CN113436928A - 一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室 - Google Patents

Abstract

一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室，属于真空直流灭弧领域。解决了现有真空直流灭弧室存在灭弧困难,灭弧效果差的问题。本发明陶瓷壳体相对的两个面上相对开设两个通孔；杯状动触头和杯状静触头均包括柱形引出管和底座部分，所述柱形引出管的首端为杯口，柱形引出管尾端与底座部分的中心固定连接构成一体件；杯状动触头和杯状静触头的底座部分相对设置在陶瓷壳体内，杯状动触头和杯状静触头的柱形引出管分别穿过陶瓷壳体相对的两个通孔；密封波纹管套接在杯状动触头的柱形引出管上，且位于陶瓷壳体内；杯状动触头和杯状静触头的柱形引出管内分别设置有一个柱形永磁体，两个柱形磁铁相对的两个磁极磁性相同。本发明适用于真空直流灭弧。

Description

一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室

技术领域

本发明属于真空直流灭弧领域。

背景技术

电弧影响各开关器件寿命，为回路中能量的释放提供重要通道，但是它会延长电路的 开断时间，烧损触头会降低电器的使用寿命，严重时可能造成开关电器烧毁，最终导致开 断失败。因此，如何使电弧快速熄灭，减少高温电弧对触头外层的烧损，延长开关电器的 整体使用寿命，达到提升整个系统分断性能是本领域研究的关键性问题。

相对于交流电弧，直流电弧不存在自然过零点，必须采取必要手段进行熄弧，这使得 直流电弧熄灭比交流电弧熄灭要困难得多。传统灭弧室在封装过程中，采用高温钎焊，易 引起永磁体退磁，或永磁体位置不利于灭弧室灭弧，导致灭弧效果差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有真空直流灭弧室存在灭弧困难,灭弧效果差的问题。提出 了一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室。

本发明所述一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室，包括杯状动触头、杯状静触 头、陶瓷壳体、密封波纹管和灭弧栅片组件；

陶瓷壳体上下相对的两个面上相对开设两个通孔；

杯状动触头和杯状静触头均包括柱形引出管和底座部分，所述柱形引出管的首端为杯 口，柱形引出管尾端与底座部分的中心固定连接构成一体件；

杯状动触头和杯状静触头的底座部分相对设置在陶瓷壳体内，杯状动触头和杯状静触 头的柱形引出管的首端分别穿过陶瓷壳体相对的两个通孔；位于陶瓷壳体的外侧；

密封波纹管套接在杯状动触头的柱形引出管上，且位于陶瓷壳体内；

杯状动触头和杯状静触头的柱形引出管内分别设置有一个柱形永磁体，两个柱形磁铁 相对的两个磁极磁性相同；

杯状动触头和杯状静触头底座部分外表面的中心开有限位槽；杯状动触头和杯状静触 头之间设置有灭弧栅片组件；所述灭弧栅片组件包括多个灭弧栅片，所述多个灭弧栅片沿 陶瓷壳体内壁周向布置呈环形排列，用于切割电弧。

进一步地，本发明中，杯状动触头和杯状静触头内的柱形磁铁相对的磁极均为N极。

进一步地，本发明中，杯状动触头和杯状静触头底座部分相对的两个面上均贴设有导 电材料层。

进一步地，本发明中，灭弧栅片组件还包括栅片支架，所述栅片支架的形状与陶瓷壳 体相适应，且卡设在陶瓷壳体内，所述栅片支架位于杯状动触头和杯状静触头之间，栅片 支架的内壁沿周向开有用于安装灭弧栅片的凹槽，所述多个灭弧栅片通过胶装及过盈配合 固定在所述凹槽内。

进一步地，本发明中，柱形磁铁均通过胶装固定在杯状动触头或杯状静触头的柱形引 出管内。

进一步地，本发明中，灭弧栅片为双曲面形状。

进一步地，本发明中，密封波纹管为弹性波纹管。

进一步地，本发明中，弹性波纹管的一端固定在陶瓷壳体的内壁上，另一端与杯状动 触头底座固定连接。

进一步地，本发明中，杯状动触头底座下表面还开有沿限位槽向底座边沿延伸的矩形 槽。

进一步地，本发明中，杯状动触头和杯状静触头的柱形引出管内壁沿周向喷涂有阻热 材料层，所述阻热材料层位于磁铁与柱形引出管首端之间。

相比于现有技术，本发明所述杯状动触头和杯状静触头柱形引出管内安装永磁体，解 决了因装配过程中高温钎焊导致永磁体退磁的问题；在触头表面开限位槽，电弧受磁场力 作用挤压出触头表面，如此可稳定拉长电弧长度，更有利于直流电流的开断；采用双曲面 形状栅片进行灭弧能够更有效的切割电弧，加快电弧的熄灭速度；在杯状动、静触头结构 永磁附近临近柱形引出管首端内侧进行喷涂处理，选用的喷涂材质具有阻热性能，可以在 燃弧及触点温升时避免永磁受热退磁内壁。

附图说明

图1为本发明分断状态时的总体剖视布局示意图；

图2为动触点和静触点的剖视布局示意图；

图3为圆柱形触点轴侧示意图；

图4为圆柱形触点剖视示意图；

图5为灭弧栅片组件轴侧示意图；

图6为灭弧栅片组件俯视示意图；

图7为灭弧栅片组件剖视示意图；

图8(a)为灭弧栅片俯视图，图8(b)为灭弧栅片左视图，图8(c)为灭弧栅片右视图；

图9为燃弧时的侧视剖视图，图中，8为电弧；

图10为燃弧时的俯视剖视图，图中，8为电弧。

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在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组 合。

具体实施方式一：下面结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式所述一种触头内 部嵌入永磁体的真空直流灭弧室，

包括杯状动触头1、杯状静触头2、陶瓷壳体3、密封波纹管4和灭弧栅片组件5；

陶瓷壳体3上下相对的两个面上相对开设两个通孔；

杯状动触头1和杯状静触头2均包括柱形引出管和底座部分，所述柱形引出管的首端 为杯口，柱形引出管尾端与底座部分的中心固定连接构成一体件；

杯状动触头1和杯状静触头2的底座部分相对设置在陶瓷壳体3内，杯状动触头1和杯状静触头2的柱形引出管的首端分别穿过陶瓷壳体3相对的两个通孔；位于陶瓷壳体3 的外侧；

密封波纹管4套接在杯状动触头1的柱形引出管上，且位于陶瓷壳体3内；

杯状动触头1和杯状静触头2的柱形引出管内分别设置有一个柱形永磁体，两个柱形 磁铁相对的两个磁极磁性相同；

杯状动触头1和杯状静触头2底座部分外表面的中心开有限位槽；杯状动触头1和杯 状静触头2之间设置有灭弧栅片组件5；所述灭弧栅片组件5包括多个灭弧栅片52，所述多个灭弧栅片52沿陶瓷壳体3内壁周向布置呈环形排列，用于切割电弧。

本实施方式中，所述嵌入在动触头引出杆内部的永磁体和嵌入在静触头引出杆内部的 永磁体的磁极为相同极性(均为N)，产生沿半径方向的磁场，在磁场作用下电弧沿动静触头 表面的电弧限位槽向灭弧室内栅片运动达到灭弧效果；所述杯状静触头1和杯状动触头2 柱形引出管深度应保证一块或多块永磁体可以顺利插入，动静触头的柱形引出管内放置永 磁体个数相同或不同，具体情况视所需磁场决定。所述嵌入在动触头柱形引出管内部的永 磁体和嵌入在静触头引出杆内部的永磁体分别固定在触头柱形引出管内部且竖直插入，放 入柱形引出管时永磁体相对侧极性相同，以保证分断瞬间电弧沿电弧限位槽运动，拉长电 弧提高灭弧室灭弧能力。在封装过程中，高温引起永磁体退磁不可避免，如此结构可更有 利于外部对永磁体充磁或根据所需要求对永磁体充磁、退磁，或根据需求调整永磁体表面 磁场强度。

动触头柱形引出管结构和静触头柱形引出管结构内部中空为槽型，槽口呈圆形或其他 槽口形状，具体开槽口大小、深度及形状视永磁体尺寸及所需磁场决定。触头表面限位槽 尺寸与电弧大小匹配，确保电弧可沿限位槽顺利进入灭弧栅片。

进一步地，本实施方式中，杯状动触头1和杯状静触头2内的柱形磁铁相对的磁极均 为N极。

进一步地，本实施方式中，如图7所示，灭弧栅片组件5还包括栅片支架51，所述栅片支架51的形状与陶瓷壳体3相适应，且卡设在陶瓷壳体3内，所述栅片支架51位于杯 状动触头1和杯状静触头2之间，栅片支架51的内壁沿周向开有用于安装灭弧栅片52的 凹槽，所述多个灭弧栅片52通过胶装及过盈配合固定在所述凹槽内。

本实施方式中，当陶瓷壳体为圆柱形时，栅片支架51为圆环形，其与灭弧栅片52的安装结构如图5和图6所示。

灭弧栅片组件由灭弧栅片支架和双曲面型灭弧栅片组成，并通过胶装及过盈配合固定； 灭弧栅片支架内部开有凹槽，在燃弧时由于该处的空间较大，气压较小，电弧在被灭弧栅 片切割后向此处运动；灭弧栅片为双曲面形状，并与受圆柱形永磁体的磁场拉长后的电弧 形状相贴合。该类灭弧栅片能够更有效的切割电弧，加快电弧的熄灭速度。

进一步地，本实施方式中，柱形磁铁均通过胶装固定在杯状动触头1或杯状静触头2 的柱形引出管内。

由于在加工过程中，封装高温会削弱永磁体部分磁性，加工过程中碰撞也可能对永磁 体造成损坏，因此，本实施方式中将永磁体与触点间隙胶装，如此可达到部分隔热和缓冲 的效果，减小触点碰撞和带载工作时对永磁的影响，减少永磁体退磁损失的同时也可最大 程度上减轻磕碰对永磁体的伤害。

进一步地，本实施方式中，如图8(a)至图8(c)所示，灭弧栅片52为双曲面形状。

进一步地，本实施方式中，密封波纹管4为弹性波纹管。

进一步地，本实施方式中，弹性波纹管的一端固定在陶瓷壳体3的内壁上，另一端与 杯状动触头1底座固定连接。进一步地，本实施方式中，如图3所示，杯状动触头1底座 下表面还开有沿限位槽向底座边沿延伸的矩形槽。

本实施方式中所述的阳极弧根111与阴极弧根112通常分别位于向底座边沿延伸的两 个矩形槽的侧面，且位于相对的两侧。

进一步地，本实施方式中，杯状动触头1和杯状静触头2的柱形引出管内壁沿周向喷 涂有阻热材料层，所述阻热材料层位于磁铁与柱形引出管首端之间。

本实施方式中，杯状动触头结构和所述杯状静触头结构永磁附近临近柱形引管首端内 侧进行喷涂处理，选用的喷涂材质具有阻热性能，可以在燃弧及触点温升时避免永磁受热 退磁内壁，具体喷涂材质视所需而定。

进一步地，陶瓷壳体3为圆柱形。当陶瓷壳体3为圆柱形时，灭弧栅片组件5的结构如图5至7所示。

本发明中所述杯状动触头与杯状静触头结构相同，杯状动触头受外部牵引机构驱动， 能够沿竖直方向运动，完成开关动作。杯状静触头与陶瓷壳体通过激光焊接固定，在开关 管工作时不发生运动；

所述杯状动触头与杯状静触头中，圆柱形永磁体埋入柱形引出管中。并通过低导热率 的热熔胶进行胶装固定，避免开关工作过程中的振动及温升降低圆形永磁体的磁场强度；

所述杯状动触头与杯状静触头为杯型结构，柱形引出管面向陶瓷壳体外部为杯口，圆 柱形永磁体沉入柱形引出管底部。面向灭弧室内部为杯底，触头的下表面为两个触头闭合 时的导电面。同时，在导电面的中心位置上开有限位槽，在两个触头闭合过程中始终不导 电，能够避免起始燃弧位置位于永磁体磁场的轴心。此外，由于阳极弧根111与阴极弧根 112在动、静触点上所受到的洛伦兹力方向不同，限位槽也能够避免动触点上的阳极弧根 111与静触点上的阴极弧根112在竖直方向的位于同一位置，而使其总是相差180°。

所述圆柱形永磁体所产生的磁场方向在真空灭弧室内相同，均为N级向内，S级向外。 在触点分开时，直流电弧的阳极弧根111和阴极弧根112在圆柱形永磁体12磁场的作用下 受洛伦兹力发生运动，且二者的运动方向相反，使电弧变长变细。

所述陶瓷壳体3为结构支撑零件，为绝缘陶瓷材质；

所述密封波纹管4为弹性元件，能够受外力沿竖直方向变形。密封波纹管4上端与陶 瓷壳体3通过激光焊接固定，下端与动触点组件1固定通过激光焊接固定。通过密封波纹管4能够保证在动触点组件1的运动过程，开关管内部的真空度不变；

所述灭弧栅片组5由灭弧栅片支架51和双曲面型灭弧栅片52组成，双曲面型灭弧栅 片52通过胶装及过盈配合固定于灭弧栅片支架51上；

所述灭弧栅片支架51内部开有凹槽，由于在燃弧时由于该处的空间较大，使电弧在被 灭弧栅片52切割后向此处运动，能够进一步加快电弧的运动速度，减小燃弧时间；

所述灭弧栅片52为双曲面形状，并与受圆柱形永磁体的磁场拉长后的电弧形状相贴合。 该类灭弧栅片能够更有效的切割电弧，加快电弧的熄灭速度。

图9和图10均为灭弧室分断过程中，电弧8的运动形式。如图9所示，由于永磁体 12的存在，在电弧自1动、2静触点间产生后，电弧8受到磁场力的影响。由于电弧的阳 极弧根111与阴极弧根112分别为阳极和阴极，使其在磁场中的运动方向相反，进而造成 图9和图10中的效果。由于阳极弧根111与阴极弧根112的运动，使得电弧的长度和表面 积增加，更有利于电弧通过辐射的形式快速降温，使其介电强度V0快速升高。

同时，由于电弧两个弧根的高速运动，使得电弧的弧柱部分受离心力的影响，(两处弧 根之间的圆柱状区域)向灭弧栅片组5内运动。灭弧栅片组内的灭弧栅片将完整的一根弧 柱分割成多段小弧柱。该过程将整根电弧的电压V变为多段小弧柱之和，即V＝V1+V2+...+Vi。 该方式使得单段电压Vi远小于灭弧室内的介电强度V0，使电弧更易熄灭。

本发所述该真空直流灭弧室结构包括真空直流灭弧室内部的双曲面环状栅片，杯状动 静触头组合；动触头侧为表面含有电弧限位槽的动触头、焊接在动导电杆一端带有柱形引 出管的触头结构以及嵌入在动触头引出管内部的永磁体；静触头侧包括表面含有电弧限位 槽的静触头、焊接在静导电杆一端带有柱形引出管的触头结构以及嵌入在静触头柱形引出 管内部的永磁体。本发明在沿半径方向的磁场作用下极大地增强了灭弧室的灭弧效果，一 方面，在动静触头柱形引出管处开槽，如此解决了因装配过程中高温钎焊导致永磁体退磁 的问题；另一方面在触头表面开槽，电弧受磁场力作用挤压出触头表面，如此可稳定拉长 电弧长度，更有利于直流电流的开断。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例 仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多 修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范 围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要 求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他 所述实施例中。

Claims (10)

1.一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室，其特征在于，包括杯状动触头(1)、杯状静触头(2)、陶瓷壳体(3)、密封波纹管(4)和灭弧栅片组件(5)；

陶瓷壳体(3)上下相对的两个面上相对开设两个通孔；

杯状动触头(1)和杯状静触头(2)均包括柱形引出管和底座部分，所述柱形引出管的首端为杯口，柱形引出管尾端与底座部分的中心固定连接构成一体件；

杯状动触头(1)和杯状静触头(2)的底座部分相对设置在陶瓷壳体(3)内，杯状动触头(1)和杯状静触头(2)的柱形引出管的首端分别穿过陶瓷壳体(3)相对的两个通孔；位于陶瓷壳体(3)的外侧；

密封波纹管(4)套接在杯状动触头(1)的柱形引出管上，且位于陶瓷壳体(3)内；

杯状动触头(1)和杯状静触头(2)的柱形引出管内分别设置有一个柱形永磁体，两个柱形磁铁相对的两个磁极磁性相同；

杯状动触头(1)和杯状静触头(2)底座部分外表面的中心开有限位槽；杯状动触头(1)和杯状静触头(2)之间设置有灭弧栅片组件(5)；所述灭弧栅片组件(5)包括多个灭弧栅片(52)，所述多个灭弧栅片(52)沿陶瓷壳体(3)内壁周向布置呈环形排列，用于切割电弧。

2.根据权利要求1所述的一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室，其特征在于，杯状动触头(1)和杯状静触头(2)内的柱形磁铁相对的磁极均为N极。

3.根据权利要求1所述的一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室，其特征在于，杯状动触头(1)和杯状静触头(2)底座部分相对的两个面上均贴设有导电材料层。

4.根据权利要求1所述的一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室，其特征在于，灭弧栅片组件(5)还包括栅片支架(51)，所述栅片支架(51)的形状与陶瓷壳体(3)相适应，且卡设在陶瓷壳体(3)内，所述栅片支架(51)位于杯状动触头(1)和杯状静触头(2)之间，栅片支架(51)的内壁沿周向开有用于安装灭弧栅片(52)的凹槽，所述多个灭弧栅片(52)通过胶装及过盈配合固定在所述凹槽内。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室，其特征在于，柱形磁铁均通过胶装固定在杯状动触头(1)或杯状静触头(2)的柱形引出管内。

6.根据权利要求1、2或3所述的一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室，其特征在于，灭弧栅片(52)为双曲面形状。

7.根据权利要求1、2或3所述的一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室，其特征在于，密封波纹管(4)为弹性波纹管。

8.根据权利要求6所述的一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室，其特征在于，弹性波纹管的一端固定在陶瓷壳体(3)的内壁上，另一端与杯状动触头(1)底座固定连接。

9.根据权利要求1、2或3所述的一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室，其特征在于，杯状动触头(1)底座下表面还开有沿限位槽向底座边沿延伸的矩形槽。

10.根据权利要求7所述的一种触头内部嵌入永磁体的真空直流灭弧室，其特征在于，杯状动触头(1)和杯状静触头(2)的柱形引出管内壁沿周向喷涂有阻热材料层，所述阻热材料层位于磁铁与柱形引出管首端之间。

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