一种高压直流继电器及其铜合金材料的继电器触点的制作方法

本发明涉及继电器设备技术领域，具体涉及一种高压直流继电器及其铜合金材料的继电器触点。

背景技术：

本发明涉及新能源汽车高压继电器技术领域，更具体地说，新能源汽车一般采用高压电池组为电动车提供动力驱动，为保证电气系统正常通断，在电动汽车的电池系统和电机控制器之间需配置高压直流继电器，当系统停止运行后起隔离作用，系统运行时起连接作用，当车辆关闭或发生故障时，能安全的将储能系统从车辆电气系统中分离，起到分断电路的作用，因此，高压直流继电器是新能源汽车关键安全器件，且高压直流继电器触头材料更是核心关键。而当继电器内的触点产生电弧侵蚀或金属迁移后，触点会产生形变，导致接触不良或接触不到的现象发生，容易产生安全隐患。

高压直流继电器:继电器的耐负载能力、灭弧能力、分断能力和抗冲击能力是继电器的基本性能要求，直接影响继电器的电气寿命性能，而触点结构及材料是影响性能的最为关键的因素之一，触点的熔断、粘连将会导致产品寿命的终结。继电器的触点应具有良好的导电性、导热率、抗氧化和耐烧蚀性，当电路中存在浪涌电流时，不易发生触点瞬间粘连。其次，继电器的触点的运动部件应具备摩擦小、动作顺畅、无卡滞，机械寿命长的特性。

目前，高压直流继电器大部分采用铜触点，该类触点在空气中极易发生氧化而导致产品性能下降，需采用密封腔体来防止触点氧化；有部分继电器选用银合金触点，可弥补这一缺陷，银合金触点还具有耐粘连、耐电弧烧损的特点。但是目前这两种材料体系分别有他的优缺点：铜基触点：缺点：抗氧能力差，电弧的高温加速触点氧化，触点性能不稳定，容易粘连，使用寿命短。优点：制造工艺简单，生产成本低，抗陶瓷钎焊能力强，可用于陶瓷钎焊技术。

银合金触点：缺点：制造工艺采用粉治烧结，材料成本高，生产成本高等，抗陶瓷钎焊能力差，无法应用于陶瓷钎焊工艺的高压直流继电器。新能源电动汽车不同于普通的燃油汽车，动力电池系统本身的工作电压远高于传统汽车的12v/24v，由于直流电无“过零点”，在直流继电器触点断开的过程中极易产生电弧，电压等级越高，电弧越大，触点烧蚀危害越大；目前市面上主流的继电器产品大部分采用陶瓷钎焊工艺，钎焊的温度为780℃左右，时间长达几个小时，紫铜的退火温度低于600℃，钎焊的高温会使紫铜的硬度下降40％～50％左右，继电器紫铜引出端的强度下降影响连接强度，同时也加剧了触点的氧化。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在的不足，提出了一种高压直流继电器及其铜合金材料的继电器触点，包括壳体，所述的壳体内设有动触装置、静触装置，电磁装置和单向充气阀，所述的动触装置设在壳体内部顶端，所述的动触装置下方设有电磁装置，所述的电磁装置与动触装置之间设有静触装置，所述的壳体的一侧外壁上穿有单向充气阀。

所述的壳体的顶端面上设有两个对称的固定槽，所述的固定槽内通过螺纹固定有接线柱a和接线柱b，所述的接线柱a和接线柱b的底端插在静触板上，所述的静触板固定在壳体内部，且所述的静触板上设有定位槽，所述的静触板的一端与壳体相连，所述的静触板的另一端上设有静触装置。

所述的静触装置包括静触复位罩，所述的静触复位罩固定在静触板底端面上，所述的静触复位罩内设有静触复位弹簧，所述的静触复位弹簧的顶端设有静触头，所述的静触头穿过静触板。

所述的电磁装置包括轭铁，所述的轭铁上方设有线圈，所述的线圈中间穿有铁芯。

壳体的顶端中心处设有凹槽，所述的凹槽内设有固定栓，所述的固定栓穿过壳体与复位连接件相连，所述的复位连接件外套有复位弹簧，且所述的复位弹簧与动触装置相连。

所述的静触头为铜合金材料的静触头，所述的铜合金材料的静触头的成分由所述的铜合金材料的静触头的成分由铜基中加入铋、碲、硫、硒、银、镉、铬、锆或铜基中加入铋、碲、硫、硒或铜基中加入镉、碲、硅或铜基中加入银、钙、镉、铬、锆、硅、锰、镁或铜基中加入磷，镁。

所述的铜合金材料的静触头的加工流程为：

1)、半连续铸造，产生铸锭；

2)、均匀化退火(中频炉或电阻炉加热)；

3)、卧式挤压机挤压板(带)坯；

4)、经冷轧设备加工，并最终获得所需的铜合金材料的静触头。

本发明的有益效果为：提出了一种结构紧凑的一种高压直流继电器及其铜合金材料的继电器触点，通过设置的单向阀可向壳体内冲入氮气，防止与空气接触，从而发生爆炸，且由于设置由单向阀可以向壳体内补充氮气。通过设置的动触复位弹簧，延长了动触头的长度，在发生电弧侵蚀或金属迁移时可以有效的防止继电器的虚接或断路的现象发生，且由于动触复位弹簧的设置，在动触头与动触头之间想接触时产生碰撞，对电弧侵蚀或金属迁移时导致动触头或动触头产生的形变产生碰撞，由于碰撞产生作用力，故有效的使动触头和动触头的接触面积在碰撞中增大。在铜及其合金中能与一些元素反应形成高熔点化合物，常以极微细颗粒悬浮于熔体之中，成为弥散的结晶核心，使晶粒变多，变小；又从凝固时成份过冷增大以树枝状方式凝固生长，同吋在分枝节点处产生细颈，熔断，增多了结晶核心，该配方材料经后道加工所测试的数值，完全满足现新能源电动汽车高压继电器触头及动簧片用材。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的动触装置结构示意图。

图3是本发明的静触装置结构示意图。

图4是本发明的接线柱a结构示意图。

图中：1、接线柱a，2、固定栓，3、复位连接件，4、接线柱b，5、固定槽，6、壳体，7、定位槽，8、静触板，9、静触装置，10、轭铁，11、线圈，12、动触装置，13、铁芯，14、单向充气阀，91、静触头，93、静触复位弹簧，94、静触复位罩，121、固定块，122、动触复位罩，123、复位弹簧，124、动触复位弹簧，125、动触板，126、动触头，127、衔铁。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1,如图所示：一种高压直流继电器及其铜合金材料的继电器触点，包括壳体6，所述的壳体6内设有动触装置12、静触装置9，电磁装置和单向充气阀14，所述的动触装置12设在壳体6内部顶端，所述的动触装置12下方设有电磁装置，所述的电磁装置与动触装置12之间设有静触装置9，所述的壳体6的一侧外壁上穿有单向充气阀14。通过设置的单向阀可向壳体6内冲入氮气，防止与空气接触，从而发生爆炸，且由于设置由单向阀可以向壳体6内补充氮气。

实施例2,一种高压直流继电器及其铜合金材料的继电器触点，所述的壳体6的顶端面上设有两个对称的固定槽5，所述的固定槽5内通过螺纹固定有接线柱a1和接线柱b4，所述的接线柱a1和接线柱b4的底端插在静触板8上，所述的静触板8固定在壳体6内部，且所述的静触板8上设有定位槽7，所述的静触板8的一端与壳体6相连，所述的静触板8的另一端上设有静触装置9。所述的静触装置9包括静触复位罩94，所述的静触复位罩94固定在静触板8底端面上，所述的静触复位罩94内设有静触复位弹簧93，所述的静触复位弹簧93的顶端设有静触头91，所述的静触头91穿过静触板8。通过设置的静触复位弹簧93，延长了静触头91的长度，在发生电弧侵蚀或金属迁移时可以有效的防止继电器的虚接或断路的现象发生，且由于静触复位弹簧93的设置，在静触头91与动触头126之间想接触时产生碰撞，对电弧侵蚀或金属迁移时导致静触头91或动触头126产生的形变产生碰撞，由于碰撞产生作用力，故有效的使静触头91和动触头126的接触面积在碰撞中增大。

实施例3,一种高压直流继电器及其铜合金材料的继电器触点，所述的电磁装置包括轭铁10，所述的轭铁10上方设有线圈11，所述的线圈11中间穿有铁芯13。壳体6的顶端中心处设有凹槽，所述的凹槽内设有固定栓2，所述的固定栓2穿过壳体6与复位连接件3相连，所述的复位连接件3外套有复位弹簧123，且所述的复位弹簧123与动触装置12相连。

本发明的动触装置12包括动触板125，所述的动触板125的两端设有对称的动触复位罩122，所述的动触复位罩122固定在动触板125上，所述的动触复位罩122的内部顶端固定有固定块121，所述的固定块121与动触复位弹簧124的一端相连，所述的动触复位弹簧124的另一端顶在动触头126的顶端，所述的动触头126穿过动触板125，所述的动触板125的底端面的中心处设有衔铁127，所述的动触板125的顶端面的中心处与复位弹簧123相连。通过设置的动触复位弹簧124，延长了动触头126的长度，在发生电弧侵蚀或金属迁移时可以有效的防止继电器的虚接或断路的现象发生。

所述的静触头91为铜合金材料的静触头91，所述的铜合金材料的静触头91的成分由所述的铜合金材料的静触头的成分由铜基中加入铋、碲、硫、硒、银、镉、铬、锆或铜基中加入铋、碲、硫、硒或铜基中加入镉、碲、硅或铜基中加入银、钙、镉、铬、锆、硅、锰、镁或铜基中加入磷，镁。

所述的铜合金材料的静触头91的加工流程为：

1)、半连续铸造，产生铸锭；

2)、均匀化退火(中频炉或电阻炉加热)；

3)、卧式挤压机挤压板(带)坯；

4)、经冷轧设备加工，并最终获得所需的铜合金材料的静触头91。

本发明的目的：根据新能源电动汽车高压直流继电器触点材料是影响性能的最为关键的因素之一，研发一种铜合金材料，该材料特性能满足：

1：功能性达到：a：确实保继电器的触点必须应具有良好的导电性、导热率、抗氧化和耐烧蚀性，当电路中存在浪涌电流时，不易发生触点瞬间粘连。b：符合陶瓷钎焊工艺要求，确保经780-800℃钎焊的温度下，具有良好的高温软化性能，解决触点的熔断、粘连将会导致产品寿命短的问题。c：材料本身具有通电动簧片与触点接触不产生电弧，且抗粘性能好。

2：该材料制备工艺配方是在高纯铜内添加微量的其他元素，经熔化连续铸造电磁搅伴技术获得组织均匀的铜合金铸锭，可采用传统的铜棒和板带设备，获得不同形状的母材，通过一般车、冲、冷墩加工设备可获得继电器有触点及动簧片

3：材料成本远远低于银基合金及粉冶合金触点，同时可回收再重熔再利用，各种金属元素加入铜中的特性分析：

铜基是确保导电性、导热率性能的首选：主要材料仍然为高纯阴极铜确保触点良好的导电性、导热率：

a:易切削性及抗粘性能：

元素筛选组一：铜铋、铜硫、铜硒，铜碲合金

铋、碲、硫、硒在铜中固熔度极小，以金属化合物形式存在，分布于晶界，对铜的导电，导热性影响不大。同时含铋、碲、硫、硒的增加材料易切削性，同时因以弥散化合物的形式存在，在大电流通过时可防止触头粘结。

b:抗电弧性能：

元素筛选组二：铜镉、铜硅、铜碲合金：

镉对铜的导电率影响较小，且铜-镉合金在通过沉淀强化可提高强度及保持高的导电率，具有明显的抗电弧性能。但其挥发物对人健康有害，

硅能提高铜的硬度和强度，具有好的力学性能，及耐蚀耐磨性能，良好的焊接性能及明显的抗电弧性能；

碲在固态铜中溶解度很小，以cu2te弥散质点存在，对铜的导电率及热导率的影响很小，大流量通过不会产生拉弧现象，有明显的抗电弧性能。

这三种元素含量的铜合金都已经在高压特高压开关充分认证，明显抗电弧性能。

c:具有脱氧作用的元素筛选组三：磷，镁、锰铜中间合金：

磷：增加流动性，提高材料焊接性能，熔炼过程起到除气脱氧的作业。

镁：熔炼过程起到除气脱氧的作业。提高强度及抗高温氧化性能。

锰：0.1％-0.3％锰作为脱氧剂，锰大量固溶于铜可提高铜的软化温度

d:具有提高强度及高温塑性的元素筛选组四：银、钙、铬、锆铜中间合金：

银(微量)对铜的导电率/导热率降低不大，并能显著提高再结晶温度，抗蠕变性能和耐磨性能。同时相比较无氧铜以有相当高的强度和抗软化能力。

钙：几乎不溶于铜，作为杂质与铋形成高溶点化合物，以质点形式分布于晶粒内，可提高铜的高温塑性。

铬、锆均少量固溶于铜，能细化铜的晶粒，减弱易溶杂质的有害影响，改善铜的高温塑性。

e:细化晶粒

稀土(la和ce)对铜及铜合金显微组织的影响主要体现为细化晶粒，减少或消除柱状晶，抄大等轴晶区的作用。稀土细化铜及铜合金组织的作用机理主要存在以下三种，形成新的晶核，抑制晶粒长大。稀土在同及其合金中能与一些元素反应形成高熔点化合物，常以极微细颗粒悬浮于熔体之中，成为弥散的结晶核心，使晶粒变多，变小；又从凝固时成份过冷增大以树枝状方式凝固生长，同吋在分枝节点处产生细颈，熔断，增多了结晶核心，从而细化晶粒。②微晶化作用，由于稀土元素的原子半径0.171--0.204nm比铜的原子半径0.127要大36一60％，故稀土原子很容易填补正在生长中的铜及铜合金晶粒新相的表面缺陷，生成能阻碍晶粒继续生长的膜，从而细化为微晶，③合金比作用。稀土在铜中溶解度很小，一般仅千分之几一万分之几，但稀土与铜能生成多种金属化合物，这些金属化合物弥散分布于基体中，达到细化晶粒。综合以上元素在铜中的作用进行分类组合、筛选最优配方；

铜基中加入对导电、导热性影响少的元素：铋、碲、硫、硒、银、镉、铬、锆、铜基中加入抗粘性能元素：铋、碲、硫、硒；

不产生电弧或电火花的元素：镉、碲、硅；

提高强度及高温软化性能：银、钙、镉、铬、锆、硅、锰、镁；

除气脱氧：磷，镁。

目前常用铜基触点材料主要以无氧铜为主，另也有新开发的铜银合金，铜铬合金。1:无氧铜高温钎焊后，硬度只有hv35-38，强度不够，而且大电流通过后易粘连，多频次接触分离，因接触面变形，接触电阻不好，易打火(产生拉弧)。2:银铜合金，强度较无氧铜有一定的增加，高温钎焊后，硬度只有hv38-40，强度不够。含银量增加到1.5-2％可基本满足要求，但成本很高。3：铜铬合金高温软化性能有明显提高，但钎焊性能不好。

希望得到较理想的各项性能及指标如下：

另外，在工作时当线圈11接通电源后，线圈11使铁芯13变成电磁铁，对衔铁127进行吸合，使动触板125产生向下的位移，当动触板125向下移动时动触头126与静触头91接触，当静触头91与动触头126接触时，由于静触复位弹簧93和动触复位弹簧124对静触头91和动触头126施加压力，故动触头126和静触头91会产生较大的碰撞的作用力。

本发明提出了一种高压直流继电器及其铜合金材料的继电器触点，通过设置的单向阀可向壳体6内冲入氮气，防止与空气接触，从而发生爆炸，且由于设置由单向阀可以向壳体6内补充氮气。通过设置的动触复位弹簧124，延长了动触头126的长度，在发生电弧侵蚀或金属迁移时可以有效的防止继电器的虚接或断路的现象发生，且由于动触复位弹簧124的设置，在动触头126与动触头126之间想接触时产生碰撞，对电弧侵蚀或金属迁移时导致动触头126或动触头126产生的形变产生碰撞，由于碰撞产生作用力，故有效的使动触头126和动触头126的接触面积在碰撞中增大。在铜及其合金中能与一些元素反应形成高熔点化合物，常以极微细颗粒悬浮于熔体之中，成为弥散的结晶核心，使晶粒变多，变小；又从凝固时成份过冷增大以树枝状方式凝固生长，同吋在分枝节点处产生细颈，熔断，增多了结晶核心，该配方材料经后道加工所测试的数值，完全满足现新能源电动汽车高压继电器触头及动簧片用材。

最后说明的是，选取上述实施例并对其进行了详细的说明和描述是为了更好的说明本发明专利的技术方案，并不是想要局限于所示的细节。本领域的技术人员对本发明的技术方案进行修改或同等替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围的，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。