CN104882335A - 一种磁钢错位分布的灭弧磁路及其直流继电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁钢错位分布的灭弧磁路及其直流继电器，包括触头部分，触头部分包括两个分别用来提供电流流入、流出的静触头和一个动簧片，所述动簧片的两端分别与两个静触头相配合；在动簧片的长度的两端的外侧分别设有一块第一磁钢；在动簧片的宽度的两边的外侧分别设有一块第二磁钢，且两块第二磁钢呈错位分布；其中，两块第一磁钢的极性异性相对，两块第二磁钢的极性也异性相对。本发明通过将动簧片的长度的中间的二块磁钢错位分布，让相邻的两块磁钢之间的距离缩短，以增强相邻的两块磁钢之间所形成的磁场的强度，从而使灭弧磁场强度和给动簧提供安培力的磁场强度大大得到增强，使磁钢的磁利用率得到大大提高。

Description

一种磁钢错位分布的灭弧磁路及其直流继电器

技术领域

本发明涉及一种直流继电器，特别是涉及一种磁钢错位分布的灭弧磁路及其直流继电器，以用于切断高压、大电流直流负载。

背景技术

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。直流继电器是继电器中的一种，现有的直流继电器大多采用动簧片直动式(也称为螺线管直动式)方案，比如宏发、泰科、松下、LS等厂商都采用螺线管直动式方案。

这种直流继电器的触头部分，当触头流过电流时，由于电流线的收缩，触头间会产生互相排斥的电动力，也就是说动触头的动簧片会受到使动、静触头分离的斥力，也称电动斥力。为了抵抗这种触头斥力，就需在动簧片上通过弹簧施加力，以提高动、静触头间的压力。在理论上，电流越大，电动斥力越大，需要的弹簧力也越大。但是，过大的弹簧力需要更强的磁路来驱动，从而使漆包线用量大增，造成成本上升、产品体积变大等弊端。

为了解决这种动、静触头的电动斥力的问题，专利申请“具有灭弧磁体的触头桥”(专利公开号CN102246250A)提出了一种六块磁钢方案，也就是在动簧片的宽度的两边，分别设有三块磁钢，利用中间的磁钢产生安培力来抵抗电动斥力，以提高触头间的压力，利用两边的磁钢来实现吹弧，使得这种灭弧磁路既能灭弧又能抵抗电动斥力。但是，这种具有灭弧磁体的触头桥，存在如下弊端：一是磁利用率低，磁钢间磁场会错乱，导致触头间灭弧磁场强度下降；二是，成本较高；三是，磁钢的磁利用率较低，当大电流流过动簧片时，由于两边磁钢会使动簧产生一个触头间脱开的力，从而削弱了中间磁钢对动簧片产生的安培力。

本申请人的在先专利申请“一种直流继电器”(专利公开号CN104091726A)，提出了一种四块磁钢方案，在动簧片的长度的两端的外侧分别有一块磁钢，在动簧片的长度的中间的外侧也分别有一块磁钢，利用动簧片的长度的两端的外侧的磁钢来实现吹弧，利用动簧片的长度的中间的外侧的磁钢来产生安培力，以抵抗动、静触头之间的电动斥力，从而解决了“具有灭弧磁体的触头桥”(专利公开号CN102246250A)所造成的弊端。但是，由于灭弧磁场强度和给动簧提供安培力的磁场强度是靠磁钢漏磁产生，这样，磁钢的磁利用率就比较低。图1即为这种四块磁钢方案的磁力线分布示意图，如图1所示，在动簧片101的四周分布有四块磁钢，其中两块磁钢102分布在动簧片101的长度的两端的外侧，另外两块磁钢103分布在动簧片101的长度的中间的外侧，两块磁钢102各自形成了主磁通104，两块磁钢103各自形成了主磁通105，而在相邻的两块磁钢之间，会形成二组漏磁通106，从图1可以看出灭弧磁场强度和给动簧提供安培力的磁场强度主要是靠磁钢漏磁产生，而且主磁通104与漏磁通106之间，在某些区域还会相互抵消，又进一步减弱了磁场强度。在这种四块磁钢方案中，又进一步提出了在两块磁钢102(即分布在动簧片的长度的两端的外侧的磁钢)之间增加磁轭107(如图2所示)，但是两块磁钢102所形成的主磁通108也只能增强灭弧磁场强度，而其漏磁通109在给动簧提供安培力方面也是相互抵消的，因此，磁钢的磁利用率就比较低。

另外，如图1所示，漏磁通106是由相邻的磁钢102和磁钢103之间产生，由于磁钢103处于动簧片101的长度的中间，与磁钢102之间的距离相对较远，这样就使得漏磁通106相对较小，使得用来实现灭弧的磁场强度和用来给动簧提供安培力的磁场强度不够。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种磁钢错位分布的灭弧磁路及其直流继电器，通过将动簧片的长度的中间的二块磁钢错位分布，让相邻的两块磁钢之间的距离缩短，以增强相邻的两块磁钢之间所形成的磁场强度，从而使灭弧磁场强度和给动簧提供安培力的磁场强度大大得到增强，使磁钢的磁利用率得到大大提高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磁钢错位分布的灭弧磁路，包括触头部分，触头部分包括两个分别用来提供电流流入、流出的静触头和一个动簧片，所述动簧片的两端分别与两个静触头相配合；在动簧片的长度的两端的外侧分别设有一块第一磁钢；在动簧片的宽度的两边的外侧分别设有一块第二磁钢，其中，两块第一磁钢的极性异性相对，两块第二磁钢的极性也异性相对；两块第二磁钢呈错位分布，且错位分布的第二磁钢是向相邻的极性呈异性设置的第一磁钢方向偏置。

进一步的，所述两块第二磁钢分别设在正对两个静触头与动簧片相接触的位置。

进一步的，所述灭弧磁路还包括二个具有导磁作用的轭铁夹，二个轭铁夹分别连接在相对应的第一磁钢与第二磁钢之间；所述相对应的第一磁钢和第二磁钢的朝向动簧片的极性为相互异性。

所述两块第二磁钢中，其中一块第二磁钢的N极朝向动簧片，该N极朝向动簧片的第二磁钢设置在动簧片的电流流向的右侧，以利用四块磁钢的磁场所产生的安培力来抵抗动、静触头之间的电动斥力，增加动、静触头之间的压力。

所述两块第二磁钢中，其中一块第二磁钢的N极朝向动簧片，该N极朝向动簧片的第二磁钢设置在动簧片的电流流向的左侧，以利用四块磁钢的磁场所产生的安培力来匹配动、静触头之间的电动斥力，增加动、静触头之间的分离力。

一种直流继电器，包括所述灭弧磁路。

本发明的一种磁钢错位分布的灭弧磁路及其直流继电器，是在动、静触头四周分布四块磁钢，并且将两块第二磁钢错位分布，让两块第二磁钢更加靠近分别对应相配合的两块第一磁钢，以增强相邻的两块磁钢之间所形成的磁场强度，相邻的两块磁钢之间所形成的磁场既可以用来灭弧，也可以用来给动簧提供安培力。进一步的，是在相邻的二块磁钢之间增加轭铁夹，由于轭铁夹的磁阻远远小于空气磁阻，磁钢的磁通主要往轭铁夹走形成主磁通，这样，原来相邻的二块磁钢之间的漏磁通就变成了主磁通，从而使灭弧磁场强度和给动簧提供安培力的磁场强度大大增强，就形成了利用四块磁钢的磁场来同时产生灭弧和增加(或减小)触头压力的双重功能。同时，两块第二磁钢之间的漏磁通对动簧片产生的安培力与主磁通对动簧片产生的安培力方向是一致的，两块第一磁钢之间的漏磁通对电弧产生的磁吹方向和主磁通产生的磁吹方向也是一致的。当大电流流过动簧片时，动簧片会受四块磁钢的磁场所产生的向上(或向下)的安培力去抵抗(或匹配)动、静触头之间的电动斥力，从而使动簧片与引出端紧密接触(或快速分离)。当动、静触头之间有电弧产生时，四块磁钢通过轭铁夹所产生的主磁通会对电弧产生磁吹，从而使电弧快速熄灭。两块第二磁钢的极性设置有特殊要求，当用于增加动、静触头之间的压力时，两块第二磁钢中，其中一块第二磁钢的N极朝向动簧片，该N极朝向动簧片的第二磁钢设置在动簧片的电流流向的右侧；当用于增加动、静触头之间的分离力即实现快速分断动、静触头时，两块第二磁钢中，其中一块第二磁钢的N极朝向动簧片，该N极朝向动簧片的第二磁钢设置在动簧片的电流流向的左侧。

本发明的有益效果是：

1、由于将两块第二磁钢错位分布，使相邻的第二磁钢与第一磁钢之间的距离缩短，从而增强了相邻的两块磁钢之间所形成的磁场强度，也使得灭弧磁场强度和给动簧提供安培力的磁场强度得到了增强，使磁钢的磁利用率得到提高

2、由于在相邻的二块磁钢之间再增加轭铁夹，由于轭铁夹的磁阻远远小于空气磁阻，这样，磁钢的磁通主要往轭铁夹走，使原来相邻的两块磁钢之间的漏磁通成为了主磁通，从而使灭弧磁场强度和给动簧提供安培力的磁场强度大大增强。

3、由于将两块第二磁钢错位分布，从而增强了相邻的两块磁钢之间所形成的磁场强度，实现了用同一磁场方案来同时产生灭弧和增加触头压力(或快速分断触头)的双重功能。即，第一磁钢也参予了给动簧提供安培力的作用，第二磁钢也参予了灭弧的作用，使磁钢的磁利用率得到提高。而原有方案中，第一磁钢仅用来灭弧，第二磁钢仅用来给动簧提供安培力。

4、由于在相邻的二块磁钢之间还增加轭铁夹，这样就可以利用主磁通来实现灭弧和给动簧提供安培力，使磁钢的磁利用率得到大大提高。

5、该方案不仅仅适用于当触头闭合，触头回路产生故障大电流时的应用，还适用于当触头由断开到闭合这一接通大电流的应用。由于触头电动斥力的存在，以及触头由断开到闭合这一过程会有触头回跳，接通大电流时，由于触头压力不足，产品很有可能爆炸或者烧毁等情况。而使用该方案，可以给触头提供强大的压力，使触头紧密接触，避免异常。

6、该方案还适用于当系统异常产生大的故障电流而需要分断时，当电流变大，动簧会受一个与触头压力相反的安培力，从而和触头电动斥力一起抵抗触头压力，使得动、静触头迅速分离，达到切断电路中异常电流的目的。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种磁钢错位分布的灭弧磁路及其直流继电器不局限于实施例。

附图说明

图1是现有技术的四块磁钢方案的磁力线分布示意图；

图2是现有技术的四块磁钢方案的其中两块磁钢的磁力线分布示意图；

图3是实施例一本发明的灭弧磁路的磁力线分布示意图；

图4是实施例二本发明的灭弧磁路的磁力线分布示意图；

图5是实施例二本发明的灭弧磁路的产生安培力的示意图；

图6是实施例三本发明的灭弧磁路的磁力线分布示意图；

图7是实施例四本发明的灭弧磁路的磁力线分布示意图；

图8是实施例五本发明的灭弧磁路的磁力线分布示意图；

图9是实施例五本发明的灭弧磁路的产生安培力的示意图；

图10是实施例五本发明的直流继电器的应用示意图。

具体实施方式

实施例一

参见图3所示，本发明的一种磁钢错位分布的灭弧磁路，包括触头部分，触头部分包括两个分别用来提供电流流入、流出的静触头即静触头11、静触头12和一个动簧片21，所述动簧片21的两端分别与两个静触头11、12相配合，当动、静触头接触在一起时，电流I由静触头11流入，经过动簧片21后，从静触头12流出；在动簧片21的长度的两端的外侧分别设有一块第一磁钢31；在动簧片的宽度的两边的外侧分别设有一块第二磁钢32，其中，两块第一磁钢31的极性异性相对，两块第二磁钢32的极性也异性相对；两块第二磁钢32呈错位分布，即，两块第二磁钢32分别处在动簧片的长度的中间的侧边，呈不相对的分布状态，相当于将动簧片的长度的中间的二块磁钢错位分布，且错位分布的第二磁钢32是向相邻的极性呈异性设置的第一磁钢31方向偏置，即，错位时，N极朝向动簧片的第二磁钢32偏向S极朝向动簧片的第一磁钢31,S极朝向动簧片的第二磁钢32偏向N极朝向动簧片的第一磁钢31。

在四块磁钢中，两块第一磁钢31的自身磁场的磁力线为主磁通61，两块第二磁钢32的自身磁场的磁力线为主磁通62，两块第一磁钢31之间的磁场的磁力线为漏磁通53，两块第二磁钢32之间的磁场的磁力线为漏磁通54；在相邻的两块磁钢之间，即第一磁钢31与第二磁钢32之间也会形成磁场，第一磁钢31与第二磁钢32之间的磁场的磁力线也为漏磁通63。可以用来灭弧的是两块第一磁钢31之间的漏磁通53以及两块第一磁钢31自身的主磁通61，可以用来产生安培力以抵抗动、静触头之间的电动斥力的两块第二磁钢32之间的漏磁通54以及两块第二磁钢32自身的主磁通62；第一磁钢31与第二磁钢32之间的漏磁通63，既可以产生灭弧吹力，也可以产生安培力以抵抗动、静触头之间的电动斥力。

本实施例是应用于抵抗电动斥力，因此，所述两块第二磁钢32中，其中一块第二磁钢32的N极朝向动簧片21，该N极朝向动簧片21的第二磁钢32设置在动簧片12的电流流向的右侧，以利用磁场所产生的安培力来抵抗动、静触头之间的电动斥力，增加动静触头之间的压力。这样，另一块第二磁钢32是设置在动簧片12的电流流向的左侧，另一块第二磁钢32是S极朝向动簧片21。

本实施例中，所述两块第一磁钢31中，其中一块第一磁钢31的N极朝向动簧片21，该N极朝向动簧片21的第一磁钢31设置在动簧片12的电流流出的一端，另一块第一磁钢31则是S极朝向动簧片21，该S极朝向动簧片21的第一磁钢31设置在动簧片12的电流流入的一端。

本发明的一种直流继电器，是包括上述具有抵抗电动斥力的灭弧磁路。

实施例二

参见图4至图5所示，本发明的一种磁钢错位分布的灭弧磁路，与实施例一的不同之处在于，所述灭弧磁路还包括二个具有导磁作用的轭铁夹41，二个轭铁夹41分别连接在相对应的第一磁钢31与第二磁钢32之间；所述相对应的第一磁钢31和第二磁钢32的朝向动簧片的极性为相互异性。这样，在动、静触头相配合的周边，就有二组连接有轭铁夹41的第一磁钢31和第二磁钢32。

由于有了轭铁夹41，轭铁夹的磁阻远远小于空气磁阻，这样，磁钢的磁通主要往轭铁夹走，使原来相邻的两块磁钢之间的漏磁通成为了主磁通。这样就可以利用四块磁钢的磁场所产生的安培力来抵抗动、静触头之间的电动斥力F11、F12，增加动静触头之间的压力。

这样，二组连接有轭铁夹41的第一磁钢31和第二磁钢32分别是，所述N极朝向动簧片21的一块第二磁钢32的S极和所述S极朝向动簧片21的另一块第一磁钢31的N极通过一个轭铁夹41相连接，所述S极朝向动簧片21的另一块第二磁钢32的N极和所述N极朝向动簧片21的一块第一磁钢31的S极通过另一个轭铁夹41相连接。

这样，在二组连接有轭铁夹41的第一磁钢31和第二磁钢32中就分别形成了主磁通，在主磁通的磁力线51、磁力线52的作用下，根椐左手定则，会在触头间产生磁力F21、F22,当动、静触头间产生电弧时，电弧在磁力的作用下沿磁力F21、F22方向被拉长而熄弧。同样，当通电时，动簧片21流过电流I，根椐左手定则，动簧片21在磁场作用下受到一个向上的安培力F31，去抵抗动、静触头之间的电动斥力F11、F12，使触头压力变大，从而使触头可靠接触。本发明的另一个重要意义在于，当触头回路产生故障大电流(比如4KA、6KA等)时，安培力与触头压力方向一致，可大大增大触头压力。从而有效抵抗触头的电动斥力，使得触头可靠接触，避免触头弹开造成触头烧蚀等不安全后果。

在两个第一磁钢31之间会存在漏磁，在漏磁的磁力线53的作用下，根椐左手定则，这种漏磁所导致的电弧受力方向与主磁通所导致的电弧受力方向产生的作用是一致的；同样，在两个第二磁钢32之间也会存在漏磁，在漏磁的磁力线54的作用下，根椐左手定则，也会在动簧片21上产生一个向上的安培力，这个安培力与主磁通所产生的安培力F31的方向也是一致的，也就是说，本发明的磁钢方案的漏磁对于我们所要达成的目的是有利的。

本发明实现了同一磁场方案同时产生灭弧和增加触头压力的双重功能。即，第一磁钢也参予了给动簧提供安培力的作用，第二磁钢也参予了灭弧的作用，使磁钢的磁利用率得到大大提高。

本发明的一种直流继电器，是包括上述具有抵抗电动斥力的灭弧磁路。

实施例三

参见图6所示，本发明的一种磁钢错位分布的灭弧磁路及其直流继电器，与实施例一的不同之处在于，所述两块第二磁钢32分别设在正对两个静触头11、12与动簧片21相接触的位置，也就是说，将两块第二磁钢32分别分布在对应于动静触头相接触的位置。这样，第二磁钢32又更加靠近对应配合的第一磁钢31，且第二磁钢32正对触头，使灭弧磁场和给动簧提供安培力的磁场强度都能增强。

实施例四

参见图7所示，本发明的一种磁钢错位分布的灭弧磁路及其直流继电器，与实施例二的不同之处在于，所述两块第二磁钢32分别设在正对两个静触头11、12与动簧片21相接触的位置，也就是说，将两块第二磁钢32分别分布在对应于动静触头相接触的位置。

实施例五

参见图8至图10所示，本发明的一种磁钢错位分布的灭弧磁路及其直流继电器，与实施例二的不同之处在于，所述两块第二磁钢32中，其中一块第二磁钢32的N极朝向动簧片，该N极朝向动簧片的第二磁钢32设置在动簧片21的电流流向的左侧，以利用四块磁钢的磁场所产生的安培力来匹配动静触头之间的电动斥力，增加动静触头之间的分离力。

由于两块第二磁钢32的位置发生变化，当通电时，动簧片21流过电流I，根椐左手定则，动簧片21在磁场作用下受到一个向下的安培力F32，安培力F32与动、静触头间的压力F51相反。

如图10所示，在系统中和继电器一起串联了一个保险丝，当系统异常产生大的故障电流(比如4KA、6KA)，由安培力公式F＝B·I·L(B、L不变)，可知，电流变大，动簧会受一个与触头压力相反的安培力，从而和触头电动斥力一起抵抗触头压力，使得动静触头迅速分离，达到切断电路中异常电流的目的。

而在正常负载下，由于系统电流较小(基本为数百安培)，安培力F32较小，对动簧片基本没影响，所以不影响继电器的正常性能。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种磁钢错位分布的灭弧磁路及其直流继电器，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种磁钢错位分布的灭弧磁路，包括触头部分，触头部分包括两个分别用来提供电流流入、流出的静触头和一个动簧片，所述动簧片的两端分别与两个静触头相配合；在动簧片的长度的两端的外侧分别设有一块第一磁钢；其特征在于：在动簧片的宽度的两边的外侧分别设有一块第二磁钢，其中，两块第一磁钢的极性异性相对，两块第二磁钢的极性也异性相对；两块第二磁钢呈错位分布，且错位分布的第二磁钢是向相邻的极性呈异性设置的第一磁钢方向偏置。

2.根据权利要求1所述的灭弧磁路，其特征在于：进一步的，所述两块第二磁钢分别设在正对两个静触头与动簧片相接触的位置。

3.根据权利要求1或2所述的灭弧磁路，其特征在于：进一步的，所述灭弧磁路还包括二个具有导磁作用的轭铁夹，二个轭铁夹分别连接在相对应的第一磁钢与第二磁钢之间；所述相对应的第一磁钢和第二磁钢的朝向动簧片的极性为相互异性。

4.根据权利要求1或2所述的灭弧磁路，其特征在于：所述两块第二磁钢中，其中一块第二磁钢的N极朝向动簧片，该N极朝向动簧片的第二磁钢设置在动簧片的电流流向的右侧，以利用四块磁钢的磁场所产生的安培力来抵抗动、静触头之间的电动斥力，增加动、静触头之间的压力。

5.根据权利要求3所述的灭弧磁路，其特征在于：所述两块第二磁钢中，其中一块第二磁钢的N极朝向动簧片，该N极朝向动簧片的第二磁钢设置在动簧片的电流流向的右侧，以利用四块磁钢的磁场所产生的安培力来抵抗动、静触头之间的电动斥力，增加动、静触头之间的压力。

6.根据权利要求1或2所述的灭弧磁路，其特征在于：所述两块第二磁钢中，其中一块第二磁钢的N极朝向动簧片，该N极朝向动簧片的第二磁钢设置在动簧片的电流流向的左侧，以利用四块磁钢的磁场所产生的安培力来匹配动、静触头之间的电动斥力，增加动、静触头之间的分离力。

7.根据权利要求3所述的灭弧磁路，其特征在于：所述两块第二磁钢中，其中一块第二磁钢的N极朝向动簧片，该N极朝向动簧片的第二磁钢设置在动簧片的电流流向的左侧，以利用四块磁钢的磁场所产生的安培力来匹配动、静触头之间的电动斥力，增加动、静触头之间的分离力。

8.一种直流继电器，其特征在于：包括如权利要求1至7中任一权利要求所述的灭弧磁路。