CN2509705Y - 一种结构简单的磁保持双稳态继电器 - Google Patents

Abstract

一种结构简单的磁保持双稳态继电器,用于通讯及自控领域。由管状壳体装在其内的一至两组电磁铁芯及其绕组构成的电磁铁,以及与其磁极相对并相互吸斥而运动的一至两个永久磁铁,和受运动件作用后可闭合、分断的数组电接点组成,特征是电接点和与其作用的永久磁铁及电磁铁芯都封在管壳内,绕组在管外。该结构省去了衔铁系统,简化了接点系统,缩小了体积、重量、成本,提高了可靠性及寿命,适用于易燃易爆场合。还可用单向脉冲激励,与T’触发器相同,很适合数字电路中应用。

Description

一种结构简单的磁保持双稳态继电器

本发明是用于通讯及自动控制领域里的一种结构简单的磁保持双稳态继电器。

目前，用于上述领域中的此类继电器结构均较复杂，如中国专利95100471.9，97181266等，因而比普通继电器体积大、笨重、成本高、售价昂，加上其必须使用正负双向电流脉冲激励方能正常工作的缺点，所以控制电路复杂，使用不便，在大多数场合无法替代使用单向脉冲激励的普通继电器。虽有高效节能的优点，却难以普及使用，至今仍应用于范围很窄的特殊场合。

本发明的目的是提出一种结构简单，体积小、重量轻、成本低，并能使用单向脉冲激励且电接点全密封，因而工作可靠寿命长的管式磁保持双稳态继电器。

本发明由壳体，安装在其上的一至两组电磁铁芯及其绕组构成的电磁铁系统，以及与该电磁铁系统磁极相对并相互吸斥，而能相对运动的一至两个永久磁铁，和受运动件作用后可闭合、分断的数组电接点组成，其特征是电接点和与其作用的永久磁铁及电磁铁芯都封在管状壳体内，电磁铁绕组在管外。

如图1-9所示，(图中S、N分别表示永磁体的南北磁极，虚线S、N表示电磁铁激励时的南北极)。在一通常为园管形玻璃或其它绝缘管内封装着一至两组由导磁材料，(软铁、硅钢、铁氧体、坡莫合金、非晶态磁材等)构成的铁芯，管外相应位置装有绕组共同构成一至两个电磁铁，管内还封装着一至两个磁极与电磁铁芯磁极相对的永久磁铁，当电磁铁用单向电流脉冲激励时，永久磁铁磁极安装成与电磁铁芯两磁极都相排斥(图2-9)；若用正负双向电流脉冲激励时，永久磁铁磁极安装成与电磁铁芯两磁极一吸一斥(图1)。受力后的永久磁铁和电磁铁芯可产生相对运动，若固定电磁铁芯(图1-7)则永久磁铁运动，反之亦然(图8、9)。受运动件作用而能闭合或分断的数组电接点也封装在管内(图1、2、8)，通常用经表面处理后的永久磁铁及电磁铁芯兼作电接点(图3-7)，构成全密封电接点系统。

由于省去了衔铁系统，简化了电接点系统，因此除绕组外所有零件都可封入管内，并用密封管兼做绕组架，从而大大简化了结构，缩小了体积、重量，降低了成本，加上电接点密封在管内，可采用抽真空，充隋性气体、装入适量汞等方法来改善接点工作条件，运动机构又简单耐用，所以提高了工作可靠性及寿命，并很容易做成微型表面贴装元件。

本发明所述的继电器，为使其控制电路简化以便替代普通继电器，采用了创新的单向电流脉冲激励电磁铁实现双稳态转换的方式，激励后同时产生的两磁极，与永久磁铁相对的磁极总是极性相同而相互排斥，未激励时永久磁铁与电磁铁芯相互吸引而处于两稳定点之一。

下面结合图4来说明其工作原理，静止的看，激励后因两边均排斥，似乎运动件将处于中间而无法工作，但若结合激励脉冲变化过程来分析，就能发现其工作原理是可行的。当单向脉冲加在电磁铁上时，虽然它同时产生的两个磁极均与永久磁铁相对的磁极排斥，但只有相互吸附在一起的一对产生大的斥力，另一对虽也互斥，但因距离较远(相隔运动行程)，由磁极间作用力与其距离的平方成反比的原理可知，其斥力是很微弱的。当脉冲电流上升接近最大值时，原吸附在一起的一对磁极间产生很大的排斥力而使其向另一端运动，当其运动至行程中点附近时，激励脉冲消失，此时运动件依惯性继续向另一端运动，过中点后，因永久磁铁对另一端已无激励的电磁铁芯重新产生吸力而加速运动，并最终吸在一起。此时若再用同向脉冲激励，则吸附在一起的磁极间又产生斥力，使其向另一端运动并最终吸附其上，如此往复，即构成仅用单向脉冲激励，永磁保持的双稳态继电器。

由于省去了现有产品中较复杂的正负脉冲产生电路或绕组线头转换开关，从而简化了控制电路，使其应用范围可扩展至普通继电器应用的一切领域，充分发挥其比普通继电器节能99％以上的优点，因铁芯中仅存在单向激励磁场，因而对其磁滞性能无要求，可使用普通铁芯来降低成本。特别是其触发工作方式与数字电路中的T’触发器相同，因而可直接应用于数字电路，为当前继电器技术从模拟向数字化发展提供了坚实的基础。

本发明所述的继电器，为简化结构可直接用经表面处理(磨光、电镀或涂覆一些抗氧化，熔焊，表面电阻小的金属或合金)的永久磁铁及铁芯来做电接点，每个绕组内的电磁铁芯依需要可由相互绝缘的多块组成如图3、4、6所示。

本发明所述的继电器，为进一步简化结构只使用一个电磁铁和一个永久磁铁，特点是同一个电磁铁内的铁芯分为相互绝缘的两块构成两同性磁极，永久磁铁可在这两块磁极间摆动并吸附如图6、7所示。

本发明所述的继电器，可使用两个永久磁铁和一个铁芯上有通孔的电磁铁，使用一根穿过该孔的非磁性杆(铜、铝合金、不锈钢、塑料等)将两个永久磁铁连接在一起，并可在铁芯两端面磁极间摆动，一个吸附，另一个即脱开如图1-3所示。

本发明所述的继电器，也可把两块永久磁铁固定在管两端，而让电磁铁芯在管内摆动于两块磁铁之间如图8所示。

本发明所述的继电器，可把两根条状磁铁封装在管内一端，管内另一端封装电磁铁芯，其顶部有一可绕支点在两磁铁磁极间摆动吸附的导磁片如图9所示。

综上所述，得出本发明的优点如下：

1、结构很简单，零部件数量不及现有产品的一半，体积小，重量轻，易微型化，可制成表面贴装元件。

2、可使用普通软铁做电磁铁芯，所有零件形状简单，因而加工生产方便，成本低，价廉。

3、运动机构简单、耐用，电接点系统全密封，防燃、防爆、防水工作可靠，寿命长，适用面广。

4、控制方式简便，可省去正负双向脉冲电源，替代普通继电器方便，工作方式与T’触发器相同，适用于数字电路。

下面结合附图用5个实施例来进一步说明本发明的具体解决方案：

图1为本发明使用两个永久磁铁，一个电磁铁并使用正负双向脉冲激励的方案；

图2与图1相同，只是把一端的磁铁磁极反向，以便使用单向脉冲激励；

图3与图2相同，只是电接点形式不同；

图4为使用两组电磁铁，一块永久磁铁的单向脉冲激励方案；

图5与图4相同，只是电接点形式不同；

图6为使用一个电磁铁和一个永久磁铁的单向脉冲激励方案；

图7与图6相同，只是磁铁构造不同；

图8为两磁铁固定，铁芯相对其运动的单向脉冲激励方案；

图9与图7相似，只是把铁芯与磁铁互换而已；

图10为使用电容产生单向激励脉冲的电路。

实施例1是使用两个永久磁铁及一个电磁铁的单向脉冲激励磁保持双稳态继电器，结构如图2所示，在一个园管状密封玻璃管两端分别封装着两组电接点，管子中间封装着中心有园形通孔的圆柱形电磁铁芯，管外相应位置装有绕组，中心有孔的两园片形永久磁铁一边一个经一穿过铁芯通孔的尼龙杆连接起来构成运动件，磁极方向如图中所示，其两磁铁外面各有一个锥形绝缘帽，该运动件可在铁芯两端面磁极间摆动，此时两端的绝缘帽分别作用于两组电接点上使其闭合或分断，从而完成继电器作用。电接点也可如图3所示，用经过表面处理的导电锥形磁铁表面来闭合，以增大接触面积，提高触点负荷。

实施例2是使用两个串联或并联的电磁铁和一个永久磁铁的单向脉冲激励磁保持双稳态继电器，结构如图4、5所示，其中电接点可部分(图5)或全部(图4)由经表面处理后的电磁铁芯及永久磁铁代替。图4中两个电磁铁芯均被分为两半兼做静止接点，永久磁铁两端面兼做动接点。图中虚线表示可加一外导磁罩来减小磁阻并屏蔽外磁场干扰。

实施例3是使用一个电磁铁和一个永久磁铁的单向脉冲激励磁保持双稳态继电器，结构如图6、7所示，图6使用一封装在管上的弹性薄片永磁体在铁芯两半之间摆动，图中双点划线所示为永磁体与两个半园形铁芯封在同一端，可进一步缩小体积。图7与图6相同，只是改用一条短永磁体绕其一端的支点摆动于两块铁芯之间，双点划线也表示在同一端封装的形式。也可把两组以上同类结构封于一管中，即把铁芯分为四块、六块…，相应的永磁体为2个、3个…，构成多接点继电器。

实施例4是固定两永久磁体在管两端，而让电磁铁芯在管内摆动于两磁铁之间的单向脉冲激励磁保持双稳态继电器。结构如图8所示，图中虚线为可外加的导磁罩。

实施例5是电磁铁芯分两段，顶部的一段可在两条形磁铁磁极间摆动的单向脉冲激励磁保持双稳态继电器。结构如图9所示，图中虚线为可外加的导磁罩。

以上实施例均为使用单向脉冲激励的磁保持双稳态继电器，若用于某些需要双向正负脉冲激励的场合时，可把图2、3、8、9中的一个永磁体极性反转或调换图4、5中两电磁铁之一的绕阻线头，使其产生反向磁极即可。

Claims (7)

1、一种结构简单的磁保持双稳态继电器，由壳体，安装在其上的一至两组电磁铁芯及其绕组构成的电磁铁系统，以及与该电磁铁系统磁极相对并相互吸斥而能相对运动的一至两个永久磁铁，和受运动件作用后可闭合、分断的数组电接点组成，其特征是电接点和与其作用的永久磁铁及电磁铁芯都封在管状壳体内，电磁铁绕组在管外。

2、如权利要求1所述的继电器，其特征是电磁铁用单向电流脉冲激励，激励后同时产生的两磁极与永久磁铁相对的磁极总是极性相同而互相排斥，未激励时，永久磁铁与电磁铁芯相互吸引而处于两稳定点之一。

3、如权利要求1、2所述的继电器，其特征是每个绕组内的电磁铁芯可由相互绝缘的多块组成，与永久磁铁一起经表面处理后兼做电接点。

4、如权利要求3所述的继电器，其特征是只用一个永久磁铁和一个电磁铁，同一个电磁铁内的铁芯分为相互绝缘的两块，构成两同性磁极，永久磁铁可在这两块磁极间摆动并吸附。

5、如权利要求1、2所述的继电器，其特征是使用两个永久磁铁和一个铁芯上有通孔的电磁铁，一根穿过该孔的非磁性杆将两个永久磁铁连接在一起，并可在铁芯两端面磁极间摆动，一个吸附，另一个即脱开。

6、如权利要求1、2所述的继电器，其特征是两块永久磁铁固定在管两端，激励后，电磁铁芯可在管内摆动于两块磁铁磁极之间。

7、如权利要求3所述的继电器，其特征是两条状磁铁封在管内一端，封在另一端的电磁铁芯顶部有一可绕支点在两磁铁磁极之间摆动吸附的导磁片。

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