CN104021992A - 用于防止继电器冻结的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于防止继电器冻结的装置和方法。在至少一种实施方式中，包括继电器的装置被提供。继电器包括线圈、端子和导热材料。线圈响应于电流而产生热。端子包括定位在其上的第一触点。线圈和端子界定在其之间的空腔。导热材料定位在空腔中并与线圈和第一触点热连通以将热从线圈传递到第一触点。

Description

用于防止继电器冻结的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月1日提交的第61/771,383号美国临时申请的权益并要求2014年2月24日提交的第14/187,730号美国申请的优先权，其公开内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本文公开的实施方式通常涉及用于防止继电器冻结的装置和方法。

背景

Penrod的第4,060,847号美国专利（’847专利）提供了用于传递在继电器内产生的热的设备。例如，该’847专利包括电力接触器设备，其具有被包含在电绝缘塑料外壳内的至少一个电力继电器。将电流传送到继电器触点的电气总线还作用为用于移除由外壳内的那些触点和其他电气部件产生的热的设备。在外壳的外部上，总线具有大的表面面积并通过电绝缘但是导热的材料例如氧化铝或铍填充的环氧树脂将热传递到散热器。继电器的芯部与散热器金属对金属地接触。

概述

在至少一种实施方式中，提供了包括继电器的装置。继电器包括线圈、端子和导热材料。线圈响应于电流而产生热。端子包括定位在其上的第一触点。线圈和端子界定在其之间的空腔。导热材料定位在空腔中并与线圈和第一触点热连通以将热从线圈传递到第一触点。

在至少另一种实施方式中，提供了包括继电器的装置。继电器包括线圈、第一端子、第二端子和导热材料。线圈响应于电流而产生热。第一端子包括定位在其上的第一触点，且线圈和第一端子界定在其之间的空腔。第二端子包括定位在其上的第二触点。导热材料定位在空腔中并与第一触点和第二触点中的至少一个和线圈热连通，以将热从线圈传递到第一触点和第二触点中的该至少一个并防止冷凝水在第一触点和第二触点中的该至少一个上冷凝。

在至少另一种实施方式中，提供了方法。该方法包括激活继电器中的线圈以从线圈产生热。该方法还包括用导热材料热传导来自线圈的热。该方法还包括将热从导热材料传递到第一端子和将热从第一端子传递到第一触点。

附图简述

本公开的实施方式在所附权利要求中被详细地指出。然而，通过结合附图参考以下详细描述，各种实施方式的其他特征将变得更加明显且将最好地理解，在附图中：

图1描绘了各种步骤，其概述了继电器的触点可由于环境而变得不可操作的方式；

图2描绘了继电器的更详细的视图以及其触点可由于环境而变得不可操作的方式；

图3描绘了继电器和外壳的一种常规的实现；

图4描绘了根据一种实施方式的继电器的横截面视图；以及

图5描绘了根据一种实施方式的用于防止继电器冻结的方法。

详细描述

根据需要，在此公开了本发明的详细的实施方式；然而，应理解，公开的实施方式仅仅是可以以不同的且可选择的形式来实施的本发明的示例。附图不一定按比例；一些特征可能被放大或缩小以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体的结构上的和功能上的细节不被解释为限制，而是仅仅作为教导本领域技术人员不同地实现本发明的代表性的基础。

图1描绘了各种步骤（例如，100-106），其概述了其中继电器10可由于环境而变得不可操作的方式。应认识，这些步骤可以不是连续的。通常地，继电器10包括外壳12、线圈14、衔铁16和触点18。线圈14、衔铁16和触点18定位到外壳12内部。这些方面将在下面更详细地讨论。

在某些驱动情况下和低的温度下，继电器10可在其中聚集湿气，这可导致冷凝并然后导致随后的冻结。该情况可导致性能问题，诸如继电器误接触（例如，由于绝缘材料而接触失效）或延迟操作。由于这些情况，继电器10可能不操作，且联接到其的任何负载（未示出）可能不被激发并因此可能是不可操作的。在继电器10作为启动继电器（或用在一些其他功能中以启动交通工具）的场合下，该情况可能阻止交通工具启动。

步骤100通常阐示在交通工具寿命期间，水分（或水）19进入到继电器10中。这可发生在高湿度环境下。如步骤100中所示，当继电器10运行或不运行时和当交通工具的外部温度在相对正常状态下时，水分可渗入继电器10的外壳12并可围绕继电器10内部的各种部件（例如，线圈14、衔铁16和触点18）分散。在步骤100中，应认识，继电器10的内部温度可相对均匀。因此，水分19均匀地散布在包围继电器10内部的不同部件的空气中。在该情况下，继电器10在一段时间前已关闭且继电器10的温度已稳定。在步骤100中，继电器10内的线圈14的温度类似于继电器10内的触点18的温度。

步骤102通常阐示其中交通工具在停车一段时间（例如，继电器10已关闭长的时间周期或继电器10的温度已稳定）之后变得非常冷的情况。在步骤102中，继电器10仍可不运行；然而，外部温度可从如关于以上的步骤100指出的温度降低。因此，继电器10内部的温度也降低。该情况导致水通常围绕继电器10内的线圈14定位并冻结。通常地，与外部环境直接地接触的金属表面倾向于比塑料表面更冷（或冷得更快），且该情况使金属表面更易于冷凝。因为线圈14由金属表面形成，所以冷凝主要地积聚在线圈14上。在步骤102中，继电器10内的线圈14的温度类似于触点18的温度。

通常地，水分均匀地分布在空气中。取决于温度，空气可保持一定百分比的水分，即，低温度下空气中水分的百分比小于较高温度下空气中水分的百分比。于是当温度降低时，水分必须冷凝且水滴出现在周围表面上。因为该情况取决于空气温度，所以更冷的表面是冷凝首先发生在其中的表面，“接近”该表面的空气损失湿度百分比。然后，湿度再次均匀且接近更冷的表面的空气使水分下降。通常地，更冷的表面“吸引”来自空气的水分。水分通常存在于周围空气中。一旦温度降低，则集中的冷凝可发生在接触外部的金属表面中，因为金属表面比塑料表面冻结得更快。

步骤104通常阐示当交通工具在步骤102之后再次启动时的过程。在步骤104中，继电器10可运行，且外部温度可类似于步骤100的温度。因为继电器10是运行的，所以由于继电器10使电流流动到另一设备而使线圈14产生热。例如，电流流动产生磁场以捕捉移动触点18a，从而由于其欧姆值而加热线圈14。在该情况下，继电器10内部（或外壳12内）的温度增加。如步骤104中所见，水19远离线圈14移动或向外散布。在步骤104中，一旦继电器10关闭，则继电器10内的线圈14的温度在一段时间仍然是高的，因为线圈14是较大质量的金属。当继电器10关闭时，线圈14的温度高于触点18的温度。

步骤106通常阐示当继电器10被关闭时，水分已经在继电器10中且环境是冷的，即，当继电器10从操作变冷时，外部温度足够低以达到冷凝和冻结。在步骤106中，线圈14和触点18现在变得更冷，因为继电器10已经停用。应认识，在继电器10已经停用之后，线圈14可需要长的时间周期来冷却。如所示，在继电器10已经停用之后，水分（或水）接近触点18或围绕触点18并远离线圈14积聚。当继电器10起初停用时，是该情况，因为线圈14的温度可能高于触点18的温度。例如，因为继电器10的触点18比继电器10的其余部分冷得更快，所以水行进至触点18（即，继电器内的最冷的部分）。换句话说，水在触点18的冷表面上聚集为水滴（或水在触点上冷凝），因为在继电器10停用不久之后，触点18通常呈现比继电器10的其他部分低的温度。水保持接近触点18，甚至在线圈14达到可类似于触点18的温度的温度之后。

在低温度下，水冻结在触点18上，在触点18上产生薄的冰层。这种薄的冰层使触点18绝缘并防止继电器10的触点18被关闭。该情况可防止交通工具被启动或还可防止需要电流来操作的一些其他交通工具操作。

图2描绘了继电器30的另一视图和继电器30可由于环境而变得不可操作的方式。继电器30通常包括外壳32、线圈34、衔铁36及触点38a和触点38b（或“38”）。继电器30通常在正常开的情况（例如，触点38a和触点38b不与彼此接合且因此不允许电流从电源传至负载）。如通常已知的，当电流施加到线圈34时，继电器30是运行的。响应于这种电流，线圈34产生磁场，该磁场随后导致衔铁36在向下方向上移动。衔铁36的移动导致触点38a也向下移动以接触触点38b。

继电器30包括第一端子40，第一端子40与衔铁36成一体并连接到触点38a。第一端子40从外壳32突出。继电器30还包括多个第二端子42，当希望激活线圈34并导致触点38a、38b彼此接触时，该多个第二端子42电联接到线圈34以提供电流。通常地，第二端子42中的一个接收电流并对线圈34提供这种电流，而另外的第二端子42从线圈34接收电流并提供该电流作为继电器10的输出。该多个第二端子42也从外壳32突出。继电器30还包括第三端子44，该第三端子44从外壳32突出并与第二触点38b连接。

如以上指出的，当希望继电器30提供电流时，线圈34被激发（或运行）。当继电器30运行时，线圈34产生热。然而，当继电器30关闭或不再运行时，对于预定的时间量，线圈34仍可在比触点38高的温度下。在该情况下，一旦继电器30不再运行，则触点38可达到较冷的状态并吸引继电器30内的水分或水（该情况通常以50示出）。如进一步显示的，线圈34和触点38之间的热传递可能不是最优的，因为与联接到触点38的第三端子44没有热接触。

通常地，外壳32是密封继电器30’的塑料材料壳体。然而，这种基于塑料的外壳32可能不能够提供完全气密的密封并仍可提供吸水系数（即，水吸收透过塑料并流动到继电器30内部）。例如，外部周围湿气可透过外壳32’的塑料的不同的孔隙（pore）进入或通过其他化学机制进入。甚至更昂贵的或改进的塑料材料的使用仍可允许水透过其流入。通常地，如果继电器30被暴露高湿度大气长的时间周期，则水吸收不可避免。在该情况下，水蒸汽可找到其至继电器30中的路线。

图3描绘了继电器30’和外壳32’的一种常规的实现。提供完全密封的继电器例如应用陶瓷外壳或金属外壳的一种继电器可能不是可行的，因为这种材料可能是昂贵的且增加交通工具的重量。继电器30’包括如通常以52示出的在外壳32’中的小孔（或微型狭缝）。这种微型狭缝52可帮助提供用于水的出口且因此有利于继电器30’的内部和继电器30’的外部周围之间的分压平衡。尽管微型狭缝继电器30’使水透过微型狭缝52从继电器30’内行进到外部环境，但是这种实现仍可允许水侵入外壳32’内部。通常地，甚至少量的水仍可冻结继电器30’内的触点（未示出）。

图4描绘了根据一种实施方式的继电器330的横截面视图。继电器330通常包括外壳332、线圈334、衔铁336及触点338a和触点338b（或“338”）。继电器330还包括第一端子340，第一端子340与衔铁336和弯曲端子337成一体，且第一端子340连接到触点338a。第一端子340从外壳332的下侧突出。继电器330还包括第二端子342，当希望激活线圈334并导致触点338a、338b彼此接触时，该第二端子342电联接到线圈334以提供电流。多个第二端子342也从外壳332突出。继电器330还包括第三端子344，该第三端子344从外壳332突出并与第二触点338b连接。继电器330还包括常闭接触端子353，其联接到弯曲端子337。当继电器330关闭（或停用）时，该常闭接触端子353接触触点338a。当继电器330被激活时，触点338a远离常闭触点端子353移动以接触触点338b以使电流从继电器330流动。

线圈334和第三端子344界定在其之间的开口346。第一导热材料（例如，热垫）348定位在开口346内以接触线圈334和第三端子344的可包括触点338的一部分以将热传递到第二触点338b。第一支撑构件335可定位在外壳332内或与外壳332成一体以支撑或接合第一导热材料348的至少一侧。应认识，开口346可呈现任何数量的形状尺寸以有利于接纳并支撑第一导热材料348。第一导热材料348还可包括导热泡沫，其改进发热的电部件和散热器之间的接触。

通常地，第一导热材料348可与线圈334和触点338热连通以将热从线圈334传递到触点338。在一个示例中，第一导热材料348可与线圈334直接接触。线圈334本身通常是继电器330内的最大部件且其包括铜。一旦线圈334被激发（或激活），则线圈334发热。在该情况下，线圈334充当热存储元件，因为线圈334提供以比继电器330内的其他部件大的热惯性。例如，线圈334比继电器330内的其他部件存储热较长的时间量。另外，线圈334比继电器330内的其他部件需要更多时间冷却。相反，触点338中的每个通常具有小金属质量且因此更快冷却（例如，这还有利于在继电器330中通过金属界面焊接到具有大体上铜轨道表面区域（未示出）的PCB）。

使用了第一导热材料348的继电器330可使触点338和线圈334之间的温度相等。例如，热从线圈334传递到触点338导致触点338的温度增加，当继电器330停用时，这对触点338提供较慢的冷却周期。继电器330一停用，该情况就防止水移动到触点338。在该情况下，水将移动到外壳332内的其他区域，一旦继电器330停用，则外壳332内的该其他区域可呈现比触点338冷的温度。最后，当所有的热从线圈334完全地传递且通过第一导热材料348时，触点338的温度将降低。然而，在该情况下，水已经移动到继电器330的其他部分且水将不冻结在触点338上。

应认识，第二导热材料352可被添加到继电器330并定位成也直接地接触线圈334。例如，虽然图4阐示了第一导热材料348联接到第三端子344和第二触点338b，但是第二导热材料352可定位在空腔350中，空腔350形成在线圈334和常闭接触端子353之间。第二导热材料352于是可接触多个第三端子344以将热从线圈334传递到触点338a（即，当继电器10在备用（或未被激活）时）以延迟触点338a的冷却，如以上指出的。同样地，第二导热材料352可形成、成形或配置成当继电器330停用时，接触常闭接触端子353以将热从线圈334传递到触点338a。另外，第二导热材料352可组合或形成为与第一导热材料348成一体。通常地，第一导热材料348和第二导热材料352中的每一种可包括基于油脂的材料（greasebased material）或添加有陶瓷、石墨颗粒等等的填料的聚合物。

图5描绘了根据一种实施方式的用于防止继电器330冻结的方法400。

在操作402中，继电器330被激活从而激活线圈334。线圈334提供如通过多个第二端子342（从继电器330外部的电源）所接收的电流且响应于电流而产生热。

在操作404中，第一导热材料348和/或第二导热材料352将热从线圈334传递到触点338中的至少一个。

在操作406中，触点338中的至少一个被加热以防止水在触点338上冻结（或冷凝）。如以上指出的，在继电器330停用（或交通工具停止运转）之后，加热触点338防止触点338比继电器330内的其他部件冻结得更快。从而，水移动到继电器330的其他区，因为这种区比触点338冷。一旦继电器330停用，则相对于触点338的该热延迟（或更慢的冷却周期）防止水移动到触点338。

通常地，在此公开的实施方式可将热从线圈传递到金属触点以相对于其余部分（塑料、其他金属元件）提供触点上的较慢的温度降低，且从而将冷凝从触点转移到其他表面。等到触点变得足够冷，周围空气将使水分减少到“可接受的”水平，使得在触点上将发生很少的冷凝或不发生冷凝。

尽管以上描述了示例性的实施方式，但是其不意在这些实施方式描述了本发明的所有可能的形式。更确切地，本说明书中使用的词汇是描述性的词汇而不是限制性的词汇，且应理解，可做出各种变化而不偏离本发明的精神和范围。另外，各种实施的实施方式的特征可被组合以形成本发明的另外的实施方式。

Claims (17)

1.一种装置，包括：

继电器，其包括：

线圈，其响应于电流而产生热；

端子，其包括定位在其上的第一触点，其中所述线圈和所述端子界定在其之间的空腔；以及

导热材料，其定位在所述空腔中并与所述线圈和所述第一触点热连通以将热从所述线圈传递到所述触点。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述继电器配置成定位在交通工具中。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述继电器还包括外壳以接纳所述线圈、所述端子的至少一部分、所述第一触点和所述导热材料。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述导热材料直接地接触所述线圈。

5.如权利要求4所述的装置，其中所述导热材料直接地接触所述端子以将热从所述线圈传递到所述第一触点。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述导热材料包括基于油脂的材料和聚合物中的一种，该聚合物包括陶瓷和石墨颗粒中的一种的填料。

7.一种装置，包括：

继电器，其包括：

线圈，其响应于电流而产生热；

第一端子，其包括定位在其上的第一触点，其中所述线圈和所述第一端子界定在其之间的空腔；

第二端子，其包括定位在其上的第二触点；以及

导热材料，其定位在所述空腔中并与所述第一触点和所述第二触点中的至少一个和所述线圈热连通，以将热从所述线圈传递到所述第一触点和所述第二触点中的所述至少一个并防止水在所述第一触点和所述第二触点中的所述至少一个上冷凝。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述继电器配置成定位在交通工具中。

9.如权利要求7所述的装置，其中继电器还包括外壳以接纳所述线圈、所述第一端子的至少一部分、所述第一触点和所述导热材料。

10.如权利要求7所述的装置，其中所述导热材料直接地接触所述线圈。

11.如权利要求10所述的装置，其中所述导热材料直接地接触所述第一端子以将热从所述线圈传递到所述第一触点。

12.如权利要求7所述的装置，其中所述导热材料包括基于油脂的材料和聚合物中的一种，该聚合物包括陶瓷和石墨颗粒中的一种的填料。

13.一种方法，包括：

激活继电器中的线圈以从所述线圈产生热；

用导热材料热传导来自所述线圈的热；

将热从所述导热材料传递到第一端子；以及

将热从所述第一端子传递到第一触点。

14.如权利要求13所述的方法，还包括：将所述继电器定位在交通工具中。

15.如权利要求13所述的方法，还包括：在所述继电器的外壳处接纳所述第一端子的至少一部分、所述第一触点和所述导热材料。

16.如权利要求13所述的方法，还包括：在用所述导热材料热传导来自所述线圈的热之前，使所述导热材料与所述线圈直接地接触。

17.如权利要求16所述的方法，还包括：在将热从所述导热材料传递到所述第一端子之前，使所述导热材料直接地接触到所述第一端子。