本申請涉及電學領域，特別涉及一種直流接觸器。

背景技術：

高電壓大電流直流接觸器主要用于各種新能源領域場合的直流電流通斷，廣泛應用在太陽能光伏系統(tǒng)和其它直流系統(tǒng)，如光伏逆變器直流側電流的通斷，車載系統(tǒng)如城軌、地鐵、電動汽車、充電樁、儲能電池組，以及其它不間斷電源、通訊行業(yè)等領域。

直流電流由于沒有自然過零點，且開斷時電弧的燃弧時間及過電壓條件也更苛刻，因此，相比交流電流的開斷，直流電流的開斷則要困難很多。為提高直流接觸器的直流開斷能力，高壓直流接觸器往往采取耗散開斷時直流電弧能量的措施，常用的滅弧方式有自然滅弧、柵片滅弧、真空滅弧、磁鐵磁吹滅弧、壓氣滅弧等，其中，傳統(tǒng)的高壓直流接觸器多采用在電弧間隙外加磁鐵裝置，通過磁吹作用使開斷電弧運動，從而拉長電弧，增大電弧電壓，以實現(xiàn)直流電弧的熄滅，完成直流負載的通斷。

申請人在實現(xiàn)本申請的過程中發(fā)現(xiàn)，上述現(xiàn)有的處理方案至少存在如下的問題：

隨著應用領域電氣系統(tǒng)功耗日益增大，對直流接觸器電氣容量的要求不斷提高，對接觸器反向電流切換能力的要求也更加苛刻，而傳統(tǒng)直流接觸器的磁吹裝置作為一外置部件，設置在密閉的滅弧腔室內(nèi)，其結構形式復雜，成本較高，同時，其滅弧效果也存在弊端，首先，受到直流開斷過程中電弧高溫的影響，磁吹裝置長期工作情況下劣化失磁嚴重，磁吹作用顯著降低，導致直流開斷能力降低；其次，該磁吹裝置多采用鐵氧體、釹鐵硼等鐵磁材料，開斷過程中將析出較多的雜質(zhì)氣體，其雜質(zhì)氣體飽和蒸氣壓很高，這將導致直流電弧電壓、電弧能量升高，對直流負載開斷也十分不利；再次，傳統(tǒng)磁吹裝置的磁場強度大小不變，開斷過載或過低直流負載時的磁吹效果無法保證。

由于傳統(tǒng)接觸器磁吹系統(tǒng)利用直流電的單向性，磁吹方向多為單極性，只能夠保證直流電弧向相反外側拉弧熄滅，而無法承受接觸器反向電流切換，因此，如何在保證磁吹效果設計的同時，減小對外置磁吹裝置的依賴，并提升直流接觸器的反向直流負載開斷能力成為了直流接觸器設計領域亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本申請實施例提供一種直流接觸器，以實現(xiàn)在保證磁吹效果設計的同時，提升直流接觸器的反向直流負載開斷能力。

為了達到上述技術目的，本申請?zhí)峁┝艘环N直流接觸器，其特征在于，包括：觸頭單元1、滅弧磁控組件2、勵磁線圈系統(tǒng)3和操動系統(tǒng)4，其中：

所述觸頭單元1包括靜觸頭11和動觸頭片12，所述觸頭單元1位于所述滅弧磁控組件2上方，由陶瓷端蓋5支撐；

所述滅弧磁控組件2包括：螺旋管21、磁控鐵芯22、磁控隔套23；

所述螺旋管21與所述動觸頭片12相連接，且所述螺旋管21的下端與所述操動系統(tǒng)4的上端相連接；

所述磁控鐵芯22嵌設于所述螺旋管21的內(nèi)部；

所述磁控隔套23設置于所述螺旋管21與所述磁控鐵芯22之間；

所述螺旋管21、所述磁控鐵芯22、所述磁控隔套23的中心設有同軸通孔。

優(yōu)選地，所述勵磁線圈系統(tǒng)3圍繞于所述操動系統(tǒng)4的下端，所述勵磁線圈系統(tǒng)3包括：勵磁線圈31，線圈骨架32，動鐵芯33，磁支撐座34和靜磁軛片35，其中：

所述動鐵芯33具有凹槽，所述動鐵芯33圍繞于在所述操動系統(tǒng)4的下端；

所述磁支撐座34為中心向上彎折形成的內(nèi)折部，所述磁支撐座34的內(nèi)折部圍繞于在所述動鐵芯33的外側，所述磁支撐座34的下端與U形金屬殼6的底部相連接；

所述線圈骨架32圍繞于在所述磁支撐座34的內(nèi)折部的外側；

所述勵磁線圈31圍繞于在所述線圈骨架32的外側；

所述靜磁軛片35的下端與所述線圈骨架32的上端相連接。

優(yōu)選地，所述操動系統(tǒng)4的上端與所述滅弧磁控組件2活動連接，所述操動系統(tǒng)4包括操動軸41，分閘簧42，觸頭簧43，限位擋片44，限位卡簧45、限位卡簧46，其中：

所述操動軸41的中部存在一個平臺，所述操動軸41的平臺位于所述靜磁軛片35的上端，所述操動軸41的上端與所述滅弧磁控組件2活動連接；；

所述限位擋片44套設于所述操動軸41的上部，所述限位擋片44的上端與所述螺旋管21的下端相連接；

所述觸頭簧43的上端與所述限位擋片44的下端相連接，且所述觸頭簧43套設于所述操動軸41的外側，且位于所述操動軸41的平臺上端；

所述分閘簧42位于所述動鐵芯33的凹槽內(nèi)，且所述分閘簧42套設于所述操動軸41的中部；

所述限位卡簧46位于所述螺旋管21的上端，且所述限位卡簧46與所述操動軸41的上端相連接；

所述限位卡簧45位于所述動鐵芯33的下端，且所述限位卡簧45與所述操動軸41的下端相連接。

優(yōu)選地，所述直流接觸器還包括U形金屬殼6，其中：

所述U形金屬殼6上端與所述陶瓷端蓋5的下端相連接，所述U形金屬殼6與所述陶瓷端蓋5、所述靜觸頭11構成密閉的腔室。

優(yōu)選地，所述直流接觸器還包括滅弧絕緣罩7，其中：

所述滅弧絕緣罩7為杯狀結構，所述滅弧絕緣罩7的下端與所述靜磁軛片35的上端相連接。

優(yōu)選地，所述直流接觸器還包括排氣管8，其中：

所述排氣管8嵌設于所述陶瓷端蓋5的中心。

優(yōu)選地，所述直流接觸器還包括密封膠套9，其中：

所述密封膠套9包裹在所述靜觸頭11、所述陶瓷端蓋5、所述U形金屬殼6和所述排氣管8的外圍。

優(yōu)選地，所述直流接觸器還包括絕緣外殼10，其中：

所述絕緣外殼10為澆注在所述密封膠套9的外圍。

本申請實施例公開了一種直流接觸器，包括：觸頭單元、滅弧磁控組件、勵磁線圈系統(tǒng)和操動系統(tǒng)，其中：觸頭單元包括靜觸頭和動觸頭片，觸頭單元位于滅弧磁控組件上方，由陶瓷端蓋支撐；滅弧磁控組件包括：螺旋管、磁控鐵芯、磁控隔套，螺旋管與動觸頭片相連接，且螺旋管的下端與操動系統(tǒng)的上端相連接；磁控鐵芯嵌設于螺旋管的內(nèi)部；磁控隔套設置于螺旋管與磁控鐵芯之間；螺旋管、磁控鐵芯、磁控隔套的中心設有同軸通孔。本發(fā)明設計的直流接觸器可通過滅弧磁控組件產(chǎn)生自生磁場，實現(xiàn)對直流電弧的磁吹滅弧，消除了傳統(tǒng)高壓直流接觸器對外置磁吹裝置的依賴，避免外置磁吹裝置劣化失效、析氣、強度單一等對直流滅弧的影響，同時本發(fā)明采用無極性直流磁吹滅弧，具有反向直流負載開斷能力高的優(yōu)點。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請實施例提出的一種直流接觸器的結構示意圖；

圖2為本申請實施例提出的滅弧磁控組件結構一示意圖；

圖3a為滅弧磁控組件結構一的自生磁場產(chǎn)生及磁吹作用原理一示意圖；

圖3b為滅弧磁控組件結構一的自生磁場產(chǎn)生及磁吹作用原理二示意圖；

圖4為本申請實施例提出的滅弧磁控組件結構二示意圖。

圖5a為滅弧磁控組件結構二的自生磁場產(chǎn)生及磁吹作用原理一示意圖。

圖5b為滅弧磁控組件結構二的自生磁場產(chǎn)生及磁吹作用原理二示意圖。

圖6為本申請實施例提出的滅弧磁控組件的立體結構示意圖。

圖例說明

1、觸頭單元；11、靜觸頭；12、動觸頭片；2、滅弧磁控組件；21、螺旋管；22、磁控鐵芯；23、磁控隔套；3，勵磁線圈系統(tǒng)；31、勵磁線圈；32、線圈骨架；33、動鐵芯；34、磁支撐座；35、靜磁軛片；4、操動系統(tǒng)；41操動軸；42、分閘簧；43、觸頭簧；44、限位擋片；45/46、限位卡簧；5、陶瓷端蓋；6、U形金屬殼；7、滅弧絕緣罩；8、排氣管；9、密封膠套；10絕緣外殼。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明實施例的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1所示，為本申請實施例所提出的一種直流接觸器的結構示意圖，該直流接觸器包括：觸頭單元1、滅弧磁控組件2、勵磁線圈系統(tǒng)3和操動系統(tǒng)4。

觸頭單元1包括靜觸頭11和動觸頭片12，觸頭單元1位于滅弧磁控組件2上方，由陶瓷端蓋5支撐；滅弧磁控組件2包括：螺旋管21、磁控鐵芯22、磁控隔套23；螺旋管21與動觸頭片12相連接，且螺旋管21的下端與操動系統(tǒng)4的上端相連接；磁控鐵芯22嵌設于螺旋管21的內(nèi)部；磁控隔套23設置于螺旋管21與磁控鐵芯22之間；螺旋管21、磁控鐵芯22、磁控隔套23的中心設有同軸通孔。

在滅弧磁控組件2的螺旋管21和磁控鐵芯22中間設置有磁控隔套23，為避免出現(xiàn)短路現(xiàn)象影響滅弧效果，磁控隔套23采用非導磁的電絕緣材料。且滅弧磁控組件的螺旋管2，磁控鐵芯22和磁控隔套23中間沿垂直方向開有同軸通孔，用于與操動單元連接。

本實施例為無極性直流磁吹滅弧，具有反向直流負載開斷能力高的優(yōu)點。如圖2所示為本發(fā)明直流接觸器滅弧磁控組件結構一示意圖，如圖3a和圖3b所示的滅弧磁控組件自生磁場產(chǎn)生及磁吹作用原理示意圖，當直流接觸器所處系統(tǒng)需要進行直流負載分斷時，接觸器勵磁線圈斷電，在操動系統(tǒng)分閘簧42和觸頭簧43反作用力作用下，接觸器靜觸頭11和動觸頭片12分離觸頭間隙產(chǎn)生直流電弧，電弧電流為I_arc。

如圖3a所示的滅弧磁控組件結構一的自生磁場產(chǎn)生及磁吹作用原理一示意圖，假設電弧電流I_arc方向向上，則電流將經(jīng)由靜觸頭11、電弧弧柱、動觸頭片12、螺旋管21、另一側的動觸頭片12、另一側的靜觸頭11構成電氣回路。假定流經(jīng)滅弧磁控組件螺旋管2的電流為I₀，則I₀和I_arc大小相等。根據(jù)安培環(huán)路定則，N匝滅弧磁控組件螺旋管2通過電流為I₀時，將在電弧間隙產(chǎn)生磁感應強度為B_m的自生法向磁場，強度磁力線方向垂直于電弧弧柱并穿過螺線管水平向右，μ₀為真空磁導率，d為滅弧磁控組件螺旋管2的長度。

在自生磁場B_m的作用下，直流電弧其上將產(chǎn)生一個橫向的自生電磁力F_m，大小方向垂直于電弧弧柱和磁場B_m且水平向內(nèi)，l為直流電弧弧隙長度。

受到電磁力F_m的磁吹作用，直流電弧在直流接觸器內(nèi)被瞬間拉長，致使電弧能量降低，電弧內(nèi)部離子、電子等微觀粒子快速消游離并熄弧，完成直流負載的通斷。同時，隨開斷電流I_arc和I₀的增大，電磁力F_m的磁吹作用也增強。因此，本發(fā)明滅弧磁控組件產(chǎn)生的自生磁場的磁吹作用能夠?qū)崿F(xiàn)電弧迅速熄滅，有利于直流接觸器負載開斷能力的提高。

同樣的，如圖3b所示的滅弧磁控組件結構一的自生磁場產(chǎn)生及磁吹作用原理二示意圖，當觸頭間隙直流電弧電流I_arc的方向向下時，流經(jīng)滅弧磁控組件螺旋管2的電流為I₀，則I₀和I_arc仍然大小相等，此時N匝滅弧磁控組件螺旋管2通過電流為I₀時，在電弧間隙產(chǎn)生的自生法向磁場B_m強度與圖3a相同，但磁力線方向垂直于電弧弧柱并穿過螺線管水平向右，在此磁場B_m的作用下，直流電弧上電磁力F_m則仍然垂直電弧弧柱和磁場B_m水平向內(nèi)，與圖3a中的電磁力F_m大小方向一致。因此，本發(fā)明實施例提供的滅弧磁控組件2產(chǎn)生的自生磁場的磁吹作用可適用于無極性的直流負載開斷。

如圖4所示為本發(fā)明直流接觸器滅弧磁控組件結構二示意圖，在滅弧磁控組件2的另一種結構中，螺旋管的旋轉(zhuǎn)方向與原實施例方向相反。

如圖5a和圖5b所示的滅弧磁控組件結構二自生磁場產(chǎn)生及磁吹作用原理示意圖。如圖5a所示，假設電弧電流I_arc方向向上，流經(jīng)N匝滅弧磁控組件螺旋管2的電流為I₀，則I₀和I_arc大小相等。螺旋管2電流在電弧間隙產(chǎn)生磁感應強度為B_m，B_m大小與圖3a實施例相同，方向相反。

圖5a中在自生磁場B_m的作用下，直流電弧受到的橫向自生電磁力F_m大小與圖3a實施例相同，但方向相反。即圖5a中自生電磁力F_m方向垂直于電弧弧柱和磁場B_m水平向外，并且隨開斷電流I_arc和I₀的增大，電磁力F_m的磁吹作用也增強。因此，通過滅弧磁控組件結構二產(chǎn)生的自生磁場的磁吹作用也能夠?qū)崿F(xiàn)電弧迅速熄滅。

同樣的，如圖5b所示，當觸頭間隙直流電弧電流I_arc的方向向下時，流經(jīng)滅弧磁控組件的螺旋管2的電流電弧間隙產(chǎn)生的自生法向磁場B_m強度與圖5a 相同，方向相反。但直流電弧受到電磁力F_m仍然垂直電弧弧柱和磁場B_m水平向外，與圖5a中的電磁力F_m大小方向一致。因此，本發(fā)明滅弧磁控組件2新實施例產(chǎn)生的自生磁場的磁吹作用也可適用于無極性的直流負載開斷。

如圖6所示為本申請實施例所提出的一種直流接觸器滅弧磁控組件的立體結構示意圖。滅弧磁控組件螺旋管2為一N匝螺旋管，采用導電性能好與抗燒蝕的金屬材料。滅弧磁控組件螺旋管2內(nèi)部嵌套有磁控鐵芯22，磁控鐵芯22采用導磁性能優(yōu)異的鐵磁材料，螺旋管通電后磁控鐵芯22在螺旋管勵磁場的作用下，產(chǎn)生與螺旋管勵磁場方向相同的磁場，兩磁場的疊加，使得磁場強度得到增強，進而提高直流接觸器滅弧磁控組件的磁吹滅弧效果，使高壓直流接觸器直流負載的開斷能力更高。

本發(fā)明實施例提供的直流接觸器中，勵磁線圈系統(tǒng)3圍繞于操動系統(tǒng)4的下端，勵磁線圈系統(tǒng)3包括：勵磁線圈31，線圈骨架32，動鐵芯33，磁支撐座34和靜磁軛片35。

動鐵芯33具有凹槽，動鐵芯33圍繞于操動系統(tǒng)4的下端；磁支撐座34為中心向上彎折形成的內(nèi)折部，磁支撐座34的內(nèi)折部圍繞于動鐵芯33的外側，磁支撐座34的下端與U形金屬殼6的底部相連接；線圈骨架32圍繞于磁支撐座34的內(nèi)折部的外側；勵磁線圈31圍繞于線圈骨架32的外側；靜磁軛片35的下端與線圈骨架32的上端相連接。

由于直流電流由于沒有自然過零點，開斷時電弧的燃弧時間及過電壓條件較為苛刻，所以線圈骨架32采用高機械強度的電絕緣材料，動鐵芯33、磁支撐座34采用高磁導率的鐵磁材料，動鐵芯33具有凹槽，與U形金屬殼6構成勵磁線圈系統(tǒng)的外圍磁軛，外圍磁軛與勵磁線圈系統(tǒng)一起形成閉合的磁回路。靜磁軛片35中心處開有通孔內(nèi)穿有接觸器操動單元。

本發(fā)明實施例提供的直流接觸器中，操動系統(tǒng)4的上端與滅弧磁控組件2活動連接，操動系統(tǒng)4包括操動軸41，分閘簧42，觸頭簧43，限位擋片44，限位卡簧45、限位卡簧46。

操動軸41的中部存在一個平臺，操動軸41的平臺位于靜磁軛片35的上端，操動軸41的上端與滅弧磁控組件2活動連接；限位擋片44套設于操動軸41的上部，限位擋片44的上端與滅弧磁控組件2的下端相連接；觸頭簧43的上端與限位擋片44的下端相連接，觸頭簧43套設于操動軸41的外圍，且位于操動軸41的平臺上端；分閘簧42位于動鐵芯33的凹槽內(nèi)，且分閘簧42套設于操動軸41的中部；限位卡簧46位于滅弧磁控組件2的上端，且限位卡簧46與操動軸41的上端相連接；限位卡簧45位于動鐵芯33的下端，且限位卡簧45與操動軸41的下端相連接。

操動系統(tǒng)4的操動軸41穿過螺旋管21、磁控鐵芯22和磁控隔套23的通孔，凸出部分置于螺旋管21外部并通過限位卡簧46固定。由于操動軸41在直流接觸器中用于將操動系統(tǒng)4與滅弧磁控組件連接，所以，操動軸41為非導磁金屬桿。

本發(fā)明實施例提供的直流接觸器還包括U形金屬殼6，U形金屬殼6上端與陶瓷端蓋5的下端相連接，U形金屬殼6與陶瓷端蓋5、靜觸頭11構成密閉的腔室。

在本實施例提出的直流接觸器中，陶瓷端蓋5通過金屬化處理后與靜觸頭11、U形金屬殼6釬焊在一起，并構成密閉的腔室。U形金屬殼6為杯狀結構，采用磁導率優(yōu)異的鐵磁材料，用以構成勵磁線圈系統(tǒng)的外圍磁軛，與勵磁線圈系統(tǒng)一起形成閉合的磁回路。

本發(fā)明實施例提供的直流接觸器還包括滅弧絕緣罩7，滅弧絕緣罩7為杯狀結構，滅弧絕緣罩7的下端與靜磁軛片35的上端相連接。

在本實施例提出的直流接觸器中，U形金屬殼6與陶瓷端蓋5、靜觸頭11構成密閉的腔室內(nèi)嵌有滅弧絕緣罩7，滅弧絕緣罩7為杯狀結構，置于靜磁軛片35上。為了保證滅弧效果，滅弧絕緣罩7，采用耐高溫、抗燒蝕、低產(chǎn)氣的電絕緣材料。

本發(fā)明實施例提供的直流接觸器還包括排氣管8，排氣管8嵌設于所述陶瓷端蓋5的中心。

為了對上述腔室預抽真空排氣和充入適用于直流滅弧氣體，在本實施例提出的直流接觸器中，陶瓷端蓋5上套封有排氣管8，以實現(xiàn)對上述腔室預抽真空排氣和充入適用于直流滅弧氣體。所述直流滅弧氣體介質(zhì)51采用N₂、H₂、SF₆、He等具有導熱系數(shù)、高電弧電位梯度氣體，或其混合氣體。

為了保證相關人員的安全，以及滅弧效果，本發(fā)明實施例提供的直流接觸器還包括密封膠套9，密封膠套9包裹在靜觸頭11、陶瓷端蓋5、U形金屬殼6和排氣管8的外圍。

為了保證相關人員的安全，避免發(fā)生意外事故，本發(fā)明實施例提供的直流接觸器還包括絕緣外殼10，絕緣外殼10為澆注在密封膠套9的外圍。

從上述描述中可以看出，本發(fā)明上述的實施例實現(xiàn)了如下技術效果：

本發(fā)明設計的直流接觸器可通過滅弧磁控組件產(chǎn)生自生磁場，實現(xiàn)對直流電弧的磁吹滅弧，消除了傳統(tǒng)高壓直流接觸器對外置磁吹裝置的依賴，避免外置磁吹裝置劣化失效、析氣、強度單一等對直流滅弧的影響，同時本發(fā)明采用無極性直流磁吹滅弧，具有反向直流負載開斷能力高的優(yōu)點。

最后說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解；其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明權利要求所限定的范圍。