CN105161370A - 一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器 - Google Patents

Abstract

一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器，涉及继电器技术领域。本发明是为了解决现有的单稳态继电器由于在吸合或释放状态下还要保持线圈通电，其功耗较大，且线圈容易发热，继电器静态保持力差、抗振性差、触点弹跳严重的问题。本发明轭铁为L型，衔铁为倒L型，衔铁扣在轭铁顶部，衔铁以L型拐角处为支点绕侧面轭铁顶部转动，线圈及线圈骨架绕在铁芯上形成线圈组；线圈及线圈骨架与轭铁底部之间留有裕量；极面位于铁芯的顶端，线圈与极面之间留有裕量；永磁体为长方体结构，永磁体左侧N极与轭铁侧面相接触，右侧S极均与极面和铁芯相接触，并嵌入极面和线圈骨架中固定；绝缘材料位于永磁体下方和轭铁底部上方。它用于自动控制系统及电子设备中。

Description

一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器

技术领域

本发明涉及一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器。属于继电器技术领域。

背景技术

电磁继电器在自动控制系统及电子设备中有着广泛的应用，研究继电器的一些性能十分重要。为了使继电器的灵敏度、功耗、重量等性能提升，通常在电磁继电器内部使用永磁体。拍合式继电器在日常生活、民用、铁路中是比较常用的，并且大多是单稳态继电器，而单稳态继电器由于在吸合或释放状态下还要保持线圈通电，所以其功耗较大，且线圈容易发热。

发明内容

本发明是为了解决现有的单稳态继电器由于在吸合或释放状态下还要保持线圈通电，其功耗较大，且线圈容易发热，继电器静态保持力差、抗振性差、触点弹跳严重的问题。现提供一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器。

一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器，它包括轭铁、线圈及线圈骨架、铁芯、极面、永磁体、衔铁和非导磁段，

所述轭铁为L型，衔铁为倒L型，衔铁扣在轭铁顶部，衔铁以L型拐角处为支点绕侧面轭铁顶部转动，

线圈及线圈骨架绕在铁芯上形成线圈组，铁芯固定在轭铁底部；线圈及线圈骨架与轭铁底部之间留有裕量，该裕量用于在轭铁底部加一层塑料外壳与线圈相隔开；

极面位于铁芯的顶端，线圈及线圈骨架与极面之间留有裕量，用于固定安装永磁体、线圈顶部的封装和加一层塑料盖；

永磁体为长方体结构，位于轭铁侧面与铁芯之间，永磁体的两极分别位于长方体的左右两端；永磁体左侧N极与轭铁侧面相接触，永磁体右侧S极均与极面和铁芯相接触，并嵌入极面和线圈骨架中固定；

非导磁段设置在轭铁上，位于永磁体下方和位于轭铁底部的上方。

根据一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器，衔铁、轭铁和极面的运动关系为：

释放位置：衔铁顶部与极面分离，衔铁的尾部与轭铁的侧面之间距离逐渐贴合；

吸合位置：衔铁的尾部与轭铁的侧面分离，衔铁顶部与极面之间距离逐渐贴合。

根据一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器，所述电磁结构存在电磁磁通和永磁磁通，

在释放位置磁通路径为：

永磁磁通大气隙路径为：永磁体→轭铁侧面→衔铁侧面→衔铁顶部→极面→铁芯→永磁体；

永磁磁通小气隙路径为：永磁体→轭铁侧面→衔铁侧面→轭铁底部→铁芯→永磁体；

在由释放位置变为吸合位置时，线圈施加正向脉冲，电磁磁通路径为：

铁芯→轭铁底部→衔铁侧面→衔铁顶部→极面→铁芯；

在吸合位置磁通路径为：

永磁磁通大气隙路径为：永磁体→轭铁侧面→衔铁侧面→轭铁底部→铁芯→永磁体；

永磁磁通小气隙路径为：永磁体→轭铁侧面→衔铁顶部→极面→铁芯→永磁体；

在由吸合位置变为释放位置时，线圈施加反向脉冲，电磁磁通路径为：

电磁磁通路径为：铁芯→极面→衔铁顶部→衔铁侧面→轭铁底部→铁芯。

本发明的有益效果为：采用长方体结构的永磁体，将永磁体放置在轭铁侧面与铁芯之间，线圈及线圈骨架绕在铁芯上形成线圈组位于轭铁底部，衔铁以L型拐角处为支点绕侧面轭铁顶部转动，该结构构成双稳态继电器中的磁保持继电器，磁保持继电器在吸合或释放状态下通过永磁体的吸力使衔铁保持在稳定状态，线圈此时不需要通电，所以它的功耗小，线圈也不会发热。当继电器处于稳定状态时线圈内并没有电流，而是通过永磁磁通产生吸力来保持稳定状态，所以继电器功耗小。当继电器在衔铁改变稳定释放状态和稳定吸合状态时只是向线圈施加正反向脉冲，并且通过永磁体与其对应的工作气隙相互配合，加大了在吸合与释放稳态位置时的保持力，提高了继电器的可靠性，减小了继电器在振动下误动作的可能，同时减小触点弹跳，提高继电器的电寿命。

附图说明

图1为具体实施方式一的总体三维结构的示意图；

图2为图1的右视图；

图3为图1的俯视图；

图4为线圈和铁芯的位置配合图；

图5为永磁体的三维结构示意图；

图6为释放位置下磁通回路示意图，图中，表示线圈磁通回路，表示永磁大气隙磁通回路，表示永磁小气隙磁通回路；

图7为吸合位置下磁通回路示意图；

图8为采用本发明的继电器的吸反力配合图，附图标记A为正向605安匝吸力曲线，附图标记B为吸合电压吸力曲线，附图标记C为反力曲线，附图标记D为释放电压吸力曲线，附图标记E为0安匝吸力曲线，附图标记F为反向605安匝吸力曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1至5具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器，它包括轭铁1、线圈及线圈骨架2、铁芯3、极面4、永磁体5、衔铁6和非导磁段7，

所述轭铁1为L型，衔铁6为倒L型，衔铁6扣在轭铁1顶部，衔铁6以L型拐角处为支点绕侧面轭铁1顶部转动，

线圈及线圈骨架2绕在铁芯3上形成线圈组，铁芯3固定在轭铁1底部；线圈及线圈骨架2与轭铁1底部之间留有裕量，该裕量用于在轭铁1底部加一层塑料外壳与线圈相隔开；

极面4位于铁芯3的顶端，线圈及线圈骨架2与极面4之间留有裕量，用于固定安装永磁体5、线圈顶部的封装和加一层塑料盖；

永磁体5为长方体结构，位于轭铁1侧面与铁芯3之间，永磁体的两极分别位于长方体的左右两端；永磁体左侧N极与轭铁1侧面相接触，永磁体右侧S极同时与极面4和铁芯3相接触，并嵌入极面4和线圈骨架2中固定；

非导磁段7设置在轭铁1上，且位于永磁体5下方和衔铁6底部的上方。

本实施方式中，极面4与铁芯可加工为一体。线圈绕在铁芯3上，线圈外部由线圈骨架包围着形成线圈组。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器作进一步说明，本实施方式中，衔铁6、轭铁1和极面4的运动关系为：

释放位置：衔铁6顶部与极面4分离，衔铁6的尾部与轭铁1的侧面之间距离逐渐贴合；

吸合位置：衔铁6的尾部与轭铁1的侧面分离，衔铁顶部与极面4之间距离逐渐贴合。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一或具体实施方式二所述的一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器作进一步说明，本实施方式中，所述电磁结构含有永磁，电磁结构存在电磁磁通和永磁磁通，

在释放位置磁通路径为：

永磁磁通大气隙路径为：永磁体5→轭铁1侧面→衔铁6侧面→衔铁6顶部→极面4→铁芯3→永磁体5；

永磁磁通小气隙路径为：永磁体5→轭铁1侧面→衔铁6侧面→轭铁1底部→铁芯3→永磁体5；

在由释放位置变为吸合位置时，线圈施加正向脉冲，电磁磁通路径为：

铁芯3→轭铁1底部→衔铁6侧面→衔铁6顶部→极面4→铁芯3；

在吸合位置磁通路径为：

永磁磁通大气隙路径为：永磁体5→轭铁1侧面→衔铁6侧面→轭铁1底部→铁芯3→永磁体5；

永磁磁通小气隙路径为：永磁体5→轭铁1侧面→衔铁6顶部→极面4→铁芯3→永磁体5；

在由吸合位置变为释放位置时，线圈施加反向脉冲，电磁磁通路径为：

铁芯3→极面4→衔铁6顶部→衔铁6侧面→轭铁1底部→铁芯3。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器作进一步说明，本实施方式中，永磁体5的材料为铝镍钴、钐钴或者钕铁硼。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器作进一步说明，本实施方式中，线圈及线圈骨架2与轭铁1底部之间采用氟塑料带绝缘。

具体实施方式六：参照图1至8具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器作进一步说明，本实施方式中，线圈及线圈骨架2与极面4之间的塑料盖采用氟塑料带绝缘。

工作原理：

电磁结构含有永磁体5，是电磁系统的关键部分。释放位置时电磁系统含有一小一大两个工作气隙，小气隙处的磁通必然大于大气隙处的磁通，小气隙处的磁场力大于大气隙处磁场力，此时衔铁6与轭铁1侧面接触，继电器保持释放状态。

当线圈施加正向脉冲时，继电器内部磁场方向如图6中线路所示，此时电磁吸力开始增大，线圈所产生的磁场方向与小气隙处永磁的磁场方向相反，并且与大气隙处的永磁磁场方向相同，直到释放位置下衔铁初始的保持力与反力之差大于0时，衔铁开始转动，直至衔铁与极面相接触，到达吸合位置，完成吸合过程，如图7所示。

当线圈断电时，电磁吸力下降，永磁回路同样有一大一小两个气隙回路，如图7中线路所示，小气隙回路在衔铁顶部产生的吸力要大于大气隙回路在衔铁侧面产生的吸力，故衔铁能保持吸合状态。

当线圈施加反向脉冲时，继电器内部磁场方向如图7所示，此时电磁吸力开始反向增大，线圈所产生的磁场方向与小气隙处永磁的磁场方向相反，并且与大气隙处的永磁磁场方向相同，直到衔铁侧面的吸力大于衔铁顶部的吸力，再配合继电器反力的作用，衔铁组开始转动，直至衔铁侧面与轭铁侧面相接触，到达释放位置，完成释放过程，如图6所示。

此时当线圈断电时，电磁吸力下降，永磁回路有一大一小两个气隙回路，小气隙的吸力要远大于大气隙的吸力，所以继电器衔铁侧面的吸力要远大于衔铁顶部的吸力，故衔铁能保持释放状态。

由图8可以看出：反力曲线本身为三段式，即在静合触点处的反力、在间隙运动时的反力和在动合触点处的反力三段反力曲线；0安匝下永磁的吸力特性曲线关于横坐标完全对称，即在释放状态永磁产生的吸力要比继电器自身反力要小，而在吸合状态下永磁产生的吸力要比继电器自身反力要大，所以在不通电情况下继电器会保持原来状态；在释放电压下，电磁吸力和永磁吸力总的吸力虽然总是比反力要小，但是二者曲线却已经非常接近，这有利于释放电压的调试；在吸合电压下，电磁吸力和永磁吸力总的吸力虽然总是比反力要大，但是二者曲线同样非常接近，这样可以降低吸合电压下继电器的功耗；而额定电压下，也就是605安匝下吸力的绝对值，处处都要比反力的绝对值大得多，提高抗振性，以保证继电器正常高效的工作。

Claims (6)

1.一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器，其特征在于，它包括轭铁(1)、线圈及线圈骨架(2)、铁芯(3)、极面(4)、永磁体(5)、衔铁(6)和非导磁段(7)，

所述轭铁(1)为L型，衔铁(6)为倒L型，衔铁(6)扣在轭铁(1)顶部，衔铁(6)以L型拐角处为支点绕侧面轭铁(1)顶部转动，

线圈及线圈骨架(2)绕在铁芯(3)上形成线圈组，铁芯(3)固定在轭铁(1)底部；线圈及线圈骨架(2)与轭铁(1)底部之间留有裕量，该裕量用于在轭铁(1)底部加一层塑料外壳与线圈相隔开；

极面(4)位于铁芯(3)的顶端，线圈及线圈骨架(2)与极面(4)之间留有裕量，用于固定安装永磁体(5)、线圈顶部的封装和加一层塑料盖；

永磁体(5)为长方体结构，位于轭铁(1)侧面与铁芯(3)之间，永磁体(5)的两极分别位于长方体的左右两端；永磁体左侧N极与轭铁(1)侧面相接触，永磁体右侧S极同时与极面(4)和铁芯(3)相接触，并嵌入极面(4)和线圈骨架(2)中固定；

非导磁段(7)设置在轭铁(1)上，且位于永磁体(5)下方和衔铁(6)底部的上方。

2.根据权利要求1所述的一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器，其特征在于，衔铁(6)、轭铁(1)和极面(4)的运动关系为：

释放位置：衔铁(6)顶部与极面(4)分离，衔铁(6)的尾部与轭铁(1)的侧面之间距离逐渐贴合；

吸合位置：衔铁(6)的尾部与轭铁(1)的侧面分离，衔铁顶部与极面(4)之间距离逐渐贴合。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器，其特征在于，

电磁结构存在电磁磁通和永磁磁通，在释放位置磁通路径为：

永磁磁通大气隙路径为：永磁体(5)→轭铁(1)侧面→衔铁(6)侧面→衔铁(6)顶部→极面(4)→铁芯(3)→永磁体(5)；

永磁磁通小气隙路径为：永磁体(5)→轭铁(1)侧面→衔铁(6)侧面→轭铁(1)底部→铁芯(3)→永磁体(5)；

在由释放位置变为吸合位置时，线圈施加正向脉冲，电磁磁通路径为：

铁芯(3)→轭铁(1)底部→衔铁(6)侧面→衔铁(6)顶部→极面(4)→铁芯(3)；

在吸合位置磁通路径为：

永磁磁通大气隙路径为：永磁体(5)→轭铁(1)侧面→衔铁(6)侧面→轭铁(1)底部→铁芯(3)→永磁体(5)；

永磁磁通小气隙路径为：永磁体(5)→轭铁(1)侧面→衔铁(6)顶部→极面(4)→铁芯(3)→永磁体(5)；

在由吸合位置变为释放位置时，线圈施加反向脉冲，电磁磁通路径为：

铁芯(3)→极面(4)→衔铁(6)顶部→衔铁(6)侧面→轭铁(1)底部→铁芯(3)。

4.根据权利要求1所述的一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器，其特征在于，永磁体(5)的材料为铝镍钴、钐钴或者钕铁硼。

5.根据权利要求1所述的一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器，其特征在于，线圈及线圈骨架(2)与轭铁(1)底部之间采用氟塑料带绝缘。

6.根据权利要求1所述的一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器，其特征在于，线圈及线圈骨架(2)与极面(4)之间的塑料盖采用氟塑料带绝缘。