TWI553685B - 雙穩態繼電器與雙穩態致動器 - Google Patents

雙穩態繼電器與雙穩態致動器 Download PDF

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Description

雙穩態繼電器與雙穩態致動器
本發明是有關於一種致動器，且特別是有關於一種電磁繼電器。
繼電器是一種電子控制器件，通常應用於自動控制電路中。繼電器在兩個狀態中轉換，以使接觸系統的接觸點接觸或斷開，可視為是一種「自動開關」。因此，繼電器在自動控制電路中提供自動調節、安全保護、轉換電路等作用。
繼電器的種類繁多，以現有的單穩態繼電器為例，單穩態繼電器的其中一狀態不需要額外的驅動電力，可以直接藉由金屬彈力使接觸系統的接觸點接觸或斷開，但另一狀態需將其電磁線圈通電，以產生持續且大於金屬彈力的電磁力，才能使接觸系統的接觸點接觸或斷開。因此，此類單穩態繼電器即使沒有改變狀態，仍然具有靜態的電力耗損，且其總體積較大。以現有的雙穩態繼電器為例，雙穩態繼電器大多採用滑動式或翹翹板式的永久磁鐵構成雙穩態架構，或者藉由單純的機械栓鎖架構來達成雙 穩態架構。雖然此類雙穩態繼電器相對於單穩態繼電器具有省電的功效，但其機構較為複雜，加上電磁轉換效率差，因而體積龐大不易縮小，應用有限。
本發明提供一種雙穩態致動器，具有良好的磁保持效率，高效電磁轉態與體積小的特性。並提供一種雙穩態致動器衍生的雙穩態繼電器，除具有雙穩態致動器的特點，更能提高繼電器的接觸系統的可靠度。
本發明的雙穩態致動器包括一磁保持機構以及一電磁鐵。磁保持機構適於在一第一穩態以及一第二穩態之間操作。磁保持機構包括一轉軸、一圓柱狀永久磁鐵、一柱狀中空導磁物及兩軸承。轉軸沿一軸向設置。圓柱狀永久磁鐵包覆在轉軸上，並且包括至少一N磁極和至少一S磁極。被圓柱狀永久磁鐵包覆的轉軸藉由兩軸承的支撐而擺放至柱狀中空導磁物的內側中。柱狀中空導磁物環繞圓柱狀永久磁鐵，並且與圓柱狀永久磁鐵保持一間隙。間隙隨柱狀中空導磁物的內側表面不同位置而改變，並用來導引圓柱狀永久磁鐵旋轉至一穩態位置。柱狀中空導磁物包括一第一部分以及一第二部分，分別位於圓柱狀永久磁鐵的相對兩側，其中在相對於軸向的一徑向上，第一部分以及第二部分分別與圓柱狀永久磁鐵具有一第一距離以及一第二距離，且第一距離為柱狀中空導磁物在第一部分相對於圓柱狀永久磁鐵之間的最短 距離，第二距離為柱狀中空導磁物在第二部分相對於圓柱狀永久磁鐵之間的最短距離。在第一穩態下，圓柱狀永久磁鐵的S磁極以及N磁極分別對準柱狀中空導磁物的第一部分以及第二部分，且在第二穩態下，圓柱狀永久磁鐵的S磁極以及N磁極分別對準柱狀中空導磁物的第二部分以及第一部分。被圓柱狀永久磁鐵包覆的轉軸藉由兩軸承的支撐而擺放至柱狀中空導磁物的內側中。電磁鐵連接柱狀中空導磁物，並藉由導入不同方向的兩電流至電磁鐵，而產生作用於圓柱狀永久磁鐵的方向相反的兩磁場，以驅動圓柱狀永久磁鐵帶動轉軸順時鐘或逆時鐘旋轉，以使磁保持機構從第一穩態轉換至第二穩態，或從第二穩態轉換至第一穩態。
本發明的雙穩態繼電器，包括上述的一雙穩態致動器、一撞擊系統、一接觸系統及基殼。撞擊系統連接雙穩態致動器的轉軸。接觸系統連接撞擊系統，並具有至少二接觸點。在雙穩態致動器的磁保持機構從第一穩態轉換至第二穩態，或從第二穩態轉換至第一穩態的過程中，轉軸藉由與磁保持機構同步旋轉而帶動撞擊系統相對於接觸系統移動，以使接觸點彼此接觸或斷開。雙穩態致動器、撞擊系統與接觸系統配置於基殼上。
在本發明的一實施例中，上述的電磁鐵包括至少一柱狀導磁物質以及一線圈。柱狀導磁物質連接柱狀中空導磁物。線圈環繞在柱狀導磁物質上，並藉由導入不同方向的兩電流至線圈而產生上述的兩磁場。兩磁場使圓柱狀永久磁鐵產生一磁吸力或一磁斥力，其中圓柱狀永久磁鐵藉由磁吸力或磁斥力而相對於柱狀 中空導磁物旋轉，以使磁保持機構從第一穩態轉換至第二穩態，或從第二穩態轉換至第一穩態。
在本發明的一實施例中，上述的電磁鐵更包括至少一第一導磁導引片，位在柱狀導磁物質上，並連接柱狀導磁物質，用以藉由導引兩磁場而使柱狀中空導磁物質相對於圓柱狀永久磁鐵產生磁吸力或磁斥力，其中圓柱狀永久磁鐵藉由磁吸力或磁斥力而相對於柱狀中空導磁物旋轉，以使磁保持機構從第一穩態轉換至第二穩態，或從第二穩態轉換至第一穩態。
在本發明的一實施例中，上述的電磁鐵更包括至少一第二導磁導引片，連接第一導磁導引片，用以提高電磁鐵的一電磁效率，以降低第一導磁導引片驅動磁保持機構所需的一電能轉態驅動力。
在本發明的一實施例中，上述的柱狀中空導磁物藉由壓鑄而一體成形，或者藉由分離的多個導磁片組合而成。
在本發明的一實施例中，上述的柱狀中空導磁物藉由上下分離的兩導磁片組合而成，且上下分離的兩導磁片的兩旁具有一間隙。
在本發明的一實施例中，上述的撞擊系統包括一旋轉臂、一敲擊頭以及一旋轉阻隔器。旋轉臂配置在轉軸的一端。敲擊頭配置在旋轉臂上，其中旋轉臂與轉軸同步旋轉，並帶動敲擊頭相對於接觸系統移動而接近或遠離接觸系統，以使接觸點彼此接觸或斷開。旋轉阻隔器配置在旋轉臂的一側，用以限制旋轉臂 的一轉動角度小於180°。
在本發明的一實施例中，上述的接觸點包括至少一固定接觸點以及至少一移動接觸點。固定接觸點固定在一基殼上。移動接觸點配置在一彈性金屬片上並對應於敲擊頭，且彈性金屬片固定在基殼上，其中當敲擊頭藉由轉臂的帶動而推動彈性金屬片時，位在彈性金屬片上的移動接觸點適於接觸固定接觸點，而當敲擊頭藉由旋轉臂的帶動而遠離彈性金屬片時，位在彈性金屬片上的移動接觸點藉由彈性金屬片的一恢復力而遠離固定接觸點，以使移動接觸點適於斷開固定接觸點。
在本發明的一實施例中，上述的撞擊系統包括一敲擊頭以及一移動軌跡導引器。敲擊頭配置在轉軸的一端。移動軌跡導引器連接轉軸，以將轉軸沿一徑向切線旋轉的一旋轉量轉換成沿軸向移動的一位移量，其中敲擊頭與轉軸同步旋轉，並沿軸向相對於接觸系統移動而接近或遠離接觸系統，以使接觸點彼此接觸或斷開。
在本發明的一實施例中，上述的移動軌跡導引器包括一凸榫以及一圓柱環面。凸榫垂直配置在轉軸上。圓柱環面具有至少一開孔，用以提供一移動軌跡，而凸榫位於開孔內，並沿移動軌跡移動，以在轉軸沿軸向旋轉時引導轉軸沿軸向移動。
在本發明的一實施例中，上述的接觸點包括至少一固定接觸點以及至少一移動接觸點。固定接觸點固定在一基殼上。移動接觸點配置在敲擊頭上，其中當敲擊頭接近固定接觸點時，移 動接觸點適於接觸固定接觸點，而當敲擊頭遠離固定接觸點時，移動接觸點適於斷開固定接觸點。
在本發明的一實施例中，上述的接觸點包括至少一固定接觸點以及至少一移動接觸點。固定接觸點固定在一基殼上。移動接觸點配置在敲擊頭上，其中當凸榫沿移動軌跡移動並引導轉軸沿軸向移動，而使敲擊頭接近固定接觸點時，移動接觸點適於接觸固定接觸點，而當凸榫沿移動軌跡移動並引導轉軸沿軸向移動，而使敲擊頭遠離固定接觸點時，移動接觸點適於斷開固定接觸點。
在本發明的一實施例中，上述的接觸點包括至少一固定接觸點以及至少一移動接觸點。固定接觸點固定在一基殼上。移動接觸點配置在一彈性金屬片上，且彈性金屬片對應於敲擊頭，其中當敲擊頭接近固定接觸點時，移動接觸點適於接觸固定接觸點，而當敲擊頭遠離固定接觸點時，移動接觸點藉由彈性金屬片的一恢復力而遠離固定接觸點，以使移動接觸點適於斷開固定接觸點。
在本發明的一實施例中，上述的接觸點包括至少一固定接觸點以及至少一移動接觸點。固定接觸點固定在一基殼上。移動接觸點配置在一彈性金屬片上，且彈性金屬片對應於敲擊頭，其中當凸榫沿移動軌跡移動並引導轉軸沿軸向移動，而使敲擊頭接近固定接觸點時，移動接觸點適於接觸固定接觸點，而當凸榫沿移動軌跡移動並引導轉軸沿軸向移動，而使敲擊頭遠離固定接 觸點時，移動接觸點藉由彈性金屬片的一恢復力而遠離固定接觸點，以使移動接觸點適於斷開固定接觸點。
基於上述，本發明的雙穩態致動器適於在第一穩態以及第二穩態之間操作，其中柱狀中空導磁物與圓柱狀永久磁鐵保持一間隙，間隙隨柱狀中空導磁物的內側表面不同位置而改變，並用來導引圓柱狀永久磁鐵旋轉至一穩態位置。此外，磁保持機構的柱狀中空導磁物的第一部分以及第二部分分別與磁保持機構的圓柱狀永久磁鐵具有一第一距離以及一第二距離，且第一距離為柱狀中空導磁物在第一部分相對於圓柱狀永久磁鐵之間的最短距離，第二距離為柱狀中空導磁物在第二部分相對於圓柱狀永久磁鐵之間的最短距離，而電磁鐵可驅動圓柱狀永久磁鐵沿軸向旋轉，而使磁保持機構轉換穩態。在磁保持機構轉換穩態的過程中，轉軸藉由磁保持機構同步旋轉。據此，本發明的雙穩態致動器可藉由柱狀中空導磁物與圓柱狀永久磁鐵之間的吸引力而具有良好的磁保持效率與高效電磁轉態，以加強雙穩態繼電器定位於一穩態的穩定性。此外，當雙穩態致動器應用於雙穩態繼電器時，在磁保持機構轉換穩態的過程中，轉軸藉由磁保持機構同步旋轉而帶動雙穩態繼電器的撞擊系統相對於接觸系統移動，以使接觸點彼此接觸或斷開。據此，本發明的雙穩態繼電器可提高其接觸系統的接觸可靠度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、100a、100b、100c、100d、200‧‧‧雙穩態繼電器
102、102a、102b、102c、102d‧‧‧雙穩態致動器
110‧‧‧轉軸
120‧‧‧磁保持機構
122‧‧‧圓柱狀永久磁鐵
122a‧‧‧卡榫
123、223、323、523‧‧‧柱狀中空導磁物
123a、123b、223a、223b、323a、323b、523a、523b‧‧‧導磁片
126a、126b‧‧‧軸承
126c‧‧‧開口
130、230、130a、130b、130c、130d‧‧‧電磁鐵
132a、132b、232a、232b、132c、132d‧‧‧柱狀導磁物質
133‧‧‧線圈
133a、133b‧‧‧端點
136a、136b、236a、236b、236c、236d‧‧‧第一導磁導引片
136c、136d‧‧‧第二導磁導引片
150、150a、150b、150c、250‧‧‧接觸系統
152、152a、152b、152c、252‧‧‧固定接觸點
153、153a、153b、153c、253‧‧‧移動接觸點
156、156a、156b、156c、256‧‧‧固定金屬片
158、158a、158b、158c‧‧‧移動金屬片
159、258‧‧‧彈性金屬片
160、260‧‧‧撞擊系統
162、263‧‧‧敲擊頭
163、166‧‧‧移動軌跡導引器
163a、166a‧‧‧凸榫
163b、166b‧‧‧圓柱環面
163c、166c‧‧‧開孔
202‧‧‧基殼
262‧‧‧旋轉臂
266‧‧‧旋轉阻隔器
d1、d2‧‧‧距離
S‧‧‧移動軌跡
S1‧‧‧第一部分
S2‧‧‧第二部分
P1‧‧‧第一穩態
P2‧‧‧第二穩態
圖1是本發明一實施例的雙穩態繼電器的示意圖。
圖2至圖4是圖1的磁保持機構的分解圖、組合圖與側視圖。
圖5A至圖5C是圖2的轉軸與圓柱狀永久磁鐵的組合示意圖。
圖6A與圖6B是圖2的柱狀中空導磁物的示意圖。
圖6C與圖6D是圖2的轉軸、圓柱狀永久磁鐵與柱狀中空導磁物的組合示意圖。
圖7A、圖7B、圖8A、圖8B、圖9A與圖9B是本發明其他實施例的柱狀中空導磁物的示意圖。
圖7C、圖7D、圖8C、圖8D、圖9C、圖9D是本發明其他實施例的轉軸、圓柱狀永久磁鐵與柱狀中空導磁物的組合示意圖。
圖10A是圖2的磁保持機構於第一穩態的側視示意圖。
圖10B與圖10C是圖10A的磁保持機構趨向第一穩態的側視示意圖。
圖11A是圖2的磁保持機構於第二穩態的側視示意圖。
圖11B與圖11C是圖11A的磁保持機構趨向第二穩態的側視示意圖。
圖12A與圖12B是圖3的磁保持機構於第一穩態與第二穩態的示意圖。
圖13A與圖13B是圖12A的磁保持機構趨向第一穩態的示意圖。
圖13C與圖13D是圖12B的磁保持機構趨向第二穩態的示意圖。
圖14A與圖14B是圖1的雙穩態致動器的側視圖與前視圖。
圖15A與圖15B是圖14A與圖14B的磁保持機構與部分電磁鐵的側視圖與前視圖。
圖16A與圖16B是本發明另一實施例的磁保持機構與部分電磁鐵的側視圖與前視圖。
圖17與圖18是本發明其他實施例的雙穩態致動器的前視圖。
圖19A與圖19B是圖17的雙穩態致動器於第一穩態與第二穩態的前視圖。
圖20A至圖20D依序是本發明另一實施例的雙穩態致動器的前視圖、磁保持機構與部分電磁鐵的前視圖以及雙穩態致動器於第一穩態與第二穩態的前視圖。
圖21A至圖21D依序是本發明另一實施例的雙穩態致動器的側視圖、磁保持機構與部分電磁鐵的側視圖以及雙穩態致動器於第一穩態與第二穩態的側視圖。
圖22A至圖22C依序是圖1的雙穩態致動器與部分撞擊系統的組合圖、於第一穩態與第二穩態的示意圖。
圖23是圖22A的凸榫與轉軸的組合示意圖。
圖24A與圖24B依序是圖1的雙穩態致動器與撞擊系統於第一穩態的側視圖與前視圖。
圖25A與圖25B依序是圖1的雙穩態致動器與撞擊系統於第 二穩態的側視圖與前視圖。
圖26是圖24A至圖25B的圓柱環面的展開圖。
圖27A與圖27B是圖1的雙穩態致動器於第一穩態與第二穩態的側視圖。
圖28是圖27A與圖27B的凸榫與轉軸的組合示意圖。
圖29是圖27A與圖27B的圓柱環面的展開圖。
圖30A與圖30B是圖1的雙穩態繼電器於第一穩態與第二穩態的側視圖。
圖31A與圖31B、圖32A與圖32B、圖33A與圖33B以及圖34A與圖34B是本發明其他實施例的雙穩態繼電器於第一穩態與第二穩態的側視圖。
圖35是本發明另一實施例的雙穩態繼電器的示意圖。
圖1是本發明一實施例的雙穩態繼電器的示意圖。請參考圖1，在本實施例中，雙穩態繼電器100包括雙穩態致動器102、撞擊系統160以及接觸系統150，其中雙穩態致動器102具有轉軸110與線圈端點133a與133b，其具體結構(包括磁保持機構120與電磁鐵130)繪示於後續的圖式中。雙穩態繼電器100適於配置在一電路中，以作為連通或切斷電路的開關。雙穩態致動器102適於在第一穩態以及第二穩態(繪示於後續圖式中)之間操作。轉軸110沿一軸向(例如是z軸)設置。藉由導入電流至線圈端 點133a與133b不同電流方向，以驅動雙穩態致動器102從其中一穩態轉換至另一穩態。撞擊系統160連接轉軸110，而接觸系統150連接撞擊系統160。在雙穩態致動器102從其中一穩態轉換至另一穩態的過程中，雙穩態致動器102中的轉軸110會同步隨不同的穩態而旋轉至不同位置。轉軸110藉由撞擊系統160的移動軌跡導引改變接觸系統150連通或切斷。以下將依序介紹本實施例的雙穩態致動器102、撞擊系統160以及接觸系統150。
圖2至圖4是圖1的磁保持機構的分解圖、組合圖與側視圖。圖5A至圖5C是圖2的轉軸與圓柱狀永久磁鐵的組合示意圖。請參考圖2至圖4以及圖5A至圖5C，在本實施例中，磁保持機構120包括轉軸110、圓柱狀永久磁鐵122、柱狀中空導磁物123以及兩軸承126a與126b。轉軸110沿軸向(例如是z軸)設置。圓柱狀永久磁鐵122包覆在轉軸110上，並且包括相對的至少一N磁極和至少一S磁極，如圖5A與圖5B所示。因此，圓柱狀永久磁鐵122與轉軸110彼此連動。此外，圓柱狀永久磁鐵122具有卡榫122a，卡榫122a配置在圓柱狀永久磁鐵122的一側，並且穿入轉軸110，如圖5C所示。如此，可以確保轉軸110被圓柱狀永久磁鐵122帶動而同步轉動。然而，雖然圖5C僅繪示一個卡榫122a，但本發明不限制卡榫122a的數量以及設置與否，亦即卡榫122a的數量可依據需求調整為多個，亦可省略配置卡榫122a。再者，柱狀中空導磁物123環繞圓柱狀永久磁鐵122，並以其內側的表面面對圓柱狀永久磁鐵122，且柱狀中空導磁物123與圓柱狀 永久磁鐵122保持間隙。軸承126a與126b分別配置在柱狀中空導磁物123的相對兩側，並且確保柱狀中空導磁物123的內側與圓柱狀永久磁鐵122間的間隙固定。各軸承126a與126b分別具有開口126c。轉軸110配置在柱狀中空導磁物123內，並且穿出兩邊的開口126c，以藉由軸承126a與126b支撐並配置在柱狀中空導磁物123內。換言之，被圓柱狀永久磁鐵122包覆的轉軸110藉由兩軸承126a與126b的支撐而擺放至柱狀中空導磁物123的內側中。由於柱狀中空導磁物123具有導磁功能，故柱狀中空導磁物123可以導引圓柱狀永久磁鐵122定位於其中一穩態(詳如後續說明)。
圖6A與圖6B是圖2的柱狀中空導磁物的示意圖。圖6C與圖6D是圖2的轉軸、圓柱狀永久磁鐵與柱狀中空導磁物的組合示意圖。請先參考圖2與圖6A，在本實施例中，柱狀中空導磁物123可以是藉由上下分離的兩導磁片123a與123b組合而成，其中上下分離的兩導磁片123a與123b的兩旁具有一間隙，亦即兩導磁片123a與123b非接合在一起。在其他未繪示的實施例中，柱狀中空導磁物的兩導磁片123a與123b可以完全接合在一起。或者，在其他未繪示的實施例中，柱狀中空導磁物也可以是由多個導磁片組合而成。再者，請參考圖6B，在其他實施例中，柱狀中空導磁物123也可以是藉由壓鑄而一體成形。由此可知，本發明並不限制柱狀中空導磁物的製作方式。此外，請參考圖2、圖6A至圖6D。在本實施例中，圓柱狀永久磁鐵122與柱狀中空導磁物 123之間的距離可依據需求進行調整。在圖6C所示的實施例中，圓柱狀永久磁鐵122與柱狀中空導磁物123之間具有間隙，使得圓柱狀永久磁鐵122可相對於柱狀中空導磁物123轉動。在圖6D所示的實施例中，圓柱狀永久磁鐵122與柱狀中空導磁物123之間具有間隙，雖然此間隙相對於圖6C中的間隙較小，而使圓柱狀永久磁鐵122與柱狀中空導磁物123之間具有些微接觸，但圓柱狀永久磁鐵122仍可相對於柱狀中空導磁物123轉動。
從圖6A至圖6D可以看出，柱狀中空導磁物123的主要特徵在於，柱狀中空導磁物123呈現扁平狀。因此，柱狀中空導磁物123與圓柱狀永久磁鐵122之間的間隙會隨柱狀中空導磁物123的內側表面不同位置而改變，並用來導引圓柱狀永久磁鐵122旋轉至一穩態位置。具體而言，請參考圖6C，在本實施例中，柱狀中空導磁物123包括第一部分S1以及第二部分S2。第一部分S1以及第二部分S2分別位於圓柱狀永久磁鐵122的相對兩側，其中在相對於軸向的一徑向(例如是y軸)上，第一部分S1以及第二部分S2分別與圓柱狀永久磁鐵具有第一距離d1以及第二距離d2，且第一距離d1為柱狀中空導磁物123在第一部分S1相對於圓柱狀永久磁鐵122之間的最短距離，且第二距離d2為柱狀中空導磁物123在第二部分S2相對於圓柱狀永久磁鐵122之間的最短距離。
由於柱狀中空導磁物123與圓柱狀永久磁鐵122之間的吸引力與彼此相對距離平方成反比，柱狀中空導磁物123的第一 部分S1以及第二部分S2分別與圓柱狀永久磁鐵122之間具有最短的第一距離d1以及第二距離d2，因此柱狀中空導磁物123的第一部分S1在第一距離d1處以及第二部分S2在第二距離d2處與圓柱狀永久磁鐵122之間的吸引力最強。相對地，柱狀中空導磁物123的第一部分S1與第二部分S2在其餘部分與圓柱狀永久磁鐵122之間的距離較長，使得柱狀中空導磁物123的第一部分S1與第二部分S2在其餘部分與圓柱狀永久磁鐵122之間的吸引力較弱。基於上述特性，柱狀中空導磁物123適於導引圓柱狀永久磁鐵122趨向一定位，而使磁保持機構120位於穩態。更進一步地說，由於本實施例的柱狀中空導磁物123的第一部分S1相對於圓柱狀永久磁鐵122具有最短的第一距離d1，且第二部分S2相對於圓柱狀永久磁鐵122具有最短的第二距離d2，故柱狀中空導磁物123可以導引圓柱狀永久磁鐵122以S磁極以及N磁極分別對準第一部分S1具有第一距離d1之處以及第二部分S2具有第二距離d2之處，而使磁保持機構120位於一穩態，或者以S磁極以及N磁極分別對準柱狀中空導磁物的第二部分S2以及第一部分S1，而使磁保持機構120位於另一穩態。因此，本實施例的磁保持機構120具有兩穩態。
圖7A與圖7B是本發明其他實施例的柱狀中空導磁物的示意圖。圖7C與圖7D是本發明其他實施例的轉軸、圓柱狀永久磁鐵與柱狀中空導磁物的組合示意圖。請參考圖7A至圖7D，在本實施例中，柱狀中空導磁物223為前述的柱狀中空導磁物123 的變化例，故柱狀中空導磁物223也具有上述有關柱狀中空導磁物123的特徵。柱狀中空導磁物223與123主要差異在於，柱狀中空導磁物223的截面呈現橢圓形。同樣地，柱狀中空導磁物223可以是藉由上下分離的兩導磁片223a與223b組合而成(如圖7A所示)，可以是藉由壓鑄而一體成形(如圖7B所示)，或者是由多個導磁片組合而成，本發明並不限制柱狀中空導磁物的製作方式。此外，圓柱狀永久磁鐵122與柱狀中空導磁物223之間的距離可依據需求進行調整，如圖7C與圖7D所示，其相關內容可參考前述的柱狀中空導磁物123，在此不多加贅述。
圖8A與圖8B是本發明其他實施例的柱狀中空導磁物的示意圖。圖8C與圖8D是本發明其他實施例的轉軸、圓柱狀永久磁鐵與柱狀中空導磁物的組合示意圖。請參考圖8A至圖8D，在本實施例中，柱狀中空導磁物323為前述的柱狀中空導磁物123的變化例，故柱狀中空導磁物323也具有上述有關柱狀中空導磁物123的特徵。柱狀中空導磁物323與123主要差異在於，柱狀中空導磁物323的截面呈現六邊形。同樣地，柱狀中空導磁物323可以是藉由上下分離的兩導磁片323a與323b組合而成(如圖8A所示)，可以是藉由壓鑄而一體成形(如圖8B所示)，或者是由多個導磁片組合而成。此外，圓柱狀永久磁鐵122與柱狀中空導磁物323之間的距離可依據需求進行調整，如圖8C與圖8D所示，其相關內容可參考前述的柱狀中空導磁物123。
圖9A與圖9B是本發明其他實施例的柱狀中空導磁物的 示意圖。圖9C、圖9D是本發明其他實施例的轉軸、圓柱狀永久磁鐵與柱狀中空導磁物的組合示意圖。請參考圖9A至圖9D，在本實施例中，柱狀中空導磁物523為前述的柱狀中空導磁物123的變化例，故柱狀中空導磁物523也具有上述有關柱狀中空導磁物123的特徵。柱狀中空導磁物523與123主要差異在於，柱狀中空導磁物523的截面呈現八邊形。同樣地，柱狀中空導磁物523可以是藉由上下分離的兩導磁片523a與523b組合而成(如圖9A所示)，可以是藉由壓鑄而一體成形(如圖9B所示)，或者是由多個導磁片組合而成。此外，圓柱狀永久磁鐵122與柱狀中空導磁物523之間的距離可依據需求進行調整，如圖9C與圖9D所示，其相關內容可參考前述的柱狀中空導磁物123。此外，經由上述的內容可知，本發明並不限制柱狀中空導磁物的截面形狀，其可依據需求調整外型，並提供相對於圓柱狀永久磁鐵122具有最短距離(第一距離d1以及第二距離d2)的兩部分(第一部分S1以及第二部分S2)。
圖10A是圖2的磁保持機構於第一穩態的側視示意圖。圖10B與圖10C是圖10A的磁保持機構趨向第一穩態的側視示意圖。請參考圖10A至圖10C，在本實施例中，由於圓柱狀永久磁鐵122具有N磁極和S磁極，且第一部分S1在第一距離d1處以及第二部分S2在第二距離d2處(柱狀中空導磁物123的上下兩端)與圓柱狀永久磁鐵122之間的吸引力最強，故在第一穩態P1下，圓柱狀永久磁鐵122的S磁極以及N磁極分別對準柱狀中空 導磁物123的第一部分S1具有第一距離d1之處以及第二部分S2具有第二距離d2之處，進而位在一定位，如圖10A所示。柱狀中空導磁物123可以藉由其吸引力導引圓柱狀永久磁鐵122位在上述的定位，而使磁保持機構120位於第一穩態P1。當圓柱狀永久磁鐵122如圖10B所示並未位在上述的定位，而使磁保持機構120位在非穩態，例如是圓柱狀永久磁鐵122的N磁極與S磁極的連線非在y軸上時，受到柱狀中空導磁物123吸引的圓柱狀永久磁鐵122與轉軸110會逆時鐘趨向圖10A所示的定位而使磁保持機構120位在第一穩態P1。同樣地，當圓柱狀永久磁鐵122如圖10C所示並未位在上述的定位，而使磁保持機構120位在非穩態時，受到柱狀中空導磁物123吸引的圓柱狀永久磁鐵122與轉軸110會順時鐘趨向圖10A所示的定位而使磁保持機構120位在第一穩態P1。
圖11A是圖2的磁保持機構於第二穩態的側視示意圖。圖11B與圖11C是圖11A的磁保持機構趨向第二穩態的側視示意圖。請參考圖11A至圖11C，同樣地，由於圓柱狀永久磁鐵122具有N磁極和S磁極，且第一部分S1在第一距離d1處以及第二部分S2在第二距離d2處(柱狀中空導磁物123的上下兩端)與圓柱狀永久磁鐵122之間的吸引力最強，故在第二穩態P2下，圓柱狀永久磁鐵122的S磁極以及N磁極分別對準柱狀中空導磁物123的第二部分S2具有第二距離d2之處以及第一部分S1具有第一距離d1之處而位在一定位，如圖11A所示。柱狀中空導磁物 123可以藉由其吸引力導引圓柱狀永久磁鐵122位在上述的定位，而使磁保持機構120位於第二穩態P2。當圓柱狀永久磁鐵122如圖11B所示並未位在上述的定位，而使磁保持機構120位在非穩態，例如是圓柱狀永久磁鐵122的N磁極與S磁極的連線非在y軸上時，受到柱狀中空導磁物123吸引的圓柱狀永久磁鐵122與轉軸110會逆時鐘趨向圖11A所示的定位而使磁保持機構120位在第二穩態P2。同樣地，當圓柱狀永久磁鐵122如圖11C所示並未位在上述的定位，而使磁保持機構120位在非穩態時，受到柱狀中空導磁物123吸引的圓柱狀永久磁鐵122與轉軸110會順時鐘趨向圖11A所示的定位而使磁保持機構120位在第二穩態P2。
圖12A與圖12B是圖3的磁保持機構於第一穩態與第二穩態的示意圖。請參考圖3、圖10與圖11，如前所述，在本實施例中，磁保持機構120具有兩個穩態，分別為圖10A的第一穩態P1與圖11A的第二穩態P2。若以在轉軸110上配置黑點來表示圓柱狀永久磁鐵122與轉軸110的位置，圖12A所繪示的黑點對應於柱狀中空導磁物123上端的圖式可視為是磁保持機構120位於第一穩態P1(為對應於圖10A)，而圖12B所繪示的黑點對應於柱狀中空導磁物123下端的圖式可視為是磁保持機構120位於第二穩態P2(為對應於圖11A)。更進一步地說，由於圓柱狀永久磁鐵122包覆在轉軸110上，因此當柱狀中空導磁物123藉由其吸引力導引圓柱狀永久磁鐵122位在第一穩態P1或第二穩態P2時，轉軸110與圓柱狀永久磁鐵122同步轉動，而使位於其上的 黑點對應於柱狀中空導磁物123的第一部分S1或第二部分S2，如圖12A或12B所示。
圖13A與圖13B是圖12A的磁保持機構趨向第一穩態的示意圖。圖13C與圖13D是圖12B的磁保持機構趨向第二穩態的示意圖。在本實施例中，當磁保持機構120如圖13A所示位在非穩態，例如是位於轉軸110前端的黑點的初始位置偏離y軸時，由於柱狀中空導磁物123的上端與圓柱狀永久磁鐵122之間的吸引力最強，因此圓柱狀永久磁鐵122與轉軸110會逆時鐘趨向圖12A所示的定位而使磁保持機構120位於第一穩態P1。同樣地，當磁保持機構120如圖13B所示位在非穩態，例如是位於轉軸110前端的黑點的初始位置偏離y軸時，圓柱狀永久磁鐵122與轉軸110會順時鐘趨向圖12A所示的定位而使磁保持機構120位於第一穩態P1。類似地，當磁保持機構120如圖13C所示位在非穩態，例如是位於轉軸110前端的黑點的初始位置偏離y軸時，圓柱狀永久磁鐵122與轉軸110會順時鐘趨向圖12B所示的定位而使磁保持機構120位於第二穩態P2。同樣地，當磁保持機構120如圖13D所示位在非穩態，例如是位於轉軸110前端的黑點的初始位置偏離y軸時，圓柱狀永久磁鐵122與轉軸110會逆時鐘趨向圖12B所示的定位而使磁保持機構120位於第二穩態P2。
基於上述有關磁保持機構120的描述，可以得知，在未施加其他外力或磁場的情況下，圓柱狀永久磁鐵122可以受到柱狀中空導磁物123的導引而位在一定位，例如是以S磁極與N磁 極分別對準柱狀中空導磁物123的第一部分S1具有第一距離d1之處以及第二部分S2具有第二距離d2之處，或是以S磁極以及N磁極分別對準柱狀中空導磁物123的第二部分S2具有第二距離d2之處以及第一部分S2具有第一距離d1之處，以使磁保持機構120位在第一穩態P1或者第二穩態P2。換言之，磁保持機構120藉由將柱狀中空導磁物123設計成扁平狀而使柱狀中空導磁物123的第一部分S1以及第二部分S2分別具有相對於圓柱狀永久磁鐵122距離最短的第一距離d1與第二距離d2，而使柱狀中空導磁物123可以導引圓柱狀永久磁鐵122的N磁極與S磁極趨向第一部分S1具有第一距離d1之處與第二部分S2具有第二距離d2之處，進而磁保持機構120位在第一穩態P1或者第二穩態P2，並加強其位在穩態的穩定性。
圖14A與圖14B是圖1的雙穩態致動器的側視圖與前視圖。圖15A與圖15B是圖14A與圖14B的磁保持機構與部分電磁鐵的側視圖與前視圖。請參考圖14A至圖15B，在本實施例中，雙穩態致動器102由電磁鐵130以及前述的轉軸110與磁保持機構120組合而成。電磁鐵130包括兩柱狀導磁物質132a與132b、線圈133以及兩第一導磁導引片136a與136b，其中圖15A與圖15B省略繪示圖14A與圖14B中的線圈133，以清楚表示柱狀導磁物質132a與132b的位置與結構。電磁鐵130的柱狀導磁物質132a與132b例如是桿狀的導磁物，分別連接磁保持機構120的柱狀中空導磁物123(繪示於前述的圖式)的上下兩端。兩第一導磁 導引片136a與136b分別位在兩柱狀導磁物質132a與132b上，並分別連接兩柱狀導磁物質132a與132b。線圈133環繞在兩柱狀導磁物質132a與132b上，並藉由從兩端點133a與133b導入不同方向的兩電流至電磁鐵130的線圈133，而產生作用於圓柱狀永久磁鐵122的方向相反的兩磁場。當線圈133與柱狀導磁物質132a與132b之間產生磁場時，第一導磁導引片136a與136b藉由導引兩磁場而使柱狀中空導磁物質123(繪示於圖12A與圖12B)相對於圓柱狀永久磁鐵122產生磁吸力或磁斥力，其中圓柱狀永久磁鐵122藉由磁吸力或磁斥力而相對於柱狀中空導磁物123旋轉，並帶動轉軸110沿z軸順時鐘或逆時鐘旋轉，以使磁保持機構120從圖12A所示的第一穩態P1轉換至圖12B所示的第二穩態P2，或從圖12B所示的第二穩態P2轉換至圖12A所示的第一穩態P1。
圖16A與圖16B是本發明另一實施例的磁保持機構與部分電磁鐵的側視圖與前視圖。請參考圖16A與圖16B，在本實施例中，電磁鐵230的柱狀導磁物質232a與232b的位置與結構類似於圖15A與圖15B所示的電磁鐵130的柱狀導磁物質132a與132b，其中圖16A與圖16B省略繪示圖14A與圖14B中的線圈133，以清楚表示柱狀導磁物質232a與232b的位置與結構。本實施例的電磁鐵230與前述的電磁鐵130的主要差異在於，電磁鐵230包括四個第一導磁導引片236a至236d。其中，本實施例的第一導磁導引片236a與236b類似於前述的第一導磁導引片136a與136b，分別連接兩柱狀導磁物質232a與232b。另外，本實施例的 第一導磁導引片236c位在磁保持機構120與柱狀導磁物質232a之間，而第一導磁導引片236d位在磁保持機構120與柱狀導磁物質232b之間。由此可知，本發明藉由第一導磁導引片來導引線圈133與柱狀導磁物質232a與232b所產生的磁場，以使磁保持機構120轉換穩態，且本發明並不限制第一導磁導引片的數量與位置。
圖17與圖18是本發明其他實施例的雙穩態致動器的前視圖。請先參考圖17，在本實施例中，雙穩態致動器102a與前述的圖14B的雙穩態致動器102的主要差異在於，雙穩態致動器102a的電磁鐵130a更包括一個第二導磁導引片136c。圖14B的電磁鐵130的磁場的一端是經由空氣傳導所產生的磁路，具有高磁阻的問題。因此，本實施例以第二導磁導引片136c連接兩第一導磁導引片136a與136b。由於第二導磁導引片136c的導磁係數遠高於空氣的導磁係數，因此藉由配置第二導磁導引片136c，可以使電磁鐵130a的磁場的總磁阻大幅下降。據此，第二導磁導引片136c可用以提高電磁鐵130a的電磁效率，以降低電磁鐵130a驅動磁保持機構120轉換穩態所需的電能轉態驅動力。同樣地，在圖18的實施例中，雙穩態致動器102b與前述的圖14B的雙穩態致動器102以及圖17的雙穩態致動器102a的主要差異在於，雙穩態致動器102b的電磁鐵130b更包括兩個第二導磁導引片136c與136d。第二導磁導引片136c與136d分別連接兩第一導磁導引片136a與136b，且同樣可用以提高電磁鐵130b的電磁效率，以降低電磁鐵130b驅動磁保持機構120轉換穩態所需的電能轉態驅動力。由此 可知，本發明並不限制第二導磁導引片的數量與位置。
圖19A與圖19B是圖17的雙穩態致動器於第一穩態與第二穩態的前視圖。請參考圖19A與圖19B，在本實施例中，若以在轉軸110上配置黑點來表示轉軸110與磁保持機構120的位置，圖19A所繪示的黑點對應於磁保持機構120上端的圖式可視為磁保持機構120位於第一穩態P1(為對應於圖10A與圖12A)，而圖19B所繪示的黑點對應於磁保持機構120下端的圖式可視為是磁保持機構120位於第二穩態P2(為對應於圖11A與圖12B)。如前所述，線圈133藉由從兩端點133a與133b導入不同方向的兩電流至電磁鐵130的線圈133，而產生方向相反的兩磁場，而第一導磁導引片136a與136b藉由導引兩磁場而使磁保持機構120的柱狀中空導磁物123(繪示於圖12A與圖12B)相對於圓柱狀永久磁鐵122產生磁吸力或磁斥力，以使磁保持機構120轉換穩態，例如是使磁保持機構120從圖19A所示的第一穩態P1轉換成圖19B所示的第二穩態P2，或者使磁保持機構120從圖19B所示的第二穩態P2轉換成圖19A所示的第一穩態P1。
圖20A至圖20D依序是本發明另一實施例的雙穩態致動器的前視圖、磁保持機構與部分電磁鐵的前視圖以及雙穩態致動器於第一穩態與第二穩態的前視圖。請先參考圖20A與圖20B，在本實施例中，雙穩態致動器102c與圖14B的雙穩態致動器102的主要差異在於，雙穩態致動器102c的電磁鐵130c只有一個柱狀導磁物質132c，其中柱狀導磁物質132c位在磁保持機構120的 側邊，且兩第一導磁導引片136a與136b配置在磁保持機構120上。詳細而言，柱狀導磁物質132c位在磁保持機構120的側邊，並藉由配置在磁保持機構120上的兩第一導磁導引片136a與136b而連接磁保持機構120的上下兩端。兩第一導磁導引片136a與136b分別連接柱狀導磁物質132c的兩端。線圈133環繞在柱狀導磁物質132c上，並藉由從兩端點133a與133b導入電流而產生磁場。第一導磁導引片136a與136b藉由導引磁場而使磁保持機構120轉換穩態。請參考圖20C與圖20D，在本實施例中，若以在轉軸110上配置黑點來表示轉軸110與磁保持機構120的位置，圖20C所繪示的黑點對應於磁保持機構120上端的圖式可視為是磁保持機構120位於第一穩態P1，而圖20D所繪示的黑點對應於磁保持機構120下端的圖式可視為是磁保持機構120位於第二穩態P2。如前所述，線圈133藉由從兩端點133a與133b導入電流而產生磁場，而第一導磁導引片136a與136b藉由導引磁場而使磁保持機構120轉換穩態，例如是使磁保持機構120從圖20C所示的第一穩態P1轉換成圖20D所示的第二穩態P2，或者使磁保持機構120從圖20D所示的第二穩態P2轉換成圖20C所示的第一穩態P1。
圖21A至圖21D依序是本發明另一實施例的雙穩態致動器的側視圖、磁保持機構與部分電磁鐵的側視圖以及雙穩態致動器於第一穩態與第二穩態的側視圖。請先參考圖21A與圖21B，在本實施例中，雙穩態致動器102d與圖14A的雙穩態致動器102 的主要差異在於，雙穩態致動器102d的電磁鐵130d只有一個柱狀導磁物質132d，其中柱狀導磁物質132d位在磁保持機構120的後方，且兩第一導磁導引片136a與136b配置在磁保持機構120上。詳細而言，柱狀導磁物質132d位在磁保持機構120的後方，並藉由配置在磁保持機構120上的兩第一導磁導引片136a與136b而連接磁保持機構120的上下兩端。兩第一導磁導引片136a與136b分別連接柱狀導磁物質132d的兩端。線圈133環繞在柱狀導磁物質132d上，並藉由從兩端點133a與133b導入電流而產生磁場。第一導磁導引片136a與136b藉由導引磁場而使磁保持機構120轉換穩態。請參考圖21C與圖21D，在本實施例中，若以在轉軸110上配置黑點來表示轉軸110與磁保持機構120的位置，圖21C所繪示的黑點對應於磁保持機構120上端的圖式可視為是磁保持機構120位於第一穩態P1，而圖21D所繪示的黑點對應於磁保持機構120下端的圖式可視為是磁保持機構120位於第二穩態P2。如前所述，線圈133藉由從兩端點133a與133b導入兩電流而產生磁場，而第一導磁導引片136a與136b藉由導引磁場而使磁保持機構120轉換穩態，例如是使磁保持機構120從圖21C所示的第一穩態P1轉換成圖21D所示的第二穩態P2，或者使磁保持機構120從圖21D所示的第二穩態P2轉換成圖21C所示的第一穩態P1。此外，上述的雙穩態致動器102與102b也具有轉換穩態的特徵，其過程可參考上述的雙穩態致動器102a、102c與102d，在此不多加贅述。
基於上述的各種變化例，本發明的雙穩態繼電器可依據需求調整雙穩態致動器中的電磁鐵的組成，例如是調整柱狀導磁物質與第一導磁導引片的數量與位置，亦可依據需求而選擇性地配置第二導磁導引片，以藉由在線圈133上導入不同方向的兩電流產生不同磁性的磁場而使磁保持機構120轉換穩態。由於本發明的雙穩態繼電器中的磁保持機構120具有兩個穩態(第一穩態P1與第二穩態P2)，且磁保持機構120在轉換穩態的過程中可以藉由其圓柱狀永久磁鐵122帶動其所包覆的轉軸110同步旋轉。據此，本發明的雙穩態致動器可藉由柱狀中空導磁物與圓柱狀永久磁鐵之間的吸引力而具有良好的磁保持效率，以加強雙穩態繼電器定位於一穩態的穩定性，並藉由第一導磁導引片、第二導磁導引片來提高電磁鐵的電磁轉換效能，來降低磁保持機構120轉態所需的電能。
圖22A至圖22C依序是圖1的雙穩態致動器與部分撞擊系統的組合圖、於第一穩態與第二穩態的示意圖。圖23是圖22A的凸榫與轉軸的組合示意圖。請先參考圖22A與圖23，在本實施例中，撞擊系統160(繪示於圖1)連接雙穩態致動器102的轉軸110，其中撞擊系統160包括敲擊頭162以及移動軌跡導引器163。敲擊頭162配置在轉軸110的一端(例如是轉軸110的前端)。敲擊頭162的材質為電絕緣物質。因此，若在其他實施例中，轉軸110本身採用電絕緣物質，則撞擊系統160可以省略敲擊頭162，而直接以轉軸110的端點代替敲擊頭162即可。移動軌跡導引器 163連接轉軸110。移動軌跡導引器163包括凸榫163a，垂直配置在轉軸110上並穿入轉軸110，如圖23所示。凸榫163a位於敲擊頭162與雙穩態致動器102之間，當雙穩態致動器102內的磁保持機構120藉由電磁鐵130而轉換穩態並帶動轉軸110同步轉動時，凸榫163a也隨著轉軸110同步轉動。同樣地，在本實施例中，若以凸榫163a上的黑點來表示轉軸110的位置，圖22B所繪示的黑點旋轉至轉軸110下方的位置可視為是磁保持機構120位於第一穩態P1，而圖22C所繪示的黑點旋轉至轉軸110上方的位置可視為是磁保持機構120位於第二穩態P2。藉由電磁鐵130所產生的磁場，轉軸110與凸榫163a可以隨著磁保持機構120轉換穩態而移動，例如是從圖22B轉換至圖22C，或者是從圖22C轉換至圖22B。
圖24A與圖24B是圖1的雙穩態致動器與撞擊系統於第一穩態的側視圖與前視圖。圖25A與圖25B是圖1的雙穩態致動器與撞擊系統於第二穩態的側視圖與前視圖。圖26是圖24A至圖25B的圓柱環面163b的展開圖。請參考圖24A至圖26，在本實施例中，移動軌跡導引器163更包括圓柱環面163b。圓柱環面163b包圍部分轉軸110以及凸榫163a。圓柱環面163b具有開孔163c，用以提供移動軌跡S。凸榫163a位於開孔163c內，並沿移動軌跡S移動。開孔163c的位置請參考圖26，其中由於本實施例的凸榫163a垂直穿入轉軸110，且凸榫163a的兩端都伸出轉軸110外，故凸榫163a的兩端都需藉由對應的開孔163c而移動。此外，在 本實施例中，開孔163c所構成的移動軌跡S所在的平面與圖24B或圖25B中的xy平面不平行，或者說是以xy平面為基準而相對於y軸前傾。因此，移動軌跡導引器163的凸榫163a與圓柱環面163b可用以將轉軸110沿一徑向切線旋轉的旋轉量轉換成沿軸向移動的位移量，例如是可以在轉軸110沿z軸旋轉時引導轉軸110沿z軸移動，其中連接轉軸110的凸榫163a沿移動軌跡S在開孔163c內移動，且凸榫163a在隨著轉軸110同步旋轉的過程中同時沿z軸往前後移動，進而帶動轉軸110沿z軸往前後移動。
以圖24A的凸榫163a與圖24B的凸榫163a黑點所在的位置為第一穩態P1，而圖25A的凸榫163a與圖25B的凸榫163a黑點所在的位置為第二穩態P2作為舉例說明。請先參考圖24A與圖24B，在本實施例中，雙穩態致動器102可藉由在電磁鐵130導入第一種極性電壓或等效電流，而使轉軸110從第一穩態P1轉換至第二穩態P2，也就是圖24B中的凸榫163a上的黑點順時鐘由下往上旋轉至圖25B的位置。之後，即使施加在電磁鐵130的第一種極性電壓或等效電流斷電或停止，凸榫163a的黑點位置還是會穩定地固定在圖25B的位置。在圖25B中，雖然凸榫163a上的黑點所在的位置代表磁保持機構120並非處於如圖22C所示的穩態，但磁保持機構120仍具有一個驅使轉軸110帶動凸榫163a朝向圖22C所示的位置沿順時鐘轉動的磁吸力或磁斥力。因此，轉軸110可以藉由圓柱環面163b的開孔163c與凸榫163a之間的限制而使轉軸110固定於圖25B所示的位置。換言之，在藉由電 磁鐵130的磁場而轉換穩態之後，磁保持機構120還可以藉由磁吸力或磁斥力來加強轉軸110位於定位的穩定性。
同樣地，請參考圖25A與圖25B，雙穩態致動器102可藉由在電磁鐵130導入第二種極性電壓或等效電流，而使轉軸110從第二穩態P2轉換至第一穩態P1，也就是圖25B中的凸榫163a上的黑點逆時鐘由上往下旋轉至圖24B的位置。之後，即使施加在電磁鐵130的第二種極性電壓或等效電流斷電或停止，凸榫163a的黑點還是會穩定地固定在圖24B的。在圖24B中，雖然凸榫163a上的黑點所在的位置代表磁保持機構120並非處於如圖22B所示的穩態，但磁保持機構120仍具有一個驅使轉軸110帶動凸榫163a朝向圖22B所示的沿逆時鐘旋轉的磁吸力或磁斥力。因此，轉軸110可以藉由圓柱環面163b的開孔163c與凸榫163a之間的限制而使轉軸110固定於圖24B所示的位置。換言之，在藉由電磁鐵130的磁場而轉換穩態之後，磁保持機構120還可以藉由磁吸力或磁斥力來加強轉軸110位於定位的穩定性。
在轉軸110與凸榫163a轉動的過程中，圓柱環面163b提供移動軌跡S，以將轉軸110沿z軸旋轉的旋轉量轉換成沿z軸前後移動的位移量。因此，當轉軸110藉由雙穩態致動器102內的磁保持機構120與電磁鐵130而轉換於第一穩態P1與第二穩態P2時，位於轉軸110上的敲擊頭162與轉軸110同步旋轉，並可如圖25A所示沿z軸往前伸出，或如圖24A所示沿z軸往後縮回。此時，將接觸系統150(繪示於圖1)配置於撞擊系統160的敲擊 頭162上，即可使敲擊頭162沿軸向相對於接觸系統150移動而接近或遠離接觸系統150，以藉由敲擊頭162沿軸向伸出或縮回而改變接觸系統150連通或切斷。
圖27A與圖27B是本發明另一實施例的雙穩態致動器與撞擊系統於第一穩態與第二穩態的前視圖。圖28是圖27A的凸榫與轉軸的組合示意圖。圖29是圖27A的圓柱環面166b的展開圖。請參考圖27A至圖29，在本實施例中，移動軌跡導引器166與前述的移動軌跡導引器163的主要差異在於，移動軌跡導引器166的凸榫166a垂直配置在轉軸110上，但未穿過轉軸110。換言之，凸榫166a只有一端突出於轉軸110上，如圖28所示。因此，移動軌跡導引器166的圓柱環面166b只需配置一個開孔166c，如圖29所示。移動軌跡導引器166同樣可以提供移動軌跡S，其中凸榫166a穿入開孔166c而沿移動軌跡S移動，且轉軸110藉由電磁鐵130與磁保持機構120(繪示於圖25A)而轉換至第一穩態P1或第二穩態P2，如圖27A與圖27B所示。此時，轉軸110與撞擊頭162同樣能藉由移動軌跡導引器166的導引而沿軸向(例如是前述的z軸)移動。
圖30A與圖30B是圖1的雙穩態繼電器於第一穩態與第二穩態的側視圖。請參考圖30A與圖30B，在本實施例中，雙穩態繼電器100的接觸系統150連接撞擊系統160，並具有至少二接觸點，例如是固定接觸點152與移動接觸點153。具體而言，本實施例的雙穩態繼電器還包括基殼，其中基殼可以是任何型態的承 載構件，例如是基板、機箱或圖35所繪示的基殼202，而雙穩態致動器102、撞擊系統160與接觸系統150配置於基殼上。接觸系統150包括固定接觸點152、移動接觸點153、固定金屬片156與移動金屬片158。固定接觸點152藉由固定金屬片156固定在基殼上(例如是固定在基殼的側壁上)。移動接觸點153藉由移動金屬片158配置在敲擊頭162上。在雙穩態致動器102的磁保持機構120藉由電磁鐵130而從第一穩態P1轉換至第二穩態P2，或從第二穩態P2轉換至第一穩態P1的過程中，轉軸110藉由與磁保持機構120同步旋轉而帶動撞擊系統160相對於接觸系統150移動，以使接觸點(固定接觸點152與移動接觸點153)彼此接觸或斷開。換言之，由於本實施例的轉軸110藉由撞擊系統160的移動軌跡導引器163而沿z軸伸出或縮回，以使敲擊頭162可以沿z軸相對於接觸系統150移動而接近或遠離接觸系統150，因此配置於敲擊頭162上的移動接觸點153可相對於固定接觸點152移動。由此可知，在本實施例中，藉由敲擊頭162帶動移動金屬片158和移動接觸點153遠離固定接觸點152，可以使移動接觸點153斷開固定接觸點152。相對地，藉由敲擊頭162帶動移動金屬片158和移動接觸點153靠近固定接觸點152，可以使移動接觸點153接觸固定接觸點152。
更進一步地說，當凸榫163a沿移動軌跡S移動並引導轉軸110沿z軸移動，而使敲擊頭162接近固定接觸點152時，移動接觸點153適於接觸固定接觸點152，如圖30A至圖30B所示。 當凸榫163a沿移動軌跡S移動並引導轉軸110沿z軸移動，而使敲擊頭162遠離固定接觸點152時，移動接觸點153適於斷開固定接觸點152，如圖30B至圖30A所示。據此，本實施例的雙穩態繼電器100藉由前述的電磁鐵130所產生的磁場而使磁保持機構120轉換穩態，以使磁保持機構120轉換於第一穩態P1或第二穩態P2，並同步帶動轉軸110旋轉，其中第一穩態P1例如是對應於圖30A所示的接觸系統150的接觸點彼此斷開，而第二穩態P2例如是對應於圖30B所示的接觸系統150的接觸點彼此接觸。據此，可以使雙穩態繼電器100切換於切斷或導通電路的兩種狀態之間。此外，藉由磁保持機構120中的柱狀中空導磁物123相對於圓柱狀永久磁鐵122產生的封閉磁吸力，可以使磁保持機構120位於穩態並加強其固定力，進而提高接觸系統150中的固定接觸點152與移動接觸點153之間的接觸可靠度。
圖31A與圖31B是本發明其他實施例的雙穩態繼電器於第一穩態與第二穩態的側視圖。請參考圖31A與圖31B，在本實施例中，雙穩態繼電器100a與前述的雙穩態繼電器100的主要差異在於，雙穩態繼電器100a的接觸系統150a包括兩固定接觸點152a與152b、兩移動接觸點153a與153b、兩固定金屬片156a與156b與兩移動金屬片158a與158b。固定接觸點152a與152b分別藉由固定金屬片156a與156b固定在未繪示的一基殼上。移動接觸點153a與153b分別藉由移動金屬片158a與158b配置在敲擊頭162上，其中移動接觸點153a與153b分別對應於固定接觸 點152a與152b。同樣地，本實施例的雙穩態繼電器100a也可藉由前述的電磁鐵130使磁保持機構120轉換穩態，以使轉軸110藉由與磁保持機構120同步旋轉而帶動敲擊頭162沿z軸伸出或縮回，以相對於接觸系統150a移動而使固定接觸點152a與152b與移動接觸點153a彼此接近或遠離。因此，接觸系統150a藉由轉軸110與磁保持機構120轉換於第一穩態P1(如圖31A所示)與第二穩態P2(如圖31B所示)而彼此斷開或接觸。據此，雙穩態繼電器100a可切換於切斷或導通電路的兩種狀態之間。
圖32A與圖32B是本發明其他實施例的雙穩態繼電器於第一穩態與第二穩態的側視圖。請參考圖32A與圖32B，在本實施例中，雙穩態繼電器100b與前述的雙穩態繼電器100與100a的主要差異在於，雙穩態繼電器100b的接觸系統150b包括三個固定接觸點152a至152c、三個移動接觸點153a至153c、三個固定金屬片156a至156c與三個移動金屬片158a至158c。固定接觸點152a至152c分別藉由固定金屬片156a至156c固定在未繪示的一基殼上。移動接觸點153a至153c分別藉由移動金屬片158a至158c配置在敲擊頭162上，其中移動接觸點153a至153c分別對應於固定接觸點152a至152c。同樣地，本實施例的雙穩態繼電器100b也可藉由前述的電磁鐵130使磁保持機構120轉換穩態，以使接觸系統150b藉由轉軸110與磁保持機構120轉換於第一穩態P1(如圖32A所示)與第二穩態P2(如圖32B所示)而彼此斷開或接觸。據此，雙穩態繼電器100b可切換於切斷或導通電路的兩 種狀態之間。此外，由上述的雙穩態繼電器100至100b可知，本發明並不限制接觸系統中的接觸點的數量。
圖33A與圖33B是本發明其他實施例的雙穩態繼電器於第一穩態與第二穩態的側視圖。請參考圖33A與圖33B，在本實施例中，雙穩態繼電器100c與前述的雙穩態繼電器100的主要差異在於，雙穩態繼電器100c的接觸系統150c包括固定接觸點152、移動接觸點153、固定金屬片156與彈性金屬片159。固定接觸點152藉由固定金屬片156固定在未繪示的一基殼上。移動接觸點153配置在彈性金屬片159上，且彈性金屬片159對應於敲擊頭162。本實施例的雙穩態繼電器100c也可藉由前述的電磁鐵130使磁保持機構120轉換穩態，以使接觸系統150c藉由轉軸110與磁保持機構120轉換於第一穩態P1(如圖33A所示)與第二穩態P2(如圖33B所示)而彼此斷開或接觸。更進一步地說，當凸榫163a沿移動軌跡S移動並引導轉軸110沿z軸移動，而使敲擊頭162接近固定接觸點152時，位在彈性金屬片159上的移動接觸點153適於接觸固定接觸點152，如圖33A至圖33B所示。相對地，當凸榫163a沿移動軌跡S移動並引導轉軸110沿z軸移動，而使敲擊頭162遠離固定接觸點152時，位在彈性金屬片159上的移動接觸點153藉由彈性金屬片159的恢復力而遠離固定接觸點152，以使移動接觸點153適於斷開固定接觸點152，如圖33B至圖33A所示。據此，雙穩態繼電器100c可切換於導通或切斷電路的兩種狀態之間。
圖34A與圖34B是本發明其他實施例的雙穩態繼電器於第一穩態與第二穩態的側視圖。請參考圖34A與圖34B，在本實施例中，雙穩態繼電器100d與前述的雙穩態繼電器100的主要差異在於，雙穩態繼電器100d採用了圖21A所述的雙穩態致動器102d。雙穩態致動器102d包括轉軸110、磁保持機構120與電磁鐵130d，其結構可參考前述內容，再此不多加贅述。由於雙穩態致動器102d的電磁鐵130d同樣可以藉由導入電流而產生磁場，因此本實施例的雙穩態繼電器100d也可藉由電磁鐵130d使磁保持機構120轉換穩態，以使轉軸110帶動敲擊頭162相對於接觸系統150移動，而使固定接觸點152與移動接觸點153彼此接近或遠離。據此，雙穩態繼電器100d可切換於導通或切斷電路的兩種狀態之間。基於上述，本發明提供了多種雙穩態致動器、磁保持機構、電磁鐵、撞擊系統與接觸系統的變化例，因此本發明的雙穩態繼電器可依據需求調整選用上述的各構件。舉例而言，前述的雙穩態繼電器100至100c中的雙穩態致動器102也可以改用雙穩態致動器102a至102c，而改變電磁鐵的種類。或者，前述的雙穩態繼電器100d中的接觸系統150也可以改用接觸系統150a至150c。本發明並不限於上述的實施方式。由於本發明的雙穩態致動器可藉由柱狀中空導磁物與圓柱狀永久磁鐵之間的吸引力而具有良好的磁保持效率與封閉性低磁阻的高效磁路，以加強雙穩態繼電器定位於一穩態的穩定性，故當當雙穩態致動器應用於雙穩態繼電器時，在磁保持機構轉換穩態的過程中，轉軸藉由磁保 持機構同步旋轉而帶動雙穩態繼電器的撞擊系統相對於接觸系統移動，以使接觸點彼此接觸或斷開。據此，本發明的雙穩態繼電器藉由高效的磁保持磁路，可提高其接觸系統的接觸可靠度。
圖35是本發明另一實施例的雙穩態繼電器的示意圖。請參考圖35，在本實施例中，雙穩態繼電器200同樣包括轉軸110、磁保持機構120與電磁鐵130，其中轉軸110、磁保持機構120與電磁鐵130組合成雙穩態致動器102。有關雙穩態致動器102中的轉軸110、磁保持機構120與電磁鐵130的敘述可參考前述內容，且雙穩態繼電器200的磁保持機構120與電磁鐵130可以依據需求更換為前述的各種磁保持機構與電磁鐵的變化例，在此不多加贅述。雙穩態繼電器200與雙穩態繼電器100的主要差異在於，雙穩態繼電器200包括撞擊系統260與接觸系統250。具體而言，撞擊系統260包括旋轉臂262、敲擊頭263以及旋轉阻隔器266。旋轉臂262配置在轉軸110的一端。當轉軸110藉由磁保持機構120與電磁鐵130而旋轉時，轉軸110可帶動旋轉臂262同步旋轉。敲擊頭263配置在旋轉臂262上。當旋轉臂262與轉軸110同步旋轉時，旋轉臂262可帶動敲擊頭263相對於接觸系統250移動而接近或遠離接觸系統250。旋轉阻隔器266配置在旋轉臂262的一側，用以限制旋轉臂262的轉動角度小於180°。
另一方面，本實施例的接觸系統250連接撞擊系統260，且具有兩接觸點，其中接觸點包括固定接觸點252與移動接觸點253。更進一步地說，在本實施例中，雙穩態繼電器200也可依據 需求配置基殼202，而雙穩態致動器102、撞擊系統260與接觸系統250配置在基殼202上。接觸系統250包括固定接觸點252、移動接觸點253、固定金屬片256與彈性金屬片258。固定接觸點252藉由固定金屬片256而固定在基殼202上。移動接觸點253配置在彈性金屬片258上並對應於敲擊頭263，且彈性金屬片258固定在基殼202上。同樣地，雙穩態繼電器200的轉軸110也可以藉由磁保持機構120與電磁鐵130而轉換穩態，以使旋轉臂262藉由與轉軸110同步旋轉而帶動敲擊頭263接近或遠離接觸系統250。因此，當敲擊頭263藉由旋轉臂262的帶動而推動彈性金屬片258時，位在彈性金屬片258上的移動接觸點253適於接觸固定接觸點252。相對地，當敲擊頭263藉由旋轉臂262的帶動而遠離彈性金屬片258時，位在彈性金屬片258上的移動接觸點253藉由彈性金屬片258的恢復力而遠離固定接觸點252，以使移動接觸點253適於斷開固定接觸點252。據此，雖然雙穩態繼電器200的撞擊系統260的作動方式與前述的雙穩態繼電器100至100d的撞擊系統160的作動方式不相同，但雙穩態繼電器200也同樣具有切換於導通或切斷電路的兩種狀態之間的功效。
綜上所述，本發明的雙穩態致動器的磁保持機構具有相對的兩穩態，且磁保持機構藉由使柱狀中空導磁物的第一部分與第二部分分別具有相對於圓柱狀永久磁鐵距離最短的第一距離與第二距離，以使柱狀中空導磁物導引圓柱狀永久磁鐵趨向第一部分具有第一距離之處與第二部分具有第二距離之處，進而使柱狀 中空導磁物適於導引圓柱狀永久磁鐵旋轉至其中一穩態。再者，本發明的雙穩態致動器藉由電磁鐵所產生的磁場而使磁保持機構轉換穩態，且轉軸與磁保持機構同步旋轉。據此，本發明的雙穩態致動器可藉由柱狀中空導磁物與圓柱狀永久磁鐵之間的吸引力而具有良好的磁保持效率與封閉性低磁阻的高效磁路，以加強雙穩態繼電器定位於一穩態的穩定性。此外，當雙穩態致動器應用於雙穩態繼電器時，在磁保持機構轉換穩態的過程中，轉軸藉由磁保持機構同步旋轉，進而帶動撞擊系統的撞擊頭相對於接觸系統移動，以使接觸點彼此接觸或斷開。如此，本發明的雙穩態繼電器可用以連通或切斷電路，並藉由雙穩態致動器的柱狀中空導磁物與圓柱狀永久磁鐵之間的吸引力而提升磁保持效率，以加強雙穩態繼電器定位於一穩態的穩定性，進而提高其接觸系統的接觸可靠度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧雙穩態繼電器
102‧‧‧雙穩態致動器
110‧‧‧轉軸
133a、133b‧‧‧端點
150‧‧‧接觸系統
160‧‧‧撞擊系統

Claims (20)

  1. 一種雙穩態繼電器，包括：一雙穩態致動器，包括：一磁保持機構，適於在一第一穩態以及一第二穩態之間操作，該磁保持機構包括：一轉軸，沿一軸向設置；一圓柱狀永久磁鐵，包覆在該轉軸上，並且包括至少一N磁極和至少一S磁極；以及一柱狀中空導磁物，環繞該圓柱狀永久磁鐵，並且與該圓柱狀永久磁鐵保持一間隙，該間隙隨該柱狀中空導磁物的內側表面不同位置而改變，並用來導引該圓柱狀永久磁鐵旋轉至一穩態位置，該柱狀中空導磁物包括一第一部分以及一第二部分，分別位於該圓柱狀永久磁鐵的相對兩側，其中在相對於該軸向的一徑向上，該第一部分以及該第二部分分別與該圓柱狀永久磁鐵具有一第一距離以及一第二距離，且該第一距離為該柱狀中空導磁物在該第一部分相對於該圓柱狀永久磁鐵之間的最短距離，該第二距離為該柱狀中空導磁物在該第二部分相對於該圓柱狀永久磁鐵之間的最短距離，其中在該第一穩態下，該圓柱狀永久磁鐵的該S磁極以及該N磁極分別對準該柱狀中空導磁物的該第一部分以及該 第二部分，且在該第二穩態下，該圓柱狀永久磁鐵的該S磁極以及該N磁極分別對準該柱狀中空導磁物的該第二部分以及該第一部分；以及兩軸承，被該圓柱狀永久磁鐵包覆的該轉軸藉由該兩軸承的支撐而擺放至該柱狀中空導磁物的內側中；以及一電磁鐵，連接該柱狀中空導磁物，並藉由導入不同方向的兩電流至該電磁鐵，而產生作用於該圓柱狀永久磁鐵的方向相反的兩磁場，以驅動該圓柱狀永久磁鐵帶動該轉軸順時鐘或逆時鐘旋轉，以使該磁保持機構從該第一穩態轉換至該第二穩態，或從該第二穩態轉換至該第一穩態；一撞擊系統，連接該雙穩態致動器的該轉軸；一接觸系統，連接該撞擊系統，並具有至少二接觸點，在該雙穩態致動器的該磁保持機構從該第一穩態轉換至該第二穩態，或從該第二穩態轉換至該第一穩態的過程中，該轉軸藉由與該磁保持機構同步旋轉而帶動該撞擊系統相對於該接觸系統移動，以使該些接觸點彼此接觸或斷開；以及一基殼，該雙穩態致動器、該撞擊系統與該接觸系統配置於該基殼上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的雙穩態繼電器，其中該電磁鐵包括：至少一柱狀導磁物質，連接該柱狀中空導磁物；以及 一線圈，環繞在該柱狀導磁物質上，並藉由導入不同方向的該兩電流至該線圈而產生該兩磁場，該兩磁場使該圓柱狀永久磁鐵產生一磁吸力或一磁斥力，其中該圓柱狀永久磁鐵藉由該磁吸力或該磁斥力而相對於該柱狀中空導磁物旋轉，以使該磁保持機構從該第一穩態轉換至該第二穩態，或從該第二穩態轉換至該第一穩態。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的雙穩態繼電器，其中該電磁鐵更包括至少一第一導磁導引片，位在該柱狀導磁物質上，並連接該柱狀導磁物質，用以藉由導引該兩磁場而使該柱狀中空導磁物質相對於該圓柱狀永久磁鐵產生該磁吸力或該磁斥力，其中該圓柱狀永久磁鐵藉由該磁吸力或該磁斥力而相對於該柱狀中空導磁物旋轉，以使該磁保持機構從該第一穩態轉換至該第二穩態，或從該第二穩態轉換至該第一穩態。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的雙穩態繼電器，其中該電磁鐵更包括：至少一第二導磁導引片，連接該第一導磁導引片，用以提高該電磁鐵的一電磁效率，以降低該第一導磁導引片驅動該磁保持機構所需的一電能轉態驅動力。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的雙穩態繼電器，其中該柱狀中空導磁物藉由壓鑄而一體成形，或者藉由分離的多個導磁片組合而成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的雙穩態繼電器，其中該柱狀 中空導磁物藉由上下分離的兩導磁片組合而成，且上下分離的該兩導磁片的兩旁具有一間隙。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的雙穩態繼電器，其中該撞擊系統包括：一旋轉臂，配置在該轉軸的一端；一敲擊頭，配置在該旋轉臂上，其中該旋轉臂與該轉軸同步旋轉，並帶動該敲擊頭相對於該接觸系統移動而接近或遠離該接觸系統，以使該些接觸點彼此接觸或斷開；以及一旋轉阻隔器，配置在該旋轉臂的一側，用以限制該旋轉臂的一轉動角度小於180°。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的雙穩態繼電器，其中該些接觸點包括：至少一固定接觸點，固定在一基殼上；以及至少一移動接觸點，配置在一彈性金屬片上並對應於該敲擊頭，且該彈性金屬片固定在該基殼上，其中當該敲擊頭藉由該旋轉臂的帶動而推動該彈性金屬片時，位在該彈性金屬片上的該移動接觸點適於接觸該固定接觸點，而當該敲擊頭藉由該旋轉臂的帶動而遠離該彈性金屬片時，位在該彈性金屬片上的該移動接觸點藉由該彈性金屬片的一恢復力而遠離該固定接觸點，以使該移動接觸點適於斷開該固定接觸點。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的雙穩態繼電器，其中該撞擊系統包括： 一敲擊頭，配置在該轉軸的一端；以及一移動軌跡導引器，連接該轉軸，以將該轉軸沿一徑向切線旋轉的一旋轉量轉換成沿該軸向移動的一位移量，其中該敲擊頭與該轉軸同步旋轉，並沿該軸向相對於該接觸系統移動而接近或遠離該接觸系統，以使該些接觸點彼此接觸或斷開。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的雙穩態繼電器，其中該移動軌跡導引器包括：一凸榫，垂直配置在該轉軸上；以及一圓柱環面，具有至少一開孔，用以提供一移動軌跡，而該凸榫位於該開孔內，並沿該移動軌跡移動，以在該轉軸沿該軸向旋轉時引導該轉軸沿該軸向移動。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的雙穩態繼電器，其中該些接觸點包括：至少一固定接觸點，固定在一基殼上；以及至少一移動接觸點，配置在該敲擊頭上，其中當該敲擊頭接近該固定接觸點時，該移動接觸點適於接觸該固定接觸點，而當該敲擊頭遠離該固定接觸點時，該移動接觸點適於斷開該固定接觸點。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的雙穩態繼電器，其中該接觸點包括：至少一固定接觸點，固定在一基殼上；以及至少一移動接觸點，配置在該敲擊頭上，其中當該凸榫沿該 移動軌跡移動並引導該轉軸沿該軸向移動，而使該敲擊頭接近該固定接觸點時，該移動接觸點適於接觸該固定接觸點，而當該凸榫沿該移動軌跡移動並引導該轉軸沿該軸向移動，而使該敲擊頭遠離該固定接觸點時，該移動接觸點適於斷開該固定接觸點。
  13. 如申請專利範圍第9項所述的雙穩態繼電器，其中該接觸點包括：至少一固定接觸點，固定在一基殼上；以及至少一移動接觸點，配置在一彈性金屬片上，且該彈性金屬片對應於該敲擊頭，其中當該敲擊頭接近該固定接觸點時，該移動接觸點適於接觸該固定接觸點，而當該敲擊頭遠離該固定接觸點時，該移動接觸點藉由該彈性金屬片的一恢復力而遠離該固定接觸點，以使該移動接觸點適於斷開該固定接觸點。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的雙穩態繼電器，其中該接觸點包括：至少一固定接觸點，固定在一基殼上；以及至少一移動接觸點，配置在一彈性金屬片上，且該彈性金屬片對應於該敲擊頭，其中當該凸榫沿該移動軌跡移動並引導該轉軸沿該軸向移動，而使該敲擊頭接近該固定接觸點時，該移動接觸點適於接觸該固定接觸點，而當該凸榫沿該移動軌跡移動並引導該轉軸沿該軸向移動，而使該敲擊頭遠離該固定接觸點時，該移動接觸點藉由該彈性金屬片的一恢復力而遠離該固定接觸點，以使該移動接觸點適於斷開該固定接觸點。
  15. 一種雙穩態致動器，包括：一磁保持機構，適於在一第一穩態以及一第二穩態之間操作，該磁保持機構包括：一轉軸，沿一軸向設置；一圓柱狀永久磁鐵，包覆在該轉軸上，並且包括至少一N磁極和至少一S磁極；以及一柱狀中空導磁物，環繞該圓柱狀永久磁鐵，並且與該圓柱狀永久磁鐵保持一間隙，該間隙隨該柱狀中空導磁物的內側表面不同位置而改變，並用來導引該圓柱狀永久磁鐵旋轉至一穩態位置，該柱狀中空導磁物包括一第一部分以及一第二部分，分別位於該圓柱狀永久磁鐵的相對兩側，其中在相對於該軸向的一徑向上，該第一部分以及該第二部分分別與該圓柱狀永久磁鐵具有一第一距離以及一第二距離，且該第一距離為該柱狀中空導磁物在該第一部分相對於該圓柱狀永久磁鐵之間的最短距離，該第二距離為該柱狀中空導磁物在該第二部分相對於該圓柱狀永久磁鐵之間的最短距離，其中在該第一穩態下，該圓柱狀永久磁鐵的該S磁極以及該N磁極分別對準該柱狀中空導磁物的該第一部分以及該第二部分，且在該第二穩態下，該圓柱狀永久磁鐵的該S磁極以及該N磁極分別對準該柱狀中空導磁物的該第二部分以及該第一部分；以及兩軸承，被該圓柱狀永久磁鐵包覆的該轉軸藉由該兩軸 承的支撐而擺放至該柱狀中空導磁物的內側中；以及一電磁鐵，連接該柱狀中空導磁物，並藉由導入不同方向的兩電流至該電磁鐵，而產生作用於該圓柱狀永久磁鐵的方向相反的兩磁場，以驅動該圓柱狀永久磁鐵帶動該轉軸順時鐘或逆時鐘旋轉，以使該磁保持機構從該第一穩態轉換至該第二穩態，或從該第二穩態轉換至該第一穩態。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的雙穩態致動器，其中該電磁鐵包括：至少一柱狀導磁物質，連接該柱狀中空導磁物；以及一線圈，環繞在該柱狀導磁物質上，並藉由導入不同方向的該兩電流至該線圈而產生該兩磁場，該兩磁場使該圓柱狀永久磁鐵產生一磁吸力或一磁斥力，其中該圓柱狀永久磁鐵藉由該磁吸力或該磁斥力而相對於該柱狀中空導磁物旋轉，以使該磁保持機構從該第一穩態轉換至該第二穩態，或從該第二穩態轉換至該第一穩態。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的雙穩態致動器，其中該電磁鐵更包括至少一第一導磁導引片，位在該柱狀導磁物質上，並連接該柱狀導磁物質，用以藉由導引該兩磁場而使該柱狀中空導磁物質相對於該圓柱狀永久磁鐵產生該磁吸力或該磁斥力，其中該圓柱狀永久磁鐵藉由該磁吸力或該磁斥力而相對於該柱狀中空導磁物旋轉，以使該磁保持機構從該第一穩態轉換至該第二穩態，或從該第二穩態轉換至該第一穩態。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的雙穩態致動器，其中該電磁鐵更包括：至少一第二導磁導引片，連接該第一導磁導引片，用以提高該電磁鐵的一電磁效率，以降低該第一導磁導引片驅動該磁保持機構所需的一電能轉態驅動力。
  19. 如申請專利範圍第15項所述的雙穩態致動器，其中該柱狀中空導磁物藉由壓鑄而一體成形，或者藉由分離的多個導磁片組合而成。
  20. 如申請專利範圍第15項所述的雙穩態致動器，其中該柱狀中空導磁物藉由上下分離的兩導磁片組合而成，且上下分離的該兩導磁片的兩旁具有一間隙。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI553685B (zh) * 2013-08-20 2016-10-11 梁智全 雙穩態繼電器與雙穩態致動器
DE102014113500A1 (de) * 2014-09-18 2016-03-24 Eto Magnetic Gmbh Bistabile elektromagnetische Aktorvorrichtung
CN204390951U (zh) * 2015-02-06 2015-06-10 东莞市凯华电子有限公司 顶杆式键盘开关
CN105366931B (zh) * 2015-12-07 2018-06-12 深圳市华星光电技术有限公司 显示面板的切割装置和切割方法
US10629389B2 (en) * 2017-11-17 2020-04-21 Patrick L. McGuire Latching relay and method thereof
GB2571741B (en) * 2018-03-07 2022-03-23 Sentec Ltd Electricity meter with electrically-controlled electromechanical switch
CN110299271A (zh) * 2019-07-05 2019-10-01 苏州未来电器股份有限公司 一种双稳态电磁机构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1601663A (zh) * 2003-09-27 2005-03-30 孙奇锋 脉冲励磁双稳态电磁致动器
CN101206973A (zh) * 2007-11-08 2008-06-25 重庆大学 双稳态微机电继电器
US20120049987A1 (en) * 2010-08-31 2012-03-01 Chih-Chuan Liang Bistable switching method and latching relay using the same
TWM493137U (zh) * 2013-08-20 2015-01-01 Chih-Chuan Liang 雙穩態繼電器與雙穩態致動器

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3694782A (en) * 1970-11-20 1972-09-26 Ralph D Ray Rotary actuator
US3728651A (en) 1971-08-05 1973-04-17 Amf Inc Bistable relay
US3869684A (en) 1973-04-06 1975-03-04 Int Standard Electric Corp Bistable latching relay
US4128825A (en) * 1976-12-13 1978-12-05 North American Philips Corporation Magnetically actuated indicator
JPS5434014A (en) * 1977-08-20 1979-03-13 Shinano Tokki Kk Electromagnetic rotating apparatus
FR2454174A1 (fr) 1979-04-09 1980-11-07 Merlin Gerin Contacteur a commande d'ouverture rapide sur defaut
GB2081981B (en) 1980-07-23 1984-08-22 Lpa Les Produits Associes Fractional horsepower ac motor having an oscillating permanent magnet armature
US4387357A (en) * 1981-04-10 1983-06-07 Magic Chef, Inc. Rotary activator
WO1982003944A1 (en) 1981-04-30 1982-11-11 Matsushita Hidetoshi Polarized electromagnetic relay
JPS61218035A (ja) 1985-03-25 1986-09-27 松下電工株式会社 有極電磁石
JPS6328003A (ja) * 1986-07-22 1988-02-05 Japan Electronic Control Syst Co Ltd ロ−タリ−ソレノイド及びロ−タリ−ソレノイド式アイドルスピ−ド制御弁
US4795929A (en) * 1986-08-01 1989-01-03 Logus Manufacturing Corp. Rotary actuator
US4975666A (en) 1989-03-28 1990-12-04 Matsushita Electric Works, Ltd. Polarized electromagnetic relay
US4994776A (en) * 1989-07-12 1991-02-19 Babcock, Inc. Magnetic latching solenoid
US5337030A (en) 1992-10-08 1994-08-09 Lucas Industries, Inc. Permanent magnet brushless torque actuator
FR2739487B1 (fr) 1995-09-28 1997-10-31 Schneider Electric Sa Dispositif de commande et de signalisation pour appareil de protection
JPH09154267A (ja) * 1995-11-27 1997-06-10 Takano Co Ltd ロータリソレノイド
FR2756093B1 (fr) 1996-11-20 1998-12-31 Chauvin Arnoux Agencement de relais electromagnetique bistable
US5912604A (en) 1997-02-04 1999-06-15 Abb Power T&D Company, Inc. Molded pole automatic circuit recloser with bistable electromagnetic actuator
FR2793944B1 (fr) 1999-05-20 2001-07-13 Schneider Electric Ind Sa Dispositif de commande d'ouverture et/ou de fermeture, en particulier pour un appareil de coupure tel un disjoncteur, et disjoncteur equipe d'un tel dispositif
US6707358B1 (en) 2002-11-20 2004-03-16 Deltrol Controls High current bistable relay with arc suppression
US6831535B1 (en) 2003-11-25 2004-12-14 China Patent Investment Limited Bistable electromagnetic relay
CN101527225A (zh) 2008-03-06 2009-09-09 贵州航天电器股份有限公司 一种继电器单极性永磁激励双稳态电磁系统
CN101728053A (zh) 2008-10-21 2010-06-09 杨晟 双稳态电磁驱动器以及使用该驱动器的产品
US9077219B2 (en) * 2011-09-26 2015-07-07 Pangolin Laser Systems, Inc. Electromechanical limited rotation rotary actuator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1601663A (zh) * 2003-09-27 2005-03-30 孙奇锋 脉冲励磁双稳态电磁致动器
CN101206973A (zh) * 2007-11-08 2008-06-25 重庆大学 双稳态微机电继电器
US20120049987A1 (en) * 2010-08-31 2012-03-01 Chih-Chuan Liang Bistable switching method and latching relay using the same
TWM493137U (zh) * 2013-08-20 2015-01-01 Chih-Chuan Liang 雙穩態繼電器與雙穩態致動器

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