本發(fā)明涉及一種高壓直流開關(guān)，特別涉及一種雙向直流開關(guān)。

背景技術(shù)：

氣候變暖和節(jié)能減排的大背景下，新能源汽車和充電樁行業(yè)在全球范圍內(nèi)正在迅速發(fā)展，德國和法國甚至分別提出自2030年和2040年起新車只能為零排放汽車，禁止銷售汽油車和柴油車；根據(jù)中國的新能源發(fā)展規(guī)劃，至2020年將建成電動(dòng)汽車充電站1.2萬個(gè)，充電樁450萬個(gè)，電動(dòng)汽車的保有量將達(dá)到500萬輛。

直流開關(guān)(如高壓直流繼電器、高壓直流接觸器)是電動(dòng)汽車和充電樁中控制直流電路通斷的必備電器元件，在電動(dòng)汽車中，直流開關(guān)主要應(yīng)用在bms電池管理系統(tǒng)和動(dòng)力電池組中；在充電樁中，直流開關(guān)作為直流充電樁與汽車連接的電器開關(guān)；電器開關(guān)在分?jǐn)喔唠妷骸⒋箅娏鞯碾娐窌r(shí)往往產(chǎn)生電弧，交流電由于過零點(diǎn)的存在而相對容易使電弧熄滅，但直流電則沒有過零點(diǎn)，所以直流開關(guān)的電弧更加不容易熄滅，因此直流開關(guān)在額定負(fù)載條件下的電壽命次數(shù)普遍偏低。行業(yè)中的直流開關(guān)產(chǎn)品多利用永磁鐵以磁吹的方式來滅弧，但直流開關(guān)因電流方向的不同(正負(fù)極區(qū)分)而使得磁吹力的方向有所不同，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品的電氣壽命因?yàn)檎?、?fù)極接法的不同而存在明顯差異，直流開關(guān)多為單極，如果用戶把電極接反，勢必導(dǎo)致產(chǎn)品的使用壽命大幅降低。

除了電動(dòng)汽車與充電樁行業(yè)外，光伏等新能源行業(yè)對直流開關(guān)的需求也日益增多，需要該產(chǎn)品在高電壓、大電流條件下滿足一定的電壽命指標(biāo)；另外，隨著儲(chǔ)能技術(shù)和能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將來有可能在電動(dòng)汽車與儲(chǔ)能電站之間或儲(chǔ)能電站與電網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)反向充電，將冗余電能返還使電能得到有效利用，這時(shí)也需要直流開關(guān)具有雙向?qū)üδ堋?/p>

所以需要實(shí)現(xiàn)一種雙向?qū)ǖ闹绷鏖_關(guān)設(shè)計(jì)方式，解決正、負(fù)極接反導(dǎo)致電氣壽命降低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種雙向直流開關(guān)，本發(fā)明通過永磁鐵與小滅弧室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加了電弧的爬行空間和產(chǎn)品的散熱性，進(jìn)而顯著提高直流開關(guān)的電壽命，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)直流開關(guān)的雙向?qū)üδ埽从|頭的無極性要求，可避免將正負(fù)極接反產(chǎn)生的危害。

本發(fā)明提供的一種雙向直流開關(guān)，包含一對靜觸頭、滅弧罩和線圈，所述滅弧罩和所述線圈被導(dǎo)磁套包圍并坐落在由上蓋和底座構(gòu)成的殼體中，在所述滅弧罩內(nèi)嵌有一對或一對以上的永磁鐵，任意一對永磁鐵分別位于兩個(gè)靜觸頭中心線的兩側(cè)并同極相對放置；所述靜觸頭中心線的任意一側(cè)的一個(gè)永磁鐵或多個(gè)永磁鐵的長度方向與所述中心線平行；在中心線任意一側(cè)的一個(gè)或多個(gè)永磁鐵外端的最大間距小于兩個(gè)靜觸頭外圓的最大距離。

優(yōu)選地，所述滅弧罩中在所述靜觸頭中心線的兩側(cè)形成有若干個(gè)小滅弧室，每個(gè)小滅弧室的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有開口，使滅弧氣體形成環(huán)形流動(dòng)回路。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)磁套是一種方形柱狀金屬套筒結(jié)構(gòu)，其方形面交界處設(shè)有圓角。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)磁套位于所述底座內(nèi)，所述滅弧罩分別與所述靜觸頭和所述導(dǎo)磁套連接；

所述導(dǎo)磁套與所述滅弧罩之間的空隙形成腔體，所述腔體中密封有滅弧氣體。

優(yōu)選地，所述線圈位于所述滅弧罩下方，所述線圈內(nèi)部嵌有由導(dǎo)磁材料構(gòu)成的軸套。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)磁套內(nèi)設(shè)有通過往復(fù)運(yùn)動(dòng)使電路導(dǎo)通或斷開的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的上端設(shè)置在所述滅弧罩中，其下端位于所述線圈內(nèi)。

優(yōu)選地，所述上蓋設(shè)置在所述滅弧罩上方；所述滅弧罩上部伸出一片薄壁，所述薄壁穿過所述上蓋的槽并伸出所述上蓋的外部。

優(yōu)選地，所述底座上部的外輪廓為方形，其方形面交接處設(shè)有倒角或圓角。

優(yōu)選地，所述上蓋通過卡扣與底座固定連接，所述卡扣設(shè)置在所述底座的方形面交接處。

優(yōu)選地，所述靜觸頭的上部設(shè)有螺紋；其中間部分設(shè)有滾花且被填充在所述上蓋和所述滅弧罩之間的環(huán)氧樹脂所固定；其下部是一種觸頭結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：(1)本發(fā)明通過永磁鐵與小滅弧室的設(shè)計(jì)增加了磁吹力和電弧的爬行距離，使電弧更容易熄滅；同時(shí)小滅弧室的開口特征配合金屬導(dǎo)磁套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增強(qiáng)了產(chǎn)品的散熱性能，顯著提高直流開關(guān)的電壽命；(2)通過永磁鐵的設(shè)置方式，實(shí)現(xiàn)單極直流開關(guān)的雙向?qū)üδ埽杀苊鈱⒄?fù)極接反產(chǎn)生的危害。

附圖說明

圖1本發(fā)明的主視剖面示意圖；

圖2本發(fā)明的俯視剖面示意圖；

圖3～圖6為本發(fā)明的雙向直流開關(guān)的雙向?qū)ㄔ硎疽鈭D；

圖7本發(fā)明的外部結(jié)構(gòu)立體示意圖；

圖8本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)立體示意圖。

其中，1.上蓋；2.靜觸頭；3.滅弧罩；301.滅弧罩外周圍輪廓壁；3011.內(nèi)凸出部分；3012.外周圍方形部分；302.滅弧罩中間體；31.第一開口；32.第二開口；33.第三開口；34.外側(cè)壁；4.驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；41.動(dòng)觸頭；42.觸頭彈簧；43.軸；44.動(dòng)鐵芯；45.卡簧；46.復(fù)位彈簧；47.薄壁；48.槽；49.卡扣；5.導(dǎo)磁套；6.線圈；7.軸套；8.底座；9.靜鐵芯；10.永磁鐵。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種雙向直流開關(guān)，為使本發(fā)明更明顯易懂，以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1和圖2結(jié)合所示，本發(fā)明的一種雙向直流開關(guān)主要包括一對靜觸頭2、一對或一對以上的永磁鐵10、上蓋1、滅弧罩3、金屬導(dǎo)磁套5、驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)4、線圈6、靜鐵芯9和底座8。

上蓋1位于滅弧罩3的上方，滅弧罩3的上部伸出一片薄壁47，該薄壁47穿過上蓋1的槽48并伸出上蓋1的外部，用于增加兩個(gè)靜觸頭2之間的爬電距離。

靜觸頭2從下至上依次穿過上蓋1的圓孔和滅弧罩3的圓孔，并坐落在滅弧罩3上。其中，靜觸頭2的上部有螺紋，下部為觸頭，有滾花特征的中間部分被填充在上蓋1和滅弧罩3之間的環(huán)氧樹脂所固定。上部螺紋特征用于接線，下部觸頭與動(dòng)觸頭實(shí)現(xiàn)通斷，中間的滾花特征固定在環(huán)氧樹脂中有助于提高抗扭強(qiáng)度。

滅弧罩3的下方設(shè)有靜鐵芯9，線圈6設(shè)置在靜鐵芯9的下端，線圈6的內(nèi)部嵌有一個(gè)由導(dǎo)磁材料構(gòu)成的軸套7，滅弧罩3和線圈6的側(cè)面和底部均被導(dǎo)磁套5所包圍。

導(dǎo)磁套5可以是一個(gè)方形的柱狀金屬套筒，導(dǎo)磁套5的方形面交界處有圓角特征。導(dǎo)磁套5下部設(shè)置于底座8下部內(nèi)，底座8下部的形狀為多邊形；底座8上部的外形輪廓可以是方形，其方形面交接處有倒角或圓角特征。底座8的上部與上蓋1的下部通過卡扣49固定連接，卡扣49設(shè)置在底座8上部的方形側(cè)面的交接處。

導(dǎo)磁套5和滅弧罩3所構(gòu)成的腔體內(nèi)充有滅弧氣體(如氫氣、氮?dú)獾?，滅弧氣體通過環(huán)氧樹脂被密封在該腔體中。

導(dǎo)磁套5內(nèi)設(shè)有一個(gè)往返運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的上端位于滅弧罩3中，下端位于線圈6內(nèi)。

其中，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4包括動(dòng)觸頭41、觸頭彈簧42、軸43、動(dòng)鐵芯44、卡簧45和復(fù)位彈簧46。動(dòng)觸頭41和動(dòng)鐵芯44均穿過軸43并位于軸43的外側(cè)，各自通過卡簧45在其外端進(jìn)行限位；動(dòng)觸頭41的下端與穿過軸43的觸頭彈簧42緊密接觸，動(dòng)鐵芯44上端與穿過軸43的復(fù)位彈簧46上端緊密接觸。

當(dāng)對線圈6通電并在一定的電壓下，動(dòng)鐵芯44在電磁力的作用下會(huì)克服復(fù)位彈簧46的彈簧反力朝向靜鐵芯9的方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4整體向上運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)觸頭41與靜觸頭2接觸，從而使電路導(dǎo)通。

當(dāng)線圈6斷電或電壓下降到一定值后，復(fù)位彈簧46的彈簧反力大于電磁力，從而在彈簧反力的作用下，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4回復(fù)到原始位置，使得電路斷開，即通過對線圈6的控制使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使由靜觸頭2、動(dòng)觸頭41以及外部電路構(gòu)成的主回路進(jìn)行開、關(guān)動(dòng)作。

如圖2和圖8所示，滅弧罩3包含滅弧罩外周圍輪廓壁301和滅弧罩中間體302；滅弧罩外周圍輪廓壁301又包含外周圍方形部分3012和內(nèi)凸出部分3011，且滅弧罩中間體302設(shè)有外側(cè)壁34和內(nèi)側(cè)壁。

在滅弧罩3的滅弧罩中間體302內(nèi)部嵌有一對或一對以上的永磁鐵10，通過滅弧罩3的外側(cè)壁34進(jìn)行限位。永磁鐵10分別位于兩個(gè)靜觸頭2的中心線l1的兩側(cè)并且以同極相對的方式進(jìn)行布置，如圖2～圖6所示。兩個(gè)靜觸頭2的中心線l1沿著z軸正方向一側(cè)至少設(shè)有一個(gè)永磁鐵10，其與兩個(gè)靜觸頭2的中心線l1相平行。兩個(gè)靜觸頭2中心線l1沿著z軸負(fù)方向一側(cè)設(shè)有至少另一個(gè)永磁鐵10，與z軸正方向一側(cè)的永磁鐵10同極相對配置。位于中心線l1任意一側(cè)的一個(gè)永磁鐵10的自身長度小于兩個(gè)靜觸頭2連接線段的最大長度b，或者位于中心線l1任意一側(cè)的多個(gè)永磁鐵10的連接線段最大長度a小于兩個(gè)靜觸頭2連接線段的最大長度b，因而留有空間使滅弧罩外周圍輪廓壁301的外周圍方形部分3012與滅弧罩中間體302的外側(cè)壁34之間形成有一定深度的小滅弧室ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ。

電弧在磁吹力的作用下吹向各小滅弧室，小滅弧室的存在可以增加電弧的流動(dòng)空間，有利于拉長滅弧使之更快地熄滅。

滅弧罩3由絕緣材料構(gòu)成，小滅弧室還避免了或減少了電弧與滅弧罩3內(nèi)側(cè)壁的直接接觸，可以減輕電弧對滅弧罩3的燒損并降低產(chǎn)氣量。因?yàn)樵趯?dǎo)磁套5和滅弧罩3所構(gòu)成的腔體內(nèi)充有高純度、高壓強(qiáng)的滅弧氣體，絕緣材料產(chǎn)氣會(huì)增加內(nèi)部氣壓并降低內(nèi)部氣體的純度，氣壓增加可能會(huì)引起產(chǎn)品炸裂，氣體純度降低影響滅弧性能。

滅弧罩外周圍輪廓壁301的內(nèi)凸出部分3011、滅弧罩中間體302與導(dǎo)磁套5之間形成方形區(qū)域ⅴ，在滅弧罩外周圍輪廓壁301的內(nèi)凸出部分3011和滅弧罩中間體302的內(nèi)側(cè)壁之間設(shè)有第一開口31、第二開口32；滅弧罩中間體302設(shè)有第三開口33，如圖2和圖8所示。靜觸頭2周圍的氣體受熱膨脹會(huì)沿著圖8中箭頭所指方向進(jìn)行流動(dòng)。

上述開口的設(shè)計(jì)允許電弧和氣流沿著圖8中的箭頭所指方向進(jìn)行環(huán)形回路流動(dòng)，加快電弧的流動(dòng)速度，并且電弧在經(jīng)過滅弧罩中間體302和滅弧罩外周圍輪廓壁301的內(nèi)凸出部分3011所構(gòu)成的迷宮式的狹窄通道中熄滅。其中，圖8中的箭頭所指方向具體為：高溫氣體受熱膨脹后進(jìn)行流動(dòng)，先經(jīng)過第二開口32，再經(jīng)過第一開口31后進(jìn)入方形區(qū)域ⅴ，通過金屬材料的導(dǎo)磁套5進(jìn)行散熱，然后冷卻后的氣體再經(jīng)過第三開口33流入滅弧罩3的中間區(qū)域(即動(dòng)觸頭41和靜觸頭2所在區(qū)域)，在每個(gè)靜觸頭2在中心線l1的一側(cè)都會(huì)形成閉環(huán)的氣流回路。

通過上述小滅弧室和開口設(shè)計(jì)，可使電弧流動(dòng)空間更大和流動(dòng)速度更快；同時(shí)滅弧罩3中帶有多個(gè)開口的迷宮式設(shè)計(jì)，有助于電弧熄滅和氣流的循環(huán)和冷卻，因此直流開關(guān)的電壽命可以大大提高。

本發(fā)明的雙向直流開關(guān)的雙向?qū)üδ艿膶?shí)現(xiàn)方法具體如下：

如圖3和圖4所示，將永磁鐵10設(shè)置在兩個(gè)靜觸頭2中心線l1的兩側(cè)并以同極相對的方向放置，由于永磁鐵10的同極相互排斥的特性，磁場中的磁力線方向表示為圖3、圖4、圖5和圖6中曲線箭頭所指的方向。其中，x軸為垂直紙面方向，z軸和y軸為與紙面平行的方向；y軸正方向?yàn)橛覀?cè)，y軸負(fù)方向?yàn)樽髠?cè)。

如圖3所示，當(dāng)永磁鐵10為n極相對時(shí)，根據(jù)左手定則原理，若左側(cè)的靜觸頭2為正極時(shí)，電流垂直紙面進(jìn)入(用“×”表示電流垂直紙面進(jìn)入)，電弧所受的洛倫茲力f的方向?yàn)閦軸的正方向，在洛倫茲力f的作用下，電弧沿著z軸正方向被吹進(jìn)小滅弧室??；右側(cè)的靜觸頭2為負(fù)極，電流垂直紙面流出(用“·”表示電流垂直紙面流出)，電弧所受的洛倫茲力f的方向?yàn)閦軸的正方向，在洛倫茲力f的作用下，電弧沿著z軸正方向被吹進(jìn)小滅弧室ⅱ。

如圖4所示，當(dāng)永磁鐵10為n極相對時(shí)，根據(jù)左手定則原理，若左側(cè)的靜觸頭2為負(fù)極時(shí)，電流垂直紙面流出，電弧所受的洛倫茲力f的方向?yàn)閦軸的負(fù)方向，在洛倫茲力f的作用下，電弧沿著z軸負(fù)方向被吹進(jìn)小滅弧室ⅲ；右側(cè)的靜觸頭2為正極，電流垂直紙面進(jìn)入，電弧所受的洛倫茲力f的方向?yàn)閦軸的負(fù)方向，在洛倫茲力f的作用下，電弧沿著z軸負(fù)方向被吹進(jìn)小滅弧室ⅳ。

如圖5所示，當(dāng)永磁鐵10為s極相對時(shí)，根據(jù)左手定則原理，若左側(cè)的靜觸頭2為正極極時(shí)，電流垂直紙面進(jìn)入，電弧所受的洛倫茲力f的方向?yàn)閦軸的負(fù)方向，在洛倫茲力f的作用下，電弧沿著z軸負(fù)方向被吹進(jìn)小滅弧室ⅲ；右側(cè)的靜觸頭2為負(fù)極，電流垂直紙面流出，電弧所受的洛倫茲力f的方向?yàn)閦軸的負(fù)方向，在洛倫茲力f的作用下，電弧沿著z軸負(fù)方向被吹進(jìn)小滅弧室ⅳ。

如圖6所示，當(dāng)永磁鐵10為s極相對時(shí)，若左側(cè)的靜觸頭2為負(fù)極時(shí)，電流垂直紙面流出，電弧所受的洛倫茲力f的方向?yàn)閦軸的正方向，在洛倫茲力f的作用下，電弧沿著z軸正方向被吹進(jìn)小滅弧室??；右側(cè)的靜觸頭2為正極，電流垂直紙面進(jìn)入，電弧所受的洛倫茲力f的方向?yàn)閦軸的正方向，在洛倫茲力f的作用下，電弧沿著z軸正方向被吹進(jìn)小滅弧室ⅱ。

綜合上述，采用本發(fā)明的雙向直流開關(guān)，只要永磁鐵10同極相對設(shè)置，無論靜觸頭2的正、負(fù)極如何接，電弧在其洛倫茲力的作用下均會(huì)被吹向靜觸頭2中心線l1的同一側(cè)的小滅弧室中。兩個(gè)靜觸頭2各自產(chǎn)生的電弧流動(dòng)方向是相互平行并沿著z軸方向，不會(huì)沿著y軸相向運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致短路。另外，兩個(gè)靜觸頭2中心線l1兩側(cè)的結(jié)構(gòu)近似對稱設(shè)置，即兩側(cè)的電弧流動(dòng)空間沒有明顯差異，無論正、負(fù)極如何接法，電弧的流動(dòng)和熄滅不會(huì)有顯著不同，即電壽命不會(huì)有顯著不同，從而實(shí)現(xiàn)直流開關(guān)的無極性接線方式，即雙向?qū)ǖ墓δ堋?/p>

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。