機(jī)電式可鎖定型繼電器及其使用方法
【專利說明】
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及繼電器。更確切地說，本發(fā)明涉及機(jī)電式可鎖定型繼電器及其使用方法。
[0002]【【背景技術(shù)】】
繼電器是由電信號控制的機(jī)電開關(guān)。一個典型的繼電器由一個電磁鐵和軟鐵彈片組成。彈片上一般連著可移動的電接觸點，彈片本身由彈簧扣住，在通電后，電磁鐵會對軟鐵彈片產(chǎn)生作用力，并使其克服彈簧彈力，從而移動電接觸點去關(guān)閉或打開一個電回路，當(dāng)電磁鐵斷電后，電接觸點彈回到原來位置。繼電器有各種不同類型，有多接觸點型、有密封型、有的內(nèi)部有延遲電路、有的像早年電話通訊使用的多步多接觸點型、還有可鎖定型。
[0003]可鎖定型繼電器是指一類在電磁鐵斷電后，可以保持關(guān)閉和打開狀態(tài)的繼電器。開和關(guān)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換是由送給電磁鐵短暫的電流脈沖而實現(xiàn)的。可鎖定型繼電器一個重要的優(yōu)點是在非開關(guān)狀態(tài)沒有任何功耗(甚至不需要電源)。
[0004]鎖定性繼電器也有多種類型，其中兩種在ENGINEERS’ RELAY HANDBOOK第3— 24頁[1]里有描述。一個永磁鐵提供磁通并通過一個彈片在兩個磁回路之一形成閉合回路。把彈片及其相關(guān)的接觸從一個位置移到另一個位置是通過電磁鐵的電流脈沖實現(xiàn)的。這種繼電器要求電磁鐵線圈圈數(shù)多，從而使得其它新工藝無法或非常困難實現(xiàn)。
顯然，一個簡單并容易生產(chǎn)和使用的繼電器是令人向往的。
[0005]本發(fā)明目的是提供一種新的并改善了的繼電器，而該繼電器可以很容易地被做成鎖定型或非鎖定型。
[0006]【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
以下所述的繼電器起碼部分解決了以前的問題并達(dá)到上述目標(biāo)。這種繼電器由一個螺線管組成，該螺線管含有一個活塞組件和永磁鐵組件。永磁鐵組件包含一個被兩個軟磁體夾著的永磁體并形成兩個磁極?；钊M件包含一個軟磁體并且該軟磁體至少有一端可在上述永磁體兩個磁極中移動。活塞組件至少有兩個穩(wěn)定狀態(tài):其一對應(yīng)于所述活塞軟磁體端部被永磁體一個磁極吸引；其二對應(yīng)于所述活塞軟磁體端部被永磁體另一個磁極吸引。給螺線管通電將使軟磁活塞磁化并在兩個穩(wěn)定狀態(tài)之間活動。添加適當(dāng)觸點和反力彈簧結(jié)構(gòu)可以形成鎖定型或非鎖定型繼電器。
[0007]【【附圖說明】】
本發(fā)明上述及其它的特性及優(yōu)點在以下用例子及附圖作出詳細(xì)說明，其中所用相同的標(biāo)號將指相同的部件。
[0008]圖1A是本發(fā)明繼電器一個實施例在活塞組件處于“下”狀態(tài)的剖視圖。
[0009]圖1B是本發(fā)明繼電器一個實施例在活塞組件處于“上”狀態(tài)的剖視圖。
[0010]圖2是本發(fā)明一個單刀雙擲(STOT)繼電器的實施例剖視圖。
[0011]圖3是本發(fā)明一個繼電器的實施例剖視圖，其中該繼電器的活塞是固定的，而永磁體組件相對于活塞移動。
[0012]圖4A是本發(fā)明繼電器一個實施例在活塞組件處于“下”狀態(tài)的剖視圖。
[0013]圖4B是本發(fā)明繼電器一個實施例在活塞組件處于“上”狀態(tài)的剖視圖。
[0014]【【具體實施方式】】
本說明書所用的某些實施例，只是本發(fā)明的一些例子，而沒有任何意圖從任何方面限制本發(fā)明的范圍。為了簡明起見，一些普通的電子制造及其它系統(tǒng)方面(制系統(tǒng)零部件)的說明未必詳細(xì)。而且，本說明書常用電力及電子方面的例子來描述本發(fā)明，應(yīng)被理解，很多其他制造方法可以被用來制作本繼電器。而本說明書描述的方法，還可以被應(yīng)用到機(jī)械傳動器、光開關(guān)、液態(tài)控制以及其它開關(guān)器件。
[0015]另外這些方法也適合于電系統(tǒng)、光系統(tǒng)、消費電器、工業(yè)電子、無線通訊、宇航、液體控制、醫(yī)療系統(tǒng)及其他應(yīng)用。本說明書所用的空間安排及尺寸說明只是為了示意而已，具體的鎖定繼電器可以有多種空間位置及取向安排，這些繼電器還可以適當(dāng)方式相連并形成陣列。
[0016]圖1A和圖1B顯示了一個示例性實施例中的機(jī)電式繼電器分別在其“下”和“上”兩個穩(wěn)定狀態(tài)。參考圖1A和1B，一個實例機(jī)電式繼電器100適當(dāng)包括螺線管10、可動活塞組件20、永磁體組件30和30B、以及固定導(dǎo)體61和62。
[0017]螺線管10 (電磁鐵)是由多匝導(dǎo)線繞在一個線圈架11上形成的。電磁繼電器100中螺線管10的作用之一是在其通電后提供一個垂直磁場并磁化軟磁性活塞21，導(dǎo)致所述活塞組件20相對永久磁體組件30和30B移動。在螺線管電流方向改變時其磁場方向也隨之改變，從而改變所述活塞組件20的運動方向。這一結(jié)構(gòu)提供了一個外部電子控制機(jī)制使繼電器在不同狀態(tài)間進(jìn)行切換，如下給出詳細(xì)解釋。
[0018]可動活塞組件20包含活塞21、彈片26、緊固件25、推桿41、和一個可動導(dǎo)體40。所述活塞21包括下列軟磁體:主體22、上軟磁盤23和下軟磁盤23B、以及端蓋24。上述軟磁性體通過粘接或螺紋緊固在一起形成一個統(tǒng)一的剛性體。軟磁體活塞21的首選材料包括鐵、鎳鐵或任何其他具有高導(dǎo)磁率的軟磁材料，其特性是很容易被外部磁場磁化。彈片26起著連接所述活塞21和推桿41的作用，而所述推桿連接著移動導(dǎo)體40。彈片26和導(dǎo)體40可以由任何金屬(如鈹銅等)材料制成。導(dǎo)體40表面最好鍍金。推桿41可以由塑料材料制成。彈片26由緊固件25緊固在活塞21上?；钊?1向下移動時將通過彈片26向下推動推桿41，導(dǎo)致導(dǎo)體40連接固定導(dǎo)體61和62，形成一個封閉的導(dǎo)電路徑。在另一方面，當(dāng)活塞21向上移動時，它通過彈片26向上拉推桿41，導(dǎo)致導(dǎo)體40離開固定導(dǎo)體61和62，斷開導(dǎo)電路徑。固定導(dǎo)體61和62可以由任何導(dǎo)電材料(如銅、銅合金等)制成，最好是鍍金的。
[0019]永磁體組件30和30B分別包含永磁鐵32和32B，分別夾在軟磁鐵31和33及31B和33B之間。永磁鐵32和32B可由任何永久性的硬磁材料(如釹鐵硼、釤鈷、鋁鎳鈷，陶瓷磁鐵，CoPtP合金及其他)制成。軟磁鐵可由任何具有高導(dǎo)磁率(從大約100到105以上)軟磁材料制成，其特性是很容易被外部磁場磁化。這些軟磁材料的例子包括鐵、鎳鐵合金、硅鋼、FeCo合金、軟磁鐵氧體等。在本示例性實施例中，永磁體組件30和30B被安排成一個相對于螺線管中心鏡像對稱的配置，使上永磁體32北極向朝上，而下永磁體32B北極朝下(如圖1A和1B中箭頭指示)。在這種配置中，活塞組件20要么呆在“下”位置(圖1A)，其中軟磁盤23被軟磁環(huán)33吸引而和軟磁盤23B被軟磁環(huán)31B吸引；活塞組件20要么呆在“上”位置(圖1B)，其中軟磁盤23被軟磁環(huán)31吸引而軟磁盤23B被軟磁環(huán)33B吸引。當(dāng)螺線管10通電并產(chǎn)生一個向下的磁場時，活塞21下端軟磁盤23B被磁化成北極，同時活塞21上端軟磁盤23被磁化成為南極，從而使軟磁盤23被軟磁環(huán)33排斥并吸引到軟磁環(huán)31，同時使軟磁盤23B被軟磁環(huán)31B排斥并吸引到軟磁環(huán)33B，形成一個合力向上推動活塞組件20。在另一方面，當(dāng)螺線管10通反向電流并產(chǎn)生一個向上的磁場時，活塞21下端軟磁盤23B被磁化成南極，同時活塞21上端軟磁盤23被磁化成為北極，從而使軟磁盤23被軟磁環(huán)31排斥并吸引到軟磁環(huán)33，同時使軟磁盤23B被軟磁環(huán)33B排斥并吸引到軟磁環(huán)31B，形成一個合力向下推動活塞組件20。
[0020]框架結(jié)構(gòu)71、72和73是由剛性材料(如鋁、銅等)制成，并給繼電器100中的各種組件提供支撐?？蚣?1和72同時也形成一個封閉的腔體便于高頻信號傳輸(例如同軸開關(guān))。
[0021]本發(fā)明從廣義方面來說，一個軟磁活塞21具有至少一個端部(軟磁盤23)，所述端部可以在一個永磁鐵組件30的兩個磁極(北極和南極)之間移動。軟磁活塞21可以處于“下”位置，其中軟磁盤23被永磁體組件30中的下端環(huán)33吸引；或處于“上”位置，其中軟磁盤23被上端環(huán)31吸引。給螺線管10通電將產(chǎn)生一個垂直磁場使軟磁活塞21磁化并使活塞組件20在其兩個穩(wěn)定態(tài)(“上”和“下”)之間相對于永磁體組件30移動。添加適當(dāng)觸點