CN111149185B - 改进的开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关并且特别应用于在家用和商用电气器具诸如炉灶、烤箱等中使用的温度调节器件。上述开关包括一对臂的布置，该对臂同与设置在每个臂上的磁性部件结合的偏置装置协作。该布置消除了对开关使用相对昂贵的、可能易于产生电弧以及易于对开关的触点造成潜在损坏或者熔融的双金属部件的需求。

Description

改进的开关

相关申请的声明

本申请基于所提交的与新西兰专利申请No.734124相关的临时说明书，其全部内容通过引用合并于本文。

技术领域

本发明涉及一种开关。本发明特别应用于在家用和商用电气器具诸如炉灶、烤箱等中使用的温度调节器件。然而，这并不意味着是限制性的，并且本发明可以应用于其他电气器件的控制和调节。

背景技术

温度调节对于日常生活中使用的许多器具而言都很重要。此类器具的范围从烤箱和灶台到冰箱、加热器和热水罐。如果温度调节器件发生故障，在许多此类器具中都存在潜在的安全隐患。

调节温度的一种常用方法是使用双金属部件。双金属部件结合了两种具有不同热膨胀率的有区别的金属层。当部件被加热或被冷却时，具有较高热膨胀系数的金属层比其配对物膨胀的快，导致部件的整体变形或移位。然后可以使用这种随温度而定的移位来断开或接通电路，并从而调节温度。

复杂的因素是，期望温度调节电路无论环境温度如何都以相同的方式运作。例如，无论环境温度如何变化，家用冰箱或冷冻机应当保持其内部温度适度地恒定。双金属部件还用来提供该环境温度补偿。

然而，使用双金属部件具有几个缺点。双金属部件的移位取决于该双金属部件的长度和在该双金属部件中使用的金属的热膨胀率。在某些情况下，为了获得期望程度的移位，需要相当长的双金属材料。

替代性地，可以选择用于双金属部件的材料，使得它们具有显著不同的热膨胀系数。然而，这可能增加双金属部件的总成本。

此外，在将双金属部件用于温度控制的情况下，电流的接通和断路可能相对缓慢地发生。这可能导致电弧以及对使用双金属部件的开关的触点造成潜在损坏或熔融。

在美国专利No.3,110,789('789)中描述了一种包括双金属部件的已知类型的温度调节器。其使用磁体来克服与电触点的缓慢接通和断路相关联的上述问题。

来自双金属部件的移位力必须大于保持触点合拢(close，会合、结合、闭合)的磁性吸引力，从而在克服力时引起突然的“瞬动(snap，快动、速动)”移动。这种“瞬动”相对地迅速，几乎没有机会发生电弧或熔融。然而，'789的调节器是适度地复杂的布置，并且仍然倾向于使用以上讨论的双金属部件的所有缺点。

美国专利No.5,696,479公开了替代方法。该专利描述了使用偏心弹簧来提供获得触点的快速连接或快速断开连接所需要的“瞬动”作用。但是如上，它仍然依赖于使用具有其伴随缺点的双金属部件。

温度控制的另一方法是使用电子电路来监测探针的温度并驱动继电器。但是，该方法通常不适合在高温环境(或低温)中使用、通常更昂贵、并且在许多情况下为了在高电压下切换大电流则继电器在物理上需要是巨大的(并且通常是昂贵的)。

本发明的目的是解决上述问题或至少为公众提供有用的选择。

所有参考文献，包括本说明书中引用的任何专利或专利申请，其全部内容通过引用合并于本文。不承认任何参考文献构成现有技术。参考文献的讨论陈述了其作者的主张，而申请人保留质疑所引用文件的准确性和切合性的权利。应当清楚地理解，尽管本文引用了许多现有技术出版物，但是这种引用并不意味着承认这些文件中的任何文件构成了在新西兰或任何其他国家的本领域公知常识的一部分。

除非上下文清楚地另外要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包括…的”等应被解释为包含性含义，而不是排他性或穷举性含义，也就是说，是“包括但不限于”的含义。

仅通过示例方式给出的随后的描述，本发明的另外的方面和优点将变得明显。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了开关器件，其包含或另外包括：

第一臂；

第二臂；

偏置装置，该偏置装置被构造和/或布置成使第一臂远离第二臂偏置；

被设置到第一臂的第一磁性构件；以及

被设置到第二臂的第二磁性构件，

其中，第一磁性构件和第二磁性构件被构造和/或布置成在第一臂和第二臂之间提供吸引力。

根据本发明的另一方面，提供了制造开关器件的方法，其中，开关器件包含或另外包括：

第一臂；

第二臂；

偏置装置，该偏置装置被构造和/或布置成使第一臂远离第二臂偏置；

被设置到第一臂的第一磁性构件；以及

被设置到第二臂的第二磁性构件，

其中，第一磁性构件和第二磁性构件被构造和/或布置成在第一臂和第二臂之间提供吸引力。

本发明的开关器件包括一对臂的布置，该对臂同与设置在每个臂上的磁性部件结合的偏置装置协作。

简言之，如果偏置装置的力大于相应的磁性部件的磁性吸引力，则臂将被分离开。如果磁性吸引力超过偏置力，则臂将被合拢。通过这种方式，开关具有两种潜在状态:臂张开(open，打开、分开、断开)的第一状态和臂合拢的第二状态。臂的张开/合拢可以被配置成基本上如本文所描述地启用电子电路或提供另外的机械启用手段。

应当理解，在整个说明书中使用的术语“磁性”是指要么展现出磁体的属性，要么能够被磁体吸引。也就是说，该术语既包含产生磁场的磁化材料(包括永磁体和临时磁体)，也包括被这样的磁化材料吸引的材料，通常是铁磁或亚铁磁材料诸如铁和钢。

还将理解，为了使两个磁性构件能够磁性吸引，磁性构件中的一者或两者都需要被磁化。在本发明的情况下，开关器件的任一磁性构件都可以被磁化。

还理解到，术语“设置”应当以其最广泛的含义被解读：

·将单独的部件附接到臂上；或者

·臂本身包括磁性构件；或者

·臂是磁性构件。

术语“使第一臂远离第二臂偏置”应当被理解为意指偏置力被配置成提供力，以促使臂彼此至少部分地分离开。该分离可以是两个基本平行的臂之间的空间，或者是第一臂的和第二臂的至少一部分之间的空间。例如，第一臂和第二臂可以在第一端部处被连接，并且偏置装置可以被构造成提供被配置成促使第一臂和第二臂的另一部分彼此分离开的分离力。

术语“吸引力”是磁性器件之间的众所周知的现象，并且在本公开的上下文中，应将其理解为意指被配置成促使第一臂的至少一部分朝向第二臂的至少一部分的力。

术语“臂”不应当被视为对本发明的限制。应将其理解为意指能够支撑相关联的元件的构件。它可以是杆件、板件、片材或任何数量的复杂三维形状件。

优选地，第一臂包含或另外包括第一电触点。

优选地，第二臂包含或另外包括第二电触点。

优选地，第一电触点和第二电触点被配置成：当合拢时使电子电路连接，并且当张开时使所述电路断开连接。

优选地，第一磁性构件包含或另外包括永磁体。

优选地，第二磁性构件包含或另外包括铁磁材料。

优选地，铁磁材料包含或另外包括镍与铁的合金。

优选地，铁磁材料包含或另外包括约36％的镍和约64％的铁。然而，理解到，该材料还可以包括少量的其他材料诸如铬、锰、硅、碳、铝、锆、钛、磷和硫等。

优选地，偏置装置由叶片弹簧(leaf spring：板弹簧、片簧、弹簧片)提供。

优选地，开关还包含或另外包括第一调节器件，该第一调节器件被配置成设定或以其他方式调节通过偏置装置提供的力。

优选地，第一调节器件是凸轮。

优选地，凸轮被配置成使得凸轮的旋转改变由偏置装置施加的力。

优选地，偏置装置还包含或另外包括第二调节器件，以允许通过处于任何给定的凸轮位置处的偏置装置提供的力进行进一步调节。

优选地，第二调节器件包含或另外包括被配置成与偏置装置中的互补内螺纹啮合的外螺纹。

优选地，第二调节器件还包含或另外包括键控式内部腔体，以促进第二调节器件的旋转。

优选地，第二调节器件包含或另外包括适于接触第一调节器件的表面。

优选地，第二臂包含或另外包括调节机构，该调节机构被配置成能够当通过偏置装置施加的力大于在第一磁性构件和第二磁性构件之间施加的力时调节第一臂和第二臂之间的相对分离。

优选地，调节机构包含或另外包括被配置成与第二臂中的互补内螺纹啮合的外螺纹。

优选地，调节机构还包含或另外包括键控式内部腔体，以促进调节机构的旋转。

优选地，调节机构器件包含或另外包括适于接触第一调节器件的表面。

优选地，当本发明在运行中时，第一臂朝向第二臂移动或远离第二臂移动。

优选地，第一臂包含或另外包括第一区域，该第一区域被配置成相对于第一臂的另一区域以及相对于第二臂移动。

优选地，当本发明在运行中时，第二臂是基本静止的。

优选地，第一臂的移动足以使第一电触点与第二电触点连接或者使第一电触点与第二电触点断开连接。

优选地，第二磁性构件和/或第二臂包含或另外包括被配置成使第一臂和第二臂之间的吸引力增大的横向侧构件。

根据本发明的另外的方面，提供了基本上如上所描述的开关器件，其中，该开关器件还包含或另外包括：

与第二磁性构件连通的加热器件，

其中，在使用中，加热器件使第二磁性构件的温度改变以使第二磁性构件的磁导率改变，从而调节第一臂和第二臂之间的吸引力。

理解到，加热器件的目的是增大加热元件或类似结构的温度。术语“改变温度”通常应当解读为加热第二磁性构件。然而，应当理解到，当加热器不起作用时，这可能导致第二磁性构件朝向环境温度的冷却。

磁导率应当被理解意指材料支持磁场在其自身内部的形成的能力。例如，包含铁的材料通常包括较高的磁导率，因为其支持磁场的形成。相反，木材具有非常低的磁导率，因为很难在木材内形成磁场。还理解到，术语“磁化率”可以与“磁导率”几乎互换地使用，因为它们是密切相关的。然而，为了清楚和一致，本公开使用术语“磁导率”。如果单独使用了术语透磁率，应当将其理解为意指磁导率。

还理解到，当第二磁性构件被加热时，第二磁性构件在磁导率方面可以增大或减少。它甚至可以在给定的温度范围内增大，而在另一温度范围内减少。

优选地，加热器件是陶瓷加热器。

优选地，加热器件被附接到第二磁性构件。

优选地，加热器件被附接到第二磁性构件处于与第一磁性构件的位置相反的侧上。

优选地，加热器件与电触点串联连接或与附接到开关的负载并联连接，使得电触点的合拢使加热器件启用。

根据本发明的另外的方面，提供了基本上如上所描述的开关器件，其中，该开关器件还包含或另外包括：

屏蔽器件，其中，屏蔽器件被构造和/或布置成使从第一磁性构件作用在第二磁性构件上的磁场的强度至少部分地减小。

优选地，屏蔽器件包含或另外包括铁磁材料。

优选地，屏蔽器件包含或另外包括镍与铁的合金。

优选地，屏蔽器件包含或另外包括约36％的镍和约64％的铁。然而，理解应当到，屏蔽器件还可以包含或另外包括少量的其他材料诸如铬、锰、硅、碳、铝、锆、钛、磷和硫等。

优选地，屏蔽器件当被加热时其磁导率减小。

根据本发明的另外的方面，提供了基本上如上所描述的开关器件，该开关器件还包含或另外包括基本上如上所描述的加热器件和屏蔽器件两者。

根据又一方面，提供了包括基本上如上所描述的开关器件的温度调节器件。

优选地，温度调节器件包括温度控制装置。

优选地，温度控制装置改变通过偏置装置施加的力。

优选地温度控制装置是凸轮。

优选地，当本发明在运行中时，温度控制装置被调节以减小通过偏置装置施加的力，使得第一磁性构件和第二磁性构件之间的吸引力超过偏置力，从而使电触点合拢。

优选地，电触点的合拢使下述加热器件启用：该加热器件起作用以使第一磁性构件或第二磁性构件中至少之一的温度升高，从而使温度被升高的磁性构件的磁导率减小，并且使在磁性构件之间产生的吸引力减小。

优选地，减小的吸引力致使偏置力大于磁性吸引力，引起电触点的断开连接、第一磁性构件或第二磁性构件的随后冷却、以及加热/冷却循环的循环重复。

根据又一方面，存在包括来自以上方面中的任何一个方面的特征的组合的开关。

可以设想，本发明将特别应用在用于器具诸如炉灶和冰箱的温度调节电路。然而，本领域技术人员将理解到，其可以用于任何数量的应用，特别是那些使用双金属部件的应用。

例如，本发明的另一实际应用是在断路器中，其中，断路器中的电流可以加热第二磁性构件，减小对第一磁性构件的吸引并使电子电路断路。它同样适于自动复位断路器，或需要手动启用的断路器，诸如包括在配电盘和电涌保护器中的断路器。

本发明提供的关键优点之一是至少部分去除了双金属部件。可以设想，去除或至少使双金属部件最小化可以使制造商和/或购买者的成本得以节省。

另外，本文描述的布置可以没有现有的温度调节器件那么复杂，因此提供潜在的制造和可靠性改进。

许多其他优点对于本领域技术人员将是明显的，除此以外至少本发明为公众提供了有用的选择。

附图说明

通过仅以示例的方式并参考附图给出的下面的描述，本发明另外的方面将变得明显，其中：

图1示出了本发明的开关的部件的侧面立体图；

图2a示出了当第二磁性构件饱和或接近饱和时在第一磁性构件和第二磁性构件(因钢36)之间提供的吸引力如何随温度变化的示例；

图2b示出了当第二磁性构件不饱和或不接近饱和时在第一磁性构件和第二磁性构件(因钢36)之间提供的吸引力如何随温度变化的示例；

图3a示出了处于运行状态的开关的侧视图，其中，触点张开；

图3b示出了处于运行状态的开关的侧视图，其中，触点合拢；

图4示出了例示本发明中的开关的运行原理的循环图；

图5示出了本发明的开关的下部立体图；

图6示出了另外的循环图，例示了第三调节构件对本发明的效果；

图7示出了另外的循环图，例示了第二调节构件对本发明的效果；

图8示出了本发明的替代实施方式，其中，可以改进第一磁性构件和第二磁性构件之间的耦合；

图9示出了图1的实施方式的部件的立体图；以及

图10示出了本发明的例示对开关中的环境温度变化的补偿的替代实施方式。

具体实施方式

在图1中示出了本发明的开关的一个实施方式。开关(100)包括第一臂(102)和第二臂(104)，上述第一臂和第二臂通过偏置装置(106)被偏置成彼此分离。

在示出的实施方式中，第一磁性构件(108)被设置到第一臂(102)，而第二磁性构件(110)被设置到第二臂(104)。还示出了被设置到第一臂的第一电触点(112)，和被设置到第二臂的第二电触点(114)。

第一臂(102)与第二臂(104)的标号在某种程度上是任意的，因为任一臂可具有另一臂的对应特征。然而，为清楚起见，在以下讨论中假设第一臂(102)包括第一磁性构件，而第二臂(104)包括第二磁性构件。

在其最简单的形式中，如果通过第一磁性构件(108)施加到第二磁性构件(110)上的吸引力大于通过偏置装置(106)提供的使臂分离的力，则开关将闭合并且在第一电触点(112)和第二电触点(114)之间将形成电连接。

尽管可以调节第二臂(104)相对于第一臂(102)的位置，以改变从第一磁性构件(108)施加在第二磁性构件(110)上的有效吸引力，但是优选地，该第二臂基本上是固定的。然而，应当理解，第一臂(102)可以是固定的，而第二臂(104)可以移动，或者替代性地第一臂和第二臂都可以移动。

优选地，第一臂(102)在第一位置和第二位置之间移动，其中，在第一位置处，第一电触点(112)与第二电触点(114)合拢，其中，在第二位置处，上述触点张开。尽管在此未示出，但是在优选实施方式中，该臂还可以包括开关闸刀，如在共同待决的新西兰专利No.732824中所描述的，其全部内容通过引用合并于本文。

该开关闸刀配置允许第一臂(102)远离第二臂(104)移动，而触点(112、114)保持连接。然后，当第一臂(102)达到足够分离时，触点(112、114)迅速被分离开，使电流断路。

类似地，本发明的第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间的吸引力允许电触点(112、114)的迅速连接。该迅速连接使在其间由于与触点(112、114)彼此轻度或部分接触相关联的增大的接触电阻而可能形成热点的时间的量最小化。

如在图1中示出的，电触点(112、114)被设置到第一臂和第二臂(102、104)。然而，理解到，电触点可以由通过第一臂和第二臂(102、104)的移动而启用的单独的构件来提供。

电触点(112、114)优选地由适合的导电材料诸如铜或银制成。然而，本领域技术人员将周知的是，可以使用其他材料，特别是在对成本敏感的应用中。

还理解到，为了摒除在第一电触点和第二电触点的张开或合拢期间可能形成的任何电弧的目的，还可以提供附加的触点。

在优选实施方式中，偏置装置(106)被构成和/或被布置成基本上如在图1中所示出的。然而，理解应当到，偏置装置可以是弹簧(例如，压缩弹簧、扭转弹簧、叶片弹簧等)、可弹性变形的材料(诸如橡胶或类似的弹性构件)或形成为第一臂(102)自身的区域例如形成为活动铰链。

另外，尽管这里未例示，但是可以使用多个偏置构件构造偏置装置(106)，上述多个偏置构件是互连的，使得它们共享共同的调节器件。替代性地，每个偏置构件可以具有单独的调节器件。

在所例示的实施方式中，第一磁性构件(108)是为预期的开关应用选择的永磁体。重要的是选择具有超过开关运行温度的居里温度的磁体。本领域技术人员周知的是，居里温度是材料开始失去其永久磁性属性的温度。

优选地，磁体是钐钴(SmCo)磁体。该类型的磁体有利地具有高温度额定值；替代性地，磁体可以至少部分地由钕或本领域技术人员已知的其他磁性材料制成。

现在回到图1，尽管第一磁性构件(108)被示出为在第一臂(102)上，但是该第一磁性构件可以位于第二臂(104)上。本领域技术人员将理解到，第一磁性构件(108)与第二磁性构件(110)联合的目的是在第一臂和第二臂(102、104)之间提供吸引力。这样，本文中描述的和在附图中例示的定位仅通过示例的方式提供，并且不应当被视为对本发明的限制。

第二磁性构件(110)优选地是镍铁合金。优选地，镍铁合金包含约36％的镍和64％的铁。该特殊的合金(称为因钢36)具有低的热膨胀系数，并且重要的是具有已知当饱和或接近饱和时会随着温度升高而减小的磁导率。这种表现的示例在图2a的力与温度曲线中例示。力轴与第一磁性元件和第二磁性元件之间的磁性吸引力相关，而温度轴与第二磁性元件(因钢36)的温度相关。

图2b提供了当因钢不饱和或不接近饱和时针对磁性吸引力的力与温度曲线的示例。要注意的是，吸引力在20摄氏度到140摄氏度之间变化较小。因此，对于本发明，优选使第二磁性构件(110)(因钢36)在处于饱和或接近饱和的状态下运行。

本领域技术人员周知的是，饱和在磁性方面的含义是施加的磁场的增大不会进一步使材料的磁化强度增大的状态。还理解到，在本领域已知的其他条件下，诸如朝向材料的居里温度加热该材料时，也可以观察到这种效果，然而此时磁导率的减小更为突然。

本发明提供了无需依赖于居里温度而运行的开关。还理解到，尽管期望将因钢36用于本发明，但其不是必须的，并且可以使用其他镍/铁合金，诸如因钢37(大体上37％的镍和63％的铁)。替代性地，第二磁性构件可以使用当饱和时或在其他方面(otherwise，在其他条件下)展现出期望的温度/磁导率特性的任何合金或材料。

替代性地，第二磁性构件(110)可以具有随温度升高而增大的磁导率，或者具有温度与磁导率之间的复杂关系。对于选定的温度范围，温度与磁导率之间的其他方面的复杂关系可能适合于用于本发明的开关。

举例来说，在冷却装置诸如冷冻机中，可能期望使用冷却器件来代替本发明的加热器件。冷却器件可以通过来自冷冻机的热传导来提供，或者替代性地，本发明可以例如作为恒温器设置在冷冻机内。使该冷却器件与具有会随着温度升高(跨相关温度范围)而增大的磁导率的第二磁性构件配对，将使得冷冻机变暖时第一臂和第二臂之间的吸引力较强，从而使触点合拢并使冷却电路开启，以此调节温度。

还理解到，第二磁性构件可以是永磁体。在该配置中，磁体被定位成使得第一磁性构件的北极面朝第二磁性构件的南极(反之亦然)。该配置当磁体被间隔开时有利地提供了较大的吸引力，并且因此可以在第一臂和第二臂之间供给较大的间隙。

再次参考图1，以凸轮的形式提供了第一调节器件(116)。还提供了第二调节器件(118)，以用于精细调节通过偏置装置(106)提供的力。该第二调节器件(118)可以被调节以补偿偏置装置(106)、第一磁性构件(108)或第二磁性构件(110)中的任何制造变化。第二调节器件(118)还被配置成将力从第一调节器件(116)传递到偏置装置(106)。

第二调节器件(118)的调节理想地通过与偏置装置(106)的螺纹连接来提供。可选的键控式(keyed，销锁式、啮合式)内部孔用于可以提供调节装置。然而，理解到，第二调节器件(118)可以由如将对本领域技术人员而言明显的其他配置构成。

在使用中，第一调节器件(116)的旋转改变由偏置装置(106)施加的用以使第一臂(102)与第二臂(104)分离开的力。通过使第一调节器件(116)的中心与被第二调节器件(116)接触的表面之间的径向距离变化来做到这一点。

例如，当用作加热器时，第一调节器件(116)可以旋转到具有低径向距离的区域，因此减小了通过偏置装置(106)提供的力，使磁力趋于大于偏置力并使触点合拢。这将对应于加热器上的“高”温度。类似地，第一调节器件(116)包括将类似地对应于低温度的高径向距离的区域。

还将理解到，第一调节器件(116)可以在至少一个方向上使偏置装置(106)施加超过第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间所能达到的最大吸引力的力，从而安全地使开关不起作用。类似地，第一调节器件(116)可以在至少一个方向上使偏置装置(106)去除或大体上减小偏置力，使得触点将不会张开，即使在最小/零吸引力的情况下。

在本发明的温度调节实施方式中，优选地，第一调节器件(116)是凸轮，如在附图中所例示的。替代性地，可以通过其他装置诸如滑动机构、致动器或电子控制电路来提供调节。这样的布置应当通过本领域技术人员容易地实施。

尽管本发明以这种形式用作开关，但是本发明的一方面是提供适合于温度调节的输出。为了提供这个，将加热器件(120)设置到第二磁性构件(110)。然而，应当理解，可以将加热器件(120)设置到第一磁性构件(108)、第二磁性构件(110)、屏蔽件(802)或它们的任何组合。加热器件(120)优选地被设置到第二臂(104)，因为与加热器件(120)的电连接不需要考虑第一臂(102)中存在的移动的范围。提供与加热器件(120)的电连接的方法将是本领域技术人员周知的。

加热器件(120)优选地是陶瓷加热器，其与第一电触点(112)和第二电触点(114)串联连接或与任何电负载并联连接。替代性地，加热器件(120)可以包括电阻加热器和/或直接被压印(print，印刷)在第二磁性构件(110)上。

当电路接通并且电触点(112、114)彼此接触时，电流开始流动。该电流使加热器件(120)的温度升高，并因此使第二磁性构件(110)的温度升高。这样，第二磁性构件(110)的磁导率开始下降。在磁导率方面的减小使在第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间提供的吸引力减小。

当该吸引力低于通过偏置装置(106)提供的力时，第一臂(102)和第二臂(104)移动分离，使电子电路断开连接。在加热器件(120)现在断开连接的情况下，第二磁性构件(110)开始冷却，再次使该第二磁性构件的磁导率增大。

当第二磁性构件(110)和第一磁性构件(108)之间的吸引力超过通过偏置装置(106)提供的偏置力时，电路被接通，并且循环重复。以这种方式，可以获得有效的脉宽调制(PWM)输出。用于该输出的设定点通过第一调节器件(116)的位置提供，并因此通过由偏置装置(106)所提供的偏置力提供。理解到，PWM输出将适合于包括温度调节的许多应用。

仅可以通过对应地高的磁性吸引力(冷却的第二磁性构件(110)、短的开关接通时间、长的开关关断时间)来克服使臂偏置分离的高偏置力，并且对应地弱的偏置力仅能够克服弱磁力(热的第二磁性构件(110)、长的开关接通时间、短的开关关断时间)。

图3a示出了本发明的开关组件的简化视图，其中，第一臂(102)和第二臂(104)处于第一位置，在该第一位置中，触点(112、114)被分离开并且电路是断开的。在该位置中，通过偏置装置(未例示)施加的力超过在第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间的磁性吸引力。

相反地，图3b示出了在第二位置中的第一臂(102)，在该第二位置中，触点(112、114)彼此接触并且电路是接通的。在该配置中，通过偏置装置(未例示)施加的力小于在第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间的磁性吸引力。应当理解到，一旦电触点已经合拢，如在图3b中示出的，第一臂还可以被进一步移位以使第一磁性构件和第二磁性构件定位成比所示出的更接近。这可以通过使用如在共同待决的新西兰专利申请No.732824中描述的开关闸刀来通过第一臂的挠性供给，该专利的全部内容通过引用合并于本文，或者通过对本领域技术人员明显的任何其他方式来供给。

图4是例示与开关的断开状态和接通状态之间的转换相关联的迟滞现象的循环图。提供了两个力-温度曲线，标记为“合拢-加热”的曲线示出了当触点合拢时力与温度曲线，而“张开-冷却”曲线示出了当触点张开时的温度曲线。虚线表示在两种状态之间发生转换处的力。

当臂合拢时，第二磁性构件开始加热，直到在第一磁性构件和第二磁性构件之间的磁性吸引力下降到标记“瞬动力”的虚线以下。在此时刻，触点张开并且第二磁性构件开始冷却(遵循“张开-冷却”曲线)。当第一磁性构件和第二磁性构件之间的磁性吸引力超过“瞬动力”时，于是开关触点合拢，并且该图转换回处于“合拢-加热”状态中，并且该循环重复。

如本领域技术人员将理解的，在相应曲线上例示的点例示了与指数的加热和冷却相关联的时间间隔。有效PWM占空比是电触点合拢(加热第二磁性构件)所度过的时间与触点张开(第二磁性构件冷却至环境温度)所度过的时间的比率。

图5提供了本发明的开关的部件的下部立体图。从这个角度来看，可以看到调节机构(500)被设置到第二臂(104)。调节机构可以作用在第一调节构件或凸轮(116)上，或者替代性地可以被设置到被附接于开关本体的固定构件(未示出)。

当作用在凸轮上时，将理解到，当使用者调节凸轮时，偏置的调节是可得到的。然而，通过凸轮的旋转提供的调节不必与提供给第二调节构件(118)的调节相同，因为调节机构(500)可以作用在凸轮的单独的区域上。还将理解到，凸轮的该单独的区域可以具有包括基本恒定的径向距离的任何截面轮廓，其中，凸轮的调节对第二臂(104)提供很少或几乎不提供调节。

该调节机构(500)使第二臂(104)朝向第一臂(102)偏置，或者使该第二臂远离该第一臂偏置。由于优选地将加热器件(120)设置到第二臂(104)，该第三调节器件(500)在本文中可以被称为加热器臂偏置件。该调节机构(500)理想地以与第二调节器件(118)被设置到偏置装置(106)类似的方式被拧到第二臂(104)中。调节机构(500)的调节也可以经由内部键控式孔(未示出)进行。将调节调节机构(500)或加热器臂偏置件的效果例示在图6中。

退回参考图2a，将理解到，为了获得在图2a中示出的因钢36的力/温度曲线，因钢需要接近饱和。如果因钢不饱和或不接近饱和，则如在图2b中示出的力/温度曲线可能会相当不同。另外，当触点被分离开并且第一磁性构件(108)与第二磁性构件(110)被分离开时，第二磁性构件可以从接近饱和状态转换成较不饱和或者不饱和状态，改变力/温度特性。

基于此，本发明提供了多个调节装置(116、118)和调节机构(500)，其允许第一磁性构件与第二磁性构件分离开并因此使产生的偏置力被调节。

例如，可以通过调节该调节机构(500)来减少第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间的分离。这样做的情况下，磁性吸引力将增大。这可以通过调节第二调节器件(118)以便增大偏置力来适应该情况。

另外，第一调节器件(116)可以作用在调节机构(500)上，以将第二磁性构件(110)定位成较接近第一磁性构件(108)，从而增大PWM输出占空比。然而，为了安全起见，第一电触点和第二电触点(112、114)之间的电气间隙需要保持在由开关电压和在所使用的国家中适用的安全标准所限定的适当限制内。基于此，可以调节第二调节器件(118)以降低偏置力，以允许在电触点之间存在较大分离的情况下获得相同的占空比。

图6遵循在图4中例示的相同的原理。但是，假设可以将调节机构(500)或加热器臂偏置件设定到三个位置。理解到，为了简化附图，例示了三个位置，并且调节机构(500)可以具有被设置在所例示的之外的和被设置在所例示的之间的任何点处的调节位置。

图中标记有“2”的区域与调节机构(500)位置2相关，该位置实质上等同于图4。将理解到，调节该调节机构(500)(通过调节机构的旋转或通过改变其作用于的表面)使得第二臂(104)被定位成较接近第一臂(102)将减小使触点(112、114)合拢所需的磁性吸引力。这由在图6中标记“1”的区域表示。

参考图6，可以看出，在达到“瞬动力”之前，区域1需要较高的温度。由于该较高的温度与第二磁性构件(110)的加热相关，因此它也对应于较低的磁导率。由于第一磁性构件和第二磁性构件现在被定位成较接近，因此需要较低的磁性吸引力。

参照图4还可以看出，这将对应于触点合拢的时间长于上述触点张开的时间的开关占空比。相反地，标记“3”的区域与第二臂(104)被偏置成进一步远离第一臂(102)的位置相关。在该位置，需要较高的磁导率以增大第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间的磁性吸引力。如先前所讨论的，这在较低的温度处发生并且导致触点合拢与上述触点张开的比率更平均的开关占空比。

图7例示了调节第二调节构件(118)以便改变通过偏置装置(106)所施加的在本文中也称为“瞬动力”的力的效果。提供了三个区域，每个区域都具有轻微透明度。每个区域对应于上曲线和下曲线之间的通过虚瞬动力线横贯相应曲线处的点所定义的面积。仅为了简单起见，示出了第二调节构件的在三个位置中的调节(“瞬动力”)，但是理解到，第二调节构件(118)可以包括所示出的调节位置之外的调节位置，并且本发明不限于离散的调节点，而是可以被调节到在最大值和最小值之间的任何位置。

如先前所讨论的，第一调节构件(116)的调节优选地被配置成以与在图7中例示的类似的方式对通过偏置装置(106)施加的力提供调节。然而，为简单起见，现在将仅参考第二调节构件(116)的调节来讨论图7。

调节第二调节构件(118)以使偏置装置(106)的下部朝向第一臂(102)升举，将增大通过偏置装置(106)施加的力。这将需要在第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间具有更强的吸引力，以便使触点(112、114)合拢。如所讨论的，当第二磁性构件(110)的磁导率最高时(当第二磁性构件(110)是冷却的时)磁性吸引力是最大的。这与在图7中标记“3”的区域相关。相反地，标记“1”的区域与较低的偏置力相关，因为第二调节构件(118)使偏置装置(106)的下部部分下降远离第一臂(102)。从图7可以看出，第二磁性构件(110)需要在触点(112、114)将分离开之前变得较热——对应于较低的磁导率和较低的磁性吸引力。

还理解到，第一调节构件(116)和第二(118)调节构件以及调节机构(500)各者一起工作以改变如本文所描述的开关的特性，并且只是为了简单起见已经以孤立的方式利用这些构件描述了本发明。

在图8中可以找到对本发明的进一步改进，其中，改进了第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间的耦合。该改进通过下述实现：将横向侧构件(800)设置到第二磁性构件(110)或第二臂(104)，有效地增大了第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间的磁场耦合而不需要限制第一臂(102)的行进。本领域技术人员将理解到，可以使用替代配置来获得改进该耦合的方法，包括但不限于将横向侧构件设置到第一磁性构件(108)和/或第一臂(102)。

此外，尽管未在任何图中例示，但是将理解到，可以通过将第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)定位得较接近，例如定位在相应臂的内侧边缘上，来增加第一臂(102)和第二臂(104)之间的吸引力。

本发明的另外的方面是提供一定程度的环境温度补偿，而不需要使用双金属部件。期望环境温度补偿，因为环境温度的变化可以独立于加热器件(120)来加热或冷却第二磁性构件(110)，从而导致输出或温度与期望的不同。

基于此，本发明引入了如在图8中示出的屏蔽器件(802)。该屏蔽器件(802)优选地由与第二磁性构件(110)相同的材料构成，并且被布置成至少部分地减小第一磁性构件(108)的作用在第二磁性构件(110)上的场强。场强的减小是屏蔽器件(802)的磁导率的作用，具有较低磁导率的材料对磁场的影响较小。

在使用中，开关内的环境温度变化引起第二磁性构件(110)和屏蔽器件(802)的温度变化。第二磁性构件(110)的温度升高引起较低的磁导率，这又使第一磁性构件和第二磁性构件(108、110)之间的吸引力减小。然而，随着屏蔽器件(802)的温度也升高，其磁导率下降，使屏蔽器件(802)的屏蔽效果减轻。这种在屏蔽效果方面的减轻至少部分地补偿了第一磁性构件和第二磁性构件(108、110)之间的吸引力的减小，提供了一定程度的环境温度补偿。

可以在本发明的范围内容易地改变屏蔽器件(802)的结构和定位。例如，屏蔽器件(802)可以被定位在第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间，或者如图8所示替代性地定位在第一磁性构件(108)的相对于第二磁性构件(110)的相反侧上。

发明人认为，优选地将屏蔽器件(802)基本上如在图8中所示出的那样定位，因为其允许在第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间提供的吸引力方面具有类似的减弱，而不需要在第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间——此处的空间非常宝贵——包括屏蔽器件(802)。

优选地，屏蔽器件(802)包括镍铁合金。甚至更优选地，镍铁合金包含约36％的镍和64％的铁；如以上关于第二磁性构件(110)所讨论的，该特定合金被称为因钢。

期望屏蔽器件(802)包括与第二磁性构件(110)相同的合金。有利地，发明人相信使用相同的合金或至少在期望的温度范围内具有相似的磁导率响应的合金，引起对环境温度的至少部分的补偿。

尽管屏蔽器件(802)可以提供适度的环境温度补偿，但是还可以设想，可以提供双金属带状件以用于环境温度补偿的目的。在该配置中，双金属带状件的挠曲可以通过作用在偏置装置(106)或第二臂(104)上来提供补偿、或者通过第一磁性构件和第二磁性构件(108、110)提供的磁性吸引力来提供补偿。这种配置仍然保持至少部分地减少开关中所需的双金属材料的量的优点。

图9例示了本发明的部件的另外的立体图。

现在参考图10，其例示了补偿开关(1000)中的环境温度变化的另外的方法。在该实施方式中，第三磁性构件(1002)被设置在第一磁性构件(108)的相反相对侧处，以提供远离第二磁性构件(110)的吸引力。

优选地，第三磁性构件(1002)和第二磁性构件(110)至少部分地由关于先前实施方式描述的因钢构造成。

因此，理解到，在温度方面的任何变化都将影响第二磁性构件(110)和第三磁性构件(1002)两者的磁导率。

例如，随着温度升高，第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间的吸引力减小。这通常将减小使第一电触点和第二电触点(112、114)保持合拢的第一臂(102)和第二臂(104)之间的吸引力。为了克服在吸引力方面的该净减少，第三磁性构件(1002)向第一磁性构件(108)给予力，该力对抗通过第二磁性构件(110)所提供的吸引力。

在该配置中，随着温度升高，第一磁性构件(108)和第二磁性构件(110)之间的吸引力减小，然而与此同时，朝向第三磁性构件(1002)的吸引力也减小。这提供了对环境温度变化的适度补偿，其可以用于确保电触点(112、114)张开和合拢的温度随着环境温度变化而基本保持恒定。

在图10中示出的配置的另外的优点是，当第一臂(102)在张开状态和合拢状态之间转换时(如在图3A和图3B中所例示的)，第三磁性构件(1002)的存在提供了改进的“瞬动”作用。

在图10中，第三磁性构件(1002)被附接到开关(1000)的外壳/壳体(1004)上的固定安装件。将理解到，该配置绝不限制本发明的范围。例如，第三磁性构件(1002)可以可调节地被连接到开关的外壳/壳体(1004)或开关的任何其他适合的元件。通过允许调节第三磁性构件(1002)的位置，可以调节相关的吸引力以适应任何制造上的变化。本文提供了合适的调节系统的示例，并且本领域技术人员将知道提供位置调节的其他适合的方法。

以上和以下引用的所有申请、专利和出版物的全部公开内容，如果有的话，通过引用合并于本文。在本说明书中对任何现有技术的引用都不是且不应当被认为是对现有技术构成世界上任何国家事业领域的公知常识的一部分的承认或任何形式的暗示。

可以说本发明广泛地包括以两个或更多个部分、元件或特征的任何或全部组合的形式，单独地或共同地存在于本说明书中提到或指示的所述部分、元件和特征中。在前面的描述中，对整体或具有其已知等效物的部件进行了引用，这些整体在这里就如同单独阐述的一样合并于本文。

应当注意，对本文所描述的当前优选实施方式的各种改变和变更对于本领域技术人员将是明显的。在不脱离本发明的精神和范围并且不减少其附带优点的情况下，可以进行这样的改变和变更。因此，意图将这样的改变和变更包括在本发明内。

仅通过示例的方式已经描述了本发明的方面，并且应当理解到，在不脱离本发明的所附权利要求的范围的情况下，可以对本发明进行变更和附加。

Claims (22)

1.一种开关器件，所述开关器件包括：

第一磁性构件；

第二磁性构件；

第三磁性构件；以及

加热器件，所述加热器件与所述第一磁性构件和所述第二磁性构件中之一热连通；

其中，所述加热器件被配置成：在使用中，对所述第一磁性构件或所述第二磁性构件进行加热，以使所述第一磁性构件与所述第二磁性构件之间的吸引力减小；并且

另外其中，所述第三磁性构件被构造和/或布置成：对在所述第一磁性构件与所述第二磁性构件之间的由于所述开关中的环境温度变化所引起的吸引力的任何改变进行至少部分地抵消。

2.根据权利要求1所述的开关器件，其中，所述开关器件还包括第一臂。

3.根据权利要求2所述的开关器件，其中，所述第一磁性构件被设置到所述第一臂。

4.根据权利要求3所述的开关器件，其中，所述第一臂包括电触点。

5.根据权利要求1所述的开关器件，还包括第二臂。

6.根据权利要求5所述的开关器件，其中，所述第二磁性构件被设置到所述第二臂。

7.根据权利要求6所述的开关器件，其中，所述第二臂包括电触点。

8.根据权利要求7所述的开关器件，其中，电触点和所述第一磁性构件被设置到第一臂，并且其中，所述第一臂的电触点被配置成：在使用中接触所述第二臂的电触点，以从而使电路完整。

9.根据权利要求8所述的开关器件，其中，所述第一磁性构件和第二磁性构件被布置成提供促使所述第一臂的电触点连接到所述第二臂的电触点的吸引力。

10.根据权利要求1所述的开关器件，其中，所述第一磁性构件包括永磁体。

11.根据权利要求1所述的开关器件，其中，所述第二磁性构件包括铁磁材料。

12.根据权利要求1所述的开关器件，其中，所述第三磁性构件包括铁磁材料。

13.根据权利要求11或12所述的开关器件，其中，所述铁磁材料包括镍与铁的合金。

14.根据权利要求13所述的开关器件，其中，所述合金包括约36％的镍和约64％的铁。

15.根据权利要求1所述的开关器件，还包括偏置装置。

16.根据权利要求15所述的开关器件，其中，所述开关包括具有电触点的第一臂和具有电触点的第二臂，其中，所述偏置装置被配置成同所述第一臂的电触点与所述第二臂的电触点之间的连接对抗。

17.根据权利要求1所述的开关器件，其中，所述第三磁性构件被配置成提供与所述第一磁性构件和第二磁性构件之间的吸引力对抗的吸引力。

18.根据权利要求1所述的开关器件，其中，所述第三磁性构件被配置成使所述第一磁性构件与第二磁性构件之间的吸引力减弱。

19.根据权利要求1所述的开关器件，其中，所述第三磁性构件被定位在所述第一磁性构件与所述第二磁性构件之间。

20.根据权利要求1所述的开关器件，其中，所述第二磁性构件被定位在所述第一磁性构件的第一侧上，并且所述第三磁性构件被定位在所述第一磁性构件的第二侧上。

21.根据权利要求1所述的开关器件，其中，所述加热器件是陶瓷加热器。

22.一种温度调节器件，包括根据前述权利要求中任一项所述的开关器件。

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