CN105023810A - 一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器 - Google Patents

Abstract

一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器，属于继电器技术领域。为了减小继电器功耗，克服继电器静态保持力不够、抗振性差、触点弹跳严重的问题。它包括轭铁、线圈、铁芯、极面、永磁体和衔铁；轭铁为直角L型结构，衔铁为钝角L型结构，衔铁倒扣在轭铁的顶部，且衔铁以自身L型结构拐角处为支点绕轭铁的L型结构立板顶部转动，永磁体竖直固定在轭铁L型结构的立板与铁芯之间，永磁体与轭铁的L型结构的立板侧面平行且接触，永磁体下端的S极与轭铁的L型结构的底板相接触，轭铁的L型结构的立板上设有非导磁段，且非导磁段的上下边界位置位于永磁体的上下边界范围内，衔铁的L型结构的立板的下边界位于非导磁段的下边界的下方。它应用于自动控制领域。

Description

一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器

技术领域

本发明属于继电器技术领域。

背景技术

电磁继电器在自动控制系统及电子设备中有着广泛的应用，研究继电器的一些性能十分重要。为了使继电器的灵敏度、功耗、重量等性能提升，通常在电磁继电器内部使用永磁体。拍合式继电器在日常生活、民用、铁路中是比较常用的，并且大多是单稳态继电器，而单稳态继电器由于在吸合或释放状态下还要保持线圈通电，所以其功耗较大，且线圈容易发热。

发明内容

本发明是为了减小继电器功耗，克服继电器静态保持力不够、抗振性差、触点弹跳严重的问题，本发明提供了一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器。

一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器，它包括轭铁、线圈、铁芯、极面、永磁体和衔铁，

所述轭铁为直角L型结构，

衔铁为钝角L型结构，衔铁倒扣在轭铁的顶部，且所述衔铁以自身L型结构的拐角处为支点绕轭铁的L型结构的立板顶部转动，铁芯位于衔铁与轭铁之间，且所述铁芯竖直固定在轭铁的L型结构的底板上表面，线圈缠绕在铁芯上组成线圈组，极面固定在铁芯的顶部，所述线圈与极面之间留有空隙，线圈与轭铁的L型结构的底板上表面之间留有空隙，

永磁体竖直固定在轭铁的L型结构的立板与铁芯之间，永磁体为长方体结构，所述长方体结构的上、下端分别为N极和S极；永磁体与轭铁的L型结构的立板侧面平行且接触，永磁体下端的S极与轭铁的L型结构的底板相接触，

轭铁的L型结构的立板上设有非导磁段，且非导磁段的上下边界位置位于永磁体的上下边界范围内，

衔铁的L型结构的立板的下边界位于非导磁段的下边界的下方。

工作原理分析：

本发明所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器含有永磁5，其是电磁系统的关键部分，电磁系统含有一小一大两个工作气隙，释放位置时，小气隙处的磁通必然大于大气隙处的磁通，小气隙处的磁场力大于大气隙处磁场力，此时衔铁6与轭铁1侧面接触，继电器保持释放状态。

当线圈2施加正向脉冲时，继电器内部磁场方向如图6中线路所示，此时电磁吸力开始增大，线圈2所产生的磁场方向与小气隙处永磁的磁场方向相反，并且与大气隙处的永磁磁场方向相同，直到释放位置下衔铁组初始的保持力与反力之差大于0时，衔铁6组开始转动，直至衔铁6与极面4相接触，到达吸合位置，完成吸合过程，如图7所示。

当线圈2断电时，电磁吸力下降，永磁回路同样有一大一小两个气隙回路，如图7中线路所示，小气隙回路在衔铁6顶部产生的吸力要大于大气隙回路在衔铁6侧面产生的吸力，故衔铁6能保持吸合状态。

当线圈2施加反向脉冲时，继电器内部磁场方向如图7所示，此时电磁吸力开始反向增大，线圈2所产生的磁场方向与路径1的磁场方向相反，并且与路径2的磁场方向相同，直到衔铁6侧面的吸力大于衔铁6顶部的吸力，再配合继电器反力的作用，衔铁6组开始转动，直至衔铁6侧面与轭铁1侧面相接触，到达释放位置，完成释放过程，如图6所示。

当线圈2断电时，电磁吸力下降，永磁回路有一大一小两个气隙回路，如图6中永磁大稀奇磁通回路和永磁小气隙磁通回路所示，小气隙的吸力要远大于大气隙的吸力，所以继电器衔铁侧面的吸力要远大于衔铁顶部的吸力，故衔铁能保持释放状态。

为解决功耗大的问题，可以采用双稳态继电器中的磁保持继电器在吸合或释放状态下通过永磁吸力使衔铁保持在稳定状态，线圈此时不需要通电，所以它的功耗小，线圈也不会发热。

本发明带来的有益效果是，本发明专利采用含永磁磁系统，改进了拍合式继电器静态保持力不够、抗振性差、触点弹跳严重等不足。由于继电器在衔铁改变稳定状态时只是向线圈施加正反向脉冲，当继电器处于稳定状态时线圈内并没有电流，而是通过永磁磁通产生吸力来保持稳定状态，所以继电器功耗小。并且通过永磁体与其对应的工作气隙相互配合，加大了在吸合与释放稳态位置时的保持力，提高了继电器的可靠性，减小了继电器在振动下误动作的可能，同时减小触点弹跳，提高继电器的电寿命。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器的立体结构示意图；

图2是图1的右视图；

图3是图1的俯视图；

图4是线圈2、铁芯3、极面4和轭铁1的位置配合示意图；

图5是永磁体5的结构示意图；

图6是释放位置时磁通回路示意图；

图7是吸合位置时磁通回路示意图；

图8是采用本发明所述的电磁继电器的吸反力配合图；图中，A曲线为正向605安匝吸力曲线，B曲线为吸合电压吸力曲线，C曲线为反力曲线，D曲线为释放电压吸力曲线，E曲线为0安匝吸力曲线，F曲线为反向605安匝吸力曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1至5说明本实施方式，本实施方式所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器，它包括轭铁1、线圈2、铁芯3、极面4、永磁体5和衔铁6，

所述轭铁1为直角L型结构，

衔铁6为钝角L型结构，衔铁6倒扣在轭铁1的顶部，且所述衔铁6以自身L型结构的拐角处为支点绕轭铁1的L型结构的立板顶部转动，铁芯3位于衔铁6与轭铁1之间，且所述铁芯3竖直固定在轭铁1的L型结构的底板上表面，线圈2缠绕在铁芯3上组成线圈组，极面4固定在铁芯3的顶部，所述线圈2与极面4之间留有空隙，线圈2与轭铁1的L型结构的底板上表面之间留有空隙，

永磁体5竖直固定在轭铁1的L型结构的立板与铁芯3之间，永磁体5为长方体结构，所述长方体结构的上、下端分别为N极和S极；永磁体5与轭铁1的L型结构的立板侧面平行且接触，永磁体5下端的S极与轭铁1的L型结构的底板相接触，

轭铁1的L型结构的立板上设有非导磁段7，且非导磁段7的上下边界位置位于永磁体5的上下边界范围内，

衔铁6的L型结构的立板的下边界位于非导磁段7的下边界的下方。

本实施方式中，线圈的上端与极面之间和线圈的下端与轭铁的L型结构的底板之间存在空隙，线圈的上端与极面之间的空隙用于线圈顶部的封装和加一层塑料盖，线圈的下端与轭铁的L型结构的底板之间的空隙用于在轭铁的L型结构的底板上加一层塑料外壳与线圈相隔开。

具体实施方式二：参见图6和图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器的区别在于，所述衔铁6和轭铁1、极面4的运动关系为：

释放位置：衔铁6的L型结构的底板与极面4分离，衔铁6的L型结构的立板与轭铁1的L型结构的立板接触，

吸合位置：衔铁6的L型结构的立板与轭铁1的L型结构的立板分离，衔铁6的L型结构的底板与极面4接触。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器的区别在于，所述继电器存在电磁磁通路径和永磁磁通路径；

在释放位置永磁磁通路径如下：

永磁磁通大气隙路径为：永磁体5的N极→轭铁1的L型结构的立板上的非导磁段7的上部→衔铁6的L型结构的立板→衔铁6的L型结构的底板→极面4→铁芯3→轭铁1的L型结构的底板→永磁体5的S极；

永磁磁通小气隙路径为：永磁体5的N极→轭铁1的L型结构的立板上的非导磁段7的上部→衔铁6的L型结构的立板→轭铁1的L型结构的立板上的非导磁段7的下部→轭铁1的L型结构的底板→永磁体5的S极；

由释放位置变为吸合位置时，线圈2施加正向脉冲，电磁磁通路径如下：

电磁磁通路径为：铁芯3→轭铁1的L型结构的底板→轭铁1的L型结构的立板上的非导磁段7的下部→衔铁6的L型结构的立板→衔铁6的L型结构的底板→极面4→铁芯3；

在吸合位置永磁磁通路径如下：

永磁磁通大气隙路径为：永磁体5的N极→轭铁1的L型结构的立板上的非导磁段7的上部→衔铁6的L型结构的立板尾部→轭铁1的L型结构的立板上的非导磁段7的下部→轭铁1的L型结构的底板→永磁体5的S极；

永磁磁通小气隙路径为：永磁体5的N极→轭铁1的L型结构的立板上的非导磁段7的上部→衔铁6的L型结构的底板→极面4→铁芯3→轭铁1的L型结构的底板→永磁体5的S极；

由吸合位置变为释放位置时，线圈2施加反向脉冲，电磁磁通路径如下：

电磁磁通路径为：铁芯3→极面4→衔铁6的L型结构的底板→衔铁6的L型结构的立板→轭铁1的L型结构的立板上的非导磁段7的下部→轭铁1的L型结构的底板→铁芯3。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器的区别在于，所述永磁体5采用铝镍钴、钐钴或钕铁硼实现。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器的区别在于，所述线圈组与轭铁1底部之间采用氟塑料带绝缘。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器的区别在于，所述的线圈2与轭铁1的L型结构的底板上表面之间留有空隙用于在轭铁1的L型结构的底板上加一层塑料外壳。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器的区别在于，所述线圈2与极面4之间留有空隙用于在线圈2顶部加封一层塑料盖。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器的区别在于，所述非导磁段7采用绝缘材料实现。

由图8可以看出：反力曲线本身为三段式，即在静合触点处的反力、在间隙运动时的反力和在动合触点处的反力三段反力曲线；0安匝下永磁的吸力特性曲线关于横坐标完全对称，即在释放状态永磁产生的吸力要比继电器自身反力要小，而在吸合状态下永磁产生的吸力要比继电器自身反力要大，所以在不通电情况下继电器会保持原来状态；在释放电压下，电磁吸力和永磁吸力总的吸力虽然总是比反力要小，但是二者曲线却已经非常接近，这有利于释放电压的调试；在吸合电压下，电磁吸力和永磁吸力总的吸力虽然总是比反力要大，但是二者曲线同样非常接近，这样可以降低吸合电压下继电器的功耗；而额定电压下，也就是605安匝下吸力的绝对值，处处都要比反力的绝对值大得多，提高抗振性，以保证继电器正常高效的工作。

Claims (8)

1.一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器，其特征在于，它包括轭铁(1)、线圈(2)、铁芯(3)、极面(4)、永磁体(5)和衔铁(6)，

所述轭铁(1)为直角L型结构，

衔铁(6)为钝角L型结构，衔铁(6)倒扣在轭铁(1)的顶部，且所述衔铁(6)以自身L型结构的拐角处为支点绕轭铁(1)的L型结构的立板顶部转动，铁芯(3)位于衔铁(6)与轭铁(1)之间，且所述铁芯(3)竖直固定在轭铁(1)的L型结构的底板上表面，线圈(2)缠绕在铁芯(3)上组成线圈组，极面(4)固定在铁芯(3)的顶部，所述线圈(2)与极面(4)之间留有空隙，线圈(2)与轭铁(1)的L型结构的底板上表面之间留有空隙，

永磁体(5)竖直固定在轭铁(1)的L型结构的立板与铁芯(3)之间，永磁体(5)为长方体结构，所述长方体结构的上、下端分别为N极和S极；永磁体(5)与轭铁(1)的L型结构的立板侧面平行且接触，永磁体(5)下端的S极与轭铁(1)的L型结构的底板相接触，

轭铁(1)的L型结构的立板上设有非导磁段(7)，且非导磁段(7)的上下边界位置位于永磁体(5)的上下边界范围内，

衔铁(6)的L型结构的立板的下边界位于非导磁段(7)的下边界的下方。

2.根据权利要求1所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器，其特征在于，所述衔铁(6)和轭铁(1)、极面(4)的运动关系为：

释放位置：衔铁(6)的L型结构的底板与极面(4)分离，衔铁(6)的L型结构的立板与轭铁(1)的L型结构的立板接触，

吸合位置：衔铁(6)的L型结构的立板与轭铁(1)的L型结构的立板分离，衔铁(6)的L型结构的底板与极面(4)接触。

3.根据权利要求1所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器，其特征在于，所述继电器存在电磁磁通路径和永磁磁通路径；

在释放位置永磁磁通路径如下：

永磁磁通大气隙路径为：永磁体(5)的N极→轭铁(1)的L型结构的立板上的非导磁段(7)的上部→衔铁(6)的L型结构的立板→衔铁(6)的L型结构的底板→极面(4)→铁芯(3)→轭铁(1)的L型结构的底板→永磁体(5)的S极；

永磁磁通小气隙路径为：永磁体(5)的N极→轭铁(1)的L型结构的立板上的非导磁段(7)的上部→衔铁(6)的L型结构的立板→轭铁(1)的L型结构的立板上的非导磁段(7)的下部→轭铁(1)的L型结构的底板→永磁体(5)的S极；

由释放位置变为吸合位置时，线圈(2)施加正向脉冲，电磁磁通路径如下：

电磁磁通路径为：铁芯(3)→轭铁(1)的L型结构的底板→轭铁(1)的L型结构的立板上的非导磁段(7)的下部→衔铁(6)的L型结构的立板→衔铁(6)的L型结构的底板→极面(4)→铁芯(3)；

在吸合位置永磁磁通路径如下：

永磁磁通大气隙路径为：永磁体(5)的N极→轭铁(1)的L型结构的立板上的非导磁段(7)的上部→衔铁(6)的L型结构的立板尾部→轭铁(1)的L型结构的立板上的非导磁段(7)的下部→轭铁(1)的L型结构的底板→永磁体(5)的S极；

永磁磁通小气隙路径为：永磁体(5)的N极→轭铁(1)的L型结构的立板上的非导磁段(7)的上部→衔铁(6)的L型结构的底板→极面(4)→铁芯(3)→轭铁(1)的L型结构的底板→永磁体(5)的S极；

由吸合位置变为释放位置时，线圈(2)施加反向脉冲，电磁磁通路径如下：

电磁磁通路径为：铁芯(3)→极面(4)→衔铁(6)的L型结构的底板→衔铁(6)的L型结构的立板→轭铁(1)的L型结构的立板上的非导磁段(7)的下部→轭铁(1)的L型结构的底板→铁芯(3)。

4.根据权利要求1所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器，其特征在于，所述永磁体(5)采用铝镍钴、钐钴或钕铁硼实现。

5.根据权利要求1所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器，其特征在于，所述线圈组与轭铁(1)底部之间采用氟塑料带绝缘。

6.根据权利要求1所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器，其特征在于，所述的线圈(2)与轭铁(1)的L型结构的底板上表面之间留有空隙用于在轭铁(1)的L型结构的底板上加一层塑料外壳。

7.根据权利要求1所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器，其特征在于，所述线圈(2)与极面(4)之间留有空隙用于在线圈(2)顶部加封一层塑料盖。

8.根据权利要求1所述的一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器，其特征在于，所述非导磁段(7)采用绝缘材料实现。