接触器磁吹灭弧技术分析

贾国渊

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215000）

接触器磁吹灭弧技术分析

贾国渊

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215000）

接触器是利用电磁机构的动作来接通或者断开电路的自动控制电器，可用于较大电流的频繁操作。接触器中灭弧装置主要是用来保证当触头断开电路时产生的电弧可靠的熄灭，减少电弧对触头的破坏作用，保证电气的可靠工作。本文主要以专利数据库中的检索结果为分析样本，从专利文献的视角对接触器磁吹灭弧技术的发展进行了全面的分析，总结了与接触器磁吹灭弧相关的国内外专利的申请趋势。

接触器；灭弧；磁吹灭弧

在电工学上，接触器因可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制电路的特点，固常用于与电动机作为控制对象，也可用作控制工厂设备和各样电力机组等电力负载，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。接触器的工作原理是：当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生的磁场是经铁芯产生电磁吸力吸引动铁芯，并带动交流接触器点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。然而，在线圈断电时，触点之间会产生电弧，电弧会烧蚀触头，这极大的损坏了触头，具有一定的危害性。因此，如何快速的灭弧成为了接触器使用的重要难题。

一、接触器磁吹灭弧技术的发展分析

1电弧产生的原因及接触器的灭弧装置

当接触器切断电路时，如果电路电压不小于10V～12V、电流不小于80mA～100mA时，在触头间隙中的自由电子以及触及阳极表面上所跑出来的电子（阳极高温产生热电子发射），因受到触头间强电场强度的电场作用，而以高速向阳极方向移动。在电弧间隙中，不断地与气体中的原子撞击，使分离成新的自由电子和正离子，它们在电场及热运动的作用下，又撞击其它原子形成电离，这就是电弧间隙中的撞击电离，不断撞击电离的结果使触头间隙中大量电子在电场作用下流向阳极，这就是电弧产生和维持的原因。电弧一方面烧蚀触头，另一方面使切断时间延长，因此，在开闭的过程中一定要及时消灭电弧。在接触器中灭弧装置主要是用来保证当触头断开电路时产生的电弧可靠的熄灭，减少电弧对触头的破坏作用，保证电气的可靠工作。通常灭弧装置采用的灭弧方式有：（1）利用触头的回路本身电动力灭弧；（2）磁吹灭弧；（3）狭缝灭弧；（4）灭弧栅片灭弧；（5）多断口灭弧。

2磁吹灭弧

磁吹灭弧的原理在于电弧在磁场的作用下受力而产生运动，电弧被迅速冷却，介质强度迅速恢复，从而使电弧熄灭。磁吹灭弧装置中获得激磁的方法有两种：一种是通过磁吹线圈灭弧，一种是通过永久磁铁灭弧，而磁吹线圈又分为串接激磁和并接激磁两种。

串接激磁法：主要有磁吹线圈、磁吹铁芯、导磁极板和灭弧角等组成。磁吹线圈串联在触头回路中，通过线圈的电流就是电弧电流，线圈电流产生磁通，经铁芯、导磁极板两出头件形成回路，在两触头件产生较强的磁通，电弧在磁场中受力而运动，很快离开触头而导致在灭弧角上拉长和冷却，迫使电弧熄灭。其优点是磁吸力的方向不随电流的方便改变而改变，磁吹的作用力更大；但为了得到一定的磁吹力，就必须增加灭弧线圈的匝数，加大触头开距，结果是增加了铜线的消耗和增大了电器的尺寸。

并接激磁法：它的灭弧磁场强度是有独立的并激线圈产生的，并激线圈内的电流和触头上的电弧电流无关，优点在于能得到恒定的磁场强度，因而无论在断开大电流或小电流都没有串激磁吹力的过多与不足；缺点是具有方向性，即触头上的电流反方向时，磁吹力的方向也相反，往往引起熄灭的困难和灼伤电气零件。

永久磁铁产生灭弧磁场法，其工作原理和并接激磁法相同，其主要缺点是具有方向性，但同时具有更多的优越性：（1）无需为装置灭弧线圈而使结构复杂，灭弧系统的机构可以简化；（2）不受网络电压波动而影响灭弧的磁场强度；（3）没有电能损耗；（4）在某些结构中可以缩小触头的开距。

二、与接触器磁吹灭弧相关的国内外专利的申请趋势

1国外磁吹灭弧的发展

1970年以前美国和德国的磁吹灭弧方式发展比较迅速，专利库中专利申请量也明显高于别的国家；在1977年至2006年之间，关于接触器中磁吹灭弧的专利申请量和申请人数量呈现跨越式增长，成为了磁吹灭弧专利的增长期。进入增长期后美国的申请量开始下降，而日本却在此期间的申请量实现突增。随后，由于磁铁优良的灭弧特性，松下电工株式会社、欧姆龙株式会社、安电株式会社等日本申请人纷纷采用利用永磁体的磁力实现吹弧，其研究重点也从永磁体代替线圈灭弧变换到永磁体的设置位置、永磁体磁性材料的选取等方面，尤其是随着钡铁氧体、稀土钴永磁的出现，降低了永磁体的成本，为磁吹灭弧方式的发展起到了推动的作用。2006年至今成为了磁吹灭弧方式的成熟期，越来越多的申请人将磁吹灭弧与别的灭弧方式共同作用或者减小方向对永磁灭弧的影响，缩短灭弧时间，保证了灭弧效果。

2中国磁吹灭弧的发展

在接触器灭弧技术领域中，中国申请相对较少起步较晚，但是进入21世纪后，尤其是近几年，国内开关电器企业对磁吹灭弧技术的研发投入，其专利申请量开始逐年增加。可见虽然国内的磁场触头技术起步较晚，但与国外的技术差距却在逐渐缩小。在2002年～2006年之间突飞猛进，同时，国外来华申请量也在激增。专利申请中磁吹灭弧的改进分为了三类，第一类是对永久磁铁的改进，第二类是对线圈的改进，第三类是将磁吹灭弧与其它灭弧形式相结合。

结语

从国外磁吹灭弧的专利技术发展来看，该技术领域的技术成熟度已经非常高，对于国内的申请人来说，想要绕开国外公司的专利壁垒，开辟新的途径是比较困难的。毕竟国外的磁吹灭弧技术发展经历了一个多世纪的漫长发展周期，而国内发展的时期都非常短，国内与国外在该项技术上的存在一定差异。但今后该技术的发展可与其它灭弧方式共同作用。

［1］化学工业部人事教育司，化学工业部教育培训中心组织.工厂电气设备［M］.1997.

［2］电气电子绝缘技术手册编辑委员会.电气电子绝缘技术手册［M］.北京：机械工业出版社，2008.

［3］许涤新，丁焕新，等.中国工业产品大辞典［M］.1988.

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