CN109841457B - 一种基于脉冲触发的双稳态接触器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于脉冲触发的双稳态接触器，包括基座和安装于基座上侧的静铁心，静铁心上套装有线圈，所述静铁心上方设置有受磁力吸附后可向下运动的动铁心，动铁心上侧设置有静触头，所述静触头上方设置有与动铁心连接的动触头；所述静铁心内部设置有空腔，静铁心的空腔中设置有与动铁心通过推杆连接的滑块，所述滑块上开设有形成闭环结构的自锁槽道，静铁心的空腔中设置有通过与自锁槽道配合在接触器分、合闸时能够锁定其状态的锁杆，锁杆上端设置有向后弯折伸入自锁槽道中的上钩部。本发明双稳态接触器结构简单，安装、调试、维修都很方便，在结构上更加紧凑，触点的动作更加灵敏，不存在激烈碰撞，具有低功耗的特点。

Description

一种基于脉冲触发的双稳态接触器

技术领域

本发明涉及一种基于脉冲触发的双稳态接触器。

背景技术

接触器是一种应用广泛的电器控制开关器件，传统的接触器由动静触头、线圈、铁心等组成。此类接触器的闭合状态是通过电磁力来保持的，这不仅浪费电能，而且噪音很大，性能不够稳定。

永磁式双稳态接触器由于具有故障源少，噪声小，操作能耗低等优点，所以受到广泛关注，主要由线圈、衔铁、永磁体等组成。但是这种接触器电容线圈较多，容易产生漏电电压，导致接触器开合闸不稳定，抗干扰的能力不强。此外，在动触头分断或吸合时，感性负载或容性负载会产生瞬间反峰高电压，容易损坏电子元器件。

于辉申请的国家实用新型专利“机械式双稳态继电器”，专利号99213328.9，该实用新型提出了一种机械式双稳态电磁继电器，继电器通过棘轮机构和铁心的组合工作来继电器的动作，同时利用长方形的棘轮保证动弹簧与棘轮件边部的面接触而实现双稳态功能。该继电器动作材料与普通继电器的材料相同，可以使得产品成本低廉。同时继电器开合闸的状态保持不需要电磁力，降低了能耗。但是在继电器的开合闸过程中，棘轮与推杆会存在碰撞，容易对继电器造成损坏，同时也不能保证棘轮每一次转动的角度就一定得90度，棘轮的转角是该继电器开合闸的关键。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构紧凑，工作稳定可靠，能耗低的基于脉冲触发的双稳态接触器。

本发明采用以下方案实现：一种基于脉冲触发的双稳态接触器，包括基座和安装于基座上侧的静铁心，静铁心上套装有线圈，所述静铁心上方设置有受磁力吸附后可向下运动的动铁心，动铁心上侧设置有静触头，所述静触头上方设置有与动铁心连接的动触头；所述静铁心内部设置有空腔，静铁心的空腔中设置有与动铁心通过推杆连接的滑块，所述滑块上开设有形成闭环结构的自锁槽道，静铁心的空腔中设置有通过与自锁槽道配合在接触器分、合闸时能够锁定其状态的锁杆，锁杆上端设置有向后弯折伸入自锁槽道中的上钩部。

进一步的，所述自锁槽道上部为V形槽段，自锁槽道的V形槽段两端具有向下延伸并形成汇合的槽段JKL和槽段ACD，自锁槽道的V形槽段由两侧的槽段EF和槽段GI以及位于中间连接槽段EF和槽段GI的槽段FG组成；槽段GI、槽段FG和槽段EF三者深度依次逐级递减，槽段JKL的深度由上往下渐变浅，槽段ACD的深度由下往上渐变浅，槽段JKL上端深度与槽段GI的深度一致，槽段ACD上端深度小于槽段EF的深度，槽段JKL和槽段ACD两者汇合处槽段ACD深度大于槽段JKL的深度，所述锁杆的上钩部起始位置位于槽段ACD下端。

进一步的，所述静铁心的空腔内设置有槽形骨架，所述滑块位于槽形骨架的内槽中并可上下滑动；所述锁杆下端铰接于槽形骨架的内槽下端。

进一步的，所述锁杆下端设置有向后弯折的下钩部，所述槽形骨架下端开设有供锁杆下端的下钩部插入的插孔，所述锁杆的下钩部可相对插孔转动。

进一步的，所述静铁心的空腔内设置有盖在槽形骨架上的压盖，所述压盖内侧设置有向内压紧锁杆的压紧弹簧。

进一步的，所述静铁心均采用E型结构，所述静铁心的中间柱上套设有环形线圈支架，所述线圈缠绕在线圈支架上，所述静铁心的空腔也位于中间柱内；所述推杆上套装有位于静铁心和动铁心之间的反力弹簧，所述动铁心和动触头通过触点弹簧连接。

进一步的，所述静铁心的中间柱上开设有位于线圈支架上方的环形槽，所述环形槽上安装有卡在线圈支架上侧的挡圈。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明基于脉冲触发的双稳态接触器结构简单，安装、调试、维修都很方便，在结构上更加紧凑，触点的动作更加灵敏，不存在激烈碰撞，具有低功耗的特点；与现有多稳态脉冲接触器相比，具有结构设计巧妙简化、减少零件和降低成本的优势；比传统的接触器通过电磁力来保持合闸状态更加稳定，并且不需要低载保护等外围电路。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例构造示意图；

图2是本发明实施例中锁杆的上钩部在自锁槽道中的运动轨迹图；

图3是本发明实施例中自锁槽道的深度变化图；

图4是本发明实施例接触器电气控制系统图；

图5是本发明实施例中滑块在槽形骨架上的安装示意图；

图6是图5中X-X剖面图；

图7是本发明实施例中滑块构造示意图；

图8是图7中O-O剖面图；

图9是图7中P-P剖面图；

图10是图7中Q-Q剖面图；

图中标号说明：1-基座、2-槽形骨架、3-线圈支架、4-线圈、5-静铁心、6-挡圈、

7-动铁心、8-静触头、9-动触头、10-触点弹簧、11-推杆、12-反力弹簧、13-关节轴承、14-连接支架、15-螺栓、16-滑块、17-锁杆、18-压紧弹簧、19-压盖，20-自锁槽。

具体实施方式

如图1~10所示，一种基于脉冲触发的双稳态接触器，包括基座1和安装于基座1上侧的静铁心5，静铁心5上套装有线圈4，所述静铁心5上方设置有受磁力吸附后可向下运动的动铁心7，动铁心7上侧设置有静触头8，所述静触头8上方设置有与动铁心连接的动触头9；所述静铁心5内部设置有空腔，静铁心5的空腔中设置有与动铁心7通过推杆11连接的滑块16，所述滑块16上开设有形成闭环结构的自锁槽道20，静铁心5的空腔中设置有通过与自锁槽道20配合在接触器分、合闸时能够锁定其状态的锁杆17，自锁槽道上设置有合闸锁定点和分闸锁定点，锁杆17上端设置有向后弯折伸入自锁槽道中的上钩部；所述推杆11上套装有位于静铁心和动铁心之间的反力弹簧12，反力弹簧12用以推动动铁心向上复位分闸；当接触器处于分闸状态时，在接受到一个脉冲电流时，线圈通电，动、静铁心吸合，同时动铁心通过推杆推动滑块向下滑动，使锁杆上端的上钩部移动到自锁槽道的合闸锁定点；当接触器处于合闸状态时，在接收到一个脉冲电流时，使锁杆上端的上钩部脱离自锁槽道的合闸锁定点，动、静铁心在反力弹簧的作用下分开，触点断开，锁杆上端的上钩部回到自锁槽道的分闸锁定点；这种接触器通过特殊的自锁机构设计，使得接触器在每次脉冲电流作用下运动后的运动状态得以保持，解决了传统接触器电磁力保持而导致耗能高的现象，同时通过机构来保持接触器闭合运动状态更加稳定可靠。

本发明将锁杆和滑块配合形成的自锁机构设置在静铁心内部，使得自锁机构的存在也并不会过多地增加接触器的体积。

在本实施例中，还包括为接触器提供脉冲电流的电气控制系统，通过脉冲电流与自锁机构（锁杆和自锁槽道的配合）相结合来实现接触器的快速吸合与分离；开闸状态下，动、静铁心处于分离状态，锁杆的上钩部处于自锁槽道初始位置（即分闸锁定点）；当接触器接收到一个脉冲电流时，线圈通电，动、静铁心吸合，同时动铁心通过推杆推动滑块向下滑动，使锁杆上端的上钩部移动到自锁槽道的合闸锁定点，当脉冲电流消失之后，受锁杆的约束作用滑块不会向上复位，动、静铁心保持在闭合状态，这是接触器的合闸过程；当再有一个脉冲电流过来时，动铁心在电磁力的作用下向下运动，使锁杆上端的上钩部脱离自锁槽道的合闸锁定点，当脉冲电流消失之后，动、静铁心在反力弹簧的作用下分开，触点断开，锁杆上端的上钩部回到初始位置，即自锁槽道的分闸锁定点，这是接触器的断开过程。

在本实施例中，电气控制系统包括强激磁启动元件、单片机系统等，单片机接受到一个信号后，发出指令通过控制回路启动强激磁元件，强激磁元件发出一个脉冲信号产生脉冲电流，线圈通电，接触器从一种稳定状态转换到另一种稳定状态，这就是电气控制系统的整个过程。

在本实施例中，所述自锁槽道20上部为V形槽段，自锁槽道的V形槽段两端具有向下延伸并形成汇合的槽段JKL和槽段ACD，自锁槽道的V形槽段由两侧的槽段EF和槽段GI以及位于中间连接槽段EF和槽段GI的槽段FG组成；槽段GI、槽段FG和槽段EF三者深度依次逐级递减，槽段JKL的深度由上往下渐变浅，槽段ACD的深度由下往上渐变浅，槽段JKL上端深度与槽段GI的深度一致，槽段ACD上端深度小于槽段EF的深度，槽段JKL和槽段ACD两者汇合处槽段ACD深度大于槽段JKL的深度，所述锁杆的上钩部起始位置位于槽段ACD下端，其中自锁槽道20上部V形槽段的尖角位置（即H点处）形成合闸锁定点，槽段ACD下端（即A点处）为初始位置，也是分闸锁定点；从图3中可知，自锁槽道的各段槽段不在一个平面上，而且有一定深度变化的，其中x轴表示自锁槽道的轨迹长度，y轴表示自锁槽道的槽深（即槽底与滑块表面之间的高度差）。自锁槽道以一定的轨迹和相对平面凹进一定深度来实现锁杆上端预期的运动，而在自锁槽道的D、E、G、L四个位置设置深度的突变，这是为了保证锁杆上端能够按照预定的轨迹方向运动，防止出现反向运动，摇杆上端的上钩部沿着自锁槽道的相对运动轨迹为：A-B-C-D-E-F-H-G-I-J-K-L-B-A。其中H点和A点分别是接触器合闸和分闸的锁定点，I和E点分别是合闸和分闸动作的临界点。

在本实施例中，所述动铁心和动触头通过触点弹簧10连接，接触器在分闸状态时，动触头与静触头之间的距离小于动铁心和静铁心之间的距离，动触头与静触头之间的距离与自锁槽道中E、H之间的垂直距离之和不超过动铁心和静铁心之间的距离，在合闸状态时触点弹簧10处于拉伸状态，一方面是为了保证动、静触头之间能够牢固的接触，另一方面是在第一个脉冲电流消失时，在反力弹簧的作用下滑块需要向上运动很小的一段距离才能使锁杆的上钩部能够从E点运动到H点，而此时由于触点弹簧10的存在能够保证动、静触头依旧保持接触。

从运动上来看，当接触器处于分闸状态时，接触器接收到脉冲信号，线圈就会有脉冲电流，动铁心在电磁力的作用下向下运动，触点闭合，同时动铁心通过推杆推动滑块向下运动，锁杆上端的上钩部在自锁槽道内从A点运动到E点，当脉冲电流消失之后，在反力弹簧的作用下，滑块会向上运动很小的一段距离，锁杆的上钩部则从E点运动到H点，此时由于触点弹簧的作用即超程存在，动、静触头依然处于闭合状态。当再有一个脉冲信号时，线圈又会有脉冲电流，动铁心在电磁力的作用下向下运动很小的一段距离，动铁心通过推杆再次推动滑块向下运动，锁杆的上钩部相对于导向槽从H点运动到I点，此时动、静触头还是处于闭合状态，当脉冲电流消失之后，动铁心在反力弹簧的作用下向上运动，同时此时锁杆的上钩部在自锁槽道中从I点运动到A点，动、静铁心分离，动、静触头断开，接触器完成开闸过程。

在本实施例中，所述静铁心5的空腔内设置有槽形骨架2，所述滑块16位于槽形骨架2的内槽中并可上下滑动；所述锁杆17下端铰接于槽形骨架2的内槽下端。

在本实施例中，所述锁杆17下端设置有向后弯折的下钩部，所述槽形骨架下端开设有供锁杆下端的下钩部插入的插孔，所述锁杆的下钩部可相对插孔转动。

在本实施例中，所述静铁心5的空腔内设置有盖在槽形骨架2上的压盖19，所述压盖19内侧设置有向内压紧锁杆的压紧弹簧18；锁杆需要被压紧弹簧18压着一是因为合闸和分闸的动作迅速且会产生较大的振动，在动作时，锁杆的上端有脱离自锁槽道、下端有脱离插孔的可能，以至于不能达到预期的运动效果；从图6来看，因为自锁槽道有一定的深度变化，所以锁杆与自锁槽道在相对运动过程中锁杆上端会出现短距离的左右摆动，从正面来看，锁杆下端相对插孔做左右往复摆动，所以利用压紧弹簧压着锁杆，不仅可以实现锁杆的相对摆动，同时也可以使锁杆的上钩部紧紧贴着自锁槽道的槽壁，让相对运动更加可靠，防止锁杆倾斜、移位、掉落。

在本实施例中，所述静铁心5均采用E型结构，所述静铁心5的中间柱上套设有环形线圈支架3，所述线圈4缠绕在线圈支架3上，所述静铁心5的空腔也位于中间柱内。

在本实施例中，所述推杆11上端设置有燕尾部，所述动铁心下侧面开设有与推杆上端燕尾部配合的燕尾槽；所述推杆下端螺纹连接有关节轴承13，所述滑块上端通过螺钉15固定连接有连接支架，所述连接支架上设置有穿过关节轴承13的销轴，推杆和滑块通过上述结构连接，可以降低整个机构的刚性，增加机构的灵活性。

在本实施例中，所述静铁心的中间柱上开设有位于线圈支架上方的环形槽，所述环形槽上安装有卡在线圈支架上侧的挡圈6。

本发明基于脉冲触发的双稳态接触器的工作过程：

（1）合闸过程：接触器合闸需要克服反力弹簧的作用才能合闸，因而反力弹簧的刚度将会影响交流接触器合闸能力，所以要选择合适的反力弹簧；在开闸状态下，动、静铁心处于在反力弹簧的作用下处于分离状态，动、静触头也处于分离状态；当接触器接收到一个脉冲电流时，线圈通电产生磁场，动铁心在电磁力作用下向下运动，同时动铁心也会推杆带动滑块向下运动，摇杆的上钩部沿着自锁槽道轨迹运动到最高点E点，当脉冲电流消失之后，磁场消失，动铁心在反力弹簧的作用下通过推杆带动滑块向上运动很小的一段距离，摇杆的上钩部会运动到H点，此时由于触点弹簧的作用，动、静触头依然处于闭合状态，这就是接触器的闭合过程。

（2）合闸状态保持功能：对于该基于脉冲触发的双稳态接触器，导向槽AB段的垂直距离要稍稍大于动、静铁心之间的垂直距离，如果AB段的垂直高度小于动静铁心的距离，则动静铁心在闭合过程中会使得锁杆的上钩部碰到内槽的最高点，由于电磁力比较大，锁杆上钩部与自锁槽道内壁会发生很大的碰撞，这很容易损坏摇杆导向机构。与此同时，为了保证锁杆上钩部能够有效的在导向槽内运动，AB段的垂直高度也不能超过铁心的距离太多。

（3）改变自锁机构状态从而实现分闸功能：在接触器处于合闸状态时，当再有一个脉冲电流过来时，动铁心在电磁力的作用下向下运动很小的一段距离，上铁心通过推杆推动滑块向下运动，锁杆上钩部则运动到I点，此时动、静触头还是处于闭合状态，当脉冲电流消失之后，静铁心磁场消失，失去磁场力的动、静铁心在反力弹簧的作用下恢复到分离状态，从而带动动、静触头分离，动铁心在反力弹簧的作用下向上运动，同时此时锁杆上钩部从I点运动到A点，接触器完成开闸过程。

本发明基于脉冲触发的双稳态接触器具有以下特点：结构简单，安装、调试、维修都很方便，在结构上更加紧凑，触点的动作更加灵敏，不存在激烈碰撞，巧妙地利用自锁机构的设计来实现双稳态，与普通电磁接触器在触点动作要线圈持续通电维持相比，具有低功耗的特点；与现有多稳态脉冲接触器相比，具有结构设计巧妙简化、减少零件和降低成本的优势；比传统的接触器通过电磁力来保持合闸状态更加稳定，并且不需要低载保护等外围电路。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (2)

1.一种基于脉冲触发的双稳态接触器，其特征在于：包括基座和安装于基座上侧的静铁心，静铁心上套装有线圈，所述静铁心上方设置有受磁力吸附后可向下运动的动铁心，动铁心上侧设置有静触头，所述静触头上方设置有与动铁心连接的动触头；所述静铁心内部设置有空腔，静铁心的空腔中设置有与动铁心通过推杆连接的滑块，所述滑块上开设有形成闭环结构的自锁槽道，静铁心的空腔中设置有通过与自锁槽道配合在接触器分、合闸时能够锁定其状态的锁杆，锁杆上端设置有向后弯折伸入自锁槽道中的上钩部；所述静铁心的空腔内设置有槽形骨架，所述滑块位于槽形骨架的内槽中并可上下滑动；所述锁杆下端铰接于槽形骨架的内槽下端；所述锁杆下端设置有向后弯折的下钩部，所述槽形骨架下端开设有供锁杆下端的下钩部插入的插孔，所述锁杆的下钩部可相对插孔转动；所述静铁心的空腔内设置有盖在槽形骨架上的压盖，所述压盖内侧设置有向内压紧锁杆的压紧弹簧；所述静铁心均采用E型结构，所述静铁心的中间柱上套设有环形线圈支架，所述线圈缠绕在线圈支架上，所述静铁心的空腔也位于中间柱内；所述推杆上套装有位于静铁心和动铁心之间的反力弹簧，所述动铁心和动触头通过触点弹簧连接；所述自锁槽道上部为V形槽段，自锁槽道的V形槽段两端具有向下延伸并形成汇合的槽段JKL和槽段ACD，自锁槽道的V形槽段由两侧的槽段EF和槽段GI以及位于中间连接槽段EF和槽段GI的槽段FG组成；槽段GI、槽段FG和槽段EF三者深度依次逐级递减，槽段JKL的深度由上往下渐变浅，槽段ACD的深度由下往上渐变浅，槽段JKL上端深度与槽段GI的深度一致，槽段ACD上端深度小于槽段EF的深度，槽段JKL和槽段ACD两者汇合处槽段ACD深度大于槽段JKL的深度，所述锁杆的上钩部起始位置位于槽段ACD下端，接触器在分闸状态时，动触头与静触头之间的距离小于动铁心和静铁心之间的距离，动触头与静触头之间的距离与自锁槽道中E、H之间的垂直距离之和不超过动铁心和静铁心之间的距离。

2.根据权利要求1所述的基于脉冲触发的双稳态接触器，其特征在于：所述静铁心的中间柱上开设有位于线圈支架上方的环形槽，所述环形槽上安装有卡在线圈支架上侧的挡圈。

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