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和其它直流系統，如光伏逆變器直流側電流的通斷，車載系統如城軌、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，以實現直流電弧的熄滅，完成直流負載的通斷。

申請人在實現本申請的過程中發現，上述現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，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，磁吹裝置在長期工作狀態下劣化失磁嚴重，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氣體，其雜質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；最后，由于傳統接觸器磁吹系統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本領域亟待解決的問題。

技術實現要素：

本申請實施例提供一種直流接觸器，以實現在保證磁吹效果的同時，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。

為了達到上述技術目的，本申請提供了一種直流接觸器，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3和操動系統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為幾字形或螺旋管形導電片，所述滅弧磁控組件2的幾字形導電片中心開孔或所述滅弧磁控組件2的螺旋管形導電片底部中心開孔，所述滅弧磁控組件2與所述動觸頭片12相連接；

所述操動系統4的上端與所述滅弧磁控組件2活動連接。

優選地，所述勵磁線圈系統3圍繞于所述操動系統4的下端，所述勵磁線圈系統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圍繞于所述操動系統4的下端；

所述磁支撐座34為中心向上彎折形成的內折部，所述磁支撐座34的內折部圍繞于所述動鐵芯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圍繞于所述磁支撐座34的內折部的外側；

所述勵磁線圈31圍繞于所述線圈骨架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。

優選地，所述操動系統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的上端與所述滅弧磁控組件2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，所述觸頭簧43套設于所述操動軸41的外圍，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，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位于所述滅弧磁控組件2的幾字形導電片中心孔上端或所述滅弧磁控組件2的螺旋形導電片底部中心孔上端，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、勵磁線圈系統和操動系統，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；滅弧磁控組件為幾字形或螺旋管形導電片，滅弧磁控組件與動觸頭片相連接；操動系統的上端與滅弧磁控組件活動連接。本發明設計的直流接觸器可通過滅弧磁控組件產生自生磁場，實現對直流電弧的磁吹滅弧，消除了傳統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，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據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幾字形滅弧磁控組件的結構示意圖；

圖3a為幾字形滅弧磁控組件的自生磁場產生及磁吹作用原理一示意圖；

圖3b為幾字形滅弧磁控組件的自生磁場產生及磁吹作用原理二示意圖；

圖4為本申請實施例提出的螺旋形滅弧磁控組件的結構示意圖；

圖5a為螺旋形滅弧磁控組件的自生磁場產生及磁吹作用原理一示意圖；

圖5b為螺旋形滅弧磁控組件的自生磁場產生及磁吹作用原理二示意圖；

圖6為本申請實施例提出的一種直流接觸器的另一種結構示意圖。

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；3，勵磁線圈系統；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；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

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

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3和操動系統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為幾字形或螺旋管形導電片，滅弧磁控組件2的幾字形導電片中心開孔或滅弧磁控組件2的螺旋管形導電片底部中心開孔，滅弧磁控組件2與動觸頭片12相連接；操動系統4的上端與滅弧磁控組件2活動連接。

在本發明實施例提供的直流接觸器中，滅弧磁控組件2采用導電性能好與抗燒蝕的金屬材料，為了保證磁吹效果，滅弧磁控組件2與動觸頭片12的連接采用無縫連接或加工為一體。

同時，滅弧磁控組件2有兩種形態可供選擇，如圖2所示的幾字形滅弧磁控組件和如圖4所示的螺旋管形導電片，其中，螺旋管形導電片可以加工成圓形、方形或其它結構形式，針對不同的應用環境可以選擇不同結構形式的導電片。

在滅弧磁控組件2的下端中心開孔，用于與操動系統4的上端活動連接，該活動連接可以選用可拆卸連接，便于后期維護。

本發明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點。當滅弧磁控組件選用幾字形導電片時，如圖3a和圖3b所示的幾字形滅弧磁控組件自生磁場產生及磁吹作用原理示意圖中，當采用幾字形導電片的直流接觸器所處系統需要進行直流負載分斷時，勵磁線圈31斷電，在分閘簧42和觸頭簧43反作用力作用下，靜觸頭11和動觸頭片12分離觸頭間隙產生直流電弧，電弧電流為I_arc。

如圖3a所示的滅弧磁控組件的自生磁場產生及磁吹作用原理一示意圖，假設電弧電流I_arc方向向下，則電流將經由靜觸頭11、電弧弧柱、動觸頭片12、滅弧磁控組件2、另一側的動觸頭片12、另一側的靜觸頭11構成電氣回路。假定流經滅弧磁控組件2上的電流為I₀，則I₀和I_arc平行，且大小相等方向相反。據安培環路定則，流經滅弧磁控組件2的電流I₀將在電弧間隙產生磁感應強度為B₀的自生法向磁場，方向垂直于電弧弧柱且水平向內，μ₀為真空磁導率，r為電流I₀和I_arc之間的距離。

在磁場B₀的作用下，直流電弧上將產生一個橫向的自生電磁力F₀，大小F₀＝B₀I_arcl，方向垂直于電弧弧柱和磁場B₀且水平向右，l為直流電弧弧隙長度，則由于I₀和I_arc大小相等，則

受到電磁力F₀的磁吹作用，直流電弧在直流接觸器內被瞬間拉長，致使電弧能量降低，電弧內部離子、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F₀的磁吹作用也增強，因此，本實施例提供的滅弧磁控組件所產生的自生磁場的磁吹作用能夠實現電弧迅速熄滅，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的自生磁場產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的方向向上時，流經滅弧磁控組件2上的電流為I₀，則I₀和I_arc仍然平行，且大小相等方向相反，此時，電流I₀在電弧間隙產生的自生法向磁場B₀垂直于電弧弧柱，但方向為水平向外，而在此磁場B₀的作用下，直流電弧上電磁力F₀則仍然垂直于電弧弧柱和磁場B₀水平向右，與圖3a中的電磁力F₀大小方向一致。因此，本發明實施例提供的滅弧磁控組件產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。

當滅弧磁控組件選用螺旋形導電片時，由于電流流經螺旋形導電片的長度大于電流流經幾字形導電片的長度，所以，采用螺旋形導電片的滅弧磁控組件的電弧磁吹效果優于采用幾字形導電片的滅弧磁控組件，其直流負載開斷能力更高。如圖5a和圖5b所示的螺旋形滅弧磁控組件自生磁場產生及磁吹作用原理示意圖中，當采用螺旋形導電片的直流接觸器所處系統需要進行直流負載分斷時，勵磁線圈31斷電，在分閘簧42和觸頭簧43反作用力作用下，靜觸頭11和動觸頭片12分離觸頭間隙產生直流電弧，電弧電流為I_arc。

如圖5a所示為螺旋形滅弧磁控組件的自生磁場產生及磁吹作用原理一示意圖，假設電弧電流I_arc方向向下，流經滅弧磁控組件2的N匝螺旋管上的每一匝電流為I_x，則I_x和I_arc大小相等。螺旋管上每匝電流在電弧間隙產生的自生磁場為B_x，則的螺旋管上的N匝電流在電弧間隙產生的總的自生磁場B_m為B_x的矢量和，即方向垂直于電弧弧柱并水平向內。

在磁場B_x的作用下，螺旋管上每匝電流在電弧間隙產生橫向電磁力F_x，則的螺旋管上的N匝電流在電弧間隙產生的總的橫向電磁力F_m為F_x的矢量和，即方向垂直于電弧弧柱和磁場B_m水平向右，其中因此，相比幾字形滅弧磁控組件，螺旋形滅弧磁控組件的自生磁場電磁力F_m的磁吹作用更強，電弧拉弧熄滅更加迅速，直流負載開斷能力也更高。

同樣的，如圖5b所示的滅弧磁控組件的自生磁場產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的方向向上時，流經滅弧磁控組件2的N匝螺旋管上的每一匝電流為I_x，螺旋管上每匝電流在電弧間隙產生的自生磁場為B_x和N匝電流在電弧間隙產生的總的自生磁場B_m分別與圖5a中的B_x和B_m大小相等，方向相反。在自生磁場B_m的作用下，直流電弧上受到的總的電磁力F_m則仍然垂直電弧弧柱和磁場B_m水平向右，與圖5a中的電磁力F_m大小方向一致。因此，螺旋形滅弧磁控組件產生的自生磁場的磁吹作用仍然可適用于無極性的直流負載開斷，并且直流接觸器反向負載開斷的能力更高。針對不同強度的應用環境，可以根據實際情況選擇不同結構形式的導電片。

如圖6所示為本申請實施例提出的一種直流接觸器的另一種結構示意圖，當滅弧磁控組件選用螺旋形導電片時直流接觸器的結構如圖6。

在本發明實施例提供的直流接觸器中，勵磁線圈系統3圍繞于操動系統4的下端，勵磁線圈系統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4的下端；磁支撐座34為中心向上彎折形成的內折部，磁支撐座34的內折部圍繞于動鐵芯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構成勵磁線圈系統的外圍磁軛，同時與勵磁線圈系統一起形成閉合的磁回路。

靜磁軛片35中心處開有通孔，內穿有接觸器操動單元。

本發明實施例提供的直流接觸器中，操動系統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，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的幾字形導電片中心孔上端或所述滅弧磁控組件(2)的螺旋形導電片底部中心孔上端，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。

操動軸41在直流接觸器中用于將操動系統4與滅弧磁控組件連接，所以，操動軸41為非導磁金屬桿，其中部存在一個平臺，其上部放置有觸頭簧43，其下部套有分閘簧42和動鐵芯33。

本發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，采用磁導率優異的鐵磁材料，用以構成勵磁線圈系統的外圍磁軛，與勵磁線圈系統一起形成閉合的磁回路。

本發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構成密閉的腔室內還嵌有滅弧絕緣罩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、低產氣的電絕緣材料。

本發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，以實現對上述腔室預抽真空排氣和充入適用于直流滅弧氣體。直流滅弧氣體介質采用N₂、H₂、SF₆、He等具有導熱系數、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，避免發生意外事故，本發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，本發明上述的實施例實現了如下技術效果：

本發明設計的直流接觸器可通過滅弧磁控組件產生自生磁場，實現對直流電弧的磁吹滅弧，消除了傳統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點。

最后說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，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脫離本發明權利要求所限定的范圍。