CN102870180A - 双稳态高功率小型继电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双稳态高功率小型继电器，其包括绝缘材料外壳，所述外壳具有第一外壳室（1b），其中布置具有两个电流棒（8a，8b）和一个触点弹簧（13）的单相触点组件/模块（4），所述触点弹簧（13）的一个引线末端被/固定地永久地连接至一个所述电流棒（8a），而另一自由引线末端承载至少一个移动触点（20），其用作位于所述第二电流棒（8b）上的至少一个固定触点（21），其中在第二外壳室（1a）中设置布置具有可枢轴旋转的电枢（11）的双稳态磁性致动器组件（3），所述电枢通过设置在外壳中的输出装置（6，23）反映触点弹簧（13）以便通过所述电流棒（8a，8b）闭合或断开电路。根据本发明，所述触点组件/模块（4）和所述致动器组件/模块（3）位于所述绝缘材料外壳中的一个或两个平面中，所述触点组件（4）包括多层触点弹簧（13），其U形弯曲形成电动力电流回路，而且所述致动器组件（3）包括单件/单片的U形轭（14），其每个轭腿和轭中心腿（16）都具有至少一个激励线圈（17），其由扁平永磁体（15）支持，并且在其上安装稍微V形状的摇杆电枢（11）。

Description

双稳态高功率小型继电器

技术领域

本发明涉及双稳态高功率小型继电器，其包括由绝缘材料制成的外壳，外壳具有第一外壳室，其中具有两个电流棒和一个触点弹簧的单相触点组件被设置成，触点弹簧的一个引线末端（leg end）被永久地/固定地连接至电流棒中的一个，而另一自由引线末端承载至少一个移动触点，其用作位于第二电流棒上的至少一个固定触点，其中在第二外壳室中设置具有可枢轴旋转的电枢的双稳态磁性致动器组件，通过位于外壳中的驱动装置移动触点弹簧，从而通过电流棒闭合或断开电路。

背景技术

例如，由DE10 2007 011 328 A1已知这种普通小型继电器。在该继电器中，将致动器组件设置在用于触点组件的外壳室上的外壳室内，而两个外壳室具有不同的尺寸。因此，需要拉长的触点弹簧。致动器具有所谓的H电枢，其包括两个并联的软铁电枢板，其间磁性夹紧永磁体，以便一极指向一个电枢，而另一极指向另一电枢。H电枢由致动器的外壳室中的枢轴螺栓支持，其取决于具有可变极性的螺线管线圈的激励脉冲而在指向磁路的交互的两个轭构件的两段之间枢轴旋转。螺栓轴承导致摩擦。H电枢具有径向突出臂，其达到被全部拉长的触点弹簧之下，因而移动触点弹簧。

发明内容

本发明基于该问题，从而开发一种具有在100A或更大范围内的转换功率的双稳态电小型继电器，其易于制造，易适于使用和消耗仅少量转换能量的指定条件。

通过权利要求1的特征解决了该问题。通过附加权利要求给出有利的进一步开发和实施例。

由于其模块结构，所以根据本发明的继电器可以被配置地非常可变，从而满足非常不同的安装要求。简单和容易地自动操作的构件，以及适当分为致动器组件和触点组件降低了生产成本。其他优点为高功率的小安装空间，以及使用相同的组件时的最小化安装高度或安装宽度的选项。该继电器使得能够有高转换频率，并且通过低触点振动、非常低的触点电阻、小内部功率消耗、小转换能量、长寿命以及短路情况下的快速触点断开而区别其自身。

附图说明

一旦阅读下文实施例的例子的详细说明，就将明白本发明。在附图中：

图1示出移除绝缘材料外壳的双稳态继电器；

图2示出被拆为组件的图1的继电器；

图3示出致动器组件的分解图；

图4示出处于装配条件的图3的致动器组件；

图5示出触点组件的构件的分解图；

图6示出处于装配条件的图5的组件；

图7示出移除外壳帽件的继电器版本；

图8示出移除外壳帽件的继电器第二版本；

图9示出移除外壳帽件的继电器第三版本；以及

图10示意性示出根据本发明的继电器的设计版本。

具体实施方式

图1示出根据本发明的移除绝缘材料外壳的双稳态继电器的第一实施例。绝缘材料外壳包括正方形外壳底部部分1和正方形外壳帽件2，其彼此之间封入致动器组件3和邻近致动器组件3定位的触点组件4。隔板5将外壳底部部分1分为两个大致同尺寸的外壳室1a、1b。一个外壳室1a通过和在绝缘材料外壳中未示出的用于该目的的内部外壳轮廓/边界线形成封闭体而容纳致动器组件3，另一室1b通过和该轮廓/边界线形成封闭体而容纳触点组件4。致动器组件3通过达到室1a、1b上的驱动装置而致动触点组件4。通过闭合绝缘材料外壳，仅引出三个接线插脚7用于控制致动器以及用于转换用电设备电流的两个电流棒8a、8b，能够取决于继电器的用途配置其末端。例如，继电器可以是智能电子电能表的构件。

图2示出继电器的相同布置，绝缘材料外壳还是被移除，为了细节的更佳可见度，示出致动器组件3、触点组件4和驱动装置彼此分离。在所示的继电器版本中，驱动装置被布置/确立为被支持在绝缘材料外壳中的可旋转双臂摇杆元件6。孔9被提供在外壳底部部分1中的外壳室1a、1b的隔板5的水平中心，从而支持摇杆元件6。通过使用夹具臂6a，摇杆元件6夹起致动器组件3的摇杆电枢11的力施加部件10，通过使用另一个夹具臂6b，夹起触点组件4的触点弹簧13的力施加部件12。两个夹具臂6a、6b长度相等，所以有相同的受力比（force-warratio）。但是也可能有其他杠杆比率。

在图3中，详细示出致动器组件3的分解图。U形轭14是这样一个零件，其两个轭腿都从软铁板标记/铭刻（stamped）并且弯曲。在轭14的中心部分布置扁平永磁体15，其承载软铁中心腿16。所以形成E形磁芯。在外部轭腿上，存在由绝缘主体18支持的单独可控激励线圈17。激励线圈17的绝缘主体18被一个或几个片铰链19连接，因此能够将其在一个运行中缠绕，同时带出内部线末端。内部线末端被焊接至三个接线插脚7中的一个，外部线末端被单独焊接至另两个接线插脚7。在中心腿16上刀刃安装稍微V形摇杆电枢11。该电枢支持摩擦力很小，因此仅需要少量控制功率。非常扁平的永磁体15的磁力足以支持全部四个磁构件14、15、16和11，而不需要除了绝缘主体18的摇杆电枢11的横向引导器之外的任何其他紧固装置。在摇杆电枢11的一翼上，安装或形成双臂摇杆元件6的夹具臂6a的力施加部件10。取决于摇杆电枢11的转换位置，继电器通过两个电流棒8a、8b闭合或断开负载电路。

在图4中，再次示出处于装配条件的致动器组件3，对所有其他附图中的相同功能构件使用相同的参考符号。能够看出致动器组件3的特别扁平设计和少量构件。

在优选版本中，通过接线插脚7控制致动器组件3，以便将摇杆电枢11从一个转换位置转换为其他通过在摇杆电枢11上关闭的并联磁路的永磁保持通量（holding flux），其整流/转换（commutate）电磁控制通量，电磁控制通量由在与进入承载未激励的激励线圈1 7的其他并联磁路的永磁保持通量的相反的方向的该磁路的激励线圈17产生。为了转换，始终驱动处于具有摇杆电枢11的被吸引电枢翼的磁路中的激励线圈17。这降低了驱动功率。

图5示出触点组件版本的分解图。示出以U形弯曲的触点弹簧13的三个板。不同长度的三个板仅在其末端彼此机械和电连接。较短U腿通过其末端附接至一个电流棒8a，较长的末端承载与另一电流棒8b上的固定触点21交互作用的可移动触点20。通过在上部和下部触点弹簧板的自由端形成，存在用作驱动装置的施加点/作用点的切出柔性舌形式的力施加部件12。未详细示出的电流棒8a、8b的形状元件啮合外壳底部部分1的外壳室1b中的相应形状元件，从而构成形成封闭体。另外，电流棒8a、8b的两端被配置成能够连接导体。

在图6中，再次示出处于装配条件的触点组件4。虽然设计长度短以及所要求的电流载流能力高，但是触点弹簧13的U形状允许实现对致动器良好调试的受力特性。该需求由触点弹簧13的多层结构支持，同时其有利于热清除、制造公差的长度补偿、板的热膨胀的长度补偿以及接触弹簧13的弹性，只要在U弯曲区域中，单板以自对准方式散开（fan out）。也能够提供单板具有不同的弹簧和传导特性。由于触点弹簧13的U形状，电流以相反方向流经U腿的彼此平行的触点弹簧段，以便在短路电流的情况下，通过作用在触点弹簧13上的电动力而有利地断开低继电器处的触点20、21。

图7示出继电器的另一版本。除了装上外壳帽件2之外，继电器已被装配。基本结构对应于图1的基础版本。但是通过图1、2、5和6应明白，触点组件4的版本由在触点弹簧13上具有两个触点20以及在电流棒8b上具有两个固定触点21代表。如果每个转换极都有两个触点，触点20、21之间的过渡电阻则被减半，这对加热、内部功率消耗和触点系统的服务寿命有积极效果。多层触点弹簧13被在其触点承载端切槽，以便两个可移动触点20每个都在其自身柔性移动，能够补偿对固定触点20的任何制造公差。此外，振动倾向（chatter liability）、因此触点燃耗减小。与图1中的尺寸相比，两个外壳室1a、1b的尺寸未改变。在隔板5的水平的可旋转轴承9中，支持作为驱动装置的双臂摇杆元件6。

在图8中示出另一继电器版本。该版本具有弯曲U形的长延长三板触点弹簧13，其被沿较长长度纵向切槽，从而形成两个弹簧臂。板再次在两端彼此相连。触点弹簧13的较短U腿在其一端被安装至电流棒8a，触点弹簧13的较长U腿在其弹簧臂的每一端都承载可移动触点20。可移动触点20与被附接至第二电流棒8b的固定触点21交互作用。与上述触点组件相比，触点20、21处于另一转换侧，其远离U弯曲。因为该原因，承载固定触点21的电流棒8b在用于触点组件4的外壳室1b中偏移。在所示的触点20、21的闭合位置中，电流通过第一电流棒8a、触点弹簧13的较短U腿、触点弹簧13的U弯曲区域、触点弹簧13的较长U腿、触点20、21至第二电流棒8b。虽然触点弹簧13的设计长度短并且所要求的电流载流能力高，但是触点弹簧13的U形状允许实现对致动器良好调试的受力特性。该需求由触点弹簧13的多层结构支持，其中其有利于热清除以及接触弹簧13的弹性，以便由于其不同长度在U弯曲区域中触点弹簧13的单板散开。本文中，也能够单板也可以具有不同弹性和传导特性。由于触点弹簧13的U形状，电流以相反方向流经U腿的彼此平行的触点弹簧段。在触点20、21的闭合位置，当高电流流动时，除了接触力，还通过作用在触点弹簧13上的发生的电动力而将触点20、21有利地压到彼此之上。双臂摇杆元件6再次用于通过致动器组件3操作触点弹簧13。

在图1、2、7和8中描述这样的继电器版本，其中致动器组件3和触点组件4被布置在绝缘材料外壳中的一个平面中，也就是在外壳底部部分1的外壳室1a、1b中并排布置，而图9示出另一继电器版本，其中致动器组件3被设置在绝缘材料外壳1中的触点组件4之上。与上述组件相比，组件3、4自身基本具有相同的结构和相同的尺寸。但是在该例子中，电流棒8a、8b被以直角导出绝缘材料外壳。同样地，外壳室22a、22b也具有相同尺寸。现在绝缘材料外壳22横截面不再是正方形，而是矩形，未详细示出的外壳帽件是L形状。绝缘材料外壳的高是具有正方形横截面的绝缘材料外壳的两倍，因此宽为其一半。触点组件4被插入下部外壳室22b。致动器组件3被插入上部外壳室22a。驱动装置包括滑片23，其在窄侧由外壳底部部分22b的轮廓引导。滑片23在两侧上具有夹具臂23a、23b，其夹起致动器组件3的摇杆电枢11的第一力施加部件10，以及触点4的触点弹簧13的第二力施加部件12。进一步具体特征在于，每个激励线圈17都引向一对接线插脚7。

图10（a）至10（e）所示的组件仅示意性示出继电器结构的一些版本，其中在图10（a）至10（d）中，每种情况下，都在绝缘材料外壳中的一个平面中并排设置致动器组件3的外壳室1a以及触点组件4的外壳室1b，但是对图10（e），其处于彼此之上的两个平面中。在该例子中，所有版本的电流棒8a、8b都被彼此平行地引出。由于紧凑设计，优选图10（a）和10（e）的继电器布置。然而，如果安装条件不允许另一选项，能够易于使用图10（b）至10（d）的继电器版本。取决于单独版本的需要，摇杆、滑片、杠杆、销等可以被用作驱动装置，并且电流棒8a、8b可以是扁平的，边缘凸起，彼此平行或成一定角度。对于具体应用情况，继电器可以被制成具有一个致动器组件以及不止一个触点组件。例如，按照图10（e），可以配置具有位于彼此之上的两个触点组件的继电器，或者按照图10（a），可以配置具有位于致动器组件两侧上的触点组件的继电器。例如，致动器组件可以致动接触（make）接触组件和断开接触组件。同样地，可以配置转换触点组件，即在触点弹簧的两侧上，存在每个都与固定触点交互作用的可移动触点。在该情况下，三个电流棒导出绝缘材料外壳。

名称表

1  正方形外壳底部部分

1a 致动器组件的外壳室

1b 触点组件的外壳室

2  正方形外壳帽件

3  致动器组件

4  触点组件

5   隔板

6   作为驱动装置的双臂摇杆元件

6a  夹具臂

6b  夹具臂

7   接线插脚

8a  电流棒

8b  具有固定触点的电流棒

9   外壳底部部分中的可旋转轴承

10  摇杆电枢处的力施加部件

11  摇杆电枢

12  触点弹簧处的力施加部件

13  触点弹簧

14  U形软铁轭

15  永磁体

16  中心腿

17  激励线圈

18  绝缘主体

19  片铰链

20  可移动触点

21  固定触点

22  矩形外壳底部部分

22a 致动器组件的上部外壳室

22b 触点组件的下部外壳室

23  作为驱动装置的滑片

23a 滑片处的上部夹具臂

23b 滑片处的下部夹具臂

Claims (10)

1.一种双稳态高功率小型继电器，其包括由绝缘材料制成的外壳，所述外壳具有第一外壳室，其中布置包括两个电流棒和一个触点弹簧的单相触点组件，所述触点弹簧的一个引线末端被永久地连接至一个所述电流棒，而另一自由引线末端承载至少一个移动触点，其用作位于所述第二电流棒上的至少一个固定触点，其中在第二外壳室中设置具有可枢轴旋转的电枢的双稳态磁性致动器组件，以便通过位于所述外壳中的驱动装置移动所述触点弹簧以便通过所述电流棒闭合或断开电路，其特征在于，所述触点组件（4）和所述致动器组件（3）位于所述绝缘材料外壳中的一个或两个平面中，所述触点组件（4）具有多层触点弹簧（13），其U形弯曲形成使用电动力的电流回路，并且所述致动器组件（3）具有单件的U形轭（14），其每个轭腿和轭中心腿（16）都具有至少一个激励线圈（17），其由扁平永磁体承载，支持形成稍微V形状的摇杆电枢（11）。

2.根据权利要求1所述的双稳态小型继电器，其特征在于，在所述触点组件（4）和所述致动器组件（3）的所述绝缘材料外壳中提供的所述两个外壳室（1a、1b；22a、22b）在长度、宽度和高度上具有相同基础尺寸。

3.根据权利要求1或2所述的双稳态小型继电器，其特征在于，所述致动器组件（3）的所述外壳室（22a）被设置在所述绝缘材料外壳中的所述触点组件（4）的所述外壳室（22b）之上的平面中，并且所述驱动装置被建立为滑片（23），其由所述致动器组件（3）的摇杆电枢（11）致动，并且被在所述绝缘材料外壳内通过两个外壳室（22a、22b）平移引导，所述驱动装置移动所述触点弹簧（13）的所述自由端。

4.根据权利要求1或2所述的双稳态小型继电器，其特征在于，所述致动器组件（3）的所述外壳室（1a）被设置成在所述绝缘材料外壳中横向邻近所述触点组件（4）的所述外壳室（1b），并且所述驱动装置被建立为双臂摇杆元件（6），其由摇杆电枢（11）致动，并且被支持在所述绝缘材料外壳中，所述摇杆元件（6）移动所述触点弹簧（13）的所述自由端。

5.根据权利要求1所述的双稳态小型继电器，其特征在于，所述多层触点弹簧（13）在其自由长度的至少一部分上被纵向切槽，从而形成两个弹簧臂，并且每个弹簧臂都在所述末端承载用于相应固定触点（21）的可移动触点片（20）。

6.根据权利要求1或5所述的双稳态小型继电器，其特征在于，所述触点弹簧板在其U弯曲区域中散开。

7.根据权利要求1、5或6所述的双稳态小型继电器，其特征在于，与更高电流载流能力的至少一种其他触点弹簧板相比，至少一个触点弹簧板具有更高的弹性属性。

8.根据上述权利要求任一项所述的双稳态小型继电器，其特征在于，所述至少一个可移动触点（20）位于所述触点弹簧（13）的所述触点弹簧末端的内侧或外侧上，并且所述电流棒（8b）被以其至少一个相应固定触点（21）支持，所述相应固定触点（21）相应地分配在所述触点组件（4）的外壳室（1b，22b）中。

9.根据权利要求1所述的双稳态小型继电器，其特征在于，施加直流电压脉冲以转换在所述摇杆电枢（11）上关闭的磁支路中的所述激励线圈（17），以便在该磁支路中可产生与所述永磁通量相反的电磁位移通量。

10.根据权利要求1所述的双稳态小型继电器，其特征在于，除了位于所述致动器组件（3）的两个轭腿上的所述激励线圈（17），另一激励线圈位于所述轭腿上，所述摇杆电枢必须向其该侧施加更高的转换力。

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