CN1108620C - 单极继电开关 - Google Patents

Abstract

一种单极继电开关能够有效灭弧，无需考虑所在电路的电流流向。其包括一壳体和两套触点。一触点托架具有第一和第二可移动臂，分别装有第一和第二可移动触点。一个致动器使触点托架在开和关位置间移动。该壳体内包括一个分割成第一和第二室的外壳，分别用来放置一套触点，第一和第二室均被绝缘壁包围。永久磁铁放在外壳的周围，用来将电弧以彼此相反的方向延伸并分别向着第一和第二室的绝缘壁。因此，每个电弧就不会合并。

Description

单极继电开关

本发明涉及一种单极继电开关，尤其是一种具有一对固定触点的继电开关，该对触点通过一个共用的可移动元件在灭弧环境中相互连通或断开。

美国专利第5892194号中公开了一种具有一对固定触点的触点装置，该对固定触点位于一个延长结构的密封箱内，通过一个共用的可移动的触点被关闭和打开。该对固定触点沿箱体的长度分布，并与从固定触点移开的可移动触点一起形成一对双平行开路或间隙。为了快速灭弧，就要将单个电弧向着箱体的相对端壁彼此移开，向相反的方向延伸电弧，为此在箱体的周围安装永久磁铁产生磁场，该磁场驱使每个电弧在可移动的触点和固定触点之间延伸。然而这种电弧驱动只有当电流以一个预定方向流动时才有效。也就是说，当固定触点以相反方向连接使电流以与预定方向相反的方向流动时，每个电弧受磁场驱动彼此相对延伸，从而导致电弧合并，在固定触点间通过合并的电弧引起不期望的短路。这样，上述技术的触点装置由于使用永久磁铁驱动电弧，只能以预定的电流方向连接。

考虑到上述问题，本发明提供一种单极继电开关，该开关能够有效灭弧，而无需考虑该装置所在电路的电流流向。根据本发明的继电开关包括一个壳体和两套放置在该壳体中的触点，一套由第一固定触点和第一可移动触点组成，而另一套由第二固定触点和第二可移动触点组成。一个触点托架具有从同一桥上延伸出来的第一和第二可移动臂，这两个臂分别装有第一和第二可移动触点。该装置包括一个致动器，该致动器提供驱动力使触点托架在开和关位置间移动，开位置时保持第一和第二可移动触点同时与第一和第二固定触点接触，关位置时保持第一和第二可移动触点分别通过打开时的间隙与第一和第二固定触点隔开。永久磁铁在第一和第二固定触点周围产生磁场，用来伸展分别在第一可移动触点和固定触点间及第二可移动触点和固定触点间形成的电弧。该壳体内包括一个被分割成第一和第二室的外壳，分别用来放置第一和第二固定触点及第一和第二可移动触点，第一和第二室均被绝缘壁包围。永久磁铁放在外壳的周围，用来将各个电弧以彼此相反的方向延伸并分别向着第一和第二室的绝缘壁。这样，每个电弧就能够分别在分开的室中伸展，也就是说，在隔离条件下。因此，每个电弧就不会合并，即使电流的流向使电弧彼此接近。

因此，本发明的一个主要目的就是提供一种单极继电开关，无论电流流动方向如何，即无论该装置在电路中的极性如何，该开关能够有效灭弧。

在优选实施例中，提出了一个优点，即确保在延长的使用阶段内，开关操作可靠。固定和可移动触点在重复开关接触之后会磨损，这可能引起两套触点间不平衡的开口间隙。如果出现这种现象，每个可移动触点为了使触点可靠关闭就要行驶不同的距离。由于提供了分开的触点室，触点托架就需要拥有分别延伸到分开触点室中的第一和第二臂。这样，为了有效地关闭第一和第二触点，第一和第二可移动臂就需要移动不同的距离或打开间隙。为此目的，该触点装置提供了一种微分机构，当触点托架接到来自致动器的驱动力移动到开的位置时，该机构使得第一和第二臂中的一个沿着关闭相应可移动触点和相关的固定触点的方向相对于另一个移动，这样就成功地关闭了第一和第二可移动触点，而无需考虑两套触点的打开间隙间可能的误差。

相应地，本发明的另一目的是提供一种单极继电开关，该开关能够确保长时间使用时触点可靠关闭。

上述微分机构可以在具有特定结构的致动器和触点托架的组合结构中实现。该致动器支撑一个电绝缘材料的头部。该触点托架通常是具有第一和第二臂的U字形结构，第一和第二臂彼此平行并且在与第一和第二可移动触点相对的一端通过桥连接。为了沿第一和第二臂的长度方向将触点托架移到开的位置，该桥刚性连接到用来从致动器接收驱动力的头部。该头部以可绕枢轴转动的方式支撑在致动器上，这种安装方式使得当触点托架被驱动到所述开的位置时，触点托架可以和该头部一起绕垂直于第一和第二臂所在平面的枢轴转动。

换句话说，上述微分机构可以是触点托架到支撑在致动器上的一个相同头部的枢轴连接。为了将触点托架沿第一和第二臂的长度方向移到开的位置，该触点托架的桥在位于第一和第二臂之间的中间长度上有一个支撑片，该支撑片连接到用来从致动器接收驱动力的头部上。该枢轴连接使得触点托架在被驱动到所述开的位置时，能够绕垂直于第一和第二臂所在平面的枢轴转动。

下面结合附图对优选实施例的详细描述将使本发明的这些和其它目的和优点更为明显。

图1是根据本发明第一实施例的单极继电开关的垂直剖面图；

图2是该继电开关的俯视图，继电开关的盖子和顶部被去掉；

图3是该继电开关的分解透视图；

图4是该继电开关的外壳的垂直剖面图；

图5和6是该继电开关的致动器的分解透视图；

图7是可以在上述实施例中使用的组合弹簧的透视图；

图8是根据本发明第二实施例的单极继电开关的垂直剖面图；

图9是该继电开关的俯视图，继电开关的盖子被去掉；

图10是上述继电开关中所使用的触点托架和头部间连接的分解透视图；

图11是触点托架和头部间连接的正视图；

图12A，12B和12C是该继电开关操作的示意图；

图13是可以在上述实施例的继电开关中使用的已变化的触点托架的侧视图。

                第一实施例<图1到图6>

现在参照图1到图3，图中示出了根据本发明第一实施例的单极继电开关。该继电开关比如说可以用作用来控制高电流的高电压直流电源继电器。该继电开关具有一个密封的壳体10，该壳体内并列安装着触点块1和电磁块80。触点块1包括一个具有第一和第二可移动触点31和32的触点托架30，该第一和第二可移动触点分别与第一和第二固定触点21和22啮合和分开，从而与第一和第二固定触点间通电或断路。电磁块80包括一个激励线圈81和一个电枢或致动器60，一旦给线圈81施加电压，致动器60就受到驱动将触点托架30移动到关闭触点的开的位置。当线圈不再施加电压时，回复弹簧86就迫使致动器60将触点托架30移回打开触点的关的位置。壳体10中充满了氢气或富氢气气体用来加速熄灭在被打开的触点间形成的电弧。

壳体10包括一个介电陶瓷材料的底板11和一个底部开口的矩形盖子12，盖子12通过一个环形密封金属板13连接到底板11上。在金属板13和底板11之间插入钎焊片16以实现两者间可靠钎焊。在金属板13上有多个从板的内周边直立起来的薄片14，该薄片用来与触点块1和电磁块80刚性连接。

如图3所示，触点块1有一个矩形的绝缘材料外壳40，该外壳包括一个底盒43和一个上盒44组成。外壳40的内部被隔板45分割成第一和第二室41和42，如图4所示，第一和第二室41和42分别用来安装第一可移动触点31和第一固定触点21与第二可移动触点32和第二固定触点22。第一和第二固定触点21和22分别在穿过底板11伸展的尾销23和24上形成。触点托架30通常形成具有第一和第二平行臂33和34的U字形结构，第一和第二平行臂33和34分别在它们的下端携带第一和第二可移动触点31和32。第一和第二臂33和34的上端由桥35连接成整体，桥35连接到致动器60上，这样触点托架30就被致动器60驱动沿着第一和第二臂的长度方向在开和关两个位置间移动。第一和第二臂33和34也分别安装在第一和第二室41和42中。为了将打开触点间所形成的电弧向相反方向伸展，将一对具有相反极性的永久磁铁50放置在外壳40的周围以产生作用于上述电弧的磁场。当尾销23和24被连接到一个负载电路中，所流经的直流电流流向如图4中箭头所示时，电弧100如图4中的实线所示向外壳40的端壁46伸展，从而实现电弧电压的快速增长，消除电弧。当尾销23和24被连接到具有相反极性的电路中，所流经的直流电流方向相反时，电弧100如图4中的虚线所示向隔板45伸展，也实现电弧电压的快速增长，消除电弧。外壳40或至少外壳的内壁可以由消融的灭弧材料构成，比如不饱和聚酯、尼龙之类具有高消融速度的材料，能够在电弧的影响下产生加快灭弧的去离子气体。

永久磁铁50由固定在外壳40周围的夹子51和52固定位置。上盒44由固定器弹簧48压入底盒43中，固定器弹簧48压缩在上盒44和盖子12的顶部之间。底盒43的下端上有与金属板13的薄片14相啮合的凹槽。在大量重复开关触点之后，触点被磨损，触点材料的碎屑将会分别聚集在第一和第二固定触点21和22的周围。然而，隔板45将聚集在第一和第二固定触点周围的触点碎屑分离开，从而防止在两个固定触点间触点碎屑短路的形成。

电磁块80包括一个缠绕在线圈81上的线圈轴82，磁芯83穿过线圈轴82，磁芯83在它的上端形成一个磁极端，下端与L形轭85连接。致动器60将其后端绕枢轴可转动地支撑在轭85的上端，从而将致动器60的前端与磁极端相对安装。线圈轴82上装有一对接线片90，用来分别与线圈81的相反端线连接并分别与通过底板11延伸的线圈销91电连接。每个接线片90都有一个弹簧部分，线圈销91的上端压在该弹簧部分上从而建立电连接。

如图5所示，致动器60支撑绝缘材料的头部70，该绝缘材料的头部又支撑触点托架30。长距弹簧64通过固定在致动器60上的弹簧64的尾端将头部70连接到致动器60上。弹簧64的前端与头部70的前部啮合，给出一个偏压力，该压力迫使头部和触点托架30形成用于关闭触点的触点压力。头部70具有一个开口71，从开口71的前部底周边伸出一个舌簧72用来与弹簧64的前端啮合，图1中最为明显。触点托架30在桥35的纵向中心形成一个刚性连接到头部70的前中心的支撑片36。

如图6所示，在头部70底部宽度方向的中心位置形成一个圆形的凸起或支点73，支点73靠在致动器60的阶梯状前端61上，这样头部70可以绕枢轴转动地支撑在致动器60上，从而能够绕与第一和第二可移到触点31和32所在竖直平面垂直的水平枢轴转动。这样，头部70能够与触点托架30一起在有限范围内绕枢轴转动，因此，当触点托架移到开的位置时，确保了第一和第二可移动触点31和32分别与第一和第二固定触点21和22有效啮合，而无需考虑第一可移动触点31相对于第一触点21的第一开口间隙和第二可移到触点32相对于第二触点22的第二开口间隙间可能的误差。在大量重复开关触点后，由于触点磨损这样的误差是可能出现的。然而由于提供了可绕枢轴转动的头部70，该头部从致动器60传输了关闭触点的力，因此为了使第一和第二可移到触点31和32与第一和第二固定触点21和22稳定接触，触点托架30能够绕枢轴转动，这时触点托架30被驱动进一步向下面运动。在这种意义上，头部，70到致动器60的枢轴支撑就构成了微分机构，该机构补偿了第一和第二套触点间开口间隙的误差。

长距弹簧64在其后端形成一个固定钩67，该固定钩与头部70的后端啮合产生一个与施加在头部前端的偏压力相平衡的力，这样就抑制了头部70绕与枢轴垂直的横向水平轴摆动而改变触点的开口间隙。为了不让固定钩67限制头部70的绕枢轴运动，头部70形成一个靠在固定钩67上的圆形凸起76。虽然最好使用固定钩，但不是必要的，可以除去。为了改变头部70绕横向水平轴相对于致动器60的角度，将一个调节螺钉74穿过位于头部70后端的螺孔75，调节螺钉74的下端紧靠在致动器60上，这样就可以调节可移动触点31，32与固定触点21，22间的开口间隙。螺钉74的下端被做成圆形以形成另一个支点76，该支点沿枢轴方向与支点73在一条直线上，如图6所示。在线圈轴82的顶部安装一个与头部70啮合的制动器88，以将致动器60保持在关的位置对抗回复弹簧86的偏压力。

在上述实施例中，长距弹簧64与回复弹簧86是分开的，如图7所示它们可以形成一个整体部件。

                    第二实施例<图8到12>

参照图8到12，示出了根据本发明第二实施例的单极继电开关，该开关除了触点托架30A可绕枢轴转动地支撑在致动器60A的头部170以外，与第一实施例是相同的。相同部件采用具有后缀“A”的相同标号。一个相同的长距弹簧64A从电磁块的致动器60A伸展到绝缘材料的头部170，弹簧的后端安装在致动器60A上，弹簧的前端固定地插到头部170中。头部170上形成一个水平伸展的槽171，用来与触点托架30A的支撑片36A连接。如图11所示，在槽171的纵向中心的上壁上形成一个球形凸起172，凸起172伸入到触点托架30A的支撑片36A的圆孔37中旋转结合，这样触点托架30A就能够绕垂直于第一和第二可移动触点31A和32A所在平面的水平枢轴转动，这样就确保了触点的成功关闭，即使在第一和第二套触点的开口间隙间存在误差时也一样。这就是说，即使在如图12B所示的一套触点间存在开口间隙时，触点托架30A受驱动从图12A的关位置移动后，当被驱动进一步向下移动时，触点托架30A绕枢轴转动，这样，如图12C所示，使得第一和第二可移动触点都与相应的固定触点啮合。这样，从触点托架30A到头部170的枢轴支撑就构成了一个类似的微分机构，该机构补偿了在第一和第二套触点间开口间隙的误差。

槽171的相对壁是倾斜的，这样槽171相对纵向端的槽间隙就比槽纵向中心处的槽间隙宽，触点托架30A在槽的纵向中心处支撑到头部170上。这样，触点托架30A的支撑片36A就可以在更大的角度范围内绕枢轴转动，如图12C所示，这样就增强了同时关闭触点的能力。

如图11所示，在槽171的下壁上形成一个制动器174，其位置向后抵消了与支撑片36A的后端紧靠着的凸起172。为了防止触点托架30A围绕与水平枢轴横向的水平轴纵摆，凸起172向前安置弹簧175，从而迫使支撑片36A被压靠在制动器174上，这样就消除了开口间隙的变动而无需考虑触点托架30A到头部170的枢轴支撑。

上述两个实施例中的每一个中，如图13所示，触点托架30的第一和第二臂33和34都可以在可移动触点31和32分别与十字槽39邻接的位置形成。使用塑性材料时，比如铜之类制造触点托架槽的金属，槽39容易变形，这样就调整了臂的长度，补偿了装配开关时开口间隙的可能误差。

Claims (12)

1、一种单极继电开关包括：

一个壳体(10)；

两套放置在所述壳体中的触点(21，31；22，32)，一套由第一固定触点(21)和第一可移动触点(31)组成，而另一套由第二固定触点(22)和第二可移动触点(32)组成；

一个触点托架(30)，具有从同一桥(35)上延伸出来的第一和第二臂(33，34)，这两个臂的自由端分别装有所述第一和第二可移动触点(31，32)；

一个致动器(60)，该致动器提供驱动力使所述触点托架(30)在开和关位置间移动，开位置时保持第一和第二可移动触点(31，32)同时分别与第一和第二固定触点(21，22)接触，以通过所述触点托架使所述第一固定触点和所述第二固定触点导通，关位置时保持第一和第二可移动触点(31，32)分别通过打开间隙与所述第一和第二固定触点(21，22)隔开；以及

永久磁铁装置(50)，其在第一和第二固定触点周围产生磁场，用来伸展分别在第一可移动触点和固定触点间及第二可移动触点和固定触点间形成的电弧；

其特征在于，

所述壳体内包括一个被分割成第一和第二室(41，42)的外壳(40)，分别用来放置所述第一和第二固定触点(21，22)及所述第一和第二可移动触点(31，32)，每个所述第一和第二室均被绝缘壁包围；

所述永久磁铁装置(50)被放在外壳的周围，以将各个电弧以彼此相反的方向并分别向着所述第一和第二室(41，42)的绝缘壁延伸。

2、如权利要求1所述的单极继电开关，其特征在于，

所述触点托架(30)可以沿所述第一和第二臂(33，34)的长度方向在所述开和关位置之间移动；

一个微分装置当所述触点托架受到来自所述致动器(60)的驱动力移动到所述开的位置时，使所述第一和第二臂中的一个沿着关闭相应可移动触点和相关的固定触点的方向相对于另一个移动，这样就使第一和第二可移动触点分别与第一和第二固定触点接触，而无需考虑由于触点重复开关过程中的触点摩擦而产生的所述两套触点的所述打开间隙间可能的误差。

3、如权利要求2所述的单极继电开关，其特征在于，

所述致动器(60)支撑一个电绝缘材料的头部(70)，

所述触点托架具有所述第一和第二臂(33，34)，通常是U字形结构，所述第一和第二臂彼此平行并且在与所述第一和第二可移动触点相对的一端通过所述桥(35)连接，

为了沿所述第一和第二臂的长度方向将触点托架移到所述开的位置，所述桥刚性连接到用来从所述致动器接收驱动力的所述头部(70)，

所述微分装置包括一个所述头部(70)在所述致动器(60)上的一个枢轴支撑，

所述枢轴支撑使所述头部以可绕枢轴转动的方式支撑在所述致动器上，这种安装方式使得当所述触点托架被驱动到所述开的位置时，所述触点托架可以和所述头部一起绕垂直于第一和第二臂所在平面的枢轴转动。

4、如权利要求3所述的单极继电开关，其特征在于，长距弹簧(64)连接在所述致动器(60)和所述头部(70)之间，以给出一个偏压力，该压力使第一和第二可移动触点与相关的第一和第二触点间在所述开的位置时形成接触压力，而且能够使所述触点托架(30)绕枢轴转动，使开始没有与相应的固定触点(21，22)啮合的第一和第二触点(31，32)中的一个关闭，而保持另一个触点与相应的固定触点啮合。

5、如权利要求3所述的单极继电开关，其特征在于所述头部(70)在其底部形成一个圆形的凸起(73)，通过所述凸起所述头部(70)通常可以绕枢轴转动地支撑在所述致动器(60)的平的上表面上。

6、如权利要求4所述的单极继电开关，其特征在于，

为了向所述头部给出所述偏压力，所述长距弹簧(64)从所述致动器(60)延伸以具有一个与所述头部(70)的前端啮合的前端，所述头部(70)的前端与所述触点托架(30)邻接，

所述长距弹簧还包括一个固定器(67)，该固定器与所述头部(70)的后端啮合以产生一个平衡力，这样就防止了所述头部绕垂直于所述枢轴的水平轴摆动。

7、如权利要求6所述的单极继电开关，其特征在于，

为了改变所述头部绕所述水平轴相对于所述致动器的角度，一个调节螺钉(74)穿过所述头部(70)的尾端，以使头部(74)的下端紧靠在所述致动器(60)上，这样就可以调节第一和第二可移动触点相对于所述第一和第二固定触点的所述开口间隙。

8、如权利要求2所述的单极继电开关，其特征在于，

所述致动器(60A)支撑一个绝缘材料的头部(170)，所述触点托架(30A)具有所述第一和第二臂(33A，34A)，通常是U字形结构，所述第一和第二臂彼此平行并且在与所述第一和第二可移动触点(31A，32A)相对的端部通过所述桥(35A)连接，

为了沿所述第一和第二臂的长度方向将所述触点托架移动到所述开的位置，所述桥(35A)在所述第一和第二臂之间的中间长度处形成一个支撑片(36A)，该支撑片连接到用来从所述致动器接收驱动力的所述头部，

所述微分装置包括一个所述触点托架(30A)到所述头部(70A)上的一个枢轴连接；

当所述触点托架被驱动到所述开的位置时，所述枢轴连接使所述触点托架可以绕垂直于第一和第二臂所在平面的枢轴转动。

9、如权利要求8所述的单极继电开关，其特征在于，长距弹簧(64A)连接在所述致动器(60A)和所述头部(170)之间，以给出一个偏压力，该压力使第一和第二可移动触点与相关的第一和第二固定触点间在所述开的位置时形成接触压力，而且能够使所述触点托架绕枢轴转动，使开始没有与相应的固定触点啮合的第一和第二触点中的一个关闭，而保持另一个触点与相应的固定触点啮合。

10、如权利要求8所述的单极继电开关，其特征在于，

所述头部(170)在其前端形成一个水平伸展的槽(171)，用来将所述支撑片(36A)放入其中，所述水平槽限定在相对的上壁表面和下壁表面之间，

在槽(171)的其中一个所述上壁表面和下壁表面上形成一个球形凸起(172)，该凸起与所述支撑片中的圆孔(37)啮合，这样所述触点托架就能够绕枢轴转动地支撑在所述头部上。

11、如权利要求10所述的单极继电开关，其特征在于，

所述上壁表面和下壁表面是倾斜的，使得所述槽相对纵向端的槽间隙比所述槽纵向中心处的槽间隙宽，所述球形凸起放置在所述槽的纵向中心处。

12、如权利要求1所述的单极继电开关，其特征在于，

所述致动器(60；60A)是由电磁块(80；80A)驱动的电枢，该电磁块与所述外壳(40；40A)并排放置在所述壳体内，并且

所述壳体是密封的并且充满了氢气。

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