CN111180230A - 一种直流接触器灭弧系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流接触器灭弧系统，属于直流接触器技术领域。包括静触头、动触头、灭弧系统、电磁系统以及壳体；灭弧系统包括灭弧室、灭弧空腔和气流导向件；直流接触器上部型腔中的动触头下方设有隔板，隔板上设有灭弧室和气流导向件，灭弧室设于直流接触器动触头与静触头相对运动区域的外侧周边；壳体和电磁系统的金属杯外周之间设有从上部型腔延伸到下部型腔的灭弧空腔。本发明在有限的腔体空间内布置灭弧栅片和气流导向件，提高灭弧能力，实现了高温燃弧气体的在接触器上下内腔的气道循环与扩散，加强电弧冷却效果，避免了直流接触器主腔体污染，进一步提升了灭弧能力，保证了直流接触器的安全使用。

Description

一种直流接触器灭弧系统

技术领域

本发明涉及一种直流接触器灭弧系统，属于直流接触器技术领域。

背景技术

直流接触器是指用在直流回路中的一种接触器，主要用来控制直流电路(主电路、控制电路和励磁电路等)。直流接触器需要频繁开闭大负荷电流，所以必须具备很强的灭弧能力，而且要具有灵活的触头系统和可靠的电磁系统。

在新能源应用领域，例如纯电动车辆通常采用高压直流接触器负责动力电池系统的接通与分断，并可在意外发生时断开高压电池系统。电触头在从接通到断开的过程中会有放电现象并产生电弧，电弧的产生会延迟电路的开断，较高的电弧能量甚至会烧毁电触头，造成电触头融焊，且由于目前直流接触器都采用密封形式，严重情况下会导致开关电器的着火爆炸。

在现有技术中，为了使直流接触器产品体积小，运行负载高，高压直流接触器通常采用密封充气外加磁场使金属相电弧横向拉长，电弧在灭弧介质中迅速冷却复合去游离。通常情况下，以上技术手段灭弧空间有限，燃弧时间较长，并且在熄弧过程中所产生金属颗粒以及碳化杂质聚集在灭弧腔体内部，污染腔体，容易导致一定程度的电寿命后绝缘能力的下降。例如：目前市场上泰科、松下、LS 等厂商均应用磁吹灭弧技术手段，而且这些灭弧方案大部分都有电流极性要求，当电流极性接反时，寿命能力骤然下降，甚至会爆炸。

目前常见的高压直流接触器内部结构如附图1、2所示。现有专利文献中，中国发明专利CN102074387A与CN104412353A也分别公开了两种高压直流接触器的典型结构布置。这种设计的不足之处在于：触头灭弧系统并未充分利用接触器上部型腔体积(图2为侧视图，动触桥两侧的空腔与触头灭弧系统隔离，该空腔并未有效利用)，灭弧容量有限，同时仅仅依靠气体氛围条件下永磁体磁吹灭弧的技术手段难以继续提升灭弧能力，缩短燃弧时间。并且在熄弧过程中所产生金属颗粒以及碳化杂质聚集在灭弧腔体内部，污染腔体，容易导致一定程度的电寿命后绝缘能力的下降。灭弧室采用方形封闭腔体，灭弧通道狭长，高温燃弧气体无法流动循环，在较高等级的分断下容易出现燃弧气体无法逸散并快速冷却，内腔压力过大造成产品爆炸。并且这类接触器对于电流极性有严格要求，因此环境适用性大大降低。

现有新能源应用领域中，动力电池系统一般为400VDC，未来可能大幅度提升，因此高压直流接触器需要更强的灭弧能力，能够安全地开启和关闭相对大的电流，并且能够避免熔焊和过量的电弧对接触器中触头的损害。所以本技术领域迫切需要在直流接触器中采用灭弧装置，以实现高效可靠的灭弧效果。

发明内容

本发明的目的是为解决直流接触器中实现高效可靠的灭弧作用的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种直流接触器灭弧系统，直流接触器包括静触头、动触头、灭弧系统、电磁系统以及壳体；所述电磁系统包括中轴、静铁芯、动铁芯、骨架线圈、金属杯以及轭铁；所述灭弧系统包括灭弧室、灭弧空腔和气流导向件；所述直流接触器上部型腔中的动触头下方设有隔板，隔板上设有灭弧室，灭弧室设于直流接触器动触头与静触头相对运动区域的外侧周边；所述壳体和所述电磁系统的金属杯外周之间设有从直流接触器上部型腔延伸到下部型腔的灭弧空腔；所述隔板上设有气流导向件。

优选地，所述的灭弧室包括灭弧栅片和隔弧板，所述灭弧室相对于直流接触器动触头与静触头相对运动区域的两侧设有两片隔弧板，隔弧板设于隔板上，隔弧板板面平行于直流接触器动触头中轴；两片隔弧板之间垂直于隔弧板且平行间隔的设有片状灭弧栅片；所述灭弧室相对于直流接触器动触头一侧设有开口，所述灭弧室相对于直流接触器动触头的另一侧设有开口。

优选地，所述直流接触器腔体垂直于所述中轴的横截面设为中间截面小，两侧截面逐渐变大的领结型结构，所述触头系统设于腔体截面较小的中间部位，灭弧室设于腔体两侧的扇形部。

优选地，所述灭弧室的栅片设有引弧槽。

优选地，所述气流导向件包括底板、隔弧板、分隔件；直流接触器上部型腔中的动触头下方设有隔板，隔板上设有底板，底板上设有隔弧板和分隔件；所述分隔件设于灭弧室相对于直流接触器触头系统的另一侧开口处；在所述灭弧室与动触头运动区域相邻的两侧并以分隔件为中心对称设有的两片隔弧板包括隔弧壁和导气板,灭弧室两侧设有的所述隔弧壁延伸向分隔件设有导气板。

优选地，所述气流导向件包括底板、隔弧板、分隔件和挡弧导气板；直流接触器上部型腔中的动触头下方设有隔板，隔板上设有底板，底板上设有隔弧板、分隔件和挡弧导气板；所述分隔件设于灭弧室相对于直流接触器触头系统的另一侧开口处；在所述灭弧室与动触头运动区域相邻的两侧并以分隔件为中心对称设有的两片隔弧板包括隔弧壁和导气板,灭弧室两侧设有的所述隔弧壁延伸向分隔件设有导气板；分隔件设有向两侧延伸的挡弧导气板，挡弧导气板包括挡弧部、导气部和削尖的端部，分隔件向两侧延伸设有挡弧部，挡弧部弯折延伸设有包围住导气板的导气部，导气部的端部设有削尖的端部；导气部与挡弧部的弯折连接处与导气板相对应。

优选地，所述气流导向件的导气板与所述直流接触器腔体的壳体壁之间设有出气口一；隔弧壁与所述直流接触器腔体的壳体壁之间设有出气口二；出气口一和出气口二之间设有储气空间一。

优选地，所述气流导向件的导气板与挡弧部之间设有出气口三；所述隔弧壁和导气部之间设有出气口四；所述削尖的端部与所述直流接触器腔体的壳体壁之间设有出气口五；所述出气口三和出气口四之间设有储气空间二,所述出气口五与所述直流接触器腔体的壳体壁之间设有储气空间三。

优选地，所述的灭弧栅片的材质是冷轧钢板、铜板、间位芳香族聚酞胺纤维 Nomex型材或者陶瓷。

优选地，所述的动触头上设有U型结构件支架，支架为导磁材料。

优选地，所述的动触头顶端设有隔弧板，隔弧板设于动触头顶端部的中间位置，将动触头与静触头接触的两个触点分隔在两个空间内。

高温高压气体总是向低温低压的环境运动，电弧产生的高温高压气体将会顺势向灭弧室出口方向运动，有利于电弧的气吹和快速运动而冷却，在接触器中让电弧快速向前运动并在灭弧室中扩散有助于拉长电弧和冷却电弧，在直流应用的接触器中尤其如此，其由于没有电压电流过零这一过程，因此拉长电弧和迅速冷却电弧成了直流接触器中最重要的灭弧手段。

本发明在现有磁吹灭弧的基础上，在有限的空间内布置栅片灭弧室。通过灭弧室栅片将电弧切割为多段短弧，从而提升弧隙初始介电强度，同时栅片(例如铜栅片、铁磁栅片、陶瓷等)具有加强冷却以及表面复合作用。对于大电流分断(例如额定电流)，栅片灭弧室所产生的磁驱动力以及永磁体产生的磁场(弗莱明法则)将电弧拉伸，具有延长了长度的电弧可由气体氛围(空气、氮气或氢气等)冷却，同时借助灭弧系统的压力梯度驱动燃弧气体向两侧排出至预先设置的流道腔体(既可以是横向，也可以是纵向)。最后，利用接触器上部与下部灭弧空腔以及金属杯进一步加强电弧的冷却。这种方案采用类似于内腔出气的方式大大减轻上部灭弧室的压力系数，降低产品爆炸风险，并且能够使高温燃弧气体有效流动循环冷却。如此不仅使其拥有更大的灭弧空间，更短的燃弧时间，更高的电弧电压，并且燃弧气体的流动将金属颗粒以及碳化杂质聚集在接触器下部腔体，保证上部主腔体的洁净度以及绝缘电阻。另外，根据本发明，即使电弧沿任意方向产生，也能够通过电流和磁力沿所期望的方向诱发并与栅片灭弧室接触，由此能够使电弧熄灭。不仅如此，灭弧腔体外壳还能够防止永磁体的磁力特性劣化，并且能够长期维持使电弧迅速且可靠地消失的功能。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明的技术方案在有限的腔体空间内布置灭弧栅片，提高了灭弧能力，而且对电源无极性要求。并且实现了高温燃弧气体的在接触器上下内腔的气道循环与扩散，加强电弧冷却效果，避免主腔体污染，进一步提升灭弧能力。触桥两侧的动静触头之间产生的高温气体，在各自的气流通道流动。在出现短路故障情况下，降低触头融焊的风险，提高接触可靠性。

附图说明

图1、图2是现有高压直流接触器典型结构；

图3a是本发明高压直流接触器中一种灭弧室结构示意图；

图3b是本发明高压直流接触器结构俯视示意图；

图3c是本发明高压直流接触器灭弧栅片结构部分示意图；

图4a是本发明高压直流接触器中第二种灭弧室结构示意图；

图4b是本发明高压直流接触器中动触头安装支架结构示意图；

图4c是本发明高压直流接触器中动触头安装支架结构示意图；

图5a是本发明高压直流接触器栅片导流结构一示意图；

图5b是本发明高压直流接触器栅片导流结构二示意图；

图6a、6b为高压直流接触器上层灭弧腔体的两种气流循环方案；

图6c、6d为高压直流接触器上层灭弧腔体的两种导风板结构示意图；

图6e、6f为高压直流接触器上层灭弧腔体的两种导气结构和双储气空间结构局部放大示意图；

图7a高压直流接触器触头灭弧系统无极性方案结构示意图(俯视图)；

图7b为高压直流接触器永磁体磁力线分布；

图7c为高压直流接触器U型磁轭包覆下的永磁体磁力线分布；

图7d是高压直流接触器无极性栅片灭弧室结构；

图7e是高压直流接触器无极性栅片灭弧室结构侧视图；

图8a,8b,8c是高压直流接触器无极性栅片灭弧室结构具有隔弧板结构示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

实施例一：

如图3a所示是本发明所公开的一种立体结构方案。其中接触器301包括：静触头302与303、动触头304、灭弧室310和311、电磁系统312以及壳体313。电磁系统312包括中轴305、静铁芯306、动铁芯307、骨架线圈308、金属杯 309以及轭铁314。触头系统包括动静触头(302、303、304)用于接通和断开外部直流负载电路；电磁系统312通过动铁芯307与中轴305驱动动触头304完成触点切换动作，动触头304的两端分别与静触头(302、303)接触，形成两对动静触点接触，称为桥式接触系统；灭弧室310和311用于完成灭弧动作；壳体 313用于容纳触头系统、电磁系统312以及灭弧室(310、311)，还包括下部灭弧空腔315、316。其中动静触头在分断过程中产生的高温燃弧气体(319、320) 通过外壳上部腔体进入灭弧室310和311，通过栅片将电弧切割为多段短弧，从而提升弧隙初始介电强度，同时栅片(例如铜栅片、铁磁栅片、陶瓷等)具有加强冷却以及表面复合作用。另外灭弧室(310、311)所产生的磁驱动力以及永磁体产生的磁场(弗莱明法则)将电弧(319、320)拉伸，具有延长了长度的电弧 (319、320)可由所处的气体氛围(空气、氮气或氢气等)冷却，同时借助灭弧系统的压力梯度驱动燃弧气体(319、320)向两侧排出至外壳313所预先设置的流道腔体(既可以是横向，也可以是纵向)。即电弧未进入灭弧室前，产生的高温气体，把电弧吹入灭弧室，然后和灭弧室中由电弧产生的高温气体，一起在灭弧室的后端排出灭弧室，进入壳体和所述电磁系统的金属杯外周之间的下部灭弧空腔，这样形成了从上部灭弧空腔->灭弧室出气口->下部灭弧空腔的气流运动路线。最后，利用接触器301上部与下部灭弧空腔(315、316)以及金属杯309(热传导率高)进一步加强电弧的冷却。灭弧室310与311采用倾角布置,即灭弧栅片317的堆叠方向(如图3c)与壳体313的侧壁313a成一定的角度，使得灭弧栅片317形成的排气口以向下倾斜的方式排出燃弧气体，而不是正向面对侧壁 313a，对高温气体起到一个向下方导流作用。灭弧栅片长短交错排列保持与动静触头间隙一致，如此排列布置有利于燃弧气体(319、320)借助压力梯度沿着导向迅速有效排出至接触器301下部空腔315与316，同时燃弧气体(319、320) 的流动将金属颗粒以及碳化杂质聚集在下部空腔315与316，保证灭弧室(310、 311)的洁净度以及绝缘电阻。并且金属杯309不仅为电磁系统312提供导磁作用，其具有的大面积外金属表面和较高的热传导率更有助于燃弧气体(319、320) 的迅速冷却。图3b是本技术方案所公开的下部腔体结构俯视图，高温燃弧气体 (319、320)在壳体313内部循环，进入两侧的下部腔体315和316后向两边扩散，同时借助所处气体氛围(氢气、氮气、空气等)与金属杯309的外表面(较高的热传导率)进行冷却作用。

在图3b俯视图中，可以看出侧壁313a具有向外突出的弧形外形，当燃弧气体319、320从灭弧室喷出时，弧形的形状帮助燃弧气体向两侧扩散，更有力于高温气体的冷却。图3c是此方案中所采用的倾斜形式的灭弧室310结构,其中灭弧栅片317的材质可以是冷轧钢板、铜板、Nomex型材或者陶瓷等，并且栅片长度根据动触头运动路径进行调整，保持间隙一致，同时栅片两侧有隔弧板318 起支撑固定作用。灭弧栅片317的长度沿堆叠方向逐渐增加。这里堆叠方向是一个参考方向，仅是用来说明灭弧栅片317的外形尺寸变化方式，不是对专利技术保护范围的限定。

实施例二：

图4a是本发明所公开的另一种立体结构方案。其中接触器401包括：静触头302与303、动触头304、灭弧室402和403、电磁系统312以及壳体404。电磁系统312包括驱动轴305、静铁芯306、动铁芯307、骨架线圈308、金属杯309以及轭铁314。所述触头系统包括动静触头(302、303、304)用于接通和断开外部直流负载电路；电磁系统312通过动铁芯307与中轴305驱动动触头304 完成触点切换动作；灭弧室402和403用于完成灭弧动作；壳体404用于容纳触头系统、电磁系统312以及灭弧室402和403，还包括下部灭弧空腔405、406。

其中动静触头在分断过程中产生的高温燃弧气体413和414通过外壳上部腔体进入灭弧室402和403，通过栅片将电弧413和414切割为多段短弧，从而提升弧隙初始介电强度，同时栅片(例如铜栅片、铁磁栅片、陶瓷等)具有加强冷却以及表面复合作用。另外灭弧室402和403所产生的磁驱动力以及永磁体产生的磁场(弗莱明法则)将电弧拉伸，具有延长了长度的电弧413和414可由所处位置周围的气体氛围(空气、氮气或氢气等)冷却，同时借助灭弧系统的压力梯度驱动燃弧气体向两侧排至外壳404所预先设置的流道腔体(既可以是横向，也可以是纵向)。最后，利用接触器401上部与下部灭弧空腔405和406以及金属杯309进一步加强电弧413和414的冷却。在这里灭弧室402与403中栅片采用水平布置，灭弧栅片平行布置，如此布置有利于燃弧气体413和414在灭弧室内产生较大的压力，借助压力梯度有效排出至接触器401下部空腔405与406，并且因为灭弧室腔体出气口面积相较图3a方案小，燃弧气体413和414初始流速较快，更容易到达下部腔体405和406深处。同时燃弧气体413和414的流动将金属颗粒以及碳化杂质聚集在下部空腔405与406，保证灭弧室402和403的洁净度以及绝缘电阻。金属杯309不仅为电磁系统312提供导磁作用，其具有的大面积外金属表面更有助于燃弧气体413和414的迅速冷却。其中，灭弧室安装的栅片板到外壳404距离大于灭弧室出气口附近金属杯309到外壳404的距离,金属杯309在下部空腔405和406部分，金属杯309到外壳404的距离大于出气口附近金属杯309到外壳404的距离，这样从灭弧室402和403到下部空腔405和 406形成了截面由大到小然后再变大的出气口，形成了具有文丘里效应的喷气口，加快了气流运动。

图4b、4c是触头灭弧系统的内部结构示意图(侧视图)，其中动触头304 上部安装配有U型结构件支架410，支架410为导磁材料。电磁系统312上部装配有隔板411，隔板411采用高阻燃等级塑性材料，必要时可添加产气材料以加强气吹作用，通过使用含有氢的塑性材料，从而提高电弧内部的热传导率，因此，能够容易地使电弧的热能扩散。电磁系统312外部由金属杯309完全包覆，金属杯309主要承担磁轭作用，其大面积金属外表面辅助电弧冷却。金属杯309采用导磁金属材料，比如电工纯铁，外表面电镀。灭弧栅片412的材质可以是冷轧钢板、铜板、Nomex型材或者陶瓷等，灭弧栅片412采用U型结构，在永磁体的磁吹作用下可以实现灭弧室402的无极性。

由于动触头304上部装配有U型结构件支架410，并且支架410采用导磁材料。当动力电池系统出现短路故障时，短路电流可达几千安培，因此动静触头需要承受极大的电动斥力，电动斥力等于触头表面的Holm力与洛伦兹力合力。现有技术中为了对抗电动斥力，防止触头斥开融焊，需要采用力值较大的触头弹簧。在传统结构的动触头304上增加U型支架410后，触头304上部的磁力线密度明显增大，由于触头304上下侧磁场强度的差异可以抵消一部分电动斥力所带来的影响(电动力补偿)，在触头弹簧保持一定力值的前提下，能够在出现短路故障情况下，降低触头融焊的风险，提高接触可靠性。

实施例三：

图5a、5b为接触器上层灭弧腔体的两种灭弧室结构(俯视图)；扇形灭弧室腔体501容纳动触头304与动触头引弧板504以及灭弧室505，507，腔体501 外部平行布置永磁体502与503。腔体501是一种中间截面小，而两端截面逐渐变大、形成为一类似扇形的结构，构成了近似“领结”形或者说“耳”型结构，如图5a。触头系统布置在腔体501的截面较小的中间部位，而灭弧室505或者灭弧室507对应布置在腔体501的两端，即扇形部分。灭弧室栅片包括靠近触头系统的根部505a、507a和向腔体501扇形部分扩展的延伸部505b、507b。实施例中如图5a,灭弧室505的栅片中间位置具有“T”字型的引弧槽505c，电弧气体从触头系统产生后通过引弧槽505c向灭弧室505的纵深运动，由于“T”字型槽的存在、弧形壳体侧壁、以及高温气体通常由温度高的地方向温度低的地方扩展的效果，因此燃弧气体分别从两侧绕“T”型槽的边上栅片部分运动，使得燃弧气体产生了循环，如图5a。结合图3a或者4a的结构，在空间位置上，燃弧气体是循环并向下部空腔315与316或者下部空腔405与406运动的，加速了气体的冷却。

进一步的，实施例中如图5b,灭弧室507的栅片具有一端开口的长槽形引弧槽507c和位于栅片扇形部分末端的分隔片507d。

其中动静触头在高水平分断过程中产生的高温燃弧气体(509a、509b)进入灭弧室505，通过栅片将电弧(509a、509b)截割为多段短弧，从而提升弧隙初始介电强度，同时栅片(例如铜栅片、铁磁栅片、陶瓷等)具有加强冷却以及表面复合作用。另外灭弧室(505)所产生的磁驱动力以及永磁体产生的磁场(弗莱明法则)将电弧(509a、509b)拉伸，具有延长了长度的电弧(509a、509b) 可由气体氛围(空气、氮气或氢气等)冷却，同时借助灭弧系统的压力梯度驱动燃弧气体(509a、509b)在扇形腔体的储气空间508内流动循环。在这里灭弧室505采用水平布置，灭弧栅片平行布置，栅片采用磁性材料，例如冷轧钢板等。由于导磁性灭弧栅片的影响，永磁体502和503覆盖长度较常规方案大幅度减小，因此灭弧室腔体结构可由现有的矩形腔体方案改进为扇形腔体501，不仅增大灭弧室容量，还能促进高温燃弧气体(509a、509b)在接触器上层的内部循环。如图5a、5b所示，灭弧室505采用两种不同的栅片形状结构形式，同时可以达到灭弧效果。

实施例四：

图6a、6b为接触器上层灭弧腔体的两种气流循环方案；图6c，6d为接触器上层灭弧腔体所采用的气道结构示意图。如图所示，这两种方案采用灭弧室601 和602，并且在扇形灭弧腔体501内分别增加图6a的导向件603与图6b的导向件604，分别完成图6a、6b所示的燃弧气体605的内腔循环方式。

导向件603包括底板603a、隔弧板603b、分隔件603c。底板603a作为隔弧板603b和分隔件603c的支撑件，或者底板603a、隔弧板603b和分隔件603c 一体注塑形成。其中隔弧板603b具有隔弧壁603b1和导气板603b2,隔弧板603b 具有两片，对称设置在分隔件603c的两侧，导气板603b2从隔弧壁603b1上延伸并向分隔件603c偏折。

导向件604包括底板604a、隔弧板604b、分隔件604c、挡弧导气板604d。其中，底板604a、隔弧板604b和分隔件604c与导向件603的结构类似，区别在于分隔件604c还具有向两侧延伸的挡弧导气板604d，挡弧导气板604d包括挡弧部604d1、导气部604d2和削尖的端部604d3，导气部604d2从挡弧部604d1 上延伸并弯折包住导气板604b2,削尖的端部604d3形成于导气部604d2的端部。导气部604d2与挡弧部604d1的弯折处与导气板604b2相对。

根据图6a、6c和6e,在导气板603b2与腔体501的壳体壁形成距离为a1的出气口；在隔弧壁603b1与腔体501的壳体壁形成距离为a2的出气口；在出气口a1和出气口a2之间具有储气空间S1。

根据图6b、6d和6f,在导气板604b2与挡弧部604d1之间形成距离为b1 的出气口；在隔弧壁604b1和导气部604d2之间形成距离为b2的出气口；在端部604d3与腔体501的壳体壁之间形成距离为b3的出气口；在出气口b1和出气口b2之间具有储气空间S2,高温气体经过出气口b3后可以进入储气空间S3。导向件604形成了双层导气结构和双储气空间结构。

上述任一储气空间的截面距离都大于和其连通的出气口的截面距离，这样根据文丘里效应，加速了高温气体的速度，同时用储气空间容纳大量的气体，高温气体不会在出气口附件堆积。

其中高温燃弧气体在进入灭弧室601、602后由导向槽(导向结构604的梳状特征将灭弧室601、602的出口隔离为两部分)分离为两个方向，并沿着导向结构603与604所提供的路径完成流动，最终在四个出口位置完成与动静触头分断位置的交汇，完成整个内腔的流道循环。

实施例五：

图7a为触头灭弧系统无极性方案结构示意图(俯视图)；其中触头灭弧系统710包括永磁体701、702，两块永磁平行放置，极性相对(N-N或者S-S)。永磁体701、702外侧由磁轭包覆，磁轭可以由两个U形铁磁件制造形成，如图 7a的磁轭703和704。即在磁轭703和704的空间内。这样永磁铁701和702的磁场方向是从N极出发，经过各自最近的磁轭703和704，回到磁轭的S极，规范了磁场路线，使得磁吹效果更好。

使得永磁体的磁场(711、712)走向，由向空气中发散的磁场走向变成沿着 U型磁轭流动，这样便于将磁力线集中到需要的位置，大大增强了灭弧的效果，从而减小了永磁体所需要的体积，节约成本。触头灭弧系统710内部容纳两组U 型灭弧室705与706。触头灭弧系统710的磁力线方向如图7a所示，如此布置的灭弧系统所形成的扇形方向磁力线(711、712)能够经过触点中心，从而在所对应触点处形成一个方向与两触点间连线具有一个夹角的磁吹力F。

根据图7a左侧的动静触头系统，假设电弧电流从动触头流向静触头，永磁体701和702的N极相对，根据弗莱明左手法则，电弧电流受到左下方的安培力F，而向灭弧室的左侧下方运动并逐渐向灭弧室的纵深方向运动；如果电弧电流从静触头流向动触头，则电弧电流受到左上方的安培力F，而向灭弧室的左侧上方运动并逐渐向灭弧室的纵深方向运动。

永磁体701、702用于将触头分断位置的电弧引导至U型灭弧室,力的方向如图所示，并且无论电流方向如何，其F力均趋近于斜45度方向，能够使灭弧室 705与706起到切割电弧的作用。本发明的这种结构，吹弧的方向在对角线，使得弧吹的空间更大，更有利于断弧，灭弧能力更强，且产品的空间利用率更高。

图7b为永磁体磁力线分布，在没有U型磁轭的包覆下，分断位置的磁力线更加发散，吹弧F力值较小。图7c为U型磁轭包覆下的永磁体磁力线分布，分断位置的磁力线更加集聚，吹弧F力值较大。

图7d是无极性栅片灭弧室结构；U型灭弧室705由两种U型栅片707与708 组成，两种栅片分别与动静触头进行嵌套，保持一致的间隙。在通电电流为大电流的区域(例如额定电流)中，穿过多个栅片707与708的U字型的切口的磁通，将电弧向在多个U字型的切口形成的空间深处进行磁驱动。长电弧被灭弧室705截断成短的电弧，产生电压降，用于维持电弧的电弧电压上升，如果电弧电压成为比电源电压还高的电压，则电弧消除。并且每次电弧切割的过程中，大面积栅片的传热效率更高，有助于电弧快速冷却。

图7e是此方案侧视图；根据本发明，即使电弧沿任意方向产生，也能够通过电流和磁力沿所期望的方向诱发并与电弧屏蔽部件接触，由此能够使电弧消失，大大减缓外壳404的劣化速度。永磁体701、702装配于外壳404内部，并与灭弧室内部进行物理隔离，防止电弧污染，因此灭弧腔体外壳404还能够防止永磁体701、702的磁力特性劣化，能够长期维持使电弧迅速且可靠地消失的功能.

根据图8a、8b和8c,本实施例还具有隔弧板3041，安装在驱动轴305上，位于动触头304的中间位置，把动触头304的两个触点分隔在两个空间内。使得触桥两侧的动静触头之间产生的高温气体，在各自的气流通道流动。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种直流接触器灭弧系统，直流接触器包括静触头、动触头、灭弧系统、电磁系统以及壳体；所述电磁系统包括中轴、静铁芯、动铁芯、骨架线圈、金属杯以及轭铁；其特征在于：所述灭弧系统包括灭弧室、灭弧空腔和气流导向件；所述直流接触器上部型腔中的动触头下方设有隔板，隔板上设有灭弧室，灭弧室设于直流接触器动触头与静触头相对运动区域的外侧周边；所述壳体和所述电磁系统的金属杯外周之间设有从直流接触器上部型腔延伸到下部型腔的灭弧空腔；所述隔板上设有气流导向件。

2.如权利要求1所述的一种直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述的灭弧室包括灭弧栅片和隔弧板，所述灭弧室相对于直流接触器动触头与静触头相对运动区域的两侧设有两片隔弧板，隔弧板设于隔板上，隔弧板板面平行于直流接触器动触头中轴；两片隔弧板之间垂直于隔弧板且平行间隔的设有片状灭弧栅片；所述灭弧室相对于直流接触器动触头一侧设有开口，所述灭弧室相对于直流接触器动触头的另一侧设有开口。

3.如权利要求2所述的一种直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述直流接触器腔体垂直于所述中轴的横截面设为中间截面小，两侧截面逐渐变大的领结型结构，所述触头系统设于腔体截面较小的中间部位，灭弧室设于腔体两侧的扇形部。

4.如权利要求1所述的一种直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述灭弧室的栅片设有引弧槽。

5.如权利要求1所述的一种直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述气流导向件包括底板(603a)、隔弧板(603b)、分隔件(603c)；直流接触器上部型腔中的动触头下方设有隔板，隔板上设有底板(603a)，底板(603a)上设有隔弧板(603b)和分隔件()；所述分隔件(603c)设于灭弧室相对于直流接触器触头系统的另一侧开口处；在所述灭弧室与动触头运动区域相邻的两侧并以分隔件(603c)为中心对称设有的两片隔弧板(603b)包括隔弧壁(603b1)和导气板(603b2),灭弧室两侧设有的所述隔弧壁(603b1)延伸向分隔件(603c)设有导气板(603b2)。

6.如权利要求1所述的一种直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述气流导向件(604)包括底板(604a)、隔弧板(604b)、分隔件(604c)和挡弧导气板(604d)；直流接触器上部型腔中的动触头下方设有隔板，隔板上设有底板(604a)，底板(604a)上设有隔弧板(604b)、分隔件(604c)和挡弧导气板(604d)；所述分隔件(604c)设于灭弧室相对于直流接触器触头系统的另一侧开口处；所述灭弧室与动触头运动区域相邻的两侧与分隔件(604c)对称设有的两片隔弧板(604b)包括隔弧壁(604b1)和导气板(604b2),灭弧室两侧设有的所述隔弧壁(604b1)延伸向分隔件(604c)设有导气板(604b2)；分隔件(604c)设有向两侧延伸的挡弧导气板(604d)，挡弧导气板(604d)包括挡弧部(604d1)、导气部(604d2)和削尖的端部(604d3)，分隔件(604c)向两侧延伸设有挡弧部(604d1)，挡弧部(604d1)弯折延伸设有包围住导气板(604b2)的导气部(604d2)，导气部(604d2)端部设有削尖的端部(604d3)；导气部(604d2)与挡弧部(604d1)的弯折连接处与导气板(604b2)相对应。

7.如权利要求5所述的一种直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述气流导向件的导气板(603b2)与所述直流接触器腔体的壳体壁之间设有出气口一(a1)；隔弧壁(603b1)与所述直流接触器腔体的壳体壁之间设有出气口二(a2)；出气口一(a1)和出气口二(a2)之间设有储气空间一(S1)。

8.如权利要求6所述的一种直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述气流导向件的导气板(604b2)与挡弧部(604d1)之间设有出气口三(b1)；所述隔弧壁(604b1)和导气部(604d2)之间设有出气口四(b2)；所述削尖的端部(604d3)与所述直流接触器腔体的壳体壁之间设有出气口五(b3)；所述出气口三(b1)和出气口四(b2)之间设有储气空间二(S2),所述出气口五(b3)与所述直流接触器腔体的壳体壁之间设有储气空间三(S3)。

9.如权利要求2所述的一种直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述的灭弧栅片的材质是冷轧钢板、铜板、间位芳香族聚酞胺纤维Nomex型材或者陶瓷。

10.如权利要求1所述的一种直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述的动触头上设有U型结构件支架，支架为导磁材料。

11.如权利要求1所述的一种直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述的动触头顶端设有隔弧板，隔弧板设于动触头顶端部的中间位置，将动触头与静触头接触的两个触点分隔在两个空间内。

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