述固定架15设有环形槽151，所述斥力件134可以收容于所述环形槽151。可选地，所述固定架15与所述斥力件134之间可以设有粘胶件。即，所 述固定架15与所述斥力件134之间可以通过粘胶的方式固定连接在一起。

可选地，所述斥力件134可以由铜、铝或者铝合金等材料制成。为提高所述斥力件134的效率，其表面通常还可以镀银。

在一种可能的实现方式中，所述固定架15的中间位置还可以设有第二环形槽152，所述环形槽151可以环绕于所述环形槽152。所述动触头121可以收容于所述环形槽152。

请再次参阅图15，所述固定架15还可以设有通槽154及固定孔155，所述连接轴1310、所述弹性件133和所述磁轭139均可以收容在所述通槽154内，并且所述磁轭139的延伸部1392可以外漏于所述固定架15。

所述动触头121上可以设有与所述固定孔155对应的铆接柱1212，所述铆接柱1212可以固定于所述固定孔155内。

如图19所示，在一个可能的实施例中，所述驱动模块13还可以包括螺纹盘17，本实施例中的所述螺纹盘17可以用于对所述电磁铁136可以起到限位和导向的作用。具体地，所述螺纹盘17上可以设有通孔171和通孔172，所述通孔171和所述通孔172之间连通，所述永磁体132可以收容在所述通孔172中。在一种实施例中，所述永磁体132可以设有通孔(图中未示出)，其中，所述永磁体132的通孔可以与所述通孔171和所述通孔172之间连通。

如图20和图21所示，在一种可能的实现方式中，所述驱动模块13还可以进一步包括支架16，所述支架16可以设有环形腔体161，所述线圈135可以收容于所述环形腔体161内。可以理解，在一个实施例中，所述支架16及所述线圈135均可以套设在所述静触头122上。所述支架16及所述线圈135可以位于所述斥力件134与所述下盖143之间。所述支架16还可以设有通孔162，所述静触头122可以穿过所述通孔162。

在一些实施例中，所述环形腔体161与所述线圈135之间可以具有间隙。所述环形腔体161与所述线圈135之间的间隙中可以填充有绝缘材料，所述绝缘材料可以是硅胶以及环氧树脂等。

可选地，所述线圈135可以由铜或者铝等材料制成。在一种可能的实现方式中，所述线圈135可以由外部电容放电而产生磁场，所述斥力件134可以感应与所述线圈135相反的磁场。基于这样的设计，所述斥力件134可以固定于所述固定架15，所述动触头可以固定于所述固定架15，所述线圈135可以对所述斥力件134产生排斥力，由此该所述斥力件可以带动所述动触头121移动，进而驱动所述第一开关器件10断开。

可选地，所述支架16可以由软磁材料制成，例如铁氧体、电工纯铁、硅钢片、非晶带材或不导磁材料等，所述不导磁材料可以是塑料和不锈钢等。

所述电磁铁136可以包括本体部1361以及动轴1362，所述动轴1362可以滑动连接于所述本体部1361。其中，所述动轴1362的第一端可以与所述永磁体132的通孔、所述通孔171和所述通孔172对接。即，在所述电磁铁136通电的情况下，所述动轴1362的第一端可以依次穿过所述永磁体132的通孔、所述通孔171和所述通孔172，而对所述磁轭139和所述弹性件133产生压 力，进而可以驱动所述动触头121向所述静触头122靠近，由此可以使得所述静触头122和所述动触头121接触，进而使得所述第一开关器件10导通。

所述本体部1361的顶部设有固定孔(图中未示出)，所述上盖141可以包括收容部1411和本体部1416，所述收容部1411可以固定连接于所述本体部1416，所述收容部1411可以设有收容空间1415，所述收容空间1415可以用于***述电磁铁136。所述收容部1411上可以设有与所述本体部1361的固定孔对应的通孔1412。所述第一开关器件10还可以包括固定件1413。基于这样的设计，所述固定件1413可以穿过所述通孔1412，而固定在所述本体部1361的固定孔内，进而将所述电磁铁136固定在所述上盖141上。更进一步，所述收容部1411上还可以设有通孔1414，当所述电磁铁136收容于所述收容部1411的收容空间1415内时，所述动轴1362的第二端可以从所述通孔1414的位置而外漏于所述上盖141。

更进一步，所述中框142的顶部还可以设有固定孔1422，所述本体部1416上可以设有与所述固定孔1422对应的通孔1419，因此，本申请的实施例可以通过固定件穿过所述通孔1419而固定在所述固定孔1422内，从而可以将所述上盖141固定在所述中框142的顶部。

其中，所述螺纹盘17上可以设有螺纹，所述收容部1411内可以设有与所述螺纹盘17相配的螺纹，由此，该螺纹盘17可以旋转到所述上盖141中，所述螺纹盘17上的螺纹与所述收容部1411内的螺纹相配合，以将所述螺纹盘17固定在所述上盖141上。

如图22所示，在一个可能的实现方式中，所述第一开关器件10还可以包括微动开关18及固定件181。所述微动开关18可以用于感测所述第一开关器件10的状态，并可以将所述第一开关器件10的状态反馈给控制单元60。所述微动开关18可以固定在所述上盖141。可以理解，请再次参阅图12，所述本体部1416的底部可以向下设有延伸部1417，所述延伸部1417上可以设有固定孔1418。

所述微动开关18上设有与所述固定孔1418对应的通孔182，所述固定件181可以穿过所述通孔182，从而固定在所述固定孔1418中，进而将所述微动开关18固定在所述上盖141的下方位置。

可以理解，在一个实施例中，所述固定件181可以为螺丝，所述固定孔1418可以为螺孔。所述微动开关18的底部还设有感应部183。可以理解，当所述斥力件134带动所述固定架15向上移动时，所述固定架15将会抵压所述感应部183，此时，所述微动开关18将会输出第一感应信号给所述控制单元60，当所述斥力件134带动所述固定架15向下移动时，所述感应部183不会受到抵压，此时，所述微动开关18将会输出第二感应信号给所述控制单元60。由此，所述微动开关18可以根据所述感应部183的是否受到按压，以输出感应信号给所述控制单元60，以提示分闸或合闸状态。

请参阅图23，图23为本申请的实施例中的第一开关器件10处于分闸状态的示意图。

如图23所示，当所述第一开关器件10需要合闸时，所述电磁铁136可以获取到外部电源的供电，由此使得所述动触头121可以从分闸位置脱离所述永磁体131运动到触头刚合位置后，此时所述磁轭139与所述永磁体132具有一定的空气间隙，在永磁力的作用下继续压缩所述弹性件133，直到所述磁轭138与所述永磁体131完全接触，从而保持在合闸位置。即，当所述动触头与所述静触头接触时，所述永磁体131将会对所述磁轭138产生磁力，以将所述动触头与所述静触头保持在接触状态。此时，所述电磁铁136可以下电，所述永磁体131提供的合闸力大于所述弹性件133压缩后的力值。

请参阅图24，图24为本申请的实施例中的第一开关器件10处于合闸状态的示意图。

如图24所示，当所述第一开关器件10需要分闸时，可以通过外部电容对所述线圈135进行放电，此时所述斥力件134可以感应到与所述线圈135相反的电流与磁场，由此可以形成斥力，以完成动触头121和静触头122的快速分离，抵达分闸位置时由所述永磁体132提供分闸保持力，保持在分闸位置。即，当所述动触头与所述静触头断开时，所述永磁体132将会对所述磁轭139产生磁力，以将所述动触头与所述静触头保持在断开状态。

采用本申请的实施例，可以实现超快速分断操作，还可以减少线圈之间的焊接线，避免采用双线圈方案由于动线圈焊接线来回运动导致疲劳断裂。此外，本申请的实施例对于线圈135、电磁铁136引出线无正负极性要求，可以实现防呆接线，接线简单，且无出错的可能性。本申请实施例提供的断路器和供电***，可以实现更快的短路分断速度、更低的导通损耗以及成本更低。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。

Claims (16)

1. 一种开关器件，其特征在于，包括：

   连接端子；

   功率模块，所述功率模块包括静触头和动触头，所述静触头电连接于所述连接端子，在所述动触头和所述静触头接触的情况下，所述开关器件导通，在所述动触头和所述静触头断开的情况下，所述开关器件断开；

   驱动模块，所述驱动模块包括斥力件、固定架和线圈，所述斥力件固定于所述固定架，所述动触头固定于所述固定架，所述线圈用于产生磁场以对所述斥力件产生排斥力，所述斥力件带动所述动触头移动，进而驱动所述开关器件断开。
2. 根据权利要求1所述的开关器件，其特征在于，

   所述驱动模块还包括电磁铁，所述电磁铁用于在通电时对所述动触头产生驱动力，以驱动所述动触头与所述静触头接触，进而驱动所述开关器件导通。
3. 根据权利要求1或2所述的开关器件，其特征在于，

   所述驱动模块还包括第一磁轭、连接轴和第一永磁体，所述第一磁轭固定在所述连接轴的第一端，所述连接轴穿过所述动触头，以与所述动触头相配合；

   当所述动触头与所述静触头断开时，所述第一永磁体用于对所述第一磁轭产生磁力，以将所述动触头与所述静触头保持在断开状态。
4. 根据权利要求3所述的开关器件，其特征在于，

   所述驱动模块还包括第二磁轭和第二永磁体，所述第二磁轭固定于所述连接轴的第二端；

   当所述动触头与所述静触头接触时，所述第二永磁体用于对所述第二磁轭产生磁力，以将所述动触头与所述静触头保持在接触状态。
5. 根据权利要求4所述的开关器件，其特征在于，

   所述驱动模块还包括弹性件，所述弹性件位于所述动触头与所述第一磁轭之间；所述第二永磁体用于对所述第二磁轭产生磁力，以带动所述连接轴移动，所述第一磁轭用于抵压所述弹性件，以使得所述弹性件发生弹性形变而产生弹性力。
6. 根据权利要求1-5任意一项所述的开关器件，其特征在于，

   所述固定架设有第一环形槽，所述斥力件收容于所述第一环形槽。
7. 根据权利要求1-6任意一项所述的开关器件，其特征在于，所述固定架与所述斥力件之间设有粘胶件。
8. 根据权利要求6所述的开关器件，其特征在于，

   所述固定架还设有第二环形槽，所述第一环形槽环绕于所述第二环形槽，所述动触头收容于所述第二环形槽，所述动触头的固定件固定于所述固定架的固定孔内。
9. 一种断路器，其特征在于，所述断路器包括如权利要求1-8任意一项所 述的开关器件。
10. 根据权利要求9所述的断路器，其特征在于，

    所述断路器还包括控制单元，所述控制单元电连接于所述开关器件，所述控制单元用于控制所述开关器件的状态。
11. 一种断路器，电连接与直流电源与负载之间，其特征在于，所述断路器包括第一开关器件、第二开关器件和控制单元；

    所述第一开关器件电连接于所述直流电源与所述负载之间；

    所述第二开关器件电连接于所述直流电源与所述负载之间，所述第一开关器件与所述第二开关器件并联；

    所述控制单元电连接于所述第一开关器件及所述第二开关器件，所述控制单元被配置为控制所述第一开关器件和所述第二开关器件的状态；

    其中，所述第一开关器件和所述第二开关器件中的一个为固态开关器件，另一个为机械开关器件。
12. 根据权利要求11所述的断路器，其特征在于，

    所述断路器还包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述控制单元电连接于所述第一驱动单元和所述第二驱动单元，所述第一驱动单元用于根据所述控制单元的第一信号控制所述第一开关器件的状态，所述第二驱动单元用于根据所述控制单元的第二信号控制所述第二开关器件的状态。
13. 根据权利要求11或12所述的断路器，其特征在于，

    所述断路器还包括第三开关器件，所述第三开关器件电连接于所述第二开关器件与所述负载之间，所述第三开关器件与所述第二开关器件串联连接；所述第三开关器件用于在所述第二开关器件断开后，为所述第二开关器件的回路形成空气间隙。
14. 根据权利要求13所述的断路器，其特征在于，

    所述断路器还包括外壳，所述外壳可以包括底板、第一侧板、第二侧板以及第一端板，所述第一侧板和所述第二侧板分别连接于所述底板的两侧，所述第一端板连接于所述底板的一端，所述底板、第一侧板、第二侧板以及第一端板共同围成收容空间，以***述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第一驱动单元、所述第二驱动单元和所述控制单元。
15. 根据权利要求11至14任意一项所述的断路器，其特征在于，

    所述断路器还包括多个主触头，所述多个主触头均电连接于所述第一开关器件，所述多个主触头可插拔连接于所述直流电源。
16. 一种供电***，其特征在于，所述供电***包括直流电源、负载以及如权利要求9至15任意一项所述的断路器，所述断路器用于在所述供电***发生短路时，断开所述直流电源与所述负载之间的连接。