烟火式激发装置以及具有烟火式激发装置的开关电器的制作方法

1.本实用新型涉及开关电器领域，具体涉及具有烟火式激发装置的开关电器。


背景技术：

2.继电器广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是电气回路中控制开关状态的核心元器件。随着电气技术的不断发展和更迭，主回路负载要求越来越高，同时对继电器的抗短路要求也越来越高。近年来，更是有厂家提出20ka甚至30ka的主回路抗短路能力，在如此高的短路电流下，继电器的触点之间将出现极大的短路电动斥力，迫使动簧片被斥离静触头。而为了抵抗该短路电动斥力以保持动簧片和动触头的闭合状态，不得不通过增大触头弹簧的压力或动簧片的闭合磁吸力(即通过电磁驱动机构驱动动簧片运动闭合的磁吸力)来抵抗该电动斥力。但触头弹簧的压力或动簧片的闭合磁吸力增大的同时，也会影响动簧片的正常分断动作，当短路电流进一步增大时，如若分断不及时，则无法保障回路安全。因此，有的现有技术中通过设置烟火式激发装置(pyrotechnic actuator)来帮助继电器进行快速分断，当系统监测到短路电流达到临界值时，触发激发装置引爆火药，借助火药爆炸的冲击力推动动触点(动簧片)快速分断，实现回路保护作用。
3.现有的烟火式激发装置一般包括活塞，对烟火式激发装置点火后，高压燃气推动活塞作动，活塞再推动动触点(动簧片)快速分断。但现有技术中烟火式激发装置不设有活塞的止回结构，活塞撞击到动簧片之后容易产生反弹，使得活塞的动能有所损耗，不利于实现动簧片的快速分断。


技术实现要素：

4.因此，针对上述问题，本实用新型提出一种结构优化的烟火式激发装置，基于该烟火式激发装置，还提出具有烟火式激发装置的开关电器。
5.本实用新型采用如下技术方案实现：
6.本实用新型提出烟火式激发装置，包括激发器、活塞和底壳，所述底壳呈空心结构，所述活塞配合安装在所述底壳内，所述激发器引燃火药并通过燃气推动所述活塞冲破所述底壳，所述底壳上设有止回结构，所述活塞冲破所述底壳后，所述止回结构阻止所述活塞的撞击反弹。
7.其中，优选地，所述底壳底部设有交错的数个裂隙，所述活塞冲破所述底壳后，所述底壳底部从所述裂隙的交点处向外扩开形成尖齿型的止回部，通过所述止回部的尖端抵顶所述活塞以阻止所述活塞反弹。
8.其中，优选地，所述裂隙呈“米”字型或“十”字型。
9.其中，优选地，所述活塞上设有径向段差结构。
10.其中，优选地，所述活塞上设有缩径的颈部，所述止回部的尖端抵顶在所述颈部一端的台阶上以阻止所述活塞反弹；或者所述活塞分为独立的两截，包括上活塞和下活塞，所
述下活塞冲破所述底壳后，所述上活塞仍然留在所述底壳内，所述止回部的尖端抵顶所述下活塞端部以阻止所述下活塞反弹。
11.其中，优选地，所述活塞是以朝冲破所述底壳的方向逐步收缩的结构。
12.本实用新型还提出具有烟火式激发装置的开关电器，包括开关电器本体和设置在开关电器本体上的烟火式激发装置，所述开关电器本体包括固定的静接触部和可动的动接触部以执行开关功能，所述烟火式激发装置根据所述开关电器本体的负载情况引燃火药并产生推动所述动接触部远离所述静接触部的爆炸冲击力，以辅助所述开关电器快速断开，所述烟火式激发装置是上述的烟火式激发装置。
13.其中，优选地，具有烟火式激发装置的开关电器还包括一约束件，所述约束件设置在对应所述活塞冲破所述底壳的位置，所述约束件被配置为能够约束所述动接触部朝向所述静接触部回复的与所述动接触部进行耦合装配，所述约束件的材质是能够接收所述活塞的冲击后而不恢复形变的材质。
14.其中，优选地，所述约束件是一约束框架，所述约束框架接收所述活塞的冲击后被无法恢复形变地砸扁，从而约束动接触部朝向所述静接触部回复。
15.其中，优选地，所述动接触部是呈板状结构，所述约束框架跨设在板状的所述动接触部上以约束其向所述静接触部回复。
16.其中，优选地，所述开关电器是直流高压继电器。
17.本实用新型具有以下有益效果：本实用新型设有活塞的止回结构，使活塞能够从底壳底部挤出但受到止回结构的止挡无法再弹回，活塞能够被及时卡住，减少活塞反弹带来的能量损耗。
附图说明
18.图1是实施例1中具有烟火式激发装置的继电器的剖视图(继电器处在断开状态)；
19.图2是实施例1中烟火式激发装置插入固定连接在陶瓷罩上的示意图；
20.图3是实施例1中烟火式激发装置的结构爆炸图；
21.图4是实施例1中烟火式激发装置的剖视图；
22.图5是实施例1中激发器的结构爆炸图(正视图)；
23.图6是实施例1中激发器的结构爆炸图(立体图)；
24.图7是实施例1中具有烟火式激发装置的继电器的剖视图(继电器处在导通状态)；
25.图8是实施例1中具有烟火式激发装置的继电器的剖视图(烟火式激发装置激发)；
26.图9是实施例1中底壳的示意图；
27.图10是实施例1中底壳向外扩开形成尖齿型的止回部以限制活塞回弹的示意图；
28.图11是实施例1中推杆组件的立体示意图；
29.图12是实施例1中推杆组件的结构爆炸图；
30.图13是实施例1中约束框架受活塞冲击而被砸扁的示意图(正视图)；
31.图14是实施例1中约束框架受活塞冲击而被砸扁的示意图(立体图)；
32.图15是实施例2中活塞的示意图；
33.图16是实施例2中底壳向外扩开形成尖齿型的止回部以限制活塞回弹的示意图；
34.图17是实施例3中活塞的示意图；
35.图18是实施例4中活塞的一种可行的结构的示意图；
36.图19是实施例4中活塞的另一种可行的结构的示意图。
具体实施方式
37.为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
38.现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
39.实施例1：
40.参阅图1-2所示，作为本实用新型的优选实施例，提供一种具有烟火式激发装置的继电器，包括继电器本体100以及安装附接在继电器本体100上的烟火式激发装置5，继电器本体100包括实现其导通或断开的静触头1(作为静接触部)和动簧片2(作为动接触部)，继电器本体100还包括外壳体3，静触头1一端外露出外壳体3与外部负载电连接，另一端伸入到外壳体3内部，动簧片2设置在外壳体3内部并与电磁驱动机构4连接。其中，静触头1设有内螺纹，可用于与外部接线端螺纹连接固定。动簧片2为桥式动簧片，在电磁驱动机构4的作用下，动簧片2可相对靠近或远离静触头1移动，当动簧片2同时与两个静触头1接触时，实现负载的连通。为便于描述，定义静触头1相对处于动簧片2的上方，动簧片2相对处于静触头1的下方。
41.继电器本体100还包括陶瓷罩6，陶瓷罩6固定设于外壳体3内部，并封盖住静触头1的下端以及动簧片2(也即封盖静触头1和动簧片2与彼此的接触点)从而形成一接触内腔，通过陶瓷罩6将静触头1和动簧片2的接触点与外界空气隔离以获得高的耐压性能，可有效保证继电器低接触电阻、长寿命、可靠性高。且当继电器短路时，陶瓷材料的耐电弧、抗高温特性可保证短路电弧下的回路安全可靠。
42.外壳体3进一步包括相接合的底座32和上盖31，陶瓷罩6设于该上盖31的内部，烟火式激发装置5从陶瓷罩6外部插入固定连接在陶瓷罩6上，烟火式激发装置5下端伸入到陶瓷罩6内的接触内腔中以正对在动簧片2上方，上盖31再盖设于陶瓷罩6和烟火式激发装置5以完成继电器的整体组装。配合参阅图2，烟火式激发装置5是一独立的模块化结构，其外形大致呈柱状回转体结构，在陶瓷罩6上端开设有一插孔61，烟火式激发装置5下端穿过该插孔61以伸入该接触内腔中。烟火式激发装置5具体可通过焊接、铆接、螺接等方式固定在陶瓷罩6上，在本实施例中，烟火式激发装置5通过钎焊固定在陶瓷罩6上。以及，本实施例中，上盖31的顶面具有让位和匹配两个静触头1和一个烟火式激发装置5的通孔和中空圆柱段，从而两个静触头1的顶端能够外露出外壳体3，同时烟火式激发装置5的外部能够被包覆保护。另外为了提高电气安全性，该中空圆柱段的外壁的两侧还向垂直于图示的纸面方向分别延伸出防护挡板(因角度问题图未示出)。在其他实施例中，烟火式激发装置5也可以固定连接在外壳体3上，但本实施例选择将烟火式激发装置5固定连接在陶瓷罩6上可以简化装配流程，总装时将烟火式激发装置5、静触头1固定装配在陶瓷罩6上之后盖上上盖31即可。
43.参阅图3-6，烟火式激发装置5具体包括激发器51、活塞52和底壳53。激发器51和底壳53一上一下地相接合固定，活塞52被容纳在激发器51和底壳53之间。其中，激发器51进一
步包括空心的激发器基座512以及固定安装在激发器基座512内部的连接器511、点火具513和密封环514。激发器基座512和底壳53相接合固定形成烟火式激发装置5的外壳体。连接器511、点火具513、密封环514和活塞52由上至下依次设置在该外壳体内部，连接器511与点火具513的引线5131连接。其中连接器511卡接固定在激发器基座512内壁上，密封环514过盈压入激发器基座512中并将点火具513向上压紧固定，活塞52上下两端分别由密封环514和底壳53抵紧，密封环514能够起到防潮及气密封的效果，且通过密封环514受压产生的微变形可以将其上方的点火具513和下方的活塞52进一步压紧，防止振动松脱。
44.配合参阅图7-8，连接器511用于固定连接监测激发电路的点火引线以传递监测激发电路发出的激发电信号以激发点火具513，该监测激发电路可以是监测电流值(或者电流爬升速率)到达一定阈值后，发出激发电信号经由连接器511向下传导，并激发点火具513进行点火。在活塞52和点火具513之间设有一气隙50，点火具513引燃火药后在此气隙50中产生高压燃气(即进行点火)，推动活塞52向下冲破底壳53进而活塞52推动动簧片2向下运动，帮助动簧片2脱离与静触点1的接触，实现继电器的快速分断。
45.底壳53是空心筒状结构，且活塞52是轴孔配合在底壳53内部的回转体结构，从而底壳53能够对活塞52形成导向作用，使点火具513点火之后活塞52沿底壳53的空心筒状的内腔轴向向下运动。
46.在本实施例中，烟火式激发装置5是一个模块化结构，其独立于继电器本体之外，能够先单独生产，再固定安装到继电器上。烟火式激发装置5的生产、运输易于管控，零件数量少、易于装配，零部件的标准化也更易实现，达到降重降本提性能目的。并且点火具513伸出一引线5131通过连接器511与监测激发电路的点火引线进行连接，从而点火具513内的火药距离点火引线的引出端较远，温升低，降低了药剂耐温要求。
47.参阅图9-10，本实施例中底壳53底部设有“米”字型的交错裂隙，当活塞52向下冲击底壳53时，底壳53底部从“米”字型的裂隙的交点向外扩开并形成尖齿型的止回部53-1抵顶于活塞52周面或端部(如果活塞52未完全冲出底壳53，则止回部53-1抵顶于活塞52周面以止挡活塞52；如果活塞52完全冲出底壳53，则止回部53-1抵顶于活塞52端部以止挡活塞52)以止挡活塞52的反弹。也就是说，在本实施例的“米”字型的交错裂隙的止回结构下，活塞52能够从底壳53底部挤出，但受到止回部53-1的止挡无法再弹回，活塞52能够被及时卡住，减少活塞52反弹带来的能量损耗，同时活塞52止位后活塞52头部死死顶住动簧片，规避动、静触点重新闭合的可能。
48.底壳53底部的裂隙除了采用本实施例的“米”字型，也可以采用其他的形状，如“十”字型。但凡能使底壳53底部受冲击后向外扩开的裂隙形状都是可行的方案。
49.以及，值得说明的是，具有本实施例的止回结构的烟火式激发装置可以不作为独立的模块化结构安装在继电器本体上，而是像现有技术中一样集成在继电器内部、与继电器是固定一体的。具有了止回结构的烟火式激发装置能够显著提高继电器的电气安全性能，这与烟火式激发装置的结构以及安装方式并无必然关系。
50.作为一种优选的实例，本实施例中烟火式激发装置5是应用于陶瓷密封继电器，具体采用烟火式激发装置5与陶瓷罩焊3焊接，焊接的紧固性良好，烟火式激发装置5的密封性及抗振动性能更好，且烟火式激发装置5外壳体成型更简单，产品高度更低。在其他实施例中，烟火式激发装置5也可以应用于其他结构的继电器中，只要在继电器本体上设置一插孔
(如本实施例的插孔61)供烟火式激发装置5插入，并通过固定连接手段将烟火式激发装置5附接在继电器上即可。烟火式激发装置5也可采用可拆卸连接(如螺接)的方式与继电器本体固定，从而烟火式激发装置5可以根据输入要求进行快速更换。
51.如图8，在底壳53中还设有灭弧介质54，当烟火式激发装置5被激发时，借助活塞52向下冲破底壳53使灭弧介质54释放在陶瓷罩6的接触内腔中，对静触头1和动簧片2的触点间隙进行灭弧处理，进一步加速触点断开时的灭弧能力，提高产品短路安全性。本实施例中，灭弧介质54是石英砂。由于该烟火式激发装置5在点火爆炸后，其下端的气体快速膨胀，存储在底壳53内或活塞52内的灭弧介质54能够跟着爆炸气体一起极其迅速地均匀撒布在接触内腔中，最大程度上不受静触头1和动簧片2的外形和接触内腔内轮廓的限制，就能够在很短地时间内就直接发挥灭弧功效。
52.电磁驱动机构4用于驱动动簧片2移动，参阅图7-8，电磁驱动机构4具体包括静铁芯41、线圈42、动铁芯43、推杆组件44和复位弹簧45，还包括用于传输磁力线和提高磁能利用率的第一轭铁件46、第二轭铁件47以及导磁筒48，推杆组件44下端与动铁芯43固定连接，上端通过和动簧片2联动连接。复位弹簧45一端作用在静铁芯41上，另一端作用在动铁芯43上。通过对线圈42通电使静铁芯41吸引动铁芯43上移，使推杆44向上推动动簧片2上移；线圈42断电时，电磁驱动机构4在复位弹簧45的弹性力作用下复位。电磁驱动机构4作为常见的直动式磁路结构，其运行原理本例不再赘述。
53.参阅图11-12，推杆组件44包括推杆441、弹簧座442和u型支架443，推杆441用于输出电磁驱动机构4的驱动力，其下端和动铁芯43固定连接，上端和弹簧座442固定连接。u型支架443是片状结构，包括横置于弹簧座442上方的顶板4431以及连接在顶板4431两端向下延伸的两个侧板4432，两个侧板4432下端与弹簧座442两端固定连接，从而弹簧座442和u型支架443连接形成一方形空心的约束框架400。超程弹簧445下端抵触在弹簧座442上，动簧片2穿设过约束框架400并在超程弹簧445的弹性力作用下抵向顶板4431，从而借助超程弹簧445的弹性力，使超程弹簧445和动簧片2稳定安装在该约束框架400内。并且，推杆组件44向上推动动簧片2和静触头1相接触时，弹簧座442能够进一步压缩超程弹簧445，实现了继电器导通状态下触点的超行程。
54.参阅图13-14，本实施例采用弹簧座442和u型支架443形成一约束框架400，当烟火式激发装置5被激发时，活塞52向下冲击在该约束框架400上，使得推杆组件44和动簧片2向下运动，当弹簧座442被继电器内部结构止挡停止之后，在活塞52的冲击力下超程弹簧445被进一步压缩，u型支架443的两个侧板4432受压弯折，产生塑性形变，使得整个约束框架400被打扁且无法复原，从而整个推杆组件44和动簧片2的高度被进一步压低，u型支架443由于是跨设在板状的动簧片2上方，从而能够约束动簧片2朝向静触头1的反弹回复。而且由于活塞52向下冲击使得该约束框架400被压缩打扁，能够进一步拉开动簧片2和静触头1之间的触点间隙，提高短路安全性。从另一个角度来说，由于本实施例中弹簧座442和u型支架443形成的约束框架400能够被压缩打扁，比起推杆组件无法压缩打扁的其他方案来说，本实施例的推杆组件44和动簧片2受活塞52冲击时，只需要更小的向下运动的路程(叠加约束框架400地打扁压缩空间后)就能保证拉开足够大的触点间隙，因此陶瓷罩6的接触内腔的高度空间也可以适当设置得较小，可以与不设有烟火式激发装置5的继电器的规格保持一致(现有的设有烟火式激发装置5的继电器需要增加接触内腔的高度空间)，从而整个继电
器的高度体积也可以减小。
55.优选地，u型支架443采用不恢复形变的材质如不锈钢或低碳钢制成。以及，本实施例中侧板4432是镂空的薄片状结构，使得侧板4432更易受压弯折。
56.除了采用本实施例的约束框架400来限位安装动簧片2，并实现约束动簧片2朝向静触头1的反弹回复，在其他实施例中也可以采用其他的约束件来替代约束框架400，例如动簧片2是固定连接在一支杆末端，但该支杆杆身被设计为可接受冲击而产生轴向压缩且不恢复形变的结构。但凡该约束件是被配置为能够约束动簧片2朝向静触头1回复的与动簧片2进行耦合装配的结构均是可行的。
57.另外，由于本实施例中设有活塞52的止回结构，一方面，止回结构使活塞52冲出底壳53后能够被及时卡住，活塞52不会撞击反弹，而约束框架400能够防止动簧片2反弹，二者都能起到规避动、静触点重新闭合的效果，实现双重保险；另一方面，由于止回结构阻止活塞52反弹从而减少活塞52反弹带来的能量损耗，因此活塞52的绝大部分动能都能作用在约束框架400上，保证约束框架400能被冲击砸扁。由于减小了活塞52反弹的能量损耗，所以本实施例的活塞52冲击力需求可以减小，从而本实施例的火药量也可以减小，提高了安全性能。
58.本实施例以一种继电器结构说明了烟火式激发装置5和推杆组件44的功能和效果，除继电器外，相同的结构也可以应用在其他的开关电器中，如接触器。
59.实施例2：
60.本实施例提出一种继电器，其结构与实施例1的继电器类似，同样包括了底部设有“米”字型的裂隙的底壳53，不同之处在于本实施例的活塞结构。如图15-16，本实施例活塞52a上设有缩径的颈部52a-1，当活塞52a向下冲破底壳53时，底壳53底部从“米”字型的裂隙的交点向外扩开形成尖齿型的止回部53-1，活塞52a冲击到动簧片而反弹时，颈部52a-1的下端台阶受到止回部53-1的抵挡而被限位。
61.本实施例在活塞52a上设有缩径的颈部52a-1，从而活塞52a能够抵顶于颈部52a-1的下端台阶而对活塞52a产生止回效果，因此本实施例的活塞52a即使没有完全冲出底壳53，也能够被止回部53-1稳定地抵顶止回。从而，本实施例的活塞52a的行程和冲击力需求都可以减小，从而本实施例的火药量也可以减小，提高了安全性能。
62.实施例3：
63.本实施例提出一种继电器，其结构与实施例1的继电器类似，同样包括了底部设有“米”字型的裂隙的底壳53，不同之处在于本实施例的活塞结构。参阅图17，本实施例中活塞52b在上下方向上被分为独立的两截，分别为上活塞52b-1以及下活塞52b-2，烟火式激发装置未激发时，上活塞52b-1和下活塞52b-2是上下层叠在一起，当烟火式激发装置激发后，下活塞52b-2冲出底壳53c，上活塞52b-1仍然留在底壳53c内，从而底壳53c的止回部53c-1抵挡限位下活塞52b-2端部。本实施例与实施例2类似，均是在活塞上形成径向段差结构，实施例2是以缩径部形成活塞径向的段差，而本实施例是将活塞分为独立的两截以形成径向段差。其效果可参见实施例2。
64.实施例4：
65.本实施例提出一种继电器，其结构与实施例3的继电器类似，同样包括了底部设有“米”字型的裂隙的底壳53和被分为两截的活塞，唯一不同之处在于：本实施例中活塞是由
上至下(即朝活塞冲破底壳的方向)收缩的形状，本实施例的活塞施力面积减小，对底壳和动簧片的作用力增强，因此能够更快地打破底壳，迅速地推动动簧片分断。活塞下端的收缩形状具体可以采用锥形收缩、台阶形收缩或者锥形与台阶形相结合的收缩结构来实现，如图18、19所示出的下端收缩的活塞均是可行的。
66.尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均落入本实用新型的保护范围。