CN104025239A - 电磁继电器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电磁继电器(1)，特别是机动车辆继电器，电磁继电器包括磁轭(2)、继电器线圈(7)、铰接电枢(4)，铰接电枢能绕旋转轴(3)枢转，并且在铰接电枢(4)上，相对于至少一个固定触点(6a)保持作为工作或转接触点的移动触点(5)，并且电磁继电器包括压电促动器(9)，由于促动所述压电促动器，当继电器线圈(7)断电时，压电促动器保持工作或转接触点(5、6a、6b)闭合。

Description

电磁继电器
技术领域
本发明涉及电磁继电器，特别是机动车辆继电器，电磁继电器包括磁轭，包括继电器线圈，还包括铰接电枢，铰接电枢能绕旋转轴枢转，并且在铰接电枢上相对于至少第一固定触点保持作为操作或转接触点的移动触点。
背景技术
借助于控制电路来启动继电器，如在许多情况下继电器也特别地用作机动车辆中的电磁开关，继电器线圈位于控制电路中并且通常开关至少一个另外的电路，其中，例如，电动马达、汽油泵、或通常还与安全相关的车辆部件例如燃料喷射系统，连接于所述另外的电路中。
在原则上，区分单稳态继电器和双稳态继电器。出于呈现并且维持操作位置(开)的目的，单稳态继电器需要通过继电器线圈(励磁绕组)的电流的永久流动以便拉入并且还保持电枢。如果中断电流流动，那么继电器自动地返回到其不操作位置(关)。双稳态继电器能在断电状态下具有两种不同的稳定状态，并且因此，当在控制电路中生成电流脉冲时，双稳态继电器相应地转接到另一转接状态并且维持此转接状态直到下一控制脉冲。因此，双稳态继电器必须被主动地促动以便到达限定的转接位置。
希望或需要具有尽可能低的功率并且能以省电的方式促动的继电器，特别是在机动车辆领域中，尤其是因为电力损失特别是永久损失对应地导致机动车辆提高的CO2排放。
为了提供低功率的继电器，DE4325619A1公开了，在第一阶段使两个继电器并联，并且，在闭合操作电路触点后在第二阶段使所述两个继电器串联，其中，在第一阶段，对电枢需要相对大的拉入电压，在第二阶段，仅需要相对低的保持电压。
在从DE4410819A1已知的继电器中，开关桥接保持电阻器，保持电阻器调节继电器的励磁绕组的保持电流。由于桥接了电阻器，所以在连接励磁绕组的第一时刻，可提供相对大的拉入电流。
DE102005037410A1公开了，在拉入继电器后通过微控制器在励磁电路中将保持工作触点的电压供应减至最低。
在从DE102008023626A1已知的继电器中，当通过开关向继电器供应电流时，继电器控制器被设计成控制励磁电流使得拉入电流最初流动通过励磁绕组，并且在经过了拉入时间后，小于拉入电流的保持电流流动通过所述励磁绕组。
例如从DE9212266U1还已知，当继电器受控制时在拉入时间后通过线圈电流的脉冲宽度调制来减少继电器线圈中的电力损失。
发明内容
本发明是基于具体电磁继电器的目的，其优选地适合用作机动车辆继电器，其以尽可能低的功率操作，特别是在保持模式(开)中。
根据本发明，该目的由权利要求1所述的特征来实现。有利的改进、发展和变型是附属权利要求的主题内容。
为此目的，继电器具有移动或转接触点，并且因此仅以很低水平的电力消耗来形成具有单稳态行为的混合系统。当励磁绕组断电时，由压电促动器，优选地由铰接电枢间接地保持移动或转接触点闭合，移动触点以弹簧预加应力的方式以弹簧触点为形式承靠在铰接电枢上。
因此，尽管根据本发明的继电器与根据保持模式的原理的双稳态系统相当，但是与常规的单稳态继电器相比，在保持模式继电器线圈或励磁绕组断电。压电促动器仅当其被促动时需要短暂的电流流动，而假设仅很小的泄露电流(保持模式)，仅必须在该短暂电流流动之后施加电压。因为压电促动器因此实际上在没有电力的情况下操作并且继电器线圈断电，所以根据本发明的继电器同样实际上在保持模式下在没有电力的情况下操作。
因此所提供的混合压电继电器系统特别适合于可靠地转接。单稳态行为确保了，压电继电器在电压损失的情况下特别是在机动车辆的车载电系统电压损失的情况下，以可靠并且自动的方式导致限定的状态。因为压电促动器仅维持触点闭合持续的时间，与在保持模式中和当继电器线圈断电时、给压电促动器供应促动电压的时间一样长，所以由于供电或车载电系统电压损失，在促动电压损失的情况下，触点自动地打开。
因为实际上在没有电力的情况下维持的保持或不操作状态，所以根据本发明的继电器极为有利，特别是在机动车辆领域中，是因为低的电力损失伴有机动车辆对应的CO2节省。此外，根据本发明的混合压电继电器系统的继电器线圈的温度变化也就是说操作温度显著地低于常规继电器中并且大约为室温。这提供了压电继电器的安装空间特别灵活并且可变设计的显著优点。
尽管在原则上已知使继电器配备有压电促动器(压电拉伸器)，特别地被设计为压电弯曲换能器的压电促动器，在所述继电器的情况下，替换励磁绕组或线圈并且直接作用在操作触点上，例如，如从DE3603020C2、从WO89/02659、从DE19813128A1或DE102006018669A1已知。
以直接机械触点作用在铰接电枢上的压电促动器也用于剩余电流释放，这从DE4118177A1已知。但是，作为包围U形磁轭的极肢的励磁绕组的补充或替代，压电促动器用于从极表面提起铰接电枢，以便辅助作用在铰接电枢上的机械返回弹簧，以克服不希望的粘附力。
根据本发明的继电器的压电促动器，优选地被设计为(压电)堆叠促动器(堆叠)，其力行程方向平行于铰接电枢的旋转轴。为了增加由压电促动器因被促动而生成的力行程，合适地提供杠杆传动装置，所述杠杆传动装置将力行程转换为夹持行程，以可释放地固定被保持在铰接电枢上或移动触点侧上的张紧元件。传动比合适地为2:1，使得例如≥15μm的压电促动器的力行程导致≥30μm的夹持行程。
在有利的改进方案中，被保持在铰接电枢或移动触点(变换或转接触点)一侧上的张紧元件，以其自由侧被引导到夹持间隙中，并且由于压电促动器被促动而以力配合的方式被保持在那里。
夹持间隙优选地被设置在磁轭上。为此目的，在合适地L形磁轭的与铰接电枢平行的极肢中设置狭槽，通过材料剪切而产生该狭槽，狭槽相对于继电器线圈在径向延伸，并且狭槽被磁轭材料形成的窄腹板(web)在合适的点处中断或闭合。因此，始于由材料腹板形成的旋转或倾斜点，由压电促动器作用的杠杆臂被形成在压电促动器的方向上，并且绕旋转点枢转的夹持杠杆的夹持臂被形成在朝向夹持间隙的其它方向上。在此情况下，夹持臂的长度优选地大于杠杆臂的长度，优选地为杠杆臂长度大小的至少二倍。
在安装的状态下，作用在夹持杠杆上的压电促动器被支撑在支撑肢上，所述支撑肢距夹持杠杆的距离与压电促动器的高度匹配。轴向功能肢被相对于继电器线圈设置，轴向功能肢与径向极肢成直角地延伸，并且优选地具有用于压电促动器的U形接纳凹口。彼此平行的U形肢分别与极肢的支撑肢和夹持肢合并。
铰接电枢借助于旋转轴以铰接的方式连接到功能肢。此外，继电器线圈的由励磁绕组包围的磁芯，理想地在磁轭的一侧上被朝向铰接电枢引导，并且被紧固例如铆接到磁轭的另一侧上，即与铰接电枢相对定位的极肢。
为了可靠地防止张紧元件(径向地)从打开的夹持间隙滑出，由卷边状夹持沟槽形成所述夹持间隙，张紧元件牢固地位于卷边状夹持沟槽中。接合在夹持沟槽中的夹持凸轮便利地设置在夹持杠杆上，而夹持沟槽然后位于相对间隙侧上磁轭的剩余极肢上。
移动触点优选地被设计为弹簧触点，以生成作用于铰接电枢上的弹簧返回力。为此目的，近似L形的弹簧元件被合适地弯曲或成形，其中偏移弹簧肢中的一个被固定到磁轭的功能肢，并且另一弹簧肢被固定到铰接电枢。
因为如已知的，在电流消耗的情况下，压电促动器以类似于电容器的方式作用，所以，首先，仅在生成夹持力的时刻需要电流流动。其次，在用于促动压电促动器的控制电压损失的情况下，为了可靠地释放夹持，所述压电促动器与合适的无电抗电阻器并联。这确保了继电器可靠地移动到预先规定的状态，特别地对应地通过操作触点的打开或者在转接触点的情况下的触点的变换。
根据本发明的继电器的部件优选地被以可靠密封的方式组装在继电器外壳中，继电器外壳由设备基体和外壳帽形成。在此情况下，继电器线圈和压电促动器在外壳中具有相关联的优选地共同的控制电子系统。操作或转接触点以及电子系统的控制触点被从呈平坦插塞连接件形式的外壳基体引导出来。压电促动器的连接件连接到外壳内的电子系统。
附图说明
将参考附图在下文中更详细地解释本发明的示例性实施例，在附图中：
图1示意性地示出了电磁继电器，电磁继电器包括在具有铰接电枢的磁轭中的继电器线圈和压电促动器，铰接电枢能在所述磁轭上枢转，当励磁绕组断电时，压电促动器通过张紧元件保持操作或转接触点闭合；
图2示出了具有被开槽以形成夹持杠杆的极肢的磁轭的细节的侧视图；
图3示出了在外壳打开的情况下，观察压电促动器时的电磁继电器的细节的透视图；
图4示出了观察操作或转接触点和张紧元件时的电磁继电器的另一透视图；
图5示出了部分地安装了外壳基体的继电器、单独轭和继电器线圈以及外壳帽的第一分解图；
图6示出了继电器的不同分解图；并且
图7示出了电磁继电器的电路图。
具体实施方式
在所有附图中，彼此对应的部件被标记为相同的附图标记。
图1示意性地示出了包括磁轭2的继电器1，磁轭2具有铰接电枢4，铰接电枢4能绕在所述磁轭上的旋转轴3枢转并且在铰接电枢4上保持移动触点5。移动触点5与固定触点(不操作触点)6a处于闭合位置，并且与另外固定触点(操作触点)6b处于打开位置，使得总体上形成变换或转接触点。
继电器线圈7在下文中也被称作励磁绕组，继电器线圈7以及其磁芯8位于铰接电枢4与L形磁轭2的极肢2a之间，极肢2a平行于所述铰接电枢。磁芯8和磁轭2的功能肢2b相对于继电器线圈7在轴向x上延伸，而铰接电枢4和磁轭2的极肢2a相对于继电器线圈7在径向y上延伸。压电促动器9位于功能肢2b附近或者所述功能肢与磁轭2的极肢2a之间的接合部。所述压电促动器被设计为压电堆叠促动器(堆叠)。
张紧元件10在下文中也被称作夹持弹簧，张紧元件10位于与磁轭2的功能肢2b的相对处，所述张紧元件跨越U形磁轭2的开口侧。并且被保持在铰接电枢4的一侧上和磁轭的极肢2a的另一侧上。张紧元件10的与铰接电枢4相关联的弹簧端部10a以俘获方式被保持在铰接电枢4上，而张紧元件10的相反的夹持端部10b以夹持方式被固定在夹持间隙11中(图2)，当铰接电枢4被拉入并且因此触点5、6a闭合时，夹持间隙11被设置于极肢2a中。在此状态下，继电器线圈7能在没有电力的情况下受控制，而不会使铰接电枢4掉出并且因此触点5、6a打开。
因此，提供了一种混合压电继电器系统，其用于以单稳态行为和极低的电流消耗水平可靠地转接。因为在所示保持模式中继电器线圈7断电，并且压电促动器9仅需要必需的促动电压来维持夹持力FK(当拉入电枢4时，由于所述压电促动器被促动或者电压被施加到所述压电促动器而生成夹持力FK，并且夹持力FK保持张紧元件10)，并且在这种压电堆叠促动器9中的泄露电流极低，所以触点5、6a实际上能无电力地闭合。这是极为有利的，特别是在机动车辆领域中，因为每瓦电功率的继电器电力损失对应地伴有机动车辆提高的CO2排放。
图2以磁轭2的极肢2a的侧视图示出了夹持杠杆12，夹持杠杆12被形成在极肢2a上并且由纵向狭槽13形成，该纵向狭槽13在极肢2a中，在径向y上延伸。材料腹板14形成绕旋转轴15(其由虚线指示)的旋转点并且实际上局部地闭合纵向狭槽13，材料腹板14沿着纵向狭槽(材料或径向狭槽)13存在或保留。因此，杠杆臂a在旋转点或旋转轴15与压电促动器9的位置之间产生，而夹持臂b在旋转点14与夹持间隙11之间产生。在此情况下，在示例性实施例中，夹持臂b为杠杆臂a的大约两倍长(b≥2a)。
支撑肢16被插入到磁轭2中，与夹持杠杆12以压电促动器9的高度h(其在压电促动器的z方向上延伸)间隔开，在支撑腹板16上支撑压电促动器9，压电促动器9由于被促动而操作夹持杠杆。根据图示的笛卡尔坐标系，由压电促动器9生成的夹持力FK和所述夹持力的行程方向在z方向上延伸，而形成夹持杠杆12的纵向狭槽13在径向y上延伸。
图2也相对清楚地示出了夹持间隙11的构造。在磁轭2的极肢2a中在夹持间隙11的区域中制作夹持沟槽11a，张紧元件10的夹持端部10b位于夹持沟槽11a中并且因此被固定防止在径向y上枢转出来。夹持凸轮11b一体地被形成在夹持杠杆12上和因此在所述夹持杠杆的夹持臂b自由端上，夹持凸轮11b接合在夹持沟槽11a中，将张紧元件10的夹持端部10b插入。
图3至图6以各种透视图(图3和图4)并且还以不同细节的分解图(图5和图6)，示出了根据本发明的继电器1的优选实施例。
图3相对清楚地示出了张紧元件10，张紧元件10位于夹持间隙11中并且在其夹持端部10d处被夹持。所述图还示出了磁芯8，磁芯8被铆接到极肢2a上，极肢2a穿过继电器线圈或励磁绕组7，并且以头部17(图6)被支撑在线圈架18上电枢侧上。
为了以具体功能性并且节省空间的方式来布置压电促动器9，在磁轭2的功能肢2b中制作U形接纳凹口19。所述U形接纳凹口的彼此平行的U形肢19a和19b，分别与极肢2a的(上)夹持肢12和(下)支撑肢16合并。
触点元件20a、20b与压电促动器9接触，触点元件20a、26b本身连接到电子系统21用于继电器控制目的。与继电器线圈7的绕组端部接触(以未以任何细节图示的方式)的触点元件22a、22b也连接到电子系统21。所述触点元件22a、22b被固定在线圈架18中，如图6所示。电子系统21另外地连接到在图6中图示的控制连接件23a、23b。
如在图4和图6中相对清楚地示出，移动触点5被设计为弹簧触点。为此目的，L形弹簧元件24具有弹簧肢24a以及另外的弹簧肢24b，弹簧肢24a被保持在磁轭的功能肢2b上，另外的弹簧肢24b被在铰接电枢4的外表面上引导(其避开继电器线圈7)并且在那里连接到所述铰接电枢。弹簧元件24和因此弹簧或移动触点5在铰接电枢4上在x方向上生成返回力FR，使得当继电器线圈7断电时和压电促动器9无电压并且因此夹持间隙1打开时，所述铰接电枢以由对应的弹簧力辅助的方式掉出。
继电器1的图示和描述的部件和元件被安装到外壳基体25上，在最终组装状态下，外壳基体25由外壳帽26优选地以防污防潮的方式覆盖。固定触点6a(不操作触点)和6b(操作触点)各自的触点连接件K1、K2(操作或不操作触点连接件)、电子系统21的至少一个触点连接件K3(控制连接件23a和/或23b)、继电器线圈7的至少一个触点连接件K4(线圈触点连接件)以及移动或变换或转接触点5的触点连接件K5(变换触点连接件)，被从具有近似正方形截面的外壳基体25的底部引导出来。
图7示出了根据本发明的电磁压电继电器1的电路图。转接电路或路径27与继电器1的控制电路或路径29导电地断开连接，在转接电路或路径27中，负载28例如汽油泵或电动马达在供电电压UV的正极和负极或接地之间与操作触点6b串联。而图4示出了在接通状态(开)下的电磁继电器1，图7示出了关断状态(关)。
电子系统21被供应以控制电压US，在机动车辆的情况下从所述机动车辆的车载电系统电压获得控制电压US。无电抗电阻器R与压电促动器9电并联，以便在控制电压US损失的情况下可靠地破坏张紧元件10在夹持间隙11中的夹持。在该类故障的情况下，移动触点5通过与变换触点6b接触而从所示的闭合或操作状态移动到安全变换状态。
本发明并不限于上述的示例性实施例。确切地，从所述示例性实施例，还能够由本领域技术人员设计出本发明的其它变型，而不偏离本发明的主题。特别地，结合示例性实施例描述的所有个别特征还能另外以不同的方式彼此组合，而不偏离本发明的主题。
附图标记列表
1    继电器
2    磁轭
2a   极肢
2b   功能肢
3    旋转轴
4    铰接电枢
5    移动触点
6a   操作触点
6b   不操作触点
7    继电器线圈
8    磁芯
9    压电促动器
10   张紧元件
10a  弹簧端部
10b  夹持端部
10d  夹持端部
11   夹持间隙
11a  夹持沟槽
11b  夹持凸轮
12   夹持杠杆
13   纵向狭槽
14   材料腹板
15   旋转轴/点
16   支撑肢
18   线圈架
19   接纳凹口
19a  U形肢
19b  U形肢
20a  触点元件
20b  触点元件
21   电子系统
22a  触点元件
22b  触点元件
23a  控制连接件
23b  控制连接件
24   弹簧元件
24a  弹簧肢
24b  弹簧肢
25   外壳基体
27   转接电路/路径
28   负载
29   控制电路/路径
a    杠杆臂
b    夹持臂
h    促动器高度
FK   夹持力
FR  弹簧返回力
K1  操作触点连接件
K2  不操作触点连接件
K3  线圈触点连接件
K4  线圈触点连接件
K5  变换触点连接件
US  控制电压
UV  供电电压
X   轴向
y   径向

Claims (18)

1.一种电磁继电器(1)特别是机动车辆继电器，包括磁轭(2)且包括继电器线圈(7)且还包括铰接电枢(4)，所述铰接电枢(4)能绕旋转轴(3)枢转，并且在所述铰接电枢(4)上相对于至少第一固定触点(6a、6b)保持移动触点(5)，
其特征在于
压电促动器(9)，由于所述压电促动器(9)被促动，当所述继电器线圈(7)断电时，所述压电促动器(9)保持所述移动触点(5)闭合。
2.根据权利要求1所述的电磁继电器(1)，其特征在于
压电堆叠促动器(9)，由于所述促动，所述压电堆叠促动器(9)的力行程方向(h)平行于所述铰接电枢(4)的所述旋转轴(3)延伸。
3.根据权利要求1或2所述的电磁继电器(1)，其特征在于
杠杆传动装置(a、b)，所述杠杆传动装置(a、b)用于将由所述压电促动器(9)由于被促动而生成的力行程转换为用于固定张紧元件(10)的夹持行程，所述张紧元件(10)以可释放和被夹持的方式被保持在所述铰接电枢侧上和/或在所述移动触点侧上。
4.根据权利要求3所述的电磁继电器(1)，其特征在于
被保持在所述铰接电枢(4)的一侧上的所述张紧元件(10)经由所述张紧元件(10)的自由侧被引导到夹持间隙(11)中，并且由于所述压电促动器(9)被促动，所述张紧元件(10)以力配合的方式被保持在所述夹持间隙(11)中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电磁继电器(1)，其特征在于
所述磁轭(2)具有绕旋转或倾斜点(15)枢转的夹持杠杆(12)，具有由所述压电促动器(9)作用的杠杆臂(a)，并且具有被引导到所述夹持间隙(11)的夹持臂(b)。
6.根据权利要求5所述的电磁继电器(1)，其特征在于
由径向狭槽(13)产生所述夹持杠杆(12)，在所述磁轭(2)中特别地在所述磁轭的极肢(2a)中制作所述径向狭槽(13)，并且由代表所述旋转点(15)的材料腹板(14)形成所述径向狭槽(13)。
7.根据权利要求5或6所述的电磁继电器(1)，其特征在于
所述夹持臂(b)长于所述杠杆臂(a)，特别地为所述杠杆臂(a)的至少两倍长。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的电磁继电器(1)，其特征在于
相对于所述继电器线圈(7)，所述张紧元件(10)被轴向取向，并且所述夹持间隙(11)被径向取向。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的电磁继电器(1)，其特征在于
所述磁轭(2)具有支撑肢(16)，所述支撑肢(16)与所述夹持杠杆(12)间隔开，并且由于被促动而操作所述夹持杠杆(12)的所述压电促动器(9)被支撑在所述支撑肢(16)上。
10.根据权利要求9所述的电磁继电器(1)，其特征在于
在所述夹持杠杆(12)与所述支撑肢(16)之间的距离与在所述压电促动器(9)的行程方向(z)上延伸的促动器高度(h)匹配。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电磁继电器(1)，其特征在于
相对于所述继电器线圈(7)，L形磁轭(2)包括径向极肢(2a)和轴向功能肢(2b)，所述铰接电枢(4)借助于所述旋转轴(3)以铰接方式连接到所述轴向功能肢(2b)。
12.根据权利要求11所述的电磁继电器(1)，其特征在于
所述功能肢(2b)具有用于所述压电促动器(9)的U形接纳凹口(19)，其中彼此平行的U形肢(19a、19b)分别与所述夹持肢(12)以及与所述极肢(2a)的支撑肢(16)合并。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的电磁继电器(1)，其特征在于
所述继电器线圈(7)具有磁芯(8)，所述磁芯(8)被励磁绕组包围，被朝向所述铰接电枢(14)引导，且被紧固到所述磁轭(2)。
14.根据权利要求4至13中任一项所述的电磁继电器(1)，其特征在于
由夹持凸轮(11b)和卷边状夹持沟槽(11a)形成所述夹持间隙(11)，所述夹持凸轮(11b)优选地被设置在所述夹持杠杆(12)上，所述夹持凸轮(11b)接合在所述卷边状夹持沟槽(11a)中，以便将所述张紧元件(10)固定防止径向向外枢转。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的电磁继电器(1)，其特征在于
所述移动触点(5)被设计为弹簧触点，用于生成作用在所述铰接电枢(4)上的弹簧返回力(FR)。
16.根据权利要求15所述的电磁继电器(1)，其特征在于
所述弹簧触点的大致L形弹簧元件(24)被以如下方式弯曲，所述方式使得偏移弹簧肢(24a)中的一个弹簧肢(24a)被固定到所述磁轭(2)的功能肢(2a)，并且另一弹簧肢(24b)被固定到所述铰接电枢(4)。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的电磁继电器(1)，其特征在于
第二固定触点(6b)连接到无电抗电阻器(R)，所述无电抗电阻器(R)与所述压电促动器(9)并联，以便形成转接触点(5、6a、6b)。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的电磁继电器(1)，包括用于促动所述继电器线圈(7)以及所述压电促动器(9)的控制电子系统(21)。
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