机械保持与抗振机构、继电器/接触器、节能安全继电器/接触器的制作方法

本发明涉及继电器与接触器，具体涉及一种机械保持继电器（接触器），尤其涉及一种兼具抗振动能力、高压密封灭弧能力与断电自动复位功能的机械保持高压直流继电器（接触器）。

背景技术：

1、随着新能源汽车、储能及直流充电基础设施的快速发展，高压直流继电器/接触器作为电池主回路、预充回路和直流输出回路中的关键通断与保护器件，其保持方式、功耗水平与可靠性直接影响系统的安全性、能耗和使用寿命。此类器件面临三方面核心技术挑战：一是触点状态的保持方式（决定功耗、发热与寿命），二是灭弧与密封能力（决定高压直流分断的可靠性），三是失电安全性（决定异常断电时能否自动回到分断状态）。现有技术在这三个方面各自发展出了相应方案，但均存在固有局限，且彼此未能行成有效组合。

2、在保持方式上，现有高压直流继电器/接触器主要采用电保持（单稳态电磁式）和磁保持（双稳态永磁式）两种方案。电保持方案的触点闭合依赖线圈持续通电，即使采取吸合后降功率保持等节能措施，保持功耗仍在数瓦量级，长期通电带来持续的能量损耗和线圈发热，加速绝缘老化、制约使用寿命；且降压保持使电磁吸力同步下降，触点保持力和抗振裕度进一步降低，在车辆行驶等持续振动工况下易发生触点抖动乃至意外分断。磁保持方案利用永磁吸力维持触点状态，保持阶段不通电，但推广至高压直流领域存在明显困难：永磁磁路与灭弧磁场、衔铁行程的耦合设计复杂，永磁体存在高温退磁风险，强振动下可能发生误翻转；且磁保持断电后维持断电前状态不变（双稳态记忆特性），不满足失电自复位要求。机械保持（双稳态纯机械式）方案理论上兼具零功耗与最优抗振性，但因密封灭弧室外部的机械锁定/解锁机构与波纹管传动件之间的集成难题，至今未能进入高压直流继电器领域，且同为双稳态方案，断电后同样无法自行分断。

3、在灭弧与密封上，现有高压直流继电器普遍采用密封灭弧室结构：灭弧室由陶瓷或环氧壳体构成，内部充以灭弧气体，动触头经金属波纹管实现动密封并传递分合闸运动。波纹管密封与陶瓷充气灭弧室均已成熟应用于电保持和磁保持产品，但其仅解决电弧熄灭与触点环境保护问题，不涉及保持方式的选择，属于高压继电器的基础设施。

4、在失电安全性上，相关国家标准对充电设施主回路接触器提出了硬性要求：nb/t33001-2018《电动汽车非车载传导式充电机技术条件》规定，充电过程中当充电机启动急停、保护接地线断开或连接检测信号线断开时，充电机应能在100ms内断开直流输出。这意味着主回路接触器必须失电后自行分断——电保持方案天然满足，而磁保持和机械保持均为双稳态方案，断电后维持原状态，无法直接应用。为使双稳态方案满足失电安全要求，可在控制电路中增设储能电容作为断电后备电源，驱动控制电路发出复位脉冲使保持机构解锁。储能电容作为后备电源是电子电路领域的已知技术，但其与机械保持机构如何配合、实现断电后可靠的解锁触发与有序复位，尚无成熟方案。此外，高压直流继电器在带载分断时触头间可能产生电弧熔焊导致触头粘连，现有方案在断电触发分断后无法确认触头是否真正分离，存在粘连未检出、后续设备持续带电的安全隐患。

5、综上，现有技术面临交叉困境：电保持满足失电安全且可与密封灭弧室集成，但功耗高、发热影响寿命、抗振性差；磁保持零功耗且可集成密封灭弧室，但失电不自复位且高压领域抗振可靠性不足；机械保持零功耗且抗振最优，但无法在高压密封灭弧环境中实现，且失电同样不自复位；储能电容可解决断电自复位，但需要以可靠的保持机构为基础，若保持机构本身抗振不足或无法进入高压环境，储能电容也无从配合。三个技术维度各自的现有方案无法直接组合，致使高压直流继电器/接触器始终无法同时实现零功耗保持、强抗振、高压密封灭弧和断电自复位四项关键指标。

技术实现思路

1、鉴于上述交叉困境，本发明的目的在于提供一种机械互锁防振的机械保持机械继电器（接触器），特别是提供一种机械保持高压直流继电器（接触器），通过将机械保持与防振互锁机构、波纹管密封灭弧传动结构、储能电容后备控制电路三项技术特征有机结合，使机械保持方案首次能够在高压密封灭弧环境中可靠实现，并具备断电自动复位功能，同时满足零功耗保持、强抗振、高压密封灭弧和断电自复位四项关键要求。

2、为了达成该目的，本发明技术方案如下。

3、第一方面，本发明公开了一种机械保持与抗振机构，应用于继电器或接触器中，包括第一运动部件和第二运动部件，第一运动部件被配置为沿第一轴线做直线往返运动，第二运动部件被配置为沿第二轴线做直线往返运动，第一轴线与第二轴线相互垂直；

4、第一运动部件在其运动路径上具有分断位置与第一闭合位置，第一运动部件处于分断位置则继电器或接触器的动触头与静触头电分断；第一运动部件处于第一闭合位置则动触头与静触头电连接；

5、第二运动部件具有脱扣位置和阻挡位置；

6、第二运动部件处于脱扣位置时，不阻挡第一运动部件沿第一轴线的运动；

7、第二运动部件处于阻挡位置时，第一运动部件处于分断位置则第二运动部件阻挡第一运动部件从分断位置运动至第一闭合位置，以实现机械保持动触头与静触头电分断状态，第一运动部件处于第一闭合位置则第二运动部件阻挡第一运动部件从第一闭合位置运动至分断位置，以实现机械保持动触头与静触头电连接状态。

8、进一步，第一运动部件在其运动路径上还具第二闭合位置，第二闭合位置位于第一闭合位置远离分断位置的一侧；

9、第一运动部件处于第一闭合位置且第二运动部件处于阻挡位置，则第二运动部件阻挡第一运动部件从第一闭合位置运动至分断位置，并且，第一运动部件也阻止第二运动部件从阻挡位置运动至脱扣位置，行成相互咬合的互锁状态；

10、第一运动部件运动至第二闭合位置，则第一运动部件解除对第二运动部件的阻挡，第二运动部件能够在阻挡位置与脱扣位置之间的往返运动。

11、进一步，第一运动部件为杆状，第一运动部件的径向设有第一阻挡臂和第二阻挡臂；

12、第一阻挡臂被配置为：在第二运动部件处于阻挡位置时，于第一轴线方向上阻止第一运动部件在第一闭合位置与分断位置之间的往返运动；

13、第二阻挡臂被配置为：在第一运动部件处于第一闭合位置且第二运动部件处于阻挡位置时，于第二轴线方向上阻挡第二运动部件由阻挡位置向脱扣位置运动，行成相互咬合状态。

14、进一步，第二运动部件为板状，第二运动部件开设有沿第一轴线方向延伸的槽孔，第一运动部件穿过槽孔；

15、槽孔的孔缘设有第一止挡部与第二止挡部；

16、第一止挡部被配置为：在第二运动部件处于阻挡位置时，于第一轴线方向上与第一阻挡臂相抵接，阻止第一运动部件在第一闭合位置与分断位置之间的往返运动；

17、第二止挡部被配置为：在第一运动部件处于第一闭合位置且第二运动部件处于阻挡位置时，于第二轴线方向上与第二阻挡臂相抵接，阻止第二运动部件由阻挡位置向脱扣位置运动；

18、当第一运动部件沿第一轴线方向运动至第二闭合位置时，第二阻挡臂避开第二止挡部，第二运动部件能够由阻挡位置运动至脱扣位置；

19、当第二运动部件处于脱扣位置时，第一止挡部与第二止挡部均避开第一阻挡臂和第二阻挡臂的运动路径，第一运动部件能够在分断位置与第二闭合位置之间往复运动。

20、进一步，所述槽孔包括第一分槽、第二分槽和第三分槽；沿平行于所述第二轴线的方向，所述第二分槽、所述第二止挡部和所述第三分槽依次排列，所述第二止挡部位于所述第二分槽与所述第三分槽之间；

21、所述第二运动部件处于所述脱扣位置时，所述第一阻挡臂能够沿所述第一轴线无阻挡地穿过所述第一分槽，所述第二阻挡臂能够沿所述第一轴线无阻挡地穿过所述第三分槽；

22、所述第二运动部件处于所述阻挡位置并且所述第一运动部件处于第一闭合位置时，所述第二阻挡臂位于所述第二分槽内，所述第二阻挡臂阻挡所述第二止挡部使得所述第二运动部件不能从所述阻挡位置运动到所述脱扣位置；

23、所述第二运动部件处于所述阻挡位置并且所述第一运动部件处于第二闭合位置或分断位置时，所述第二阻挡臂脱离所述第二分槽，所述第二阻挡臂不阻挡所述第二止挡部使得所述第二运动部件能够从所述阻挡位置运动到所述脱扣位置。

24、第二方面，本发明公开了一种继电器或接触器，包括如上机械保持与抗振机构、动触头和静触头；动触头与静触头相对设置；第一运动部件与动触头联动，第一运动部件沿第一轴线运动时带动动触头与静触头接触或分离。

25、进一步，继电器或接触器为高压继电器或高压接触器；还包括气密灭弧腔体和金属弹性部件；动触头和静触头均设置于气密灭弧腔体内；气密灭弧腔体的腔壁设有贯通开口，金属弹性部件的一端与贯通开口的孔缘气密固定连接，另一端与第一运动部件气密固定连接；金属弹性部件能够随第一运动部件的运动沿第一轴线弹性伸缩变形，以使第一运动部件在保持气密灭弧腔体气密性的前提下驱动动触头。

26、进一步，还包括控制模块，控制模块包括微处理器，以及与微处理器电连接的电源检测模块、脉冲模块、储能电容和位置检测模块；

27、电源检测模块用于检测外部供电状态，并在检测到断电时向微处理器输出断电信号；

28、脉冲模块用于在微处理器的控制下输出驱动脉冲，以驱动第一运动部件和第二运动部件运动；

29、储能电容用于在外部供电正常时充电储能，并在外部供电断电时为控制模块提供电能；

30、微处理器接收到断电信号后，控制脉冲模块在储能电容供电下输出脱扣脉冲，驱动第二运动部件由阻挡位置运动至脱扣位置，解除对第一运动部件的机械保持，使第一运动部件返回至分断位置、动触头与静触头分离；

31、位置检测模块用于检测第一运动部件所处的位置。

32、进一步，位置检测模块包括电容值检测模块、第一金属体和第二金属体；

33、第一金属体固定设置，并与电容值检测模块电连接；第二金属体与第一运动部件相连接，随第一运动部件同步运动；

34、第一金属体与第二金属体相对设置，二者之间行成检测电容，第一运动部件的位置变化引起检测电容的电容值变化；

35、电容值检测模块检测电容值并输出至微处理器，微处理器根据电容值的变化确定第一运动部件所处的位置；

36、在微处理器控制分断后，若电容值表征第一运动部件未到达分断位置，则微处理器判定动触头与静触头粘连；在外部供电断电且由储能电容供电期间，微处理器根据电容值确认第一运动部件是否到达分断位置。

37、第三方面，本发明公开了一种节能安全继电器或接触器，包括如上机械保持与抗振机构、动触头、静触头、气密灭弧腔体、金属弹性部件和控制模块；

38、动触头与静触头相对设置，且均设置于气密灭弧腔体内；第一运动部件与动触头联动；

39、气密灭弧腔体的腔壁设有贯通开口，金属弹性部件的一端与贯通开口的孔缘气密固定连接，另一端与第一运动部件气密固定连接，金属弹性部件能够随第一运动部件的运动沿第一轴线弹性伸缩变形，以使第一运动部件在保持气密灭弧腔体气密性的前提下驱动动触头；

40、控制模块包括微处理器，以及与微处理器电连接的电源检测模块、脉冲模块、储能电容和位置检测模块；电源检测模块在检测到外部供电断电时向微处理器输出断电信号；储能电容在外部供电正常时充电储能，并在外部供电断电时为控制模块提供电能；微处理器接收到断电信号后，控制脉冲模块在储能电容供电下输出脱扣脉冲，驱动第二运动部件由阻挡位置运动至脱扣位置，解除对第一运动部件的机械保持，使第一运动部件返回至分断位置、动触头与静触头分离。

41、进一步，位置检测模块包括电容值检测模块、第一金属体和第二金属体；第一金属体固定设置，并与电容值检测模块电连接；第二金属体与第一运动部件相连接，随第一运动部件同步运动；第一金属体与第二金属体相对设置，二者之间行成检测电容，第一运动部件的位置变化引起检测电容的电容值变化；电容值检测模块检测电容值并输出至微处理器，使微处理器据此获得第一运动部件所处的位置。

42、本发明相比现有技术具有以下有益效果：

43、首要效果是零功耗机械保持与强抗振动性能的结合。触点闭合后，第一运动部件与第二运动部件行成相互咬合的互锁状态，保持力由机械结构的几何配合提供，不依赖电磁吸力或永磁吸力，保持阶段无需通电，静态功耗为零，彻底消除线圈长期通电带来的能耗与发热问题，不仅是触点闭合状态的机械保持，本发明还提触点供断开状态的机械保持，是双向的非弹力机械保持，互锁机构的锁定关系由结构几何决定，不受振动方向和强度影响；这种自保持结构相比当前磁保持与机械保持技术有显著技术效果，该项技术应用于普通继电器中以替代当前普遍使用的磁保持继电器，于电表等大量配套磁保持继电器的领域有很好发展前景。

44、进一步的技术效果在于，本发明将机械保持与高压密封灭弧集成，第一运动部件经金属弹性部件穿入气密灭弧腔体驱动动触头，金属弹性部件同时承担动密封与运动传动两项功能，使机械互锁机构（位于气密灭弧腔体外部常压环境）与灭弧室之间实现运动传递和气密隔离。机械锁定机构不受灭弧室内高温、高压、绝缘条件约束，可采用足够强度的推杆、阻挡臂和平板槽孔配合结构，保证锁定可靠性。现有技术中波纹管密封灭弧室仅与电保持或磁保持配合，本发明首次将其与机械保持互锁机构结合，使机械保持方案获得进入高压密封灭弧环境的能力。

45、另外，本发明实现断电自复位与失电安全。外部供电断电时实现断电自动复位，满足nb/t 33001-2018关于充电机在急停、保护接地线断开等情形下100ms内断开直流输出的要求。再及，本发明还实现粘连检测，相比机械运动的开关，本发明采用电容式检测保证长期使用的可靠性。

46、需要特别说明的是，本发明提供的三项特征并非独立功能的简单叠加：机械保持互锁机构提供了零功耗和抗振的保持基础，但在金属弹性部件密封传动件的配合下才能更好适用于高压密封灭弧环境，在储能电容和位置检测控制电路的配合下可以满足断电自复位的安全要求，使用范围更广，三者相互促进技术效果，缺一特别是缺少金属弹性部件密封则本发明技术于高压直流继电器领域应用效果降低。

47、以下结合附图，以高压直流继电器为例，对本发明的机械保持与抗振机构、包含该机构的继电器或接触器、以及节能安全继电器或接触器进行说明。