CN204029730U - 接触器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种接触器，包括接触部分和驱控部分。驱控部分包括电容器结构（21）并使用电容器结构的电容器板（22，23）之间的静电力来驱动接触部分以实现接触部分在接触状态与断开状态之间的切换。通过使用接触器，实现低能耗，并确保接触器的可靠的状态切换。此外，接触器具有制造成本低和容易实现的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气设备领域，并且尤其涉及接触器。
背景技术
在工业领域中，接触器是常见电气设备，其可以通过低电压/电流控制信号控制高电压/电流电源的打开/关闭。接触器广泛应用于工业领域中并且可以控制电气负载比如电机、照明设备、热供应设备以及电容器组。在应用中，电容器的功能一般重复打开或关闭负载电源线路。
接触器一般包括常开(NO)型和常闭(NC)型。电容器的基本结构在下文中参照NO型接触器进行描述。NO型接触器一般可包括接触部分和驱控部分。接触部分是接触器中用于承载负载电流的部分，一般由低电阻金属(例如，铜或银)制成，并且一般至少包括固定接触件和活动接触件。当所述固定接触件和所述活动接触件相互接触(关闭)时，负载电流被打开，并且当固定接触件和活动接触件断开时，负载电流被关闭。顾名思义，在NO型接触器中，固定接触件和活动接触件一般通过使用初始状态下的重力或弹簧力保持在断开状态下。在驱控部分通过电能驱控之后，驱控部分可以提供所需的驱动力，使得接触部分关闭并保持关闭状态。NC型接触器具有与NO型接触器的结构类似的结构。不同之处仅是，在NC型接触器中，固定接触件和活动接触件在初始状态下一般处于关闭状态，并且在驱控之后，驱控部分可以提供驱动力以使接触部分能够相互断开。
在工业领域中，最常见的接触器是电磁接触器，其控制接触器的打开和关闭。文献1至3分别描述电磁接触器。电磁接触器的基本工作原理在下文中参照图1进行描述。电磁接触器1是NO型接触器并且包括一对固定接触件103和104、一对活动接触件101和102、电磁体106、衔铁105、线圈108以及弹簧107。当线圈108接通电流时，电磁体106被驱控以具有磁性能。衔铁105与电磁体106相对并且连接到这对活动接触件101和102。当电磁体106具有磁性能时，衔铁105向电磁体106移动并由于电磁体106的吸引力的作用而压缩弹簧107。此时，活动接触件101和102向固定接触件103和104移动并在衔铁105的驱动下分别接触固定接触件103和104，使得电能流过提供给负载的接触部分，由此形成负载电流。当线圈108中的驱控电流关闭时，电磁体106的磁性能消失，衔铁105在弹簧107的恢复弹力的作用下移动远离电磁体106，并且活动接触件101和102在衔铁105的驱动下与静接触件103和104断开，所以负载电流关闭。
根据NO型电磁接触器的工作原理，出于使活动接触件能够向固定接触件移动的目的，电流需要流过线圈以磁化电磁体，由此生成吸引力以吸引衔铁。此外，如果需要保持接触器的关闭状态，则需要保持流过线圈的电流以连续提供电磁体的磁性能和吸引衔铁的吸引力。换句话说，对于NO型电磁接触器，在从断开状态动态切换至关闭状态的过程中并且在保持关闭状态的时间段内，在接触器的线圈中总存在电能消耗。NC型电磁接触器具有类似情况。特别地，例如，在某些工业应用比如电机中，由电磁接触器消耗的总能量是相当大的。
文献1：美国专利申请号US4616202A
文献2：美国专利申请号US2010/0308944A1
文献3：PCT专利申请号WO2011/021329A1
实用新型内容
因此，本实用新型涉及一种具有低能耗的电容器，其在动态状态切换过程和在静止状态下消耗低电能。
本实用新型还涉及一种接触器，其使驱控部分能够提供用于接触部分的可靠驱动以实现活动接触件和固定接触件在关闭状态与打开状态之间的可靠切换。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种接触器，其包括接触部分和驱控部分。驱控部分包括电容器结构并使用电容器结构的电容器板之间的静电力来驱动接触部分实现接触部分在接触状态与断开状态之间切换。
从前述技术方案可以获知，本实用新型的接触器使用由电容器板形成的静电闩锁作为接触器的驱控部分，该静电闩锁使用电容器板之间的静电力来实现静电闩锁的关闭和打开过程，以便完成接触部分的接触和断开过程，所以在动态状态改变期间只要求非常小的能耗。此外，在静电闩锁完成动态关闭或打开过程之后，不需要额外能量来维持接触器的接触部分的静止接触或断开状态。因此，与传统电磁接触器相比，本实用新型的新类型的接触器可以大大减少能耗。
优选地，接触部分至少包括活动接触件和固定接触件。电容器结构包括活动电容器板和固定电容器板，其中活动电容器板连接到活动接触件，固定电容器板连接到固定接触件。活动电容器板和固定电容器板分别包括电极和连接到电极的表面上的绝缘膜。当驱控部分提供有电能，使得活动电容器板的电极和固定电容器板的电极分别带有不同极性的电荷时，在活动电容器板的电极与固定电容器板的电极之间生成静电吸引力，使得活动接触件和固定接触件相互接触。当驱控部分提供有电能，使得活动电容器板的电极和固定电容器板的电极带有相同极性的电荷时，在活动电容器板 的电极与固定电容器板的电极之间生成静电排斥力，使得活动接触件和固定接触件相互断开。
通过这种方式，接触器使用活动电容器板和固定电容器板的电极之间的静电力来实现静电闩锁的关闭和打开过程，由此完成电容器板上活动接触件和固定接触件的接触和断开过程。当活动电容器板和固定电容器板的电极带有不同极性的电荷时，实现接触部分的接触状态，并且当活动电容器板和固定电容器板的电极带有相同极性的电荷时，实现接触部分的断开状态。
优选地，活动电容器板的电极和/或固定电容器板的电极是柔性金属箔。通过这种方式，即使电容器板之间的距离较长，在柔性金属箔之间也可以产生较大的静电力，以便确保静电闩锁在关闭状态与打开状态之间可靠地切换。
优选地，绝缘膜是硬橡胶、聚四氟乙烯(PTFE)或陶瓷。通过这种方式，大电介质强度的材料被用作非导体绝缘膜的材料，使得非导体绝缘膜不会通过可能产生的电弧而分解，由此确保静电闩锁在关闭状态与打开状态之间可靠地切换。
优选地，活动电容器板和固定电容器板分别进一步包括基板，并且柔性金属箔电极连接到基板上。通过这种方式，由绝缘材料制成的基板可以为柔性金属箔电极提供更好的刚性支撑。
优选地，活动电容器板和固定电容器板分别进一步包括基板，多个凸出板设置在活动电容器板的基板和固定电容器板的基板上，并且电极设置在凸出板的上表面和下表面上。当活动电容器板接近固定电容器板时，活动电容器板的多个凸出板和固定电容器板的多个凸出板相互啮合，使得凸出板之间的啮合的表面上的相邻电极相互接合。因此，在本实用新型中，可以采用啮合结构的多个静电闩锁。通过这种方式，静电闩锁的电极之间 的静电剪切力可以确保电极之间紧固接合，由此确保接触件之间的紧密接触。
优选地，活动电容器板的多个凸出板和固定电容器板的多个凸出板总是处于不同程度的啮合状态。通过这种方式，即使断开静电闩锁，也可维持一定程度的啮合状态，使得当静电闩锁开始切换至关闭状态时可以提供充分的静电吸引力，由此确保静电闩锁的关闭。此外，避免静电闩锁由于电容器板的移位而不能啮合的情况。
优选地，驱控部分进一步包括另外的电容器板，该另外的电容器板设置在活动电容器板的远离固定电容器板的一侧处，并且电极设置在另外的电容器板和活动电容器板的两个相对表面上。当驱控部分提供有电能，使得设置在另外的电容器板和活动电容器板的两个相对表面上的电极带有相同极性的电荷时，在活动电容器板与另外的电容器板之间生成静电排斥力，使得活动电容器板向固定电容器板移动。当驱控部分提供有电能，使得设置在另外的电容器板和活动电容器板的两个相对表面上的电极带有不同极性的电荷时，在活动电容器板与另外的电容器板之间生成静电吸引力，使得活动电容器板向另外的电容器板移动。通过这种方式，当活动电容器板与固定电容器板之间的距离较长时，另外的电容器板可以为活动电容器板提供额外静电推动力以缩短活动电容器板与固定电容器板之间的距离，由此确保静电闩锁在关闭状态与打开状态之间的可靠切换。
优选地，弹簧连接在活动电容器板与固定电容器板之间。通过这种方式，弹簧的弹性回复力可以用于为静电闩锁的状态切换提供辅助的某个作用力，由此确保静电闩锁在关闭状态与打开状态之间可靠切换。
附图说明
在下文中通过示例性实施例并参照附图进一步描述本实用新型的特征、技术特征、优点和实施例，其中：
图1是现有技术中的电磁接触器的基本结构示意图；
图2a和图2b是根据本实用新型的第一实施例的接触器的驱控部分的结构示意图；
图3是根据本实用新型的第二实施例的柔性电极和剥离效应的示意图；
图4a和图4b是根据本实用新型的第三实施例的接触器的驱控部分的结构示意图；
图5a和图5b是根据本实用新型的第四实施例的接触器的结构示意图；
图6是根据本实用新型的第五实施例的接触器的驱控部分的结构示意图；
图7a至图7d是根据本实用新型的第六实施例的接触器的驱控部分的工作原理的示意图；
图8a和图8b是根据本实用新型的第七实施例的接触器的驱控部分的结构示意图。
具体实施方式
在本实用新型中，可以使用用于通过使用静电力实现关闭和打开的、称之为静电闩锁的结构。本实用新型提供一种新类型的接触器，该接触器使用一个或多个静电闩锁作为接触器的驱控部分。静电闩锁可以通过电容耦合和电容解耦效果提供电气接触件(固定接触件和活动接触件)的关闭和断开。通过本实用新型的这种新类型接触器，通过非常小的能量可以实 现打开状态和关闭状态之间的动态切换，并且更重要的，一旦接触器保持打开状态或关闭状态，静态的功耗几乎为零。
应该注意的是，本实用新型的接触器可被实施为NO型或NC型。通过这两种类型，可以获得相同的技术效果，并且不同之处仅是，接触器的驱控部分中的静电闩锁的初始状态不同。在以下描述和详细实施例中以NO型接触器为例来描述本实用新型的技术特征。本领域技术人员也可以根据本实用新型的原理和工序轻松设计不同类型的NC型接触器。显然，本实用新型的保护范围不限于特定NC型或NC型接触器。
本实用新型的接触器中的每个静电闩锁包括电容器结构。所述电容器结构可以包括一对电容器板，并且每个电容器板至少可以包括导电电极和覆盖所述电极的表面的非导体膜。所述非导体膜在电极之间提供绝缘。优选地，所述电容器板还可以进一步包括由绝缘材料制成的基板，并且由所述非导体膜覆盖的所述电极连接到所述基板上。当所述接触器工作时，两个电容器板之间的静电力被用作驱控机构，使得所述接触器的活动接触件和固定接触件关闭。具体地，当两个电容器板紧密地相互平行放置时，给所述电容器充电，使得两个电容器板带有不同极性的电荷。此时，由于电容器板上的不同极性的电荷，两个电容器板之间生成相互吸引的静电力，使得两个电容器板相互靠近并且最终接合，由此实现静电闩锁的关闭。
使静电闩锁能够被关闭所需的能量非常小，并且能量的理论值仅仅是由电容器存储的电荷，即，存储在用于形成电容器的两个电容器板上的电极上的电荷。所形成的静电闩锁的电容值非常小(仅几十nF)，并且用于给电容器充电的电压仅为几百伏，所以关闭静电闩锁所消耗的能量根据以下公式(1)进行计算并且仅为几十毫焦耳。
E＝1/2×C×U2........................(1)
E是能耗，C是电容值，U是用于给电容器充电的电压的值。如果忽略电容器中的电荷泄漏，则存储在两个电容器板中的电荷可以保持两个电容器板之间的静电吸引力，由此保持静电闩锁处于关闭状态。因此，在静电闩锁的静态的关闭状态下，不需要任何额外的能量。
当电容器放电时，用于保持静电闩锁关闭的静电吸引力因此而消失。此时，如果静电闩锁的两个电容器板需要被相互断开，则该方法类似于使静电闩锁能够被关闭的方法。不同之处仅是，此时向两个电容器板施加相同极性的电荷，并且由于两个电容器板之间生成的静电排斥力，两个电容器板相互排斥并相互远离。
对于静电闩锁的结构和基本原理，可以参照参考文献4：M.E.Karagozler,Jason Campell,and et.al.Electrostatic Latching for Inter-module Adhesion,Power Transfer,and Communication in Modular Robots.IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems,pp.2779～2786,2007。
在本实用新型中，金属箔可以被作为静电闩锁的电极以灵活地获取电容器板之间更紧密的空间并生成大的静电力。在柔性电极带有不同极性的电荷之后，即使电极之间的初始距离大，所生成的小静电力也可以使电极能够趋于被弯曲相互更靠近，所以电极之间的空间减小并且因此生成更大的静电力。基于正反馈机制，电容器板移动使得电极之间的空间越来越小直到电容器板完全地接合在一起。此时，电极之间的空间仅仅是两个非导体膜的厚度的总和，所以在电极之间生成非常大的接合力。
对于将电容器板上的金属箔作为电极的技术，也可以参照参考文献5：M.E.Karagozler.Harnessing Capacitance for Inter-Robot Latching,Communication,and Power Transfer.Master Thesis,Carnegie Mellon University,2007。
还应考虑非导体绝缘膜的材料。这是因为当柔性电极完全接合在一起时，电极之间的空间仅仅是两个非导体膜的厚度的总和，并且总厚度大约为12x10-6m。这样短的距离容易生成电弧，并且非导体膜的材料应承载电弧并且不能被分解。
静电闩锁的工作电压一般不高于500V，所以非导体膜的材料的电介质强度应至少大于500V/(12x10-6m)≈41MV/m。根据标准，硬橡胶(具有50MV/m的电介质强度)、聚四氟乙烯(PTFE，具有60MV/m的电介质强度)、或陶瓷(具有100-10000MV/m的电介质强度)可以被选择作为非导体绝缘膜的材料。
此外，柔性电极要受剥离效应的影响。也就是说，电极的表面在一部分表面分离的情况下而轻松分离，所以即使一小部分表面不完全接合，两个电极的表面也会由于小的剥离力而逐渐分离直到表面完全断开。出于解决问题并提高连续接合程度的目的，优选地，本实用新型的接触器包括多个静电闩锁，并且多个静电闩锁设置有啮合结构，使得静电闩锁的关闭方向被设计为与柔性电极的接触表面平行。通过这种方式，静电闩锁中生成的静电力在像往常一样与电极的表面平行且不与电极的表面垂直的方向上起作用，所以该方向上的静电力被称为剪切力。当驱控静电闩锁时，最大剪切力可以对电极的整个表面起作用，所以这两个电极完全接合。
在本实用新型的一部分实施例中，所述接触器的驱控部分包括活动电容器板和固定电容器板。啮合结构的多个静电闩锁形成在活动电容器板和固定电容器板上。因此，一组接触件安装在活动电容器板上作为活动接触件，并且另一组接触件安装在固定电容器板上作为固定接触件。当给活动电容器板和固定电容器板充电，使得这两个电容器板上的电极分别带有不同极性的电荷时，活动电容器板在这两个电容器板之间的静电吸引力的作用下向固定电容器板移动，使得活动接触件接近固定接触件。当两个电容器板相互非常靠近使得多个静电闩锁关闭时，这两组接触件相互机械接触，由此打开负载电流。在另一方面，当这两个电容器板放电，或这两个 电容器板经启用以带有相同极性的电荷时，这两个电容器板在弹簧的弹性回复力或生成的静电排斥力的作用下相互分离。因此，分别安装在两个电容器板上的固定接触件和活动接触件断开。
由所述静电闩锁生成的电容静电吸引力或排斥力与电极之间的距离的平方成反比。也就是说，当两个电容器板之间的距离较长时，两个板之间的初始电容静电吸引力非常小，并且可能难以使电容器板能够移动并且难以使电容器板能够相互靠近。此时，可以提供额外的力以使所述活动电容器板能够向所述固定电容器板移动，使得所述活动电容器板与所述固定电容器板之间的距离低于特定值，并且两个板之间的静电吸引力足够大以使所述静电闩锁能够被关闭。
为了达到该目的，简单的方式是在活动电容器板与固定电容器板之间连接弹簧，使得活动电容器板通过在弹簧被拉伸之后生成的弹性回复力拉动以向固定电容器板移动，并且弹簧的弹性性质也可以用于确保活动电容器板与固定电容器板之间的距离不会太大。同时，静电闩锁从关闭状态切换至打开状态，在弹簧被缩短之后生成的弹性回复力也可以用于推动活动电容器板远离固定电容器板。
此外，出于提供另外的力以使活动电容器板能够当两个电容器板之间的距离长的时候向固定电容器板移动的目的，另外的电容器板设置在活动电容器板的远离固定电容器板的一侧，使得在另外的电容器板与活动电容器板之间生成电容静电力。当活动电容器板与固定电容器板之间的距离长的时候，活动电容器板与另外的电容器板之间的距离非常小。因此，当活动电容器板和另外的电容器板带有相同极性的电荷时，在活动电容器板与另外的电容器板之间生成大的静电排斥力以推动活动电容器板移向固定电容器板。活动电容器板与另外的电容器板之间的距离越来越大，而活动电容器板与固定电容器板之间的距离越来越小，并且最终，活动电容器板和固定电容器板相互非常靠近，使得静电闩锁被关闭。
从前述描述可以获知，本实用新型的接触器使用由电容器板形成的静电闩锁作为接触器的驱控部分，该驱控部分使用电容器板之间的静电力来实现静电闩锁的关闭和断开过程，以便完成连接到电容器板的接触件的接触和断开过程，所以在动态状态改变期间仅需要非常小的能耗。此外，在静电闩锁完成动态关闭或断开过程之后，不需要额外的能量来维持接触器的接触件的静止接触或断开状态。因此，与传统的电磁接触器相比，本实用新型的这种新类型的接触器可以大大减少能耗。
优选地，本实用新型可以使用柔性金属箔膜作为静电闩锁的电极。通过这种方式，即使电容器板之间的距离较长，在柔性金属箔之间也可以生成较大的静电力，以便确保静电闩锁在关闭状态与打开状态之间可靠地切换。
优选地，非导体绝缘膜可以由材料，例如硬橡胶、PTFE或陶瓷制成，并且具有较大的电介质强度。通过这种方式，大电介质强度的材料被用作非导体绝缘膜的材料，使得非导体绝缘膜不会通过可能生成的电弧而分解，由此确保静电闩锁在关闭状态与打开状态之间可靠地切换。
优选地，在本实用新型中，可以采用啮合结构的多个静电闩锁。通过这种方式，静电闩锁的柔性电极之间的静电剪切力可以确保柔性电极之间的紧密接合，由此确保接触件之间的紧密接合。实验表明，当电源向电容器板施加500V的驱控电压时，可以生成0.6N/cm2的静电力。如果驱控部分的尺寸大约为6cm*5cm*4cm，则可以生成10N-20N的静电力。
优选地，出于确保静电闩锁的状态切换的目的，可以设置另外的电容器板。当活动电容器板与固定电容器板之间的距离较长时，另外的电容器板可以为活动电容器板提供另外的静电推动力以缩短活动电容器板与固定电容器板之间的距离，由此在活动电容器板与固定电容器板之间提供更大的静电吸引力。
本实用新型的接触器使用静电闩锁作为基本驱控部分。静电闩锁的电容器板可以由与金属箔电极连接的塑料板制成。金属箔的材料是常见金属比如铜或铝，所以器件的成本较低。此外，与驱控部分协作的电源仅仅需要具有将工业的24V直流电流(DC)电源转换为高工作电压(例如，500V DC电源)的功能，成本较低并且容易实现。
第一实施例
第一实施例示出了本实用新型的基本实施例。在该实施例中，接触器使用静电闩锁作为驱控部分。图2a和图2b示出了接触器中的驱控部分的结构和工作原理。
静电闩锁21由相互平行的两个电容器板22和23形成。电容器板22包括塑料板201和连接在塑料板201上的电极203，并且电容器板23包括塑料板202和连接在塑料板202上的电极204。出于当电极相互吸引并接合时维持绝缘的目的，非常薄的非导体绝缘膜(未示出)连接到相互面对的电极203和电极204的表面上。
当给静电闩锁的电容器板22和电容器板23充电，使得电极203和电极204分别带有不同极性的电荷时(如图2a所示)，在电极203与电极204之间生成静电吸引力。由于静电吸引力的缘故，两个电容器板22和23相互靠近。当电容器板22和电容器板23逐渐靠近并接合在一起时，电极203与电极204之间的距离仅仅是两个非导体膜的厚度的总和，由此实现静电闩锁的关闭。
当给静电闩锁的电容器板22和电容器板23充电，使得电极203和电极204分别带有相同极性的电荷时(如图2b所示)，在两个电极203和204之间生成静电排斥力。由于静电排斥力的缘故，两个电容器板22和23相互远离，并且电容器板22与电容器板23之间的距离逐渐变大，由此实现静电闩锁的断开。
第二实施例
如第一实施例中所陈述的，当静电闩锁的两个电容器板接合在一起以实现静电闩锁的关闭时，这两个电极之间的距离仅仅是两个非导体薄膜的厚度。如果刚性的且厚的金属板(例如，铝板)用于形成静电闩锁的电极，则即使电极的表面有点粗糙或与微小的物体连接，电极之间的距离在粗糙位置或连接位置处大大增加，由此影响静电闩锁的关闭。因此，基于第一实施例，在该实施例中，柔性金属箔(例如，铜膜或铝膜)适于形成静电闩锁的电极。具体地，电容器板之一的电极可以是柔性金属箔，或两个电容器板的电极可以是柔性金属箔。图3中示出了通过这种方式实现的柔性电极的接合效果。
图3示出了位于图的下部分的柔性电极301以及位于图的上部分的柔性电极302。当给对应的电容器板充电，使得电极301和电极302带有不同极性的电荷时，在电极301与电极302之间生成静电吸引力。首先，由于电极301与电极302之间的距离较长，因此电极301与电极302之间的静电吸引力较小。然而，电极301和电极302具有柔软性质，所以电极301和电极302在较小的吸引力下相互弯曲，如图3所示。通过这种方式，电极301与电极302之间的距离减小以生成更大的静电吸引力。因为电极301与电极302之间的距离越来越小，所以电极301与电极302之间的吸引力越来越大。当两个电极接合在一起时，电极301与电极302之间存在非常大的静电吸引力。
第三实施例
如第二实施例中所陈述的，柔性金属箔可以直接设置在两个相对的电容器板上作为静电闩锁的电极。然而，柔性电极可能受到剥离效应的影响。也就是说，当两个柔性电极的一部分表面区域不完全接合时，区域周围的区域由于由剥离效应生成的剥离力而逐渐分离直到两个柔性电极完全断开。如图3所示，区域303是柔性电极301和302的紧密接合部分，但在 区域303的边缘处的区域304中，柔性电极301和302不完全接合。如果电极301和电极302在区域304中分离，则分离传播到邻近区域304的紧密接合区域303。此时，甚至非常小的剥离力也使电极301和电极302能够在区域304中逐渐分离直到电极301和电极302完全断开。
出于避免由剥离效应带来的不良影响的目的，在本实用新型的第三实施例中，基于前述实施例，在接触器的驱控部分中使用多个静电闩锁，并且利用啮合结构来设计多个静电闩锁。图4a和图4b示出了根据本实用新型的第三实施例的接触器的驱控部分中的多个静电闩锁的结构和工作原理。
如图4A所示，实施例中的接触器的驱控部分主要包括两个电容器板41和42。电容器板41和电容器板42具有类似结构。在电容器板41和电容器板42中，与塑料基板410垂直的多个凸出板411(例如，塑料板411)设置在塑料基板410上。由金属箔制成的柔性电极412分别连接到图中所示的塑料板411的上表面和下表面上。非常薄的非导体绝缘膜(未示出)连接到电极412上。设置有塑料板411的两个塑料基板410的两个平面放置成相对。多个塑料板411的位置和尺寸经设置使得当电容器板41和电容器板42朝向彼此移动时，两个塑料基板410上的多个塑料板411可以相互啮合使得相邻电极412可以接合在一起。相互接合的每对电极412形成静电闩锁。如图4a所示，驱控部分包括五个静电闩锁。
可以看出，当向电容器板41和电容器板42施加不同极性的电荷使得电容器板41和电容器板42向相互移动时，电容器板41和电容器板42的组合方向与电极412的表面平行，所以在每个静电闩锁的两个电极412之间生成的静电吸引力是组合方向上的剪切力，而不是前述实施例中与电极的表面垂直的力。当电极412相互接触时，该剪切力立即对电极412的整个表面区域起作用，使得电极412紧密接合，由此避免剥离效应。
在关闭多个静电闩锁之后，电容器板41和电容器板42组合在一起以形成图4b中所示的合并的结构。此时，电容器板41和电容器板42上的多对电极412紧密接合在一起，并且电容器板41与电容器板42之间保持非常大的静电吸引力。
第四实施例
第三实施例中的啮合结构的多个静电闩锁可以被用作接触器的驱控部分以提供活动接触件和固定接触件的接触和断开所需的驱控。图5a和图5b示出了根据第四实施例的接触器的结构和工作原理。基于根据第三实施例的驱控部分，接触器的两对接触件安装在图5中的接触器上。
具体地，图5中的接触器的驱控部分主要包括活动电容器板501和固定电容器板502，并且活动电容器板501和固定电容器板502形成啮合结构的多个静电闩锁。活动电容器板501和固定电容器板502与第三实施例中的电容器板41和电容器板42类似。一对活动接触件503和504安装在活动电容器板501上，并且一对固定接触件505和506安装在固定电容器板502上。当向活动电容器板501和固定电容器板502施加不同极性的电荷使得活动电容器板501向固定电容器板502移动时，活动接触件503和504随活动电容器板501的移动分别向固定接触件505和506移动，直到当多个静电闩锁关闭时，活动接触件503接触固定接触件505，活动接触件504接触固定接触件506，并且接触器达到关闭状态，如图5b所示。
第五实施例
当两个电容器板之间的距离长的时候，两个板之间的初始的静电吸引力非常小，并且可能难以使电容器板能够移动并且难以使电容器板相互靠近。因此，在该实施例中，另外的电容器板可以与活动电容器板平行地设置在活动电容器板的远离固定电容器板的一侧，以在另外的电容器板与活 动电容器板之间生成所需的静电力。基于前述实施例，图6示出了根据第五实施例的静电接触器中的驱控部分的结构和工作原理。
图6中的接触器的驱控部分包括活动电容器板605和固定电容器板606，并且活动电容器板605和固定电容器板606形成与第三或第四实施例类似的啮合结构的多个静电闩锁。电极603设置在活动电容器板605的远离固定电容器板606的塑料板604的一侧的表面上。电极603设置在活动电容器板605的远离固定电容器板606的塑料板604的一侧的表面上。电极603还可以由前文中描述的柔性金属箔制成。在驱控部分的初始状态下，另外的电容器板61与活动电容器板605之间的距离较小。
可以看出，与电极平面垂直并且与第一实施例中的静电力类似的常见静电力可以在活动电容器板605的电极603与另外的电容器板61的电极602之间生成，并且与电极平面平行并且与第三或第四实施例中的剪切力类似的静电剪切力可以在活动电容器板605和固定电容器板606的电极之间生成。
当静电闩锁旨在被关闭时，向另外的电容器板61的电极602和活动电容器板605的电极603施加相同极性的电荷，并且在活动电容器板605与另外的电容器板61之间生成非常大的静电排斥力以推动活动电容器板向固定电容器板606移动。活动电容器板605与另外的电容器板61之间的距离越来越大，同时活动电容器板605与固定电容器板606之间的距离越来越小，最后，活动电容器板605和固定电容器板606相互接触，使得多个静电闩锁被关闭。
第六实施例
在下文中参照图7a至图7d并结合前述实施例的技术内容描述根据本实用新型的第六实施例的接触器的驱控部分的状态切换过程。
图7中的驱控部分包括活动电容器板702、固定电容器板703、另外的电容器板701以及连接在活动电容器板702与固定电容器板703之间的弹簧704。与电极平面垂直并且与第一实施例中的静电力类似的常见静电力可以在活动电容器板702的电极与另外的电容器板701的电极之间生成，并且与电极平面平行并且与第三或第四实施例中的剪切力类似的静电剪切力可以在活动电容器板702的电极与固定电容器板703的电极之间生成。
在图7a中，驱控部分中的静电闩锁开始从断开状态切换至关闭状态。此时，给驱控部分中的电容器板充电，使得活动电容器板702和固定电容器板703的电极带有不同极性的电荷(在图7a中，活动电容器板702的电极带有负电荷，并且固定电容器板703的电极带有正电荷)，与此同时，活动电容器板702和另外的电容器板701的电极带有相同极性的电荷(在图7a中，活动电容器板702和另外的电容器板701的两个电极都带有正电荷)。虽然因为活动电容器板702与固定电容器板703之间的距离较长，活动电容器板702与固定电容器板703之间的静电吸引力较小，但是因为活动电容器板702与另外的电容器板701之间的距离较短，活动电容器板702与另外的电容器板701之间的静电排斥力推动活动电容器板702向固定电容器板703移动。因为活动电容器板702与固定电容器板703之间的距离缩短，所以活动电容器板702与固定电容器板703之间的静电吸引力逐渐增加并且进一步推动活动电容器板702向固定电容器板703更靠近。在该过程中，压缩连接在活动电容器板702与固定电容器板703之间的弹簧704。
在图7b中，驱控部分中的多个静电闩锁完全切换至关闭状态。此时，活动电容器板702和固定电容器板703的电极仍然带有不同极性的电荷，并且与此同时，活动电容器板702和另外的电容器板701的电极仍然带有相同极性的电荷。活动电容器板702与固定电容器板703之间的金属箔电极已经完全接合在一起，使得活动电容器板702和固定电容器板703相互 啮合，并且活动电容器板702与固定电容器板703之间的弹簧704被压缩成最短状态。此时，活动电容器板702与另外的电容器板701之间的距离大。
在图7c中，驱控部分中的静电闩锁开始从关闭状态切换至断开状态。此时，给驱控部分中的电容器板充电，使得活动电容器板702和固定电容器板703的电极带有相同极性的电荷(在图7c中，活动电容器板702和固定电容器板703的两个电极都带有正电荷)，并且与此同时，活动电容器板702和另外的电容器板701的电极带有不同极性的电荷(在图7c中，活动电容器板702的电极带有负电荷，并且另外的电容器板701的电极带有正电荷)。虽然因为活动电容器板702与另外的电容器板701之间的距离较长，活动电容器板702与另外的电容器板701之间的静电吸引力较小，但是因为活动电容器板702与固定电容器板703之间的距离较短，活动电容器板702与固定电容器板703之间的静电排斥力推动活动电容器板702远离固定电容器板703移动。因为活动电容器板702与固定电容器板703之间的距离增加，所以活动电容器板702与固定电容器板703之间的静电吸引力逐渐减小，并且与此同时，活动电容器板702与另外的电容器板701之间的距离减小，使得生成活动电容器板702与另外的电容器板701之间的更大的静电排斥力以进一步推动活动电容器板702远离固定电容器板703移动。在该过程中，连接在活动电容器板702与固定电容器板703之间的弹簧704从压缩状态恢复，并且弹簧704的弹性回复力为远离固定电容器板703移动的活动电容器板702的运动提供特定的作用力。
在图7b中，驱控部分中的多个静电闩锁完全切换至断开状态。此时，活动电容器板702和固定电容器板703的电极仍然带有相同极性的电荷，并且与此同时，活动电容器板702和另外的电容器板701的电极仍然带有不同极性的电荷。活动电容器板702与固定电容器板703之间的距离大，并且最大距离可以通过弹簧704的弹性性质进行控制。此时，弹簧704被 拉伸至最长状态。与此同时，活动电容器板702与另外的电容器板701之间的距离小。
图7a至图7d示出了驱控部分中的静电闩锁的状态切换过程。如果活动接触件和固定接触件分别安装在活动电容器板702和固定电容器板703上，则可以实现接触件的接触状态与断开状态之间的切换。
第七实施例
在第五实施例中提及，当静电闩锁的两个电容器板之间的距离长时，两个板之间的初始静电吸引力非常小，并且可能难以使电容器板移动并且难以使电容器板相互靠近。因此，在该实施例中，不同于第五实施例的方式用于确保静电闩锁关闭。具体地，在静电闩锁的状态切换过程中，两个电容器板总是处于不同程度的啮合关系。基于第三和第四实施例，图8a和图8b示出了根据第七实施例的接触器中的驱控部分的结构和工作原理。
图8中的驱控部分包括活动电容器板801和固定电容器板802，并且活动电容器板801和固定电容器板802可以形成啮合结构的多个静电闩锁，其与第三或第四实施例中的电容器板类似。此外，驱控部分进一步包括连接在活动电容器板801与固定电容器板802之间的弹簧803。图8a是示出了驱控部分中的多个静电闩锁处于断开状态的示意图。此时，活动电容器板801和固定电容器板802部分啮合在一起，并且活动电容器板801和固定电容器板802的金属箔电极部分地相互接触。弹簧803的弹性性质确保即使接触器处于断开状态，活动电容器板801和固定电容器板802也偏离啮合状态。如果活动电容器板801的电极和固定电容器板802的电极此时带有不同极性的电荷，则活动电容器板801在静电吸引力的作用下向固定电容器板移动，并且与此同时，对弹簧803进行压缩直到驱控部分的多个静电闩锁处于关闭状态，如图8b所示。
在该实施例中，在静电闩锁的状态切换过程中，两个电容器板总是处于不同程度的啮合关系。通过这种方式，当静电闩锁开始切换至关闭状态时，可以提供足够的静电吸引力，由此确保电容器板移动并且电容器板相互靠近，并最终实现静电闩锁的关闭。此外，静电闩锁在初始断开状态下以特定的程度而啮合，由此避免静电闩锁由于电容器板的移位而不能啮合的情况。
从前述实施例可以获知，本实用新型的实施例中的接触器使用由电容器板形成的静电闩锁作为接触器的驱控部分，其使用电容器板之间的静电力来实现静电闩锁的关闭和断开过程，以便完成连接到电容器板的接触件的接触和断开过程，所以在动态状态改变期间仅需要非常小的能耗。此外，在静电闩锁完成动态关闭或断开过程之后，不需要额外的能量来维持接触器的接触件的静止接触或断开状态。因此，与传统的电磁接触器相比，本实用新型的这种新类型的接触器可以大大减少能耗。
此外，本实用新型的实施例中的接触器使用静电闩锁作为基本驱控部分，其基于消耗低电能来确保接触部分的关闭状态与断开状态之间的可靠切换。此外，本实用新型的静电闩锁制造成本低且容易实现。
再次应注意的是，在前述描述中以NO型接触器为例来描述本实用新型的实施例。本领域技术人员也可以根据本实用新型的原理和工序轻松设计不同类型的NC型接触器。显然，本实用新型的保护范围不限于特定NC型或NC型接触器。
通过附图和示例性实施例示出并详细描述本实用新型。然而，本实用新型不限于所公开的实施例，并且由本领域技术人员根据实施例获得到的技术方案也落入本实用新型的保护范围内。
参考标号列表
1 电磁接触器
101 活动接触件
102 活动接触件
103 固定接触件
104 固定接触件
105 衔铁
106 电磁体
107 弹簧
108 线圈
21 静电闩锁
22 电容器板
23 电容器板
201 塑料板
202 塑料板
203 电极
204 电极
301 柔性电极
302 柔性电极
303 紧密接合区域
304 边缘区域
41 电容器板
42 电容器板
410 基板
411 凸出板
412 电极
501 活动电容器板
502 固定电容器板
503 活动接触件
504 活动接触件
505 固定接触件
506 固定接触件
61 另外的电容器板
601 塑料板
602 电极
603 电极
604 塑料板
605 活动电容器板
606 固定电容器板
701 另外的电容器板
702 活动电容器板
703 固定电容器板
704 弹簧
801 活动电容器板
802 固定电容器板
803 弹簧。
Claims (10)
1.一种接触器，包括接触部分和驱控部分，其中，所述驱控部分包括电容器结构并使用所述电容器结构的电容器板之间的静电力来驱动所述接触部分，以实现所述接触部分在接触状态与断开状态之间的切换，其中，
所述接触部分至少包括活动接触件和固定接触件，并且
所述电容器结构包括活动电容器板和固定电容器板，其中所述活动电容器板连接到所述活动接触件，所述固定电容器板连接到所述固定接触件，所述活动电容器板和所述固定电容器板分别包括电极和连接至电极的表面的绝缘膜，
其中当向所述驱控部分提供电能，使得所述活动电容器板的电极和所述固定电容器板的电极分别带有不同极性的电荷时，在所述活动电容器板的电极与所述固定电容器板的电极之间生成静电吸引力，使得所述活动接触件和所述固定接触件相互接触，并且
当向所述驱控部分提供电能，使得所述活动电容器板的电极和所述固定电容器板的电极带有相同极性的电荷时，在所述活动电容器板的电极与所述固定电容器板的电极之间生成静电排斥力，使得所述活动接触件和所述固定接触件相互断开。
2.根据权利要求1所述的接触器，其中，所述活动电容器板的电极和/或所述固定电容器板的电极是柔性金属箔。
3.根据权利要求1所述的接触器，其中，所述绝缘膜是硬橡胶、PTFE或陶瓷。
4.根据权利要求2所述的接触器，其中，所述活动电容器板和所述固定电容器板分别进一步包括基板，并且柔性金属箔电极连接至所述基板。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的接触器，其中，
所述活动电容器板和所述固定电容器板分别进一步包括基板，多个凸出板设置在所述活动电容器板的基板和所述固定电容器板的基板上，并且所述电极设置在所述凸出板的上表面和下表面上，并且
当所述活动电容器板接近所述固定电容器板时，所述活动电容器板的多个凸出板和所述固定电容器板的多个凸出板相互啮合，使得凸出板之间的啮合的表面上的相邻电极相互接合。
6.根据权利要求5所述的接触器，其中，所述活动电容器板的多个凸出板和所述固定电容器板的多个凸出板总是处于不同程度的啮合状态。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的接触器，其中，
所述驱控部分进一步包括另外的电容器板，设置在所述活动电容器板的远离所述固定电容器板的一侧处，并且电极设置在所述另外的电容器板和所述活动电容器板的两个相对表面上，
其中当向所述驱控部分提供电能，使得设置在所述另外的电容器板和所述活动电容器板的两个相对表面上的电极带有相同极性的电荷时，在所述活动电容器板与所述另外的电容器板之间生成静电排斥力，使得所述活动电容器板向所述固定电容器板移动，并且
当向所述驱控部分提供电能，使得设置在所述另外的电容器板和所述活动电容器板的两个相对表面上的电极带有不同极性的电荷 时，在所述活动电容器板与所述另外的电容器板之间生成静电吸引力，使得所述活动电容器板向所述另外的电容器板移动。
8.根据权利要求6所述的接触器，其中，
所述驱控部分进一步包括另外的电容器板，设置在所述活动电容器板的远离所述固定电容器板的一侧处，并且电极设置在所述另外的电容器板和所述活动电容器板的两个相对表面上，
其中当向所述驱控部分提供电能，使得设置在所述另外的电容器板和所述活动电容器板的两个相对表面上的电极带有相同极性的电荷时，在所述活动电容器板与所述另外的电容器板之间生成静电排斥力，使得所述活动电容器板向所述固定电容器板移动，并且
当向所述驱控部分提供电能，使得设置在所述另外的电容器板和所述活动电容器板的两个相对表面上的电极带有不同极性的电荷时，在所述活动电容器板与所述另外的电容器板之间生成静电吸引力，使得所述活动电容器板向所述另外的电容器板移动。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的接触器，其中，弹簧连接在所述活动电容器板与所述固定电容器板之间。
10.根据权利要求8所述的接触器，其中，弹簧连接在所述活动电容器板与所述固定电容器板之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141217 Termination date: 20200927 |