CN1162830A - 带有灭弧机构的电流转换装置 - Google Patents

Abstract

一种用于转换电流的接触器(10)具有一固定触点(64)和可动触点(54)，其中可动触点通过螺线管(30)的驱动可与固定触点(64)接通和断开。电弧隔板(90)包括许多分隔板(92)，其在与可动触点(54)相反的一侧上由中心点绕固定触点(64)的几何弧形径向延伸。弯曲电弧导板(68)与固定触点(64)相连，以导引电弧在固定触点(64)与每个分隔板(90)之间传导。伸出的电弧导板(57)与可动触点(54)相连，用以导引可动触点(54)与几何弧形端部上分隔板Z(90)之间的电弧。

Description

带有灭弧机构的电流转换装置

本发明涉及用于转换电流，即直流(DC)电源，的装置，特别是涉及这样的装置，其具有在分离过程中用于熄灭在开关触点之间所形成电弧的机构。

DC电源可用于各种场合，如电池供电系统，用以DC电机和DC辅助电路的驱动。在DC电源和负载之间可提供典型的接触器，用以为负载提供并除去电源。重量，可靠性和高DC电压的转换和断开能力在发展接触器的过程中是重点考虑的因素。另外，在许多应用场合，相对高的直流必须加以转换，其在接触器的触点打开时会产生电弧，由此需要一种灭弧机构。

例如，接触器可用来控制应用于电机车电机的直流。虽然电流在电机正驱动车轮时在电源与电机之间以一个方向传导，但电力机动车辆也还具有再生方式，其中在车轮不由电机驱动时电流的相反方向传导。在其它电机系统中如天车和运输车辆，使用再生制动来通过将能量导引至吸收或消耗装置来减慢装置。因此，最好是DC电源和电机之间的接触器能够在高DC电压下以两个方向操纵电流，并且熄灭可能出现的电弧而不管电流的方向。

本发明的一个目的就是提供一种改进的电流转换装置。

另一个目的就是提供一种电流转换装置，其带有在开关触点分离情形下灭弧的机构。

进一步的目的就是完成转换操作而无任何电弧副产物，即火焰，其在装置的壳体以外延伸。

还一目的就是提供一种用以转换某一极性直流的装置。

这些和其它的目的可通过一种直流转换装置来达到，其装置包括一对端子，它具有一固定触点与一电源端子电连接，可动触点则与另一电源端子相连接，并位于固定触点的一侧。电弧隔板具有许多分隔板，其在与其侧相反的另一侧上绕固定触点延伸的几何弧形上从中心点径向延伸。实质上，电弧隔板由可动触点绕固定触点的远端侧弯曲。

在一优选实施例中，D形固定电弧导板具有与固定触点相加的D形直线部分和面向许多分隔板的曲线部分。曲线部分是直线对准的，使得电弧能够在固定弧形转子和多个分隔板的圆形边缘之间传送。另外，可动电弧导板最好与可动触点相连接，并且具有伸向分隔板几何弧形每端的臂，使得电弧可以在臂和几何弧形端部上的分隔板之间传递。L形端导体可以用来帮助电弧传递到几何弧形端部上的分隔板上。

附图的简要说明：

图1是按照本发明的直流接触器的立体图；

图2是沿图1的线2-2的垂直截面图；

图3是沿图1的线3-3的水平截面图；

图4是在接触器内部所使用的电气触点和绝缘体的立体剖视图；

图5是具有开关触点处于打开状态下类似于图2的垂直截面图；和

图6A-6D表示开关触点在触点闭合时的四个位置上的滑触作用。

参照图1，密封的电磁单极接触器10具有一塑料外壳12，它是由两个由绝缘塑料材料制成的基本镜象壳体14和16构成的。壳体通过四个铆钉17而固定在一起，用以将双向DC开关机构封装在壳体内。第一壳体14具有第一电源端子18，而第二壳体16具有第二电源端子20，并且还具有一对凹进端子22，用于螺线管，其可打开和关闭壳体12内的电开关触点。当开关闭合时，在电源端子18和20之间会传导直流。

参照图2和3，在接触器10的内部是一电磁螺线管30，其嵌套在壳体14和16内部表面的槽中。螺线管30具有在U形金属架34内的环形线圈32，它通过金属端板36而封闭。螺线管线圈32的导线连接于凹进端子22上。螺线管线圈32具有中央开孔33，其带有非磁性套31，它可防止位于中央开孔33内的电枢35的磁滞。电枢35具有轴40，其一端上安装有螺母37和弹簧定位器39，并且可接合弹簧41，它可偏压电枢35，使得接触器10可处于通常的打开位置，如图5中所示。图3表示随着螺线管通电而使电枢35向左移动情况下接触器10处于闭合状态。电枢35进一步包括与盘42一起安装到电枢轴40中部的金属插棒38，插棒38位于套31的一端部上，并且具有约等于线圈中央开孔33一半长度的长度。电枢轴40可自由地通过中央开口33另一半的磁心43。磁心43可通过铆接在心的减径端上而固定到螺线管架34上，其中心可延伸通过架上的孔。电枢轴40通过螺线管架34上的孔而伸出，并且与远端上的头44端接。

电枢轴头44可与致动器46啮合，它是电气绝缘材料制成，如塑料。特别是，头44被吸收在空心致动器46一端壁48的槽内。致动器46的反向端壁具有开口，其可接收可动触点54的轴52，它通过铜编带56而与电源端子18相连，如图3中所看到的。可动触点54的细节还可如图4中剖视图所示，接触轴52的远端可安装到伸长铜制电弧导板57的中部，其带有一对竖直臂58和59，其在接触轴52的两侧上水平偏置，如图4中所示的取向。拱形转动臂58和59具有向螺线管30弯曲的端部，以形成凸缘60。从接触轴52引出的可动电弧导板57的相反侧具有第一接触垫63，如图2和3中所示，可动触点54可通过线圈弹簧62偏压远离致动器46的端壁48。

在接触器10闭合状态下，可动触点54的第一接触垫63可通过螺线管30而压到固动触点64上的第二触点垫61上，电枢轴40推动致动器46，其会压缩线圈弹簧62，并且会通过接触垫61和63的摩擦而建立接触力。

致动器46可设计成使得其本身的动作会擦拭两接触垫61和63的表面。如图6A中所示，当触点打开时，可动触点54管状轴52上的头49会通过弹簧62压向致动器46的内表面47上，该内表面47成一定角度，以使不相对于固定的第二接触垫61的中心线而正交。由此，可动触点轴52的轴不与第一接触垫中心线对准，如线51所示。当螺线管30通电时，致动器46和可动触点54会移向固定触点64，直到第一接触垫63碰到第二接触垫61，如图6B中所示。随后，螺线管电枢35的进一步运动持续地将致动器推向第二接触垫61，如图6C中所示。然而，第一接触垫63由于与固定的第二接触垫61相接而保持相对不动。注意，可动触点轴52的头49现已从致动器的内表面47移开，并且在可动电弧导板57上的肋55开始与致动器相接。在该点上，可动触点轴52仍不与第一接触垫中心线对准。然而，螺线管电枢轴40的进一步运动会将致动器46压到肋55上，使得可动触点54在致动器开口内转动到一定位置，如图6D中所示。转动导致移动的第一接触垫63擦过固定第二接触垫61，该擦拭运动清洁了该表面。

再参见图2和4，刚性金属带66将第二接触垫61与另一电源端子20相连接。固定触点64具有铜制D形固定电弧导板68，带66的端部可通过其伸出，并且焊接在D的直线部分67上。绝缘体70具有U形板72，其绕固定触点64伸展，其具有D形固定电弧导板68的弯曲部分69，它与绝缘体的弯曲内部边缘73相邻。绝缘板72的两个直腿74和76在可动触点54和致动器46的两侧上伸出。特别要参照图4，可动电弧导板57的臂58位于绝缘体70的板72第一侧78上，另一偏置臂59定位在绝缘板的相反第二侧84上。第一系列的五个壁86沿第一直腿74位于绝缘板72的第一侧78上；第二系列的五个臂88沿第二直腿76位于板72的第二侧84上。壁86和88是分别在板腿74和76的相反两侧上，其侧面相邻于可动电弧导板57的臂58和59(见图2)。

再参见图2和3，新型电弧隔板90定位在绕绝缘体70的外弯曲边缘75上的壳体12内，以熄灭在接触垫61和63分开时形成的电弧。电弧隔板90是由有色导电材料如铜的分隔板92制成的。分隔板92径向定位在绕位于两接触垫61和63之间的接触点上的中心成半圆形排列。还要注意，该点是绝缘板70弯曲部分和固定电弧导板68弯曲部分69的半径中心。分隔板92形成具有圆形边缘93的J形，其面向触点54和64，并且与固定电弧导板68弯曲部分69的中心表面等距间隔。在图3中可清楚地看到，分隔板92在绝缘板72的两侧上延伸，其绝缘板72位于沿每个分隔板圆形边缘的中间。L形铜制端部部件94和96定位在分隔板92半圆形排列的端部上，并且具有一腿97，其形成排列的另一元件，和一正交腿98，它与触点运动方向平行。实质上，电弧隔板90是以几何弧形，半圆地绕远离可动触点54的固定触点64的侧面来安置。参照图5，在每个板板上的气孔112可为电弧气提供一通路，用以使其在分隔板之间在电弧隔板90的后部上排放，如此使气体压力免受通过分隔板圆形边缘93的电弧115的干扰。

由于接触器10转换直流，就需要磁场来将电弧移入电弧隔板90。参见图3，该磁场可通过电弧隔板90由永磁部件100来产生，该部件包括分离的永久磁铁102和104，它们是沿外壳体14和16的内部表面在触点61和63和电弧隔板90之间的电弧隔板90的两侧上。每个永久磁铁具有一半圆形状，如图2中的虚线105所示。两个永久磁铁102和104是通过钢制U形元件106而电磁耦合，钢制U形元件106与每个永久磁铁的外侧表面相接，并且绕远离接触垫61和63的电弧隔板90的端部延伸。一对带有槽的塑料托架108和110将电弧隔板分隔板92和永久磁铁102和104成一直线地保持在U形元件106内。永久磁铁102和104的耦合通过电弧隔板90建立一磁场(图3中垂直方向)，其将接触垫61和63之间所形成的电弧导向分隔板92，正如下面将描述的。

参见图2，当接触器10打开电接触垫61和63时，插棒38向右移动，从螺旋管线圈32中出来。该运动通过电枢轴40和致动器46而传递给可动触点54，使得第一接触垫63移离固定触点64上的第二接触垫61。在该移动结束时，可动触点54和电枢35定位，如图5中所示。

当接触垫61和63分开时，在其间会形成电弧115。由电弧电流与永久磁铁102和104的磁场的相互作用所产生的力会使电弧115从第一接触垫63沿可动电弧导板57向外移动到电弧隔板90的L形端部部件94和96之一。电弧向端部部件94或96的移动是通过两接触垫61和63之间电流流动方向确定的。例如假设电弧沿电弧导板臂59向图5中的端部部件94移动，同时，电弧115移离第二接触垫61并到固定电弧导板68上。在接触垫61和63继续分离时，电弧会蔓延至可动电弧导板57的臂59端部，并且向外延伸直到达到电弧隔板90。

因此随后电弧115跨过L形端部部件94和相邻分隔板92之间的间隔，然后电弧开始绕半圆形的排列蔓延到每个顺序的分隔板92。该动作会在相邻分隔板92之间的间隔中形成分离的子弧。电弧的引导端传过固定电弧导板68的弯曲外表面，最后电弧115会跨过分隔板92之间足够量的间隙建立足够电弧电压并熄灭电弧。

当电弧传导过两端板94和96之间整个拱形电弧隔板90而建立电弧电压时，绝缘体70上的壁88起着气冷片的作用，其可防止电弧跨到可动电弧导板57的另一端。壁88还防止了电弧电压破坏以阻止电弧115重新再使其运动使可动电弧导板57下至端板94和96。

本发明的电弧隔板由于电弧导板和分隔板装置的对称性而使其本身为非极性的(双方向的)。这种设计使一组分隔板可操纵来自触点的电弧以两个方向传导，并且可允许每个分隔板具有足够大容量以便可以进行感应负载(长弧周期)转换而不损坏各板。

Claims (20)

1、一种电弧转换装置(10)，它包括：

第一和第二电源端子(20，18)；

一固定触点(64)，其与第一电源端子(20)电连接；

一可动触点(54)，其与第二电源端子(18)电连接，并且位于固定触点(64)的第一侧上；

电弧隔板(90)，其具有许多分隔板(92)，其绕与第一侧相反的第二侧上的固定触点(64)而延伸；和

一磁铁(100)，其相邻于固定触点(64)和可动触点(54)，以建立磁场，使得电弧可移动到电弧隔板(90)中。

2、如权利要求1的电流转换装置(10)，其中分隔板(92)由几何弧形的中心点绕中心点径向延伸。

3、如权利要求1的电流转换装置(10)，其中许多分隔板(92)中的每个具有圆形边缘(93)，其面向固定触点(64)。

4、如权利要求1的电流转换装置(10)，其进一步包括固定电弧导板(68)，其与固定触点(64)相连接，并且具有朝向许多分隔板(92)的弯曲部分。

5、如权利要求4的电流转换装置(10)，其中固定电弧导板(68)的弯曲表面为半圆形的。

6、如权利要求1的电流转换装置(10)，其进一步包括具有D形的固定电弧导板(68)，其D形的直线部分(67)与固定触点(64)相连，D形的弯曲部分(69)朝向多个分隔板(92)并与其相间隔。

7、如权利要求2的电流转换装置(10)，其进一步包括可动电弧导线板(57)，其与可动触点(54)相连，并且在分隔板(92)几何弧形的端部之间延伸。

8、如权利要求2的电流转换装置(10)，其进一步包括第一端部导体(94)，其定位在分隔板(92)的几何弧形的一端上；和第二端部导体(96)，其定位在几何弧形的一端上；其中第一和第二端部导体(94、96)的每个均为L形，其带有一腿(97)，它具有朝向多个分隔板(92)中之一的表面，并且其带有另一腿(98)，它具有朝向固定和可动触点(64，54)的表面。

9、如权利要求1的电流转换装置(10)，其进一步包括一绝缘板(84)，它具有U形，其带有弯曲部分(72)和两个伸展部分(74，76)，其中弯曲部分(72)具有与分隔板几何弧形相邻的外弯曲边缘，并且固定和可动触点(64，54)位于两伸展部分(74、76)之间。

10、如权利要求9的电流转换装置(10)，其进一步包括可动电弧导板(57)，其与可动触点(54)相连，并且可动电弧导板(57)具有第一臂(58)其在绝缘板(84)的一侧上由可动触点伸向分隔板(92)几何弧形的一端，并具有第二臂(59)，其在绝缘板(84)的另一侧上由可动触点(54)伸向分隔板(92)几何弧形的另一端。

11、如权利要求10的电流转换装置(10)，其中绝缘板(84)具有在其一侧(78)上的第一表面，其带有从分隔板(92)几何弧形另一端与可动触点(54)之间第一表面伸出的第一隔板(86)，和在另一侧(84)上的第二表面，其带有从分隔板(92)几何弧形一端与可动触点(54)之间第二表面伸出的第二隔板(88)。

12、如权利要求11的电流转换装置(10)，其中第一隔板(86)是由第一组壁形成的，其每个壁与分隔板(92)几何弧形的另一端和可动触点(54)之间的线横向延伸；并且第二隔板(88)是由第二组壁形成的，其每个壁与分隔板(92)几何弧形的一端和可动触点(54)之间的另一条线横向延伸的。

13、如权利要求11的电流转换装置(10)，其中第一隔板(86)和第二隔板(88)均是由多个壁构成的。

14、如权利要求1的电流转换装置(10)，其中可动触点(54)在其一端上具有头(44)的轴(52)；并且进一步包括一致动器(46)，其具有延伸到空腔内的开孔，其空腔具有内表面(47)，轴(52)通过开孔而伸展，并且弹簧(62)将头(44)偏压到内表面(47)上，其中致动器(46)的运动使可动触点(54)接合固定触点(64)，并且随着进一步的运动使轴(52)在开孔内转动，从而在可动和固定触点(54，64)之间产生擦拭动作。

15、一种电流转换装置(10)，它包括：

第一和第二电源端子(20，18)；

一固定触点(64)，其与第一电源端子(20)电连接；

一固定电弧导板(68)，其与固定触点(64)的第一侧相连，并具有弯曲表面(69)；

一可动触点(54)，其与第二电源端子(18)电连接，并位于固定触点(54)的第二侧上；

带有圆形边缘(93)的许多分隔板(92)，其位于与固定电弧导板(68)的弯曲表面(69)等间距的弧线上；和

一磁铁(100)，其与固定触点(64)和可动触点(54)相邻，以建立磁场，使电弧移动到多个分隔板(92)中。

16、如权利要求15的电流转换装置(10)，其中许多分隔板(92)位于与弯曲表面(69)横切的不同平面上。

17、如权利要求15的电流转换装置(10)，其中弧线是半圆形的。

18、如权利要求15的电流转换装置(10)，其进一步包括可动电弧导板(57)，其与可动触点(54)相连，并且具有第一臂(58)伸向弧线的一端，其中许多分隔板(92)的圆形边缘(93)位于弧线上，和第二臂(59)伸向弧线的另一端。

19、如权利要求18的电流转换装置(10)，其进一步包括具有U形的绝缘板(84)，其带有弯曲部分(72)和两个直线部分(74，76)，弯曲部分(72)具有与多个分隔板(92)圆形边缘(93)相邻的外弯曲边缘(75)，并且固定和可动触点(64，54)位于两直线部分(74，76)之间；并且其中可动电弧导板(57)的第一臂(58)在绝缘板(84)的一侧上延伸，可动电弧导板(57)的第二臂(59)在绝缘板(84)的另一侧上延伸。

20、如权利要求19的电流转换装置(10)，其中绝缘板(84)具有第一表面，在其一侧(78)上带有一组壁(86)，其从弧线的另一端与可动触点(54)之间的第一表面伸出，并具有第二表面，在其另一侧(84)上带有第二组壁(88)，其从弧线的一端与可动触点(54)之间的第二表面伸出。

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