CN100479079C - 带有弹性常开触头的重载继电器 - Google Patents

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Abstract

一种可安全通断40A至1kA电流的重载继电器(1)。该重载继电器包括转换弹簧(3)和常开触头(6)，该转换弹簧可在合闸力(C)的作用下弹性偏转。在接通位置，所述转换弹簧(3)上的接触点(5)压靠在该常开触头上。所述常开触头(6)布置在一个常开弹簧触头(4)上，该常开弹簧触头(4)的弹簧刚度大于转换弹簧(3)的弹簧刚度，并且在所述接通位置被弹性偏转，并且所述转换弹簧(3)和/或常开弹簧触头(4)包括偏转区(18b)，该偏转区至少部分由弱化区(18a)包围。该偏转区(18b)的弹簧刚度相对于包围弱化区的转换弹簧(3)和/或常开弹簧触头(4)的区域减小。

Description

带有弹性常开触头的重载继电器
技术领域
本发明涉及一种重载继电器，通过该继电器可以通断至少40A至大约1kA的电流，该继电器带有利用合闸力弹性偏转的转换弹簧，并且带有至少一个常开触头，该转换弹簧的接触点在接通位置导电地压靠在所述至少一个常开触头上。
背景技术
当不得不产生40A至1kA的非常高的冲击电流时，就要使用这种重载继电器。在现有技术中，在该冲击电流下，使用带钨触头的起动器继电器。为了开合，首先闭合钨触头，从而高电流峰值流过该触头。只有在这之后，AgSnO触头闭合，而在接触点中传导电流。按照这种实施方式，避免了在闭合的继电器中电流只流经导电性能差的钨触头。
在重载继电器中利用电磁装置例如由线圈传导的开合电流产生合闸力。所产生的电磁力吸引一可动衔铁，衔铁的运动被传递给转换弹簧，该转换弹簧在合闸力的作用下从其静止位置被弹性偏转。如果合闸力不再继续，转换弹簧就再次返回静止位置。转换弹簧设置有转换触头，该触头在接触位置被压靠在常开触头上。该常开触头设置在刚性支撑件上并且产生导电连接。压力是由转换弹簧的弹性回复力产生或者由合闸力产生。利用带有钨触头和AgSnO触头的重载继电器，两个转换触头布置在转换弹簧上，由钨和AgSnO制成的相应常开触头与这些触头相关联地位于一个刚性支撑件上。
该结构存在的问题在于，由于材料成本高，钨触头非常昂贵，由于钨硬度高，钨难以机加工。而且需要额外的AgSnO触头。因此，针对通断40A至1kA的高电流的现有技术公知的方案复杂并且昂贵。
发明内容
因此本发明的目的是制成一种重载继电器，该继电器结构简单、能以低成本制造并且以低价格销售。
根据针对上述类型继电器的本发明，能够实现上述目的。在本发明中，将常开触头布置在弹性可偏转常开弹簧触头上，该弹性可偏转常开弹簧触头的弹簧刚度大于转换弹簧的弹簧刚度，该弹性可偏转常开弹簧触头在接通位置被弹性偏转离开其静止位置，并且所述转换弹簧和/或常开弹簧触头包括偏转区，该偏转区至少部分由弱化区包围，并且该偏转区的弹簧刚度相对于转换弹簧和/或常开弹簧触头包围弱化区的区域减小。
该技术方案结构简单，并且具有能以大量开合操作、即一次接一次重复安全通断电流而不会出现损坏或故障的优点。例如在170A利用根据本发明的技术方案实现的开合操作的次数在15000的范围内。利用传统继电器在高冲击电流下不能获得这样的开合过程次数。
EP-B-0691667中公开的继电器带有布置在刚性触头支撑件上的常开触头，该常开触头在接触位置不偏转。经检测验证，EP-B-0691667的继电器在高电流下只能获得非常少次数的开合操作，即，继电器在一定次数的开合过程之后不可修复地损坏，该次数过低而无法实用。
DE-C-19718935中公开了用于通断显著低于40A的电流的另一继电器。利用该继电器，以转换弹簧和常开弹簧触头的形式彼此相同地构建了固定和可动弹簧触头，所述固定和可动弹簧触头在继电器的基座中的一个平面内镜像翻转使用。由于它们的机构相同，因此两个弹簧触头必需具有相同的弹簧刚度，在40A至1kA的冲击电流下该相同的弹簧刚度导致只有少次数的开合操作，实际上这使得不能用于高于40A的冲击电流。
只有通过将常开触头布置在弹簧刚度高于转换弹簧和弱化区的弹性可偏转常开弹簧触头上，才能达到比EP-B-0691667和DE-C-19718935的两种继电器高的开合操作次数，而不需要钨触头或者钨起动器继电器。
偏转区的弹簧刚度由于弱化区的存在相对于其它弹簧触头而减小。因此，在合闸力的作用下偏转区首先被偏转，然后夹紧区中的其余接触区才偏转时，偏转区比其它弹簧触头更容易偏转，并且允许台阶式或渐变式弹簧特性。以这种方式，可以获得渐进的、更灵活的开合过程，大大避免了出现火花。
在优选实施例中，常开弹簧触头的刚性至少对应于转换弹簧的弹簧刚度。尤其是，该弹簧刚度可以至少是转换弹簧的弹簧刚度的1.5倍或者最多为转换弹簧的弹簧刚度的8倍。利用该转换弹簧更灵活的实施例，进行偏转所需要的合闸力更小，因此可制造更小尺寸的继电器。如果转换弹簧与常开弹簧触头的弹簧刚度比值处于上述范围，则常开弹簧触头只被合闸力稍微偏转。在高电流下常开触头的卡嗒声以及随之发生的火花在指定弹簧厚度下可以可靠避免。
利用近似为转换弹簧弹簧刚度3.5至5.5倍的常开弹簧触头刚度，比起上述范围的刚度比，可获得甚至更高的开合操作次数。就此而论，弹簧刚度在确定接触点的偏转时是基础。例如在常开弹簧触头的材料厚度相对于转换弹簧的材料厚度优选为至多6倍，更优选约为转换弹簧材料厚度的2至1.5倍时，可获得不同水平的弹簧刚度。根据本发明，常开弹簧触头的材料厚度在0.2和0.3mm之间，优选地在0.25mm的范围。转换弹簧触头的材料厚度可以近似为0.15mm。
转换弹簧和/或常开弹簧触头可均为片簧形式，远离相应接触点的片簧的一端被保持或者锚定在继电器中，从而当接触点偏转时，弹簧在夹紧端和接触点之间的区域弹性弯曲。尤其是，利用转换弹簧可将合闸力在自由端引入所述弹簧，从而由于用于偏转弹簧和用于将转换触头压到常开触头的更优良的杠杆条件，需要的合闸力更小。例如利用两个杠杆，与接触点平齐作用，并与弹簧的中心轴线间隔相同的距离，使力引入转换弹簧优选地对称发生。
所述合闸力通过电磁线圈由电磁装置产生，该电磁装置在受到激励时利用合闸力吸引衔铁。可利用连接部件将衔铁的运动传递给转换弹簧。
为了能够紧凑地构建该继电器，所述线圈优选地位于衔铁和转换弹簧之间，并且可将可动连接部件平行于线圈芯设置，以便将衔铁的运动传递给转换弹簧。
另一系列优选实施例是关于偏转区的配置，该偏转区至少部分地由弱化区围绕。因此在偏转区中可布置接触点或者接触珠。所述弱化区例如可以材料腐蚀的形式构成，诸如变薄的区域或者狭槽。
优选地，所述弱化区位于将合闸力引入转换弹簧的一个或多个点与接触点之间。
所述弱化区可利用局部材料腐蚀来构建，诸如局部减小壁厚或者延伸通过弹簧的狭槽。
在开合过程中，在转换弹簧和常开弹簧触头偏转时，为了实现接触点的自我清洁作用，可将至少一个接触点构建成基本为球形的接触珠，并且弱化区在转换弹簧和/或常开弹簧触头上非对称布置。接触珠的球形结构导致在开合过程中滚动运动，弱化区非对称布置以及因而转换弹簧和/或常开弹簧触头非对称变形强化了该滚动运动。
在狭槽形式的弱化区中，所述狭槽非对称布置以产生接触珠的滚动运动，例如，其长度的大部分只在接触珠的一个面上。利用该措施，弹簧触头的弹簧刚度非对称分布，从而偏转区域相对于接触珠在接通位置非对称变形。
当弱化区的狭槽延伸直到边缘时可获得尤其灵活的开合过程，因此接触珠的运动自由度提高。在该实施例中，偏转区形成更容易调整的突片。
利用偏转区可以以尤其有益的方式来吸收保持恨快的弹簧的进一步运动。“进一步运动”指的是将一运动引入转换弹簧，该运动会使转换弹簧在常开弹簧触头位置上方移出。所述进一步运动通过转换弹簧和常开弹簧触头变形而被吸收。由于接触点或者接触珠区域中的材料等同腐蚀，因此通过该进一步运动，继电器的寿命延长。
接触珠优选地由AgSnO制成。转换弹簧和常开弹簧触头优选地各具有一接触珠。
附图说明
下面将参照附图在下文描述根据本发明的重载继电器的不同实施例。就此而论，使用相同的附图标记指代相对于结构和/或功能相同的部件或者类似的部件。不同实施例的特征可以以任何所需方式彼此结合。
在附图中：
图1是透视图，示出了根据本发明的重载继电器的第一实施例；
图2是透视图，示出了根据本发明的重载继电器的第二实施例的部件；
图3至10是正视图，示出了用于根据本发明的重载继电器的转换弹簧和/或常开弹簧触头的不同实施例。
具体实施方式
图1示出根据本发明的一重载继电器。在由塑料材料制成的基座2上将转换弹簧3和常开弹簧触头4在它们的一个下边缘区域的区域中保持在紧固点上。这些夹紧区域在下文不进行进一步描述。转换弹簧和常开触头4各形成被夹紧的片簧。在与紧固区域相对的区域处，转换弹簧3和常开触头4设置有例如以铆接接触珠形式的触头5、6。
转换弹簧3和常开弹簧触头4由导电材料制成，例如铜板。就此而论，转换弹簧3的弹簧刚度低于常开弹簧触头4的弹簧刚度。常开弹簧触头4的弹簧刚度至少约为转换弹簧的弹簧刚度的1.5倍，最大约为转换弹簧的弹簧刚度的8倍，优选的是转换弹簧的弹簧刚度的3.5至5.5倍。在图1所示实施例中通过使转换弹簧3的材料厚度小于常开弹簧触头4的材料厚度来实现。常开弹簧触头4的材料厚度为转换弹簧3的材料厚度的近似1.5至6倍。尤其是，常开弹簧触头的材料厚度近似为0.25mm，而转换弹簧的材料厚度近似为0.15mm。
转换弹簧3导电连接到端子触头7，常开弹簧触头4导电连接到端子触头8。端子触头7、8从基座2的基板伸出继电器，并且允许导电体的连接，所述导电体彼此连接或者分离，这取决于大功率接电器的接通位置。转换弹簧3和/或常开弹簧触头4与相关联的端子触头7、8在接线点9处导电接触。由重载继电器1开合的导体(未示出)与接线点7、8连接，在接通位置这些导体彼此导电连接。
转换弹簧3经由优选地杆形可纵向移动部件11刚性连接到可动衔铁12上。在衔铁12和转换弹簧3之间的偏转方向上，在连接部件11下面，在图1中只是示意示出的线圈13平行于该连接部件11延伸。线圈13经由通过开合触头14传导到继电器中的开合电流激励。开合端子14与端子触头7、8一样从基座2的基板伸出。
为了使磁损最小，铁磁芯穿过线圈13并(在衔铁侧)延续成磁轭15。在磁轭15和衔铁12之间形成工作空气隙A，从而衔铁可以通过间隔开该工作空气隙来朝向磁轭倾斜。在衔铁12的下端，在图1中看不见，衔铁12可动地，优选地可旋转地，安装在穿过线圈13的所述铁磁芯的附近。为了使磁损最小，磁轭15以U形形状弯曲并且在线圈13下面平行于该线圈13延伸。形成枢转轴的衔铁12的下端位于磁轭的下端上，因此在磁通损失尽可能小的同时，衔铁起作用。
如果开合电流通过开合端子14传导，该开合电流流过线圈13，产生磁场并因此利用合闸力C将衔铁12吸在磁轭15上。衔铁12在合闸力C的作用下朝向磁轭15倾斜，从而工作空气隙A变得更小。经由在重载继电器1中基本保持平动的连接部件11，衔铁12的运动被传递给转换弹簧3。为了尽可能均匀地加载衔铁并精确引导转换弹簧3的运动，连接部件11的面对转换弹簧3的端部为叉形的，将合闸力C引入转换弹簧3的两个叉端部16、17在转换弹簧3的边缘附近两侧上近似与转换弹簧3的触头5平齐。
利用该叉形结构，将合闸力对称引入转换弹簧3，从而没有扭曲地进行开合运动。连接部件11优选地在重载继电器1中无转动地被引导，从而衔铁12和/或转换弹簧3的可能旋转运动不会导致连接部件11楔入和重载继电器的阻塞。
在连接部件11的运动过程中，在合闸力C的作用下，转换弹簧3的触头5被压而进入接通位置，靠在常开弹簧触头4的对应相对触头6上。在该状态下，端子7和8经由转换弹簧3、触头6和常开弹簧触头4彼此导电连接。在接通位置，转换弹簧3被弹性偏转，因此当冲击电流在开合端子14处停止时，由于转换弹簧3的弹性回复力作用，连接部件11与衔铁12一起从磁轭15被推离，工作空气隙A再次扩大到静止位置。
在连接部件11的运动方向B上工作空气隙A的尺寸WA大于在该方向上两个触头5、6之间的间隔WK，因此在许多开合过程之后出现于触头5、6上的材料腐蚀以及由此导致的触头5、6之间间隔的扩大不能影响重载继电器的功能。利用附加移动(WA-WK)，这种材料腐蚀得到补偿。图1中的重载继电器1适于通断至少40A至1kA的电流。由于常开弹簧触头具有弹性顺从结构，因此当在合闸力C作用下转换弹簧3在常开弹簧触头5的情况下被压时，该常开弹簧触头在接通位置挠曲。因此，甚至对于转换弹簧3很大的附加移动，开合步骤可以轻柔地完成，并且在触点5、6处避免出现卡嗒声和火花。
在转换弹簧3上设置有弱化区18a，利用该弱化区，弹簧刚性在偏转区18b中不对称地减少。下面参照图2描述弱化区18a的结构和功能。在图2中，除了衔铁12和连接部件11，包括线圈13的磁框架、磁轭15附近的芯为清楚起见，都加以省略。只示出了带有转换弹簧3和常开弹簧触头5的基座2。对于省略的元件，图2中的实施例与图1中的实施例没有区别。
在图2中以阴影示出偏转区18b并且该偏转区围绕接触珠5。从图2可见，弱化区18a为狭槽形式，在接触珠侧面非对称延伸到接触珠下面。在位于转换弹簧3内部的狭槽18a的端部，该狭槽包括倒圆的扩宽部19。利用该措施，在频繁开合过程之后，避免了在转换弹簧中出现裂纹。
弱化区18a在触点5和至少一个施力点20之间部分地延伸，合闸力C在该施力点20处被传递到转换弹簧3中。从图2可见，弱化区18a只在触头5一侧上延伸到叉端部16、17。因此，在偏转区内的开合过程中，转换弹簧3进行相对于弹簧触头的平面倾斜的运动。在该倾斜运动过程中，接触珠5、6相互滚过，从而逐渐建立接触并导致自清洁。
转换弹簧3和常开触头4构建成，在接通位置，当转换弹簧3在合闸力C的作用下被压靠在常开触头上时，比起常开触头6的区域中的常开弹簧触头，在偏转区内的转换弹簧在触头5的区域中经受更大的弹性偏转。尤其是，常开弹簧触头比转换弹簧少偏转1/8至1/2，优选地1/5。
而且，图2中的重载继电器1的功能与图1中的实施例相同。
在图3至10中示出了转换弹簧3和/或常开弹簧触头4的不同实施例，它们可用于根据图1或2所示实施例中的一个的根据本发明配置的重载继电器1。图3至6的实施例相对于弹簧触头3的中心线M非对称布置的接触珠。图7至10的实施例设置有相对于中心线M对称布置的接触珠。
虽然图3至10的实施例在原理上可既用于转换弹簧3又用于常开弹簧触头4，但优选地用于转换弹簧3，其原因在于这些实施例由于具有高挠性而需要更小的合闸力C，并且因此使得重载继电器的结构可以更紧凑。在下文对图3至10的实施例的描述中，附图标记用于指代例如转换弹簧3中的组件。
利用相对于图3中的实施例的中线M非对称布置的接触珠5，转换弹簧3在被压靠在常开弹簧触头4上的接通位置处被非对称加载，因此该转换弹簧3扭曲。在图3的实施例中通过布置在接触珠5的两侧并相对于该接触珠对称布置的弱化区18a得以加强。由于接触珠5非对称布置，在接触珠5和弱化区18a的合作中已经实现了非对称，因此弱化区可以围绕接触珠对称布置。
在图3的布置中，接触珠5位于形成突片21的偏转区18b上，该突片21由以狭槽形式部分地围绕两个弱化区18a。以这种方式，接触珠5比转换弹簧3的其余部分更易移动；在偏转区18b中的弹簧刚度低于其他弹簧触头的弹簧刚度。弱化区18a位于用于施加合闸力C的至少一个施力点19与触头顶端5之间。
图4和5示出了图3的修改，只有一个弱化区18a分别位于接触珠一侧上，因此力的直接通量从施力点19中唯一一个施力点至触头5被打断。而且，利用这些措施，通过转换弹簧3获得了力的非常不非对称的通量，这导致转换弹簧3从其平面扭曲并且接触珠滚动。在这些实施例中的偏转区18b形成三角形突片。
在图6的实施例中，弱化区18a没有布置在接触珠5与两个施加合闸力S的施力点19中的一个或者两个之间，而是设置在触头5和紧固点23之间的区域中，弹簧触头3利用该紧固点23保持在基座2中。在该实施例中，由于接触点5可以在狭槽18的区域中自由移动，同时在接触点5在剩余区域中与转换弹簧3的运动相耦合，因此合闸力C的力通量直接被传递给接触珠，但在弱化区上方和施力点19之间的区域可非对称扭曲。
在图7至10中，弱化区18a是相对于接触点5的，如图3至6所示，因此为简化起见，附图标记用于描述图3至6的实施例。由于仅仅通过相对于中心线M非对称布置的弱化区18a不再获得居中布置的接触珠造成的弹性偏转的非对称，因此相对于图4至6的实施例，在图8至10的实施例中滚动作用稍微减少。因此连接部件11和衔铁12的非对称加载得以减小。
在带有围绕接触珠5对称布置的弱化区的图7的实施例中，发生接触珠5的对称偏转，滚动运动受到了很大的限制。该实施例可优选地使用匹配触头，该匹配触头非对称布置和/或包括非对称布置的弱化区。
在图3至10的实施例中，弱化区18a示出为直线狭槽，从邻近接触珠5的转换弹簧3的边缘延伸到转换弹簧3的内部。取代这一直线狭槽可使用弧形狭槽，曲率优选地遵循接触珠的形式，这在图2的实施例的转换弹簧中已经示出。
自然可在图示重载继电器的结构中进行修改。该重载继电器因此可具有非对称构建的连接部件11或者不带叉形端的连接部件11。衔铁12和转换弹簧3也可位于线圈的相同侧上。

Claims (16)

1、一种用于通断至少40A至1kA电流的重载继电器，其包括：
转换弹簧和常开触头，该转换弹簧在合闸力的作用下可弹性偏转；
在接通位置，所述转换弹簧上的接触点被导电地压靠在该常开触头上，所述接通位置弹性偏离一静止位置，所述常开触头布置在一个常开弹簧触头上，该常开弹簧触头的弹簧刚度大于转换弹簧的弹簧刚度；
其中所述转换弹簧和常开弹簧触头的至少其中之一包括偏转区，该偏转区至少部分由弱化区包围，从而使得该偏转区的弹簧刚度相对于包围着弱化区的区域减小，所述弱化区被构建成一对狭槽，每一狭槽在转换弹簧或常开触头的对称线的方向上延伸。
2、如权利要求1所述的重载继电器，其特征在于，所述常开弹簧触头的弹簧刚度至多为转换弹簧的弹簧刚度的8倍。
3、如权利要求2所述的重载继电器，其特征在于，所述常开弹簧触头的弹簧刚度至多为转换弹簧的弹簧刚度的5.5倍。
4、如权利要求1所述的重载继电器，其特征在于，所述常开弹簧触头的弹簧刚度至少对应于转换弹簧的弹簧刚度。
5、如权利要求1-4任一项所述的重载继电器，其特征在于，所述常开弹簧触头的材料厚度至多为转换弹簧的材料厚度的6倍。
6、如权利要求1-4任一项所述的重载继电器，其特征在于，所述常开弹簧触头的材料厚度至少为转换弹簧的材料厚度的1.5倍。
7、如权利要求1-4任一项所述的重载继电器，其特征在于，所述常开弹簧触头的材料厚度在0.25mm的范围内。
8、如权利要求1-4任一项所述的重载继电器，其特征在于，所述转换弹簧的材料厚度在0.15mm的范围内。
9、如权利要求1-4任一项所述的重载继电器，其特征在于，所述转换弹簧和/或常开弹簧触头的至少一个接触点设置有接触珠，球弧形的接触珠的表面突出转换弹簧和/或常开弹簧触头的平面。
10、如权利要求9所述的重载继电器，其特征在于，接触珠相对于转换弹簧和/或常开弹簧触头的对称线非对称布置。
11、如权利要求1所述的重载继电器，其特征在于，所述弱化区相对于转换弹簧和/或常开弹簧触头的对称线非对称布置。
12、如权利要求11所述的重载继电器，其特征在于，所述弱化区位于施加合闸力的施力点与所述接触点之间。
13、如权利要求11至12中任一项所述的重载继电器，其特征在于，所述弱化区位于所述接触点与转换弹簧和/或常开弹簧触头的紧固点之间。
14、如权利要求11至12中任一项所述的重载继电器，其特征在于，所述弱化区遵循所述接触点的轮廓构建。
15、如权利要求9所述的重载继电器，其特征在于，所述接触珠位于偏转区中。
16、如权利要求11至12中任一项所述的重载继电器，其特征在于，所述弱化区位于转换弹簧上。
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