CN107533927A

CN107533927A - 接触器组件

Info

Publication number: CN107533927A
Application number: CN201680023093.7A
Authority: CN
Inventors: H.G.高德弗罗伊; M.普里斯特; T.D.恩戈
Original assignee: Tyco Electronics Corp
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2018-01-02
Anticipated expiration: 2036-04-14
Also published as: JP6487573B2; WO2016171987A1; EP3286773A1; JP2018513538A; US20160314924A1; CN107533927B; US9548174B2

Abstract

本发明公开了一种适于将电力切换到具有电源的电路的开关组件和方法。开关组件包括载流触头和联接构件。联接构件具有用于接合载流触头的导电垫，以及在导电垫之间延伸的接触桥。致动器组件使联接构件在闭合位置与打开位置之间移动，在闭合位置中，联接构件的导电垫接合载流触头，在打开位置中，联接构件的导电垫从载流触头脱离。在接触桥与导电垫之间产生反抗电磁力，以当致动器组件接近或处于闭合位置时，抵抗在载流触头与导电垫之间产生的电磁排斥力。

Description

接触器组件

技术领域

本发明涉及一种继电器或开关。特别地，本发明涉及使用电磁力来抵抗触头的电磁排斥的接触器和方法。

背景技术

继电器和接触器是已知的用于切换预期电路/负载等的装置。继电器是电动操作的开关。许多已知的继电器使用电磁铁来机械地操作开关机构，但是其他操作原理也被使用。在必须通过低功率信号控制电路的情形下或者必须通过一个信号控制若干电路的情形下使用继电器。接触器是用于切换电力电路的电控开关，类似于除了具有较高额定电流以外的继电器。

一般而言，简单的电磁继电器由线圈组件、可移动的衔铁和一组或多组触头组成，即单掷系统、双掷系统等。这些触头组包括可移动的触头、固定常开触头和固定常闭触头。衔铁机械地链接到一组或多组移动触头，并通过弹簧保持在位。

当电流通过线圈组件时，它产生吸引衔铁的磁场。可移动的(多个)触头的随之发生的移动使得与(多个)固定触头建立或者断开(取决于构造)连接。如果当继电器断电时触头组闭合，那么该移动打开触头并断开连接，如果触头打开，则相反。当到线圈的电流被切断时，衔铁通过复位弹簧的弹簧力返回到其释放位置。该力通常由弹簧提供，但在工业电机起动器中也常使用重力。大多数继电器和接触器被制造为快速操作。在低电压应用中，这降低了噪音；在高电压或高电流应用中，它减少了电弧。为了允许触头的适当移动，弹簧力被设计为小于由线圈产生的力。

然而，在许多接触器中，由通过触头的电流的流动的收缩而产生的电磁排斥可能防止或阻止触头正确地闭合，或者由于在操作期间施加的大瞬态脉冲而可能使得触头不正确地打开。通常在这样的应用中，提供接触弹簧的大的弹簧力来克服或抵消电磁排斥。大的弹簧力在可移动的接触器与固定接触器之间提供接触压力，从而将触头保持在闭合位置。

为了增加由接触弹簧产生的接触压力，必须增加弹簧的尺寸。因此，由电磁铁产生的驱动可移动的接触器的力也必须增大，从而需要较大的电磁体。这导致了整个结构的尺寸增加。

因此，有利的是，提供一种接触器组件，其中在不需要增加组件的尺寸情况下使触头保持在闭合位置。特别地，有利的是，提供一种使用电磁力来抵抗或抵消触头的电磁排斥的接触组件。

发明内容

一种适于将电力切换到具有电源的电路的接触器组件提供了该解决方案。接触器组件包括壳体，其具有设置在其中的载流触头。载流触头包括从壳体凸出的导电体。联接构件包括用于接合载流触头的导电垫，以及在导电垫之间延伸的接触桥。致动器组件使联接构件在闭合位置与打开位置之间移动，在闭合位置中，联接构件的导电垫接合载流触头，在打开位置中，联接构件的导电垫从载流触头脱离。在接触桥与导电垫之间产生反抗电磁力，以当致动器组件处于闭合位置时，抵抗在载流触头与导电垫之间产生的电磁排斥力。

附图说明

现在将参考附图通过示例的方式描述本发明，其中：

图1是根据本公开的一个实施例的包括接触器组件的电路的示意图。

图2是图1所示的接触器组件的透视图，其中母线被移除。

图3是沿着图2所示的线3-3截取的接触器组件的截面图，图示了处于打开位置的接触器组件。

图4是类似于图3所示的接触器组件的截面图，图示了处于闭合位置的接触器组件。

图5是接触器组件的触头和联接构件的放大的截面图。

具体实施方式

实施例涉及一种适于将电力切换到具有电源的电路的接触器组件。接触器组件包括壳体，其具有设置在其中的载流触头。载流触头包括从壳体凸出的导电体。联接构件包括用于接合载流触头的导电垫，以及在导电垫之间延伸的接触桥。致动器组件使联接构件在闭合位置与打开位置之间移动，在闭合位置中，联接构件的导电垫接合载流触头，在打开位置中，联接构件的导电垫从载流触头脱离。在接触桥与导电垫之间产生反抗电磁力，以当致动器组件处于闭合位置时，抵抗在载流触头与导电垫之间产生的电磁排斥力。

实施例涉及一种适于将电力切换到具有电源的电路的开关组件。开关组件包括载流触头和联接构件。联接构件具有用于接合载流触头的导电垫，以及在导电垫之间延伸的接触桥。致动器组件使联接构件在闭合位置与打开位置之间移动，在闭合位置中，联接构件的导电垫接合载流触头，在打开位置中，联接构件的导电垫从载流触头脱离。在接触桥与导电垫之间产生反抗电磁力，以当致动器组件处于闭合位置时，抵抗在载流触头与导电垫之间产生的电磁排斥力。

实施例涉及一种启动开关组件的方法，该开关组件适于将电力切换到具有电源的电路，该方法包括：将联接构件从打开位置移动到闭合位置；当联接构件接近闭合位置时，将联接构件的接触垫电联接到开关组件的静止载流触头；在接触垫与载流触头之间形成电磁排斥力；以及形成反抗电磁力，其作用于导电垫以反抗电磁排斥力。其中当反抗电磁力抵消了电磁排斥力时，反抗电磁力在导电垫与载流触头配合期间防止或消除了导电垫从载流触头的弹跳，允许该配合更容易预测和控制。

对根据本发明的原理的说明性实施例的描述旨在结合附图来阅读，附图将被视为是整个文字描述的一部分。在本文公开的本发明的实施例的描述中，对于方向或取向的任何提及仅仅是为了方便描述，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。相对的术语例如“下部”、“上部”、“水平”、“垂直”、“之上”、“之上”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”，还有它们的派生词(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应该理解为指的是如当时所描述的取向、如正在讨论的图所示的取向。这些相对的术语仅是为了便于描述，并不要求将设备在特定的取向上构造或操作，除非明确这样指示。例如“附接的”、“固定的”、“连接的”、“联接的”、“互连的”、以及类似的术语指的是一种关系，其中结构通过介于中间的结构直接地或间接地彼此固定或彼此附接，以及两者可移动的或刚性附接或关系，除非另有明确说明。此外，通过参考优选实施例说明了本发明的特征和益处。相应地，本发明明确地不应当限于这样的优选实施例，其说明的特征的一些可能的非限制性组合可以单独存在或在特征的其他组合中存在，本发明的范围由所附权利要求限定。

图1是根据本公开的一个实施例的包括接触器或开关组件12的电路10的示意图。电路10包括电源14，其经由导电通路18、20、22和接触器组件12与一个或多个电负载16电联接。电源14可以是提供电流以给电负载16供电的各种系统、装置和设备。例如，电源14可以是向电负载16提供直流电(DC)或交流电(AC)的电池。

导电通路18、20、22可以包括能够传输电流的各种导电体中的任一种。例如，导电通路18、20、22可以包括电线、电缆、母线、触头、连接器等。接触器组件12是控制通过电路10的电力的输送的继电器或开关。接触器组件12通过导电通路18、20与电源14和电负载16结合。在图示的实施例中，母线24、26将导电通路18、20与接触器组件12联接。替代地，可以使用不同数量的母线24、26、或者可以使用不同的部件或组件来将接触器组件12与电路10电结合。接触器组件12在打开状态(如图3所示)与闭合状态(如图4所示)之间交替。在闭合状态下，接触器组件12在导电通路18、20之间、或者在母线24之间提供导电桥，以便闭合电路10并允许从电源14提供电流到电负载16。在打开状态下，接触器组件12移除在导电通路18、20之间、或者在母线24之间的导电桥，使得电路10打开，并且电流不能经由接触器组件12从电源14提供到电负载16。

图1所示的说明性的接触器组件12包括沿着纵向轴线32在相对的端部28、30之间延伸的外壳体27。虽然外壳体27示出为大致圆柱形罐的形状，替代地，外壳体27可以具有不同的形状。外壳体27可以包括电介质材料或由电介质材料形成，例如一种或多种聚合物。在另一实施例中，外壳体27可包括导电材料或由导电材料形成，例如一种或多种金属合金。如下所述，接触器组件12包括传递电流通过接触器组件12的载流触头组34、36(图2所示)。触头34、36闭合和打开电路10。

壳体27的端部28包括若干开口38，触头34、36通过开口38延伸。触头34、36通过开口38延伸，以与例如母线24、26(图1所示)的导电体配合，该导电体与电路10结合。在图示的实施例中，触头34与母线24配合，而触头36与母线26配合。

参考图3和图4，接触器组件12包括设置在外壳体27内的内壳体40。内壳体40可以在相对的端部42、44之间延伸。触头34、36通过内壳体40的端部42凸出，以出现在外壳体27的端部28处。内壳体40可以包括电介质材料、或由电介质材料形成，例如一种或多种聚合物。内壳体40包括内室或内部隔室46。

触头34、36设置在内部隔室46中。内部隔室46可以被密封并装载有惰性和/或绝缘气体，例如但不限于六氟化硫、氮气等。内部隔室46被密封，使得从触头34、36延伸的任何电弧被抑制在内部隔室46内，且不会延伸到内部隔室46之外而损坏接触器组件12的其他部件或电路10(图1所示)。

在图示的实施例中，永磁体48设置在内部隔间46的相对的侧面上(图3所示)。替代地，磁体48可以是电磁体或其他磁通量源。

为了说明的目的，提供本文所示和所述的接触器组件12。接触器组件12及其部件的配置可以在不脱离本发明的范围的情况下变化。

如图3至图5最佳地示出的，触头34、36是在配合端部50与接合端部52之间延伸的长形体。配合端部50与电路10(图1所示)联接，以将接触器组件12与电路10电联接。例如，配合端部50可以与母线24(图1所示)结合。在图示的实施例中，接合端部52包括导电垫54。导电垫54包括导电材料、或由导电材料形成，例如但不限于一种或多种金属或金属合金。例如，导电垫54可以由银(Ag)合金形成。使用银合金可以防止导电垫54焊接到致动器子组件58的导电垫56。替代地，导电垫54可以由较软的材料制成，例如但不限于铜或铜合金，如将会更充分地描述的。

在所示的说明性的实施例中，致动器子组件58沿着纵向轴线32或在平行于纵向轴线32的方向上移动，以将触头34、36彼此电联接。致动器组件58包括联接构件60。

如图5最佳地示出的联接构件60，具有从一个弯曲部分64延伸到第二弯曲部分64的接触桥62。配合构件66从弯曲部分64的不与接触桥62接触的端部延伸。相应的配合构件66、弯曲部分64和接触桥62的部分在接触桥62的任一端部处形成C形构件。配合构件66放置为与导电垫56物理和电接触。

联接构件60包括导电材料、或由导电材料形成，例如但不限于一种或多种金属或金属合金。联接构件60包括在联接构件60的相对的端部上的导电垫56。导电垫56包括导电材料、或由导电材料形成，例如但不限于一种或多种金属或金属合金。例如，导电垫56可以由银(Ag)合金形成。使用银合金可以防止导电垫56焊接到导电垫54。替代地，导电垫56可以由比联接构件60的材料更软的材料制成，例如但不限于铜或铜合金，如将会更充分地描述的。导电垫56可以通过使用已知的方法(例如但不限于焊接)放置为与联接构件60的配合构件66物理和电连接。

致动器子组件58沿着纵向轴线32在相反的方向上移动，以使联接构件60朝向触头34、36(闭合位置，图4)移动和远离触头34、36(打开位置，图3)移动。例如，致动器子组件58可以朝向触头34、36的接合端部52移动，以将联接构件60朝向接合端部52提升。

联接构件60的导电垫56与触头34、36的导电垫54的配合使得电流流动跨越致动器子组件58的联结构件60，从而闭合电路10。在图示的实施例中，导电垫56和联接构件60将触头34、36彼此电连接，使得电流可以流动通过触头34、36的导电垫54、通过导电垫56、通过配合构件66、并跨越接触桥62。电流可以在任一方向上流动。

图3是根据本公开的一个实施例的处于打开状态的接触器子组件12的截面图。致动器子组件58包括沿纵向轴线32取向的长形轴70。联接构件60在一个端部处使用夹子或其他已知方法结合到轴70。

如图5所示，接触器组件12处于打开状态，因为致动器子组件58从触头34、36脱离。致动器子组件58与触头34、36分离，使得联接构件60不互连、或不将触头34、36彼此电连接。结果是，电流不能通过触头34、36。

致动器子组件58包括联接到轴或衔铁70的磁化体72。体72可以包括永磁体，其产生沿着纵向轴线32取向的磁场或磁通量。接触器组件12包括环绕体72的线圈体74。线圈体74可以用作电磁体，以沿纵向轴线32驱动轴70的磁体72。例如，线圈体74可以包括环绕磁体72的导线或其他部件。电流可以施加到线圈体74，以产生沿着纵向轴线32取向的磁场。根据通过线圈体74的电流的方向，由线圈体74感生的磁场可以具有磁北极，其朝向外壳体27的端部28向上取向、或朝向端部30向下取向。

为了朝向触头34、36驱动致动器子组件58，线圈体74被通电以形成沿着纵向轴线32的磁场。该磁场可以使致动器组件58的磁体72沿着纵向轴线32朝向触头34、36移动。在图示的实施例中，衔铁弹簧76在朝向外壳体27的端部30的向下的方向上在衔铁70上施加力。由衔铁弹簧76施加的力防止致动器子组件58在没有由线圈体74形成磁场的情况下朝向触头34、36移动并与触头34、36配合。由线圈体74产生的磁场足够大或足够强，从而克服由衔铁弹簧76施加在衔铁70上的力，并且朝向触头34、36驱动衔铁70和致动器子组件58。

图4是根据本公开的一个实施例的处于闭合状态的接触器组件12的截面图。在闭合状态下，致动器子组件58已经沿着纵向轴线32在接触器组件12内已经移动足够远，使得联接构件60的导电垫56与触头34、36的导电垫54配合。结果是，致动器子组件58已经电联接触头34、36，以闭合电路10。

在闭合位置中，电流如图5的箭头80所指示的流动通过触头34的导电垫54、通过导电垫56a、通过配合构件66a、通过弯曲部分64a、跨越接触桥62、通过弯曲部分64b、通过配合构件66b、通过导电垫56b、以及通过触头36的导电垫54。当这发生时，在导电垫56(包括配合构件66)与接触桥62之间产生反抗电磁力82、84。这些力(即洛伦兹力)抵抗当电流流动跨越导电垫54和导电垫56时产生的电磁排斥力86、88。

当接触器组件12移动到闭合位置时，联接构件60的导电垫56移动为与触头34、36的导电垫54进行接合。当导电垫56接近导电垫54时，电流开始从触头34的导电垫54流动到导电垫56a。当这发生时，电流的流动形成电磁排斥力82，该电磁排斥力82反抗触头34的导电垫54与联接构件60的导电垫56a的配合。在本领域已知的接触器中，该电磁排斥力可能导致导电垫56a被推动远离导电垫54或从导电垫54弹跳，使得电流跳过导电垫或者在导电垫之间电弧放电，从而引起导电垫的损坏或焊接。

当触头34、36闭合或打开电路10时，由电源14提供的相对较高电流跨越触头34、36的初始传输可能使得触头34、36电弧放电、或者在接触器组件12内形成从触头34、36中的一个或多个延伸的电弧。例如，接触器组件12内的围绕触头34、36的气体或大气可能电分解，并允许浪涌通过触头34、36的电荷跳跃或移动跨越气体或大气。电弧放电可能产生由电流流动通过正常非导电介质(例如气体或大气)导致的持续等离子体放电。电弧放电可能导致非常高的温度，其可能熔化、焊接、蒸发或损坏接触器组件12内的部件，包括触头34、36。

本发明的联合构件60的配置防止、减少或消除了导电垫56a被推动远离导电垫54或从导电垫54弹跳。这允许在导电垫56a与触头34的导电垫54之间发生更加可靠和有效的电连接，从而减少发生跨越导电垫的电弧放电的机会。

当触头34的导电垫54放置为与导电垫56a电接合时，电流流动通过配合构件66a、通过弯曲部分64a并跨越接触桥62，如图5所示。当通过导电垫56a和配合构件66a的电流与通过接触桥62的电流的流动方向相反时，并且当导电垫56a和配合构件66a设置为接近且基本上平行于接触桥62时，电流的流动形成反抗力82。作用于导电垫56a的反抗力82反抗作用在导电垫56a上的排斥力86。该排斥力由通过导电垫的电流的流动的收缩而产生。当反抗力82抵消排斥力86时，导电垫56a与导电垫54的配合可以更容易预测和控制，因为反抗力80阻止或消除了导电垫56a在配合期间从导电垫54的排斥或弹跳。当导电垫56a的弹跳被控制或消除时，跨越导电垫56a和导电垫54的电弧放电也被控制或消除。

此外，如果在操作期间，大瞬态脉冲电流或其他大电流被施加跨越导电垫54、56a，则增加的排斥力86将被增加的反抗力82抵消，从而使导电垫54和56a在操作期间保持为物理和电接触，从而防止导电垫56a和联结构件60从闭合位置朝向打开位置的不期望的移动，这进而防止了导电垫之间的不期望的电弧放电。

当导电垫54与导电垫56a之间的弹跳、分离和电弧放电受到控制时，导电垫不会承受与电弧放电相关联的非常高的温度。因此，导电垫可以使用更软且导电性更好的材料。

此外，导电垫54更靠近导电垫56的情况下，电流开始从导电垫56b流动到触头36的导电垫54。当这发生时，电流的流动形成排斥力88，其反抗触头36的导电垫54与联接构件60的导电垫56b之间的配合。在本领域已知的接触器中，该排斥力可能导致导电垫56b被推动远离导电垫54或从导电垫54弹跳，使得电流跳过导电垫或者在导电垫之间电弧放电，从而引起导电垫的损坏或焊接。

本发明的联合构件60的配置防止、减少或消除了导电垫56b被推动远离触头36的导电垫54或从触头36的导电垫54弹跳。这允许在导电垫56b与触头36的导电垫54之间发生更加可靠和有效的电连接，从而减少发生跨越导电垫的电弧放电的机会。

当导电垫56b放置为与触头36的导电垫54电接合时，电流流动跨越接触桥62、通过弯曲部分64b并通过配合构件66b，如图5所示。当通过导电垫56b和配合构件66b的电流与通过接触桥62的电流的流动方向相反时，并且当导电垫56b和配合构件66b设置为接近且基本上平行于接触桥62时，电流的流动形成反抗力82、84。作用于导电垫56b的反抗力82反抗作用在导电垫56b上的排斥力88。该排斥力由通过导电垫的电流的流动的收缩而产生。当反抗力82抵消排斥力88时，导电垫56b与触头36的导电垫54的配合可以更容易预测和控制，因为反抗力82阻止或消除了导电垫56b在配合期间从导电垫54的排斥或弹跳。当导电垫56b的弹跳被控制或消除时，跨越导电垫56b和导电垫54的电弧放电也被控制或消除。

此外，如果在操作期间，大瞬态脉冲电流或其他大电流被施加跨越导电垫54、56b，则增加的排斥力88将被增加的反抗力82抵消，从而使导电垫54和56b在操作期间保持为物理和电接触，从而防止导电垫56b和联结构件60从闭合位置朝向打开位置的不期望的移动。

当导电垫54与导电垫56b之间的弹跳、分离和电弧放电受到控制时，导电垫不会承受与电弧放电相关联的非常高的温度。因此，导电垫可以使用更软且导电性更好的材料。

由通过联接构件60的电流产生的力抵消了由电流的流动的收缩产生的排斥力。这允许触头移动到闭合位置而不损坏导电垫。此外，即使当施加了大的瞬态脉冲时，触头也保持在闭合位置。

虽然联系构件60被示出为与说明性的接触器组件12一起使用，但是联接构件60的配置，以及使用反抗力来提供增强的电连接(例如最小化导电垫之间的弹跳并防止导电垫的不期望的脱离，从而减少电弧放电和对导电垫的损坏)可以使用在许多不同的应用中，并且可以与使用许多不同类型的电连接器一起使用，在该电连接器中的触头在打开位置与闭合位置之间移动。

Claims

1.一种适于将电力切换到具有电源的电路的接触器组件，所述接触器组件包括：

壳体；

设置在所述壳体中的载流触头，所述载流触头包括从所述壳体凸出的导电体；

联接构件，所述联接构件具有用于接合所述载流触头的导电垫，以及在所述导电垫之间延伸的接触桥；

致动器组件，其使所述联接构件在闭合位置与打开位置之间移动，在所述闭合位置中，所述联接构件的导电垫接合所述载流触头，在所述打开位置中，所述联接构件的导电垫从所述载流触头脱离；

在所述接触桥与所述导电垫之间产生的反抗电磁力，以当所述致动器组件处于所述闭合位置时，抵抗在所述载流触头与所述导电垫之间产生的电磁排斥力。

2.如权利要求1所述的接触器组件，其中，所述导电垫由比所述接触桥的导电材料更软的导电材料形成。

3.如权利要求1所述的接触器组件，其中，所述联接构件的接触桥从第一弯曲部分延伸到第二弯曲部分，配合构件从弯曲部分的不与所述接触桥接触的端部延伸。

4.如权利要求3所述的接触器组件，其中，所述配合构件与所述接触桥间隔开。

5.如权利要求4所述的接触器组件，其中，所述配合构件和所述弯曲部分在所述接触桥的任一端部处形成C形构件。

6.如权利要求4所述的接触器组件，其中，所述导电垫安装在所述配合构件上。

7.如权利要求1所述的接触器组件，其中，所述壳体包括具有内壁的内部隔室，所述内壁在所述内部隔室内侧向地延伸以限定保护室，所述联接构件设置在所述壳体的保护室中。

8.如权利要求7所述的接触器组件，其中，所述载流触头设置在所述壳体的保护室中，所述载流触头包括导电体，所述导电体从所述壳体凸出，并且配置为闭合所述电路。

9.一种启动开关组件的方法，所述开关组件适于将电力切换到具有电源的电路，所述方法包括：

将联接构件从打开位置移动到闭合位置；

当所述联接构件接近所述闭合位置时，将所述联接构件的接触垫电联接到所述开关组件的静止载流触头；

在所述接触垫与所述载流触头之间形成电磁排斥力；

形成反抗电磁力，其作用于所述导电垫以反抗所述电磁排斥力；

其中，当所述反抗电磁力抵消所述电磁排斥力时，所述反抗电磁力在所述导电垫与所述载流触头配合期间防止或消除所述导电垫从所述载流触头的弹跳，允许所述配合更容易预测和控制。

10.如权利要求9所述的方法，还包括消除或减少跨越所述导电垫和所述载流触头的电弧放电。

11.如权利要求9所述的方法，还包括，当电流流动通过所述联接构件的连接所述接触垫的接触桥时，引导电流在相反的方向上流动通过所述导电垫，其中，所述电流的相反的流动形成反抗电磁力，其作用于所述导电垫以反抗所述电磁排斥力。

12.如权利要求9所述的方法，还包括，当所述联接构件在操作期间处于闭合位置时，增加反抗电磁力以抵消瞬态脉冲电流、或跨越所述载流触头和所述导电垫施加的其他电流，其中，防止了所述导电垫和所述联接构件的不期望的移动。

13.如权利要求11所述的方法，其中，所述导电垫由比所述接触桥的导电材料更软的导电材料形成。

14.如权利要求11所述的方法，其中，所述联接构件的所述接触桥从第一弯曲部分延伸到第二弯曲部分，配合构件从弯曲部分的不与所述接触桥接触的端部延伸。