CN110556255A - 耐电弧元器件陶瓷绝缘壳体及其加工实施工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了接触器、继电器、断路器及开关的陶瓷绝缘壳体，一种具有耐强电弧烧蚀功能、可金属化密封焊接，并具有高抗电强度、高穿电压、高耐温性、耐酸碱及高强度等功能的器件陶瓷绝缘壳体。此壳体、结构应用于控电器件中，可使传统控电器件的开断电压直流达600VDC以上，交流达800VAC以上，可使器件的安全性、环境适应性指标大幅提升。

Description

耐电弧元器件陶瓷绝缘壳体及其加工实施工艺

技术领域

本发明专利涉及一种陶瓷绝缘壳体，尤其涉及一种具有耐强电弧烧蚀功能、可金属化密封焊接，并具有高抗电强度、高穿电压、高耐温性、耐酸碱及高强度等功能的器件陶瓷绝缘壳体。

背景技术

众所周知，元器件如接触器、继电器、断路器、开关等是用电设备上的重要控电器件。随着科技的发展、社会的进步，中国装备已迈入高精尖的科技化、智能化时代，装备功率及工作能量已成倍甚至数十倍的速度发展与提升。受装备体积限制，在不改变导体截面的条件下提升装备功率及工作能量，唯有大幅度提升装备的储能电压及工作电压。例如新能源汽车的工作电压已提升至450VDC，充电桩提升至750VDC，如此高直流电压的控电需求，使普通塑料绝缘壳体的元器件如接触器、继电器、断路器、开关等由于触头分离时不能有效拉断电弧而被拒之门外。

普通控电元器件如接触器、继电器、断路器、开关等，其壳体材料都热塑性或热固性塑料材料压制而成，密封性能达不到气密效果，在产品中无法实现真空灭弧或惰性气体介质灭弧功能，当电压达125VDC或380VAC以上，因直流电源无回零点或过高的交流电压使有限的触头分断距离无法断弧，器件寿命大大降低甚至发生瞬间烧毁事故。塑料壳体控电器件在使用过程中必须考虑降容，如按器件的标称电流满负荷加电运行，器件的导体材料由于导电能力达到极限而发热量非常大，高温引起器件绝缘体熔化甚至发生火灾而危及人身安全。

目前，我国市面上所见的断路器、接触器、继电器及开关等器件的工作开断电压直流仅125VDC，远达不到新能源等移动设备工作电压450VDC的使用需求。且传统的控电器件都为塑料外壳，耐电弧及耐温能力较差，当被控设备长时间满负荷运行，器件导电件发热量大，高温使导电件周边塑料绝缘体熔化，导电件固定位错乱而引起短路，导致用电安全事故及火灾，危及人身安全。

发明内容

针对上述普通塑壳器件如接触器、继电器、断路器、开关等，在断开过程中动、静触头对由于电压过高而不能断弧；材料的非密封结构导致灭弧能力差、耐烧蚀及耐电热能力都不能满足要求，使器件的环境性能及电性能等级大大降低。本发明旨在提供一种具有双断点触头结构，可降低触头对的断开电压及增大断弧距离，使直流断开电压达500VDC以上；具有储能快速双摆通断结构，可大大降低触头对燃弧时间，从而提升器件的使用寿命；具有叠层式凹型金属灭弧栅，可有效分解触头对电压及快速导走触点燃烧的热量；具有永磁体吹弧结构，可有效磁吹电弧，相当于增大触头对开断距离；并具有较好的吹弧冷却通道及空气过滤网，使产品超负荷运行时热量降低。此发明专利可实现陶瓷壳体端面金属化，可以使得上述结构在一个气密封并填充惰性气体或二氟化硫环境下运行，同等结构器件，直流开断电压达750VDC。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种耐电弧元器件陶瓷绝缘壳体，它包括陶瓷绝缘壳体；陶瓷绝缘壳体内的中部设有动触片和陶瓷旋转固定块，动触片设置在陶瓷旋转固定块的内部，动触片的两端分别设有动触头一和动触头二；动触头一连接永磁体一，动触头二连接永磁体二；永磁体一连接静触头导电片组件二，永磁体二连接静触头导电片组件一，静触头导电片组件一内设有导电铜排一，静触头导电片组件二设有导电铜排二；在永磁体一的外侧和静触头导电片组件二的上部设有灭弧栅一，在永磁体二的外侧和静触头导电片组件一的上部设有灭弧栅二；灭弧栅一的底部设有金属断弧片一，灭弧栅二的底部设有金属断弧片二；陶瓷绝缘壳体的两侧端头分别设有空气过滤网一和空气过滤网二。

进一步，所述动触头一、动触头二和动触片组合成双断点动触片，将双断点动触片装入陶瓷旋转固定块中，然后将双拉簧一及双拉簧二从旋转固定块的两侧装入并挂扣于拉杆上形成旋转动触机构。双断点动触片的触头结构可分摊降低触头对的断开电压及增大断弧距离，使直流断开电压是传统器件的两倍，直流开断电压可达500VDC以上。

进一步，所述陶瓷绝缘壳体和其中的中心动触片固定旋转座采用陶瓷烧结而成，其主体材料为氧化铝粉末配比其它增强性能材料。

进一步，所述的耐电弧元器件陶瓷绝缘壳体的加工实施工艺，它包括以下零件加工实施工艺流程：（1）采用配方原料模具压制成型坯料、中低温排蜡固容、高温烧结、局部雕刻修正、检验并清洗备用；加工好铜质导电件，酸洗钝化后在规定位置焊接上触头，表面镀银后备用；

（2）将动触头一、动触头二和动触片组合成双断点动触片，将双断点动触片装入陶瓷旋转固定块中，然后将双拉簧一及双拉簧二从旋转固定块的两侧装入并挂扣于拉杆上形成旋转动触机构；

（3）按照结构尺寸及工艺要求把旋转动触机构、空气清洁过滤网一、空气清洁过滤网二、灭弧栅一、灭弧栅二、静触头导电片组件一、静触头导电片组件二、导电铜排一、导电铜排二、永磁体一、永磁体二、金属断弧片一、金属断弧片二加工好备用；

（4）将上述装好的旋转动触机构按要求装入陶瓷绝缘下壳体中，并轻轻转动部件，使部件在壳体中转动灵活；然后依次将空气清洁过滤网一、空气清洁过滤网二、灭弧栅一、灭弧栅二、静触头导电片组件一、静触头导电片组件二、导电铜排一、导电铜排二、永磁体一、永磁体二、金属断弧片一、金属断弧片二分别按结构示意图装入陶瓷绝缘壳体中，当全部零件组装完成后，将陶瓷绝缘上壳体装入陶瓷绝缘壳体上，并在各铆装孔上用铆钉把上下壳体铆紧，防止内部零件松动脱落。

进一步，为防止所述陶瓷绝缘壳体在高温烧结时收缩变型及炸裂，采用了烧结固容技术方案，在壳体型腔口部及部分异型腔体内部，设计并增加有同结构尺寸的衬垫坯料，防止烧结过程中由于异型腔的收缩不均，而导致壳体变形或冷却过程中撕裂，保证陶瓷绝缘壳体烧结成型时的精度与位置度。

有益效果：（1）本发明中的耐电弧元器件陶瓷绝缘壳体具有双断点触头结构，可降低触头对的断开电压及增大断弧距离，使直流断开电压达500VDC以上；具有储能快速双摆通断结构，可大大降低触头对燃弧时间，从而提升器件的使用寿命；具有叠层式凹型金属灭弧栅，可有效分解触头对电压及快速导走触点燃烧的热量；具有永磁体吹弧结构，可有效磁吹电弧，相当于增大触头对开断距离；并具有较好的吹弧冷却通道及空气过滤网，使产品超负荷运行时热量降低。可应用于断路器、接触器、继电器及开关等控电器件，大幅提升器件的工作电压及环境适应能力。

（2）在陶瓷绝缘壳体上设置有过滤网可有效防止沙尘进入器件内部并吸附于触头上引起接触不良，提升通断的可靠性、灭弧栅可起断弧作用、断弧片防止电弧喷溅、永磁体与电弧磁场作用，拉长已形成的电弧，相当于增加触头对的开断距离。

（3）本发明中的壳体、结构应用于接触器、继电器、断路器、开关等控电器件中，可大幅度提升器件的开断电压、电流。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

一种耐电弧元器件陶瓷绝缘壳体，它包括陶瓷绝缘壳体19；陶瓷绝缘壳体19内的中部设有动触片6和陶瓷旋转固定块8，动触片6设置在陶瓷旋转固定块8的内部，动触片6的两端分别设有动触头一5和动触头二15；动触头一5连接永磁体一4，动触头二15连接永磁体二14；永磁体一4连接静触头导电片组件二17，永磁体二14连接静触头导电片组件一9，静触头导电片组件一9内设有导电铜排一10，静触头导电片组件二17设有导电铜排二18；在永磁体一4的外侧和静触头导电片组件二17的上部设有灭弧栅一2，在永磁体二14的外侧和静触头导电片组件一9的上部设有灭弧栅二12；灭弧栅一2的底部设有金属断弧片一3，灭弧栅二12的底部设有金属断弧片二13；陶瓷绝缘壳体19的两侧端头分别设有空气过滤网一1和空气过滤网二11。

所述动触头一5、动触头二15和动触片6组合成双断点动触片，将双断点动触片装入陶瓷旋转固定块8中，然后将双拉簧一7及双拉簧二16从旋转固定块8的两侧装入并挂扣于拉杆上形成旋转动触机构。

陶瓷绝缘壳体19中包含的部件具体处理方法如下：

（1）机械加工空气过滤网一1和空气过滤网二11，加工完成后清洗处理后备用；

（2）冲压铆接灭弧栅一2和弧栅二12，得到成品检验合格后备用；

（3）冲压金属断弧片一3和金属断弧片二13，冲压完成后表面清洁处理后备用；

（3）制造钕铁硼永磁体一4和永磁体二14，制得的成品表面清洁处理后备用；

（4）冲压动触头一5和动触头二15、动触片6，将动触头一5和动触头二15焊接动触片6的两端，焊接完成后表面镀银备用；

（5）绕制双拉簧一7和双拉簧二16，然后再对其表应力回火处理后备用；

（6）压制烧结陶瓷旋转固定块8，清洗处理后备用；

（7）冲压导电件并焊接静触头从而得到静触头导电片组件一9和静触头导电片组件二17，对其表面镀银后备用；

（8）冲压并铆接导电铜排一10和导电铜排二18，得到成品检验合格后备用。

采用配方原料模具压制成型坯料、中低温排蜡固容、高温烧结、局部雕刻修正。采用了烧结固容技术方案，在壳体型腔口部及部分异型腔体内部，设计并增加有同结构尺寸的衬垫坯料，防止烧结过程中由于异型腔的收缩不均，而导致壳体变形或冷却过程中撕裂，保证陶瓷绝缘壳体烧结成型时的精度与位置度。按上述工艺烧制作耐电弧元器件陶瓷绝缘上下壳体19，检验合格清洗后备用。

以上零件全部生产加工完成后，按照以下工艺流程实施组装并封装：（1）加工好铜质导电件，酸洗钝化后在规定位置焊接上触头，表面镀银后备用；

（2）将动触头一5、动触头二15和动触片6组合成双断点动触片，将双断点动触片装入陶瓷旋转固定块8中，然后将双拉簧一7及双拉簧二16从旋转固定块8的两侧装入并挂扣于拉杆上形成旋转动触机构；

（3）将上述装好的旋转动触机构按要求装入陶瓷绝缘壳体19中，并轻轻转动部件，使部件在壳体19中转动灵活；然后依次将空气清洁过滤网一1、空气清洁过滤网二11、灭弧栅一2、灭弧栅二12、静触头导电片组件一9、静触头导电片组件二17、导电铜排一10、导电铜排二18、永磁体一4、永磁体二14、金属断弧片一3、金属断弧片二13分别按结构示意图装入陶瓷绝缘壳体19中，当全部零件组装完成后，将陶瓷绝缘上壳体装入陶瓷绝缘壳体19上，并在各铆装孔上用铆钉把上下壳体铆紧，防止内部零件松动脱落。

Claims (5)

1.耐电弧元器件陶瓷绝缘壳体，其特征在于，它包括陶瓷绝缘壳体（19）；陶瓷绝缘壳体（19）内的中部设有动触片（6）和陶瓷旋转固定块（8），动触片（6）设置在陶瓷旋转固定块（8）的内部，动触片（6）的两端分别设有动触头一（5）和动触头二（15）；动触头一（5）连接永磁体一（4），动触头二（15）连接永磁体二（14）；永磁体一（4）连接静触头导电片组件二（17），永磁体二（14）连接静触头导电片组件一（9），静触头导电片组件一（9）内设有导电铜排一（10），静触头导电片组件二（17）设有导电铜排二（18）；在永磁体一（4）的外侧和静触头导电片组件二（17）的上部设有灭弧栅一（2），在永磁体二（14）的外侧和静触头导电片组件一（9）的上部设有灭弧栅二（12）；灭弧栅一（2）的底部设有金属断弧片一（3），灭弧栅二（12）的底部设有金属断弧片二（13）；陶瓷绝缘壳体（19）的两侧端头分别设有空气过滤网一（1）和空气过滤网二（11）。

2.根据权利要求1所述的耐电弧元器件陶瓷绝缘壳体，其特征在于，所述动触头一（5）、动触头二（15）和动触片（6）组合成双断点动触片，将双断点动触片装入陶瓷旋转固定块（8）中，然后将双拉簧一（7）及双拉簧二（16）从旋转固定块（8）的两侧装入并挂扣于拉杆上形成旋转动触机构。

3.根据权利要求1所述的耐电弧元器件陶瓷绝缘壳体，其特征在于，所述陶瓷绝缘壳体（19）和其中的中心动触片固定旋转座采用陶瓷烧结而成，其主体材料为氧化铝粉末结合增强性能材料来配制。

4.根据权利要求1所述的耐电弧元器件陶瓷绝缘壳体的加工实施工艺，其特征在于，它包括以下零件加工实施工艺流程：（1）采用配方原料模具压制成型坯料、中低温排蜡固容、高温烧结、局部雕刻修正、检验并清洗备用；加工好铜质导电件，酸洗钝化后在规定位置焊接上触头，表面镀银后备用；

（2）将动触头一（5）、动触头二（15）和动触片（6）组合成双断点动触片，将双断点动触片装入陶瓷旋转固定块（8）中，然后将双拉簧一（7）及双拉簧二（16）从旋转固定块（8）的两侧装入并挂扣于拉杆上形成旋转动触机构；

（3）按照结构尺寸及工艺要求把旋转动触机构、空气清洁过滤网一（1）、空气清洁过滤网二（11）、灭弧栅一（2）、灭弧栅二（12）、静触头导电片组件一（9）、静触头导电片组件二（17）、导电铜排一（10）、导电铜排二（18）、永磁体一（4）、永磁体二（14）、金属断弧片一（3）、金属断弧片二（13）加工好备用；

（4）将上述装好的旋转动触机构按要求装入陶瓷绝缘壳体（19）中，并轻轻转动部件，使部件在陶瓷绝缘壳体（19）中转动灵活；然后依次将空气清洁过滤网一（1）、空气清洁过滤网二（11）、灭弧栅一（2）、灭弧栅二（12）、静触头导电片组件一（9）、静触头导电片组件二（17）、导电铜排一（10）、导电铜排二（18）、永磁体一（4）、永磁体二（14）、金属断弧片一（3）、金属断弧片二（13）分别按结构示意图装入陶瓷绝缘壳体（19）中，当全部零件组装完成后，将陶瓷绝缘上壳体装入陶瓷绝缘壳体（19）上，并在各铆装孔上用铆钉把上下壳体铆紧，防止内部零件松动脱落。

5.根据权利要求4所述的耐电弧元器件陶瓷绝缘壳体的加工实施工艺，其特征在于，为防止所述陶瓷绝缘壳体（19）在高温烧结时收缩变型及炸裂，采用了烧结固容技术方案，在壳体型腔口部及部分异型腔体内部，设计并增加有同结构尺寸的衬垫坯料，防止烧结过程中由于异型腔的收缩不均，而导致壳体变形或冷却过程中撕裂，保证陶瓷绝缘壳体烧结成型时的精度与位置度。