CN106356225B - 包括永磁体的用于电动车的继电器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动车的继电器及其制造方法，并且更具体地，涉及一种永磁体与壳体整体形成于其中的用于电动车的继电器及其制造方法，其壳体由陶瓷腔室构成。该继电器能够迅速地执行电流中断，并能够防止其体积的增加，继电器包括：固定触头；可动触头，其形成为与固定触头接触或者分离；轴，其与可动触头连接，并被配置为移动可动触头；壳体，其被配置为将固定触头和可动触头容纳于其中；执行器，其被配置为驱动该轴；以及永磁体，其与壳体整体地形成，并被配置为延长固定触头和可动触头之间产生的电弧。永磁体包括铝镍钴基材料或者钕基材料。

Description

包括永磁体的用于电动车的继电器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于电动车的继电器及其制造方法，且更具体地，涉及一种用于电动车且具有永磁体的继电器及其制造方法，该永磁体与由陶瓷腔体形成的壳体整体形成。

背景技术

一般，电动车采用利用电池电力作为动力源的电动机，且混合动力车辆采用利用内燃机和电池电力作为动力源的电动机。在电动车或混合动力车辆中，多个电池根据所需的容量而彼此串联或串联且并联地连接，并以电池组形式安装于车辆中。多个电池向电动车的电动机供应电力，由此使电动车移动。

这种电动车需要电路开关设备用以向电动机供应电池电力或用以中断电力供应。主要采用直流继电器作为电路开关设备。继电器是一种利用电磁原理来执行机械驱动并传输电流信号的电路开关设备。这种继电器布置于电池系统中，并向电动车的电动机或各个部件供电或者通过开关电池来中断供电。

但是，在采用继电器作为电路开关设备的情况下，可能会出现下述问题。

一般，继电器设有固定触头和可动触头，并随着可动触头经由电信号操作而与固定触头接触或与固定触头分离来供电或中断供电。

高电压施加至继电器，且当固定触头和可动触头彼此分离用以中断电力时，由于高压而从靠近触头的区域产生了电弧和热量。但是，由于电弧是一种电流流动且固定触头和可动触头通过电弧而彼此连接，因此即使在可动触头和固定触头彼此分离时电流的中断也会因电弧而延迟。

由于没有迅速地执行电流中断，因此不可能精确地控制继电器的驱动。此外，由于触头彼此反复地接触或分离，所以触头持续磨损。这可能导致继电器使用寿命缩短。

发明内容

因此，详细描述的一个方面是提出一种能够因具有使电弧延长的永磁体而能迅速地执行电流中断的继电器，以及制造该继电器的方法。

详细描述的另一方面是提出一种具有与壳体整体形成的永磁体的继电器，以及制造该继电器的方法。

为了实现这些和其他的优点并根据本说明书的目的，如文中所体现并宽泛描述的，提出了一种继电器，其包括：固定触头；可动触头，其形成为与固定触头接触或分离；轴，其与可动触头相连接，且被配置为移动可动触头；壳体，其被配置为将固定触头和可动触头容纳于其中；执行器，其被配置为驱动轴；以及永磁体，其与壳体整体地形成，且被配置为延长在固定触头和可动触头之间产生的电弧。

执行器可以包括：磁化线圈，其被配置为产生电磁力；固定芯和可动芯，固定芯和可动芯以上下关系被布置于磁化线圈中；以及复位弹簧，其被布置于固定芯和可动芯之间，并配置为使可动芯返回至原始位置。

为了实现这些和其他的优点并根据本说明书的目的，如文中所体现并宽泛描述的，还提出一种制造继电器的方法，包括：预模制用于永磁体的粉末和用于陶瓷的粉末；烧结预模制的粉末，从而使壳体与永磁体整体形成；以及将可动触头和固定触头设置在壳体中，并且壳体与电执行器组装。

用于永磁体的粉末可以包括：磁性铁氧体粉末；以及添加至磁性铁氧体粉末中的铝镍钴基材料或钕基材料。

磁性铁氧体粉末可以具有8-12μm的粒度。

用于陶瓷的粉末可以包括：氧化铝粉末，且氧化铝粉末可以具有8-12μm的粒度。

该粉末可以通过以1350-1450℃的温度加热12小时进行烧结。

本发明具有以下优点。

首先，继电器设有永磁体以感应从固定触头和可动触头产生的电弧，由此来延长电弧的长度。由于电弧具有增加的长度，可以迅速地将其去除。这可允许中断因电弧引起的电流流动。由于电流可迅速地供应给电动车的电动机、部件等或者可迅速地中断电流供应，从而可以精确地控制电动机或部件。

其次，由于永磁体与壳体整体地形成，因此可防止由于永磁体而导致的继电器尺寸的增加。这可使继电器的灭弧功能最大化而不必增加继电器的尺寸。

本申请的进一步适用范围将在下文的给出的详细描述中更加显而易见。但是，应当理解详细描述和具体示例尽管表示本发明的优选实施例，但仅仅是以说明的方式给出，因为本发明的精神和范围内的各种变化和改进从该详细描述中，对本领域技术人员将是显而易见的。

附图说明

附图，被包括于本申请之中以提供本发明的进一步理解，并入本申请并且构成本申请的一部分，图解典型实施例并与下文的描述一起用来解释本发明的原理。

在附图中：

图1为示出了根据本发明的电动车的示意性结构的框图；

图2为根据本发明第一实施例的继电器的立体图；

图3为沿着图2中线“A-A”所截取的剖视图；

图4为图3的平面图；

图5A和图5B为示出了根据本发明另一实施例的另一继电器结构的平面图；

图6为示出了电弧在根据本发明的继电器中延长的视图；

图7为示出了根据本发明的制造继电器的方法的流程图。

具体实施方式

现将参照附图，对根据本发明的用于电动车的且包括永磁体的继电器的优选配置及其制造方法进行详细描述。

图1为示出了根据本发明的电动车的示意性结构的框图。

如图1所示，根据本发明的电动车包括：电池单元101，其被配置为存储高压电能；继电器103，其与电池单元101相连接，并被配置为将从电池单元101输出的电流供应给电动机或者中断向电动机的电流供应；变换器105，其通过继电器103与电池单元101连接，并且配置为在继电器103被操作时变换由电池单元101供应的电流并被配置为将变换后的电流输出给电动机时；电池管理单元190，其配置为控制电池单元101的充电，被配置为基于电池单元101的剩余电流量来判定是否对电池单元101充电，且被配置为向电动机供应存储在电池单元101中的电流；车辆控制器104，其被配置为控制继电器103的开/关和变换器105的操作；以及启动单元106，其被配置为对车辆控制器104施加启动信号。

电池单元101由用以存储高压电能的多个蓄电池组成，且可在充电站、在车辆充电设施或在家通过从外部接收电力而被充电。电池单元101供应操作电动车所需的能量或者驱动诸如电子动力转向、水泵、空调器、方向指示灯、尾灯、头灯以及雨刷的部件所需的能量。

继电器103根据从车辆控制器104施加的控制信号而被操作(接通或关断)，并将电池单元101充入的电流供应给变换器105。即，当车辆开始被驱动(被启动)时，继电器103根据车辆控制器104的控制命令而被操作，从而向变换器105供应电流。并且，变换器105将收到的电流进行变换，并将变换后的电流应用于电动车的电动机和各个部件。

电池管理单元108对电池单元101的蓄电池充电，并通过在操作电动车时使电池单元101内的蓄电池之间的电压差保持恒定来防止电池单元101的过充电或过放电而延长电池单元101的寿命。此外，电池管理单元108通过对电流使用的管理来控制电动车长时间的行驶，并测量电池单元101的剩余电流量和电压以将所测得的数值输出给车辆控制器104。尽管图中未示出，但电池管理单元108可以包括用以保护供给电池单元101的电流的保护电路。

车辆控制器104向继电器103传输用以驱动继电器103的继电器驱动信号。在继电器103被驱动时，电池单元101与变换器105电性连接，从而将电池单元101的能量供给变换器105。

当车辆初始地被驱动时，继电器103控制高压的操作电力不会突然供应至车辆，从而向车辆稳定地供应电力。车辆控制器104控制继电器103的开/关，并利用变换器105收发控制信号以控制变换器105。

启动单元106可以包括：启动开关部，其配置为接通/关断车辆钥匙槽和车辆附件之间的连接状态以及电池和车辆电线之间的连接状态；以及启动驱动单元，其配置为驱动启动开关部。启动单元106可以不仅包括利用车钥匙来启动车辆的启动钥匙，还包括启动按钮。

一旦电动车由启动单元106启动，则信号从启动单元106施加至车辆控制器104。此外，车辆控制器104控制与车辆驱动相关的总体控制。在这种情况下，车辆控制器104通过电池管理单元108来控制电池单元101。

变换器105向车辆控制器104发送用于请求驱动继电器103的继电器驱动命令信号。然后，已接收到继电器驱动命令信号的车辆控制器104驱动继电器103。变换器105基于从车辆控制器104接收的控制信号来执行PMW开关，并将电池单元101的电压(大约几百伏)转换成大约12V以将所转换的电压供应给电动车的电动机和各个部件。

图2和图3示出了根据本发明第一实施例的用于电动车的继电器的结构。更具体地，图2为继电器的立体图，且图3为沿图2中“A-A”线而截取的剖视图。

如图2所示，本发明的继电器103包括壳体132、和形成在壳体132下方形成的箱体130。

在壳体132中，设有固定触头134、可动触头136、轴138和接触弹簧148。壳体132朝向箱体130延伸以接触箱体130的上表面，从而将固定触头134、可动触头136、轴138和接触弹簧148密封。优选地，壳体132由具有绝热性和耐磨性且能够易于制造的材料(例如，陶瓷)形成。此外，固定触头134和可动触头136优选地由具有高传导性的金属材料(例如，铜)形成。

螺孔134a形成在固定触头134处，且用以向负载侧传输电流的电缆或母线150通过螺钉152与固定触头134联接。

固定触头134布置在壳体132之上，且与电动车的电动机和各个部件相连接。此外，可动触头136通过上下移动而与固定触头134接触或分离，从而向电动机或负载供应电流或中断对电动机或负载的电流供应。此外，当可动触头136与固定触头134弹性接触时，接触弹簧148以大于预定值的压力保持可动触头136和固定触头134之间的接触状态。

电执行器布置于箱体130中。电执行器包括：磁化线圈142、固定芯143、可动芯146、复位弹簧144和从上侧沿轴向穿过箱体130的轴138。

磁化线圈142具有圆筒形内侧，并通过电信号产生电磁力以产生固定芯143和可动芯146的驱动力。此外，固定芯143布置于磁化线圈142中。可动芯146形成为具有圆柱形，并布置于磁化线圈142内位于固定芯143下方的空余空间内。

可动芯146被称为业余装置(amateur)，其设置有以穿透方式来固定轴138的另一端的通孔。可动芯146通过从磁化线圈142产生的电动力而上移。可动芯146的上移通过轴138传动至可动触头136，从而使得可动触头136上下移动。

复位弹簧144布置于固定芯143和可动芯146之间，并在可动芯146被上下驱动时，利用弹性使可动芯146返回到原始位置。

轴138与可动芯146联接，并通过穿过固定芯143和复位弹簧144在轴向上的中心区域来与接触弹簧148和可动触头136联接。在可动芯146通过电磁力而移动时，轴138上移。因此，可动触头136向上移动而与固定触头134接触。

用于移除在可动触头136与固定触头134接触时所产生的电弧的永磁体160布置于壳体132外侧。通常，当随着壳体132内的可动触头136和固定触头134彼此分离而中断对电动车的电动机或负载的电流供应时，在可动触头136和固定触头134附近会产生电弧和热量。由于电弧为一种电流流动，因此即使在可动触头136与固定触头134彼此分离时电流中断仍然会由于电弧而延迟。因此，可能不能精确地控制电动车的电动机或负载的驱动。为了通过快速的电流中断来控制电动机或负载，应当熄灭在可动触头136和固定触头134之间所产生的电弧。

本发明中，永磁体160设置为熄灭可动触头136和固定触头134之间所产生的电弧。换言之，永磁体160通过扩大电弧来灭弧。如果电弧被扩大，电弧会变薄并在端部断裂。电弧的断裂意味着电弧的消除，也就是中断了由电弧引起的电流。

因为永磁体160设置成中断因电弧引起的电流流动，因此可以迅速地中断应用于电动车的电动机和部件的电流。这便允许精确地控制电动机和部件。

如图3所示，永磁体160被定位成对应于可动触头136和固定触头134之间的接触区域的外部。其原因是为了通过感应可动触头136和固定触头134之间的电弧产生而使电弧平滑地延长。因此，优选地将永磁体160的宽度(h)设定为足够大以覆盖可动触头136、固定触头134和两者之间的区域。

图4为图3的平面图。如图4所示，固定触头134和可动触头136布置于由壳体132所包围的区域内。此外，永磁体160形成在壳体132的外周处。壳体132可由陶瓷形成，且永磁体主要由采用Al、Ni和Co作为主要成分的铝镍钴基材料或者采用Nd、Fe和B作为主要成分的钕基材料形成。

壳体132和永磁体160彼此整体地形成。换言之，不是已单独制成的壳体132和永磁体160彼此附接。而是，壳体132和永磁体160在同一过程中彼此一体地形成。这将在下文进行更详细的阐释。

壳体132和永磁体160彼此整体地形成的理由如下。

永磁体160可以与壳体132分开形成，然后可以彼此附接。但是，在这种情况下，因为永磁体160与壳体132分离地设置在继电器103中，所以继电器103的尺寸会由于永磁体160的尺寸而增加。为了使继电器103的尺寸增加最小，应减小壳体132的尺寸，并且应使永磁体160的尺寸最小。但是，在这种情况下，由于永磁体160的小尺寸会使灭弧功能下降。这可能导致电弧不能平滑地熄灭。此外，即使在使继电器103的尺寸最小的情况下，继电器103也会具有比传统继电器大的尺寸。

在本发明中，由于永磁体160与壳体132整体地形成，因此壳体132的部分由永磁体160代替。这可以允许继电器103不增加尺寸而执行灭弧功能。在本发明中，因为永磁体160的尺寸是可控的，所以可以使灭弧功能最大化。

如图4所示，永磁体160可沿着具有矩形形状的壳体132的两短边与壳体132整体地形成。但是，本发明并不局限于此。

如图5A所示，永磁体160可沿着具有矩形形状的壳体132的两长边与壳体132整体地形成。可替代地，如图5B所示，永磁体160可沿着具有矩形形状的壳体132的四条边与壳体132整体地形成。

永磁体160的位置可以根据待感应且待延长的电弧的强度而变化。因而，永磁体160的位置可基于壳体132的尺寸、固定触头134和可动触头136之间的间隔、施加在固定触头134上的电压的强度等来确定。

并且，永磁体160与壳体132在壳体132的侧面上整体地形成的面积也可以基于壳体132的尺寸、固定触头134和可动触头136之间的间隔、施加在固定触头134上的电压的强度等来确定。

图6示出了电弧(A)具有通过永磁体160而增加的长度。如图6所示，在可动触头136和固定触头134之间出现的电弧(A)经由具有磁性的永磁体160感应而延长。由于电弧(A)具有增加的长度，所以可动触头136和固定触头134之间的电弧(A)的量减少。由于电弧(A)经由进一步延长以具有更长的长度，所以在可动触头136和固定触头134之间的电弧(A)会熄灭。因此，可动触头136和固定触头134之间的区域中断，且对电动车的电动机和部件的电流供应中断以至于使电动机和部件的驱动被停止。

如上所述，在本发明中，因为在可动触头136和固定触头134之间出现的电弧(A)通过永磁体160而延长，所以迅速地中断了在可动触头136和固定触头134彼此分离时而通过电弧流向可动触头136和固定触头134之间的区域的电流。这可以允许精确地控制电动车的电动机和部件。此外，在本发明中，由于永磁体160与壳体132彼此整体地形成，因此可防止继电器103的尺寸增加。

下文中，将参照附图来解释根据本发明的制造继电器的方法。

图7为示出了根据本发明的制造继电器的方法的流程图。

如图7所示，制备具有大约8-12μm粒度的氧化铝粉末(Al2O3)，和具有大约8-12μm粒度的磁性铁氧体粉末(FeO3)(S101)。磁性铁氧体粉末可以包括具有Al、Ni和Co作为主要成分的铝镍钴基粉末，或者具有Nd、Fe和B作为主要成分的钕基粉末。

然后，将氧化铝粉末和磁性铁氧体粉末经由预模制而具有壳体的形状(S102)。通过将磁性铁氧体形成在由氧化铝形成的四边形形状的彼此相对的两侧或四侧上而形成壳体。可替代地，包括有永磁体形状的磁性铁氧体样体的壳体可通过预模制氧化铝粉末和磁性铁氧体粉末来形成。还可替代地，磁性铁氧体粉末可经预模制而具有样体形状，且氧化铝粉末可经预模制处理而具有壳体形状。然后，样体形状的磁性铁氧体可插入壳体形状的氧化铝中。

通过预模制，在磁性铁氧体和氧化铝之间形成了界面表面。由于磁性铁氧体粉末和氧化铝粉末形成为具有尽可能小的粒度(即，大约8-12μm)，因此使其两者之间的界面能最大化。

然后，在诸如电炉的高温炉以大约1350-1450℃的温度将粉末加热大概12小时，由此来烧结预模制的壳体。然而，预模制的壳体在电炉处经过大约6小时从室温加热至1350-1450℃。然后，在烧结过程之后，预模制的壳体经过大约6小时从1350-1450℃冷却至室温。因此，预模制的壳体加热和冷却大致约24个小时。

一般，磁性铁氧体和氧化铝具有稳定且低能的状态。当磁性铁氧体和氧化铝处于粉末状态时，其表面积增加从而其表面能增加。但是，在将磁性铁氧体和氧化铝预模制为壳体形状的情况下，粉末形成为具有特定的形状，且磁性铁氧体和氧化铝的表面能没有改变。

如果以高温加热预模制的壳体，则粉末颗粒会彼此附着而烧结并处于低能态。换言之，由于磁性铁氧体粉末和氧化铝粉末通过加热而成粒状，因此具有许多气孔且几乎没有强度的粉末颗粒彼此结合而没有密度变化。因此，粉末的表面积减小，粉末的强度增强。此外，因为磁性铁氧体粉末和氧化铝粉末经由加热而经历了致密化过程，因此具有许多气孔和低强度的粉末颗粒的密度有所增加(即，气孔的数目减少)，且粉末颗粒之间具有高的耦合力。因此，增强了粉末的强度。

在通过烧结而制成具有高强度的壳体103之后，固定触头134和可动触头136安装于壳体103之中。然后，壳体103与具有电执行器的箱体130组装，由此来制成继电器103。

如上所述，在本发明中，继电器设有永磁体以感应从固定触头和可动触头所产生的电弧，由此来延长电弧的长度。因为电弧具有增加的长度，可迅速地将其去除。这可以允许中断因电弧引起的电流流动。由于电流可以迅速地供应至电动车的电动机、部件等，或者可以迅速地中断电流供应，因此可精确地控制电动机或者部件。

在本发明中，因为永磁体与壳体整体地形成，所以可防止由于永磁体而引起的继电器尺寸增加。这可使继电器的灭弧功能最大化而不必增加继电器尺寸。

以上描述阐释了具有特定结构的继电器。但是，本发明并不局限于此。在本发明中，因为永磁体与继电器的壳体整体地形成，所以防止了继电器的尺寸增加，并增强了灭弧功能。只要永磁体与壳体整体地形成，则任何已知继电器均可应用于本发明。

此外，以上描述阐释了本发明的继电器用于电动车。但是，这仅仅是为了便于描述。换言之，本发明的继电器不仅可应用于电动车，还可应用于采用电力和发动机的混合动力车辆以及各种类型的工业设施或机械。

由于可以不偏离这些特征的特性而以若干形式来实施这些特征，因此应理解，除非另有说明，上述实施例不限于以上描述的任何细节，而应当在所附权利要求所定义的范围内被广泛地解释，因此落在本权利要求范围和边界或该范围和边界的等同形式以内的所有变化和改进，都旨在由所附权利要求所包含。

Claims (7)

1.一种继电器，包括：

固定触头；

可动触头，其形成为与所述固定触头接触或者分离；

轴，其与所述可动触头连接，并被配置为移动所述可动触头；

壳体，其被配置为将所述固定触头和所述可动触头容纳于其中，所述壳体由陶瓷形成；

执行器，其被配置为驱动所述轴；以及

永磁体，被配置为延长所述固定触头和所述可动触头之间产生的电弧，

其特征在于，

所述永磁体在同一工序中以代替所述壳体的一部分的方式与所述壳体整体地形成在所述壳体的外周处，

其中所述永磁体形成在所述壳体的四侧。

2.权利要求1所述的继电器，其特征在于，所述执行器包括：

磁化线圈，其被配置为产生电磁力；

固定芯和可动芯，所述固定芯和可动芯以上下关系被布置于所述磁化线圈中；以及

复位弹簧，其被布置于所述固定芯和所述可动芯之间，且被配置为使所述可动芯返回至原始位置。

3.权利要求1所述的继电器，其特征在于，所述陶瓷由氧化铝形成。

4.权利要求1所述的继电器，其特征在于，所述永磁体包括铝镍钴基材料或者钕基材料。

5.一种制造继电器的方法，包括：

预模制用于永磁体的粉末和用于陶瓷的粉末；

烧结所述预模制的粉末，由此形成壳体；以及

在所述壳体中设置可动触头和固定触头，并将所述壳体与电执行器组装，

其特征在于，

通过同一工序永磁体以代替所述壳体的一部分的方式与所述壳体整体地形成在所述壳体的外周处，

其中所述永磁体形成在所述壳体的四侧，以及

其中烧结所述预模制的粉末的步骤包括在电炉中将粉末经过6小时从室温加热至1350-1450℃的温度，在1350-1450℃的温度下加热12小时，烧结后，经过6小时从1350-1450℃的温度冷却至室温。

6.权利要求5所述的方法，其特征在于，所述用于永磁体的粉末包括：

磁性铁氧体粉末；以及

添加于所述磁性铁氧体粉末中的铝镍钴基材料或钕基材料。

7.权利要求6所述的方法，其特征在于，所述磁性铁氧体粉末具有8-12μm的粒度。

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