CN118231189B - 具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器，该方案包含套筒、动铁芯、反力弹簧、轭铁、上盖、底座、下盖、线路板、辅助导电座磁铁、导磁板、磁极组件、上衔铁、下衔铁及线圈组件，创新点在于增设陶瓷组件、辅开组件和支架组件：陶瓷组件居于顶部，含主体陶瓷及主、辅开接触杆；辅开组件内含辅开簧片和绝缘罩，其间隙形成辅开开距；支架组件附带基础支架、接触桥等部件，利用辅助弹簧推动辅开簧片动作，其中主开距大于辅开开距，下衔铁嵌套接触桥，磁通在上下衔铁间形成闭合磁路，反力弹簧设置于磁极组件和动铁芯间，确保整体高效稳定运作。

Description

具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器

技术领域

本发明涉及一种高压直流接触器，具体涉及具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器。

背景技术

现有的直流接触器作为一种广泛应用的自动控制电器，其基本原理是基于电磁力作用，通过线圈通电产生磁场，驱动铁芯运动，进而使接触桥与主触点闭合或断开，以实现对负载的通断控制。此类接触器的主回路通常由陶瓷座内部安装的两个主触点、接触桥、支架组件和绝缘罩构成，各部件精密配合，确保了接触器的正常运行。

主流的直流接触器通常包括用来连接负载以实现对负载进行通断控制的主回路。陶瓷座的内部安装有两个并排布置的主触点、一接触桥、一支架组件和一个绝缘罩。绝缘罩安装在陶瓷内腔，接触桥与两个主触点分别沿竖向相对布置，陶瓷座组件焊接在磁极组件上。驱动机构有线圈组件、铁芯（动）、支架组件和弹簧（反力）。线圈组件设置于磁极组件的下部，铁芯（动）活动于线圈内孔围成的空间内，支架组件沿竖向布置，且支架组件的下端紧密配合穿置于铁芯（动）中。支架组件的上部与接触桥相接触，用以止挡于接触桥，并在支架组件的内部定位套接有一位于接触桥的下方并用以支撑接触桥的弹簧（触头）。弹簧(反力）套设于推杆的下部外，并通过铁芯（动）和铁芯（静）内孔定位安装。当线圈通电后、产生磁场，并于磁间隙处产生磁势差，即为电磁吸合力，致使铁芯（动）向上运动，进而带动接触桥向上运动，使得接触桥两端分别与两个主触点相吸合连通。

然而，当前的直流接触器在检测主回路通断状态时，通常安装有一个微动开关，微动开关是装在直流接触器内的对应位置，在支架组件上则装有一波动臂，当支架组件带动接触桥运动使接触桥和主触点接触时，支架组件同时带动拨动臂运动，通过拨动臂触动微动开关的动臂簧片，使微动开关接通或断开，同时通过直流接触器的辅开电路板对微动开关接通或断开信号的检测，从而实现对主回路通断情况的检测。这种方式虽能有效监控主回路状态，但在实际应用中存在局限性，例如对微动开关的可靠性和灵敏度要求较高。

另一方面，当直流接触器在大电流工况下运行时，接触桥与主触点因接触面积较小而产生的电斥力问题不容忽视。随着通电电流增大，电斥力也会急剧增强，可能造成接触桥与主触点间的接触压力减小乃至断开，严重影响接触器的工作稳定性。现行解决方案主要依赖增强触头弹簧的压力以抵抗电斥力，但这不仅可能导致驱动机构复位困难、增加产品能耗，还会影响直流接触器的整体性能和使用寿命。

综上，现有技术主要存在如下弊端：

1.微动开关行程小，易造成主回路状态与辅助回路状态不一致现象，从而影响判断准确性；

2.微动开关体积大，占用空间大，对接触器腔体体积要求大；

3.微动开关结构复杂，价格高；

4.增强弹簧（触头）的力值，需要大量增加线圈功率，导致增加使用功耗，且限于空间容量，磁路容易饱和，不节能。

因此，如何设计出既能准确无误地检测主回路通断状态，又能有效应对大电流工况下的电斥力问题，同时保证直流接触器良好工作稳定性和低能耗的新型结构，成为本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器。

为了实现上述申请目的，本发明采用了以下技术方案：具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器包括套筒、动铁芯、反力弹簧、轭铁、上盖、底座、下盖、线路板、辅助导电座、磁铁、导磁板、磁极组件、上衔铁、下衔铁以及线圈组件，还包括：

陶瓷组件，位于高压直流接触器的顶部，包括主体陶瓷和安装于该主体陶瓷上的主接触杆和辅开接触杆；

辅开组件，包括辅开簧片和中间设有凹形槽的绝缘罩，绝缘罩安装于主体陶瓷内部和底部，并将陶瓷组件的两个主接触杆绝缘隔开，辅开簧片安装于绝缘罩上并与其中一个辅开接触杆接触固定，且该辅开簧片另一端与剩余的辅开接触杆底部设有间隙，该间隙作为辅开开距；

支架组件，安装于绝缘罩上，包括基础支架、接触桥、下衔铁、触头弹簧、推杆组件以及光杆，光杆穿过磁极组件和动铁芯并与动铁芯固定，推杆组件与辅开簧片之间设有辅助弹簧，通过该辅助弹簧推动辅开簧片实现辅开簧片与剩余的辅开接触杆的接触，接触桥与主接触杆底部设有间隙，该间隙作为主开距；

其中，主开距大于辅开开距；下衔铁位于接触桥内部并部分包裹接触桥，上衔铁设于绝缘罩内部，以使得当电流通过接触桥时产生磁通，磁通在上衔铁及下衔铁中形成磁回路；反力弹簧设于磁极组件和动铁芯之间。

进一步地，陶瓷组件还包括设于主体陶瓷底部的连接支架，通过该连接支架连接磁极组件。

进一步地，辅开簧片一端设有供辅开接触杆穿过的通孔，该通孔内设有多个弹性接触簧片，以接触固定辅开接触杆侧壁。

进一步地，绝缘罩上设有供辅开簧片定位安装的定位槽以及供辅开接触杆插入定位的定位孔。

进一步地，推杆组件上设有推杆，辅助弹簧安装于推杆外圈。

进一步地，磁极组件包括磁极片、设于该磁极片中心的静铁芯以及与该磁极片固连的排气管，磁极片顶部与连接支架固连，静铁芯设有供光杆插入的通孔。

进一步地，绝缘罩底部设有一圈能够遮挡连接支架与磁极片的连接处的台阶，以隔绝电弧伤害。

进一步地，静铁芯通过冲床扩铆方式在磁极片预留的孔中固定。

进一步地，上衔铁宽于下衔铁。由于上衔铁位于下衔铁上方且宽于下衔铁，上衔铁宽出部分延伸的外部磁场会加强下衔铁与上衔铁形成的内部磁场，从而抵消电动斥力增大接触桥与接触点杆的结合力，提升接触器的使用安全性。

进一步地，套筒套设于动铁芯和磁极组件的静铁芯外并与磁极组件的磁极片固连。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.通过将原有的波动臂改为带辅助弹簧的支架组件，将微动开关改为安装在绝缘罩上部的辅开簧片，利用辅助弹簧推动辅开簧片从而实现辅助回路监测主回路工作状态的功能。这种辅助功能具备结构简单，成本低，安装方便，行程大，主回路状态与辅助回路状态同步性高等优点。

2.辅开组件位于主接触杆之间，独特的设计不仅不占用主接触杆四周的灭弧空间，而且绝缘罩下部设有若干凹槽特征用于接收容纳污染物，绝缘罩中间采用凹形槽结构，装配在两主接触杆中间，能增加两主触点爬电距离。

3.辅开组件中绝缘罩上安装片状的辅开簧片，该片状特征具有压缩弹性，可以吸收陶瓷座组件大的装配公差保证辅开组件不会上下晃动，弹性结构置于侧边一端将定位基准变成磁极片平面，提高辅开尺寸精度；同时辅开簧片上端有卡槽，与辅开接触杆过盈硬接触导通，保证接通稳定性。压缩量大时，辅开簧片压缩吸收压缩量，能增加辅开簧片机械寿命。

4.辅助弹簧与推杆组件过盈配合组装，保证运动稳定性，生产装配简单，辅开开距尺寸精度更高，保证辅助回路后于主回路断开，反馈更加准确；

5.辅助回路间距小于主回路间距，辅助回路先于主回路导通，主回路断开后辅助回路再断开。当接触器主回路粘接时这种断开顺序才能够更加准确地反馈主回路状态，不会发生误报；

6.现有技术通过增强弹簧（触头）的弹簧力值，来确保接触桥与两个接触点杆保持吸合。由于电流越大，电动斥力越大，所需要弹簧（触头）的弹簧力值就越大，因此需要大量增加线圈功率来满足驱动机构的电气性能。大量增大线圈功率会增加使用功耗，且限于空间，磁路容易饱和，不节能，而本发明通过当直流接触器线圈供电且主触点通电流时，上衔铁与下衔铁形成磁回路，产生与电动斥力方向相反的电磁吸力，可抵抗电动斥力；

7.本方案克服现有技术之不足，在适当调整线圈功率的情况下，提供一种抗短路电流的高压密封直流接触器，能够在保持产品体积小、节能的特点下提供足够的触点压力，以抵抗触头弹簧受到的大短路电流所造成的电动斥力，并具有磁效率高，磁路不易饱和的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图一；

图2是本发明的结构示意图二；

图3是本发明的陶瓷组件的结构示意图；

图4是本发明的辅开组件的结构示意图一；

图5是本发明的辅开组件的结构示意图二；

图6是本发明的磁极组件的结构示意图一；

图7是本发明的磁极组件的结构示意图二；

图8是本发明的支架组件的结构示意图一；

图9是本发明的支架组件的结构示意图二；

图10是本发明的接触桥受力示意图；

图11是本发明的磁回路示意图。

图中，1、陶瓷组件；2、辅开组件；3、支架组件；4、磁极组件；5、线圈组件；6、反力弹簧；7、动铁芯；8、套筒；9、上衔铁；11、主体陶瓷；12、主接触杆；13、辅开接触杆；14、连接支架；21、绝缘罩；22、辅开簧片；211、定位槽；212、定位孔；221、弹性接触簧片；31、接触桥；32、下衔铁；33、触头弹簧；34、推杆组件；35、辅助弹簧；41、主体磁极片；42、静铁芯；43、排气管；341、包封件；342、基础支架；343、光杆；A、轭铁；B、上盖；C、底座；D、下盖；E、线路板；F、辅助导电座；G、磁铁；H、导磁板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的披露中，术语“纵向”“横向”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

为了克服现有技术之不足，且能够提供一种监测主回路工作状态功能的直流接触器，通过将原有的波动臂改为带辅助弹簧35的支架组件3，将微动开关改为安装在绝缘罩21上部的辅开簧片22，利用辅助弹簧35推动辅开簧片22从而实现辅助回路监测主回路工作状态的功能。这种辅助功能具备结构简单，成本低，安装方便，行程大，主回路状态与辅助回路状态同步性高等优点。具体方案如下：

本直流接触器包括多个组件及其他零件组成，如图1和图2所示。其中组件有陶瓷组件1、辅开组件2、支架组件3、磁极组件4和线圈组件5；零件有套筒8、动铁芯7、辅开簧片22、反力弹簧6、触头弹簧33、辅助弹簧35、下衔铁32、接触桥31、轭铁A、上盖B、底座C、下盖D、线路板E、辅助导电座F、磁铁G和导磁板H。

其中，线圈组件5、轭铁A、上盖B、底座C、下盖D、线路板E、辅助导电座F、磁铁G和导磁板H，这些零件均为现有技术，并非本发明所要保护的技术点，这里不再赘述其原理和结构。

其中，如图3所示，陶瓷组件1包括主体陶瓷11、钎焊一体且位于主体陶瓷11上面孔内的主接触杆12、辅开接触杆13以及衔接于主体陶瓷11下面的连接支架14。

其中，如图4和图5所示，辅开组件2包括绝缘罩21、位于绝缘罩21之上安装的辅开簧片22，绝缘罩21上设有供辅开簧片22定位安装的定位槽211以及供辅开接触杆13插入定位的定位孔212。辅开组件2固定在陶瓷腔体内的四个筋位之中，其上部塑料件位于两主触点（主接触杆12）之间，支架组件3位于绝缘罩21内腔。辅开组件2在装配过程中，一个辅开接触杆13和安装在绝缘罩21上的辅开簧片22一个上端卡槽硬接触固定，即辅开簧片22一端设有供辅开接触杆13穿过的通孔，该通孔内设有多个弹性接触簧片221，以接触固定辅开接触杆13侧壁。

其中，如图6和图7所示，磁极组件4包括主体磁极片41、与磁极片中孔扩铆并中间设有通孔的静铁芯42、与磁极片焊接的排气管43。磁极组件4位于陶瓷组件1下方并与连接支架14焊接，辅开组件2位于磁极组件4之上，绝缘罩21底部覆盖于磁极组件4上。静铁芯42通过冲床扩铆在磁极片孔中固定，排气管43通过高温钎焊方式固定在磁极片上，以便进行陶瓷腔体内部抽气充气后钳口密封。

其中，如图8和图9所示，推杆组件34包括包封件341（推杆）和推杆注塑一体的基础支架342及光杆343，支架组件3包括推杆组件34、接触桥31，下衔铁32，触头弹簧33。在包封件341（推杆）上设计可以安装并固定辅助弹簧35的固定轴。推杆组件34上部位于绝缘罩21内腔、下部穿过磁极组件4中部通孔，如图1所示。

其中，如图1所示，反力弹簧6及动铁芯7穿过推杆下部，推杆底部与动铁芯7焊接固定，反力弹簧6被静铁芯42、动铁芯7压缩形成一定压缩量。套筒8套于动铁芯7、静铁芯42外，并与磁极组件4焊接。母体通过排气管43排除密封部件内的空气，然后向密封部件内充入惰性气体并密封。

工作原理：辅开组件2内的辅开簧片22一端和没有与辅开簧片22上端卡槽硬接触辅助触点设有一定开距，接触桥31和主触点设有一定开距，它们分别称为辅开开距和主开距，辅开开距小于主开距，保证推杆组件34向上运动时，推杆上固定的辅助弹簧35带动辅开簧片22与辅开接触杆13的辅助触点首先接触，辅助回路接通，然后接触桥31与主触点再接通，主回路接通；推杆组件34继续向上运动，此时触头弹簧33和反力弹簧6继续压缩，直至动铁芯7和静铁芯42闭合接触器吸合完成；当接触器断电时，触头弹簧33和反力弹簧6的反作用力下主回路先断开，辅助回路再断开，至此，完成接触器的一次完整动作。当接触器主回路粘接时这种断开顺序才能够更加准确地反馈主回路状态，不会发生误报。

其中，如图10所示，本直流接触器还提供一种抗短路电流的结构。其原理为下衔铁32包裹接触桥31内部，接触桥31凸包与下衔铁32孔配合后铆接固定，上衔铁9注塑在绝缘罩21内部，当电流通过接触桥31时产生磁通，磁通在上衔铁9及下衔铁32中形成磁回路，产生电磁吸力，故下衔铁32带动接触桥31受到上衔铁9向上的电磁吸力，继而增大接触桥31与接触点杆的结合力，与触头弹簧33一起抵抗接触桥31与接触点杆产生的电动斥力，提升继电器的抗短路能力，提升接触器的使用安全性。

其次本直流接触器的下衔铁32包裹在接触桥31内部，上衔铁9位于下衔铁32上方且宽于下衔铁32。由于上衔铁9宽于下衔铁32，上衔铁9宽出部分延伸的外部磁场会加强下衔铁32与上衔铁9形成的内部磁场。如图11所示，带有①的箭头为内部磁场回路，带有②的箭头为上衔铁9宽出下衔铁32部分产生的加强磁场回路，相当于有两个磁回路，而且是重叠加强的。（下衔铁32中间突出的一块与接触桥31底面接触的部分，可以加强中间磁回路，去除该结构也能满足抗短路要求，只是抗电流等级会下降一些）。

本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

尽管本文较多地使用了陶瓷组件1、辅开组件2、支架组件3、磁极组件4、线圈组件5、反力弹簧6、动铁芯7、套筒8、上衔铁9、主体陶瓷11、主接触杆12、辅开接触杆13、连接支架14、绝缘罩21、辅开簧片22、定位槽211、定位孔212、弹性接触簧片221、接触桥31、下衔铁32、触头弹簧33、推杆组件34、辅助弹簧35、主体磁极片41、静铁芯42、排气管43、包封件341、基础支架342、光杆343、轭铁A、上盖B、底座C、下盖D、线路板E、辅助导电座F、磁铁G、导磁板H等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器，包括套筒、动铁芯、反力弹簧、轭铁、上盖、底座、下盖、线路板、辅助导电座、磁铁、导磁板、磁极组件、上衔铁、下衔铁以及线圈组件，其特征在于，还包括：

陶瓷组件，位于高压直流接触器的顶部，包括主体陶瓷和安装于该主体陶瓷上的主接触杆和辅开接触杆；

辅开组件，包括辅开簧片和中间设有凹形槽的绝缘罩，所述绝缘罩安装于所述主体陶瓷内部和底部，并将所述陶瓷组件的两个所述主接触杆绝缘隔开，所述辅开簧片安装于所述绝缘罩上并与其中一个所述辅开接触杆接触固定，且该辅开簧片另一端与剩余的所述辅开接触杆底部设有间隙，该间隙作为辅开开距；

支架组件，安装于所述绝缘罩上，包括基础支架、接触桥、下衔铁、触头弹簧、推杆组件以及光杆，所述光杆穿过所述磁极组件和动铁芯并与所述动铁芯固定，所述推杆组件与所述辅开簧片之间设有辅助弹簧，通过该辅助弹簧推动所述辅开簧片实现所述辅开簧片与剩余的所述辅开接触杆的接触，所述接触桥与所述主接触杆底部设有间隙，该间隙作为主开距；

其中，所述主开距大于所述辅开开距；所述下衔铁位于所述接触桥内部并部分包裹所述接触桥，所述上衔铁设于所述绝缘罩内部，以使得当电流通过所述接触桥时产生磁通，磁通在所述上衔铁及下衔铁中形成磁回路；所述反力弹簧设于所述磁极组件和所述动铁芯之间；所述辅开簧片一端设有供所述辅开接触杆穿过的通孔，该通孔内设有多个弹性接触簧片，以接触固定所述辅开接触杆侧壁。

2.根据权利要求1所述的具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器，其特征在于，所述陶瓷组件还包括设于所述主体陶瓷底部的连接支架，通过该连接支架连接所述磁极组件。

3.根据权利要求1所述的具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器，其特征在于，所述绝缘罩上设有供所述辅开簧片定位安装的定位槽以及供所述辅开接触杆插入定位的定位孔。

4.根据权利要求1所述的具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器，其特征在于，所述推杆组件上设有推杆，所述辅助弹簧安装于所述推杆外圈。

5.根据权利要求2所述的具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器，其特征在于，所述磁极组件包括磁极片、设于该磁极片中心的静铁芯以及与该磁极片固连的排气管，所述磁极片顶部与所述连接支架固连，所述静铁芯设有供所述光杆插入的通孔。

6.根据权利要求5所述的具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器，其特征在于，所述绝缘罩底部设有一圈能够遮挡所述连接支架与所述磁极片的连接处的台阶，以隔绝电弧伤害。

7.根据权利要求5所述的具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器，其特征在于，所述静铁芯通过冲床扩铆或钎焊方式在所述磁极片预留的孔中固定。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器，其特征在于，所述上衔铁宽于所述下衔铁。

9.根据权利要求1-7任意一项所述的具有监测主回路工作状态及抗短路功能的高压直流接触器，其特征在于，所述套筒套设于所述动铁芯和所述磁极组件的静铁芯外并与所述磁极组件的磁极片固连。