CN108962688A - 一种带强制切断大幅值故障电流功能的接触器结构 - Google Patents
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Abstract
一种带强制切断大幅值故障电流功能的接触器结构，包括绝缘壳体，在所述绝缘壳体内设置有电磁铁、动触头，在所述绝缘壳体上对应所述动触头位置间隔设置有作为输入端和输出端的静触头及其接线柱；所述动触头在电磁铁磁力作用可向上位移连通所述静触头；所述动触头在电磁铁磁力或弹簧作用下可向下位移与所述静触头脱离；其特征在于在所述动触头与所述静触头连接面一侧设置有强制切断装置，所述强制切断装置可在外力作用下位移至所述动触头与所述静触头接触面位置使所述静触头与所述动触头脱离接触，并实现物理隔绝。本发明在正常情况下，具有接触器的完整功能，在需要时，由外界触发，可强制性不可逆的断开动触头与静触头的接触，实现电路保护。
Description
技术领域
本发明属于电力领域，具体属于电力、电动汽车等用的接触器的结构，交直流均适用。
背景技术
目前应用于电动车高压大电流保护的接触器结构一般分为单断点接触器和双(多)断点接触器结构，目前常见的车用接触器额定长时通电电流一般不超过400A，分断电流一般不超过3000A。接触器是具有隔离功能的控制开关元件，利用电磁铁与衔铁(动铁心)间产生的吸力作用来控制主回路开关状态的控制器件，可以实现小电流低电压回路隔离控制大电流高电压回路。现有双断点接触器典型结构参看图1，输入端触头及接线柱001及输出端触头及接线柱002与绝缘上壳体003组成顶盖组合体。动触头及导电板004和动铁心005组成一个整体，装入电磁铁腔体006中，电磁铁腔体设置在绝缘下壳体007中。其动作原理：吸合时，动铁心与动触头组合体在电磁铁作用下向上运动，将动触头与顶盖组合体上的两个触头接合，输入输出端电路导通。断开时，动铁心与动触头组合体在电磁铁作用下向下运动，将动触头与顶盖组合体上的两个触头分离。
现有单断点接触器典型结构如下，参看图2，在绝缘壳体103中的腔室内放置有电磁铁104，在电磁铁的外周设置有磁轭及输入端接线柱101，输入端接线柱固定在绝缘壳体上。在电磁铁另一侧的绝缘壳体上间隔一定距离设置输出端触头及接线柱102，复位弹簧105固定在磁轭下端，在复位弹簧上固定衔铁106，在衔铁106的一端固定设置有动触头107，动触头107位于输出端触头及接线柱的下方。在工作通电后，电磁铁作用下，衔铁向上运动被吸附在电磁铁下方，同时带动动触头向上运动接触输出端触头及接线柱，使输入端触头和输出端触头连通；失电后，在复位弹簧作用下，动触头向下移动脱离输出端触头，使输入端触头和输出端触头断开。
目前上述接触器存在以下不足：很难分断较大的电流，在故障电流超过额定电流数倍以上时无法分断，导致触头烧结无法断开电路，可能引起接触器及回路其他部件发生燃爆事故或其他安全事故；动作时间在10ms左右，带载分断时间大于10ms，由于分断时间较长，很多故障电流依然能对下级器件，或接触器自身造成损坏；断开状态下由于震动、电磁干扰等原因存在异常吸合的可能性，故不可将接触器作为可靠断开电路的安全器件使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种接触器结构，在接触器传统功能之外，具有可以独立的强制性切断电路回路的功能。且强制切断功能下，具有分断比接触器功能下更大电流的能力，速度也较接触器功能动作速度更快。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是一种带强制切断大幅值故障电流功能的接触器结构，包括绝缘壳体，在所述绝缘壳体内设置有电磁铁、动触头，在所述绝缘壳体上对应所述动触头位置间隔设置有作为输入端和输出端的静触头及其接线柱；所述动触头在电磁铁磁力作用可向上位移连通所述静触头；所述动触头在电磁铁磁力或弹簧作用下可向下位移与所述静触头脱离；其特征在于在所述动触头与所述静触头接触面一侧设置有强制切断装置，所述强制切断装置可在外力作用下位移至所述动触头与所述静触头接触面位置使所述静触头与所述动触头脱离接触实现物理隔绝。
所述强制切断装置包括设置在所述动触头与所述静触头接触面一侧的可位移的绝缘的切弧板，在所述切弧板的一侧设置有驱动所述切弧板位移的做功装置，所述做功装置的触发装置与外部发送控制信号的电路连接；所述做功装置可驱动所述切弧板强制将接触连接的所述动触头与所述静触头隔开并使脱离接触。
所述做功装置可为气体、流体或固体发生装置，通过接收外部控制回路的电信号触发，提供驱动力推动所述切弧板的切断端从初始位置运动到终止位置，将所述动触头与所述静触头隔绝在其上下表面的两个隔绝腔体内；所述切弧板的切断端初始位置及终止位置分别位于所述动触头与所述静触头的两侧。
所述做功装置为气体发生器。
在所述绝缘壳体上设置有供所述切弧板运动的导向机构。
所述切弧板的切断端为斜面结构。
在所述绝缘壳体的壳体上开设的容置所述切弧板的切断端的凹槽,所述凹槽为所述切弧板的切断端的终止位置。
在所述切弧板位移的初始位置及终止位置处均设置有限制所述切弧板位置的限位机构。
所述限位机构包括设置在所述切弧板表面上且突出所述切弧板表面的可伸缩的弹珠，在所述切弧板的切断端处于所述初始位置及终止位置时，所述弹珠对应的所述导向机构的内壁位置处设置有供所述弹珠嵌套的凹槽。
所述通道导向机构为通道，所述切弧板设置在所述通道中；所述通道与设置所述气体发生器的通道连通。
所述动触头与所述静触头接触面一侧可并联至少一个具有灭弧功能的熔断器。
本发明的接触器的强制切断功能依靠化学能产生气体推力动作，动作时间可以达到2ms以内，物理隔绝分断电弧较继电气空气隔绝分断电弧能力提高，可以分断3000A以上的故障电流。物理隔绝具有止退机构，可以可靠断开电路，使产品具有安全件的特性。正常使用时做接触器使用，特殊情况强制切断不可恢复。强制切断控制回路和接触器主回路、控制回路均互相隔离，各自独立控制。本发明的接触器增加接触器额外的强制切断电路回路的功能；使用绝缘隔板物理隔绝，强制切断功能可以分断开更大的电流；使用化学能动作，强制切断时动作速度更快，动作时间不超过数个ms(一般不超过2ms)；强制切断功能提供物理隔绝，保持主回路可靠的断开，可以作为安全件使用；增加了接触器产品的适用范围；强制切断功能通过独立回路控制，与接触器控制回路并行控制。
作为保护器件使用时，强制切断回路可与电流互感器配合使用，当监测到继电器无法分断的故障电流时，强制切断功能动作，电路断开，保护下级电路。
作为安全器件使用时，强制切断回路可与碰撞传感器、绝缘监测传感器等联动，当需要断开时用更短的时间切断电路。
作为控制器件使用时，接触器功能受控动作，进行电路开断，如有必要(如车辆失窃等需要远程不可逆断开时)强制切断回路也可动作，切断电路。
附图说明
图1，现有双端点接触器剖视结构示意图。
图2，现有单触头接触器剖视结构示意图。
图3，本发明的双触头接触器侧视纵剖结构示意图。
图4，本发明的双触头接触器切弧板位于初始位置时的正视纵剖结构示意图。
图5，本发明的双触头接触器切弧板位于终止位置时的正视纵剖结构示意图。
图6，本发明的单触头接触器切弧板位于初始位置时的正视纵剖结构示意图。
图7，本发明的单触头接触器切弧板位于终止位置时的正视纵剖结构示意图。
具体实施方式
针对上述技术方案，现举较佳实施例并结合图示进行具体说明。
以双触头接触器为例，参看图3至图5，绝缘壳体包括绝缘上壳体203和绝缘下壳体205，绝缘上壳体扣盖在绝缘下壳体上。在绝缘下壳体间隔开设有两个空腔，其中一个空腔内设置有电磁铁206，在电磁铁206中开设有空腔，设置有可在磁力作用下上下位移的动铁心，在动铁心上端固定连接有动触头204，在动触头上间隔设置有两个向上凸起的动触头。在动触头上方绝缘上壳体上，对应动触头上动触头的位置处分别对应设置有作为输入端的静触头及接线柱201及作为输出端的静触头及接线柱202。动铁心在电磁铁磁力作用下带动动触头向上位移与两个静触头接触，连通输入端和输出端使电路连通，动触头在电磁铁磁力或弹簧作用下可向下位移与静触头脱离。在另一空腔位于绝缘下壳体的端口处设置有气体发生器208作为做功装置，气体发生器通过接收外部驱动信号动作。气体发生器的控制回路为气体发生器提供驱动的的电流/电压过载的电信号用于触发气体发生器的触发装置，从而产生大量高压气体驱动切弧板运动。接触器的控制回路与气体发生器的控制回路为相互独立存在。气体发生器通过压板固定在绝缘壳体上。在动触头与静触头接触面一侧的绝缘上壳体上开设有通道，该通道一端与气体发生器连通，另一端与动触头所在的腔室连通。在该通道内设置有绝缘的切弧板207，切弧板的纵向截面的外形与通道的纵向截面外形相同或近似于相同，其目的在于保证切弧板在外力作用下可在通道内沿其位移，且最大限度的降低切弧板与通道之间的间隙。切弧板的宽度与长度满足在切弧板位移至静触头与动触头接触面处时，可以完全阻隔动触头与静触头之间的接触，并将其隔离在两侧互相独立的腔室。切弧板的切断端为斜面结构，在进行切断时，切弧板的斜面冲击端更容易切入动触头与静触头接触的接触面间。另外，为了方便切断，动触头与静触头的外形为梯形、锥台形或其他具有边缘为弧形或斜面形状的形状结构，如此，在动触头与静触头接触后，在其接触面的两侧会形成近似喇叭状的开口，方便切弧板的切入。在动触头和静触头接触面的另一侧的绝缘上壳体上开设有凹槽，当切弧板切断动触头与静触头接触后，切弧板的切断端嵌进该凹槽中，对切弧板进行定位。
在通道中设置有对切弧板初始位置或终止位置进行限位的限位机构。限位机构可以是很多形式结构，比如，在通道的下面间隔设置数个小凸台，在小凸台下面设置弹簧，使小凸台的外力压迫下可以缩进通道下面的绝缘壳体内，使通道畅通，当失去外力时，在弹力作用下会弹出，形成阻碍。在切弧板初始位置、位移后的终止位置处均可设置小凸台对切弧板进行位置限定。由于切弧板的切断端为斜面，该斜面朝下，因此，在切弧板位移时，该斜面会压迫小凸台向内缩回，使通道畅通。另外，也可以采用在切弧板表面设置可伸缩的凸球，凸球的可伸缩型可依靠弹簧或弹性材质来实现。在切弧板的初始位置及终止位置对应凸球的位置处开设与凸球外形相匹配的凹槽，当切弧板在外力作用下位移时，凸球受到挤压，向切弧板内缩回，脱离凹槽，当切弧板位移至终止位置，凸球处于凹槽处时，凸球再伸出嵌在凹槽中实现限位。
为了切弧板的动作保证，切弧板与气体发生器之间通道的截面积及形状能保证气流顺畅、压力充足的到达切弧板后部，使气体发生器产生的高压气体能够推动切弧板位移。为了减少接触器结构的体积，放置气体发生器的方向与动触头运动方向一致。
单触头接触器的强制切断装置结构原理与双触头的类似，区别在于，双触头接触器有两组触头，动触头始终相对于静触头平行运动，打开时同时产生两组断点。单触头接触器只有一组触头，动触头相对于静触头延支点翻转运动，打开时产生一组断点。参看图6和图7，单触头接触器结构包括绝缘壳体303，在绝缘壳体上开设有容置着电磁铁304的腔室，在电磁铁的外周及上方设置有磁轭及输入单接线柱301。在磁轭的下方设置有复位弹簧305，在复位弹簧上连接有衔铁306，衔铁306位于电磁铁的下端，在衔铁的延伸处连接有动触头307，在动触头上方的绝缘壳体上设置有静触头及输出端接线柱302。在动触头与静触头接触面的一侧的绝缘壳体上开设有通道，在靠近绝缘壳体壳壁处，该通道一端放置气体体发生器309，另一端放置切弧板310。通过压板308将气体发生器309固定在绝缘外壳上。
通道内设置有绝缘的切弧板310，切弧板的纵向截面的外形与通道的纵向截面外形相同或近似于相同，其目的在于保证切弧板在外力作用下可在通道内沿其位移，且最大限度的降低切弧板与通道之间的间隙。切弧板的宽度与长度满足在切弧板位移至静触头与动触头接触面处时，可以完全阻隔动触头与静触头之间的接触，并将其隔离在两侧互相独立的腔室。切弧板的切断端为斜面结构，在进行切断时，切弧板的斜面冲击端更容易切入动触头与静触头接触的接触面间。另外，为了方便切断，动触头与静触头的外形为梯形、锥台形或其他具有边缘为弧形或斜面形状的形状结构，如此，在动触头与静触头接触后，在其接触面的两侧会形成近似喇叭状的开口，方便切弧板的切入。在通道中设置有对切弧板初始位置或终止位置进行限位的限位机构。该限位机构同双触头接触器方案中的类似。为了切弧板的动作保证，切弧板与气体发生器之间通道的截面积及形状能保证气流顺畅、压力充足的到达切弧板后部，使气体发生器产生的高压气体能够推动切弧板位移。为了减少接触器结构的体积，放置气体发生器的方向与动触头运动方向一致。当进行切断时，切弧板的高压气体作用下从初始位置位移到终止位置，将动触头与静触头隔离在其两侧互相独立的腔室。
当切弧板切断动触头与静触头的接触时，可能会产生电弧，为了灭弧，可以在静触头一侧并联一个或多个具有灭弧功能的熔断器，比如填充有灭弧介质的熔断器。
本发明的具有切断结构的接触器，除具有接触器的基本功能外，还具有强制切断功能。在正常情况下，作为接触器使用，在需要时，由外界触发，可强制性不可逆的断开动触头与静触头的接触，实现电路保护。
Claims (11)
1.一种带强制切断大幅值故障电流功能的接触器结构，包括绝缘壳体，在所述绝缘壳体内设置有电磁铁、动触头，在所述绝缘壳体上对应所述动触头位置间隔设置有作为输入端和输出端的静触头及其接线柱；所述动触头在电磁铁磁力作用可向上位移连通所述静触头；所述动触头在电磁铁磁力或弹簧作用下可向下位移与所述静触头脱离；其特征在于在所述动触头与所述静触头接触面一侧设置有强制切断装置，所述强制切断装置可在外力作用下位移至所述动触头与所述静触头接触面位置使所述静触头与所述动触头脱离接触实现物理隔绝。
2.根据权利要求1所述的接触器结构，其特征在于所述强制切断装置包括设置在所述动触头与所述静触头接触面一侧的可位移的绝缘的切弧板，在所述切弧板的一侧设置有驱动所述切弧板位移的做功装置，所述做功装置的触发装置与外部发送控制信号的电路连接；所述做功装置可驱动所述切弧板强制将接触连接的所述动触头与所述静触头隔开并使脱离接触。
3.根据权利要求2所述的接触器结构，其特征在于所述做功装置可为气体、流体或固体发生装置，通过接收外部控制回路的电信号触发，提供驱动力推动所述切弧板的切断端从初始位置运动到终止位置，将所述动触头与所述静触头隔绝在其上下表面的两个隔绝腔体内；所述切弧板的切断端初始位置及终止位置分别位于所述动触头与所述静触头的两侧。
4.根据权利要求3所述的接触器结构，其特征在于所述做功装置为气体发生器。
5.根据权利要求3所述的接触器结构，其特征在于在所述绝缘壳体上设置有供所述切弧板运动的导向机构。
6.根据权利要求2所述的接触器结构，其特征在于所述切弧板的切断端为斜面结构。
7.根据权利要求3所述的接触器结构，其特征在于在所述绝缘壳体的壳体上开设的容置所述切弧板的切断端的凹槽,所述凹槽为所述切弧板的切断端的终止位置。
8.根据权利要求3所述的接触器结构，其特征在于在所述切弧板位移的初始位置及终止位置处均设置有限制所述切弧板位置的限位机构。
9.根据权利要求8所述的接触器结构，其特征在于所述限位机构包括设置在所述切弧板表面上且突出所述切弧板表面的可伸缩的弹珠，在所述切弧板的切断端处于所述初始位置及终止位置时，所述弹珠对应的所述导向机构的内壁位置处设置有供所述弹珠嵌套的凹槽。
10.根据权利要求4所述的接触器结构，其特征在于所述通道导向机构为通道，所述切弧板设置在所述通道中；所述通道与设置所述气体发生器的通道连通。
11.根据权利要求1所述的接触器结构，其特征在于所述动触头与所述静触头接触面一侧可并联至少一个具有灭弧功能的熔断器。
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