DE68919397T2

DE68919397T2 - Polarisiertes elektromagnetisches Relais.

Info

Publication number: DE68919397T2
Application number: DE68919397T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Fujitsu Limite Kamiya; Takashi Fujitsu Limited Miura
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1989-09-21
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2009-09-22
Also published as: KR900005518A; KR940007431B1; EP0360271A2; EP0360271A3; JPH0547930B2; DE68919397D1; US5150090A; JPH0287435A; EP0360271B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektromagnetische, gepolte Relais.
Die Figuren 1(a) bis 1(d) sind Querschnittsansichten (Figuren 1(a) und 1(b)) und perspektivische Ansichten (Figuren 1(c) und 1(d)), die schematisch die Struktur und den Betrieb eines elektromagnetischen, gepolten Miniaturrelais illustrieren, wie es in der japanischen, ungeprüften Patentoffenlegung Toku-Kai-Sho 61-116729 offenbart wird.
Dieses Relais ist mit einer Spule 1, die auf einem Spulenträger 2 aufgewickelt ist, einem Permanentmagneten 6 und einem Anker 3 versehen, der bei Erregung der Spule 1 derart bewegt wird, daß die Kontaktfedern (nicht gezeigt in den Figuren 1) bewegt werden. Der Permanentmagnet 6 ist polarisiert, wie es z.B. durch N und S in den Figuren 1(c) und 1(d) angegeben ist. Ein unerregter Zustand, bei dem kein Strom an die Spule 1 angelegt ist, wird in den Figuren 1(a) und 1(c) gezeigt, wo jeweilige Enden 3a und 3b des Ankers 3, der durch die Spule 1 hindurchgeht, durch einen Magnetfluß 6a des Permanentmagneten derart magnetisch angezogen werden, daß sie ein Ende 4a eines L-förmigen Jochs 4 bzw. ein Ende 5a eines U-förmigen Jochs 5 kontaktieren. Ein erregter Zustand, bei dem der Anker 3 durch die Spule 1 magnetisiert ist, an der ein Strom anliegt, wird in den Figuren 1(b) und 1(d) gezeigt, wo die Richtung des Stromes derart ist, daß das induzierte Magnetfeld entgegengesetzt zu dem des Permanentmagneten 6 ist. Das Ankerende 3a wird deshalb von dem Ende (N-Pol) 4a des L-förmigen Jochs 4 abgestoßen und auf das Ende (S-Pol) 5b des U-förmigen Jochs 5 hin angezogen, und das andere Ankerende 3b wird magnetisch durch einen Magnetfluß 1a der Spule angezogen, um das andere Ende 5a des U- förmigen Jochs 5 zu kontaktieren, wie in der Figur 1(d) gezeigt wird. Beim Übergang stoßen sich das Ankerende 3b und das Ende 5a des U-förmigen Jochs 5 gegenseitig anfangs ab. Sie werden jedoch miteinander durch eine Blattfeder 7 in Kontakt gehalten, von der ein Ende am Anker 3, wie in den Figuren 1(a) und 1(b) gezeigt wird, fixiert ist. Nachdem die Ankerposition geschaltet wurde, werden das Ende 3b des Ankers 3 und das Ende 5a des Jochs 5 magnetisch zueinander hin angezogen und in Kontakt gehalten.
Betriebseigenschaften des Relais der Figuren 1 werden im Graph der Figur 2 illustriert, wo die Abszisse eine Ankerposition bezüglich seines Ausschlags und die Ordinate die mechanische Kraft angeben. In der Figur 2 gibt der Verlauf A eine Kontaktfeder-Belastungs-Charakteristik an, die der mechanischen Belastung des Ankerausschlags entspricht und die einer Kraft entspricht, die dazu neigt, den Anker zurück in das Zentrum seines Ausschlags zu schieben. Diese mechanische Last ist Null im Ausschlagzentrum und steigt allmählich an, wenn der Anker von dem Ausschlagzentrum abweicht, während er eine freie Kontaktfeder biegt. An den Knickpunkten K und K' des Verlaufs A fängt ein beweglicher Kontakt einer Kontaktfeder damit an, einen stationären Kontakt zu berühren. Eine weitere Abweichung des Ankers in Richtung des Magnetpols 4a oder 5b verursacht eine weitere Biegung der Kontaktfeder, und zwar an einer Stelle, wo die Kontaktfeder in eine U-Form gedrückt wird. Die Kontakt feder ist dann steifer als in dem Fall, wenn eine freie Kontaktfeder, die als einseitig eingespannter Träger gehalten ist, gedrückt wird. Somit wird der Verlauf A steiler.
Der Verlauf B gibt eine mechanische Kraft an, die magnetisch auf den Anker durch den Permanentmagneten 6 induziert wird. Positive und negative Kraftbereiche in der Figur 2 entsprechen jeweils den Kräften, die in Richtung des S-Pols 5b bzw. in Richtung des N-Pols 4a wirken. Folglich muß der Verlauf B in der Figur 2 immer unterhalb des Verlaufs A sein. Die Lücke zwischen den Verläufen A und B gibt einen Abstand wieder, der für die Variation von verschiedenen Bedingungen zugelassen ist. Am N-Pol 4a gibt die Differenz FB zwischen der Haltekraft Fgr und der Last PB den Druck auf die Kontakte an und ist ein Abstand, der bei externem Stoß oder Prellen verfügbar ist.
Der Verlauf C gibt eine mechanische Kraft an, die magnetisch auf den Anker als eine Summe aus den magnetischen Kräften des Permanentmagneten 6 und der erregten Spule 1 magnetisch induziert ist, an der ein Strom in einer Richtung angelegt ist, die umgekehrt zu der ist, die dem Magnetfeld des Permanentmagneten 6 entspricht. Folglich muß in der Figur 2 der Verlauf C immer über dem Verlauf A sein. Wenn der Anker 3 am S-Pol 5b ist, gibt die Differenz zwischen der Haltekraft Pgr und der mechanischen Last PB einen Druck an, der auf die stationären Kontakte der gegenüberliegenden Seite ausgeübt wird.
In einer solchen elektromagnetischen, polaren Relaisstruktur, wie sie oben beschrieben wurde, sind erwünschte Eigenschaften zum Erreichen einer hohen Empfindlichkeit, d.h. weniger Leistung wird benötigt, um die Spule zu erregen, und für einen zuverlässigen Betrieb, wie folgt: die Verläufe B und C müssen einen ausreichenden Abstand gegenüber dem Verlauf A beibehalten. Der Abstand sollte jedoch nicht zu groß sein, d.h. der Abstand sollte so klein wie möglich sein, da ein großer Abstand des Verlaufs C bezüglich des Verlaufs A sehr viele Ampere-Windungen erfordert, d.h. einen großen Energieverbrauch der Spule. Wegen der magnetischen Eigenschaften einiger Permanentmagnet-Materialien kann jedoch der Wert des Verlaufs B am N-Pol sehr groß werden. Um diesen großen Wert zu vermeiden, erfordert die Spule eine große Anzahl von Ampere-Windungen, was in einem größeren Energieverbrauch und einem sehr großen Abstand bezüglich anderen Stellen als der N-Pol- Stelle resultiert.
Es wird auf die GB-A-2 191 039, die EP-A-0 130 423 und die EP-A-0 074 577 hingewiesen, die elektromagnetische, polare Relais betreffen, die verschiedene Konfigurationen haben, welche Spulen, Anker, erste und zweite Joche und Permanentmagnete umfassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektromagnetisches, polares Relais zur Verfügung gestellt, das aufweist:
eine Spule, die ein Innenloch hat;
einen Anker, der in das Innenloch eindringt und in diesem bewegbar ist;
ein erstes Joch, das einen Hauptkörper, der sich längsseits der Spule erstreckt, einen ersten Endabschnitt, der an einem Ende des sich längsseits der Spule erstreckenden Hauptkörpers ist und derart gebogen ist, daß er einem ersten Ende des Ankers gegenübersteht, einen zweiten Endabschnitt am anderen Ende des Hauptkörpers, der magnetisch und drehbar mit einem zweiten Ende des Ankers verbindet, und einen dritten Endabschnitt an dem einen Ende des Hauptkörpers hat;
ein zweites Joch, das dem ersten Endabschnitt des ersten Jochs gegenübersteht, wobei sich das erste Ende des Ankers mit einer Ausschlagbewegung zwischen dem ersten Endabschnitt des ersten Jochs und dem zweiten Joch bewegt, wobei das zweite Joch eine Kante hat, die dem Hauptkörper des ersten Jochs in der Nähe seines dritten Endabschnitts gegenübersteht oder diesen kontaktiert, wobei der magnetische Widerstand zwischen dem zweiten Joch und dem Hauptkörper des ersten Jochs größer ist als der magnetische Widerstand zwischen dem ersten Abschnitt des ersten Jochs und dem Hauptkörper,
einen Permanentmagneten, der entlang dem Hauptkörper angeordnet ist, wobei der Permanentmagnet einen ersten Pol, der magnetisch mit dem ersten Endabschnitt des ersten Jochs verbunden ist, und einen zweiten Pol hat, der magnetisch mit dem zweiten Joch verbunden ist,
wodurch der Magnetfluß von dem Magneten über einen Kreis überbrückt wird, der durch den ersten Endabschnitt des ersten Jochs, den dritten Endabschnitt des ersten Jochs, die Kante des zweiten Jochs und das zweite Joch gebildet wird.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein elektromagnetisches, polares Miniaturrelais zur Verfügung stellen, das weniger Leistung für den Spulenbetrieb erfordert, während es eine adäquate elektrische wie auch eine mechanische Langzeitstabilität bereitstellt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein elektromagnetisches, polares Miniaturrelais bereitstellen, das weniger anfällig für Einflüsse externer Magnetfelder ist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine elektromagnetische, polare Miniaturrelais-Struktur zur Verfügung stellen, in der eine Variation der Relaiseigenschaften reduziert ist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein hochempfindliches, dünnes, elektromagnetisches, polares Relais zur Verfügung stellen, das zur Unterbringung an einer gedruckten Leiterplatte geeignet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein elektromagnetisches, polares Relais: eine Spule; einen Anker, der in der Spule bewegbar ist; ein Hauptjoch, außerhalb der Spule; einen Permanentmagneten, der in der Richtung der Bewegung des Ankers polarisiert ist und entlang einer flachen Kante des Hauptjochs angeordnet ist; eine erste Polplatte, die Teil des Hauptjochs ist und orthogonal bezüglich einem Hauptteil des Hauptjochs gebogen ist, und zwar parallel zu einer Achse der Spule, und die magnetisch mit einem Pol des Permanentmagneten verbunden ist; eine zweite Polplatte, die der ersten Polplatte gegenübersteht und magnetisch mit einem anderen Pol des Permanentmagneten verbunden ist. Eine Kante der zweiten Polplatte steht dem flachen Ende des Hauptjochs gegenüber und ist magnetisch mit einem Hauptjoch durch einen magnetischen Widerstand verbunden, der größer als jener zwischen der ersten Polplatte und dem Hauptjoch ist. Dieser hohe magnetische Widerstand wird z.B. durch einen Luftspalt erzeugt, der von einer sich verjüngenden Kante gebildet wird. Ein Ende des Ankers ist drehbar und magnetisch mit einem anderen Ende des Hauptjochs verbunden. Ein anderes Ende des Ankers bewegt sich zwischen den ersten und zweiten Polplatten in Abhängigkeit von der Stromanlegung an die Spule. Ein magnetischer Kreis, der den oben erwähnten Luftspalt und einen Teil des Hauptjochs enthält, überbrückt den Permanentmagneten und steuert den Betrag des Magnetflusses, der durch ihn fließt, so daß eine unerwünscht große Anziehungskraft des Ankers auf die zweite Polplatte reduziert werden kann, wodurch eine Reduzierung der Anzahl der Ampere-Windungen, d.h. des Energieverbrauchs, der Spule ermöglicht wird, während ein ausreichender Abstand für mechanische Last-Eigenschaften und eine zuverlässige Kontaktkraft zugelassen sind. Des weiteren verhindert oder mindert der so geschlossene magnetische Kreis Einflüsse von äußeren Magnetfeldern auf magnetische Eigenschaften des Relais und auch Einflüsse der Variabilität oder der Abweichung vom Normalen von Teilen, aus denen das Relais besteht, woraus eine geringere Variation der Relaiseigenschaften resultiert.
Bezug wird mittels Beispiel auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, in denen:
Figuren 1 schematische Querschnittsansichten und perspektivische Ansichten eines magnetischen Kreises eines polaren Relais des Stands der Technik zeigen, wobei die Figuren 1(a) und 1(c) einen unerregten Zustand zeigen und die Figuren 1(b) und 1(d) einen erregten Zustand des Relais zeigen;
Figur 2 ein Graph ist, der mechanische Kräfte illustriert, die in dem Relais der Figuren 1 in Abhängigkeit von der Ankerposition erzeugt werden,
Figur 3 eine schematische, perspektivische Ansicht ist, die ein Relais gemaß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert,
Figur 4 eine Querschnittsansicht eines Lötstifts ist, der in dem Relais der Figur 3 verwendet wird,
Figur 5 eine perspektivische Ansicht ist, die schematisch einen magnetischen Kreis illustriert, der in dem Relais der Figur 3 verwendet wird,
Figur 6(a) den Zustand der magnetischen Polarisation der Magnetpole der Figur 5 illustriert, wenn die Spule unerregt ist,
Figur 6(b) den Zustand der magnetischen Polarisation der Magnetpole der Figur 5 illustriert, wenn die Spule erregt ist,
Figur 7(a) eine perspektivische Ansicht ist, die dazu dient, schematisch einen Weg des Magnetflusses im Magnetkreis der Figur 5 zu illustrieren, wenn die Spule unerregt ist,
Figur 7(b) eine perspektivische Ansicht ist, die dazu dient, schematisch einen Weg des Magnetflusses im magnetischen Kreis der Figur 5 zu illustrieren, wenn die Spule erregt ist,
Figuren 8 perspektivische Teilansichten zur Hilfe beim Verstehen der Drehverbindung eines Endes des Ankers in dem Relais der Figur 3 sind: Figur 8(a) zeigt einen Zustand, bevor die Armatur in einen Schlitz eingefügt wird; Figur 8(b) zeigt einen Zustand, nachdem die Armatur in den Schlitz eingefügt worden ist; Figur 8(c) zeigt den Zustand, nachdem der Anker, der in dem Joch untergebracht ist, weiterhin mit einem Spulenträger versehen worden ist,
Figur 9 ein Graph ist, der die Einflüsse einer Variation des Schnittwinkels α einer sich verjüngenden Kante eines zweiten Jochs auf Kräfte hin illustriert, die in einem Relais entwickelt werden, das die vorliegende Erfindung verkörpert,
Figur 10 ein Graph ist, der mechanische Kräfte, die in einem Relais induziert werden, in Abhängigkeit von der Ankerposition für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wie sie in der Figur 3 gezeigt wird, im Vergleich mit einem Relais des Stands der Technik, und
Figuren 11(a) bis 11(f) schematische Querschnittsansichten sind, die Variationen eines Kreises mit hohem magnetischen Widerstand illustrieren, der zwischen einem Pol eines Permanentmagneten und einem Hauptjoch ausgebildet ist und der in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Wie in der Figur 3 schematisch illustriert wird, besteht ein elektromagnetisches, polares Relais (das im nachfolgenden als Relais bezeichnet wird) 21 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einer elektromagnetischen Kreis- Subanordnung 22 und einer Basis-Subanordnung 23, die Bewegungskontakt-Federn und stationäre Kontakte hat.
Die elektromagnetische Kreis-Subanordnung 22 hat einen Spulenträger 24, dessen Hauptabschnitt in der Figur 3 nicht sichtbar ist, eine elektromagnetische Spule (die nachfolgend einfach als Spule bezeichnet wird) 1, die auf dem Spulenträger 24 aufgewickelt ist, einen Permanentmagneten 6 zum Erzeugen einer magnetischen Polarisation, einen Anker 3, der aus einem weichmagnetischen Material besteht und durch ein Zentralloch des Spulenträgers 24 hindurch bewegbar angeordnet ist, ein erstes Joch 12, das aus einem weichmagnetischen Material besteht, wobei Einzelheiten seines Aufbaus weiter unten beschrieben werden, ein zweites Joch 13, das aus einem weichmagnetischen Material besteht, und eine Leiste 14, die aus einem unmagnetischen Material besteht und die mechanisch in den Anker eingreift, zum Übertragen eines Ausschlags des Ankers auf die Bewegungskontakt-Federn 27 an der Basis-Subanordnung 23. Drahtenden 1a und 1b der Spule 1 sind elektrisch mit jedem der Stifte 25 verbunden, die auf einem Flansch 24a angebracht (eingesetzt) sind, der an einem Ende des Spulenträgers 24 vorgesehen ist. Ein vorspringender Abschnitt 24b eines weiteren Endes des Spulenträgers 24 hält ein Ende 12a des Haupt(ersten)-Jochs 12 und das zweite Joch 13.
Die Basis-Subanordnung 23 hat ein box-förmiges isolierendes Substrat 26, ein Paar von Bewegungskontakt-Federn 27, von denen jeweils ein Ende über einen Lötstift 27a an einer Kante des Substrats 26 angebracht (angeordnet) ist, und zwei Paare von stationären Kontakten 28, die derart angeordnet sind, daß das andere Ende von jedem der Bewegungskontakt-Federn 27 zwischen den Kontakten eines der Paare der fixierten Kontakte 28 angeordnet ist. Lötstifte 27a und 28b (von fixierten Kontakten) sind durch das Substrat 26 der Basis hindurch nach außen geführt. Das Substrat 26 hat weiterhin zwei Durchgangslöcher 29 (nur eines von ihnen ist in der Figur 3 sichtbar), in welche die Stifte 25 der elektromagnetischen Kreis-Subanordnung 21 eingesetzt sind. Wenn die elektromagnetische Kreis-Subanordnung 21 auf der Basis-Subanordnung 23 untergebracht wird, kommt somit ein Paar von Vertikalschlitzen 14a, die auf der Leiste 14 vorgesehen sind, in Eingriff mit den Bewegungskontakt-Federn 27 jeweils an deren Mittenabschnitt (mittlerer Weg entlang den Federn 27). Eine Bewegungskontakt-Feder 27 und ihr Lötstift 27a sind in einem Stück aus einer ungefähr 0,1 mm dicken Platte ausgebildet. Der Lötstift 27a ist längsverlaufend gekrümmt, wie in der Querschnittsansicht der Figur 4 gezeigt wird, und zwar für seine mechanische Verstärkung.
Die Ausbildung eines magnetischen Kreises, der in der elektromagnetischen Kreis-Subanordnung 22 vorgesehen ist, wird schematisch in der Figur 5 illustriert und nachfolgend im Detail beschrieben. Zwei längsverlaufende Enden 12c und 12b des ersten Jochs 12 sind rechtwinklig nach oben (wie in der Figur 5 zu sehen ist) von einem flachen Hauptabschnitt 12h des Jochs 12 aus gebogen und stellen jeweils L-Formen auf solche Art und Weise zur Verfügung, daß (eine Hauptfläche des) das erste Biegungsende 12c parallel zur Achse des Spulenträgers 24 ist und daß (eine Hauptfläche des) das zweite Biegungsende 12b rechtwinklig zur Achse des Spulenträgers ist.
Der Permanentmagnet 6 ist typisch aus einem Selten-Erde- Metall ausgebildet und ist bevorzugterweise als rechtwinkliges Parallelepiped ausgeformt und ist parallel zum flachen Ende 12a des Hauptabschnitts 12h des Jochs 12 angeordnet, und zwar zwischen dem ersten Biegungsende 12c und dem zweiten Joch 13, das parallel zum ersten Biegungsende 12c ist. Es ist allgemein ein Spalt zwischen dem Permanentmagneten 6 und dem fladhen Ende 12a vorgesehen. In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, daß der N-Pol des Permanentmagneten 6 das erste Biegungsende 12c kontaktiert und daß sein S-Pol das zweite Joch 13 kontaktiert.
Ein Drehende 3b des Ankers 3 ist T-förmig und ist in einem Schlitz 12e eingesetzt, der vertikal aus dem zweiten Biegungsende 12b des ersten Jochs 12 derart ausgeschnitten ist, daß sich der Anker 3 um den Schlitz 12e herum als auch in Richtung parallel zur Magnetisierung des Permanentmagneten 6 drehbar bewegen kann. In den Figuren 8 wird die Struktur des Drehendes 3b des Ankers 3 durch Schritte illustriert, die beim Unterbringen des Endes vor (Figur 8(a)) und nach (Figur 8(b)) dem Einsetzen des Ankers und nach dem Unterbringen des Ankers in dem Spulenträger 24 (Figur 8(c)) illustriert sind. Das andere Ende 3a des Ankers kann sich somit zwischen dem ersten Biegungsende 12c und dem zweiten Joch 13 in dem Loch des Spulenträgers 24 bewegen. Das Ankerende 3a wird nachfolgend deshalb als ein Bewegungspol bezeichnet.
Das untere Ende 13a des zweiten Jochs 13 verjüngt sich gemäß einem Schnittwinkel α und die scharfe Kante der Verjüngung 13a kontaktiert das flache Ende 12a des ersten Jochs 12, wie in der Figur 6 gezeigt wird. Der Schnittwinkel a der Verjüngung 13a beträgt typischerweise 10º bis 30º.
Der Kontakt ist an einer Oberfläche 12d.
Kerben 12f, 12g, 13b und 13c, die jeweils an dem ersten Biegungsende 12c, dem flachen Ende 12a bzw. dem zweiten Joch 13 vorgesehen sind, sind zum Eingreifen der Joche 12 und 13 in den vorspringenden Abschnitt 24b des Spulenträgers vorgesehen.
Der Permanentmagnet 6 magnetisiert das erste Biegungsende 12c als einen N-Pol und das zweite Joch 13 als einen S-Pol. Folglich werden sie nachfolgend als die N-Pol-Platte bzw. die S-Pol-Platte bezeichnet. Die sich verjüngende Kante 13a, die einen Luftspalt 13g hat, erzeugt einen magnetischen Widerstand Rg zwischen der S-Pol-Platte 13 und dem flachen Ende 12a des ersten Jochs 12. Der magnetische Widerstand Rg ist größer als der magnetische Widerstand zwischen der N-Pol-Platte 12c und dem flachen Ende 12a, da die N-Pol-Platte 12c und das flache Ende 12a aus einem Stück sind, d.h. zusammenhängen. Deshalb hat die S-Pol-Platte 13 magnetisch eine geringere Wirkung auf das erste Joch 12h als die N-Pol-Platte 12c. Folglich wird der Bewegungspol 3a als ein N-Pol und nicht als ein S-Pol polarisiert. In dem somit gebildeten magnetischen Kreis wird, wenn Strom nicht an die Spule 1 angelegt ist, d.h. wenn sie in einem unerregten Zustand ist, der Bewegungspol 3a des Ankers 3 durch die N-Pol-Platte 12c abgestoßen und von der S-Pol-Platte 13 derart angezogen, daß der S-Pol 13 kontaktiert wird, wie in der Figur 6(a) gezeigt wird, und der Magnetfluß in dem Magnetkreis wird durch eine strichpunktierte Linie in der Figur 7(a) gezeigt. Der Anker 3 erzwingt einen Versatz der Leiste 14, die weiterhin die Bewegungskontakt-Federn 27 in Richtung der stationären Kontakte 28 an einer Seite der Leiste 14 zwingt.
Wenn die Spule erregt wird, d.h. ein Strom an die Spule 1 in einer Richtung angelegt wird, wie durch die Pfeile in der Figur 7b angegeben wird, der dazu geeignet ist, die wirksame magnetische Kraft des Permanentmagneten 6 zu überwinden, ist der Bewegungspol 3a des Ankers 3 umgekehrt polarisiert, d.h. als S-Pol polarisiert. Andererseits ist die erste Biegungsplatte 12c noch als ein N-Pol polarisiert und das zweite Joch 13 ist noch als ein S-Pol polarisiert, wie in der Figur 6(b) und wie durch den Fluß, der durch die strichpunktierte Linie in der Figur 7(b) illustriert wird, angegeben wird. Folglich wird der Bewegungspol 3a durch die S-Pol-Platte 13 abgestoßen und von der N-Pol-Platte 12c angezogen, so daß er die N-Pol-Platte 12c kontaktiert. Die Leiste 14 erzwingt deshalb einen seitlichen Versatz der Bewegungskontakt-Federn 27 in Richtung der stationären Kontakte 28 auf der gegenüberliegenden Seite der Leiste.
Wie oben beschrieben wurde, überbrückt der magnetische Kreis, der aus dem flachen Ende 12a und dem Luftspalt 13g zusammengesetzt ist, den Permanentmagneten 6. Folglich wird das flache Ende 12a nachfolgend als Überbrückungsplatte bezeichnet. Der Betrag des Magnetflusses, der durch die Überbrückungsplatte 12a induziert wird, wird durch den magnetischen Widerstand Rg des Luftspalts 13g gesteuert, der in Serie zwischen dem S-Pol des Permanentmagneten 6 und dem magnetischen Widerstand Rs der Überbrückungsplatte 12a selbst liegt. Der Wert des magnetischen Widerstands Rg des Abschnitts mit sich verjüngendem Spalt hängt von dem Bereich ab, über dem die Kante der Verjüngung 13a die Überbrückungsplatte 12a kontaktiert oder dieser gegenübersteht, und vom Winkel α des (Aus)Schnitts, d.h. dem Luftspalt. Um den Wert des magnetischen Widerstands Rs der Überbrückungsplatte geeignet zu bestimmen, wird die Breite der Überbrückungsplatte 12a, die den Permanentmagneten 6 (unterhalb) überdeckt, typischerweise schmaler ausgewählt als die Breite des Permanentmagneten 6, wie z.B. 2 mm für einen 3,6 mm breiten Permanentmagneten, wie in der Figur 9 gezeigt wird, obwohl in den Figuren 5 und 7 die Seite des Permanentmagneten 6 koplanar mit der Seite der Überbrückungsplatte 12a eingezeichnet ist.
In dem oben beschriebenen, polaren Relais, das die vorliegende Erfindung verkörpert, wird ein magnetischer Leckfluß (wie z.B. der, der im Relais des Stands der Technik vom N-Pol zum S- Pol auftritt, wie in der gepunkteten Linie 6b in der Figur 1(c) angegeben wird) in der Uberbrückungsplatte begrenzt. Anders ausgedrückt, der magnetische Kreis ist geschlossen. Die magnetischen Eigenschaften des Relais werden deshalb nicht oder im geringeren Maße durch die magnetischen Felder von äußeren Vorrichtungen beeinträchtigt. Des weiteren haben Variationen der Abmessungen der Teile des Relais der Ausführungsform einen geringeren Einfluß auf die magnetischen Eigenschaften des Relais. Folglich kann die Variation der Relaiseigenschaften auf 1/2 bis 1/4 reduziert werden.
Der Einfluß des Schnittwinkels α der Verjüngung wird durch den Graphen der Figur 9 illustriert. Die Daten für den Graphen der Figur 9 betreffen ein Relais, wie es durch eine Querschnittsansicht seines Jochs in Figur 9 angegeben wird, wobei die Überbrückungsplatte 12a nur eine Breite von 2 mm des 3,6 mm breiten Permanentmagneten überdeckt, der 1,25 mm dick und 1,57 mm lang in der Richtung seiner Polarisation ist, und wobei die Joche 0,8 mm dick sind. Der Verlauf in dem Graphen zeigt die Anziehungskraft Fgr auf die S-Pol-Platte 13, während der Spulenstrom auf Null gehalten wird. Wie aus dem Verlauf ersichtlich ist, wird je größer der Luftspalt (je größer der Sschnittwinkel) ist, desto mehr Anziehungskraft auf die S-Pol- Platte ausgeübt. Es ist offensichtlich, daß die Anziehungskraft Fgr auf die S-Pol-Platte 13 auch in Abhängigkeit von der Breite der Überbrückungsplatte 12a variiert werden kann, die über der Breite des Permanentmagneten 6 abdeckt (die Überlappung zwischen der Überbrückungsplatte und dem Magneten).
Der Graph der Figur 10 illustriert für Relais, die in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in der Figur 3 illustriert wird, zur Verfügung gestellt werden, im Vergleich mit Relais des Stands der Technik mechanische Kräfte, die magnetisch in dem Relais induziert werden, in Abhängigkeit von der Ankerposition für unterschiedliche Ampere-Windungs-Werte der Spule. Hier sind Relais in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart ausgelegt, daß der Großteil des Abstands, der durch die Anwendung der Erfindung gewonnen wird, dazu verwendet wird, eine Reduzierung der Ampere-Windungen der Spule zum Unterbrechen des Bewegungspols von der S-Pol-Platte zu erzeugen, und daß etwas des Abstands dazu verwendet wird, die Anziehungskraft auf die S-Pol-Platte zu erhöhen, d.h. den Abstand des Verlaufs B. Die Ampere-Windungen, die zum Überwinden eines Knickpunkts K benötigt werden, können so klein wie 35 AT (AT = Ampere-Windungen) sein (was in der Figur nicht als Verlauf gezeigt wird), verglichen mit 47 AT, die für ein Relais des Stands der Technik erforderlich sind. Wenn nun als ein Experiment ein Versuch gemacht wird, einen Permanentmagneten 6 mit einer geringeren magnetischen Kraft zu verwenden, ohne daß die vorliegende Erfindung verwendet wird, kann die 0 AT Kurve B'' die Lastkurve A berühren. Mit der Struktur der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann jedoch die Anziehungskraft Fgr auf die S-Pol- Platte 13 fast die gleiche (tatsächlich etwas höher) sein, ohne daß 0 AT Verlauf B' die Lastkurve A berührt, während eine erhebliche Reduktion der Ampere-Windungen der Pole ermöglicht wird, die dafür notwendig sind, den Bewegungspol 3a der S-Pol- Platte 13 zu unterbrechen. Im Ergebnis ist ein AT so niedrig wie 65 AT als ein Betriebswert ausreichend, verglichen mit 80 AT für ein Relais des Stands der Technik. Diese Reduktion an Ampere-Windung erlaubt eine Reduktion des Spulen-Energieverbrauchs von 150 mW auf 100 mW.
Variationen oder Modifikationen des magnetischen Kreises mit hohem magnetischen Widerstand, der an der unteren Kante des zweiten Jochs 13 vorgesehen ist, welche in den Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden können, werden in den Figuren 11(a) bis 11(f) gezeigt. Schraffierte Abschnitte in diesen Figuren geben Abstandshalter an, die aus einem unmagnetischen Material, wie z.B. Kupfer oder Kunststoff bestehen, was magnetisch äquivalent zu einem Luftspalt ist. Die Eigenschaften jeder Variation sind selbsterläuternd aus der Figur, so daß eine weitere Beschreibung nicht erforderlich ist.
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Polarisation des Permanentmagneten derart ist, wie es in den Figuren gezeigt wird, ist es offensichtlich, daß Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden können, wenn die Polarisation umgekehrt zu der ist, die gezeigt wird. In diesem Fall ist die Richtung des Stromes, der an die Spule angelegt wird, umgekehrt.
Des weiteren sind vielzählige weitere Modifikationen und Änderungen leicht für Fachleute ersichtlich, und die Erfindung ist nicht auf die Konstruktionen und Betriebsarten, die gezeigt und beschrieben werden, beschränkt. Auf alle geeigneten Modifikationen oder Äquivalente kann zurückgegriffen werden.
Ein elektromagnetisches, polares Relais in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt: eine Spule; einen Anker, der in der Spule bewegbar ist; ein Hauptjoch entlang einer Außenseite oder (längsseits) der Spule; einen Permanentmagneten, der entlang einer Richtung der Bewegung des Ankers polarisiert ist und entlang einer flachen Kante des Hauptjochs angeordnet ist; eine erste Polplatte, die ein Teil des Hauptjochs ist und orthogonal von dem Hauptjoch aus, parallel zu einer Achse der Spule gebogen ist und magnetisch mit einem Pol des Permanentmagneten verbunden ist; eine zweite Polplatte, die der ersten Polplatte gegenübersteht und magnetisch mit einem weiteren Pol des Permanentmagneten verbunden ist. Eine Kante der zweiten Polplatte steht dem flachen Ende des Hauptjochs gegenüber und ist magnetisch mit dem Hauptjoch durch einen magnetischen Widerstand verbunden, der größer als der zwischen der ersten Polplatte und dem Hauptjoch ist. Der hohe magnetische Widerstand wird z.B. durch einen Luftspalt erzeugt, der von einer sich verjüngenden Kante gebildet wird. Ein Ende des Ankers ist drehbar und magnetisch mit einem weiteren Ende des Hauptjochs verbunden. Das andere Ende des Ankers bewegt sich zwischen der ersten Polplatte und der zweiten Polplatte in Abhängigkeit vom Strom, der an die Spule angelegt ist. Ein magnetischer Kreis, der aus dem oben erwähnten Luftspalt und einem Teil des Hauptjochs zusammengesetzt ist und den Permanentmagneten überbrückt, steuert einen Betrag des Magnetflusses, der durch ihn fließt, und somit kann eine unerwünscht große Anziehungskraft des Ankers auf die zweite Polplatte reduziert werden, was eine Reduktion der Anpere-Windungen, d.h. des Energieverbrauchs, der Spule ergibt, während ein ausreichender Abstand bezüglich den mechanischen Lastcharakteristiken und eine zuverlässige Kontaktkraft ermöglicht werden.

Claims

1. Elektromagnetisches, polares Relais, das aufweist:

eine Spule (1), die ein Innenloch hat;

einen Anker (3), der in das Innenloch eindringt und in dem Innenloch bewegbar ist;

ein erstes Joch (12), das einen Hauptkörper (12h), der sich längsseits der Spule (1) erstreckt, einen ersten Endabschnitt (12c), der an einem Ende des sich längsseits der Spule erstreckenden Hauptkörpers (12h) ist und der derart gebogen ist, daß er einem ersten Ende (3a) des Ankers (3) gegenübersteht, einen zweiten Endabschnitt (12b) am anderen Ende des Hauptkörpers (12h), der magnetisch und drehbar mit einem zweiten Ende (3b) des Ankers (3) verbunden ist, und einen dritten Endabschnitt (12a) an dem einen Ende des Hauptkörpers (12h) hat;

ein zweites Joch (13), das dem ersten Endabschnitt (12c) des ersten Jochs (12) gegenübersteht, wobei sich das erste Ende (3a) des Ankers (3) mit einer Ausschlagbewegung zwischen dem ersten Endabschnitt (12c) des ersten Jochs (12) und dem zweiten Joch (13) bewegt, wobei das zweite Joch (13) eine Kante (13a) hat, die dem Hauptkörper (12h) des ersten Jochs (12) in der Nähe seines dritten Endabschnitts (12a) gegenübersteht oder diesen kontaktiert, wobei ein magnetischer Widerstand zwischen dem zweiten Joch (13) und dem Hauptkörper (12h) des ersten Jochs (12) größer als ein magnetischer Widerstand zwischen dem ersten Endabschnitt (12c) des ersten Jochs (12) und dem Hauptkörper (12h) ist,

einen Permanentmagneten (6) der entlang dem Hauptkörper (12h) angeordnet ist, wobei der Permanentmagnet (6) einen ersten Pol, der magnetisch mit dem ersten Endabschnitt (12c) des ersten Jochs (12) verbunden ist, und einen zweiten Pol hat, der magnetisch mit dem zweiten Joch (13) verbunden ist, wodurch der Magnetfluß von dem Magneten (6) über einen Kreis überbrückt wird, der durch den ersten Endabschnitt (12c) des ersten Jochs (12), den dritten Endabschnitt (12a) des ersten Jochs (12), die Kante (13a) des zweiten Jochs (13) und das zweite Joch (13) gebildet wird.

2. Relais, wie in Anspruch 1 beansprucht, worin die Kante (13a) des zweiten Jochs (13) verjüngt ist.

3. Relais, wie in Anspruch 1 beansprucht, worin die Kante (13a) des zweiten Jochs (13) lokal dünner ist.

4. Relais, wie in Anspruch 1, 2 oder 3 beansprucht, worin die Kante (13a) den Hauptkörper (12h) des ersten Jochs (12) kontaktiert.

5. Relais, wie in Anspruch 1 beansprucht, worin die Kante (13a) des zweiten Jochs (13) vom Hauptkörper (12h) des ersten Jochs (12) durch einen Luftspalt beabstandet ist.

6. Relais, wie in Anspruch 1 beansprucht, das weiterhin einen unmagnetischen Abstandshalter zwischen der Kante (13a) des zweiten Jochs (3) und dem Hauptkörper (12h) aufweist.

7. Relais, wie in einem vorhergehenden Anspruch beansprucht, worin der Hauptkörper (12h) des ersten Jochs (12) einen Teil der Breite des Permanentmagneten (6) überdeckt oder überlappt.

8. Relais, wie in einem vorhergehenden Anspruch beansprucht, das weiterhin ein Leistenteil (14), das mit dem Anker (3) in Eingriff ist, zum Übertragen einer Ausschlagbewegung des Ankers auf einen Bewegungskontakt (27) des Relais aufweist.

9. Relais, wie in einem vorhergehenden Anspruch beansprucht, worin die Richtung des Stroms, der an die Spule (1) angelegt ist, derart ist, daß ein induzierter Magnetfluß auf den Anker (3) entgegengesetzt zu einem Magnetfluß ist, der auf ihn durch den Permanentmagneten (6) induziert wird.

10. Relais, wie in einem vorhergehenden Anspruch beansprucht, worin der erste Endabschnitt (12c) des Hauptkörpers (12h) des ersten Jochs (12) im wesentlichen um 90º von dem Hauptkörper (12h) aus gebogen ist.

11. Relais, wie in einem vorhergehenden Anspruch beansprucht, worin der erste Endabschnitt (12c) des Hauptkörpers (12h) des ersten Jochs (12) im wesentlichen parallel zu einer Achse des Lochs der Spule (1) gebogen ist.

12. Relais, wie in einem vorhergehenden Anspruch beansprucht, worin der zweite Endabschnitt (12b) des Hauptkörpers (12h) des ersten Jochs (12) um im wesentlichen 90º von dem Hauptkörper (12h) aus gebogen ist.

13. Relais, wie in einem vorhergehenden Anspruch beansprucht, worin der zweite Endabschnitt (12b) des Hauptkörpers (12h) des ersten Jochs (12) im wesentlichen orthogonal zu einer Achse des Lochs der Spule (1) gebogen ist.

14. Relais, wie in einem vorhergehenden Anspruch beansprucht, das weiterhin einen Luftspalt zwischen dem Hauptkörper (12h) und dem Permanentmagneten (6) aufweist.