CN112670127B - 一种适用于磁场环境的直线式电磁继电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于磁场环境的直线式电磁继电器，包括外壳、线圈、铁芯、导轨、动作杆、弹簧、触点和磁场分流器；电磁继电器在铁芯周围缠绕铜导线来形成线圈，并在通电后生成驱动磁场，促使动作杆运动并接通触电。当外部干扰磁场较强时，现有电磁继电器会受到磁场干扰，干扰磁场会在继电器动作杆上产生与驱动线圈相反的力，进而影响电磁继电器的工作特性，使其误动作或不动作。本发明设计的直线式电磁继电器包括磁场分流器，磁场分流器会改变外磁场在继电器上的磁路结构，使干扰磁场对电磁继电器的作用力减小，进而提高电磁继电器对磁场的抗干扰能力。这种新型的电磁继电器具有抗干扰磁场效果好、结构简单、易加工等优点。

Description

一种适用于磁场环境的直线式电磁继电器

技术领域

本发明属于电磁兼容技术领域，更具体地，涉及一种适用于磁场环境的直线式电磁继电器。

背景技术

电磁继电器是一种基于特殊设计的磁路结构，并利用电磁力或电磁力矩驱动衔铁运动来实现电路转换的电子控制器件，在自动控制、电力保护及通信系统等方面有着广泛的应用。当电磁继电器位于外部磁场环境时，外部磁场将在衔铁上产生额外的电磁力或电磁力矩，进而影响电磁继电器的动态特性。在大型科研装置中，如托卡马克、电磁发射等，装置周围存在很强的空间磁场，这种影响将更加明显。以国际热核聚变实验堆计划 (ITER)托卡马克装置为例，额定运行时其周围将产生极强的稳态磁场，其中50mT磁场等值线覆盖半径超过25m，将严重影响安装在其周围的电磁继电器的正常运行强磁场的存在会使电磁继电器出现失灵的情况，继电器的失灵可能会使其所在控制系统出现故障，威胁其所在系统的安全性与可靠性，因此，亟待发明一种适用于磁场环境的电磁继电器。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于磁场环境的直线式电磁继电器，旨在解决现有电磁继电器在磁场下失效导致无法在强磁场环境下正常工作的问题。

本发明提供了一种适用于磁场环境的直线式电磁继电器，包括：外壳、线圈、导轨、动作杆、弹簧、触点和磁场分流器；外壳与动作杆构成磁路用于减少漏磁通；线圈设置于外壳的周围，当对线圈通电后其周围产生磁场，并在动作杆上产生驱动力使动作杆运动；导轨用于限定动作杆的运动轨迹并降低所述动作杆的摩擦阻力；动作杆受电磁力作用在导轨内运动；弹簧设置于动作杆外，用于当线圈断电后将动作杆推离触点，实现继电器的断开作用；触点用于当线圈通电后由于动作杆运动使得触点接通，实现继电器的接通作用；磁场分流器可以设置于外壳的延伸处，用于通过改变外部磁场在电磁继电器上的磁路，来实现外磁场在继电器内部电磁力的分流，进而降低外部磁场对继电器运动特性的影响。

作为本发明的一个实施例，磁场分流器可以设置为“L”型结构，用于将引流出的磁场远离所述动作杆，进一步地降低磁场对电磁继电器的影响。

作为本发明的另一个实施例，磁场分流器还可以设置为竖直型结构。其中，磁场分流器的长度可以为30mm。

更进一步地，磁场分流器采用的材料为铁磁材料；外壳由纯铁材料压制而成；动作杆由铁磁材料制成；线圈由铜导线缠绕而成。

更进一步地，触点可以为电磁继电器的微动开关。

本发明可以解决电磁继电器在磁场下失效的问题，增强电磁继电器抵抗磁场干扰的能力；对电磁继电器的改造小、耗材少，改造后的电磁继电器可实现大批量生产。总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)可靠性：本发明通过设计磁场分流器来有效减少外磁场通过动作杆的磁通量，进而确保电磁继电器不易受磁场的影响而错误动作。

(2)经济性：本发明中的磁场分流器相对于传统的磁场屏蔽箱耗材少，同时由于和铁芯材料一致，它可以与电磁继电器的铁芯一体制造，降低制造成本。

(3)便捷性：传统电磁屏蔽箱需要考虑箱子与继电器的尺寸匹配问题，以及继电器接线的走线问题，存在诸多不便；而本发明提供的电磁继电器通过一体化的结构设计可以有效避免上述问题。

(4)通用性：本发明中的磁场分流器不局限于特定类型的电磁继电器，可适用于所有类型的电磁继电器。

(5)高适用性：磁场分流器可根据电磁继电器实际大小而调整自身规格大小，其尺寸与电磁继电器尺寸呈正相关。磁场分流器也可根据磁场环境进行调整，其尺寸与磁场大小呈正相关。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的电磁继电器的结构图；

图2为本发明第二实施例提供的电磁继电器的结构图；

图3为磁力线在传统直线式电磁继电器内部的分布示意图；

图4为磁力线在本发明实施例提供的直线式电磁继电器内部的分布示意图；

图5为传统电磁继电器和本发明提供的电磁继电器在不同强度的磁场下的受力曲线示意图；

图6为本发明第二实施例提供的电磁继电器的导流磁场的示意图；

图7为传统电磁继电器和本发明提供的电磁继电器在不同强度的磁场下的受力曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明采用了在直线式电磁继电器上加装磁场分流器的技术手段，解决直线式电磁继电器在磁场下误动作或不动作的技术问题，达到了增强直线式电磁继电器抗磁场干扰能力的技术效果。

本发明提供了一种适用于磁场环境的直线式电磁继电器，包括：外壳 101、线圈102、导轨103、动作杆104、弹簧105、触点106和磁场分流器 107；其中，外壳101由纯铁材料压制而成，其目的在于与动作杆104形成磁路，减少漏磁通；同时，外壳101还具有保护线圈的作用。

线圈102由铜导线缠绕而成，包裹于外壳101的周围。对线圈102通电后，其周围产生的磁场，将在动作杆104上产生驱动力，使动作杆104 运动。

导轨103目的在于限定动作杆104的运动轨迹，同时降低动作杆104 的摩擦阻力。

动作杆104由铁磁材料制成，受电磁力作用在导轨103内运动。

弹簧105包裹于动作杆104外，其目的在于当线圈102断电后，将动作杆104推离触点106，实现继电器的断开作用。

触点106为电磁继电器的微动开关。当线圈102通电后，动作杆104 运动，并接通触点106，实现继电器的接通作用。

磁场分流器107由铁磁材料构成，并布置于电磁继电器外壳延伸处。磁场分流器107通过改变外部磁场在电磁继电器上的磁路，来实现外磁场在继电器内部电磁力的分流，进而降低外部磁场对继电器运动特性的影响。

在本发明实施例中，磁场分流器107的末端可打孔，方便在使用中的固定安装。

在本发明实施例中，磁场分流器107不仅适用于上述电磁继电器，对于任意结构的电磁继电器都可以通过加设磁场分流器107来实现降低外部磁场对电磁继电器的影响。

在本发明实施例中，磁场分流器107不仅是图1中提供的一种样式，类似这种延伸分流磁场性质的器件的都属于磁场分流器，图2展示了另一样式的磁场分流器的结构。

当继电器正常工作时，由于动作杆104采用铁磁材料电工纯铁，纯铁的磁导率比空气大，所以线圈102产生的大部分磁场会通过动作杆104；动作杆104在磁场的作用下，向上运动至触点106，当动作杆104接触到触点 107时停止运动并由于电磁场的作用吸合于触点106处，使电路状态转换；当线圈102停止通电时，动作杆104受到弹簧105反力的作用，快速分断，反向运动回复到起始位置。

但在磁场的环境下，动作杆104将受到磁场的干扰，外磁场为了形成最低磁阻的磁路，将在继电器的动作杆104上产生与正常运动相反的力，该力方向与线圈产生的电磁力相反，阻碍动作杆104的向触点106方向运动，影响了电磁继电器的正常工作。

而通过设置磁场分流器107，通过改变外部磁场在电磁继电器上的磁路，来实现外磁场在继电器内部电磁力的分流，进而降低了外部磁场的干扰，有效提高了电磁继电器抗磁场干扰能力。

为了更进一步的说明本发明实施例提供的适用于磁场环境的直线式电磁继电器，现参照附图并结合具体实例详述如下：

图1为本发明提供的电磁继电器第一实施例的结构示意图，电磁继电器包括外壳101、线圈102、导轨103、动作杆104、弹簧105、触点106和磁场分流器107；外壳101呈贯通立方体形状，触点106位于外壳101内部上端；线圈102包裹于外壳101中，导轨103呈镂空圆柱体状，线圈102 环绕于导轨103外，动作杆104置于导轨103内部。线圈连接电源，通电时，线圈102产生磁场，磁场在动作杆104和外壳101之间产生了吸引力，使动作杆104加速背离弹簧向上运动，当动作杆104触碰到触点106，此时形成了最低磁阻的磁通量路径。磁场分流器107之所以置于外壳101下两侧，是因为(1)动作杆104要做活塞运动，所以有一部分暴露在外壳外侧，磁场分流器107为铁磁材料，在外壳101下侧设置磁场分流器107可以减少外部磁场对动作杆104的直接作用；(2)将动作杆周围的外磁场引流出去。不加磁场分流器107的时候，由于要形成最低磁阻的磁路，因此外部磁场在继电器内部的走向如图3中的虚线所示，磁场会流经外壳101然后流向动作杆。加了磁场分流器107后的继电器受磁场的影响如图4中的虚线所示，磁场会通过由磁场分流器107，减少对动作杆104的影响。

在本实施例中，磁场分流器107被设置为“L”型，设计为“L”型的目的在于使引流出的磁场远离动作杆104，进一步地降低磁场对电磁继电器的影响。

外壳1尺寸可以为52mm×42mm×48mm，动作杆2为半径可以为5mm，长为48mm的圆柱体，线圈3匝数为200，磁场分流器6在此实施案例中被设计为在垂直方向长30mm，水平方向长20mm，厚度为5mm的“L”型结构，上述外壳1、动作杆2、磁场分流器6皆为铁磁材料。

外磁场会在直线式电磁继电器上产生与其正常运动相反的力，阻碍其运动。图5是传统电磁继电器和本发明提供的电磁继电器在不同强度的磁场下的受力，从图中可以看出本发明的继电器所受磁场力远小于传统电磁继电器，且随着磁场的增强，这种差距进一步增大，本发明设计的电磁继电器较传统继电器所受磁场产生的电磁力下降约为82％，这表示本发明提出的电磁继电器可以有效降低外磁场的影响。

图2为本发明提供的电磁继电器第二实施例的结构示意图，继电器本体结构都与第一实施案例相同，不同点在于磁场分流器的样式，在本例中，带磁场分流器设置为竖直型，长度为30mm，它导流磁场的示意图如图6 所示，其中虚线表示磁力线，从图中可以看出，竖直型的磁场分流器同样具有屏蔽和导流磁场的作用，由于导出的磁场平行于动作杆，所以它比“L”型的磁场分流器减少磁场干扰的效果稍弱一些，可用于干扰磁场强度较小的环境中，但这种结构的电磁继电器空间占有率更小，耗材也更少，经济性更强。图7为传统电磁继电器和本发明提供的电磁继电器在不同强度的磁场下的受力，从图中可以看出，相比于传统电磁继电器，本发明提供的电磁继电器有更强的抵抗磁场的能力，该结构的磁场分流器将磁场对继电器的作用力减少了60％，相较于第一实施例，它耗材少，更具有经济性，适用于磁场较小的环境中。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于磁场环境的直线式电磁继电器，其特征在于，包括：外壳(101)、线圈(102)、导轨(103)、动作杆(104)、弹簧(105)、触点(106)和磁场分流器(107)；

所述外壳(101)与所述动作杆(104)构成磁路用于减少漏磁通；

所述线圈(102)设置于所述外壳(101)的周围，当对所述线圈(102)通电后其周围产生磁场，并在所述动作杆(104)上产生驱动力使所述动作杆(104)运动；

所述导轨(103)用于限定所述动作杆(104)的运动轨迹并降低所述动作杆(104)的摩擦阻力；

所述动作杆(104)受电磁力作用在所述导轨(103)内运动；

所述弹簧(105)设置于所述动作杆(104)外，用于当所述线圈(102)断电后将所述动作杆(104)推离触点(106)，实现继电器的断开作用；

所述触点(106)用于当所述线圈(102)通电后由于所述动作杆(104)运动使得所述触点(106)接通，实现继电器的接通作用；

所述磁场分流器(107)为“L”型结构或竖直型结构；设置于所述外壳(101)的延伸处，用于将引流出的磁场远离所述动作杆(104)，通过改变外部磁场在电磁继电器上的磁路，来实现外磁场在继电器内部电磁力的分流，进而降低外部磁场对继电器运动特性的影响。

2.如权利要求1所述的直线式电磁继电器，其特征在于，所述磁场分流器(107)的长度为30mm。

3.如权利要求1所述的直线式电磁继电器，其特征在于，所述磁场分流器(107)采用的材料为铁磁材料。

4.如权利要求1所述的直线式电磁继电器，其特征在于，所述外壳(101)由纯铁材料压制而成。

5.如权利要求1所述的直线式电磁继电器，其特征在于，所述线圈(102)由铜导线缠绕而成。

6.如权利要求1所述的直线式电磁继电器，其特征在于，所述动作杆(104)由铁磁材料制成。

7.如权利要求1-6任一项所述的直线式电磁继电器，其特征在于，所述触点(106)为电磁继电器的微动开关。

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