CN102194610B - 电磁开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁开关，其中，电弧防护部件安装在用于容纳固定电极和活动接触臂的灭弧室中，从而防护包括上磁轭的内部元件免受由于在活动接触臂与固定电极分开时瞬间产生的电弧而引起的损害，因此提高了电磁开关的操作可靠性同时增加了电磁开关的寿命。

Description

电磁开关

技术领域

本发明涉及一种能够接通或切断高压直流(DC)电源的电磁开关。

背景技术

电磁开关是一种为了控制向线路的供电而装备的装置。电磁开关广泛地用于家用器具和工业制品中。近年来，随着电动车辆例如混合动力车辆、燃料电池车辆、高尔夫车等的广泛发展，电磁开关正在作为DC电源开关而应用于电动车辆中。

在阻断高压直流电源时，电磁开关产生电弧。电弧由位于固定电极附近的永磁体和活动接触臂来控制，从而最小化(防止)由电弧引起的对电磁开关的灭弧单元和驱动单元的损害。

图1是根据相关技术的电磁开关的剖视图。如图1所示，相关技术的电磁开关包括固定至外壳30的内侧的磁力驱动单元，所述磁力驱动单元具有：固定电极18，便于施加用于驱动随后要解释说明的活动单元的磁力；活动单元，其可活动地安装在外壳30中，用于通过在经由磁力驱动单元上下移动的同时可选择地接触固定电极18来接通或断开电源；气体密封单元，其位于活动单元的上部附近，以形成用于密封电磁开关的灭弧气体的灭弧室20。

磁力驱动单元包括：励磁绕组11，当供电时，励磁绕组11被磁化，而当供电被阻断时，励磁绕组11被去磁，从而产生磁拉力(引力)；上磁轭12，其安装在励磁绕组11的上方；下磁轭，其接触上磁轭12以覆盖励磁绕组11的外周表面和下侧；固定芯14，其被励磁绕组11环绕且固定至外壳30的内侧；和活动芯15，其安装在固定芯14的在轴向方向上的一侧，被励磁绕组11环绕且可活动地安装在外壳30内。复位弹簧25可位于固定芯14和活动芯15之间以向活动芯15施加弹性力，从而活动芯15能够返回到它的原始位置，也就是，当励磁绕组11被去磁时与固定芯14间隔开的位置。

活动单元包括：轴16，其联接至活动芯15以能够上下移动；和活动接触臂17，其位于轴16的上端处以便与固定电极18形成电触点。压接弹簧(wipe spring)26可安装在活动接触臂17和上磁轭12之间以在电磁开关的ON位置处保持活动接触臂17和固定电极18之间的接触压力，在电磁开关的ON位置处，活动接触臂17接触固定电极18。

气体密封单元包括：绝缘部件22，其形成为管状形状；气密部件23，其形成为管状形状以便气密性地密封绝缘部件22和上磁轭12之间的空间，所述空间将在后面进行详细解释；和气密帽24，其气密性地环绕活动芯15和固定芯14。

未解释的附图标记21表示绕线架，该绕线架被励磁绕组11缠绕并且支撑励磁绕组11。

将简要地描述具有这种构造的相关技术的电磁开关的操作。

当励磁绕组11由于供电而被磁化时，由励磁绕组11产生的磁通沿着磁通的流通路径移动，该流通路径由活动芯15、固定芯14、上磁轭12和下磁轭13顺序地限定，从而形成闭合的磁通回路。因此，活动芯15线性地向上移动以与固定芯14形成接触，并且同时，联接至活动芯15以便能与活动芯15一起移动的轴16向上移动。安装在轴16的上端处的活动接触臂17随后与固定电极18形成接触，因此，DC电源侧和负载侧连接，以使电磁开关能够处于允许DC供电的ON状态。

另一方面，当供给到励磁绕组11的电流被阻断时，励磁绕组11被去磁，并且因此，活动芯15通过复位弹簧25向后移动到下侧，也就是，与固定芯14间隔开的原始位置。连接至活动芯15以便能够与活动芯15一起移动的轴同样向下移动。安装在轴16的上端处的活动接触臂17随后与固定电极18分开以将DC电源侧和负载侧断开，从而电磁开关能够处于阻断DC供电的OFF状态。

这里，如图2所示，在活动接触臂17与固定电极18分开的瞬间，在活动接触臂17和固定电极18之间产生电弧A，并且电弧的延展长度和持续时间根据电压和电流的大小(电平)而变得不同。在某些情况下，延展的电弧会占据上磁轭12和轴16的部分区域，由此引起对上磁轭12和轴16的损害。

然而，由于相关技术的电磁开关在上磁轭12和活动接触臂17之间未装备电弧防护器件，所以与电弧一起产生的高压脉冲或触头之间的碎屑可能导致电磁开关的内部元件例如上磁轭12和轴16受损害。

发明内容

因此，本详细说明书的方案是提供一种电磁开关，所述电磁开关能够防护其内部元件免受当该电磁开关切断电源时所产生的电弧的损害。

为了实现根据本说明书目的的方案或其他优点，正如这里所具体实施和宽泛描述的，一种电磁开关可包括：固定电极，其通过外壳来固定；活动接触臂，其能够与固定电极接触或与固定电极分开；轴，其具有固定至活动接触臂的上端；活动芯，其装配到轴的下部上；固定芯，其被构造成在面对活动芯的位置处环绕轴；励磁绕组，其缠绕在活动芯和固定芯上；以及上磁轭和下磁轭，所述上磁轭和下磁轭被构造成屏蔽励磁绕组以与活动芯和固定芯一起形成磁通的流通路径，其中，电弧防护部件位于活动接触臂和上磁轭之间以为了防护目的而屏蔽轴。

本申请的适用性的进一步范围通过下面给出的详细描述而变得显而易见。然而，应当理解的是，由于在本发明的精神和范围内的各种变化和修改通过详细描述对本领域技术人员来说将变得显而易见，所以虽然示出了本发明的优选实施例，但详细描述和特定示例仅通过举例说明的方式给出。

附图说明

所包括的附图提供了对本发明的进一步理解且被并入并构成本说明书的一部分，附图图示了示例性实施例并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1是根据相关技术的电磁开关的剖视图；

图2是显示在图1中的电磁开关中产生电弧的状态的前视图；

图3是根据一个示例性实施例的电磁开关的剖视图；

图4是显示在图3中的电磁开关中产生电弧的状态的前视图；以及

图5是显示根据图3的电弧防护部件的一个示例性实施例的剖视图。

具体实施方式

现在将参考附图对根据一个示例性实施例的电磁开关进行详细说明。这里，与相关技术的电磁开关相同/相似的元件将在解释本说明书的技术特征所需的范围内进行简要描述。

图3是根据一个示例性实施例的电磁开关的剖视图。

如图3所示，电磁开关可包括：励磁绕组111，其安装在外壳130中作为驱动绕组；以及上磁轭112和下磁轭113，所述上磁轭112和下磁轭113安装在励磁绕组111附近，以便当励磁绕组111被磁化时与活动芯115和固定芯114一起形成磁通的流通路径，磁通的流通路径将在后面解释。上磁轭112可安装在励磁绕组111的上方，并且下磁轭113可连接至上磁轭112以覆盖励磁绕组111的外周表面和下侧。

固定芯114可在励磁绕组111内形成为圆柱形形状以由上磁轭112纵向固定。活动芯115可在固定芯114下方形成为圆柱形形状，从而能够在励磁绕组111内相对于固定芯115上下移动。复位弹簧125可安装在固定芯114和活动芯115之间以向活动芯115施加弹性力，从而使活动芯115能够移回到它的原始位置，也就是，当励磁绕组111被去磁时与固定芯114间隔开的位置。这里，固定芯114和活动芯115可与上磁轭112和下磁轭113一起限定磁通的流通路径。

能够与活动芯115一起上下移动的轴116可安装在活动芯115中，活动接触臂117可选择地接触位于外壳130处的固定电极118以接通电源或切断电源，并且活动接触臂117可安装在轴116的上端处。压接弹簧126可安装在活动接触臂117和上磁轭112之间，用于在电磁开关的ON位置处保持活动接触臂117和固定电极118之间的接触压力，在电磁开关的ON位置处，活动接触臂117与固定电极118形成接触。

灭弧室120用于气密性地容纳活动接触臂117和固定电极118的触点，并且灭弧室120可形成在上磁轭112的上方。绝缘部件122可安装在外壳130内的上部处，通过该绝缘部件122联接固定电极118。与绝缘部件122一起形成灭弧室120的气密部件123可在绝缘部件122的开口侧安装在上磁轭112的上表面上。

参考图4，电弧防护部件200可布置在上磁轭112的上表面处，从而防护内部元件免受在活动接触臂117与固定电极118分开的瞬间在活动接触臂117和固定电极118之间产生的电弧的损害。

电弧防护部件200可包括：第一电弧防护罩210，其联接至活动接触臂117；和第二电弧防护罩250，其安装在上磁轭112的上表面上以屏蔽上磁轭112的形成灭弧室120的上表面，并且第二电弧防护罩250可拆除地联接至第一电弧防护罩210。第一电弧防护罩210可以由辅助弹簧128弹性支撑，以能够响应于活动接触臂117的移动而上下移动。第二电弧防护罩250可具有分别固定至上磁轭112和绝缘部件122的上侧表面和下侧表面。

第一电弧防护罩210可包括：形成为管的形状的圆柱形防护部211，圆柱形防护部211的上端和下端开口并且圆柱形防护部211部分地环绕轴116、压接弹簧126和辅助弹簧128；和弹簧安装部212，其在径向方向上从圆柱形防护部211的上端垂直延伸出以将辅助弹簧128安装在其中。

第二电弧防护罩250可包括：轭防护部251，其形成为板的形状以遮蔽上磁轭112的上表面；外防护部252，其从轭防护部251的边缘环状地突出以紧密地附着到绝缘部件122上；和内防护部253，其在轭防护部251的中心部分处形成为圆柱形形状，以便与第一电弧防护罩210的圆柱形防护部211一起环绕轴116、压接弹簧126和辅助弹簧128。外防护部252可形成为比气密部件123更靠内。

在图3中，未说明的附图标记124表示用于密封固定芯114和活动芯115的气密帽，140表示永磁体，并且121表示绕线架。

在下文中，将对电磁开关的操作进行说明。

也即，当励磁绕组111由于供电而被磁化时，由励磁绕组111产生的磁通沿着由活动芯115、固定芯114、上磁轭112和下磁轭113所形成的磁通的流通路径流动(移动)，从而形成闭合的磁通回路。因此，活动芯115线性地向上移动以与固定芯114形成接触，并且同时，连接至活动芯115以便能够与活动芯115一起移动的轴116也向上移动。安装在轴116的上端处的活动接触臂117随后与固定电极118形成接触。因此，DC电源侧和负载侧连接，以使电磁开关能够处于允许DC供电的ON状态。

另一方面，当供给到励磁绕组111的电流被阻断时，活动芯115通过复位弹簧125移回到它的与固定芯114间隔开的原始位置。因此，电磁开关处于这样的OFF状态：位于轴116的上端处的活动接触臂117与固定电极118分开。这里，电弧会在活动接触臂117与固定电极118分开的瞬间产生。

然而，参考图4，借助于电磁开关的构造，装备在其中的第一电弧防护罩210和第二电弧防护罩250能够防止在OFF操作的瞬间产生的电弧蔓延到上磁轭112和轴116的区域中。因此，由于在电磁开关的OFF操作时产生的电弧而引起的损害能够被避免，从而延长了电磁开关的机械寿命并提高了电磁开关的操作可靠性。

更详细地解释这种操作，第一电弧防护罩210与活动接触臂117的下表面形成接触以为了防护目的而屏蔽轴116、压接弹簧126和辅助弹簧128。此外，辅助弹簧128的上部线圈安装在位于第一电弧防护罩210的上端处的弹簧安装部211中。因此，辅助弹簧128向上挤压第一电弧防护罩210以使第一电弧防护罩210紧密地附着到活动接触臂117上。换句话说，在电磁开关的ON操作时，活动接触臂117朝向固定电极118移动以在第一电弧防护罩210和活动接触臂117之间产生一空间。此时，第一电弧防护罩210可能存在离开预定位置的危险。然而，辅助弹簧128向上挤压活动接触臂117，并且第一电弧防护罩210与活动接触臂117协同移动。因此，第一电弧防护罩250与活动接触臂117不会分开。结果是，第一电弧防护罩210因此防护内部元件，例如轴116和压接弹簧126，免受电弧和由于电弧而产生的碎屑的损害，并且第二电弧防护罩250防护上磁轭112免受电弧的损害。

在下文中，将描述电弧防护部件的另一个示例性实施例。也即，前述的示例性实施例阐明了电弧防护部件200包括第一电弧防护罩210和第二电弧防护罩250，而这个示例性实施例阐明了一体形成的电弧防护部件300。

为此，参考图5，电弧防护部件300可实现为一个单独的元件。例如，电弧防护部件300可包括：轭防护部310，其用于屏蔽上磁轭112的上表面；外防护部320，其从轭防护部310的边缘向上突出预定高度；和内防护部330，其从轭防护部310的中心部分向上突出预定高度，并且内防护部330形成为柔性形状(例如，柔性管)，以使内防护部330的长度能够响应于活动接触臂117的向上或向下移动而变化。

轭防护部310和外防护部320可形成为与前述的示例性实施例的轭防护部251和外防护部252相同。然而，内防护部330可具有上端，所述上端的长度长至可以紧密地附着到活动接触臂117的下表面上。在这个示例性实施例中，内防护部330是柔性的，因此内防护部330的上端能够固定到活动接触臂117上。这种结构无需任何辅助弹簧。

同时，永磁体可布置为与经由在电磁开关的OFF操作时所产生的电弧的电弧等离子体流动的电流的方向垂直，以由此向电弧等离子体施加磁力。然后，这样的磁力可使电弧与触点分开以使电弧如图4所示向外移动并且也增加了电弧的长度。然后，长度增加的电弧可具有被周围气体(空气)冷却以从等离子体状态转变成绝缘状态的机理，从而阻断电流。在这个过程中，即使电弧的长度由于永磁体等的影响而增加，依靠第一电弧防护罩和第二电弧防护罩，电磁开关也能够防止其内部元件由于电弧而受损害。

前述实施例和优点仅仅是示例性的而不应当解释为限制本公开。本教导能够易于应用于其它类型的装置。本说明书旨在是示例性的，而不是限制权利要求的范围。许多可选方案、改进和变型对于本领域技术人员来说将是显而易见的。在这里描述的示例性实施例的特征、结构、方法和其他特性可以各种方式组合以获得另外的和/或可选的示例性实施例。

由于可以在不偏离其特点的情况下以多种形式来实施本特征，还应当理解的是，除非另外指出，上述实施例不受前述说明书的任一细节所限制，而是应当在如所附权利要求限定的范围内被宽泛地解释，因此落在权利要求的边界和界限或者这些边界和界限的等同布局内的全部改变和改进因而旨在被所附的权利要求所包含。

Claims (6)

1.一种电磁开关，包括：

固定电极，其通过外壳来固定；

活动接触臂，其能够与所述固定电极接触或与所述固定电极分开；

轴，其具有固定至所述活动接触臂的上端；

活动芯，其装配到所述轴的下部上；

固定芯，其被构造成在面对所述活动芯的位置处环绕所述轴；

励磁绕组，其缠绕在所述活动芯和所述固定芯上；

上磁轭和下磁轭，所述上磁轭和所述下磁轭被构造成屏蔽所述励磁绕组以与所述活动芯和所述固定芯一起形成磁通的流通路径；

压接弹簧，其位于所述活动接触臂和所述上磁轭之间以保持所述活动接触臂和所述固定电极之间的接触压力，电弧防护部件被安装为环绕所述压接弹簧；以及

所述电弧防护部件位于所述活动接触臂和所述上磁轭之间以为了防护目的而屏蔽所述轴，

其中，所述电弧防护部件包括：

第一电弧防护罩，其接触所述活动接触臂的下表面；

第二电弧防护罩，其被构造成为了屏蔽目的而遮蔽所述上磁轭的上表面，所述第二电弧防护罩可拆除地联接至所述第一电弧防护罩；以及

辅助弹簧，其位于所述电弧防护部件内，并且所述辅助弹簧被构造成朝向所述活动接触臂挤压所述第一电弧防护罩。

2.根据权利要求1所述的开关，其中，弹簧安装部通过使所述第一电弧防护罩的上端弯曲而形成，所述辅助弹簧的上端安装在所述弹簧安装部中。

3.根据权利要求1所述的开关，其中，所述第二电弧防护罩包括：轭防护部，其被构造成为了屏蔽目的而遮蔽所述上磁轭的所述上表面；以及内防护部，其从所述轭防护部的上表面突出预定高度以屏蔽所述轴、所述压接弹簧和所述辅助弹簧，所述第二电弧防护罩可拆除地联接至所述第一电弧防护罩。

4.根据权利要求3所述的开关，其中，下侧开口以与所述电弧防护部件一起形成灭弧室的绝缘部件安装在所述外壳内，所述灭弧室将所述固定电极和所述活动接触臂容纳于其中，

其中，外防护部从所述第二电弧防护罩的所述上表面突出预定高度以紧密地附着到所述绝缘部件的下表面上。

5.根据权利要求4所述的开关，进一步包括气密部件，所述气密部件位于所述上磁轭的上表面和所述绝缘部件的下表面之间以密封所述上磁轭和所述绝缘部件之间的空间，

其中，所述外防护部定位为比所述气密部件更靠内。

6.一种电磁开关，包括：

固定电极，其通过外壳来固定；

活动接触臂，其能够与所述固定电极接触或与所述固定电极分开；

轴，其具有固定至所述活动接触臂的上端；

活动芯，其装配到所述轴的下部上；

固定芯，其被构造成在面对所述活动芯的位置处环绕所述轴；

励磁绕组，其缠绕在所述活动芯和所述固定芯上；

上磁轭和下磁轭，所述上磁轭和所述下磁轭被构造成屏蔽所述励磁绕组以与所述活动芯和所述固定芯一起形成磁通的流通路径；

压接弹簧，其位于所述活动接触臂和所述上磁轭之间以保持所述活动接触臂和所述固定电极之间的接触压力，电弧防护部件被安装为环绕所述压接弹簧；以及

所述电弧防护部件位于所述活动接触臂和所述上磁轭之间以为了防护目的而屏蔽所述轴，

其中，所述电弧防护部件包括：

轭防护部，其被构造成屏蔽所述上磁轭的上表面；

外防护部，其从所述轭防护部的边缘向上突出预定高度；以及

内防护部，其从所述轭防护部的中心部分向上突出预定高度，所述内防护部是柔性的以使所述内防护部的长度能够响应于所述活动接触臂的向上或向下移动而变化，

其中，所述内防护部具有固定至所述活动接触臂的下表面的上端，所述内防护部呈柔性管的形式。

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