CN114944299A - 一种高分断直流继电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉继电器。一种高分断直流继电器，包括陶瓷组件和导磁套筒，所述陶瓷组件至少包括静触头、陶瓷体和可伐件，在陶瓷组件和导磁套筒所构成的密闭空间内，陶瓷体下面依次设有灭弧罩、绝缘支架、磁轭和线圈组件，在静触头下面有一个可以往复运动的运动机构，在灭弧罩内嵌有至少一对灭弧栅，在灭弧罩外侧设有侧面磁钢，所述灭弧栅分布在两静触头连线的两侧，所述侧面磁钢与两静触头连线的外延长线相交，并且磁场方向与流经静触头的电流方向相互垂直，所述导磁套筒是周围有圆角过度的类似方桶形的金属拉伸件。本发明提升直流继电器的短路分断能力，有助于为高电压直流电路提供一种全新的电路保护方式。

Description

一种高分断直流继电器

技术领域

本发明涉继电器，尤其涉及一种高电压大电流的直流继电器。

背景技术

近年来新能源汽车、充电桩和储能产业得到迅速发展，直流电气相关的产品和技术的应用越发广泛，直流继电器是用来控制电路通断的必备元件，与熔断器配合使用对直流电路进行控制和保护。

直流继电器是由线圈和铁心构成的电磁系统作为控制和执行部件，来驱动继电器内部的机构使动触头、静触头接通或断开而实现开关功能。

在带有负载的情况下，直流继电器的动触头和静触头在接触或断开瞬间会产生电弧，负载电流越大电弧强度越大，如果电弧不能快速熄灭则可能造成直流继电器炸开或烧毁；在高电压直流电气系统中(如新能源汽车的电气系统)，动力电池供电或者系统故障时会产生远远大于额定负载的短路电流，通常情况下由熔断器实现短路电流的保护功能，然而熔断器在低倍短路电流或者负载电流过大(过载)时，熔断器固有的分断时间长或保护精度低的问题有可能导致直流电器系统出现故障甚至产生火灾。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的上述缺陷，提供一种高分断直流继电器。本发明大幅提升直流继电器的短路分断能力，便于为高电压直流电路提供一种新型的电路保护方式，即在过载电流或者低倍短路电流的情况下通过该类型直流继电器能更快的分断直流电路，提升直流电气系统的安全性。

本发明是这样实现的，一种高分断直流继电器，包括陶瓷组件和导磁套筒，所述陶瓷组件至少包括静触头、陶瓷体和可伐件，在陶瓷组件和导磁套筒所构成的密闭空间内，陶瓷体下面依次设有灭弧罩、绝缘支架、磁轭和线圈组件，在静触头下面有一个可以往复运动的运动机构，在灭弧罩内嵌有至少一对灭弧栅，在灭弧罩外侧设有侧面磁钢，所述灭弧栅分布在两静触头连线的两侧，所述侧面磁钢与两静触头连线的外延长线相交，并且磁场方向与流经静触头的电流方向相互垂直。

所述的一种高分断直流继电器，所述绝缘支架或磁轭设有多个便于气体从灭弧罩内流入到导磁套筒和线圈组件之间的空间间隙的开口。

所述的一种高分断直流继电器的灭弧罩中间的凹槽内设有中间磁钢，所述中间磁钢的磁场方向与侧面磁钢的磁场方向一致。

所述的一种高分断直流继电器，所述的静触头、陶瓷体和可伐件焊接成一体、构成陶瓷组件。

所述的一种高分断直流继电器，所述灭弧栅包括隔弧板和灭弧片，隔弧板上有便于气体流通的排气孔，所述灭弧片是金属材质。

所述的一种高分断直流继电器，所述运动机构中，轴依次穿过推杆、动触头、托架、触头弹簧、铁心弹簧和动铁心，在轴的两端设有卡簧分别对推杆和动铁心进行限位。

所述的一种高分断直流继电器，所述线圈组件包括线圈骨架、绕制在线圈骨架上的线圈和导磁环。

所述的一种高分断直流继电器，所述导磁套筒、磁轭、动铁心以及导磁环共同构成导磁回路的一部分。

所述的一种高分断直流继电器，所述的绝缘支架上有若干个竖立特征用于支撑所述灭弧栅和侧面磁钢。

所述的一种高分断直流继电器，所述的密闭空间内充有氮气或氢气等便于冷却电弧的气体介质。

当直流电气系统中有短路电流产生时，电弧能量远远大于直流继电器正常带载通断时的电弧能量，不仅电弧难以熄灭而且灭弧罩内的气体在短时间内急剧膨胀，有可能导致直流继电器炸裂，本发明中导磁套筒为类似方桶形结构，其内部的线圈组件为柱状结构，在导磁套筒和线圈组件之间的空隙是容纳气体的空间，当直流继电器分断短路电流时，因电弧燃烧导致周围气体膨胀，灭弧罩内的气体经绝缘支架和磁轭上的开口流入到导磁套筒和线圈组件之间的空间内，这样因短路电流所产生的电弧能量得到快速释放，提升直流继电器分断短路电流的能力并降低炸裂的风险。

本发明中利用了磁吹灭弧、栅片灭弧和气体介质灭弧三种方式相结合使直流电弧快速熄灭，并且电弧周围的膨胀气体可以通过多个开口特征流入到导磁套筒和线圈组件之间的空间内，使直流继电器的短路分断能力得到巨大提升，如果直流电气系统中用于短路保护的熔断器出现故障或者分断时间过长，通过控制该类型直流继电器分断故障电流，可提升新能源汽车、充电设备、储能设备中直流电气系统的安全性。

附图说明

图1为本发明所述高分断直流继电器的主视剖面图；

图2为本发明所述高分断直流继电器的俯视剖面图；

图3为本发明所述高分断直流继电器的陶瓷组件示意图；

图4为本发明所述高分断直流继电器的灭弧栅结构示意图；

图5为本发明所述高分断直流继电器的排气结构示意图；

图6为本发明所述高分断直流继电器的运动机构示意图；

图7为本发明所述高分断直流继电器的线圈组件示意图；

图8为本发明所述高分断直流继电器的磁场方向示意图；

图9为本发明所述高分断直流继电器的磁钢位置示意图；

具体实施方式

下面，结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明是这样实现的，如图1-图9所示：包括导磁套筒1和陶瓷组件2，所述导磁套筒1和陶瓷组件2紧密结合构成密闭空间，所述密闭空间内充满用于冷却电弧的气体介质。

所述陶瓷组件2由静触头21、陶瓷体22和可伐件23焊接在一起，在陶瓷体22下方设有灭弧罩3，在灭弧罩3内嵌有至少一对灭弧栅5，所述灭弧栅5分布在两静触头21连线的两侧，所述灭弧栅5包括隔弧板51和若干个灭弧片52，在隔弧板51上设有多个便于气体流通的排气孔511。

在灭弧罩3外侧有一组侧面磁钢4，所述侧面磁钢4与两静触头21连线的外延长线相交，并且磁场方向与流经静触头21的电流方向相互垂直，在灭弧罩3的中间位置设有凹槽31，凹槽内设有中间磁钢10，所述中间磁钢10的磁场方向与侧面磁钢4的磁场方向一致，使侧面磁钢4所构成的磁场空间内的磁感应强度得到进一步增加。在灭弧罩3的下方有绝缘支架6，绝缘支架6上有若干竖立特征62用于支撑灭弧栅5和侧面磁钢4，在绝缘支架6下方有磁轭7，磁轭7的侧面与导磁套筒1相接触，磁轭7的下方为线圈组件8，所述线圈组件8由线圈81绕制在线圈骨架82上，线圈骨架82内嵌入导磁环83，绝缘支架6和磁轭7分别设有多个开口61和71，所述开口便于气体从灭弧罩3内流入到线圈组件8与导磁套筒1之间的空间间隙内。

在两静触头21下方有一个运动机构9，运动机构9可以相对静触头21进行往复运动，在所述运动机构9中，轴96依次穿过推杆94、动触头91、托架92、触头弹簧95、铁心弹簧97和动铁心98，在轴96的两端设有卡簧93分别对推杆94和动铁心98进行限位。

当给线圈81通电时，线圈81周围有磁场产生，动铁心98在磁场力的作用下克服铁心弹簧97的反力沿着导磁环83朝向磁轭7运动，进而驱使运动机构9同步运动使动触头91和静触头21相接触，两静触头21之间的电路导通，当静触头21和动触头91相接触时，静触头21开始受到触头弹簧95的反作用力，当动铁心98继续运动直到与磁轭7直接或间接接触时(即触头弹簧达到最大压缩量时)，运动机构9停止运动，静触头21和动触头91紧密接触。

当线圈81断电时，线圈所产生的磁场力消失，在触头弹簧95和铁心弹簧97的作用下，所述运动机构朝向远离静触头21的方向运动，动触头91和静触头21分离，两静触头21之间的电路断开。

因两个静触头21之间导通的是高电压大电流的直流电，所述静触头21和动触头91在接触和分离的瞬间会有电弧产生，因产生电弧所在的空间内充有气体介质，气体的离子扩散有助于电弧快速冷却，由于侧面磁钢4的存在，电弧在侧面磁钢4所构成的磁场中被快速地吹进灭弧栅5中，如果再增加中间磁钢10，在更加强大的磁吹力的作用下，电弧的移动速度会更快；灭弧栅5中有多个灭弧片52将电弧切割成若干段加快电弧熄灭，灭弧栅5的隔弧板51上设有多个排气孔511有助于气体流通便于电弧充分进入到灭弧栅5内。

当直流电气系统中有短路电流产生时，电弧能量远远大于直流继电器正常带载通断时的电弧能量，不仅电弧难以熄灭而且灭弧罩内的气体在短时间内急剧膨胀，有可能导致直流继电器炸裂，在本专利中导磁套筒1为类似方桶形结构，其内部的线圈组件8为柱状结构，在导磁套筒1和线圈组件8之间的空隙是容纳气体的空间间隙，当直流继电器分断短路电流时，因电弧燃烧导致周围气体膨胀，灭弧罩内的气体经绝缘支架6和磁轭7上的开口61和71流入到导磁套筒1和线圈组件8之间的空间间隙内，这样因短路电流所产生的电弧能量得到快速释放，提升直流继电器分断短路电流的能力并降低炸裂的风险。

现有密封型直流继电器技术中，普遍采用气体介质灭弧和磁吹灭弧两种方式，但密封气体的腔体空间狭小难以分断较高的短路电流。本专利中除了利用气体介质灭弧外，还通过侧面磁钢与中间磁钢相配合的三磁钢方式实现更强的磁吹灭弧，再结合栅片灭弧使直流电弧在更短的时间内熄灭，并且因电弧燃烧所导致的膨胀气体可以通过多个开口特征流入到导磁套筒和线圈组件之间的空间内(能量释放设计)，本专利与现有其他技术相比，既保证了产品的密封实现气体介质灭弧，同时又将容纳气体的空间得到大幅提升使产品内的能量得以快速释放，通过三种灭弧方式和能量释放的设计技术使直流继电器的短路分断能力得到巨大提升。

Claims (10)

1.一种高分断直流继电器，包括陶瓷组件和导磁套筒，所述陶瓷组件至少包括静触头、陶瓷体和可伐件，在陶瓷组件和导磁套筒所构成的密闭空间内，陶瓷体下面依次设有灭弧罩、绝缘支架、磁轭和线圈组件，在静触头下面有一个可以往复运动的运动机构，在灭弧罩内嵌有至少一对灭弧栅，在灭弧罩外侧设有侧面磁钢，其特征在于，所述灭弧栅分布在两静触头连线的两侧，所述侧面磁钢与两静触头连线的外延长线相交，并且磁场方向与流经静触头的电流方向相互垂直。

所述导磁套筒是周围有圆角过度的类似方桶形的金属拉伸件，在所述密闭空间内导磁套筒和线圈组件之间存在可以容纳更多气体的空间间隙。

2.如权利要求1所述的一种高分断直流继电器，其特征在于，所述绝缘支架或磁轭设有多个便于气体从灭弧罩内流入到导磁套筒和线圈组件之间的空间间隙的开口。

3.如权利要求1所述的一种高分断直流继电器，其特征在于，所述的灭弧罩中间的凹槽内设有中间磁钢，所述中间磁钢的磁场方向与侧面磁钢的磁场方向一致。

4.如权利要求1所述的一种高分断直流继电器，其特征在于，所述的静触头、陶瓷体和可伐件焊接成一体、构成陶瓷组件。

5.如权利要求1所述的一种高分断直流继电器，其特征在于，所述灭弧栅包括隔弧板和灭弧片，隔弧板上有便于气体流通的排气孔，所述灭弧片是金属材质。

6.如权利要求1所述的一种高分断直流继电器，其特征在于，所述运动机构中，轴依次穿过推杆、动触头、托架、触头弹簧、铁心弹簧和动铁心，在轴的两端设有卡簧分别对推杆和动铁心进行限位。

7.如权利要求1所述的一种高分断直流继电器，其特征在于，所述线圈组件包括线圈骨架、绕制在线圈骨架上的线圈和导磁环。

8.如权利要求1、6或7所述的一种高分断直流继电器，其特征在于，所述导磁套筒、磁轭、动铁心以及导磁环共同构成导磁回路的一部分。

9.如权利要求1所述的一种高分断直流继电器，其特征在于，所述的绝缘支架上有若干个竖立特征用于支撑所述灭弧栅和侧面磁钢。

10.如权利要求1所述的一种高分断直流继电器，其特征在于，所述的密闭空间内充有氮气或氢气等便于冷却电弧的气体介质。

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