CN101878511B - 气封继电器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气封继电器(10)，其中具有两个电路。

Description

气封继电器

技术领域

本发明总体上涉及继电器。更具体地，本发明涉及一种气封继电器。

背景技术

气封电磁继电器用于开关高电流和/或高电压，并且一般具有固定触头和活动触头以及支撑在气封室内的促动机构。为了抑制形成电弧以及为了提供长的使用寿命，空气通过传统的高真空设备和技术被从密封腔室去除。在一种类型的继电器中，腔室然后被密封以使得固定触头和活动触头处于高真空环境中。在另一普通的类型中，真空腔室用具有良好电弧抑制属性的绝缘气体(例如，六氟化硫、氮气或者气体混合物)回填(并通常加压)。这些气体提供除了防止触头氧化之外的绝缘和电弧抑制属性。

发明内容

对于本公开的目的，气封是指足够强且不可渗透的密封以维持长期的10^-5托(760托＝一个大气压)或者更少的高真空以及至少1.5个大气压的压力。

提供一种继电器，包括气封壳体、第一电路、第二电路和促动器。第一电路包括第一和第二固定触头和第一活动触头。第一活动触头以及第一和第二固定触头的至少一部分密封在壳体内。第二电路包括第三和第四固定触头以及第二活动触头。第二活动触头以及第三和第四固定触头的至少一部分密封在壳体内。第二电路与第一电路电隔离。促动器密封在壳体内。促动器具有第一位置，其中活动触头与第一和第二固定触头电隔离，并且第二活动触头与第三和第四固定触头电隔离。促动器具有第二位置，其中第一活动触头电耦合到第一和第二固定触头，并且第二活动触头电耦合到第三和第四固定触头。

附图说明

现将通过例子参照附图描述本发明，其中：

图1是气封继电器的透视图；

图2是图1的继电器的分解视图；

图3是图1的继电器的包封件的透视图；

图4是图1的继电器的触头承载器的透视图；

图5是图1的继电器的活动触头的透视图；

图6是图1的继电器的固定触头的透视图；

图7是图1的继电器的轴的透视图；

图8是图1的继电器的顶板的透视图；以及

图9是图1的继电器的剖视图。

具体实施方式

气封继电器10示出在图1中。继电器10在此描述为双拉单掷常开继电器，但是，应当理解，可以利用在此描述的构思想到的其它方向。继电器10包括壳体12、外芯14和电组件16。壳体12由环氧树脂塑料或者其它适当的材料构成。外芯14包括顶芯46和底芯48，它们都由钢制成。

如图2所示，电组件16包括螺线管20和触头壳体组件22。触头壳体组件22包括导引件24、包封件26、触头承载器28、磁体30、动触头32、静触头34和偏压弹簧36。螺线管20是双线圈螺线管。螺线管20包括促动线圈和保持线圈，它们通过多个引线38、39、40促动。螺线管20还包括柱塞42、轴44和轴承45，它们尺寸适合接收在螺线管20的中心孔21内。线圈分别通过顶芯46和底芯48邻接在上面和下面。顶芯46包括中心开口51，中心开口51尺寸和形状适合允许轴44在其中自由地移动，并且顶芯46包括引线凹口59，引线凹口59尺寸适合允许多个引线38、多个引线39和多个引线40从其中通过。

触头壳体组件22的导引部24基本上为圆形并由FR5025％玻璃充填或者其它非传导材料构成。导引部24具有稍微小于顶芯和底芯46、48的直径的外径。类似于顶芯46，导引部24包括中心开口50，中心开口50尺寸和形状适合以允许轴44在其中移动，并且导引部24包括引线凹口27，引线凹口27尺寸适合以允许多个引线38、39、40在其中通过。导引部24还包括凹陷25，凹陷25定位为接收包封件26的下边缘在其中，如图3所示。包封件26是由

FR5025％玻璃充填构成，但是也可以由其它非传导材料构成。包封件26包括两个连接孔穴52、两个磁体槽54、中心承载器对齐孔穴56、周边承载器对齐58、引线孔29、固定触头孔穴60和多个辅助开关孔穴62。连接孔穴52在其中接收触头承载器28。磁体槽54尺寸和形状适合在其中接收磁体30。中心承载器对齐孔穴56和周边承载器对齐孔穴58与连接孔穴52相邻并用以在连接孔穴52内对齐触头承载器28。固定触头孔穴60部分地接收静触头34在其中。辅助开关孔穴62任选地根据继电器10的特定使用而罩住辅助开关34。

如图4所示，触头承载器28包括轴开口64，轴开口64尺寸和形状适合以接收轴44在其中。触头承载器28还包括中心对齐部分66，中心对齐部分66尺寸和形状适合以接收在中心载体对齐孔穴56内。触头承载器28还包括触头保持部分68和周边对齐和促动凸片70。如图5所示动触头32的尺寸适合于被接收在触头承载器28的触头保持部分68内。动触头32包括中心开口72以在承载器28内在柱69上对齐触头32。偏压弹簧36偏压动触头32以邻接触头承载器28的保持部分68的内表面。动触头32还包括弹簧座81，弹簧座81每一个尺寸适合于接收并保持偏压弹簧36的末端在其中。

静触头34，如图6所示，由铜或者认可的替代物构成。静触头34包括触头头部74和颈部84，其具有尺寸适合于接收在包封件26的固定触头孔穴60内的直径。固定触头34还包括缆线连接末端76，缆线连接末端76在其中具有缆线连接孔穴80。固定触头34安置为两组的两个触头。一个触头组中的每个固定触头34的触头头部74布置在包封件26的公共连接孔穴52内。相应地，如下讨论的，每个连接孔穴52具有布置在其中的一个触头组的两个触头头部74。

顶盖108包括顶板110和顶部框架112。顶板110为大致圆盘形状的电路板。顶板110包括限定在其中的四个静触头孔114，其尺寸适合以提供用于静触头34的焊接点。顶板110还包括开关引线孔116、螺线管引线孔118和限定在其中的管状间隙孔穴120。开关引线孔116允许用于开关82的引线被焊接在其中。螺线管引线孔118同样地允许螺线管引线38、39、40被焊接在其中。管状间隙孔穴120尺寸适合以允许真空管布置通过其中。

柱塞42是由铁构成，因此对螺线管20的线圈产生的场产生磁响应。柱塞42包括内孔100并具有第一部分和第二部分，该第一部分的外径尺寸适合于可滑动地接收在轴承45的内孔47中，该第二部分的外径大于内孔47。

轴44，如图7所示，是由不锈钢组成，因此不会磁响应。轴44是多个直径的圆柱。轴44包括第一直径的部分86，其尺寸适合以接收在轴开口64内。部分86在其一端包括夹子槽88，其尺寸和形状适合于在其中接收和保持夹子90。部分86过渡到更大直径的部分92，从而产生台肩94。部分92进一步过渡到更小直径的部分96，从而产生台肩98。部分96尺寸适合以接收在柱塞42的内孔100中。部分96还包括尺寸适合于接收夹子104在其中的夹子槽102。

在组装中，动触头32位于触头承载器28的触头保持部分68内的柱69上。弹簧36位于触头保持部分68内以在其中偏压动触头32。垫圈106然后布置在轴44的部分86上以定位在台肩94上。部分86进一步布置在触头承载器28的轴开口64内并从那里延伸。夹子90然后耦合在夹子槽88内以固定轴44到触头承载器28。

磁体30位于包封件26的磁体槽54内。类似地，静触头34位于包封件26的固定触头孔穴60内。或者，包封件26形成在静触头34周围。组装的触头承载器28布置在包封件26的两个连接孔穴52内。这样的布置包括布置中心对齐部分66在中心承载器对齐孔穴56内并布置周边对齐和促动凸片70在周边承载器对齐孔穴58内。开关82耦合到多个辅助开关孔穴62。导引部24然后通过对齐包封件26的下边缘在导引部24的凹陷25内以及通过将轴44穿过导引部24的中心开口50而耦合到包封件26。该耦合同样保持磁体30在磁体槽54内。因此，触头壳体组件22的组装得以完成。

气封继电器10的组装进一步通过螺线管20和触头壳体组件22的组合而完成。螺线管20布置在外芯14内以搁置在底芯48上。轴承45布置在螺线管20的中心孔21内。

轴44布置通过顶芯46的中心开口51，通过柱塞42并经由夹子104耦合到其上。触头壳体组件22然后布置在外芯14内。该布置包括对齐柱塞42和中心孔21以及对齐多个引线38、39、40和引线凹口27和引线凹口59。此外，多个引线38、39、40耦合到/穿过包封件26的引线孔29。一旦螺线管20和触头壳体组件22组装在外芯14内，该组件就布置在壳体12内。

顶板110然后布置在壳体12内。固定触头34、螺线管引线38、39、40和用于开关82的引线被馈送通过它们各自的孔114、118、116。顶部框架112然后布置为以使得外缘122接合壳体12。

一旦组装好，继电器10就布置在被施加真空的真空腔室中。任选地，腔室和继电器10通过另一气体例如六氟化硫回填。环氧树脂130，如图1所示，随后被施加并允许硬化从而气封继电器10并维持那里的真空或者回填气体。示例性的密封工艺和真空腔室描述在2001年7月24日公布的Molyneux等人的名称为“Hermetically sealed electromagnetic relay”的美国专利No.6,265,955中，该文献公开的内容在此被引用作为参考。或者，陶瓷圆盘可以用于替代环氧树脂。这样的陶瓷圆盘可以焊接到外芯14以形成陶瓷与金属的粘接。在又另一替代方案中，在放置环氧树脂130之前，铜管(未示出)布置通过管状间隙孔穴120。一旦环氧树脂130硬化，铜管就用于抽空和回填继电器10的内部。一旦回填，铜管就被密封起来。

在操作中，继电器10通过激励螺线管20的促动线圈而被促动。该激励至少在中心孔21内产生电磁通量。柱塞42，其是磁响应的，对提供的通量起作用并在顶芯46的方向移动。顶芯46限制柱塞42的移动。柱塞42的移动同样地移动连接的轴44。轴44的移动转化为柱塞42到触头承载器28的移动以使得触头承载器28向着顶板110在两个连接孔穴52内移动。触头承载器28的移动包括动触头32和促动凸片70的移动。在激励前，触头承载器28和动触头32处于静止的打开位置。在激励后，触头承载器28和动触头32处于促动位置以使得动触头32物理地和电力地邻接静触头34。促动位置提供在每个触头组中的多个静触头34电连接并且电流被允许在它们之间流动。

在提供的例子中，螺线管20的激励使得触头承载器28移动大于在静止打开位置的静触头34和动触头32之间的距离的长度。这样的移动在此及后称作“超程”。该超程使得动触头32接合静触头34并随后至少部分地压缩偏压弹簧36。在使用过程中，例如起电弧的事件，如在后面更详细地讨论的，以及其它事件可以使得动触头32具有的材料量损耗。动触头32材料的损失会减少超程的量。在大的材料损失的情形下，动触头32有时会不再与静触头34接触，从而在促动位置保持开路。超程提供更大量的材料能够在发生促动位置的这样的开路之前从动触头32损失。

触头承载器28布置到促动位置中还布置促动凸片70到促动位置中。促动位置中的促动凸片70不管是什么开关82都接合并将它们布置在“开(ON)”位置。相应地，气封继电器10的促动可以与布置开关82到“开”位置相协调。这样，通过开关82控制的附件能够通过继电器10控制。

一旦促动气封继电器10并且触头承载器28处于促动位置，促动线圈成为无效并且激励保持线圈。促动线圈是高能量的并产生比保持线圈更大的通量。在一延长的时间段内提供能量到促动线圈产生失效和烧坏增大的可能性。但是，保持线圈适于在激励状态下具有延长的时间段。保持线圈可以提供相对于促动线圈更为不强烈的通量，因为他不需要移动任何东西。保持线圈仅需要保持部件的现有位置从而通过惯性工作，而不是克服惯性。保持线圈还比促动线圈每单位时间吸收更少的能量。相应地，保持线圈的使用提供能量效率。

应当认识到，包封件26的壁与触头承载器28的壁结合形成两个连接孔穴52的两个电分离的腔室。相应地，在促动状态下，提供单一的气封继电器10，其具有和控制在气封是环氧树脂腔室内的两个隔离的电流。

而且，磁体30用作/提供消弧。图9示出气封继电器10的剖视图，气封继电器10包括静触头34和动触头32的触头头部74。磁体30对齐它们的极性并在箭头124方向产生通量。通过分离动触头32和静触头34，当动触头32和静触头34这两个部件彼此仍然相对靠近时，从动触头32到静触头34的电流的起电弧是可能的。这样的起电弧导致电击穿气体，其产生正在进行的等离子放电，缘于电流流动通过通常非导电的介质例如空气或者已经回填在那里的任何物质。起电弧导致非常高的温度，从而几乎能够熔化或者汽化任何东西。

来自磁体30的施加的通量增大了电弧需要前进以跨过动触头32和静触头34的有效距离。施加的通量将电弧“吹”到一侧或另一侧，大致沿着线路126，其取决于流动的电流的极性。而电弧欲在触头之间前进最短可能的距离，也就是直线，施加的通量将行进的路径“吹”为大致抛物线，从而有效地增大了电弧必须行进的距离。引起电弧的条件因此通过施加的通量而减少。回填气体同样被选取为具有抗电弧属性。应当认识到，气封继电器10具有两向消弧126的可能性，基于施加的电流的极性，并且任一方向都同样工作得好以使得任何极性的电流都同样好地被影响。

Claims (8)

1.一种继电器(10)，包括：

气封壳体(12)，

包括第一触头组的第一和第二固定触头(34)和第一活动触头(32)，该第一活动触头以及所述第一和第二固定触头的至少一部分密封在所述壳体(12)内；

包括第二触头组的第三和第四固定触头(34)和第二活动触头(32)，该第二活动触头以及所述第三和第四固定触头的至少一部分密封在所述壳体(12)内；以及

密封在所述壳体(12)内的促动器，

其特征在于，

继电器(10)包括第一电路和第二电路，该第一电路包括所述第一和第二固定触头(34)，该第二电路包括所述第三和第四固定触头(34)，每个所述触头组中的每个固定触头(34)的触头头部(74)布置在所述继电器的包封件(26)的公共连接孔穴(52)中，所述连接空穴(52)包括两个电分离的腔室，由此，所述第二电路与所述第一电路电隔离，所述促动器具有第一位置，其中所述第一活动触头(32)与所述第一和第二固定触头(34)电隔离，并且所述第二活动触头(32)与所述第三和第三固定触头(34)电隔离，并且所述促动器具有第二位置，其中所述第一活动触头(32)电耦合到所述第一和第二固定触头(34)，并且所述第二活动触头(32)电耦合到所述第三和第四固定触头(34)。

2.如权利要求1所述的继电器(10)，其中，所述气封壳体(12)的气封的至少一部分是由环氧树脂到金属的粘接形成。

3.如权利要求1所述的继电器(10)，其中，所述气封壳体(10)的气封的至少一部分是由陶瓷到金属的粘接形成。

4.如权利要求1所述的继电器(10)，进一步包括至少一个永久磁体(30)。

5.如权利要求4所述的继电器(10)，其中，所述至少一个永久磁体(30)提供消弧，所述永久磁体(30)、所述第一和第二活动触头(32)以及四个固定触头(34)定位为以使得不管所述第一和第二电路中的电流极性如何所述消弧都同样有效。

6.如权利要求1所述的继电器(10)，其中，所述第一和第二活动触头(32)位于公共承载器(28)内。

7.如权利要求6所述的继电器(10)，其中，所述公共承载器(28)包括将所述第一电路与第二电路隔离的壁。

8.如权利要求7所述的继电器(10)，其中，所述壁相对于所述固定触头(34)是活动的。

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