賈國(guó)淵

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

接觸器磁吹滅弧技術(shù)分析

賈國(guó)淵

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

接觸器是利用電磁機(jī)構(gòu)的動(dòng)作來(lái)接通或者斷開電路的自動(dòng)控制電器，可用于較大電流的頻繁操作。接觸器中滅弧裝置主要是用來(lái)保證當(dāng)觸頭斷開電路時(shí)產(chǎn)生的電弧可靠的熄滅，減少電弧對(duì)觸頭的破壞作用，保證電氣的可靠工作。本文主要以專利數(shù)據(jù)庫(kù)中的檢索結(jié)果為分析樣本，從專利文獻(xiàn)的視角對(duì)接觸器磁吹滅弧技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了全面的分析，總結(jié)了與接觸器磁吹滅弧相關(guān)的國(guó)內(nèi)外專利的申請(qǐng)趨勢(shì)。

接觸器；滅??；磁吹滅弧

在電工學(xué)上，接觸器因可快速切斷交流與直流主回路和可頻繁地接通與大電流控制電路的特點(diǎn)，固常用于與電動(dòng)機(jī)作為控制對(duì)象，也可用作控制工廠設(shè)備和各樣電力機(jī)組等電力負(fù)載，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護(hù)作用。接觸器的工作原理是：當(dāng)接觸器線圈通電后，線圈電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)是經(jīng)鐵芯產(chǎn)生電磁吸力吸引動(dòng)鐵芯，并帶動(dòng)交流接觸器點(diǎn)動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，兩者是聯(lián)動(dòng)的。當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點(diǎn)復(fù)原，常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。然而，在線圈斷電時(shí)，觸點(diǎn)之間會(huì)產(chǎn)生電弧，電弧會(huì)燒蝕觸頭，這極大的損壞了觸頭，具有一定的危害性。因此，如何快速的滅弧成為了接觸器使用的重要難題。

一、接觸器磁吹滅弧技術(shù)的發(fā)展分析

1電弧產(chǎn)生的原因及接觸器的滅弧裝置

當(dāng)接觸器切斷電路時(shí)，如果電路電壓不小于10V～12V、電流不小于80mA～100mA時(shí)，在觸頭間隙中的自由電子以及觸及陽(yáng)極表面上所跑出來(lái)的電子（陽(yáng)極高溫產(chǎn)生熱電子發(fā)射），因受到觸頭間強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度的電場(chǎng)作用，而以高速向陽(yáng)極方向移動(dòng)。在電弧間隙中，不斷地與氣體中的原子撞擊，使分離成新的自由電子和正離子，它們?cè)陔妶?chǎng)及熱運(yùn)動(dòng)的作用下，又撞擊其它原子形成電離，這就是電弧間隙中的撞擊電離，不斷撞擊電離的結(jié)果使觸頭間隙中大量電子在電場(chǎng)作用下流向陽(yáng)極，這就是電弧產(chǎn)生和維持的原因。電弧一方面燒蝕觸頭，另一方面使切斷時(shí)間延長(zhǎng)，因此，在開閉的過(guò)程中一定要及時(shí)消滅電弧。在接觸器中滅弧裝置主要是用來(lái)保證當(dāng)觸頭斷開電路時(shí)產(chǎn)生的電弧可靠的熄滅，減少電弧對(duì)觸頭的破壞作用，保證電氣的可靠工作。通常滅弧裝置采用的滅弧方式有：（1）利用觸頭的回路本身電動(dòng)力滅弧；（2）磁吹滅弧；（3）狹縫滅??；（4）滅弧柵片滅?。唬?）多斷口滅弧。

2磁吹滅弧

磁吹滅弧的原理在于電弧在磁場(chǎng)的作用下受力而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，電弧被迅速冷卻，介質(zhì)強(qiáng)度迅速恢復(fù)，從而使電弧熄滅。磁吹滅弧裝置中獲得激磁的方法有兩種：一種是通過(guò)磁吹線圈滅弧，一種是通過(guò)永久磁鐵滅弧，而磁吹線圈又分為串接激磁和并接激磁兩種。

串接激磁法：主要有磁吹線圈、磁吹鐵芯、導(dǎo)磁極板和滅弧角等組成。磁吹線圈串聯(lián)在觸頭回路中，通過(guò)線圈的電流就是電弧電流，線圈電流產(chǎn)生磁通，經(jīng)鐵芯、導(dǎo)磁極板兩出頭件形成回路，在兩觸頭件產(chǎn)生較強(qiáng)的磁通，電弧在磁場(chǎng)中受力而運(yùn)動(dòng)，很快離開觸頭而導(dǎo)致在滅弧角上拉長(zhǎng)和冷卻，迫使電弧熄滅。其優(yōu)點(diǎn)是磁吸力的方向不隨電流的方便改變而改變，磁吹的作用力更大；但為了得到一定的磁吹力，就必須增加滅弧線圈的匝數(shù)，加大觸頭開距，結(jié)果是增加了銅線的消耗和增大了電器的尺寸。

并接激磁法：它的滅弧磁場(chǎng)強(qiáng)度是有獨(dú)立的并激線圈產(chǎn)生的，并激線圈內(nèi)的電流和觸頭上的電弧電流無(wú)關(guān)，優(yōu)點(diǎn)在于能得到恒定的磁場(chǎng)強(qiáng)度，因而無(wú)論在斷開大電流或小電流都沒(méi)有串激磁吹力的過(guò)多與不足；缺點(diǎn)是具有方向性，即觸頭上的電流反方向時(shí)，磁吹力的方向也相反，往往引起熄滅的困難和灼傷電氣零件。

永久磁鐵產(chǎn)生滅弧磁場(chǎng)法，其工作原理和并接激磁法相同，其主要缺點(diǎn)是具有方向性，但同時(shí)具有更多的優(yōu)越性：（1）無(wú)需為裝置滅弧線圈而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滅弧系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)可以簡(jiǎn)化；（2）不受網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)而影響滅弧的磁場(chǎng)強(qiáng)度；（3）沒(méi)有電能損耗；（4）在某些結(jié)構(gòu)中可以縮小觸頭的開距。

二、與接觸器磁吹滅弧相關(guān)的國(guó)內(nèi)外專利的申請(qǐng)趨勢(shì)

1國(guó)外磁吹滅弧的發(fā)展

1970年以前美國(guó)和德國(guó)的磁吹滅弧方式發(fā)展比較迅速，專利庫(kù)中專利申請(qǐng)量也明顯高于別的國(guó)家；在1977年至2006年之間，關(guān)于接觸器中磁吹滅弧的專利申請(qǐng)量和申請(qǐng)人數(shù)量呈現(xiàn)跨越式增長(zhǎng)，成為了磁吹滅弧專利的增長(zhǎng)期。進(jìn)入增長(zhǎng)期后美國(guó)的申請(qǐng)量開始下降，而日本卻在此期間的申請(qǐng)量實(shí)現(xiàn)突增。隨后，由于磁鐵優(yōu)良的滅弧特性，松下電工株式會(huì)社、歐姆龍株式會(huì)社、安電株式會(huì)社等日本申請(qǐng)人紛紛采用利用永磁體的磁力實(shí)現(xiàn)吹弧，其研究重點(diǎn)也從永磁體代替線圈滅弧變換到永磁體的設(shè)置位置、永磁體磁性材料的選取等方面，尤其是隨著鋇鐵氧體、稀土鈷永磁的出現(xiàn)，降低了永磁體的成本，為磁吹滅弧方式的發(fā)展起到了推動(dòng)的作用。2006年至今成為了磁吹滅弧方式的成熟期，越來(lái)越多的申請(qǐng)人將磁吹滅弧與別的滅弧方式共同作用或者減小方向?qū)τ来艤缁〉挠绊?，縮短滅弧時(shí)間，保證了滅弧效果。

2中國(guó)磁吹滅弧的發(fā)展

在接觸器滅弧技術(shù)領(lǐng)域中，中國(guó)申請(qǐng)相對(duì)較少起步較晚，但是進(jìn)入21世紀(jì)后，尤其是近幾年，國(guó)內(nèi)開關(guān)電器企業(yè)對(duì)磁吹滅弧技術(shù)的研發(fā)投入，其專利申請(qǐng)量開始逐年增加。可見(jiàn)雖然國(guó)內(nèi)的磁場(chǎng)觸頭技術(shù)起步較晚，但與國(guó)外的技術(shù)差距卻在逐漸縮小。在2002年～2006年之間突飛猛進(jìn)，同時(shí)，國(guó)外來(lái)華申請(qǐng)量也在激增。專利申請(qǐng)中磁吹滅弧的改進(jìn)分為了三類，第一類是對(duì)永久磁鐵的改進(jìn)，第二類是對(duì)線圈的改進(jìn)，第三類是將磁吹滅弧與其它滅弧形式相結(jié)合。

結(jié)語(yǔ)

從國(guó)外磁吹滅弧的專利技術(shù)發(fā)展來(lái)看，該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)成熟度已經(jīng)非常高，對(duì)于國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)人來(lái)說(shuō)，想要繞開國(guó)外公司的專利壁壘，開辟新的途徑是比較困難的。畢竟國(guó)外的磁吹滅弧技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的漫長(zhǎng)發(fā)展周期，而國(guó)內(nèi)發(fā)展的時(shí)期都非常短，國(guó)內(nèi)與國(guó)外在該項(xiàng)技術(shù)上的存在一定差異。但今后該技術(shù)的發(fā)展可與其它滅弧方式共同作用。

［1］化學(xué)工業(yè)部人事教育司，化學(xué)工業(yè)部教育培訓(xùn)中心組織.工廠電氣設(shè)備［M］.1997.

［2］電氣電子絕緣技術(shù)手冊(cè)編輯委員會(huì).電氣電子絕緣技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［3］許滌新，丁煥新，等.中國(guó)工業(yè)產(chǎn)品大辭典［M］.1988.

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