CN114391173A - 两件式螺线管柱塞 - Google Patents
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Abstract
本文提供了一种改进的螺线管电气开关。在一些实施例中，螺线管电气开关可包括柱塞，该柱塞至少部分地布置在螺线管的中心孔中，用于相对于磁性耦合构件在进入和离开中心孔的至少两个位置之间进行旋转和轴向往复运动。柱塞可包括第一部件和第二部件，第一部件包括主体和该主体内的中心狭槽，第二部件至少部分地布置在中心狭槽内，其中第二部件可包括与中心狭槽的内表面接合的接合表面。
Description
技术领域
本公开总体上涉及电路保护装置领域，并且更具体地涉及两件式螺线管柱塞。
背景技术
电气继电器是一种能够在两个电极之间建立连接以传输电流的装置。一些继电器包括线圈和磁性开关。当电流流动通过线圈时，会产生与该电流流动成比例的磁场。在预定点，磁场足够强以将开关的活动触点从其静置或断电位置拉到压在开关的固定触点上的其致动或通电位置。当施加到线圈的电力下降时，磁场强度下降，从而释放活动触点并允许其返回到其初始断电位置。当继电器的触点断开或闭合时，会产生一种被称为电弧放电的放电，这会导致触点的发热和燃烧，并且随着时间的推移通常会导致触点退化和最终损坏。
螺线管是一种特殊类型的大电流电磁继电器。螺线管操作的开关被广泛用于响应于提供给螺线管的相对低水平的控制电流向负载装置供电。螺线管可用于各种应用。例如，螺线管可用于电气起动器中，以便容易方便地起动各种车辆，包括传统的汽车、卡车、草坪拖拉机、大型割草机等。
螺线管包括柱塞，该柱塞可操作以根据柱塞的位置打开或闭合开关。柱塞由电力和脉冲驱动，并执行前进和返回运动的动作。传统柱塞并设计成高磁性材料(比如AISI1215碳钢)的单件，并用垫圈铆接。然而，传统柱塞容易比预期更早失效，例如，少于大约30,000次循环。
因此，需要一种能够承受更高的循环次数的更坚固的螺线管柱塞。本改进就是基于这些和其他考虑因素进行的。
发明内容
在根据本公开的一个方法中，螺线管电气开关可包括螺线管绕线筒，其通过卷绕线圈绕组而形成螺线管，所述螺线管绕线筒具有限定在其中的中心孔，并且所述线圈绕组在被电源接合时产生磁场，所述螺线管绕线筒具有顶部，所述顶部包括间隔开以限定沟槽的竖直延伸触点。螺线管电气开关还可包括磁性耦合构件，其安装在所述螺线管上，并且布置在所述沟槽中且靠近所述螺线管绕线筒的竖直延伸触点，所述磁性耦合构件围绕中心孔的至少一部分。螺线管电气开关还包括柱塞，其至少部分地布置在中心孔中，用于相对于所述螺线管和磁性耦合构件在进入和离开所述中心孔的至少两个位置之间进行旋转和轴向往复运动。柱塞可包括第一部件和第二部件，所述第一部件包括主体和所述主体内的中心狭槽，所述第二部件至少部分地布置在中心狭槽内，所述第二部件包括与中心狭槽的内表面接合的接合表面。
在根据本公开的另一方法中，螺线管的柱塞可包括第一部件和第二部件，所述第一部件包括主体和所述主体内的中心狭槽，所述第二部件至少部分地布置在中心狭槽内，所述第二部件包括与中心狭槽的内表面机械接合的接合表面。
在根据本公开的又一方法中，螺线管电气开关可包括螺线管绕线筒，其通过卷绕线圈绕组而形成螺线管，所述螺线管绕线筒具有限定在其中的中心孔，并且所述线圈绕组在被电源接合时产生磁场，所述螺线管绕线筒具有顶部，所述顶部包括间隔开以限定沟槽的竖直延伸触点。螺线管电气开关还可包括磁性耦合构件，其安装在所述螺线管上，并且布置在所述沟槽中并靠近所述螺线管绕线筒的竖直延伸触点，所述磁性耦合构件围绕中心孔的至少一部分。螺线管电气开关还可包括柱塞，其延伸到中心孔中，所述柱塞可操作以在至少两个位置之间沿柱塞轴线旋转和轴向移动。所述柱塞可包括第一部件和第二部件，第一部件包括主体和所述主体内的中心狭槽，第二部件延伸到所述中心狭槽中，其中所述第二部件包括与中心狭槽的内表面机械接合的接合表面，其中所述第二部件包括与第二部段连接的第一部段，并且其中所述第二部段的宽度大于第一部段的宽度。柱塞还可包括端盖，其联接到所述第二部件的第一端。
附图说明
附图说明了迄今为止为其原理的实际应用而设计的公开实施例的示例性方法，其中：
图1描绘了根据本公开的实施例的电气螺线管开关的侧截面图；并且
图2描绘了根据本公开的实施例的图1的电气螺线管开关的柱塞的侧截面图。
附图不一定按比例绘制。附图仅为表示，并不旨在描述本公开的具体参数。附图旨在描述本公开的典型实施例，因此不应被认为是对范围的限制。在附图中，相同的编号代表相同的元件。
此外，为了说明清楚，一些附图中的某些元件可以省略，或者不按比例示出。此外，为了清楚起见，在某些附图中可以省略一些附图标记。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更全面地描述根据本公开的实施例。本文的实施例可以以许多不同的形式描述，并且不应被解释为限制性的。当然，提供这些实施例使得本公开将变得彻底和完整，并且将向本领域技术人员全面地传达所述系统和方法的范围。
如本文所述，本公开的实施例涉及一种改进的螺线管电气开关。在一些实施例中，螺线管电气开关可包括柱塞，该柱塞至少部分地布置在螺线管的中心孔中，用于相对于磁性耦合构件在进入和离开中心孔的至少两个位置之间进行旋转和轴向往复运动。柱塞可包括第一部件和第二部件，第一部件包括主体和该主体内的中心狭槽，该第二部件至少部分地布置在中心狭槽内，其中第二部件可包括与中心狭槽的内表面接合的接合表面。
与现有技术的柱塞不同，本文的实施例涉及被分为两件的柱塞，其中第一部件可由磁性材料(比如AISI 1215碳钢)制成。第二部件可由不锈钢(比如SUS301)制成，其通过垫圈铆接。此外，第二部件可在第一部件和第二部件之间的连接区域处接受滚花处理。因此，本文改进的柱塞设计提供了足够的柱塞磁性性能，同时由于坚固的接口连接而提高了性能。
现在转到图1，将描述根据本公开的示例性电气螺线管开关(以下简称“开关”)100。开关100，诸如例如双稳态电气螺线管开关，包括螺线管绕线筒116(例如，螺线管绕线筒外壳)。螺线管绕线筒116可形成在螺线管本体150内，线圈绕组102卷绕在螺线管绕线筒116周围。螺线管绕线筒116可具有本体或连接件116C，其包括经由连接件116C连接到底部段116B(例如，第二端)的顶部段116A(例如，第一端)。在一些实施例中，螺线管护罩(未示出)围绕并保护线圈绕组102。连接件116C可被限定为多种几何构造之一。例如，连接件116C可以是具有预定厚度和预定直径的柱管形状。螺线管本体150，或者更具体地说螺线管绕线筒116，包括限定在其中的中心孔175，以及当被电源接合时产生磁场的线圈绕组102。更具体地，中心孔175可形成在连接件116C内。
螺线管本体150还包括布置在螺线管绕线筒116下方的螺线管框架118，用于螺线管本体150的额外支撑和保护。螺线管本体150可包括定位在中心孔175内部的铁芯160。压缩弹簧180可布置在铁芯160上，以在柱塞120和铁芯160之间形成缓冲器和冲击吸收器。压缩弹簧180也可由导电材料构成。
在一些实施例中，螺线管绕线筒116的顶部段116A包括电触点114B，其可以是一个或更多个垂直延伸的电触点，所述电触点彼此间隔一定距离以限定沟槽162。如图所示，沟槽162可从至少两个垂直延伸的电触点114B和连接件116C延伸。在一个非限制性示例中，电触点114B是银合金触点。诸如磁体的磁性耦合构件106可安装在螺线管本体150上。如图所示，磁性耦合构件106可靠近电触点114B在沟槽162内水平和/或竖直地延伸。磁性耦合构件106可围绕中心孔175和连接件116C的至少一部分。
如进一步所示，开关100可包括至少部分地布置在螺线管绕线筒116的中心孔175中的柱塞120，其用于相对于螺线管本体150和磁性耦合构件106在进入和离开中心孔175的至少两个位置之间进行旋转和轴向往复运动。如下文将更详细描述的，柱塞120可包括第一部件125，该第一部件包括主体127和在主体127内的中心狭槽129。柱塞120还可包括至少部分地布置在第一部件125的中心狭槽129内的第二部件130。如图所示，第二部件130可包括与第一部件125的中心狭槽129的内表面137接合的接合表面135。如进一步示出的，第二部件130可耦合到导电板110(例如，输入导电板)，比如可移动汇流条。柱塞120被磁性地吸向磁性耦合构件106。
导电板110耦合到柱塞120，并且在导电板110的每一端上设置有一个或更多个电触点114A。导电板110可被配置为在相应地向螺线管本体150施加电力时，电接合和脱离螺线管本体150。在一些实施例中，电触点114B被配置为用于电接合和脱离电触点114A，以打开(例如，断电)和闭合(例如，通电)开关100。
在操作期间，磁场在至少两个位置之间锁定和解锁柱塞120。磁性耦合构件106被配置为减小用于允许螺线管本体150在被选择性通电以在恒定电流模式操作时保持在打开位置的磁场所需的力，从而允许宽的操作电压和减小的运行功率。磁性耦合构件106将柱塞120保持在至少两个位置之一。恒定电流模式允许多级峰值保持电流。宽工作电压在5至32伏的范围内，但这不是限制性的。
导电板110、线圈绕组102、电触点114A和114B以及柱塞120可由任何合适的导电材料形成(比如铜或锡)，并且可形成为导线、带、金属链、螺旋卷绕线材、薄膜、沉积在基板上的导电芯、或者用于提供电流中断的任何其他合适的结构或构造。导电材料可基于熔化特性和耐久性来决定。在一些实施例中，柱塞120的第一部件125是钢材料，并且可包括覆盖电触点114A和电触点114B的不锈钢盖，和/或可定位在导电板110的每一端上。电触点114A和电触点114B也可以是不锈钢。同时，柱塞120的第二部件130可由碳钢制成。
如进一步所示，当向开关100提供电力时，电触点114B电接合电触点114A。导电板110可由于线圈绕组102和磁性耦合构件106中产生的磁场而移动。开关100还可包括布置在磁性耦合构件106和导电板110之间的第一弹簧142，比如复位弹簧。保持装置(未示出)，比如铆接到螺线管上的垫圈，可布置在磁性耦合构件106和第一弹簧142之间。当开关100的电源被移除时，第一弹簧142可产生锤效应(hammer effect)以断开电触点114A和电触点114B之间的连接。第一弹簧142可被构造为克服磁性耦合构件106的力(该力对于将通电的导电板110保持在与螺线管本体150的接合位置是必要的)，使得开关100可处于打开位置。当电源与螺线管本体150脱离时，第一弹簧142将柱塞120移回到至少两个位置中的另一位置。通过使柱塞120移位，第一弹簧142克服磁性耦合构件106的力，并且导电板110脱离螺线管本体150。
如进一步所示，开关100可包括第二弹簧112，比如超程弹簧，其布置在导电板110和磁性耦合构件106的顶部之间。第二弹簧112防止导电板110移动至导致导电板110撞击或接触柱塞120的端盖133(例如垫圈)的距离。在一些实施例中，第一弹簧142和第二弹簧112有助于将导电板110固定到柱塞120的固定和/或可调节位置。例如，第一弹簧142与第二弹簧112一起被定位为使得第一弹簧142的力从导电板110下方向上推而第二弹簧112的力从导电板110上方向下推，从而防止导电板110弯曲并变得相对于磁性耦合构件106不平行。
尽管未示出，但是开关100可连接到电路。例如，控制器，比如印刷电路板组件(PCBA)的控制器，可被配置为容纳开关100，以提供开关100、电源和其他电路之间的电连接。电连接可被提供用于向开关100提供电力。更具体地，线圈绕组102可连接到控制器。
现在转到图2，将更详细地描述根据本公开的实施例的柱塞120。如图所示，柱塞120包括与第二部件130连接的第一部件125，其中该第一部件125包括主体127，该主体包括形成在其中的中心狭槽129。在一些实施例中，主体127和中心狭槽129关于柱塞轴线“PA”对称地对齐。一旦接合，第二部件130可部分地布置在中心狭槽129内，使得接合表面135与中心狭槽129的内表面137直接物理接触。如图所示，接合表面135可包括沿第二部件130的外表面141形成的滚花表面图案。接合表面135可围绕第二部件130周向延伸，但这是非限制性的。此外，尽管显示为一系列竖直定向的表面特征，但应当理解，滚花表面图案可水平、对角和/或竖直地定向。如上所述，第一部件125可由磁性材料制成，比如AISI 1215碳钢，而第二部件130可由不锈钢制成，比如SUS301。然而，在本公开的范围内，也可使用其他材料。
如进一步所示，柱塞可包括耦合到第二部件130的第一端143的端盖133。在一些实施例中，端盖133为垫圈，其铆接到第二部件130的第一端143。然而，实施例不限于此。
在一些实施例中，第二部件130可包括具有第一宽度“w1”的第一部段151和具有第二宽度“w2”的第二部段153。如图所示，w2可大于w1。此外，第二部件130可包括在第一部段151和第二部段153之间的肩部区域155，其中该肩部区域155接合沿中心狭槽129的内表面137的表面突起157。如图所示，表面突起157可包括朝向柱塞轴线“PA”延伸的凸缘161。第二部段153的增加的宽度连同肩部区域155(其可操作以接合表面突起157)为柱塞120提供了更坚固的接口。因此，在大量重复循环后，柱塞120不太可能失效。
参考图1-2，开关100的行为示例可解释如下。当电磁线圈绕组102连接到控制器时，通过第一弹簧142的作用保持在最高位置(例如，第一位置)的柱塞120将被迫在中心孔175内向下移动，同时压缩第一弹簧142。向下移动是线圈绕组102内产生的磁力的结果，该线圈绕组已通过恒定电流模式操作来通电。由于柱塞120被磁性吸引到磁性耦合构件106，因此磁性耦合构件106减少了产生柱塞120向下移动而将柱塞120保持在闭合位置所需的磁力总量。在闭合位置，电触点114A在第一位置(比如闭合或“通电”位置)与螺线管导电触点(比如电触点114B)相互碰触。
然后，当停止向线圈绕组102供应恒定电流时，柱塞120将被第一弹簧142施加到柱塞120的恢复力迫使返回到其初始位置(例如，第一位置)，同时克服柱塞120对磁性耦合构件106的磁吸引。在第二位置，电触点114A与螺线管导电触点(比如电触点114B)脱离。第二位置可以是打开或“断电”位置，其中柱塞120通过第一弹簧142施加到柱塞120的恢复力而迫使返回到其初始位置。
如本文所使用的，以单数形式叙述并以单词“一”或“一个”开头的元件或步骤应理解为不排除多个元件或步骤，除非明确叙述了这种排除。此外，对本公开的“一个实施例”的引用不旨在被解释为排除也包含所述特征的附加实施例的存在。
本文使用的“包括”、“包含”或“具有”及其变型意味着包含其后列出的项目及其等同物以及附加项目。因此，术语“包括”、“包含”或“具有”及其变型是开放式表达，并且可在本文中互换使用。
所有方向参考(例如，近端、远端、上部、下部、向上、向下、左、右、横向、纵向、前、后、顶部、底部、上方、下方、垂直、水平、径向、轴向、顺时针和逆时针)仅用于识别目的，以帮助读者理解本公开，并且不产生限制，尤其是关于本公开的位置、方向或使用。除非另有说明，否则连接参考(例如，附接、耦合、连接和联结)应被广义地解释，并且可包括元件集合之间的中间构件和元件之间的相对运动。因此，连接参考不一定推断两个元件直接连接并且彼此固定。
此外，标识参考(例如，主要、次要、第一、第二、第三、第四等)并不意味着重要性或优先权，而是用于区分一个特征和另一个特征。附图仅用于说明目的，附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对尺寸可能有所不同。
此外，术语“实质性”或“实质性地”以及术语“近似”或“近似地”在一些实施例中可互换使用，并且可使用本领域普通技术人员可接受的任何相关度量来描述。例如，这些术语可用作与参考参数的比较，以指示能够提供预期功能的偏差。尽管是非限制性的，但是与参考参数的偏差可以是例如小于1％、小于3％、小于5％、小于10％、小于15％、小于20％等。
此外，尽管说明性方法在上文中被描述为一系列行为或事件，但是除非特别说明，否则本公开不受这些行为或事件的所示顺序的限制。例如，根据本公开，一些行为可能以不同的顺序发生和/或与本文所示和/或描述之外的其他行为或事件同时发生。此外，并不是所有示出的行为或事件都是实现根据本公开的方法所必需的。此外，这些方法可与本文所示和所述的结构的形成和/或处理相关联地实施，也可以与未示出的其他结构相关联地实施。
本公开的范围不受本文描述的具体实施例的限制。实际上，除了本文描述的那些之外，本公开的其他各种实施例和修改对于本领域普通技术人员来说将从前述和附图中显而易见。因此，此类其他实施例和修改旨在落入本公开的范围内。此外，本文已在特定环境中为了特定目的的特定实现的上下文中描述了本公开。本领域普通技术人员将认识到，有用性不限于此，并且本发明可出于任何目的在任何数量的环境中有益地实施。
Claims (20)
1.一种螺线管电气开关，包括：
螺线管绕线筒，所述螺线管绕线筒通过卷绕线圈绕组来形成螺线管，所述螺线管绕线筒具有限定在其中的中心孔，并且所述线圈绕组在被电源接合时产生磁场，所述螺线管绕线筒具有顶部，所述顶部包括间隔开以限定沟槽的竖直延伸触点；
磁性耦合构件，所述磁性耦合构件安装在所述螺线管上，并且布置在所述沟槽中且靠近所述螺线管绕线筒的竖直延伸触点，所述磁性耦合构件围绕所述中心孔的至少一部分；以及
柱塞，所述柱塞至少部分地布置在所述中心孔中，用于相对于所述螺线管和磁性耦合构件在进入和离开所述中心孔的至少两个位置之间进行旋转和轴向往复运动，所述柱塞包括：
第一部件，所述第一部件包括主体和所述主体内的中心狭槽；以及
第二部件，所述第二部件至少部分地布置在所述中心狭槽内，所述第二部件包括与所述中心狭槽的内表面接合的接合表面。
2.根据权利要求1所述的螺线管电气开关，进一步包括联接到所述第二部件的第一端的端盖，其中，所述第二部件的第二端布置在所述中心狭槽内。
3.根据权利要求1所述的螺线管电气开关，所述第二部件包括：
第一部段，所述第一部段具有第一宽度；
第二部段，所述第二部段从所述第一部段延伸，所述第二部段具有不同于所述第一宽度的第二宽度。
4.根据权利要求3所述的螺线管电气开关，所述第二部件进一步包括在所述第一部段和所述第二部段之间的肩部区域，其中，所述肩部区域接合沿所述中心狭槽的内表面的表面突起。
5.根据权利要求1所述的螺线管电气开关，其中，所述接合表面包括滚花表面图案。
6.根据权利要求1所述的螺线管电气开关，其中，所述第一部件由碳钢制成，并且所述第二部件由不锈钢制成。
7.根据权利要求1所述的螺线管电气开关，进一步包括导电板，所述导电板具有与第二端相反的第一端，所述导电板耦合到所述柱塞并且具有布置在所述导电板的第一端和第二端中的每一端上的至少一个触点，其中，所述导电板被配置为在相应地向所述螺线管施加电力时电接合和脱离所述螺线管，所述磁场在所述至少两个位置之间锁定和解锁所述柱塞，用于接合和脱离所述导电板的触点和所述螺线管绕线筒的竖直延伸触点。
8.根据权利要求7所述的螺线管电气开关，进一步包括第一弹簧，所述第一弹簧被配置为容纳所述柱塞，其中，所述第一弹簧布置在所述磁性耦合构件和所述导电板之间，并且所述第一弹簧被配置为克服所述磁性耦合构件的力所必须的，以当所述电源与所述螺线管脱离时，将所述螺线管保持在打开位置并将所述柱塞移回到所述至少两个位置中的另一位置。
9.根据权利要求1所述的螺线管电气开关，其中，所述柱塞被磁性地吸向所述磁性耦合构件。
10.一种螺线管的柱塞，包括：
第一部件，所述第一部件包括主体和所述主体内的中心狭槽；以及
第二部件，所述第二部件至少部分地布置在所述中心狭槽内，所述第二部件包括与所述中心狭槽的内表面机械接合的接合表面。
11.根据权利要求10所述的柱塞，所述第二部件包括：
第一部段，所述第一部段具有第一宽度；以及
第二部段，所述第二部段从所述第一部段延伸，其中，所述第二部段具有不同于所述第一宽度的第二宽度，并且所述第二宽度大于第一宽度。
12.根据权利要求11所述的柱塞，所述第二部件进一步包括在所述第一部段和所述第二部段之间的肩部区域，其中，所述肩部区域接合沿所述中心狭槽的内表面的表面突起。
13.根据权利要求10所述的柱塞，其中，所述接合表面包括滚花表面图案。
14.根据权利要求10所述的柱塞，其中，所述第一部件由碳钢制成，并且所述第二部件由不锈钢制成。
15.一种螺线管电气开关，包括：
螺线管绕线筒，所述螺线管绕线筒通过卷绕线圈绕组而形成螺线管，所述螺线管绕线筒具有限定在其中的中心孔，并且所述线圈绕组在被电源接合时产生磁场，所述螺线管绕线筒具有顶部，所述顶部包括间隔开以限定沟槽的竖直延伸触点；
磁性耦合构件，所述磁性耦合构件安装在所述螺线管上，并且布置在所述沟槽中且靠近所述螺线管绕线筒的竖直延伸触点，所述磁性耦合构件围绕所述中心孔的至少一部分；以及
柱塞，所述柱塞延伸到所述中心孔中，所述柱塞能够操作以在至少两个位置之间沿柱塞轴线旋转和轴向移动，所述柱塞包括：
第一部件，所述第一部件包括主体和所述主体内的中心狭槽；
第二部件，所述第二部件延伸到所述中心狭槽中，其中，所述第二部件包括与所述中心狭槽的内表面机械接合的接合表面，其中，所述第二部件包括与第二部段连接的第一部段，并且所述第二部段的宽度大于所述第一部段的宽度；以及
端盖，所述端盖联接到所述第二部件的第一端。
16.根据权利要求15所述的螺线管电气开关，所述第二部件进一步包括在所述第一部段和所述第二部段之间的肩部区域，其中，所述肩部区域接合沿所述中心狭槽的内表面的表面突起。
17.根据权利要求16所述的螺线管电气开关，所述表面突起包括朝向所述柱塞轴线径向延伸的凸缘。
18.根据权利要求15所述的螺线管电气开关，其中，所述接合表面包括滚花表面图案。
19.根据权利要求15所述的螺线管电气开关，其中，所述第一部件由碳钢制成，并且所述第二部件由不锈钢制成。
20.根据权利要求15所述的螺线管电气开关，其中，所述柱塞被磁性地吸引向所述磁性耦合构件。
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