CN115210839B - 一种带永磁的单稳态拍合式继电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带永磁的单稳态拍合式继电器,其技术方案要点是包括衔铁组、铁芯组、轭铁组和底座，所述轭铁组内部设置永磁体，其中永磁体放置在衔铁固定架的预留孔中，通过衔铁固定架上的孔进行限位，永磁体与轭铁密贴，通过永磁体与铁磁材料之间的磁吸力实现固定。本发明在磁路中加入永磁结构，通过永磁磁路提供释放保持力；在衔铁开始转动后由于气隙的变化可使永磁保持力迅速降低，帮助继电器提升吸合速度。同时底座上设有限位架，当某一接点出现粘连故障时，避免出现常开常闭接点同时闭合情况。且限位架上设有隔离墙，将各组动接点和静接点限制在单独隔间内，防止动簧片断裂导致接点桥接。

Description

一种带永磁的单稳态拍合式继电器

技术领域

本发明属于电磁继电器技术领域，具体涉及一种带永磁的单稳态拍合式继电器。

背景技术

目前国内铁路机车上所使用的机车车载继电器零件复杂、接点故障率高，同时所采用的单稳态拍合式结构多为弹簧或弹片提供释放保持力或反力。在吸合过程中随着衔铁旋转，弹簧或弹片提供的反力呈线性增加，为使继电器完成吸合，需要线圈提供更大的电磁吸力。这就要求线圈具备较大功率和更多的耗电。且目前结构由于在整个吸合过程中均存在弹簧或弹片的反力与电磁吸力竞争，导致吸合速度较慢。

现有的单稳态机车车载继电器，是通过线圈通电产生电磁吸力驱动衔铁转动使继电器吸合，线圈断电时继电器反力驱动衔铁复位使继电器释放。具体过程是，当电磁吸力增大到大于反力弹簧或弹片与动接触点簧片叠加作用产生的反力时，衔铁开始向铁芯方向转动，带动常闭接点断开、常开接点闭合，完成继电器释放过程。在吸合与释放过程中，衔铁的运动速度取决于电磁吸力与反力的竞争关系。释放位置处，在某一时刻吸力大于反力时，衔铁开始向吸合位置处运动。传统单稳态继电器多使用反力弹簧或弹片增大继电器释放位置处保持力，这样不仅使继电器零件结构更加复杂，同时弹簧或弹片的弹力随着形变的增加而增大，这使继电器在吸合过程中衔铁的运动速度受到影响。

同时，现有单稳态机车车载继电器多为单触头接点结构，接点接触可靠性不高，出现故障也多为接点接触不良，接点接触不良将导致高铁列车停车等严重影响。现在有单稳态机车车载继电器，多不是强制导向接点结构，存在发生接点熔焊等故障时常开接点与常闭接点同时闭合的现象，导致造成严重的安全问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带永磁的单稳态拍合式继电器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带永磁的单稳态拍合式继电器，所述继电器包括衔铁组、轭铁组和底座；其中，

衔铁组，包括L型衔铁、衔铁固定架和拉杆，其中所述衔铁固定架固定在所述衔铁短边上，所述拉杆垂直设置在所述衔铁长边的末端，所述拉杆绕所述衔铁自由转动；

轭铁组，包括L型轭铁、轭铁固定架和永磁体，其中，所述轭铁固定架固定在所述轭铁的短边上,所述轭铁上设置有永磁体，所述轭铁固定架上设置有放置所述永磁体的预留孔，所述永磁体与所述轭铁密贴；

底座，所述底座上开设有静接点组件、动接点组件和限位架，其中，所述静接点组件与动接点组件之间并联双触头配合接触；所述限位架为框架形式，所述限位架底端设置有卡扣，所述底座在卡扣相对应位置处设置有卡槽，所述限位架和底座通过卡扣配合固定在所述底座上。

优选的，所述衔铁固定架与轭铁固定架连接处设置有转轴，所述衔铁固定架与轭铁固定架二者部分搭接成“n”型，所述转轴穿入衔铁固定架和轭铁固定架“n”型两端设置的孔中，所述拉杆与衔铁端部通过安装孔搭接，所述衔铁组绕所述转轴旋转。

优选的，所述继电器还包括铁芯组，铁芯组包括铁芯、线圈架和线圈，其中，所述线圈绕制在线圈架中，所述铁芯位于线圈架中心孔中。

优选的，所述铁芯的极面面积大于线圈架中心孔面积。

优选的，所述轭铁上设置有LED单元，所述LED单元通过轭铁固定架两端的卡扣结构固定在所述轭铁上，所述LED单元两边引出的导线与线圈相接。

优选的，所述限位架连接有动接点组件，所述限位架相对于所述动接点组件上下两端面上连接有静接点组件，所述限位架与上下两组静接点组件接触，其中，限位架内部每组动接点组件所在空间相互独立。

优选的，所述底座的底端开设有电源接头，电源片开设于所述电源接头中。

优选的，所述静接点组件、动接点组件、电源片等通过注塑的方式固定在底座中。

优选的，所述动接点组件与所述静接点组件二者之间的接触为线接触，其中，两个所述静接点组件与一个所述动接点组件配合使用。

优选的，所述静接点组件包括静簧片、静接点，其中，

所述静簧片采用Y型结构，所述静接点设置于静簧片末端，所述静接点接触面采用平面结构。

优选的，所述动接点组件包括动簧片、动接点，其中，

所述动簧片采用中间挖空的方形结构，动簧片插入拉杆的孔隙中，所述动接点设置于动簧片的上下两面上，所述动接点接触面采用弧面结构。

优选的，所述衔铁、铁芯、轭铁采用软磁材料，所述衔铁固定架、拉杆、线圈架、轭铁固定架和转轴均采用不导磁材料，所述线圈的材料为铜。

本发明的技术效果和优点：

本发明提供一种新型单稳态机车车载继电器，在磁路中加入永磁结构，通过永磁磁路提供释放保持力，在衔铁开始转动后由于气隙的变化可使永磁保持力迅速降低，能够降低线圈功率并提高吸合速度。本发明设计了一种新型反力系统，能够有效增大接点的接触可靠性，同时设计了与反力系统相匹配的限位装置。当继电器闭合接点发生粘连时，避免出现断开接点接通的现象，保护接点电路安全。

本发明提供的一种新型单稳态机车车载继电器，继电器处于释放位置处由永磁吸力提供保持力，随着线圈通电，继电器衔铁向吸合位置运动过程中，由于永磁体工作气隙的增大，永磁吸力会逐渐减小，这使得衔铁能够更快速的完成运动过程。永磁磁路还能够与线圈磁路协同工作，降低继电器吸合所需的功耗。本发明设计了一种新的双触头结构，能够有效的提升接点接触的可靠性，并且设计了相匹配的限位结构，在提升可靠性的基础上，保证了接点回路的安全性。

附图说明

图1为本发明的继电器整机示意图；

图2为本发明的电磁结构整体示意图；

图3为本发明的衔铁组结构示意图；

图4为本发明的铁芯组结构示意图；

图5为本发明的轭铁组结构示意图；

图6为本发明的底座结构示意图；

图7为本发明的静接点组件示意图；

图8为本发明的动接点组件示意图；

图9为释放状态下线圈未通电时电磁结构原理示意图；

图10为释放状态下线圈通电时电磁结构原理示意图；

图11为吸合状态下线圈断电时电磁结构原理示意图。

图中：1-衔铁；2-衔铁固定架；3-拉杆；4-铁芯；5-线圈架；6-线圈；7-轭铁；8-轭铁固定架；9-永磁体；10-转轴；11-底座；12-静接点组件；13-动接点组件；14-限位架；15-电源片；16-静簧片；17-静接点；18-动簧片；19-动接点；20-LED单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种新型单稳态拍合式继电器，包括电磁系统、触簧系统的具体结构和实现方法。以永磁体替代传统反力弹簧/弹片用以增强继电器释放状态下的保持力，提高了抗振动冲击性能，同时降低了零件复杂性。永磁体在增大释放保持力的同时，能够帮助继电器提升吸合速度，提高电磁磁通的效率。接点采用双触头并联线接触方式，提升继电器的接触可靠性，并以限位架保证接点回路的安全性。

本发明提供了一种带永磁的单稳态拍合式继电器，包括衔铁组、铁芯组、轭铁组和底座组，其中，参见图1，

衔铁组，包括衔铁1、衔铁固定架2和拉杆3，其中所述衔铁固定架2固定在所述衔铁1短边上，所述拉杆3垂直设置在所述衔铁1长边的末端，所述拉杆3绕所述衔铁1自由转动；

轭铁组，包括L型轭铁7、轭铁固定架8和永磁体9，其中，所述轭铁固定架8固定在所述轭铁7的短边上,所述轭铁7上设置有永磁体9，所述轭铁固定架8设置有放置所述永磁体9的预留孔，所述永磁体9与所述轭铁7密贴；

铁芯组包括铁芯4、线圈架5和线圈6，其中，所述线圈6绕制在线圈架5中，所述铁芯4位于线圈架5中心孔中。

底座11，所述底座上开设有静接点组件12和动接点组件13，其中，所述静接点组件12与动接点组件13之间通过并联双触头配合接触。所述底座11上还设置有限位架14，所述限位架14为框架形式，所述限位架14底端设置有卡扣，所述底座11在卡扣相对应位置处设置有卡槽，所述限位架14和底座11卡扣配合固定在所述底座11上。

参见图3，衔铁组包括L型衔铁1、衔铁固定架2和拉杆3，其中所述衔铁固定架2固定在所述衔铁1短边上，所述衔铁1与衔铁固定架2通过铆钉固定。所述拉杆3垂直设置在衔铁1的另一端，拉杆3上设置有孔隙，所述衔铁1和拉杆3通过铆钉固定。所述拉杆3绕所述衔铁1自由转动，拉杆3为继电器电磁结构和反力系统的传动件，带动底座组中的动接点组件13共同运动。所述拉杆3为框架结构，当发生单点故障时，结构单点损坏不会造成拉杆3传动功能失效。

参见图4，铁芯组包括铁芯4、线圈架5和线圈6，其中，所述线圈6绕制在线圈架5中，所述铁芯4位于线圈架5中心孔中；铁芯组中，线圈6通过绕线装置缠绕在线圈架5上，铁芯4插入到线圈架5中心孔中，所述铁芯4的极面面积大于线圈架5中心孔面积。

参见图5，轭铁组包括轭铁7、轭铁固定架8和永磁体9，其中，所述轭铁7呈L型结构，所述轭铁7的L型的短边开设有轭铁固定架8，轭铁固定架8与轭铁7通过铆钉固定。轭铁7上还设置有永磁体9，所述轭铁固定架8固定所述永磁体9。所述轭铁组内部设置永磁体9，本发明在使用时，一侧设置永磁体9，通过永磁体9提供了部分磁通，增大继电器保持力，从而可以减少功耗。其中永磁体9放置在轭铁固定架8的预留孔中，通过轭铁固定架8上的预留孔进行限位，所述永磁体9与轭铁7密贴，通过永磁体9与铁磁材料之间的磁吸力实现固定。

参见图1，所述轭铁7上设置有LED单元20，所述LED单元20通过轭铁固定架8两端的卡扣结构固定在所述轭铁7上，所述LED单元20两边引出的导线与线圈6相接。

参见图6，所述底座11上开设有静接点组件12和动接点组件13，其中，所述静接点组件12与动接点组件13之间通过并联双触头配合接触。

所述限位架14连接有所述动接点组件13，所述限位架14相对于所述动接点组件13上下两端面上连接有静接点组件12，所述限位架14与上下两组静接点组件12接触，其中，限位架14内部每组动接点组件13所在空间相互独立。所述底座11的底端开设有电源接头，所述电源片15开设于所述电源接头中。所述静接点组件12、动接点组件13、电源片15等通过注塑的方式固定在底座11中。

所述动接点组件13与所述静接点组件12二者之间的接触为线接触，其中，两个所述静接点组件12与一个所述动接点组件13配合使用。

参见图7，静接点组件12包括静簧片16、静接点17，其中，所述静簧片16采用Y型结构，所述静接点17设置于静簧片16末端，所述静接点17接触面采用平面结构。

参见图8，所述动接点组件13包括动簧片18、动接点19，其中，所述动簧片18采用中间挖空的方形结构，动簧片18插入拉杆3的孔隙中，所述动接点19设置于动簧片18的上下两面上，所述动接点19接触面采用弧面结构。

底座组的关键部分是静接点组件12、动接点组件13、限位架14，所述静接点组件12中的静簧片16采用Y型结构，能够有效减小簧片的刚度，动簧片18由于动作行程较大，采用中间挖空的方形结构，在减小簧片刚度的同时，保持了簧片根部的受应力强度。静接点组件12与动接点组件13为并联双触头配合接触，即两个静接点17与一个动接点19配合使用，大大提升了接触可靠性。静接点17接触面采用平面结构，动接点19接触面采用弧面结构，二者之间的接触为线接触，考虑实际生产无法实现完美的面接触，线接触为保证接触可靠性的最佳接触方式。限位架14与上下两组静接点组件12接触，保证静接点组件12的运动行程，同时防止当一组或多组静接点17与动接点19在发生意外粘连时，所对应断开的静接点17与动接点19不会接触，保证继电器接点连接电路的安全，并且限位架14内部每组动接点组件13所在空间相互独立，这保证了动簧片18发生意外断裂时不会影响其他接点组的运行，避免接点电路之间短路。

参见图2，所述衔铁固定架2与轭铁固定架8连接处设置有转轴10，所述衔铁固定架2与轭铁固定架8二者部分搭接成“n”型，所述转轴10穿入衔铁固定架2和轭铁固定架8“n”型两端设置的孔中，所述衔铁组绕转轴10旋转。其中，与相应固定架的连接可通过铆接、焊接、卡接或螺栓等方式实现，通常是铆接；衔铁固定架2和轭铁固定架8通过转轴配合连接，且二者有部分搭接，部分相对设置，使整体成一“n”形，并且二者可绕转轴10旋转一定角度，进而带动衔铁1和轭铁7旋转，进而，根据继电器的具体结构可以使触点处于接触或断开的状态。

衔铁固定架2和轭铁固定架8均为“U”形，或者说两侧带有翻边的结构。且衔铁固定架2与轭铁固定架8的配合部分位于衔铁固定架2的“U”形内，被翻边包住；同样，衔铁固定架2位于轭铁固定架8内，且可自由沿转轴10旋转活动；而轭铁固定架8位于所述轭铁7的L型短边位置处。

进一步地，在转轴10的两端轭铁固定架8的外侧卡接有挡圈，在转轴10上位于衔铁固定架2和轭铁固定架8之间的位置设有垫片，以防磨损。

参见图1，动簧片18插入拉杆3的孔隙中，由此实现电磁结构与反力系统之间的联动。LED单元20通过两端的卡扣结构固定在轭铁7上，两边引出的导线与线圈6相接，使得线圈6通电时能够同时给LED单元20内的LED灯和反向二极管供电，LED灯能够显示继电器的工作状态，反向二极管能够抑制线圈6断电时产生的反向电流。底座组与电磁结构之间通过螺钉固定。

动簧片18固定在衔铁1上，在衔铁1运动的过程中带动动簧片18运动，动簧片18的顶端设置有连接部件，连接部件的一侧连接有动接点19，通过动簧片带动动接点19活动，使其能够与静接点17接触或断开。当线圈通电时，线圈产生的磁通开始增大，线圈6对衔铁1的磁场力开始增大，继电器电磁系统产生的吸力通过衔铁传递给动簧片18，动簧片18的一端设置有动接点19，在动簧片18运动的过程中分别与里两侧的静接点17相接触，通过并联双触头线接触结构，解决接触电阻不稳定的问题。

铁芯组与轭铁组之间通过螺钉固定，将螺钉穿过轭铁7上的孔与铁芯4固定，铁芯4的极面面积大于线圈架5中心孔面积，实现线圈架5的限位。衔铁组与轭铁组通过转轴10固定，将转轴10穿入衔铁固定架2和轭铁固定架8两端的孔中，使衔铁组与轭铁组之间位移关系固定，同时衔铁组能够绕转轴10进行旋转运动。

参见图5，静接点组件12、动接点组件13、电源片15等通过注塑的方式固定在底座组中，限位架14通过两端的卡扣结构，与底座11相对应位置处的卡槽相配合，固定在底座组中。

衔铁1、铁芯4、轭铁7采用软磁材料，衔铁固定架2、拉杆3、线圈架5、轭铁固定架8和转轴10均采用不导磁材料，线圈6的材料为铜。

参见图9，在继电器未通电处于释放状态，电磁系统中含有一大一小两个永磁工作气隙，小气隙回路为：永磁体9→衔铁1→轭铁7→永磁体9，大气隙回路为：永磁体9→衔铁1→铁芯4→轭铁7→永磁体9。永磁磁场通过两个气隙回路后在衔铁1侧面产生的吸力大于顶部，因此衔铁1能够保持在释放位置。

参见图10，当线圈6通以特定方向电流时，线圈6在电磁结构内部产生了电磁磁场，其方向为：铁芯4→轭铁7→衔铁1→铁芯4。电磁磁场与在永磁小气隙回路中与永磁磁场方向相反、相互抵消，在永磁大气隙回路中与永磁磁场方向相同、相互叠加，因此通电过程中，永磁磁场能够帮助继电器吸合。当电磁吸力与反力之差大于0时，衔铁1开始转动，同时永磁小气隙磁路中气隙逐渐增大，永磁体9作用在衔铁1上的永磁吸力减小，加快衔铁1转动速度，直至与铁芯4接触，完成吸合过程。由于永磁体9的存在，提高了电磁磁通的效率，可以在相同保持力条件下降低线圈6功耗；亦可以在相同线圈6功耗条件下，提高保持力，进而改善继电器在释放状态的抗振、抗冲击能力。

参见图11，当继电器处于吸合状态，线圈6断电时，永磁回路均为大气隙回路，因此在吸合状态下，衔铁1与铁芯4之间不会产生太大的永磁吸力，衔铁组通过拉杆3受到来自触簧结构的反力，衔铁组由吸合位置向释放位置转动，直至到达释放位置，继电器完成释放过程。

本发明提供的新型单稳态机车车载继电器，可以提高磁路效率，降低继电器功率，解决了拍合式继电器释放保持力低、抗振抗冲击能力差、常闭接点回跳严重等问题，能够有效的提升接点接触可靠性，并设计了相匹配的限位结构，在提升可靠性的基础上，保证了接点回路的安全性。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带永磁的单稳态拍合式继电器，其特征在于：所述继电器包括衔铁组、轭铁组和底座(11)；其中，

衔铁组，包括L型衔铁(1)、衔铁固定架(2)和拉杆(3)，其中，所述衔铁固定架(2)固定在所述衔铁(1)短边上，所述拉杆(3)垂直设置在所述衔铁(1)长边的末端，所述拉杆(3)绕所述衔铁(1)自由转动；

轭铁组，包括L型轭铁(7)、轭铁固定架(8)和永磁体(9)，其中，所述轭铁固定架(8)固定在所述轭铁(7)的短边上,所述轭铁(7)上设置有永磁体(9)，所述轭铁固定架(8)上设置有放置所述永磁体(9)的预留孔，所述永磁体(9)与所述轭铁(7)密贴；

所述继电器还包括铁芯组，铁芯组包括铁芯(4)和线圈(6)，线圈(6)产生的电磁磁场方向为：铁芯(4)→轭铁(7)→衔铁(1)→铁芯(4)，电磁磁场在永磁小气隙回路中与永磁体(9)产生的磁场方向相反、相互抵消，电磁磁场在永磁大气隙回路中与永磁体(9)产生的磁场方向相同、相互叠加；

底座(11)，所述底座上开设有静接点组件(12)、动接点组件(13)和限位架(14)，其中，所述静接点组件(12)与动接点组件(13)之间并联双触头配合接触；所述限位架(14)为框架形式，所述限位架(14)底端设置有卡扣，所述底座(11)在卡扣相对应位置处设置有卡槽，所述限位架(14)和底座(11)通过卡扣配合固定在所述底座(11)上；

所述限位架(14)连接有动接点组件(13)，所述限位架(14)相对于所述动接点组件(13)上下两端面连接有静接点组件(12)，所述限位架(14)与上下两组静接点组件(12)接触，其中，所述限位架(14)内部每组动接点组件(13)所在空间相互独立；

所述动接点组件(13)与所述静接点组件(12)二者之间的接触为线接触，其中，两个所述静接点组件(12)与一个所述动接点组件(13)配合使用；所述静接点组件(12)包括静簧片(16)、静接点(17)，其中，所述静簧片(16)采用Y型结构，所述静接点(17)设置于静簧片(16)末端，所述静接点(17)接触面采用平面结构；所述动接点组件(13)包括动簧片(18)、动接点(19)，其中，所述动簧片(18)采用中间挖空的方形结构，其中，动簧片(18)插入所述拉杆(3)的孔隙中，所述动接点(19)设置于动簧片(18)的上下两面上，所述动接点(19)接触面采用弧面结构。

2.根据权利要求1所述的一种带永磁的单稳态拍合式继电器，其特征在于：所述衔铁固定架(2)与轭铁固定架(8)连接处设置有转轴(10)，所述衔铁固定架(2)与轭铁固定架(8)二者部分搭接成“n”型，所述转轴(10)穿入衔铁固定架(2)和轭铁固定架(8)“n”型两端设置的孔中，所述拉杆(3)与衔铁(1)端部通过安装孔搭接，所述衔铁组绕所述转轴(10)旋转。

3.根据权利要求1所述的一种带永磁的单稳态拍合式继电器，其特征在于：铁芯组还包括线圈架(5)，其中，所述线圈(6)绕制在线圈架(5)中，所述铁芯(4)位于线圈架(5)中心孔中。

4.根据权利要求3所述的一种带永磁的单稳态拍合式继电器，其特征在于：所述铁芯(4)的极面面积大于线圈架(5)中心孔面积。

5.根据权利要求1所述的一种带永磁的单稳态拍合式继电器，其特征在于：所述轭铁(7)上设置有LED单元(20)，所述LED单元(20)通过轭铁固定架(8)两端的卡扣结构固定在所述轭铁(7)上，所述LED单元(20)两边引出的导线与线圈(6)相接。

6.根据权利要求1所述的一种带永磁的单稳态拍合式继电器，其特征在于：所述底座(11)的底端开设有电源接头，电源片(15)开设于所述电源接头中，所述电源接头注塑在所述底座(11)中。

7.根据权利要求1所述的一种带永磁的单稳态拍合式继电器，其特征在于：所述静接点组件(12)、动接点组件(13)注塑在所述底座(11)中。

8.根据权利要求3所述的一种带永磁的单稳态拍合式继电器，其特征在于：所述衔铁(1)、铁芯(4)、轭铁(7)采用软磁材料，所述衔铁固定架(2)、拉杆(3)、线圈架(5)和轭铁固定架(8)采用不导磁材料，所述线圈(6)的材料为铜。