專利名稱：鎖定式繼電器開關裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的說來涉及鎖定繼電器開關裝置，特別涉及一種線圈部分與開關部分密封隔離的鎖定式開關裝置。
本技術領域中周知的開關和繼電器有好多種。這些開關和繼電器往往組合在一起構成電磁線圈等。一般說來，繼電器是利用一個電路中電流的變化作為另一個電路的控制因素的器件。舉例說，一個電路中電流的變化可以根據(jù)某一中間繼電器的動作而使另一電路有電流通過。本技術領域中周知的繼電器、開關和/或電磁線圈實在太多了，這里不能一一列舉。這些繼電器歷來應用面極廣，特別是可應用于自動或半自動裝置中，供保護或控制電力設備，或用于通信系統(tǒng)中。適當?shù)睦^電器可以檢測過電流、欠電流、過電壓、欠電壓、過載、逆電流、逆功率、異常頻率、高溫、短路、相位不平衡等。繼電器可以是高度專用的保護繼電器，這種繼電器會檢測不正常情況并(例如)斷開(或接通)與該不正常情況相關的電路。通常，繼電器是用作將電流從電源引到負載電路的裝置。
但現(xiàn)有周知的繼電器式開關制成裝在一個盒中的單元式器件時，存在一些缺點。在許多應用場合下這是個問題，因為各控制電路(即線圈)、各開關電路和銜鐵之間可能會相互作用。此外裝置的轉換部分可能會被線圈部分中使用的元件和材料所污染。因此即使在緊密密封著的裝置中，還會發(fā)生因腐蝕等引起的故障。根據(jù)歷史觀點，與制造線圈通常需用的有機材料有關的放出的氣體或蒸汽產(chǎn)物已導致開關的接點表面形成有機膜，這些有機膜使接觸電阻變大，在某些情況下甚至還引起開路。同樣，從線圈組件剝落的細粒也是個問題。此外現(xiàn)有周知的超小型結構的繼電器通常因銜鐵懸掛系統(tǒng)的摩擦力而停在零位。
這里引用了由F A Dumistra于1989年8月28日申請的題為《非鎖定繼電器式開關裝置》的待審專利申請07/399，013作為對比文件。
本發(fā)明涉及一種鎖定式繼電器開關，其中開關裝置的磁性部分(包括磁鐵、鐵芯和線圈)與開關裝置的開關部分(包括銜鐵和觸點)是分開的。這種配置方式使諸如線圈、絕緣導線之類包含有機化合物的元件與各觸點隔離開來。
通過有選擇地配置各鐵芯、線圈和磁鐵，就可以使繼電器鎖定運行。此外該裝置的開關部分中的銜鐵可以懸掛在一條緊帶(taut band)上或裝在鉸鏈樞軸座上，以防止銜鐵進入中性位置或零位。
在最佳實施例中，整個繼電器式開關系裝在一個緊密密封的外殼中，但為線圈部分與開關部分之間一個抗?jié)B的界面隔板所隔開。
在一最佳實施例中，磁部分中并排配置著一對電磁鐵。這些電磁鐵的鐵芯是共線安置的。一對永久磁鐵毗鄰配置在該電磁鐵旁。永久磁鐵共線地安置，但與電磁鐵成正交關系。永久磁鐵各頂端以及電磁鐵各鐵芯連接有一個共同的磁通橋接條。永久磁鐵的下端連接到下磁通橋接條兩端，電磁鐵鐵芯的下端則與開關裝置的開關部分中可動銜鐵的兩端毗鄰配置。


圖1 是本發(fā)明鎖定繼電器式開關的示意剖視圖。
圖2A是該鎖定繼電器處于某一狀態(tài)下時各基本元件的示意剖視圖。
圖2B是該鎖定繼電器處于另一狀態(tài)下時各基本元件的示意剖視圖。
圖3 是本發(fā)明鎖定繼電器的磁性部分配置方式的等角示意圖。
圖4 是本發(fā)明鎖定繼電器開關(或觸點)部分的部分開裂示意圖。
圖5 是緊帶銜鐵懸掛系統(tǒng)的部分剖視示意圖。
圖5A是圖5所示的懸掛系統(tǒng)的部分剖視圖。
圖6 是擺動臂銜鐵懸掛系統(tǒng)的部分打開示意圖。
圖6A是圖6所示懸掛系統(tǒng)的部分剖視圖。
現(xiàn)在參看圖1，這是本發(fā)明的繼電器式開關裝置10的剖面簡化示意圖。
在該實施例中，顯然繼電器式開關裝置10由兩個分立的不同部分或部件組成。一部分為線圈組件100，另一部分為開關組件200這兩部分由隔板50完全隔開并彼此密封。一般說來，隔板50由304L不銹鋼(與外殼部件105和210、蓋101和聯(lián)箱(header)201相同的非磁性材料)制成。所有的氣體包括用作檢漏氣體的氦氣在內(nèi)。由于線圈組件100系獨立構成密封和進行試漏的，因此任何有機元素及其伴生的氣體產(chǎn)物都密封在其中。這種結構確?？捎靡灾圃炀€圈組件100的任何有機材料不會污染開關組件200的觸頭表面。
在本實施例中，繼電器組件的底座是由聯(lián)箱201組合成的，一般由304L不銹鋼制成。多個插腳202至207通過聯(lián)箱201延伸。各插腳由帶銅芯的合金52制成。各插腳是采用玻璃對金屬的密封件(圖中未示出)裝入聯(lián)箱201中的。該圖中只看到六個插腳。但從其它視圖中可以看到，采用了十(10)個插腳。當然，不言而喻，(在體積極限容許范圍內(nèi))是可以采用任意數(shù)目的插腳的。一般說來，這些插腳有六個是供連接兩個轉換觸點對用的，四個是供連接激勵線圈用的(稍后即將談到)。舉例說，在圖1所示的應用場合插腳202連接常閉觸點，插腳205連接常開觸點。同樣，插腳203和204代表四個中的兩個分別接到線圈116和102的插腳。插腳206和207是共同連接到可動觸點209A和209B(見圖4)的插腳。
開關機構的接線是直接經(jīng)由聯(lián)箱插腳連接的。線圈102和116的接線是從聯(lián)箱插腳通過開關組件空腔200連接到通過界面隔板50的玻璃/金屬穿通線55和57的。線圈102和116的接線分別連接到穿通線57和55的線圈組件側。
更具體地說，線圈組件100是通過將線圈102裝配到磁芯114上、將線圈116裝配到磁芯115上制成的。線圈組件裝在界面隔板50上。線圈102和116由磁導線(例如M型220級磁導線)制成，鐵芯114和115則由例如低碳鐵Carpenter Consumet、Vacumet、電工鐵、或海波可50合金等制成。鐵芯114和115沿組合件直徑軸線彼此排成一直線。鐵芯114和115的下端114a和115a分別通過隔板50延伸。鐵芯114和115的下端114a和115a可以稍微傾斜以便與銜鐵208配合，這稍后即將談到。相反，銜鐵208的端部可以傾斜，以便與鐵芯的下端配合。在界面隔板50為鐵芯114和115端部所穿透的地方，界面隔板50借助于例如激光焊焊接到鐵芯上。
線圈接線，例如接線116a和102a，如上所述是經(jīng)由穿通線55和57進行連接的。這些接線一般是借助于電阻焊將線圈引線焊接到穿通線接線柱上形成的。此外線圈組件100包括至少一個永久磁鐵103。一般說來，線圈102和116的另一端上裝有對應的永久磁鐵128(見圖3)。在一最佳實施例中，永久磁鐵由Alnico(鋁鎳鈷永磁合金)或等效材料制成。為使電磁線圈102和116具有最大的體積，將兩個永久磁鐵103和128(見圖3)偏離繼電器的中心線配置。
永久磁鐵103及其對應件(即磁鐵128)安裝在下部橋接條212的兩端，橋接條212則由與鐵芯114和115有關的橋接條類似的磁性材料制成。因此永久磁鐵103和128沿組合件的直徑軸線共線地排列。永久磁鐵103和128與鐵芯114和115一樣，其中心距在對角線方向上彼此相對。下部橋接條212通常呈蝴蝶結形，且其中間部分212A略呈V字形或凹槽形，如圖1、5和6所示。中間部分212A起支點的作用，這稍后即將談到。下部橋接條212的端部較扁平或成平面，用以支撐永久磁鐵103和128(見圖3)。凹口250是為接納永久磁鐵的下端而設的。下部橋接條212還為永久磁鐵提供了磁通回路。
上部橋接條111大致上呈盤形，實質上是用與下部橋接條212同樣的材料制成的。上部橋接條111安置在磁芯114和115的上端，以及永久磁鐵103和128的端部。橋接條111的下部表面上形成有多個標號為251、252和253的凹口。這些凹口適宜接納永久磁鐵和鐵芯的上端。上部橋接條111將來自兩永久磁鐵上端的磁通引向線圈芯114和115頂部。下部橋接條212則把來自兩個永久磁鐵下端的磁通引向銜鐵208中心。銜鐵208使磁路形成一個回路。
當線圈或鐵芯安裝就位并全面檢查過后，上部外殼105就安置在線圈組件100上方，并用激光焊將其圍繞隔板周邊焊接到界面隔板50上。再次檢查線圈組件的功能操作情況，這時將線圈外殼105充以適當?shù)墓喾獠牧?，例如環(huán)氧樹脂(埃龐828，連同Z固化劑和云母填充料)，實踐證明，這是適用于灌封線圈組件的配方。然后把盤或蓋101放在外殼105的孔上，再用激光焊焊接到其上。接著用任何適當?shù)姆椒z查線圈組件100的密封性能，最好是用氦彈/質譜議法(軍用標準202F，方法5.4.3，步驟Ⅲa)。開關機構的活動部分，即銜鐵208，附裝到公用觸點209A和209B，并支撐著這些公用觸點。銜鐵208一般牢固地但可移動地支撐著公用觸點209A和209B。觸點209A和209B與銜鐵208之間配置有一層絕緣層211，例如Kapton和Pyralux 222?；顒拥拈_關組件(包括銜鐵和觸點)附裝到下部支撐橋接條212上。下部橋接條組件安置在聯(lián)管箱201上方，橋接條212各端(如圖1打開部分所示)則點焊就位到聯(lián)箱201各邊(如圖4中所示)。
開關靜觸點202A和205A焊接到聯(lián)箱201上的插腳202和205。從圖4中可以看到，對應的觸點292A和295A焊接到對應的插腳292和295上。線圈接線插腳203和204分別點焊到穿通線55和57上。如圖4中所示，對應的插腳293和294是為連接到與各線圈有關的穿通線而設的。為方便起見，圖中沒有示出這些穿通線。
觸點209A和209B的端部向下彎成一定的角度，并局部壓在分別在聯(lián)箱201中焊接到插腳202、292、205和295上的固定觸點202A、292A、205A和295A上(也參看圖4)。這些觸點也是鍍金的康希爾995拉制線或純銀導線，其表面經(jīng)過受控的表面拋光和受控的處理，以確保沒有雜質和裂紋。觸點端部彎成一定的角度使觸點可以進行彈性滑刷式接觸(flexing brushing contact)。公共接線是從銜鐵上的觸點209和209B通過卷曲的銅帶206A和207A引到聯(lián)箱的適當插腳206和207的。兩個銅帶206A和207A反向裝配和卷曲，使其在銜鐵上的任何合成扭矩完全抵消。
然后將開關組件蓋子210放到聯(lián)箱201上方，并用激光焊焊接到界面隔板50周邊和外殼105的下周邊。接著把開關組件蓋子210用激光焊焊接到聯(lián)箱201周邊。蓋子210的安置和焊接就位通常是在含合適氣體混合物(例如10%的氦、5%的氧，其余為干燥的氮氣)的小室中進行的。
現(xiàn)在參看圖2A和2B，圖中示出了繼電器式開關10中線圈組件100和轉子組件200的內(nèi)部元件的示意圖。在此實施例中，與其它元件類似的元件標以類似的標號。此外在圖2A和2B所示的實施例中，為方便起見，卸除了外殼和隔板。
本發(fā)明的鎖定斷電器的結構包括具有鐵芯114和115以及相應的線圈102和116的電磁鐵。如圖2A所示，銜鐵208借磁力被吸向鐵芯114，且因鐵芯114與銜鐵208之間的磁吸力而固定就位。線圈不受激勵時，永久磁鐵103和128(圖中只示出了磁鐵103)產(chǎn)生的磁通將銜鐵208固定在應有的位置上。由相反磁性所引起的橫過鐵芯114下極處的極小間隙作用的吸力，其大小的數(shù)量級大于橫過鐵芯115下極處的最大間隙起作用的吸力。因此使繼電器有效地鎖定在圖示的位置。銜鐵208是以中間位置為樞紐進行擺動的，因而當右邊的間隙大致上為零時，左邊的間隙變大。
繼電器的轉換，如圖2B所示，是通過往線圈102(而不是線圈116)上加極性合適的電脈沖進行的。該脈沖在鐵芯114中產(chǎn)生的磁通與永久磁鐵103和128所產(chǎn)生的磁通的極性相反。于是電磁鐵的磁通在鐵芯114的下極處感應出推斥力。在線圈116上沒有電脈沖時，鐵芯115下極處的電磁鐵同時使吸引力增強。若脈沖在線圈102上的持續(xù)時間長得足以使得銜鐵208移過中間位置，則銜鐵順時針轉動并與鐵芯115接合。銜鐵208(在無需再輸入的情況下)繼續(xù)鎖定在該轉換位置上，直到往線圈116上加脈沖時，(這時繼電器的操作相反)為止。
也就是說，往線圈116上加極性合適的電信號時就有一種磁通產(chǎn)生，該磁通促使銜鐵208被推離鐵芯115，并將銜鐵208吸向鐵芯114。
可以看出，當電信號在各繞組中產(chǎn)生的磁通力圖改變永久磁鐵103和128所產(chǎn)生的磁通時，轉接動作就發(fā)生了。除去線圈上的信號時，永久磁鐵所產(chǎn)生的磁通足以使銜鐵保持在如此既定的位置上。
當然，若電信號產(chǎn)生的磁通不改變永久磁鐵所產(chǎn)生的磁通時，銜鐵就不動，因而開關仍然處于鎖定狀態(tài)。這種情況是假定加到線圈102(圖2A)的電信號，其極性能在鐵芯114產(chǎn)生增強了的吸力(而不是斥力)。這里已無需詳述信號/磁通/極性組合變化的其它情況。
現(xiàn)在參看圖4，圖中示出了一種裝有能接通、斷開并連續(xù)載流的雙向雙擲(DPDT)觸點組的開關組件。有一對并聯(lián)觸點209A和209B就能夠采用DPDT觸點配置方式。在一最佳實施例中，截流量取1安，潛在截流量達2安。
開關組件的固定元件支撐在聯(lián)箱201的接線柱上?；顒鱼曡F組件208是由下部支撐橋接條212支撐的，橋接條212則連接到聯(lián)箱201。
在本設計中，下部支撐橋接條212起許多重要的作用。它使線圈組件100可以永久裝在敞開的開關組件上，從而便于裝配和調(diào)節(jié)。它還構成磁路的一部分，將磁通從永久磁鐵和電磁鐵各端引到銜鐵的支點212A上。此外橋接條的中心起銜鐵支點的作用，將機械和磁性設計緊密結合起來。
銜鐵208包括一軟磁性鐵條，例如Corpenter Consumet Vacumet電工鐵，這種材料磁極化的剩磁低，可以減少磁滯現(xiàn)象。銜鐵208支撐著鍍金銀(例如拉制和軋制的康希爾995絲線或純軋制銀)制成的獨立開關觸點209(或DPDT結構的209A和209B)。開關觸點209A和209B安裝在銜鐵208上，并通過在最高工作溫度下不會放出氣體的絕緣層211使其與銜鐵208絕緣。在本實施例中，觸點209A和209B的端部彎成一定的角度，以便與觸點202A、205A、292A和295A形成摩擦接觸。
在一個實施例中，銜鐵208借助于圖5所示的經(jīng)改進的緊帶懸掛件501從下部橋接條212支撐。在該懸掛件中，下部橋接條212中央緊緊包繞有軟磁鐵薄帶501、焊接到銜鐵208上。下部橋接條212的中間部分212A包括起銜鐵208的支點作用的略呈V形的結構。這種懸掛配置方式使操作過程在真正無摩擦情況下進行，而且還消除了銜鐵208在任何情況下處于中性零位上的可能性。
由永久磁鐵108和128以及電磁鐵115和114組成、位于線圈組件100內(nèi)的磁路通過下部橋接條212上的支點212A連接到銜鐵208。一些磁性元件的表面形狀使得磁通面積最大、氣隙最小、漏磁少。
裝配順序是這樣的先把固定觸點202A、213A、205A和214A焊接到各自的聯(lián)箱插腳上，借助于上述緊帶501將銜鐵組件208裝到下部支撐橋接條上，然后將下部橋接條212焊接到聯(lián)箱201上，再把公用狹帶206A和207A焊接到各自的聯(lián)箱插腳上;將該線圈組件成品安裝并焊接到下部支撐橋接條212上，然后將線圈接線柱穿通線203B和204B焊接到聯(lián)箱接線柱203和204上。
現(xiàn)在參看圖6，圖中示出了另一種摩擦力小的銜鐵懸掛系統(tǒng)。這種懸掛系統(tǒng)采用兩個尖尖地突出于下部橋接條612的插腳606。插腳606用激光焊從后面焊入橋接條612中。銜鐵208有一個錐形空腔607。最后對下部橋接條612與銜鐵208之間的間隙進行貫通和調(diào)節(jié)在各組成部件之間放上一薄金屬裝配墊片并將銜鐵208壓到橋接條插腳606上，一直壓到墊片這個底為止。然后除去墊片，于是就在銜鐵208與下部橋接條212之間得到一個經(jīng)調(diào)節(jié)好的小間隙，并使插腳606與錐形空腔之間形成非標準的適配(custon fit)。
工作時，由于有一個磁吸力將銜鐵吸到橋接條，因而使銜鐵固定就位，但在震動非常大和加速度非常高時例外。限制塊608是為防止樞銷606在震動和加速過程中完全脫離錐形空腔而設的。樞銷脫出錐形空腔時，可借助于裝置的磁場使其復位。
到此為止，我們已經(jīng)展示和說明了一種開關繼電器裝置的一種獨特設計及其基本原理。這里所展示和說明的特定結構涉及一種鎖定結構。盡管上述說明是就一具體實施例進行的，不言而喻，本技術的專業(yè)人士是可能對這里所展示和說明的特定實施例提出修改和/或更改方案的。任何這種屬于本發(fā)明范圍的修改和更改也應視為包括在本說明中。應該理解的是這里進行的說明僅僅是舉例而已，并不是對本發(fā)明的限制。相反，這里所述的本發(fā)明范圍僅由本說明書所附權利要求書限定。
權利要求
1.一種開關設備，它包括線圈組合裝置；開關組合裝置；外殼裝置，環(huán)繞所述線圈組合裝置和所述開關組合裝置；和隔板裝置，連接到所述外殼裝置上，并配置在所述線圈組合裝置與所述開關組合裝置之間。
2.如權利要求1所述的開關設備，其特征在于，所述線圈組合裝置包括至少一個裝在可加以磁化的鐵芯上的線圈繞組。
3.如權利要求1所述的開關設備，其特征在于，所述線圈組合裝置包括至少一個永久磁鐵。
4.如權利要求1所述的開關設備，其特征在于，所述線圈組合裝置包括磁通回路裝置。
5.如權利要求4所述的開關設備，其特征在于，所述磁通回路裝置包括一對磁通磁路元件。
6.如權利要求1所述的開關設備，其特征在于，所述隔板裝置不能為氣體所滲透。
7.如權利要求1所述的開關設備，其特征在于，所述開關組合裝置包括一銜鐵裝置，該銜鐵裝置的位置由所述線圈組合裝置有選擇地加以確定。
8.如權利要求7所述的開關設備，其特征在于，它包括裝配裝置，用以裝配所述銜鐵裝置使其毗鄰所述線圈組合裝置。
9.如權利要求8所述的開關設備，其特征在于，所述裝配裝置包括一緊帶懸掛系統(tǒng)。
10.如權利要求8所述的開關設備，其特征在于，所述裝配裝置包括一樞銷懸掛系統(tǒng)。
11.如權利要求7所述的開關設備，其特征在于，所述外殼裝置包括毗鄰所述開關組合裝置的聯(lián)箱裝置。
12.如權利要求11所述的開關設備，其特征在于，所述聯(lián)箱裝置中裝有多個觸點裝置。
13.如權利要求1所述的開關設備，其特征在于，所述外殼裝置連接有支撐橋接裝置。
14.如權利要求1所述的開關設備，其特征在于，所述開關設備包括一鎖定繼電器。
15.如權利要求12所述的開關設備，其特征在于，它包括裝在所述隔板裝置中并將所述聯(lián)箱裝置中的所述觸點裝置連接到所述線圈組合裝置的穿通連接裝置。
16.如權利要求3所述的開關設備，其特征在于，所述永久磁鐵偏離所述線圈組合裝置的中心線。
17.如權利要求7所述的開關設備，其特征在于，所述銜鐵裝置可擺動地安裝在所述開關組合裝置中。
18.如權利要求17所述的開關設備，其特征在于，所述線圈組合裝置包括兩個電磁線圈構架，所述線圈構架各包括一電磁鐵芯;所述電磁鐵芯毗鄰所述可擺動地安裝的銜鐵裝置兩端，以便有選擇地吸引所述銜鐵裝置。
19.如權利要求1所述的開關設備，其特征在于，所述外殼裝置緊密密封到所述隔板裝置上。
全文摘要
一種開關設備，它包括線圈組合裝置；開關組合裝置；圍繞所述線圈組合裝置和所述開關組合裝置的外殼裝置；和連接到所述外殼裝置上，并配置在所述線圈組合裝置與所述開關組合裝置之間的隔板裝置。
文檔編號H01H50/04GK1049936SQ9010749
公開日1991年3月13日 申請日期1990年8月28日 優(yōu)先權日1989年8月28日
發(fā)明者弗雷德里克·阿里·杜伊姆斯特拉 申請人:弗雷德里克·阿里·杜伊姆斯特拉