CN114496660B - 一种防粘连高压继电器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防粘连高压继电器，其中静触点安装在陶瓷罩上，静触点底端凹槽内设有尖端；动触点的容纳腔内装有浮动触点，触点弹簧支撑使浮动触点凸出动触点表面，浮动触点由导电性耐高温材料构成，并与静触点、动触点的材质相异；动触点下方设有上推杆、下推杆、缓冲弹簧、复位弹簧；下推杆底部设有铁芯，铁芯的包裹于金属壳内，线圈设于金属壳外围。通过在静触点上设置尖端结构，在电触点之间产生电弧的情况下可以让静触点端的电弧从尖端引出，从而避免静触点的主接触面烧蚀；同时在预断开或预接通状态下，利用浮动触点的弹性结构及耐高温异种材质可以防止动、静触点粘连，保障高压继电器的带载作业性能，并使其工作寿命大为提升。

Description

一种防粘连高压继电器

技术领域

本发明属于继电器制造技术领域，具体涉及一种防粘连高压继电器。

背景技术

继电器是控制电路中的常用部件，通过输入量的变化使电路中的被控量发生变化，达到自动控制调节的目的，其在电力电子设备中的应用十分广泛，尤其是在高压回路的控制领域，继电器承担着重要的执行任务，通过工作线圈的隔离式操作能实现高压回路的吸合、切断动作，其工作性能关系到高压回路的安全使用，因此需要具备较好的电流切断能力及过载性能。

在针对大电流的高压回路控制场所，如高压直流继电器用于控制电动汽车高压回路的通断，在带负载作业时，继电器带载吸合或断开会造成电弧，由于回路电流较大，电弧在短时间内释放出很大的热量，导致静触点与动触点熔化进而发生熔焊现象，在现有技术中，继电器静触点和动触点的结构、材料等特征普遍存在抗粘连能力不足的缺陷，并且，因电弧烧灼而增加的材料阻抗还会降低继电器自身的带负载能力。即使设置引导结构分担电弧，引导结构自身的熔焊、烧灼缺陷依然会降低继电器的工作性能及使用寿命，因此，现有技术尚不能完全解决此类缺陷。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种防粘连高压继电器，用以保障高压继电器的带载作业性能，有效避免电弧烧灼而引起的熔焊粘连等缺陷，提高高压继电器的工作寿命。

本发明通过以下技术方案实施：一种防粘连高压继电器，包括壳体、静触点、动触点、密封体、线圈。其中，所述壳体与所述密封体皆为中空腔体，所述密封体设于所述壳体内部，包括由上至下布置的陶瓷罩、密封座、金属壳，所述静触点安装在所述陶瓷罩上，所述静触点底端凹槽内设有尖头朝下的尖端，所述尖端的尖头齐平或凸出于所述静触点底端的主接触面；所述静触点、所述陶瓷罩、所述密封座和所述金属壳合围成容纳所述动触点的密封空间，所述动触点上表面的容纳腔内安装设有浮动触点，所述浮动触点与所述容纳腔底面之间设有触点弹簧，所述触点弹簧弹力支撑使所述浮动触点顶面凸出所述动触点的表面，所述动触点、所述浮动触点与所述触点弹簧之间保持电接触；所述浮动触点由导电性耐高温材料构成，并与所述静触点、所述动触点的材质相异；所述动触点下方贯穿设有上推杆，所述上推杆底端连有下推杆，所述下推杆的顶部凸台与所述动触点底面之间设有缓冲弹簧；所述下推杆贯穿于所述密封座的底部杆身处设有铁芯，所述铁芯包裹于所述金属壳内，并与所述密封座底面之间设有复位弹簧，所述线圈安装于所述壳体内腔底部，并设于所述金属壳外围。

进一步的，所述壳体上设有固定接口和驱动接口，所述驱动接口与所述线圈形成电连接，所述固定接口为贯穿通孔。

进一步的，所述静触点和所述动触点为钨铜合金材质。

进一步的，所述浮动触点为钨银合金材质。

进一步的，所述容纳腔深度大于浮动触点相对动触点表面的突出高度，所述深度与所述高度的差值≥1mm。

进一步的，所述静触点、所述陶瓷罩、所述密封座和所述金属壳之间接触面通过连续焊对接。

进一步的，所述静触点、所述陶瓷罩、所述密封座和所述金属壳合围成的密封空间内填充有氙气或氦气。

进一步的，所述浮动触点贯穿于所述容纳腔的底部设有限位部，所述限位部抵住所述动触点底面。

进一步的，所述尖端锥角为10°~20°，所述尖端的尖头曲率半径≤0.5mm。

进一步的，所述浮动触点相对所述动触点表面的突出高度为0.8mm~1.5mm。

进一步的，所述静触点上设有所述尖端的凹槽边缘直径小于所述容纳腔的内径，所述直径与所述内径的差值≥2mm。

进一步的，所述静触点的所述尖端内部设有偏吹棒，所述偏吹棒为导磁材料，所述偏吹棒棒端尖头与所述尖端同向，所述偏吹棒与所述静触点内壁之间设有一层耐高温材质的防护套。

进一步的，所述尖端、所述偏吹棒与所述防护套的剖面轮廓呈等距阵列分布。

进一步的，所述偏吹棒材质为钐钴或铝镍钴。

进一步的，所述防护套材质为保温隔热陶瓷。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过在静触点上设置尖端结构，在电触点之间产生电弧的情况下可以让静触点端的电弧从尖端引出，从而避免静触点的主接触面烧蚀；同时在动触点上设置浮动触点，继电器即使在带有电载荷情况下断开而产生电弧，在预断开或预接通状态下，利用浮动触点的弹性结构及耐高温异种材质设计可防止动触点、静触点粘连，有效避免电弧烧灼而引起的熔焊粘连等缺陷，并通过容纳腔的尺寸设置，可确保浮动触点即使因电弧高温造成表面烧蚀也不会影响继电器的载流能力，保障高压继电器的带载作业性能，并使其工作寿命大为提升。

2.本发明通过静触点内部设置的偏吹棒、防护套并形成多层等距阵列布置，实现针对偏移电弧的磁偏吹校准效果，当浮动触点与静触点之间的放电路径发生偏离，在尖端旁侧或凹槽边缘引发电弧时，利用磁性材质偏吹棒对磁场的集中导引作用，可令电弧两侧的磁通密度发生差异并引发磁偏吹现象，令电弧在电磁力作用下朝向尖端偏移，以此抑制电弧的侧偏并使其汇聚于中央尖端部位，通过磁偏吹与尖端放电的双重作用，进一步提升了静触点尖端导引电弧、预防熔焊粘连的工作性能。

附图说明

图1为本发明实施例一的继电器结构示意图；

图2为本发明实施例一的静触点结构示意图；

图3为本发明实施例一的局部结构轴测图；

图4为本发明实施例一的局部结构剖视图；

图5为本发明实施例一的继电器断开状态示意图；

图6为本发明实施例一的继电器预接通状态示意图；

图7为本发明实施例一的继电器接通状态示意图；

图8为本发明实施例一的继电器预断开状态示意图；

图9为本发明实施例一的继电器触点之间的电弧路径示意图；

图10为本发明实施例二的初始状态示意图；

图11为本发明实施例二的电弧偏吹状态示意图；

图12为本发明实施例二的电弧校准状态示意图。

图中：1-壳体，11-固定接口，12-驱动接口，2-静触点，21-主接触面，22-尖端，23-偏吹棒，24-防护套，3-动触点，31-浮动触点，311-限位部，32-触点弹簧，33-上推杆，34-缓冲弹簧，35-下推杆，36-复位弹簧，37-铁芯，3a-接触面一，3b-接触面二，3c-容纳腔，4-密封体，41-陶瓷罩，42-密封座，43-金属壳，5-线圈，6-电弧，7-磁场。

具体实施方式

下面结合说明书附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例一

如图1-5所示，一种防粘连高压继电器，包括壳体1、静触点2、动触点3、密封体4、线圈5。其中壳体1与密封体4皆为中空腔体，密封体4设于壳体1内部，包括由上至下布置的陶瓷罩41、密封座42、金属壳43，静触点2安装在陶瓷罩41上，静触点2底端凹槽内设有尖头朝下的尖端22，尖端22的尖头齐平或凸出于静触点2底端的主接触面21；静触点2、陶瓷罩41、密封座42和金属壳43之间通过连续焊合围成容纳动触点3的密封空间，动触点3上表面的容纳腔3c内安装设有浮动触点31，浮动触点31与容纳腔3c底面之间设有触点弹簧32，触点弹簧32弹力支撑使浮动触点31顶面凸出动触点3的表面，动触点3、浮动触点31与触点弹簧32之间保持电接触；浮动触点31由导电性耐高温材料构成，并与静触点2、动触点3的材质相异；动触点3下方贯穿设有上推杆33，上推杆33底端连有下推杆35，下推杆35的顶部凸台与动触点3底面之间设有缓冲弹簧34；下推杆35贯穿于密封座42的底部杆身处设有铁芯37，铁芯37包裹于金属壳43内，并与密封座42底面之间设有复位弹簧36，线圈5安装于壳体1内腔底部，并设于金属壳43外围。

在本实施例中，如图3所示，壳体1上设有固定接口11和驱动接口12，驱动接口12与线圈5形成电连接，固定接口11为贯穿通孔。通过驱动接口12施加电压可控制线圈5的磁场状态，通过固定接口11可对继电器整体进行固定安装。

在本实施例中，如图2、图9所示，尖端22锥角为10°~20°，优选为15°，尖端22尖头的曲率半径为0.5mm，以此在符合加工工艺的前提下满足尖端放电效应所需的锥度形态，同时，尖端22的尖头齐平于静触点2底端的主接触面21，可令浮动触点31与静触点2之间的电弧通过尖端放电效应从尖端22处引出，从而避免静触点2的主接触面21烧蚀。

在本实施例中，如图4所示，浮动触点31贯穿于容纳腔3c的底部设有限位部311，限位部311抵住动触点3底面，以控制浮动触点31的上表面相对动触点3上表面的最大突出高度并防止浮动触点31与动触点3完全分离；同时，浮动触点31相对动触点3表面的突出高度H设定为0.8mm~1.5mm，优选为1mm，以此在确保紧凑空间的前提下预留足够的凸起尺寸以利于放电引流。

在本实施例中，静触点2和动触点3为钨铜合金材质，浮动触点31为钨银合金材质。根据异种材料焊接原理，静触点2、动触点3分别与材料相异的浮动触点31之间产生带载电弧时，会因不同材料熔点、热导率、比热容及线膨胀系数等差异而令两者难以发生熔焊粘连现象，同时，钨铜合金、钨银合金都具有耐高温、耐电弧烧灼的性质，有效抑制了电弧高温造成表面烧蚀缺陷，静触点2和动触点3的钨铜合金材质可确保两者闭合时的高强度、高导电性连接状态，浮动触点31的钨银合金材质具有更好的导电导热性及抗氧化性，十分适用于承受预断开、预接通状态下的高温电弧，提高继电器的带载工作性能。

在本实施例中，静触点2、陶瓷罩41、密封座42和金属壳43合围成的密封空间内填充有氙气，利用惰性气体保护以抑制尖端22放电的氧化侵蚀，提高继电器在高压回路作业下的使用寿命。

在本实施例中，容纳腔3c深度大于浮动触点31相对动触点3表面的突出高度，所述深度与所述高度的差值为1.5mm，随着继电器在高压回路中的长时间工作，即使浮动触点31与静触点2接通过程因电弧高温而在尖端22或浮动触点31表面产生烧蚀、焊珠，根据常规工况，继电器烧灼焊珠的积累厚度一般为0.5mm~1mm，由于容纳腔3c内部已预留了1.5mm的缓冲空间，因此可允许带有焊珠的尖端22或浮动触点31进行接触闭合，并连同0.5mm~1mm的焊珠一齐进入容纳腔3c内，从而确保后续动触点3和静触点2的正常闭合，提高了继电器承受大电流负载的工作可靠性。

本实施例的工作步骤如下：

S1：如图5所示，在密封座42和铁芯37之间设有复位弹簧36，在自然状态下，通过复位弹簧36的弹力支撑令铁芯37及其连接的下推杆35、上推杆33、动触点3一齐向下滑动至极限，直至下推杆35的顶部凸台抵住密封座42以保持静止，令动触点3、浮动触点31都与静触点2产生足够的间隔距离，以此保持继电器的断开状态。

S2：如图6所示，当通过驱动接口12发送接通指令，铁芯37受到带电线圈5的磁场驱动力而向上运动，此时会压缩复位弹簧36并推动下推杆35、上推杆33及动触点3一齐向上滑动，由于浮动触点31相对动触点3表面突出，因此将优先一步靠近静触点2，直至浮动触点31与静触点2之间产生放电电弧，由于浮动触点31的材质为耐高温的钨银合金且与静触点2材质相异，因此不会发生熔焊粘连；由于尖端放电效应，静触点2的电弧6会集中在静触点2的尖端22处（如图9所示），从而避免静触点2的主接触面21被电弧烧蚀。随着线圈5驱动而使上推杆33持续上移，浮动触点31抵住静触点2的主接触面21与尖端22，并使触点弹簧32被压缩，以此进入继电器的预接通状态。

S3：如图7所示，随着线圈5驱动推移动触点3整体继续上移，浮动触点31被挤压纳入容纳腔3c内，使二个静触点2的主接触面21分别与动触点3的接触面一3a、接触面二3b（位置如图3）贴合，贴合瞬间的冲击载荷则由缓冲弹簧34吸收。由于浮动触点31与动触点3存在电导通，在上一步浮动触点31与静触点2的放电、贴合期间，静触点2与动触点3的电势差已经下降为零，因此，静触点2与动触点3之间的贴合过程将不再发生放电起弧，从而保护了电传导主路径的完好无损。此外，以浮动触点31与尖端22形成的辅助路径承载电弧烧灼，即使电弧高温在尖端22或浮动触点31表面产生烧蚀焊珠，由于容纳腔3c深度(L)＞浮动触点31厚度（K）（标注如图4），且腔内留有足够的预留尺寸，随着线圈5推动动触点3整体上移，可连通焊珠将浮动触点31一齐压缩进入容纳腔3c内，确保了静触点2与动触点3的充分贴合，以两者接触面的良好贴合状态、及钨铜合金高导电性的特质，确保继电器承受大电流高压回路的载流能力，以此保持继电器的接通状态。

S4：如图8所示，当通过驱动接口12发送断开指令，线圈5失去了针对铁芯37磁场驱动力，使压缩状态的复位弹簧36重新张开，并对铁芯37施加向下作用力，在弹簧弹力及铁芯37所连接部件重力的共同作用下，铁芯37连通下推杆35、上推杆33及动触点3一齐向下滑动，当整体滑动行程达到动触点3与静触点2分离的临界状态，被压缩的触点弹簧32重新张开，使浮动触点31持续贴住静触点2并以此保持系统电势差为零，从而确保了动触点3与静触点2的分离过程不会引起放电，进一步确保了点传导主路径的完好无损，以此进入预断开状态。

S5：随着复位弹簧36的作用，整体滑动行程达到浮动触点31与静触点2分离的临界状态，浮动触点31再次与静触点2之间产生放电电弧，并随着行程的增大而将电弧切断，以浮动触点31与尖端22形成的辅助路径作为最后切断的保护措施，保障主路径的完整性，而后回到继电器的断开状态。

通过上述继电器工作过程中预接通、接通、预断开、断开的四种状态，在每次电触点之间产生电弧的情况下可以让静触点2端的电弧从尖端22引出，从而避免静触点2的主接触面21烧蚀；同时在预断开或预接通状态下，利用浮动触点31的弹性结构及耐高温异种材质设计可以防止动触点3、静触点2粘连，有效避免电弧烧灼而引起的熔焊粘连等缺陷，并通过容纳腔3c的尺寸设置，可确保浮动触点31即使因电弧高温造成表面烧蚀也不会影响继电器的载流能力，有效提升高压继电器的带载作业性能及工作寿命。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于静触点2增加了针对电弧6的磁偏吹导引结构。

如图10所示，静触点2的尖端22内部设有偏吹棒23，偏吹棒23材质为钐钴，偏吹棒23棒端尖头与尖端22同向，偏吹棒23与静触点2内壁之间设有一层保温隔热陶瓷材质的防护套24。尖端22、偏吹棒23与防护套24的剖面轮廓呈等距阵列分布。利用钐钴材质的高磁能积和耐高温特性，确保其承受尖端22放电高温的耐受性能，同时借由防护套24的温隔热陶瓷材质进一步抑制放电高温的传导，确保偏吹棒23能处于相对低温环境中以保障其导磁性不受放电高温影响。偏吹棒23的棒体尖头与尖端22轮廓呈等距分布，使其导磁范围均匀、盲区小，等距体在应对不同形态的偏移电弧时，均能触发磁偏吹机理并使电弧导向尖端22，实现稳定可靠的电弧校准效果。

在本实施例中，静触点2上设有尖端22的凹槽边缘直径小于容纳腔3c的内径，所述直径与所述内径的差值为3mm。当放电路径发生侧偏并在凹槽边缘棱部起弧时，由于凹槽边缘直径小于浮动触点31外径（浮动触点31外径与容纳腔3c内径相等），即使凹槽边缘留有焊焊珠缺陷，也可顺利抵住浮动触点31并纳入容纳腔3c内，由于烧灼焊珠的积累厚度一般为0.5mm~1mm，容纳腔3c的预留尺寸为1.5mm，可确保凹槽边缘的积累焊珠顺利纳入腔内，保障继电器的正常载流工作。

本实施例的工作步骤如下：

如图11所示，高压回路正极接通动触点3与浮动触点31、负极接通静触点2，当浮动触点31随同动触点3上移靠近静触点2后，正负端进入临界距离而在浮动触点31与静触点2之间发生放电电弧6，此时，由于静触点2凹槽边缘棱部也能产生微弱的尖端放电效应，一旦电弧6因干扰因素而发生路径偏差，则会在静触点2与凹槽边缘之间形成侧偏电弧6，如图11所示的左偏电弧6在其两侧产生方向相反磁场7，由于偏吹棒23位于电弧6右侧，利用偏吹棒23钐钴材质的导磁性能令右侧磁场7的磁力线传递路径集中汇集于其棒体内（其中偏吹棒23的等距尖头汇集能力最强），从而造成右侧空区内的磁通密度减小，此时令电弧6左、右两侧的空间磁通密度发生差异，其左侧空间更高强度的磁通量将会对电弧6造成偏向右侧的洛伦兹力（如图11箭头所示），使电弧6路径在偏吹棒23引起的磁偏吹作用下朝向中央尖头部位偏移。此时电弧6右移靠近尖端22的过程中，将再度会受到尖端22自身的尖端放电作用而被吸引，通过磁偏吹与尖端放电的双重导引效果，令偏移电弧6被成功导向尖端22的尖头部位，形成如图12所示状态，通过上述工作原理，可将侧偏电弧出现的概率和影响降为极低，进一步提升了静触点2尖端22导引电弧、预防熔焊粘连的工作性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非对本发明作出形式上的限制，应当理解，对于本领域内的普通技术人员而言，实施例可作出其他形式的等同替换，在符合权利要求书所限定的特征范围内，都应包含于本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种防粘连高压继电器，包括壳体、静触点、动触点、密封体、线圈，其特征在于：所述壳体与所述密封体皆为中空腔体，所述密封体设于所述壳体内部，包括由上至下布置的陶瓷罩、密封座、金属壳，所述静触点安装在所述陶瓷罩上，所述静触点底端凹槽内设有尖头朝下的尖端，所述尖端的尖头齐平或凸出于所述静触点底端的主接触面，所述静触点、所述陶瓷罩、所述密封座和所述金属壳合围成容纳所述动触点的密封空间，所述动触点上表面的容纳腔内安装设有浮动触点，所述浮动触点与所述容纳腔底面之间设有触点弹簧，所述触点弹簧弹力支撑使所述浮动触点顶面凸出所述动触点的表面，所述动触点、所述浮动触点与所述触点弹簧之间保持电接触，所述浮动触点由导电性耐高温材料构成，并与所述静触点、所述动触点的材质类型不同，所述容纳腔深度大于浮动触点相对动触点表面的突出高度，所述深度与所述高度的差值≥1mm，所述静触点上设有所述尖端的凹槽边缘直径小于所述容纳腔的内径，所述直径与所述内径的差值≥2mm。

2.如权利要求1所述的防粘连高压继电器，其特征在于：所述动触点下方贯穿设有上推杆，所述上推杆底端连有下推杆，所述下推杆的顶部凸台与所述动触点底面之间设有缓冲弹簧，所述下推杆贯穿于所述密封座的底部杆身处设有铁芯，所述铁芯包裹于所述金属壳内，并与所述密封座底面之间设有复位弹簧，所述线圈安装于所述壳体内腔底部，并设于所述金属壳外围。

3.如权利要求1所述的防粘连高压继电器，其特征在于：所述壳体上设有固定接口和驱动接口，所述驱动接口与所述线圈形成电连接，所述固定接口为贯穿通孔。

4.如权利要求1所述的防粘连高压继电器，其特征在于：所述静触点和所述动触点为钨铜合金材质。

5.如权利要求1所述的防粘连高压继电器，其特征在于：所述浮动触点为钨银合金材质。

6.如权利要求1所述的防粘连高压继电器，其特征在于：所述静触点、所述陶瓷罩、所述密封座和所述金属壳之间接触面通过连续焊对接。

7.如权利要求1所述的防粘连高压继电器，其特征在于：所述静触点、所述陶瓷罩、所述密封座和所述金属壳合围成的密封空间内填充有氙气或氦气。

8.如权利要求1所述的防粘连高压继电器，其特征在于：所述浮动触点贯穿于所述容纳腔的底部设有限位部，所述限位部抵住所述动触点底面。

9.如权利要求1所述的防粘连高压继电器，其特征在于：所述静触点的所述尖端内部设有偏吹棒，所述偏吹棒为导磁材料，所述偏吹棒棒端尖头与所述尖端同向，所述偏吹棒与所述静触点内壁之间设有一层耐高温材质的防护套。

10.如权利要求9所述的防粘连高压继电器，其特征在于：所述尖端、所述偏吹棒与所述防护套的剖面轮廓呈等距阵列分布。

11.如权利要求9所述的防粘连高压继电器，其特征在于：所述偏吹棒材质为钐钴或铝镍钴。

12.如权利要求9所述的防粘连高压继电器，其特征在于：所述防护套材质为保温隔热陶瓷。

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