阅读说明：本技术 一种直流接触器的多孔骨架桥式触头结构 (Porous skeleton bridge type contact structure of direct current contactor ) 是由 韩颖 王宏双 安跃军 曹云东 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明属于直流接触器领域,涉及到电触头材料、触头结构与触头性能,具体为一种桥式触头结构。包括动触头结构和静触头结构；其特征在于,所述动触头结构及静触头结构均由多个Cu/W立方体单元构成；所述Cu/W立方体单元包括立方体式W框架和设置于该W框架内的Cu芯。本发明新的触头结构能够增大触头结构的热导率和电导率,增大触头表面散热,减小电弧对触头表面的烧蚀,从而减少金属蒸汽的产生,对电弧快速熄灭起到促进作用,触头性能提升、延长寿命。(The invention belongs to the field of direct current contactors, relates to an electrical contact material, a contact structure and contact performance, and particularly relates to a bridge type contact structure. Comprises a moving contact structure and a static contact structure; the device is characterized in that the moving contact structure and the static contact structure are both composed of a plurality of Cu/W cubic units; the Cu/W cubic unit comprises a cubic W frame and a Cu core arranged in the W frame. The novel contact structure can increase the heat conductivity and the electric conductivity of the contact structure, increase the heat dissipation of the surface of the contact, and reduce the ablation of electric arc on the surface of the contact, thereby reducing the generation of metal steam, playing a role in promoting the quick extinguishing of the electric arc, improving the performance of the contact and prolonging the service life.)

一种直流接触器的多孔骨架桥式触头结构

技术领域

本发明属于直流接触器领域，涉及到电触头材料、触头结构与触头性能，具体为一种桥式触头结构。

背景技术

由于常规能源逐渐枯竭，以新能源燃料为动力的新能源汽车也得到了快速发展，而这些工业应用领域均以直流配电系统为主。因此，与直流开断有关的直流接触器在直流供电系统安全可靠供电上起到了至关重要的作用。直流接触器可对直流主回路与大容量控制电路进行频繁的接通、分断，配合继电器可以实现定时操作，连锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护。随着我国电力工业迅猛发展，对开关电器产品的运行性能、质量要求越来越高，接触器作为重要的控制电器,其触头系统的接触稳定性对电路安全具有重要意义。

电触头是仪器仪表、电器开关中非常重要的接触元件，担负着接通、承载和分断电流的任务,因此触头的接触特性直接影响低压控制电器的工作性能,进而影响到电气控制系统的安全可靠运行。现在使用的接触器触头结构多采用桥式触头结构，以粉末合金作为制作材料，各种成分杂乱无章的混合在一起。触头起着导通和开断的作用，这就要求其触头材料和触头结构应具有以下性能：1、尽可能高的导电性和导热性和热稳定性；2、良好的力学性能，良好的塑性、韧性以及耐磨损性能；3、良好的化学性能；4、优良的抗熔焊性能；5、优良的耐电弧烧损性能抗熔焊和抗电冲击性能以及较低的接触电阻。对于真空触头材料，还要求截流值小、耐压强度高和分断能力高。

由于触头结构在很大程度上决定了开关电器的使用寿命和发展，因此设计新的有序骨架结构触头系统，使新型触头结构可以减少触头振动，提高触头的电导率和热导率、耐电弧烧损和抗熔焊性能，从而增大接触器的开断能力，延长使用寿命。

发明内容

本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种直流接触器的多孔骨架桥式触头结构。以下方案中，Cu代表铜，W代表钨。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括动触头结构和静触头结构；其特征在于，所述动触头结构及静触头结构均由多个Cu/W立方体单元构成；所述Cu/W立方体单元包括立方体式W框架和设置于该W框架内的Cu芯。

进一步地，所述立方体式W框架采用立方体结构，该立方体结构内设空腔，立方体结构的上、下、左、右、前、后六个面均设置有方形通孔；六个通孔与所述空腔相连通。

更进一步地，立方体结构上面的通孔与下面的通孔位置相对，立方体结构左面的通孔与右面的通孔位置相对，立方体结构前面的通孔与后面的通孔位置相对；且六个通孔形状及大小相同，每个通孔的中心均与空腔的中心共心。

更进一步地，所述立方体结构的空腔及通孔均呈立方体状。

进一步地，所述Cu芯形状满足其可填充满满立方体结构的空腔及通孔。

进一步地，所述立方体式W框架与W框架内的Cu芯均是致密的。

进一步地，所述多个Cu/W立方体单元间为熔焊扩散连接（焊接）。

与现有技术相比本发明有益效果。

本发明中，抗电弧烧蚀性能主要由钨相提供，由于钨相沿三个轴向连接，因此在硬度、强度和高温强度得以显著提升，并且由于钨框架在三维空间相互连通交织，复合材料中熔点较低的铜被钨分隔在无数细小的区域中而难以熔化，因此具有优异的耐电弧烧蚀性能。

本发明的导电、导热性能以及塑性和韧性主要由铜相提供，由于铜块沿三个轴向有序叠加排列并且在三维空间相互连通，因此Cu/W立方体单元沿该方向表现出优良的导电和导热性能，同时导电和导热性能的改善有利于减少热量的产生和积累，从而进一步提升复合材料的耐电弧烧蚀性能。

本发明新的触头结构能够增大触头结构的热导率和电导率，增大触头表面散热，减小电弧对触头表面的烧蚀，从而减少金属蒸汽的产生，对电弧快速熄灭起到促进作用，触头性能提升、延长寿命。

附图说明

下面结合附图和

具体实施方式

对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是现有技术桥头触头结构示意图。

图2是二维下铜钨材料无序分布截面图。

图3是二维下铜钨材料有序分布截面图。

图4是二维下铜钨材料较规则分布截面图。

图5是本发明Cu/W立方体单元示意图。

图6是本发明多个立方体式W框架示意图。

图7是本发明本发明立方体单元构成的静触头结构整体框架示意图。

图8为本发明立方体单元构成的动触头结构整体框架示意图。

图9为本发明立方体构成的触头结构整体示意图。

图中，1为上端盖、2为固定静触头柱、3为静触头、4为动触头、5为动触头触桥、6为钨、7为铜、8为触头结构、9为立方体式W框架。

具体实施方式

现有桥式触头结构如图1所示，包括动触头结构和静触头结构，其中：触头结构含有上端盖1、固定静触头柱2、静触头3、动触头结构包括动触头4、动触头触桥5。

如图2所示，铜和钨金属材料等面积的混合分布与整个四方形中，其中组成大四边形的每一个小的四方形都是相同面积，黑色是钨6、白色是铜7；而如图3所示，铜和钨金属有规则的分布，一列钨6一列铜7等面积分布在整个大的四边形中；如图4所示为较规则两相金属分布，钨金属材料构成了一个框架11，铜材料10包裹在其中。经计算如图2-图4的不同图形依次得到电流为3.3490E5A、3.9312E5A、3.3771E5A，由此可知，有序结构确实大幅提升了导电能力。发现此规律以及将此规则用于到本设计中是技术难点。

如图5-9所示，本发明包括动触头结构和静触头结构；其特征在于，所述动触头结构及静触头结构均由多个Cu/W立方体单元构成；所述Cu/W立方体单元包括立方体式W框架和设置于该W框架内的Cu芯。

进一步地，所述立方体式W框架采用立方体结构，该立方体结构内设空腔，立方体结构的上、下、左、右、前、后六个面均设置有方形通孔；六个通孔与所述空腔相连通；每个通孔的中心均与空腔的中心共心。

更进一步地，方形通孔的中心与所述空腔的中心共线。

更进一步地，立方体结构上面的通孔与下面的通孔位置相对，立方体结构左面的通孔与右面的通孔位置相对，立方体结构前面的通孔与后面的通孔位置相对；且六个通孔形状及大小相同。

更进一步地，所述立方体结构的空腔及通孔均呈立方体状。

进一步地，所述Cu芯形状满足其可塞满立方体结构的空腔及通孔。

进一步地，所述立方体式W框架与W框架内的Cu芯均是致密的。

进一步地，所述多个Cu/W立方体单元间为熔焊扩散连接(焊接)。

另外，将Cu芯注入W框架内的过程为：将铜粉填入W框架内，在600 ~ 800 ^oC范围内真空烧结4~8h，炉冷。

本发明的目的是提供一种双断口桥式触头结构，触头作为电器可靠性最薄弱的部件，其性能对于提升直流接触器电寿命以及可靠性至关重要。根据有序化使固溶体的电阻降低的影响，改善现有触头结构，将制成触头的两相合金材料有序的分布在触头结构中，提升触头的导电能力。骨架结构减小触头弹跳，提高触头的开断能力。

从导电角度看,材质的导电过程可视为自由电子在外电场的作用下,逆电场方向从1个晶格点阵到另1个晶格点阵的迁移运动，触头材料的导电特性由各导电单元共同决定。一般而言，当导电粒子相互接触形成链状网络，或是导电粒子的间隙很小时，即可形成电流的通道。处于接触状态的导电粒子越多，网络越密，粒子之间的间隙越小，则复合材料导电率越高。特殊的骨架结构在三维空间中彼此贯通连接，合金材料有序的连接在一起与材料混合无序的掺杂在一起相比，有序结构形成良好的导电通道导电能力大幅提升，在触头分断过程中有效的提高了电导率。有序化使得晶格中的原子排列得更整齐,更有规律,使晶格畸变减小,从而减小了对传导电子的散射,减小了电阻。本发明将有序结构结合到触头中去，为迅速接通和断开电流，根据导电通道理论相互接触的导电粒子形成连续的导电通道，增大了触头的导电、导热能力。

还有，触头在闭合过程中会产生类似弹跳的现象，称为触头的机械振动。触头弹跳可能会产生电弧，从而使触头熔焊和烧损，触头的动作会受到严重影响；而本发明骨架结构能够减缓触头的弹跳吸能作用。因为骨架结构也有良好的减振效果，在触头分断过程中常因机械振动引起触头起弧烧蚀触头，降低了触头的使用寿命，这种结构有效的减少了触头振动，吸收了能量。

再者，目前，除了使用量最大的银基触头材料外，铜基触头材料研究也比较广泛，Cu的导电性与Ag的导电性相近，但是成本相对低。铜基触头材料具有较为优良的电性能，被应用于中高压电器中。铜基触头材料主要分为Cu-W系、Cu-Cr系、Cu-Bi系及少见的CuC触头和Cu/Al2O3触头等。Cu-Bi合金具有良好的抗熔焊性、较低的截流值、一定的开断能力，但因强度低、电弧侵蚀大,故触头寿命较短。Cu-Cr材料的特点是耐电压水平高、分断容量大、有很强的吸气能力、耐损蚀特性好、截流值不太高。铜铬触头还存在明显不足,其耐压不如铜钨合金。而本发明集成了Cu和W，Cu具有良好的导热性和导电性，W具有高密度、高强度、高熔点和低膨胀系数，两者不互溶也不能形成金属间化合物。同时具备了Cu、W的优点，其导热导电性良好、密度大、膨胀系数小。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。