CN106531562A - 一种节能接触器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能接触器，包括触头支架、静触头、动触头、上部轭铁、下部轭铁、电磁线圈以及对触头支架施以回复力的复位件，所述上部轭铁与动触头与所述触头支架呈联动设置，所述静触头与所述动触头相配合设置，所述下部轭铁与所述上部轭铁相配合设置，所述电磁线圈绕设在所述下部轭铁上，所述下部轭铁内设置有与所述上部轭铁相配合的永磁体。本发明技术方案，具有节能的效果，并且接触器同时具备机械冲击自检测功能，能对接触器闭合过程中的冲击力进行自检测，从而可以实时掌握接触器的动态特性。

Description

一种节能接触器

技术领域

本发明涉及一种节能接触器。

背景技术

接触器广义上是指线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。目前，接触器按操作机构可以分为电磁式接触器和永磁式接触器，按主触点连接回路的形式又可以分为直流接触器和交流接触器。

电磁式接触器是依靠电磁线圈的接通与分断来实现接触器的闭合与断开。当接触器的电磁线圈不接入电流时，在弹簧的弹力的作用下，上下衔铁无法接触，接触器的动触头和静触头分离，接触器处于断开状态；当给接触器的电磁线圈施加一定大小的电流以后，电磁线圈产生一定大小的磁场，上下衔铁之间便产生了一定大小的电磁力，而电磁力大于弹簧的弹力，故在电磁力和弹簧弹力的共同作用下，上下衔铁便吸合到一起，从而动触头与静触头接触，接触器导通，与接触器相连的电路接通。电磁式的接触器能实现快速的接通，配合继电器可以实现定时操作，连锁控制。但是电磁式接触器在接触器接通、保持、分段的全过程中均需要给电磁线圈通入一定大小的电流，长时间维持电流的存在，增大了接触器的能量损耗耗。

永磁式的接触器是采用永磁体的吸引力来代替电磁线圈产生的电磁力来实现对接触器的控制，当接触器需要闭合时，电磁线圈与永磁体产生合力，使动、静衔铁完成闭合。接触器处于吸合状态时，依靠永磁体产生的吸力维持接触器吸合，此时无需外加电流，相比电磁式接触器，永磁接触器可以达到节能的目的。但是永磁接触器工作可靠性低，当退磁回路出现故障时，永磁体无法退磁，接触器无法进行分断，从而造成安全严重的安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本专利提出了一种电磁-永磁复合型的节能型接触器结构，接触器同时具备机械冲击自检测功能，能对接触器闭合过程中的冲击力进行自检测，从而可以实时掌握接触器的动态特性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种节能接触器，包括触头支架、静触头、动触头、上部轭铁、下部轭铁、电磁线圈以及对触头支架施以回复力的复位件，所述上部轭铁与动触头与所述触头支架呈联动设置，所述静触头与所述动触头相配合设置，所述下部轭铁与所述上部轭铁相配合设置，所述电磁线圈绕设在所述下部轭铁上，所述下部轭铁内设置有与所述上部轭铁相配合的永磁体。

本发明进一步设置：所述下部轭铁还设置有机械冲击自检测机构，所述机械冲击自检测机构包括承受上部轭铁撞击力的铁镓合金棒以及绕设在所述铁镓合金棒上的感应线圈。

本发明进一步设置：所述下部轭铁设置有容置腔，所述铁镓合金棒设置在所述容置腔内，所述容置腔的高度与所述铁镓合金棒的高度相适配设置。

本发明进一步设置：所述永磁体设置在所述容置腔内，所述永磁体设置有通孔，所述铁镓合金棒插设在所述通孔内。

本发明进一步设置：所述永磁体的高度小于所述容置腔的高度。

本发明进一步设置：所述容置腔设置在所述下部轭铁的一侧，所述永磁体的宽度、长度分别和容置腔的宽度、高度相适配设置。

本发明进一步设置：还包括底座，所述底座两侧分别设置有供触头支架上下移动的轨道，所述复位件设置为弹簧，所述弹簧的两端分别与底座以及触头支架相抵设置，所述下部轭铁设置在所述底座上。

通过采用本发明技术方案，利用永磁体吸力和电磁吸力共同产生的吸力进行工作的。在吸合阶段，给外部的电磁线圈施加一定大小的电流，电流在线圈上产生一定大小的磁场；此外，下部轭铁的内部有安装腔，安装腔内有永磁体，永磁体也会产生一定大小的磁场。在上述两种磁场的共同作用下，上部轭铁克服弹簧的弹力的作用与下部轭铁吸合在一起，此时动触头与静触头接触，接触器接通。在保持阶段，由于永磁吸力的存在，只需要满足永磁和电磁吸力的合力大于弹簧反力即可维持电路闭合，故可以适当减小电磁线圈的吸合维持电流，从而达到节能的目的。接触器需要分断时，电磁线圈断电，电磁吸力消失，永磁吸力单独存在，由于在保持阶段弹簧处于压缩状态，弹簧的弹力大于永磁体的吸力，在弹簧弹力的作用下，上部轭铁和下部轭铁分离，从而接触器的静触头和动触头分开，接触器完成分断。上述结构较简单，能实现接触器的快速吸合和分断。与一般电磁式的接触器相比，在吸合阶段和保持阶段，由于永磁体的存在，闭合状态时的维持电流远小于普通电磁式接触器的维持电流，达到有效节能的目的。同时，由于单独的永磁吸力小于弹簧反力，所以当维持电流消失时，接触器即可进行分断，有效提高了接触器的工作可靠性。

为对接触器吸合过程中的机械冲击进行检测评估，在接触器永磁体内部嵌入铁镓合金棒，通过铁镓合金检测接触器在闭合时冲击力的大小，为接触器的设计和优化提供依据。铁镓合金具有磁致伸缩逆效应，即当材料承受的应力发生变化时，其内部磁化强度会发生改变，因而可以通过测量材料磁化率的变化对外部应力进行检测。该材料具备良好的机械性能，抗冲击能力强，可以进行轧制、冲击、锻压、切割等，其最大拉伸应力超过500 MPa，这些属性为铁镓合金在结构复合、冲击检测和体积裁剪等方面的应用提供了可能。

附图说明

图1为本发明实施例结构图；

图2为本发明实施例结构爆炸图；

图3为本发明的机械冲击自检测机构实施例结构图；

图4为本发明的机械冲击自检测机构实施例结构剖视图；

图5为本发明实施例的冲击信号提取流程图。

具体实施方式

参见附图1-4，本发明公开的节能接触器，包括触头支架1、静触头2、动触头3、上部轭铁4、下部轭铁5、电磁线圈6以及对触头支架1施以回复力的复位件，所述上部轭铁4与动触头3与所述触头支架1呈联动设置，所述静触头2与所述动触头3相配合设置，所述下部轭铁5与所述上部轭铁4相配合设置，所述电磁线圈6绕设在所述下部轭铁5上，所述下部轭铁5内设置有与所述上部轭铁4相配合的永磁体8。

本发明进一步设置：所述下部轭铁5还设置有机械冲击自检测机构，所述机械冲击自检测机构包括承受上部轭铁4撞击力的铁镓合金棒9以及绕设在所述铁镓合金棒9上的感应线圈10。

本发明进一步设置：所述下部轭铁5设置有容置腔501，所述铁镓合金棒9设置在所述容置腔501内，所述容置腔501的高度与所述铁镓合金棒9的高度相适配设置。

本发明进一步设置：所述永磁体8设置在所述容置腔501内，所述永磁体8设置有通孔，所述铁镓合金棒9插设在所述通孔内。

本发明进一步设置：所述永磁体8的高度小于所述容置腔501的高度。

本发明进一步设置：所述容置腔501设置在所述下部轭铁5的一侧，所述永磁体8的宽度、长度分别和容置腔501的宽度、高度相适配设置。

本发明进一步设置：还包括底座11，所述底座11两侧分别设置有供触头支架1上下移动的轨道1101，所述复位件设置为弹簧7，所述弹簧7的两端分别与底座11以及触头支架1相抵设置，所述下部轭铁5设置在所述底座11上。

具体工作情况：

合闸阶段：在初始阶段，弹簧7由于处于压缩状态，弹簧7提供给上部结构的弹力大于上部结构的重力和永磁体8提供的吸力。当需要使接触器合闸时，给左右两侧的电磁线圈6施加一个励磁电流，在励磁电流的作用下，向下的合力大于弹簧7向上的弹力，上部轭铁4和下部轭铁5吸合到一起，动触头3便与静触头2接触，接触器合闸。

保持阶段：当接触器合闸以后，电磁线圈6上通入维持电流并保持不变，在电磁吸力和永磁吸力合力的作用下，上部轭铁4和下部轭铁5仍然能较好的接触，接触器一直处于闭合状态。

分断阶段：当接触器需要断开时，断开电磁线圈6的供电电路，电磁线圈6励磁电流为零。由于此时弹簧7的弹力大于永磁体8向下的合力，故在垂直方向上，上部结构所受的总的合力的方向是向上的，在该力的作用下，上部轭铁4和下部轭铁5分离，动触头3便与静触头2分开，实现了接触器的分断。

注意到，在接触器的保持阶段，电磁线圈6上所需的维持电流远小于普通电磁式接触器的维持电流，从而达到有效节能的目的。

此外，接触器在合闸时，由于合闸时间较短，上部轭铁4和下部轭铁5从分离状态转换到接触状态的时间也很短，从而在接触的一瞬间，上部轭铁4和下部轭铁5便会发生碰撞，过大的冲击碰撞会产生触头弹跳，加重触头烧蚀程度，影响接触器电寿命和机械寿命。因而对接触器闭合过程中产生的机械碰撞进行实施监测，对全面掌握接触器动态运行性能、提高接触器使用寿命及可靠性，均具有重要的意义。

为了实时监测接触器吸合过程中产生的机械碰撞力大小，本专利提出了一种冲击力的实时检测机构，便于接触器结构的改进和冲击力的实时监测。在下部轭铁5的左、右两侧面上均存在一个方形的容置腔501，该容置腔501的长度方向和宽度方向的尺寸与永磁体8长度和宽度方向的尺寸保持一致，永磁体8刚刚好填入到所加工的容置腔501内。但是，永磁体8在高度方向的尺寸比容置腔501的高度小1mm，这样能有效的保证永磁体8即能较好的安装在容置腔501内，又不会受到冲击力的作用。永磁体8内存在一个圆形的孔洞，且圆形孔洞的直径与铁镓合金棒9的直径是一致的，故铁镓合金棒9能有效的安装在永磁体8的圆形孔洞内，永磁体8在提供永磁吸力的同时，由于铁镓合金棒9置于永磁体8内部，永磁体8可以为铁镓合金棒9提供工作时的偏置磁场，无需额外机构为铁镓合金提供偏置磁场。铁镓合金棒9的长度与容置腔501的高度一致，比永磁体8的高度高出1mm，因而上下轭铁和在闭合过程中发生机械碰撞时，该机械冲击力可直接作用于铁镓合金棒9上，同时不会对永磁体8产生任何影响。在铁镓合金棒9表面绕制有感应线圈10，该感应线圈10用来测量铁镓合金棒9受冲击力作用时内部产生的感应电压大小，通过此电压对外部机械冲击进行标定。

当上部轭铁4和下部轭铁5发生碰撞时，碰撞会通过下部轭铁5的刚性结构传递到铁镓合金棒9上，而铁镓合金棒9的磁特性会随着外载荷的变化而变化，故此时铁镓合金棒9上的磁特性会发生变化，而感应线圈10可以感应到这种变化，并在感应线圈10的两端产生一定大小的感应电压，其计算公式为：

式中为感应线圈10的匝数密度，为截面积，为铁镓内部磁通密度大小，从该方程可以看出，对采集得到的感应电压进行积分运算以后，即可以得到材料内部磁通密度的大小，由于铁镓合金磁通密度在一定范围内与外部冲击应力存在二次函数的关系，因而可以通过感应电压的积分值对接触器铁芯闭合时产生的机械冲击进行实时动态测量，测量步骤如图5所示。

Claims (7)

1.一种节能接触器，包括触头支架、静触头、动触头、上部轭铁、下部轭铁、电磁线圈以及对触头支架施以回复力的复位件，所述上部轭铁与动触头与所述触头支架呈联动设置，所述静触头与所述动触头相配合设置，所述下部轭铁与所述上部轭铁相配合设置，所述电磁线圈绕设在所述下部轭铁上，其特征在于：所述下部轭铁内设置有与所述上部轭铁相配合的永磁体。

2.根据权利要求1所述的节能接触器，其特征在于：所述下部轭铁还设置有机械冲击自检测机构，所述机械冲击自检测机构包括承受上部轭铁撞击力的铁镓合金棒以及绕设在所述铁镓合金棒上的感应线圈。

3.根据权利要求2所述的节能接触器，其特征在于：所述下部轭铁设置有容置腔，所述铁镓合金棒设置在所述容置腔内，所述容置腔的高度与所述铁镓合金棒的高度相适配设置。

4.根据权利要求3所述的节能接触器，其特征在于：所述永磁体设置在所述容置腔内，所述永磁体设置有通孔，所述铁镓合金棒插设在所述通孔内。

5.根据权利要求4所述的节能接触器，其特征在于：所述永磁体的高度小于所述容置腔的高度。

6.根据权利要求5所述的节能接触器，其特征在于：所述容置腔设置在所述下部轭铁的一侧，所述永磁体的宽度、长度分别和容置腔的宽度、高度相适配设置。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的节能接触器，其特征在于：还包括底座，所述底座两侧分别设置有供触头支架上下移动的轨道，所述复位件设置为弹簧，所述弹簧的两端分别与底座以及触头支架相抵设置，所述下部轭铁设置在所述底座上。