專利名稱：具有滅弧磁體的觸頭橋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有用于熄滅電弧的滅弧(blowout)磁體的接觸器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中已知數(shù)種用于熄滅在接觸器的切換操作過程中形成在固定觸頭和活動觸頭之間的電弧的技術(shù)，包括磁性滅弧技術(shù)。對于磁性滅弧，線圈或者永久磁體安置在觸頭附近以使得磁場的方向垂直于電弧。磁場將在電弧上施加洛倫茲力，由此所述電弧在期望的方向被驅(qū)動，例如驅(qū)動到電弧室中，在那里電弧與分隔板接觸，以便冷卻和熄滅。例如，從參考文獻(xiàn)DE 1246851，已知一種直流開關(guān)設(shè)備，其中兩個反向的永久磁體安置在觸頭橋的兩個觸點的每一個附近以便根據(jù)電流的方向?qū)蓚€電弧的至少一個進(jìn)行滅弧。相似的構(gòu)型同樣從每個專利申請US 2008/0030289已知。根據(jù)該參考文獻(xiàn)，提供安置在兩個觸點附近的具有觸頭橋和兩個反向的永久磁體的接觸器。取決于通過開關(guān)的電流的方向，兩個電弧的任一個被吹入到滅弧室中，在那里電弧將快速地被除去。但是，具有用于磁性滅弧的永久磁體的傳統(tǒng)的接觸器的問題在于，它幾乎不能避免滅弧區(qū)域同樣影響活動觸頭安裝所在的觸頭橋。因此，磁場同樣將施加洛倫茲力在觸頭橋上。如果滅弧磁體安置為以使得電弧被推出開關(guān)，如為了滅弧所需要的，該力同樣將趨于在正是這個方向推動觸頭橋。在閉合觸頭上具有非常高的電流(典型地大于IkA)的最壞條件的情形下，該力會克服觸頭吸持力，從而導(dǎo)致觸頭的不受控制的打開。在這樣的條件下產(chǎn)生的電弧將快速地產(chǎn)生大量的熱，從而導(dǎo)致完全破壞接觸器。從美國專利No. 5，815，058已知高電流開關(guān)，其裝備有用于防止在故障情形下觸頭被流動通過開關(guān)的大電流產(chǎn)生的排斥磁力打開的觸頭改進(jìn)設(shè)備。根據(jù)該參考文獻(xiàn)，開關(guān)的觸頭橋設(shè)置有鐵桿以便對位于觸頭橋下的另一鐵桿產(chǎn)生吸引電磁力。該吸引電磁力將抵消推斥力以保證觸頭保持閉合，即使當(dāng)大的電流流動通過開關(guān)時。但是，該開關(guān)并未裝備有滅弧裝置。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供具有滅弧磁體和高電流承載能力的接觸器。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供具有滅弧磁體的接觸器，其中可以避免觸頭的任何不受控制的打開。這通過在獨立權(quán)利要求中提出的特征實現(xiàn)。優(yōu)選實施例是從屬權(quán)利要求的主題。本發(fā)明的特定的方法是在觸頭橋附近安置與滅弧磁體的方向相反地極化的另一永久磁體。根據(jù)本發(fā)明，提供一種接觸器，包括具有安置在觸頭橋的各末端的第一和第二觸頭的觸頭橋；分別安置在第一和第二觸頭附近的第一和第二永久磁體，該第一和第二永久磁體在相同方向極化以使得在第一或者第二觸頭上產(chǎn)生的電弧在遠(yuǎn)離觸頭橋的方向吹動； 以及安置在觸頭橋附近并且在第一和第二永久磁體之間的第三永久磁體，第三永久磁體在與第一和第二永久磁體相反方向被極化。優(yōu)選地，第三永久磁體適于補(bǔ)償由第一和第二永久磁體在觸頭橋的中央部產(chǎn)生的磁場。以這種方式，磁吹場限制在發(fā)生電弧的區(qū)域，并且不會影響觸頭橋。這減小觸頭不受控制地開口的危險。更優(yōu)選地，第三永久磁體同樣適于補(bǔ)償由流動通過第一和第二觸頭的電流在觸頭橋的中央部產(chǎn)生的磁場。在這種情況中，在觸頭橋的中央部的總磁場大致為零。因此，觸頭懸浮的問題得以解決，而不會增大移動觸頭橋到打開位置所需的機(jī)械力。而且，接觸器的載流能力能夠得以改善，而無需對它的機(jī)電致動器進(jìn)行任何修改。根據(jù)另一優(yōu)選實施例第三永久磁體適于過補(bǔ)償由第一和第二永久磁體產(chǎn)生的磁場和由流動通過第一和第二觸頭的電流，特別地接觸器的最大額定電流，在觸頭橋的中央部產(chǎn)生的磁場。在這種情況中，第三永久磁體與流動通過觸頭橋的電流結(jié)合產(chǎn)生總磁力，該總磁力作用在觸頭橋上并趨于關(guān)于第一和第二觸頭保持觸頭橋在閉合位置。接觸器的最大額定電流優(yōu)選地是在100A至IOkA的范圍內(nèi)，特別地，在IkA的數(shù)量級。整個數(shù)量級大小的電流典型地發(fā)生在混合汽車、電動汽車以及其它高電流應(yīng)用的情形中。根據(jù)優(yōu)選實施例，第三永久磁體的尺寸、強(qiáng)度和配置的至少一個被適配以便實現(xiàn)趨于保持觸頭橋在閉合位置的磁力與作用在電弧上的磁力的期望比率。尺寸，尤其是沿著觸頭橋的方向的寬度，和配置，尤其是相對于觸頭橋的布置，能夠容易地進(jìn)行控制，以便實現(xiàn)關(guān)于引入的磁力的強(qiáng)度比的設(shè)計目標(biāo)。優(yōu)選地，接觸器進(jìn)一步包括用于最大化在觸頭橋中央部的第三永久磁體的磁場的極板。極板還可用于優(yōu)化磁場在觸頭橋和觸頭附近的磁場的分布。具體地，極板可以安置為以使得磁吹場在觸頭處最大，而第三磁體的反向的補(bǔ)償場在觸頭橋的中央部最大，并限制到觸頭橋的中央部。根據(jù)優(yōu)選實施例，第三永久磁體包括一對兩個的永久磁體，其在與第一和第二永久磁體相反的方向極化，并安置在觸頭橋的兩個面對的側(cè)面。以這種方式，可以產(chǎn)生特別強(qiáng)和均勻的磁場，該磁場聚集在觸頭橋的中央部。


本發(fā)明的上面及其他目的和特征將從下面結(jié)合附圖給出的描述和優(yōu)選實施例變得更加明顯，其中圖IA是示出在電弧和觸頭橋上的磁性滅弧場的影響的示意圖；圖IB是類似于圖IA的示意圖，但是具有逆向的電流；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的接觸器的觸頭區(qū)域中的永久磁體的配置的頂部視圖；圖2B是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的接觸器的觸頭區(qū)域中的永久磁體的配置的側(cè)視圖；圖3A是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的接觸器的觸頭區(qū)域中的永久磁體的配置的頂部視圖；圖;3B是沿著圖3A中的剖面A-A的截面視圖；以及
圖3C是沿著圖3A中的剖面B-B的截面視圖。
具體實施例方式圖IA和IB是示出在傳統(tǒng)的接觸器中的電弧和觸頭橋上的磁性滅弧場的影響的示意圖，該接觸器包括用于產(chǎn)生和中斷兩個端子+Al和-A2之間的電接觸的觸頭橋(1 ，以及用于產(chǎn)生垂直于圖形平面的磁場的永久磁體(未示出)。在圖IA中，直流電從端子-A2流動到端子+Al。在接觸器的閉合位置，電磁致動器 (未示出)施加機(jī)械力Fslffing在觸頭橋(1 上以便保持電觸頭閉合。觸頭橋一開始移動到打開位置，電弧就將形成在橋的兩個觸頭(10，14)上。在所述圖形中，在左邊觸頭(10)上通過電弧的電流流動是向下的，而在右邊觸頭(14)上通過電弧的電流流動是向上的。因此， 電流流動和磁場彼此垂直，從而產(chǎn)生在左邊觸頭(10)導(dǎo)向到左側(cè)以及在右邊觸頭(14)導(dǎo)向到右側(cè)的力，以使得兩個電弧遠(yuǎn)離觸頭橋被推出觸頭區(qū)域。因此，電弧可以被迅速熄滅， 例如由于將它們單獨拉出，或者通過使得它們接觸分隔板(未示出)或者其它的滅弧裝置。從圖IA同樣明顯的是，通過觸頭橋的電流流動同樣垂直于磁場，從而產(chǎn)生作用于觸頭橋的電磁力F。umnt。根據(jù)電力學(xué)的已知的定理，該力是向下，也就是與機(jī)械吸持力Fspring相反方向，導(dǎo)向的。取決于電流和磁場的強(qiáng)度，電磁力可補(bǔ)償和克服機(jī)械吸持力 Fsltting，從而導(dǎo)致電觸頭的不受控制的打開。該效應(yīng)，其同樣稱作觸頭懸浮，施加嚴(yán)格的上限到接觸器的載流能力。觸頭懸浮效應(yīng)通過接觸器自身的內(nèi)在的磁場，也就是通過由流動通過接觸器的電流產(chǎn)生的場，進(jìn)一步加重。具體地，流動通過垂直于觸頭橋定向的導(dǎo)體部分的電流產(chǎn)生磁場，該磁場增加到通過滅弧磁體產(chǎn)生的磁場艮_。在圖2A中，例如，在豎直方向流動通過端子-A2和+Al的電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場正向地疊加到觸頭橋上的磁場。因此，即使沒有滅弧用的永久磁體，流動通過接觸器的電流也會產(chǎn)生趨于打開觸頭橋的力。順便提及地，應(yīng)當(dāng)注意到，該發(fā)現(xiàn)也是根據(jù)楞次定律。遵循電力學(xué)的定理，如果電流流動的方向反向，電磁力F—的方向?qū)⒎聪?。這種情形示出在圖IB中，其中直流電從端子+Al流動到端子-A2。逆向電流產(chǎn)生向上力Feurrait, 其增加到機(jī)械吸持力FspHng。盡管這解決了觸頭懸浮的問題，但是，當(dāng)電觸頭再次打開時，增大的保持力同樣是不期望的。但是，更壞的是這樣的效果電流流動反向就將使得滅弧功能不能工作，因為作用在電弧上的力的反向同樣反向。因此，電弧不再被推動遠(yuǎn)離觸頭橋，而是被拉到橋配置中。 由于沒有熄滅電弧，接觸器將遲早被破壞。圖1的接觸器因此是僅用于單向的直流操作，觸頭懸浮的問題不能通過反向電流流動方向而得以解決。根據(jù)本發(fā)明，觸頭懸浮的問題通過抑制在觸頭橋區(qū)域中的磁場而得以解決。為此， 至少一個額外的永久磁體設(shè)置在觸頭橋的中心部分附近。該額外的永久磁體在與滅弧磁體相反的方向被極化。由于磁場的線性疊加，在觸頭橋的中心位置的磁場的有效強(qiáng)度將與傳統(tǒng)的接觸器相比至少減小。取決于沿著觸頭橋的實際的場分布，在觸頭橋上產(chǎn)生的電磁力將相應(yīng)地減少。由于額外永久磁體的取向，橋配置的內(nèi)在的磁場也得以補(bǔ)償。因此，即使在沒有滅弧磁體的情形下，電接觸的不受控制的打開也可以通過由額外的永久磁體產(chǎn)生的電磁力和流動通過觸頭橋的電流產(chǎn)生的電磁力而得以防止。該力作用在觸頭橋上并趨于將其保持在它的閉合位置。就力而非場方面而言，還注意到，額外的永久磁體與流動通過觸頭橋的電流結(jié)合產(chǎn)生趨于保持觸頭橋在閉合位置的力。作用在觸頭橋上的總的力是涉及的所有力的總和， 即由滅弧磁體產(chǎn)生的電磁力、由內(nèi)在的磁場產(chǎn)生的電磁力、由額外的永久磁體產(chǎn)生的電磁力和由致動器產(chǎn)生的機(jī)械力。根據(jù)本發(fā)明，提供額外的永久磁體以便保持總的力在期望的極限值內(nèi)，特別地以避免觸頭的任何不受控制的打開。由額外的永久磁體產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度和分布可以適于特定的要求。例如，該磁場的強(qiáng)度可以被要求為足夠高的以防止即便在短路狀態(tài)(電流在IOkA的數(shù)量級)下觸頭的不受控制的打開，而在正常操作(電流在IkA的數(shù)量級)過程中觸頭的受控的打開和閉合將不會受到影響。這可以通過適配額外的永久磁體的配置和尺寸以及通過特別地參照額外永久磁體的矯頑力而選取額外永久磁體的適當(dāng)材料而得以實現(xiàn)。進(jìn)一步地，因為在電弧上的力和趨于保持觸頭橋在閉合位置的力都取決于流動通過接觸器的電流，所以額外的永久磁體的強(qiáng)度和配置可以被適配以實現(xiàn)這兩個力的期望的比率。圖2A-3C示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的接觸器的觸頭趨于的示例性的構(gòu)型。圖 2A和2B分別示出觸頭趨于的上視圖和側(cè)面圖。進(jìn)一步地，圖;3B和3C示出沿著由圖3A中標(biāo)的剖面A-A和B-B的觸頭趨于的截面視圖。在所有這些附圖中，相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示?；顒佑|頭橋(3)安置用于產(chǎn)生和中斷兩個端子(1，2)之間的電接觸。為此，觸頭橋的每個末端接合兩個固定觸頭的各自一個。兩組滅弧磁體(43a，5，5a)設(shè)置在兩個觸頭附近以便熄滅中斷電流時形成在這些觸頭上的電弧(7，7a)。這些組的每一個包括兩個在相同方向極化的永久磁體以便在它們之間產(chǎn)生均勻的場，如在圖2A中由字母N和S表示的。根據(jù)本發(fā)明，另一組的永久磁體(6，6a)設(shè)置在觸頭橋的中央部附近，也就是在滅弧磁體(43a，5，5a)之間，以便抑制在觸頭橋上產(chǎn)生的磁場。以類似于滅弧磁體的方式，另一組的永久磁體包括兩個在相同方向極化但是與滅弧磁體相反的永久磁體，以便在它們之間產(chǎn)生均勻的補(bǔ)償場。應(yīng)當(dāng)注意到，磁體的數(shù)量以及它們兩對的配置僅僅是通過例子的形式的，本發(fā)明并不限于圖2和3所示的構(gòu)型。事實上，相似的優(yōu)點可以通過任何數(shù)量的永久磁體實現(xiàn)，只要安置來接近于觸頭橋的中央部的磁體與安置來接近于在觸頭橋的末端部分處的開關(guān)觸頭的磁體的極性相反。此外，極板可以被提供用于優(yōu)化磁場強(qiáng)度以及它在整個觸頭橋配置上的分布。極板可以流入安置用于如圖2和3所示的每對磁體，以建立用于最大化磁場的返回磁通路徑。根據(jù)本發(fā)明，觸頭懸浮可以可靠地得以防止，而無需對接觸器的致動機(jī)構(gòu)進(jìn)行任何修改。因此，本發(fā)明提供對觸頭懸浮問題的簡單且成本有效的解決方案。而且，本發(fā)明展示了傳統(tǒng)的接觸器的載流能力如何能夠得以增大而僅需對它的設(shè)計進(jìn)行小的修改?？偠灾景l(fā)明涉及用于單向的直流操作的具有磁滅弧的接觸器。除滅弧磁體之外，接觸器裝備有用于補(bǔ)償在觸頭橋附近的磁場的永久磁體以便防止觸頭懸浮，也就是由于由流動通過觸頭橋的強(qiáng)電流產(chǎn)生的磁力所致的觸頭的不受控制的打開。為此，補(bǔ)償永久磁體安置在觸頭橋附近并且與滅弧磁體相反方向地極化。補(bǔ)償磁體和流動通過觸頭橋的電流的磁場產(chǎn)生作用在觸頭橋上并趨于保持電觸頭閉合的磁力。
權(quán)利要求
1.一種接觸器，包括觸頭橋⑶；安置在所述觸頭橋(3)的各末端的第一和第二觸頭(1, ；和分別安置在所述第一和第二觸頭(1, 的附近的第一和第二永久磁體G，5)，所述第一和第二永久磁體(4，幻在相同方向極化以使得在所述第一或者第二觸頭(1, 上產(chǎn)生的電弧在遠(yuǎn)離所述觸頭橋(3)的方向被吹滅，其特征在于，第三永久磁體(6)安置在所述觸頭橋(3)附近并且在所述第一和第二永久磁體(4，5) 之間，該第三永久磁體(6)在與所述第一和第二永久磁體(4，幻相反的方向被極化。
2.如權(quán)利要求1所述的接觸器，其中，所述第三永久磁體(6)適于補(bǔ)償由所述第一和第二永久磁體(4，幻在所述觸頭橋(3)的中央部產(chǎn)生的磁場。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的接觸器，其中所述第三永久磁體(6)適于補(bǔ)償由流動通過所述第一和第二觸頭(1，2)的電流在所述觸頭橋(3)的中央部產(chǎn)生的磁場。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的接觸器，其中，所述第三永久磁體(6)適于過補(bǔ)償由所述第一和第二永久磁體(4，幻產(chǎn)生的磁場和由流動通過所述第一和第二觸頭(1, 的電流在所述觸頭橋(3)的中央部產(chǎn)生的磁場。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的接觸器，其中，所述第三永久磁體(6)適于與流動通過所述觸頭橋(3)的電流結(jié)合產(chǎn)生作用在所述觸頭橋(3)上并趨于關(guān)于所述第一和第二觸頭 (1,2)保持所述觸頭橋在閉合位置的總磁力。
6.如權(quán)利要求3-5之一所述的接觸器，其中，流動通過所述觸頭橋( 和通過所述第一和第二觸頭(1，幻的電流是接觸器的最大額定電流。
7.如權(quán)利要求6所述的接觸器，其中，所述接觸器的最大額定電流是在IOOA-IOkA的范圍，優(yōu)選地在IkA的數(shù)量級。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的接觸器，其中所述第三永久磁體(6)的尺寸、強(qiáng)度和配置的至少一個被適配以便實現(xiàn)趨于保持所述觸頭橋(3)在閉合位置的磁力和作用于電弧上的磁力的期望比率。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的接觸器，進(jìn)一步包括用于最大化所述第三永久磁體(6) 在所述觸頭橋(3)的中央部的磁場的極板。
10.如權(quán)利要求1-9之一所述的接觸器，其中，所述第三永久磁體(6)包括一對兩個永久磁體(6，6a)，該兩個永久磁體在與所述第一和第二永久磁體(4，幻相反的方向極化并安置在所述觸頭橋(3)的兩個面對的側(cè)面處。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于單向的直流操作的具有磁滅弧的接觸器。除滅弧磁體之外，接觸器裝備有用于補(bǔ)償在觸頭橋附近的磁場的永久磁體以便防止觸頭懸浮，也就是由于由流動通過觸頭橋的強(qiáng)電流產(chǎn)生的磁力所致的觸頭的不受控制的打開。為此，補(bǔ)償永久磁體安置在觸頭橋附近并且與滅弧磁體相反方向地極化。補(bǔ)償磁體和流動通過觸頭橋的電流的磁場產(chǎn)生作用在觸頭橋上并趨于保持電觸頭閉合的磁力。
文檔編號H01H1/54GK102246250SQ200980149739
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者拉爾夫.霍夫曼, 馬塞厄斯.克羅伊克 申請人:泰科電子Amp有限責(zé)任公司