CN219873375U - 一种永磁触头及开关装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及开关设备技术领域，具体涉及一种永磁触头及开关装置。永磁触头包括：安装壳、安装在安装壳上的静触头、相对且间隔设置第一磁力结构和第二磁力结构以及分合组件，任一磁力结构适于产生磁场力，分合组件包括相互连接的永磁体和动触头，永磁体可活动地设置在第一磁力结构与第二磁力结构之间。本实用新型提供的永磁触头，永磁体受外部磁场力上下运动到分闸和合闸两种状态时均能保持稳定的吸合状态，且在外部磁场力断开时，能够以自身磁力直接与磁力结构吸合，无需设置另外的动铁芯，精简结构的同时使得永磁触头具有稳定的通断状态。永磁触头应用于断路器时，能够实现精确的短路保护和隔离功能，安全高效。

Description

一种永磁触头及开关装置

技术领域

本实用新型涉及开关设备技术领域，具体涉及一种永磁触头及开关装置。

背景技术

在配电领域的开关设备中，最常见两种是断路器与接触器。一般来说，断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置；接触器是一种可快速切断交流与直流主回路且可频繁地接通与关断大电流控制电路的装置。这两种开关装置在连通与切断电路时，常采用电磁驱动机构，但由于电磁驱动中线圈需带电工作，其能量完全取决于电流的大小，对电能的消耗较大。随着永磁技术的发展，永磁驱动成为一种更为节能驱动方式。

现有的永磁操作机构主要由永磁铁、合闸线圈和分闸线圈组成，另外，永磁体上固定动铁芯，靠近动铁芯的一侧设静铁芯，永磁铁远离静铁芯的一端通过连接杆设置动触头，靠近动触头的一侧设静触头，永磁铁设置在两组线圈之间。一般情况下，永磁体在合闸线圈得电后带动动铁芯向静铁芯处运动吸合实现动、静触头接通，动铁芯、永磁铁、连接杆和动触头整体一端与静触头连接，另一端与静铁芯吸合，两端均处于稳定的固定状态；永磁体在分闸线圈得电后带动动铁芯远离静铁芯，实现动、静触头分断，此时分闸线圈失电后，为保证分断状态一般采用在动铁芯处套设弹簧件进行支撑。

但是上述的永磁驱动方式中，在分断状态下，动铁芯、永磁铁、连接杆和动触头整体一端自由设置，另一端靠弹簧力得以支撑，弹簧力需要平衡永磁铁、动铁芯、连接杆以及动触头的重力。长时间使用时，若弹簧件失效，弹簧件无法对永磁铁、动铁芯、连接杆以及动触头的重力进行平衡支撑，会造成动铁芯和静铁芯之间距离减小，甚至动铁芯和静铁芯可能相互吸合，因此容易造成动、静触头分断不可靠、稳定性差的问题。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于现有技术中的永磁触头在分断状态下线圈失电时，稳定性差的缺陷，从而提供一种永磁触头。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种，包括：安装壳，以及安装在所述安装壳上的：

静触头和相对且间隔设置第一磁力结构和第二磁力结构，任一磁力结构适于产生磁场力；以及

分合组件，包括相互连接的永磁体和动触头，所述永磁体可活动地设置在所述第一磁力结构与所述第二磁力结构之间；

所述永磁触头具有所述永磁体受第一磁力结构的第一磁场力作用，与所述第一磁力结构相吸附以使动触头与静触头相互分离的第一稳态；以及所述永磁体受第二磁力结构的第二磁场力作用，与所述第二磁力结构相吸附以使动触头与静触头相互吸合的第二稳态。

可选地，上述的永磁触头，所述第一磁力结构包括第一线圈和第一导磁件，在第一稳态下，所述第一线圈与外接电源电连接以产生第一磁场力，所述第一导磁件在永磁体靠近时受永磁体的磁力作用下与所述永磁体吸合；和/或

所述第二磁力结构包括第二线圈和第二导磁件，在第二稳态下，所述第二线圈与外接电源电连接以产生第二磁场力，所述第二导磁件在永磁体靠近时受永磁体的磁力作用下与所述永磁体吸合；

其中，所述第一导磁件和所述第二导磁件设置在所述第一线圈和所述第二线圈相对的一侧端面上。

可选地，上述的永磁触头，在第一稳态下，所述第二线圈适于与外接电源电连接以产生第三磁场力，所述永磁体受第三磁场力的驱动下朝向第一磁力结构方向运动；和/或

在第二稳态下，所述第一线圈适于与外接电源电连接以产生第四磁场力，所述永磁体受第四磁场力的驱动下朝向第二磁力结构方向运动。

可选地，上述的永磁触头，在所述第一稳态下，所述永磁体受第一磁场力和所述第三磁场力的方向相同；和/或

在所述第二稳态下，所述永磁体受第二磁场力和所述第四磁场力的方向相同。

可选地，上述的永磁触头，所述分合组件还包括连接杆，所述连接杆可滑动地设置在所述第二线圈中腔内，且设置在动触头和所述永磁体之间。

可选地，上述的永磁触头，所述分合组件还包括：弹性件，所述弹性件固定设置在所述连接杆与动触头之间，在所述动触头和所述静触头相互接触时，所述弹性件具有驱动连接杆朝向远离静触头方向运动的弹性力以缓冲所述动触头与静触头之间的接触力。

可选地，上述的永磁触头，还包括：防护结构，至少部分所述防护结构包覆在所述永磁体外壁面上以防护所述永磁体。

本实用新型还提供了一种开关装置，包括：上述的永磁触头。

可选地，上述的开关装置，还包括：

控制电路板和传感组件，所述控制电路板和传感组件电性连接于同一回路，所述控制电路板适于与所述第一线圈和第二线圈连接通电，所述传感组件适于检测永磁触头回路信息，所述传感组件包括电流互感器和剩余漏电互感器，所述电流互感器适于检测电路电流信息并传递到控制电路板，所述剩余漏电互感器适于检测电路中的漏电电流变化并传递到控制电路板；和/或

机械分合闸机构，与永磁触头电性连接与同一回路，适于手动控制以实现机械分断电路。

可选地，上述的开关装置，所述开关装置为断路器或接触器。

本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型提供的永磁触头，包括固定设置的静触头、第一线圈和第二线圈，在第一线圈和第二线圈上相靠近的一侧分别设置第一导磁件和第二导磁件，还设置包括可滑动设置在第二线圈上的分合组件，分合组件包括通过连接件固定连接的永磁件和动触头；第一线圈与第二线圈通电产生磁场，永磁件在磁场中受力上下移动，带动动触头和静触头接触或分离实现触点的通断，同时永磁件具有在触点通断两种状态下与第一导磁件和第二导磁件相吸附的稳定状态，实现双稳态，节约电能消耗，可靠性高，结构精简有助于减小设备体积。

2.本实用新型提供的永磁触头，永磁体受外部磁场力上下运动到分闸和合闸两种状态时均能和到导磁件保持稳定的吸合状态，且在外部磁场力断开时，能够以自身磁力直接与磁力结构吸合，无需设置另外的动铁芯，精简结构的同时使得永磁触头具有稳定的通断状态。

3.本实用新型提供的永磁触头，第一磁力结构和第二磁力结构的方向和大小通过现代控制技术实现，比如单片机技术，完成永磁触头的精确控制，使永磁触头可以在电压电流波形的任何一点实现分断。

4.本实用新型提供的永磁触头，永磁体在实现第一稳态或第二稳态时，均能受到吸力和斥力的同时加持，使得永磁触头的接通和分断时间可以控制在5毫秒以内，减少灭弧装置的使用，精简结构，安全可靠。

5.本实用新型提供的永磁触头，在连接杆与动触头连接处设置弹簧进行缓冲，使得在动触头与静触头接触时能够对连接杆施加远离静触头方向的弹性力，缓冲动、静触头之间的接触力，延长触头的使用寿命。

6.本实用新型提供的永磁触头，在永磁体外包裹缓冲材料，加套保护壳，防止永磁体在运动中损坏破裂。

7.本实用新型提供的开关装置，采用了上述任一项所述的永磁触头，因此具有上述任一项所述的永磁触头的优点。另外当开关装置为断路器时，设置可以手动分合闸的机械分合闸机构，与永磁触头分别实现操作控制，实现精确的短路保护和隔离功能；通过控制电路板实现电压电流的测量和对触头的精确控制，进而实现过零投切，完成无电弧分断，安全高效。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的实施例1中提供的永磁触头分闸状态的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例1中提供的永磁触头合闸状态的结构示意图；

图3为本实用新型的实施例2中提供的断路器的结构示意图；

图4为本实用新型的实施例2中提供的接触器的结构示意图；

附图标记说明：

1-安装壳；2-静触头；3-第一磁力结构；31-第一线圈；32-第一导磁件；4-第二磁力结构；41-第二线圈；42-第二导磁件；5-分合组件；51-永磁体；52-动触头；53-连接杆；54-弹性件；

100-控制电路板；200-传感组件；201-电流互感器；202-剩余漏电互感器；300-机械合分闸机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

结合图1至图4，本实施例提供一种永磁触头，包括：安装壳1、安装在安装壳1上的静触头2、相对且间隔设置第一磁力结构3和第二磁力结构4以及分合组件5，其中，任一磁力结构适于产生磁场力，分合组件5包括相互连接的永磁体51和动触头52，永磁体51可活动地设置在第一磁力结构3与第二磁力结构4之间；

永磁触头具有永磁体51受第一磁力结构3的第一磁场力作用，与第一磁力结构3相吸附以使动触头52与静触头2相互分离的第一稳态；以及永磁体51受第二磁力结构4的第二磁场力作用，与第二磁力结构4相吸附以使动触头52与静触头2相互吸合的第二稳态，动触头52与静触头2选用桥式触头连接，接触稳定，安全性高。

具体地，本实施例的永磁触头的安装壳1设置为圆柱形绝缘壳体，在安装壳1内腔底部固定安装静触头2，在安装壳1内部轴向间隔且相对固定安装第一磁力结构3和第二磁力结构4，磁力结构能够在通电情况下产生磁场力，且能够与永磁体51相吸合。

动触头52与静触头2分断时，第一磁力结构3通电产生驱动永磁体51向上运动的第一磁场力，永磁体51快速靠近第一磁力结构3的下端面，与第一磁力结构3的下端面吸合，如图1所示，此时永磁体51与第一磁力结构3下端面的距离远小于与第二磁力结构4上端面的距离，当对第一磁力结构3断电时，永磁体51与第一磁力结构3之间的吸力大于永磁体51与第二磁力结构4吸力和分合组件5重力的总和，永磁体51与第一磁力结构3下端面仍然保持吸合，分断状态稳定。

动触头52与静触头2接通时，第二磁力结构4通电产生驱动永磁体51向下运动的第二磁场力，永磁体51快速靠近第二磁力结构4的上端面，与第二磁力结构4的上端面吸合，如图2所示，此时永磁体51与第二磁力结构4下端面有一定距离，吸力较小，当对第二磁力结构4断电时，永磁体51与第一磁力结构3之间的吸力小于永磁体51与第二磁力结构4吸力和分合组件5的重力，分合组件5的永磁体51与第二磁力结构4上端面抵接支撑、动触头52与静触头2抵接接触的状态保持稳定，接通状态稳定。

永磁体51受外部磁场力上下运动到分闸和合闸两种状态时均能保持稳定的吸合状态，且在外部磁场力断开时，能够以自身磁力直接与磁力结构吸合，无需设置另外的动铁芯，精简结构的同时使得永磁触头具有稳定的通断状态。

本实施例的第一磁力结构3和第二磁力结构4的方向和大小通过现代控制技术实现，比如单片机技术，完成永磁触头的精确控制，使永磁触头可以在电压电流波形的任何一点实现分断。当然，不局限于此，可以采用其它控制方式。

具体而言，本实施例中，第一磁力结构3包括第一线圈31和第一导磁件32，在分闸的第一稳态下，外接电源向第一线圈31通电使的第一线圈31产生第一磁场力，此时第一磁场力驱动永磁体51向上运动，第一导磁件32在永磁体51靠近时受永磁体51的磁力作用与永磁体51吸合，实现永磁触头的分断；

第二磁力结构4包括第二线圈41和第二导磁件42，在合闸的第二稳态下，外接电源向第二线圈41通电以使第二线圈41产生第二磁场力，此时，第二磁场力驱动永磁铁向下运动，第二导磁件42在永磁体51靠近时受永磁体51的磁力作用下与永磁体51吸合，实现永磁触头的接通；

其中，第一导磁件32和第二导磁件42为导磁金属，分别设置在第一线圈31和第二线圈41相对的一侧端面上，设置导磁金属增强保证在线圈断电、永磁体51的外部磁场力消失时，永磁铁依然能稳定吸附在线圈的端面上，保持稳定状态。

在本实施例中，向第一线圈31和第二线圈41通入方向可控的直流电，第一线圈31与第二线圈41同轴设置可以增强磁场效果。

在上述方案的基础上，可以在第一稳态的情况下，同时向第二线圈41通电，使得第二线圈41产生第三磁场力，第三磁场力对永磁体51的驱动同样向上，使得在第一稳态的过程中，永磁体51同时受到第一线圈31的吸力和第二线圈41的斥力，加快永磁触头的分断时间，可以将其控制在极短的5毫秒以内，完成无电弧分断。

同样地，在第二稳态的情况下，可以同时向第一线圈31通电，使得第一线圈31产生第四磁场力，第四磁场力对永磁体51的驱动同样向下，使得在第二稳态的过程中，永磁体51同时受到第一线圈31的斥力和第二线圈41的吸力，加快永磁触头的接通时间。

具体来说，在第一稳态下，永磁体51受第一磁场力和第三磁场力的方向相同；在第二稳态下，永磁体51受第二磁场力和第四磁场力的方向相同。

如图1和图2所示，本实施例的分合组件5还包括连接动触头52和永磁体51的连接杆53，连接杆53在永磁体51上下运动时滑动于第二线圈41的中腔，当然，连接杆53也可以在第一线圈31的中腔内对应增设，使得永磁体51在上下运动时即使线圈通电产生的磁场出现波动，也能限位于上下运动，保证动触头52与静触头2精确对应。

另外，本实施例的分合组件5在连接杆53与动触头52连接的部分设置弹性件54，具体为弹簧，在动触头52和静触头2相互接触时，弹性件54具有能够驱动连接杆53朝向远离静触头2方向运动的弹性力，以缓冲动触头52与静触头2之间的接触力，对触头进行保护，延长触头的使用寿命。

在本实施例中，为保护永磁体51，在永磁体51外壁面包裹缓冲材料并加套保护壳，有效防止永磁体51损坏破裂。

实施例2

如图1至图4所示，本实施例提供一种开关装置，包括：实施例1中所述的永磁触头。

另外，如图3所示，当开关装置为断路器时，本实施例的开关装置包括：控制电路板100、传感组件200和机械分合闸装置，传感组件200和控制电路板100电性连接于同一回路，为方便表述，称为二次回路。二次回路中的控制电路板100适于向第一线圈31和第二线圈41通电，传感组件200安装在永磁触头和机械分合闸机构所在回路的连接线处，此回路称一次回路，传感组件200适于检测一次回路中的电流信息，传感组件200包括电流互感器201和剩余漏电互感器202，电流互感器201检测一次回路的电路正常接通时电流信息并传递至控制电路板100，剩余漏电互感器202检测一次回路的电路中的漏电电流变化并传递到控制电路板100；机械分合闸机构可以在需要时，比如电路故障等情况时，手动控制一次回路断开以实现断路器的基本短路保护和隔离功能，可以与永磁触头部分分别实现控制操作。

永磁触头应用于断路器中，控制电路板100对一次回路的电压电流进行检测，在电压为零时控制永磁触头闭合，在电流为零时控制永磁触头断开，完成无电弧分断，实现断路器的过零投切。

当开关装置为断路器时，包括机械分合闸机构、三个永磁触头、三个电流互感器201、一个剩余漏电互感器202和控制电路板100，断路器还设置有外接端子、通讯口，通过通讯线与外接设备的操作面板相连接，通讯线为屏蔽双绞线。

当一次回路出现漏电电流时，电流互感器201会将故障信息传递给控制电路板100，控制电路板100驱动永磁触头断开或发出警报操作机械分合闸机构断开断路器，达到接地故障保护的目的。

如图4所示，当开关装置为接触器时，本实施例的开关装置包括：控制电路板100和传感组件200，一次回路中仅有永磁触头；

接触器包括三个永磁触头、三个电流互感器201、一个剩余漏电互感器202和控制电路板100，接触器也设置有外接端子、通讯口，通过通讯线与外接设备的操作面板相连接，通讯线为屏蔽双绞线。

采用三个永磁触头的开关装置在需要采用三相同步分合时，在触头周围安装灭弧装置，例如灭弧罩。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种永磁触头，其特征在于，包括：安装壳(1)，以及安装在所述安装壳(1)上的：

静触头(2)和相对且间隔设置第一磁力结构(3)和第二磁力结构(4)，任一磁力结构适于产生磁场力；以及

分合组件(5)，包括相互连接的永磁体(51)和动触头(52)，所述永磁体(51)可活动地设置在所述第一磁力结构(3)与所述第二磁力结构(4)之间；

所述永磁触头具有所述永磁体(51)受第一磁力结构(3)的第一磁场力作用，与所述第一磁力结构(3)相吸附以使动触头(52)与静触头(2)相互分离的第一稳态；以及所述永磁体(51)受第二磁力结构(4)的第二磁场力作用，与所述第二磁力结构(4)相吸附以使动触头(52)与静触头(2)相互吸合的第二稳态。

2.根据权利要求1所述的永磁触头，其特征在于，

所述第一磁力结构(3)包括第一线圈(31)和第一导磁件(32)，在第一稳态下，所述第一线圈(31)与外接电源电连接以产生第一磁场力，所述第一导磁件(32)在永磁体靠近时受永磁体(51)的磁力作用下与所述永磁体(51)吸合；和/或

所述第二磁力结构(4)包括第二线圈(41)和第二导磁件(42)，在第二稳态下，所述第二线圈(41)与外接电源电连接以产生第二磁场力，所述第二导磁件(42)在永磁体(51)靠近时受永磁体(51)的磁力作用下与所述永磁体(51)吸合；

其中，所述第一导磁件(32)和所述第二导磁件(42)设置在所述第一线圈(31)和所述第二线圈(41)相对的一侧端面上。

3.根据权利要求2所述的永磁触头，其特征在于，

在第一稳态下，所述第二线圈(41)适于与外接电源电连接以产生第三磁场力，所述永磁体(51)受第三磁场力的驱动下朝向第一磁力结构(3)方向运动；和/或

在第二稳态下，所述第一线圈(31)适于与外接电源电连接以产生第四磁场力，所述永磁体(51)受第四磁场力的驱动下朝向第二磁力结构(4)方向运动。

4.根据权利要求3所述的永磁触头，其特征在于，

在所述第一稳态下，所述永磁体(51)受第一磁场力和所述第三磁场力的方向相同；和/或

在所述第二稳态下，所述永磁体(51)受第二磁场力和所述第四磁场力的方向相同。

5.根据权利要求2所述的永磁触头，其特征在于，所述分合组件(5)还包括连接杆(53)，所述连接杆(53)可滑动地设置在所述第二线圈(41)中腔内，且设置在动触头(52)和所述永磁体(51)之间。

6.根据权利要求5所述的永磁触头，其特征在于，所述分合组件(5)还包括：

弹性件(54)，所述弹性件(54)固定设置在所述连接杆(53)与动触头(52)之间，在所述动触头(52)和所述静触头(2)相互接触时，所述弹性件(54)具有驱动连接杆(53)朝向远离静触头(2)方向运动的弹性力以缓冲所述动触头(52)与静触头(2)之间的接触力。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的永磁触头，其特征在于，还包括：

防护结构，至少部分所述防护结构包覆在所述永磁体(51)外壁面上以防护所述永磁体(51)。

8.一种开关装置，其特征在于，包括：

权利要求1-7任意一项所述的永磁触头。

9.根据权利要求8所述的开关装置，其特征在于，还包括：

控制电路板(100)和传感组件(200)，所述控制电路板(100)和传感组件(200)电性连接于同一回路，所述控制电路板(100)适于与第一线圈(31)和第二线圈(41)连接通电，所述传感组件(200)适于检测永磁触头回路信息，所述传感组件(200)包括电流互感器(201)和剩余漏电互感器(202)，所述电流互感器(201)适于检测电路电流信息并传递到控制电路板(100)，所述剩余漏电互感器(202)适于检测电路中的漏电电流变化并传递到控制电路板(100)；和/或

机械分合闸机构，与永磁触头电性连接与同一回路，适于手动控制以实现机械分断电路。

10.根据权利要求8或9所述的开关装置，其特征在于，所述开关装置为断路器或接触器。