CN209461389U - 一种直流接触器的灭弧结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种直流接触器的灭弧结构，包含两个接线柱和灭弧罩，每个接线柱下部分别设置一静触头；两个接线柱的上部位于灭弧罩以上，下部及包括静触头均穿过灭弧罩的孔并置于灭弧罩的内部，静触头下方设有用于与静触头接触或分离的动触头，静触头和动触头结合部的外侧设有永磁铁，两个静触头中心点之间的第一距离小于两个接线柱中心轴之间的第二距离，静触头中心点是指静触头上位于其最内侧端与最外侧端之间的中间位置。本实用新型使永磁铁更接近电弧区域，永磁铁的厚度可以向内增加，将动、静触头接触区域的磁场强度得到倍数增加，电弧更快地被熄灭，提高了直流接触器的电气寿命，且永磁铁的放置方式可以实现直流接触器的无极性功能。

Description

一种直流接触器的灭弧结构

技术领域

本实用新型涉及单极的高电压直流开关电器，通过电磁铁驱动机构控制电路的开关动作并通过磁吹的方式进行灭弧，实现切换高电压大电流直流电路的功能，特别涉及一种直流接触器的灭弧结构。

背景技术

近年来随着新能源电动汽车、充电桩和储能电池的发展，高电压直流接触器或继电器的应用已经越来越普遍，通常用于对系统进行充、放电回路的电气控制，该类产品已经成为电动汽车、充电桩中和储能系统中的必备电器元件，在对高电压直流电路进行接通和分断时产生强烈的电弧，电弧对直流接触器内部零件造成极大的损害，影响直流接触器的电寿命，另外电气系统进行充电和放电的电流方向是相反的，因此对于直流接触器的反向电气寿命的要求也很高，然而在现有技术中能实现高电压(750V以上)大电流并且具有一定反向电寿命的直流接触器几乎不存在，尤其是在电压更高(1000V以上)的储能系统中很难找到适当的接触器产品进行使用。

当前市场上主流的直流接触器采用由线圈和铁芯构成的电磁系统作为控制和执行部件，来驱动开关电器内部的机构使动、静触头接通或断开而实现开关功能，电磁系统和触头系统通过环氧树脂密封或陶瓷钎焊的方式密封起来，在密封室内填充氮气或氢气等气体作为灭弧介质来提高直流开关的通断能力，并在灭弧室外设置永磁铁进行磁吹灭弧，单一通过气体介质或永磁铁进行灭弧都很难解决直流接触器的电气寿命问题，而采用有磁铁进行灭弧的直流接触器又分为有极性(区分正、负极)和无极性(不区分正、负极)两种方式，有极性产品的电气寿命通常远远高于无极性产品，但无极性的直流接触器更便于电气系统的设计和使用，同时能够节省系统中的接触器数量降低整体成本。

在现有技术中，直流接触器的接线柱下部的静铁芯一般是一个截面为圆形的柱状体，在静触头上与动触头接触的部分通常只有圆形的一半(即接触部分为两个静触头内侧的半圆形截面)，而与动触头未接触的部分所占用的空间使永磁铁无法更靠近动、静触头结合部，并且永磁铁的厚度也受到限制无法进一步增加，因此导致动、静触头间产生的电弧所在空间的磁场强度较弱，电弧无法快速熄灭，影响直流接触器的电气寿命。

在现有技术中，有极性的直流接触器通常将永磁铁设置在与两个静触头连线相平行的两侧，在正向通电的情况下将电弧吹向两个静触头连线的两侧延长线方向，但反向通电则因为电弧向中间吹而可能导致电弧短接引起短路事故，因此这种产品在反向通电的使用情况下电气寿命很低；无极性直流接触器通常是将永磁铁放置在静触头连线的外延长线上，吹弧方向与静触头连线基本垂直，无论正向还是反向通电都不会造成电弧短路，但由于产品外形尺寸和触头结构的限制使得永磁铁的厚度很小，磁吹力也很小，所以通常来讲无极性直流接触器的电气寿命比有极性直流接触器低得多。

基于上述，研发一种能解决无极性直流接触器的电气寿命问题，使无极性产品具有同等甚至更高的电气使用寿命的直流接触器实为必要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种直流接触器的灭弧结构，在无极性直流接触器设计的基础上，通过强磁吹方法和触头系统的结构设计使直流接触器的电气寿命达到或超过有极性产品，并且满足高电压额定电流的条件下使用，解决了无极性直流接触器的电气寿命问题，使无极性产品具有同等甚至更高的电气使用寿命。

为了达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种直流接触器的灭弧结构，包含两个接线柱和灭弧罩，每个接线柱下部分别设置一静触头；两个接线柱的上部位于灭弧罩以上，下部及包括所述静触头均穿过所述灭弧罩的孔并置于所述灭弧罩的内部，所述静触头下方设置有用于与所述静触头接触或分离的动触头，所述静触头和所述动触头结合部的外侧设有永磁铁，两个静触头中心点之间的第一距离小于两个接线柱中心轴之间的第二距离，其中，静触头中心点是指静触头上位于其最内侧端与最外侧端之间的中间位置。

优选地，所述静触头的下部通过切削形成一相对于其上部的缺口部分，所述缺口部分是指在静触头的外侧自与动触头结合面向上去除部分材料而形成的任意形状的特征。

优选地，所述缺口部分的形状为近半圆形截面的柱状体。

优选地，所述永磁铁设置在所述静触头的缺口部分的外侧。

优选地，各个静触头的缺口部分相背对设置，所述永磁铁的磁场方向面对所述静触头的缺口部分。

优选地，所述静触头为圆柱形或矩形，所述静触头的竖向中心轴位于所述接线柱的竖向中心轴的内侧。

优选地，所述永磁铁的磁场方向垂直于所述动触头与所述静触头之间的电流方向；所述永磁铁的磁场方向与两个所述静触头的连线方向平行，或者成一定角度。

优选地，所述永磁铁通过所述灭弧罩的侧壁与所述静触头、所述动触头隔离。

优选地，所述侧壁是所述灭弧罩上的一部分，或者，所述侧壁是一个单独的零件并与所述灭弧罩组合成一体。

优选地，所述静触头与所述接线柱制成一体，或者，所述静触头和接线柱分别为两个单独零件并相互连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型不仅可以增加磁场对电弧的吹力，提高直流接触器的灭弧性能，还可以实现无极性的功能以防止产品正负极反接或反向充电而导致产品使用寿命问题，对高电压、大电流的充、放电控制回路进行更加可靠的开断，确保电动汽车、充电桩和储能设备的正常运行，填补了在高电压额定电流条件下控制充放电所需直流接触器的空白，对于充电桩和电动汽车实现充储电一体化有很大的帮助。

附图说明

图1为本实用新型的直流接触器结构示意图；

图2为本实用新型的静触头和动触头配合局部示意图；

图3为本实用新型的实施例一的静触头结构示意图；

图4为本实用新型的实施例二的静触头结构示意图；

图5为本实用新型的实施例三的静触头结构示意图；

图6-图7为本实用新型的永磁体与静触头配置结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型更加明显易懂，以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型的直流接触器的灭弧结构包括两个接线柱1和由绝缘材料构成的灭弧罩2，每个接线柱1下部分别设置一个静触头11，两个接线柱1的上部位于灭弧罩2以上，接线柱下部及包括所述静触头11均穿过灭弧罩2的孔并置于灭弧罩2的内部，在一对静触头11的下方设置有一个可与静触头11接触和分离的动触头41。

其中，静触头可以和接线柱设计成一体(即静触头是接线柱的一部分)或者，静触头和接线柱分别为两个单独零件并连接而成。

如图1和图2结合所示，动触头41是动触头组件4的一部分，动触头组件4至少包括动触头41、轴42、触头弹簧43、磁轭44、铁芯弹簧45和动铁芯46，磁轭44固定且位于灭弧罩2以下和线圈5之上，线圈5的外侧是一个由导磁材料构成的外磁轭6。

当线圈5通电后，动触头组件4在动铁芯46的带动下向上运动，使动触头41与静触头11接触实现电路导通；当线圈5失电后，动触头组件4在触头弹簧43和铁芯弹簧45的作用下与静触头11分离断开电路，从而实现直流接触器对电路的接通和分断控制。

为了解决现有技术中静触头11与动触头未接触的部分所占用的空间使永磁铁无法更靠近动、静触头结合部以及永磁铁的厚度也受到限制的问题，则在本实用新型中，两个静触头中心点之间的第一距离小于两个接线柱中心轴之间的第二距离，该静触头中心点是指静触头上位于其最内侧端与最外侧端之间的中间位置，将两个静触头的外侧空间释放，并在静触头11和动触头41结合部的外侧设有永磁铁3，从而使得永磁铁3更加靠近动、静触头的接触部位，且使永磁铁3的厚度可以向靠近静触头方向进行增加。

其中，直流电路在高电压大电流高进行通断的情况下，产生的电弧比交流电弧更难被熄灭，通常借助灭弧气体冷却电弧和通过永磁铁的磁吹方式进行灭弧，灭弧气体(通常采用氢气或氮气)需要密封在接触器产品内部，永磁铁的磁场强度越强对电弧的磁吹力越大，磁场强度的大小与永磁铁距离电弧的距离和永磁铁的体积、材料紧密相关，永磁铁距离电弧越近电弧区域的磁场强度越强，永磁铁的体积越大磁场强度越大。

所以，本实用新型最终实现将动、静触头接触区域的磁场强度倍数增加，大大增加了永磁铁对电弧的磁吹力，使电弧可以更快地被熄灭，进而提高了直流接触器的电气寿命。

基于上述设计，本实用新型可产生不同的实施方式，具体如下各个实施例。

作为本实用新型的实施例一：

如图3所示，为了实现两个静触头中心点之间的距离小于两个接线柱中心轴之间的距离，通过切削掉接线柱下方的静触头11上的部分材料进行“缺口”设计，则静触头11自与动触头41结合面以上部分存在一个缺口12，缺口是指在静触头的外侧自与动触头结合面向上去除部分材料而形成的任意形状的特征，在两个静触头11缺口部位的外侧设有永磁铁，且永磁铁3与静触头11、动触头41通过灭弧罩2的侧壁21进行隔离。

优选地，缺口形状为近似半圆形截面的柱状体，则静触头与动触头接触的部分为半圆形。但本实用新型对该缺口并不限于这一形状，只需要保证实现将两个静触头的外侧空间释放即可。

示例地，侧壁21可以是所述灭弧罩2上的一部分，或者该侧壁21是一个单独的零件并与灭弧罩2组合成一体。

由上可知，本实施例通过缺口设计可以使永磁铁3更接近电弧区域，永磁铁3的厚度可向内增加，从而提高了直流接触器的电气寿命。

作为本实用新型的实施例二：

如图4所示，本实施例仍包含静触头11上的缺口设计(参照实施例一，即静触头的外侧自与动触头结合面向上去除部分材料)，但实施例二的静触头11下部的结构与上述实施例一不同，但是本实施例中仍然满足两个静触头中心点之间的距离小于两个接线柱中心轴之间的距离，则本实施例仍然可以实现永磁铁3更接近电弧区域且永磁铁3的厚度可以向内增加，提高直流接触器的电气寿命。

作为本实用新型的实施例三：

如图5所示，例如当静触头11为圆柱形或矩形结构等，将静触头11由原来位于接线柱下端面的中间位置向内侧移动，则静触头11的竖向中心轴位于接线柱1的竖向中心轴的内侧，此时也满足两个静触头中心点之间的距离小于两个接线柱中心轴之间的距离，实现将两个静触头的外侧空间释放的效果，使得永磁铁3更接近电弧区域且永磁铁3的厚度可以向内增加，提高直流接触器的电气寿命。

本实用新型在各个静触头的缺口一侧相对放置永磁铁3，永磁铁3的磁场方向与动、静触头之间的电流方向垂直，则这种永磁铁的放置方式可以实现直流接触器的无极性功能。

如图6和图7所示，两个静触头11的缺口采用背靠背(即各个静触头的缺口一侧靠近与之对应的永磁铁，各个静触头的非缺口一侧远离与之对应的永磁铁)的设计方式，每个永磁铁3的磁场方向面对静触头11的缺口，永磁铁3的磁场方向与动、静触头之间的电流方向垂直，根据左手定则原理，电弧在磁场中的受力方向(合力)为箭头所指方向，无论接线柱1的正负极是否颠倒，两侧的电弧都不会接触而导致短路问题。其中，永磁铁的磁场方向可以与两个静触头的连线方向平行，或者成一定角度，但永磁铁均需放置在所述缺口特征的外侧。

综上所述，本实用新型不仅可以增加磁场对电弧的吹力，提高直流接触器的灭弧性能，又可以实现无极性的功能以防止产品正负极反接或反向充电而导致产品使用寿命问题，对高电压、大电流的充、放电控制回路进行更加可靠的开断，确保电动汽车、充电桩和储能设备的正常运行。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种直流接触器的灭弧结构，包含：两个接线柱(1)和灭弧罩(2)，每个接线柱(1)下部分别设置一静触头(11)；两个接线柱(1)的上部位于灭弧罩(2)以上，下部及包括所述静触头(11)均穿过所述灭弧罩(2)的孔并置于所述灭弧罩的内部，所述静触头(11)下方设置有用于与所述静触头(11)接触或分离的动触头(41)，其特征在于，所述静触头(11)和所述动触头(41)结合部的外侧设有永磁铁(3)，两个静触头中心点之间的第一距离小于两个接线柱中心轴之间的第二距离，其中，静触头中心点是指静触头上位于其最内侧端与最外侧端之间的中间位置。

2.如权利要求1所述的直流接触器的灭弧结构，其特征在于，

所述静触头(11)的下部通过切削形成一相对于其上部的缺口部分，所述缺口部分是指在静触头的外侧自与动触头结合面向上去除部分材料而形成的任意形状的特征。

3.如权利要求2所述的直流接触器的灭弧结构，其特征在于，

所述缺口部分的形状为近半圆形截面的柱状体。

4.如权利要求2所述的直流接触器的灭弧结构，其特征在于，

所述永磁铁(3)设置在所述静触头(11)的缺口部分的外侧。

5.如权利要求2所述的直流接触器的灭弧结构，其特征在于，

各个静触头(11)的缺口部分相背对设置，所述永磁铁(3)的磁场方向面对所述静触头(11)的缺口部分。

6.如权利要求1所述的直流接触器的灭弧结构，其特征在于，

所述静触头(11)为圆柱形或矩形，所述静触头(11)的竖向中心轴位于所述接线柱(1)的竖向中心轴的内侧。

7.如权利要求1所述的直流接触器的灭弧结构，其特征在于，

所述永磁铁(3)的磁场方向垂直于所述动触头(41)与所述静触头(11)之间的电流方向；

所述永磁铁(3)的磁场方向与两个所述静触头(11)的连线方向平行，或者成一定角度。

8.如权利要求1所述的直流接触器的灭弧结构，其特征在于，

所述永磁铁(3)通过所述灭弧罩(2)的侧壁(21)与所述静触头(11)、所述动触头(41)隔离。

9.如权利要求8所述的直流接触器的灭弧结构，其特征在于，

所述侧壁(21)是所述灭弧罩(2)上的一部分，或者，所述侧壁(21)是一个单独的零件并与所述灭弧罩(2)组合成一体。

10.如权利要求1所述的直流接触器的灭弧结构，其特征在于，

所述静触头(11)与所述接线柱(1)制成一体，或者，所述静触头(11)和接线柱(1)分别为两个单独零件并相互连接。