CN104025238B - 一种接触器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种接触器，包括触头部分和激励部分，所述接触器还包括保持部分，所述保持部分包括电容结构，并利用所述电容结构的相对电容板之间的静电力来保持所述触头部分处于接触状态或断开状态。通过本发明的技术方案，利用静电闭锁所产生的静电力保持接触器处于切换后的静态状态，相对于传统的电磁接触器大大减少了在该静态状态下的能量消耗，而且本发明中所使用的静电闭锁便于制造，成本较低。

Description

一种接触器
技术领域
本发明涉及电气设备领域，尤其涉及一种接触器。
背景技术
在工业领域中，接触器是一种常见的电气设备，其可以通过低电压/电流控制信号来控制高电压/电流供应的通断。接触器在工业领域中的应用极为广泛，可以提供对于电机、照明设备、供热设备、电容器组等电气负载的控制。在这些应用中，接触器的功能通常是反复地接通或断开负载电源线路。
接触器通常包括常开(NormalOpen，NO)型和常闭(NormalClose，NC)型两种。下面我们结合NO型接触器来介绍接触器的基本结构。NO型接触器通常可以包括触头部分和激励部分。触头部分是接触器中承载负载电流的部分，一般由低阻抗金属，如铜或银等制成，通常包括静触头和动触头，当静触头和动触头接触(闭合)时接通负载电流，而当静触头和动触头断开时负载电流被切断。顾名思义，NO型接触器在通常初始状态下利用重力或弹簧弹力等保持静触头和动触头处于断开状态，而在切换后的非通常状态下触头部分的静触头和动触头处于闭合状态。当激励部分受到电能激励后，其能够提供所需的驱动力，以使触头部分闭合并保持这种闭合状态。NC型接触器具有与NO型接触器类似的结构，区别仅在于NC型接触器在通常初始状态下保持静触头和动触头之间处于闭合状态，而激励部分受到激励后会提供驱动力以使触头部分断开。
在工业领域中最为常见的接触器是电磁接触器，其利用电磁激励来控制接触器的开闭，文献1-3分别介绍了这种电磁接触器。下面，我们就结合图1来介绍电磁接触器的基本工作原理。电磁接触器1为NO型接触器，其包括一对静触头103和104、一对动触头101和102、电磁体106、电枢105、线圈108和弹簧107等。当为线圈108通电时，由磁性材料制成的电枢105和电磁体106会受到激励而具备极性相反的磁性。电枢105与电磁体106相对，并与一对动触头101和102连接，当电枢105和电磁体106具有磁性时电枢105会受到电磁体106的吸引力作用而向电磁体106移动并压缩弹簧107。此时，动触头101和102会在电枢105的带动下朝静触头103和104运动并分别与其接触，电能得以流过触头部分而提供给负载，从而形成负载电流。当断开线圈108中的激励电流，电磁体106的磁性消失，电枢105将会在弹簧107的恢复弹力作用下向背离电磁体106的方向运动，动触头101和102在电枢105的带动下分别与静触头103和104断开，负载电流被切断。虽然在上述描述中在线圈通电时，电枢和电磁体会因具有相反磁极而相互吸引，但是在不同结构的接触器中，也可以根据需要由反磁性材料等特殊材料制作电枢，从而在线圈通电时实现电枢和电磁体具有相同磁极，它们之间会相互排斥。
由上述实例可见，根据NO型电磁接触器的工作原理，为了使动触头向静触头运动，需要使电流流过线圈以磁化电磁体，从而产生吸引电枢的足够吸引力。同时，如果需要保持接触器的闭合状态，就需要保持流经线圈的电流，以持续不断地提供电磁体的磁性和其对电枢的吸引力。换句话说，在NO型电磁接触器保持其闭合状态的静态期间，在接触器线圈中始终存在电能消耗。在NC型电磁接触器中的情况也是类似的。尤其在例如电机等一些工业应用中，电磁接触器在静态期间所消耗的上述能源是相当可观的。
文献1：美国专利申请US4616202A；
文献2：美国专利申请US2010/0308944A1；
文献3：PCT专利申请WO2011/021329A1。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的是提供一种低能耗的接触器，以使其在切换到非通常状态后的静态期间消耗较低的电能。
根据本发明的一个方面，提供一种接触器，包括触头部分和激励部分，所述接触器还包括保持部分，所述保持部分包括电容结构，并利用所述电容结构的相对电容板之间的静电力来保持所述触头部分处于接触状态或断开状态。
根据该技术方案，本发明中的接触器使用电容结构构成的静电闭锁作为保持部分，并利用该静电闭锁的电容板之间的静电力来保持所述触头部分处于切换到非通常状态后的接触状态或断开状态。通过该技术方案，利用静电闭锁所产生的强大静电力保持接触器处于切换后的静态状态，相对于传统的电磁接触器大大减少了在该静态状态下的能量消耗；而且，本发明中所使用的静电闭锁便于制造，成本较低。
优选地，所述电容结构的电容板均包括电极和附着在所述电极表面的绝缘膜，在所述激励部分使所述触头部分切换到接触状态/断开状态后，所述保持部分的所述电容结构中的所述相对电容板可分别携带电荷，并在所述电容板的电极之间产生静电力，以保持所述触头部分处于切换后的所述接触状态/断开状态。通过使电容板上的电极分别携带电荷，从而使电容板之间产生了保持接触器状态的静电力，电极上附着的绝缘膜使得在电容板相互贴合的时候在电极之间保持绝缘，从而构成静电闭锁。
优选地，所述电容板的电极是柔性金属薄膜。这样，即使在电容板之间距离较远的情况下，也可以在柔性金属薄膜之间产生较大的静电力，从而保持接触器的稳定状态。
优选地，所述绝缘膜是硬化橡胶、PTFE或陶瓷。所述非导体绝缘膜可以选用非导体强度较大的材料制成，例如硬化橡胶、PTFE或陶瓷等，这样，利用这些非导体强度较大的材料作为非导体绝缘膜的材料，使其不会被可能产生的电弧击穿，从而确保静电闭锁可以保持接触器的稳定状态。
优选地，所述电容板还包括基板，所述柔性金属薄膜电极附着在所述基板上。基板可以为电极提供一定的刚性支持，更加确保了足够的保持力。
优选地，所述触头部分包括动触头和静触头，所述电容结构的相对电容板中的其中一块与所述动触头连接，另一块与所述静触头连接，在所述激励部分使所述触头部分切换到接触状态/断开状态后，所述保持部分的所述电容结构中的所述相对电容板可分别携带相反/相同极性的电荷，并在所述电容板的电极之间产生静电吸引/排斥力，以保持所述触头部分处于切换后的所述接触状态/断开状态。在保持部分与触头部分连接的情况下，由静电闭锁提供了强大的保持力，从而稳定地保持了接触器的状态。
优选地，所述激励部分包括电磁体和电枢，所述电容结构的相对电容板中的其中一块与所述电磁体连接，另一块与所述电枢连接，在所述激励部分使所述触头部分切换到接触状态/断开状态后，所述保持部分的所述电容结构中的所述相对电容板可分别携带相反/相同极性的电荷，并在所述电容板的电极之间产生静电吸引/排斥力，以保持所述触头部分处于切换后的所述接触状态/断开状态。在保持部分与激励部分连接而且动触头位于静触头上方的情况下，由静电闭锁提供了强大的保持力，从而稳定地保持了接触器的状态。
优选地，所述电容结构的相对电容板均还包括基板，在所述相对电容板的所述基板上均设置有多个突出板，相对电容板的所述多个突出板可相互啮合，所述电极分别设置在所述多个突出板的正反表面上，在所述激励部分使所述触头部分切换到接触状态/断开状态后，所述相对电容板的所述突出板的电极上可分别携带相反/相同极性的电荷，并在啮合状态下相邻的电极之间产生静电吸引/排斥力，以保持所述触头部分处于切换后的所述接触状态/断开状态。由啮齿结构的多个静电闭锁构成保持部分，静电闭锁的电极之间的静电剪切力可以保证电极之间产生更强大的保持力，从而更稳定地保持接触器的状态。
优选地，所述激励部分包括电磁体和电枢，所述电容结构的相对电容板中的其中一块与所述电磁体连接，另一块与所述电枢连接，在所述激励部分使所述触头部分切换到接触状态/断开状态后，所述保持部分的所述电容结构中的所述相对电容板可分别携带相同/相反极性的电荷，并在所述电容板的电极之间产生静电排斥/吸引力，以保持所述触头部分处于切换后的所述接触状态/断开状态。在保持部分与激励部分连接而且动触头位于静触头下方的情况下，由静电闭锁提供了强大的保持力，从而稳定地保持了接触器的状态。
优选地，所述电容结构的相对电容板均还包括基板，在所述相对电容板的所述基板上均设置有多个突出板，相对电容板的所述多个突出板可相互啮合，所述电极分别设置在所述多个突出板的正反表面上，在所述激励部分使所述触头部分切换到接触状态/断开状态后，所述相对电容板的所述突出板的电极上可分别携带相同/相反极性的电荷，并在啮合状态下相邻的电极之间产生静电排斥/吸引力，以保持所述触头部分处于切换后的所述接触状态/断开状态。由啮齿结构的多个静电闭锁构成保持部分，静电闭锁的电极之间的静电剪切力可以保证电极之间产生更强大的保持力，从而更稳定地保持接触器的状态。
附图说明
下文将以明确易懂的方式通过对优选实施方式的说明并结合附图来对本发明上述特性、技术特征、优点及其实施方式予以进一步说明，其中：
图1为现有技术的电磁接触器的基本结构示意图；
图2a和图2b是本发明第一实施方式的接触器中的保持部分的结构示意图；
图3是本发明第二实施方式的柔性电极以及剥离效应的示意图；
图4a和图4b是本发明第三实施方式的接触器中的保持部分的结构示意图；
图5a和图5b是本发明第四实施方式的NO型接触器的结构示意图；
图6a和图6b是本发明第五实施方式的NO型接触器的结构示意图；
图7a和图7b是本发明第六实施方式的NO型接触器的结构示意图；
图8a和图8b是本发明第七实施方式的NO型接触器的结构示意图。
参考符号表
1电磁接触器101动触头102动触头
103静触头104静触头105电枢
106电磁体107弹簧108线圈
21静电闭锁22电容板23电容板
201塑料板202塑料板203电极
204电极301柔性电极302柔性电极
303紧密贴合的区域304边缘区域41电容板
42电容板410基板411突出板
412电极5接触器501动触头
502动触头503静触头504静触头
505电枢506电磁体507弹簧
508线圈509电容板510电容板
6接触器601动触头602动触头
603静触头604静触头605电枢
606电磁体607弹簧608线圈
609电容板610电容板7接触器
701动触头702动触头703静触头
704静触头705电枢706电磁体
707弹簧708线圈709电容板
710电容板8接触器801动触头
802动触头803静触头804静触头
805电枢806电磁体807弹簧
808线圈809电容板810电容板
具体实施方式
在本发明中，将可利用静电力保持接触器处于闭合状态或断开状态的结构称为静电闭锁(electrostaticlatch)。本发明公开了一种新型的接触器，其采用一个或多个静电闭锁作为接触器的保持部分，这些静电闭锁可以通过电容耦合(capacitivecoupling)和电容解耦(capacitivedecoupling)效果来保持电气触头(静触头和动触头)之间的闭合状态或断开状态。通过本发明中的这种新型接触器，可以通过很小的能量来保持接触器的断开状态或闭合状态。
需要说明的是，本发明中的接触器可以实现为NO型或者NC型，均可获得本发明相同的技术效果，其区别仅在于接触器保持部分中的静电闭锁所携带的电荷极性和相应产生的静电力类型不同。在下面的说明和具体实施方式中，我们均以NO型接触器为例进行本发明技术特征的说明。对于本领域技术人员而言，也可以很容易地根据本发明的原理和精神设计出不同类型的NC型接触器。本发明的保护范围显然不限于特定的NO型或者NC型接触器。
本发明的接触器中的每个静电闭锁包括一电容结构，该电容结构可包括一对电容板，每块电容板可至少包括一片导电电极和该电极表面覆盖着的一层非导体膜，该非导体膜提供电极间的绝缘。优选地，电容板也可以进一步包括一块绝缘材料制成的基板，并将覆盖着非导体膜的电极附着在该基板上。接触器工作时，使用两块电容板之间的静电力作为保持机制，使得接触器的动触头和静触头之间保持闭合状态。
下面，我们首先介绍静电闭锁的具体工作原理。
当两块电容板以较近的距离平行放置时，电容被充电，使两块电容板携带不同极性的电荷，此时在两块电容板之间会由于电容板上所带有的异性电荷而产生相互吸引的静电力，从而使两块电容板相互接近并最终贴合，以实现静电闭锁的闭合。
使这种静电闭锁闭合所需的能量非常小，其理论值仅是其电容所存储的电荷，即存储于形成电容的两块电容板的电极上所带的电荷。由于这样形成的静电闭锁的电容值非常小(仅为几十nF)，而且为电容充电的电压也仅为几百伏特，因而静电闭锁闭合所消耗的能量依据如下公式(1)计算，仅为几十毫焦耳：
E＝1/2×C×U2……………………(1)
其中E为能量消耗，C为电容值，U为电容充电电压值。如果忽略电容中电荷泄露的情况，两块电容板中存储的电荷可以保持两电容板之间的静电吸引力，从而保持静电闭锁处于闭合状态。因此，在静电闭锁的静态闭合状态下，不需要任何附加的能量。
当电容放电后，用于保持静电闭锁闭合的的静电吸引力随之消失。此时如果希望静电闭锁的两块电容板保持相互脱离的状态，其方法可以和使静电闭锁闭合的方式类似，区别仅在于此时给两块电容板施加相同极性的电荷，随之在两块电容板之间产生的静电排斥力将使它们相互排斥而保持彼此远离。
关于这种静电闭锁的结构和基本原理可以参见文献4：M.E.Karagozler,JasonCampell,andet.al.ElectrostaticLatchingforInter-moduleAdhesion,PowerTransfer,andCommunicationinModularRobots.IEEEInternationalConferenceonIntelligentRobotsandSystems,pp.2779～2786,2007。
在本发明中，可以应用金属薄膜作为静电闭锁的电极，从而以一种柔性的方式来获得电容板之间更近的间距并产生较大的静电力。当柔性电极分别携带不同极性的电荷后，即使电极间的初始距离较大，所产生的微小静电力也能够使电极趋向于弯曲而使得彼此更加接近，因此它们之间的间距减小并随之产生更大的相互静电力。基于这种正反馈机制，电容板相互移动使电极之间的间距越来越小，直至它们完全贴合在一起，此时电极之间的间距仅为它们表面两层非导体膜的厚度和，因而电极之间发生非常大的贴合力。
在电容板上应用金属薄膜作为电极的技术也可以参考文献5：M.E.Karagozler.HarnessingCapacitanceforInter-RobotLatching,Communication,andPowerTransfer.MasterThesis,CarnegieMellonUniversity,2007。
在非导体绝缘膜的材料方面也应当有所考虑，这是由于当柔性电极完全贴合在一起时，电极之间的间距仅为它们表面两层非导体膜的厚度和，这个总厚度大约在12×10-6m，这样近的距离很容易产生电弧，而非导体膜的材料要能承受该电弧而不至于被击穿。通常静电闭锁的工作电压不高于500V，因而非导体膜材料的非导体强度至少应大于500V/(12×10-6m)≈41MV/m。根据这个标准，我们可以选择硬化橡胶(Ebonite，其非导体强度约为50MV/m)、PTFE(其非导体强度约为60MV/m)或陶瓷(其非导体强度约为100～10000MV/m)等作为非导体绝缘膜材料。
此外，柔性电极会受到剥离效应(peelingeffect)的影响。就是说，电极表面之间会在其中部分表面分离了的情况下轻易分离开，因此即使在较小部分没有完全贴合的情况下，两个电极表面也会由于较小的剥离力而逐步分离，直至完全脱离开。为了解决这个问题并提高持续的贴合程度，优选可在本发明的接触器中包括多个静电闭锁，并将该多个静电闭锁设置为啮合结构(meshstructure)，以使得静电闭锁的闭合方向被设计为平行于柔性电极的接触表面。这样，在静电闭锁中产生的静电力沿平行于电极表面的方向作用，而并非通常那样垂直于电极表面，因而这个方向上的静电力被称为剪切力(shearforce)。静电闭锁被激励时，最大化的剪切力可以迅速作用于整个电极表面，因而将两片电极完全贴合。
在本发明部分实施例中，接触器的保持部分可包括相对的一对电容板，在相对电容板上形成啮合结构的多个静电闭锁。
静电闭锁产生的电容静电吸引力或排斥力与电极之间距离的平方成反比。就是说，当两块电容板距离较远时两板间的初始电容静电吸引力很小，有可能难以使电容板移动而彼此相互接近。在这种情况下，可以提供一个附加力来使移动电容板向静止电容板运动，以使移动电容板和静止电容板之间的距离达到一个特定值以下，从而使两板间的静电吸引力足够大到使静电闭锁闭合。为达到这个目的，本发明中接触器的激励部分采用传统的电磁激励机制来使两块电容板彼此相互接近并闭合。一旦两块电容板处于闭合状态，保持部分中的静电闭锁所产生的静电力足以保持电容板间的闭合状态，此时已不再需要激励部分所提供的电磁力。因此，此时可切断电磁激励部分的供电，从而达到节约能源的技术效果。
根据以上描述可知，本发明中的接触器利用由电容板所构成的静电闭锁作为接触器的保持部分，其利用电容板之间的静电力来保持接触器触头之间的接触状态或断开状态，因此，当激励部分完成使接触器闭合或断开的动态过程后，不需要附加能量来维持接触器触头接触或断开的静态状态。因此，相对于传统的电磁接触器，本发明中的新型接触器可大大减少能量消耗。
优选地，本发明可采用构成为啮合结构的多个静电闭锁，这样，静电闭锁的柔性电极之间的静电剪切力可以保证柔性电极之间紧密贴合，从而保证触头的紧密接触。实验表明，在电源给电容板通500V的激励电压时，能够产生约0.6N/cm2的静电力，如果激励部分大小约为6cm*5cm*4cm，则能够产生10～20N的静电力。
本发明中的接触器以静电闭锁作为基本保持部分，静电闭锁的电容板可由贴附了金属薄膜电极的塑料板制成，而金属薄膜的材料也为铜或铝等常见金属，因而装置成本较低。此外，与上述保持部分配合的电源只需要具备将工业24V直流电源转换为工作高压，例如500V直流电源的功能即可，这需要的成本较低而且非常容易实现。
第一实施方式
第一实施方式中示出了本发明最基本的实现方式。在本实施方式中，接触器以一个静电闭锁作为保持部分，图2a和图2b示出了该接触器中的保持部分的结构和工作原理。
静电闭锁21由平行的两块电容板22和23构成一电容结构，其中电容板22包括塑料板201和附着在塑料板201上的电极203，电容板23包括塑料板202和附着在塑料板202上的电极204。为了在电极相互吸合时保持绝缘，在电极203和电极204相互面向的一面上还附着一层非常薄的非导体绝缘膜(图中未示出)。
当给静电闭锁的两个电容板22和电容板23充电，使电极203和电极204分别携带不同极性的电荷的时候，如图2a所示，在两个电极203和电极204之间会产生静电吸引力，该静电吸引力使两个电容板22和23相互吸引，电容板22和电容板23之间的距离越来越小直至贴合在一起，当电容板22和电容板23贴合在一起时，电极203和电极204之间的距离仅为两层非导体膜的厚度和，它们之间的静电吸引力可以保持静电闭锁的闭合状态。
当给静电闭锁的两个电容板22和23充电，使电极203和电极204分别携带相同极性的电荷的时候，如图2b所示，在两个电极203和204之间会产生静电排斥力，该静电排斥力使两个电容板22和23相互远离，从而保持静电闭锁的断开状态。
第二实施方式
如第一实施方式中所述，当静电闭锁的两块电容板相互贴合在一起实现静电闭锁的闭合时，两片电极之间的距离仅为两层非导体薄膜的厚度。如果采用坚硬的、厚度较大的金属板，如铝板来构成静电闭锁的电极，即使当电极表面有细微粗糙或附着有细小物体时，电极之间在粗糙位置或附着位置附近的距离也会大大增加，从而影响静电闭锁的闭合。因此在第一实施方式的基础上，本实施方式采用柔性的金属薄膜，例如铜膜或铝膜等来构成静电闭锁的电极。具体地，可在其中一块电容板的电极采用柔性金属薄膜，也可以两块电容板的电极均采用柔性金属薄膜。以这种方式实现的柔性电极相互贴合的效果如图3所示。
图3中示出了位于图下方的柔性电极301和位于图上方的柔性电极302。当给相应电容板充电使电极301和电极302分别携带不同极性的电荷时，它们之间产生静电吸引力。开始时，由于电极301和电极302的距离较远，它们之间的静电吸引力较小，但是由于电极301和电极302具有柔性特性，因而在较小的吸引力下发生彼此相向的弯曲，如图3所示。由此，电极301和电极302之间的距离减小，进而产生了更大的静电吸引力，直至两电极贴合在一起，它们之间存在非常大的静电吸引力。
第三实施方式
如第二实施方式中所述，可以将柔性金属薄膜直接设置在相对的两块电容板上，作为静电闭锁的电极。但是同时，这种柔性电极有可能受到剥离效应的影响。就是说，当两片柔性电极的部分表面区域没有完全贴合的情况下，该区域周围的区域也会由于剥离效应产生的剥离力而逐步分离，直至两片柔性电极完全脱离开。如图3所示，区域303是柔性电极301和302紧密贴合的部分，但是其边缘的区域304并未完全贴合。如果电极301和电极302在区域304分离开，这种分离会传播到与区域304相邻的紧密贴合的区域303，此时即使很小的剥离力也会使得电极301和电极302在区域303逐渐分离开，直至电极301和电极302完全脱离。
为了避免剥离效应可能带来的这种不良效果，在本发明的第三实施方式中，可以在前面实施方式的基础上，在接触器的保持部分使用多个静电闭锁，并将多个静电闭锁设计为啮合结构。图4a和图4b示出了本发明第三实施方式的接触器保持部分中的多个静电闭锁的结构和工作原理。
如图4a所示，第三实施方式中的接触器的保持部分主要包括两块电容板41和42。其中，电容板41和电容板42结构类似，均是在一个塑料基板410上设置多个垂直于塑料基板410的突出板411，例如图中的塑料板411。在图中所示的塑料板411正反两面均附着由金属薄膜制成的柔性电极412，在每片电极412上还附着有一层非常薄的非导体绝缘膜(图中未示出)。两块塑料基板410设置有塑料板411的两个平面相对放置。设置多个塑料板411的位置和尺寸，使得当电容板41和电容板42相向移动时，两块塑料基板410上的多个塑料板411可以相互啮合在一起，使得相邻的电极412可以相互贴合在一起。每一对相互贴合的电极412均构成一个静电闭锁，如图4a所示，该激励部分包括5个静电闭锁。
可以看出，当给电容板41和电容板42施加不同极性电荷使其相向移动时，它们的结合方向是平行于电极412表面的，因而每个静电闭锁的两个电极412之间产生的静电吸引力是沿结合方向的剪切力，而非前面实施方式中垂直于电极表面。这种剪切力在电极412相互接触时立即作用于电极412的整个表面区域，因而使得电极412之间紧密贴合，避免了剥离效应的影响。
当多个静电闭锁闭合后，电容板41和电容板42结合在一起，构成如图4b中所示的合并结构。此时，电容板41和电容板42上的多对电极412紧密贴合在一起，彼此间保持很大的静电吸引力。
第四实施方式
可以采用第一实施方式中的静电闭锁作为接触器的保持部分，以提供用于保持动触头和静触头之间闭合状态的静电吸引力。图5a和图5b示出了第四实施方式的NO型接触器的结构和工作原理，其中图5a示出了接触器5的常开状态，而图5b示出了接触器5在保持部分的保持作用下处于闭合状态。
如图5a和图5b所示，接触器5为NO型接触器，其包括触头部分和激励部分。其中，该触头部分包括一对静触头503和504、一对动触头501和502；该激励部分包括电磁体506、电枢505、线圈508和弹簧507等。此外，该NO型接触器还包括保持部分，该保持部分包括一对电容板509和510，其基本结构与第一实施方式中的保持部分相同。其中，电容板509通过承载一对静触头503和504的结构与该对静触头503和504机械连接，而电容板510通过承载一对动触头501和502的结构与该对动触头501和502机械连接。在图5a所示中，线圈508未通电，此时电磁体506和电枢505之间没有相互作用力，一对静触头503和504与一对动触头501和502之间分别保持断开状态，此时接触器5处于如图5a中所示的常开状态。
如图5b所示，当为线圈508通电时，电枢505和电磁体506会受到激励而具备相同极性的磁性。电枢505与电磁体506相对，并与一对动触头501和502连接，当电枢505和电磁体506具有磁性时电枢505会受到电磁体506的排斥力作用而背向电磁体506移动，并拉伸弹簧507。一旦一对动触头501和502与一对静触头503和504分别接触，接触器5的保持部分中的一对电容板509和510会处于非常接近甚至接触的状态，如图5b所示。此时，向保持部分施加一电压以向电容板509和510充电，使它们分别携带不同极性的电荷，这样在电容板509和510之间就会产生强大的静电吸引力，从而将一对动触头501和502与一对静触头503和504牢牢锁定(保持)在接触状态。此时，可以撤销线圈508中的电流，而仅依靠电容板509和510之间的静电吸引力来保持接触器5的接触状态，这样在所保持的该静止状态下激励部分并不会消耗电能。
当停止向保持部分施加电压时，电容板509和510不再携带电荷，它们之间也不再存在相互静电吸引力，此时弹簧507的弹性恢复力将会把电枢505拉回至图5a中所示的原位，与电枢505连接的一对动触头501和502也会在电枢505的牵引下分别与一对静触头503和504分离，接触器5回到图5a所示的断开状态。
根据本实施方式，由静电闭锁提供了强大的保持力，从而稳定地保持了接触器切换后的闭合状态，减少了接触器的静态能耗。
第五实施方式
可以采用第三实施方式中的啮齿结构的多个静电闭锁作为接触器的保持部分，以提供用来保持动触头和静触头之间接触状态的更强大的静电吸引力。图6a和图6b示出了第五实施方式的NO型接触器的结构和工作原理，其中图6a示出了接触器6的常开状态，而图6b示出了接触器6在保持部分的保持作用下处于闭合状态。
如图6a和图6b所示，接触器6为NO型接触器，其包括触头部分和激励部分。其中，该触头部分包括一对静触头603和604、一对动触头601和602；该激励部分包括电磁体606、电枢605、线圈608和弹簧607等。此外，该NO型接触器还包括保持部分，该保持部分包括一对电容板609和610，其基本结构与第三实施方式中的保持部分相同。具体地，电容板609和电容板610结构类似，均是在一个基板上设置多个垂直于基板的突出板，并在突出板两面均附着由金属薄膜制成的柔性电极，在每片电极上还附着有一层非常薄的非导体绝缘膜(图中未示出)。
如图6所示，电容板609通过承载一对静触头603和604的结构与该对静触头603和604机械连接，而电容板610通过承载一对动触头601和602的结构与该对动触头601和602机械连接。在图6a所示中，线圈608未通电，此时电磁体606和电枢605之间没有相互作用力，一对静触头603和604与一对动触头601和602之间分别保持断开状态，此时接触器6处于如图6a中所示的常开状态。
如图6b所示，当为线圈608通电时，电枢605和电磁体606会受到激励而具备相同极性的磁性。电枢605与电磁体606相对，并与一对动触头601和602连接，当电枢605和电磁体606具有磁性时电枢605会受到电磁体606的排斥力作用而背向电磁体606移动，并拉伸弹簧607。一旦一对动触头601和602与一对静触头603和604分别接触，接触器6的保持部分中的一对电容板609和610会相互啮合在一起，使得相邻的多对电极相互贴合在一起，如图6b所示。此时，向保持部分施加一电压以向电容板609和610充电，使它们的电极上分别携带不同极性的电荷，这样在电容板609和610之间所形成的多对静电闭锁就会产生更强大的静电吸引力，从而将一对动触头601和602与一对静触头603和604牢牢锁定(保持)在接触状态。此时，可以撤销线圈608中的电流，而仅依靠电容板609和610之间的静电吸引力来保持接触器6的接触状态，这样在保持的该静止状态下激励部分并不会消耗电能。
当停止向保持部分施加电压时，电容板609和610的电极上不再携带电荷，它们之间的多对静电闭锁也不再存在相互静电吸引力，此时弹簧607的弹性恢复力将会把电枢605拉回至图6a中所示的原位，与电枢605连接的一对动触头601和602也会在电枢605的牵引下分别与一对静触头603和604分离，接触器6回到图6a所示的断开状态。
根据本实施方式，由啮齿结构的多个静电闭锁提供了更强大的保持力，从而更稳定地保持接触器切换后的闭合状态，同时减少了接触器的静态能耗。
第六实施方式
与第四实施方式类似，在本实施方式中采用第一实施方式中所述的静电闭锁作为接触器的保持部分，以提供用于保持动触头和静触头之间接触状态的静电吸引力。与第四实施方式不同的是，本实施方式中的静电闭锁由分别固定在电磁体和电枢上的电容板构成。图7a和图7b示出了第四实施方式的NO型接触器的结构和工作原理，其中图7a示出了接触器7的常开状态，而图7b示出了接触器7在保持部分的保持作用下处于闭合状态。
如图7a和图7b所示，接触器7为NO型接触器，其包括触头部分和激励部分。其中，该触头部分包括一对静触头703和704、一对动触头701和702；该激励部分包括电磁体706、电枢705、线圈708和弹簧707等。此外，该NO型接触器还包括保持部分，该保持部分包括电容板709和710，其基本结构与第一实施方式中的保持部分相同。其中，电容板709和710分别与电枢705和电磁体706的相对端连接，使得电容板709和710相对，构成电容结构。在本实施方式中，根据电枢705和电磁体706的相对端的数目，可设置一对或多对由电容板709和710构成的电容结构，在图7中相应设置了两对。在图7a所示中，线圈708未通电，此时电磁体706和电枢705之间没有相互作用力，一对静触头703和704与一对动触头701和702之间分别保持断开状态，此时接触器7处于如图7a中所示的常开状态。
如图7b所示，当为线圈708通电时，电枢705和电磁体706会受到激励而具备相反极性的磁性。电枢705与电磁体706相对，并与一对动触头701和702连接，当电枢705和电磁体706具有磁性时电枢705会受到电磁体706的吸引力作用而向电磁体706移动，并压缩弹簧707。一旦一对动触头701和702与一对静触头703和704分别接触，接触器7的保持部分中的电容板709和710会处于非常接近甚至接触的状态，如图7b所示。此时，向保持部分施加电压以向电容板709和710充电，使它们分别携带不同极性的电荷，这样在电容板709和710之间就会产生强大的静电吸引力，从而将一对动触头701和702与一对静触头703和704牢牢锁定(保持)在接触状态。此时，可以撤销线圈708中的电流，而仅依靠电容板709和710之间的静电吸引力来保持接触器7的接触状态，这样在保持的该静止状态下激励部分并不会消耗电能。
当停止向保持部分施加电压时，电容板709和710不再携带电荷，它们之间也不再存在相互静电吸引力，此时弹簧707的弹性恢复力将会把电枢705推回至图7a中所示的原位，与电枢705连接的一对动触头701和702也会在电枢705的牵引下分别与一对静触头703和704分离，接触器7回到图7a所示的断开状态。
根据本实施方式，在由静电闭锁保持接触器闭合状态以减少静态耗能的同时，静电闭锁并不与触头直接连接，使得在接触器触头设计上更为灵活，制造更为方便。
第七实施方式
与第五实施方式类似，在本实施方式中采用第三实施方式中的啮齿结构的多个静电闭锁作为接触器的保持部分，以提供用于保持动触头和静触头之间接触状态的更强大的静电吸引力。与第五实施方式不同的是，本实施方式中的静电闭锁由分别固定在电磁体和电枢上的电容板构成，而该电容板可形成啮齿结构的多个静电闭锁。图8a和图8b示出了第七实施方式的NO型接触器的结构和工作原理，其中图8a示出了接触器8的常开状态，而图8b示出了接触器8在保持部分的保持作用下处于闭合状态。
如图8a和图8b所示，接触器8为NO型接触器，其包括触头部分和激励部分。其中，该触头部分包括一对静触头803和804、一对动触头801和802；该激励部分包括电磁体806、电枢805、线圈808和弹簧807等。此外，该NO型接触器还包括保持部分，该保持部分包括电容板809和810，其基本结构与第三实施方式中的保持部分相同。具体地，电容板809和电容板810结构类似，均是在一个基板上设置多个垂直于基板的突出板，并在突出板两面均附着由金属薄膜制成的柔性电极，在每片电极上还附着有一层非常薄的非导体绝缘膜(图中未示出)。
如图8所示，电容板809和810分别与电枢805和电磁体806的相对端连接，使得电容板809和810相对，构成电容结构。在本实施方式中，根据电枢805和电磁体806的相对端的数目，可设置一对或多对由电容板809和810构成的电容结构，在图8中相应设置了两对。在图8a所示中，线圈808未通电，此时电磁体806和电枢805之间没有相互作用力，一对静触头803和804与一对动触头801和802之间分别保持断开状态，此时接触器8处于如图8a中所示的常开状态。
如图8b所示，当为线圈808通电时，电枢805和电磁体806会受到激励而具备相反极性的磁性。电枢805与电磁体806相对，并与一对动触头801和802连接，当电枢805和电磁体806具有磁性时电枢805会受到电磁体808的吸引力作用而向电磁体806移动，并压缩弹簧807。一旦一对动触头801和802与一对静触头803和804分别接触，接触器8的保持部分中的电容板809和810会相互啮合在一起，使得相邻的多对电极相互贴合在一起，如图8b所示。此时，向保持部分施加电压以向电容板809和810充电，使它们的电极上分别携带不同极性的电荷，这样在电容板809和810之间所形成的多对静电闭锁就会产生更强大的静电吸引力，从而将一对动触头801和802与一对静触头803和804牢牢锁定(保持)在接触状态。此时，可以撤销线圈808中的电流，而仅依靠电容板809和810之间的静电吸引力来保持接触器8的接触状态，这样在保持的该静止状态下激励部分并不会消耗电能。
当停止向保持部分施加电压时，电容板809和810的电极上不再携带电荷，它们之间的多对静电闭锁也不再存在相互静电吸引力，此时弹簧807的弹性恢复力将会把电枢805推回至图8a中所示的原位，与电枢805连接的一对动触头801和802也会在电枢805的牵引下分别与一对静触头803和804分离，接触器8回到图8a所示的断开状态。
根据本实施方式，由啮齿结构的多个静电闭锁提供了更强大的保持力，从而更稳定地保持接触器的闭合状态；而且，在由静电闭锁保持接触器闭合状态以减少静态耗能的同时，静电闭锁并不与触头直接连接，使得在接触器触头设计上更为灵活，制造更为方便。
第八实施方式
第八实施方式与第六实施方式类似，区别在于在第六实施方式中NO型接触器的动触头在图中处于静触头上方，如图7所示，而第八实施方式中NO型接触器的动触头则处于静触头下方。
在本实施方式中，当为线圈通电时，电枢会受到电磁体的排斥力作用而背向电磁体移动，并拉伸弹簧。一旦一对动触头与一对静触头分别接触，向保持部分施加电压以使相对电容板分别携带相同极性的电荷，这样在电容板之间就会产生强大的静电排斥力，从而将一对动触头与一对静触头锁定在接触状态。当停止向保持部分施加电压时，电容板之间不再存在相互静电排斥力，此时弹簧的弹性恢复力将会把电枢拉回原位，一对动触头与一对静触头分离。
第九实施方式
第九实施方式与第七实施方式类似，区别在于在第七实施方式中NO型接触器的动触头在图中处于静触头上方，如图8所示，而第九实施方式中NO型接触器的动触头则处于静触头下方。
在本实施方式中，当为线圈通电时，电枢会受到电磁体的排斥力作用而背向电磁体移动，并拉伸弹簧。一旦一对动触头与一对静触头分别接触，向保持部分施加电压以使相对电容板分别携带相同极性的电荷，这样在电容板之间就会产生强大的静电排斥力，从而将一对动触头与一对静触头锁定在接触状态。当停止向保持部分施加电压时，电容板之间不再存在相互静电排斥力，此时弹簧的弹性恢复力将会把电枢拉回原位，一对动触头与一对静触头分离。
由上述多种实施方式可以看出，本发明利用静电闭锁作为保持部分来提供接触器状态切换后静态状态(对于NO型接触器是闭合状态，对于NC型接触器是断开状态)下的保持力，从而减少该静态状态下的能量消耗。在本发明的具体实施过程中，本领域技术人员可以将该保持部分设置在接触器的不同位置(例如，在第四和第五实施方式中设置在触头部分的位置，在第六至第九实施方式中设置在激励部分的位置)，静电闭锁的结构和大小也可以由本领域技术人员基于对于保持力的需求而灵活设计(例如，在第四、第六和第八实施方式中采用单一静电闭锁结构，在第五、第七和第九实施方式中采用啮合结构的多个静电闭锁结构)，只要在接触器状态切换后该保持部分能够利用静电力提供足够强大的保持力，使得触头部分保持在切换后的静态状态下的技术方案，都在本发明的保护范围之内。
再次需要注意的是，在上面的说明中，我们均以NO型接触器为例进行本发明各实施方式的说明。对于本领域技术人员而言，也可以很容易地根据本发明的原理和精神设计出不同类型的NC型接触器。例如，如果在第四和第五实施方式中使用NC型接触器，可调整激励部分中的电磁体和电枢，使线圈通电后电枢受到电磁体吸引力而压缩弹簧，此时保持部分的电容板可携带相同极性电荷而利用所产生的排斥力保持接触器切换后的断开状态；在第六和第七实施方式中使用NC型接触器的时候，也可调整激励部分中的电磁体和电枢，使线圈通电后电枢受到电磁体排斥力而拉伸弹簧，此时保持部分的电容板可携带相同极性电荷而利用所产生的排斥力保持接触器切换后的断开状态；在第八和第九实施方式中使用NC型接触器的时候，也可调整激励部分中的电磁体和电枢，使线圈通电后电枢受到电磁体吸引力而压缩弹簧，此时保持部分的电容板可携带不同极性电荷而利用所产生的吸引力保持接触器切换后的断开状态。总之，本发明的保护范围显然不限于特定的NO型或者NC型接触器。
由此可见，本发明中的接触器的使用静电闭锁结构作为保持部分，并利用该静电闭锁结构的电容板之间的静电力来保持所述触头部分处于切换到非通常状态后的接触状态或断开状态。通过本发明的技术方案，利用静电闭锁所产生的强大静电力来保持接触器处于切换后的静态状态，相对于传统的电磁接触器大大减少了在该静态状态下的能量消耗；而且，本发明中所使用的静电闭锁便于制造，成本较低。
上文通过附图和优选实施方式对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施方式，本领域技术人员从中推导出来的其它方案也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种接触器，包括触头部分和激励部分，其特征在于，
所述接触器还包括保持部分，所述保持部分包括电容结构，并利用所述电容结构的相对电容板之间的静电力来保持所述触头部分处于接触状态或断开状态，
所述电容结构的相对电容板均包括电极和附着在所述电极表面的绝缘膜，
所述激励部分包括电磁体和电枢，所述电容结构的相对电容板中的其中一块与所述电磁体连接，另一块与所述电枢连接，
在所述激励部分使所述触头部分切换到接触状态/断开状态后，所述保持部分的所述电容结构中的所述相对电容板可分别携带相反/相同极性的电荷，并在所述相对电容板的电极之间产生静电吸引/排斥力，以保持所述触头部分处于切换后的所述接触状态/断开状态。
2.根据权利要求1所述的接触器，其特征在于，
所述相对电容板的电极是柔性金属薄膜。
3.根据权利要求1所述的接触器，其特征在于，
所述绝缘膜是硬化橡胶、PTFE或陶瓷。
4.根据权利要求2所述的接触器，其特征在于，
所述相对电容板还包括基板，所述柔性金属薄膜电极附着在所述基板上。
5.根据权利要求1所述的接触器，其特征在于，
所述电容结构的相对电容板均还包括基板，在所述相对电容板的所述基板上均设置有多个突出板，相对电容板的所述多个突出板可相互啮合，所述电极分别设置在所述多个突出板的正反表面上，
在所述激励部分使所述触头部分切换到接触状态/断开状态后，所述相对电容板的所述突出板的电极上可分别携带相反/相同极性的电荷，并在啮合状态下相邻的电极之间产生静电吸引/排斥力，以保持所述触头部分处于切换后的所述接触状态/断开状态。
6.一种接触器，包括触头部分和激励部分，其特征在于，
所述接触器还包括保持部分，所述保持部分包括电容结构，并利用所述电容结构的相对电容板之间的静电力来保持所述触头部分处于接触状态或断开状态，
所述电容结构的相对电容板均包括电极和附着在所述电极表面的绝缘膜，所述激励部分包括电磁体和电枢，所述电容结构的相对电容板中的其中一块与所述电磁体连接，另一块与所述电枢连接，
在所述激励部分使所述触头部分切换到接触状态/断开状态后，所述保持部分的所述电容结构中的所述相对电容板可分别携带相同/相反极性的电荷，并在所述相对电容板的电极之间产生静电排斥/吸引力，以保持所述触头部分处于切换后的所述接触状态/断开状态。
7.根据权利要求6所述的接触器，其特征在于，
所述电容结构的相对电容板均还包括基板，在所述相对电容板的所述基板上均设置有多个突出板，相对电容板的所述多个突出板可相互啮合，所述电极分别设置在所述多个突出板的正反表面上，
在所述激励部分使所述触头部分切换到接触状态/断开状态后，所述相对电容板的所述突出板的电极上可分别携带相同/相反极性的电荷，并在啮合状态下相邻的电极之间产生静电排斥/吸引力，以保持所述触头部分处于切换后的所述接触状态/断开状态。
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