WO2023045775A1 - 一种双稳态机车车载电磁继电器 - Google Patents

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柯章弘达
赵兴海
李庆诗
肖茂波
赵金艳
岳云龙
李佩聪
罗文天
于冬
张志宇
郭国庆
刘思汉
张歆悦
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沈阳铁路信号有限责任公司
通号（西安）轨道交通工业集团有限公司
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Abstract

一种双稳态机车车载电磁继电器，属于继电器技术领域，所述衔铁底部固定设有隔磁垫片，衔铁与隔磁垫片组装后的中部下方与永磁体相连，永磁体框架所述永磁体下方与导磁块相连，导磁块底部与轭铁相连，所述衔铁与隔磁垫片组装后的左右两侧与下方的轭铁之间分别设有铁芯、线圈架、线圈组装。本发明在磁路中加入永磁结构，通过永磁磁路提供继电器未通电情况下的保持力，在衔铁开始转动后由于气隙的变化可使单边永磁吸力迅速降低，另一边永磁吸力增大，能够降低线圈功率并提高吸合速度。

Description

一种双稳态机车车载电磁继电器 技术领域
本发明属于继电器技术领域，具体涉及一种双稳态机车车载电磁继电器。
背景技术
目前铁路所使用的车载继电器多为单稳态继电器，其零部件多且结构复杂，导致继电器性能一致性不高，同时单稳态继电器非工作状态下保持力较低，继电器耐环境性能较差，其保持力多靠反力弹簧或弹片来提供，这导致继电器在释放过程中衔铁回跳较为严重，对于继电器本身和外部带载电路都极为不利。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供了一种新型双稳态机车车载继电器电磁结构，在磁路中加入永磁结构，通过永磁磁路提供继电器未通电情况下的保持力，在衔铁开始转动后由于气隙的变化可使单边永磁吸力迅速降低，另一边永磁吸力增大，能够降低线圈功率并提高吸合速度。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双稳态机车车载电磁继电器，包括衔铁、铁芯、线圈、轭铁，所述衔铁底部固定设有隔磁垫片，隔磁垫片将衔铁底部完全覆盖，衔铁与隔磁垫片组装后的中部下方与永磁体相连，永磁体置于永磁体框架的通槽内，永磁体框架所述永磁体下方与导磁块相连，导磁块底部与轭铁相连，所述衔铁与隔磁垫片组装后的左右两侧与下方的轭铁之间分别设有铁芯、线圈架、线圈组装，线圈绕制在线圈架上，铁芯穿过线圈架与线圈组共同固定在轭铁上。
进一步地，所述衔铁的一端与拉杆相连，所述拉杆与反力系统相连。
进一步地，所述线圈架底部设有不导磁的引线片。
进一步地，所述永磁体材料为钕铁硼、钐钴或铝镍钴。
进一步地，铁芯顶部的极面直径大于铁芯直径及线圈架内径，铁芯顶部的极面置于线圈架顶部，将线圈架卡住。
进一步地，所述隔磁垫片、永磁体框架、线圈架均采用不导磁材料。
进一步地，所述永磁体与导磁块相连的面为S极，与衔铁相连的面为N极。
进一步地，所述导磁块两侧设有条型槽，条型槽内设有轭铁组固定螺钉，轭铁组固定螺钉穿过轭铁，顺着导磁块两侧的条型槽与永磁体框架中的螺纹孔相配合，穿过永磁体框架、隔磁垫片两侧，顶部经衔铁组固定螺钉固定相连。
进一步地，所述继电器未通电，继电器线圈不施加激励时，两侧永磁回路依次经过永磁体、衔铁、铁芯、轭铁、导磁块、永磁体；当复归状态下置位通以特定方向电流时，电磁回路依次经过左侧铁芯、轭铁、右侧铁芯、衔铁、左侧铁芯；当继电器处于置位状态通以特定方向电流时，电磁回路依次经过右侧铁芯、轭铁、左侧铁芯、衔铁、右侧铁芯。
本发明的优点与有益效果是：
发明的双稳态机车车载继电器电磁结构，继电器处于未通电稳定状态下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，由于永磁体两边工作气隙分别增大与减小，永磁吸力会逐渐由阻碍衔铁转动到帮助衔铁转动，这使得衔铁能够更快速的完成运动过程。该继电器的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。可以提高磁路效率，降低继电器功率，解决了双稳态机车车载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，保证接点回路的安全性。
附图说明
图1为本发明的继电器电磁结构示意图；
图2为本发明的继电器的电磁结构零件示意图；
图3为衔铁组结构示意图；
图4为轭铁组结构示意图；
图5为线圈组结构示意图；
图6为释放状态下线圈未通电时电磁结构原理示意图；
图7为释放状态下线圈通电时电磁结构原理示意图；
图8为吸合状态下线圈断电时电磁结构原理示意图；
图9为继电器吸反力配合图。
图中部件：1为衔铁、2为隔磁垫片、3为永磁体、4为永磁体框架、5为导磁块、6为铁芯、7为线圈架、8为线圈、9为轭铁、10为引线片、11为铁芯固定螺钉、12为轭铁组固定螺钉、13为衔铁组固定螺钉、14为短衔铁铆钉、15为长衔铁铆钉、16为拉杆。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
参见图1-5，本发明为一种双稳态机车车载电磁继电器，包括衔铁1、铁芯6、线圈8、轭铁9，所述衔铁1的底部固定设有隔磁垫片2，隔磁垫片2将衔铁1底部完全覆盖，衔铁1的一端与隔磁垫片2的一端通过短衔铁铆钉14固定相连。隔磁垫片分别与衔铁、轭铁组固定的结构，使衔铁组能够实现无磨损旋转，提升了继电器的机械寿命。衔铁1与隔磁垫片2的另一端与拉杆16通过长衔铁铆钉15固定相连。拉杆16与反力系统相连，用于带动继电器动静接点的闭合与断开，从而通断与接点连接的外部电路。
隔磁垫片2中部向衔铁1两侧凸出，衔铁1与隔磁垫片2组装后的中部下方与永磁体3相连，永磁体3置于永磁体框架4的通槽内，永磁体框架4所述永磁体3下方与导磁块5相连，导磁块5底部与轭铁9相连，轭铁组固定螺钉12穿过轭铁9，顺着导磁块5两侧的条型槽与永磁 体框架4中的螺纹孔相配合，穿过永磁体框架4隔磁垫片2两侧，顶部经衔铁组固定螺钉13固定相连，将导磁块5和永磁体框架4固定在轭铁9上，永磁体3按照极性要求放置在永磁体框架4的开口槽中。从继电器机械性能来看，这种衔铁组的固定方式能够使继电器电磁机构的零件在使用寿命期间几乎无磨损，使得继电器电磁机构的机械特性能够在使用期间保证良好的一致性。
所述衔铁1与隔磁垫片2组装后的左右两侧与下方的轭铁9之间分别设有铁芯6、线圈架7、线圈8组装，线圈8绕制在线圈架7上，铁芯6穿过线圈架7由铁芯固定螺钉11与线圈组共同固定在轭铁9上。所述线圈架7底部设有不导磁的引线片10，引线片10插入线圈架7底部两端的小孔之中，用于线圈8首尾端线头的引出。铁芯6顶部的极面直径大于铁芯6直径及线圈架7内径，铁芯6顶部的极面置于线圈架7顶部，将线圈架7卡住。该异型铁芯结构，在对线圈组进行限位的同时，提升了铁芯与衔铁组接触时的磁保持力，同时提升了电磁回路的磁效率，在进一步提升继电器抗冲击性能的同时，降低了继电器工作所需功耗。
衔铁组与轭铁组之间的安装通过衔铁组固定螺钉13穿过隔磁垫片2两端孔，再与永磁体框架4上螺纹孔固定来实现，继电器工作时3，衔铁组以衔铁组固定螺钉13为轴实现顺时针和逆时针旋转工作。
衔铁1、导磁块5、铁芯6、轭铁9、铁芯固定螺钉11采用软磁材料，隔磁垫片2、永磁体框架4、线圈架7、引线片10、轭铁组固定螺钉12、衔铁组固定螺钉13、短衔铁铆钉14、长衔铁铆钉15、拉杆16均采用不导磁材料，线圈8的材料为铜，永磁体3材料为钕铁硼。
所述永磁体3与导磁块5相连的面为S极，与衔铁1相连的面为N极。
本发明工作原理：
本发明的电磁结构关键部分是永磁体3，在继电器未通电处于复归状态，参见图6，永磁体贴导磁块面为S极，衔铁方向为N极，当继电 器线圈不施加激励时，磁路内部只存在永磁回路，即图6中虚线所示回路，两侧永磁回路路径均为永磁体3→衔铁1→铁芯6→轭铁9→导磁块5→永磁体3。继电器复归状态下左侧永磁回路气隙要远小于右侧永磁回路气隙，左侧小气隙永磁回路在衔铁与铁芯接触处产生的磁保持力远大于右侧大气隙永磁回路在衔铁与铁芯接触处产生的磁保持力，因此继电器能够保持在复归状态，置位状态也同理。由于永磁体9采用了钕铁硼材料，并且小气隙回路永磁利用率极高，继电器在复归/置位状态下保持力较大。铁芯6采用异性极面结构，在保证能够对线圈组进行限位的同时，减小了铁芯极面与衔铁组的接触面积，从原理上进一步增大了铁芯与衔铁组接触时二者之间的磁保持力，使得继电器的抗振性能更好，提高了继电器的接触可靠性。
当复归状态下置位通以特定方向电流时，参见图7，置位线圈在电磁结构内部产生了电磁磁场，电磁回路路径为铁芯6(左)→轭铁7→铁芯6(右)→衔铁1→铁芯6(左)。电磁回路在左侧永磁小气隙回路中与永磁磁场方向相反、相互抵消，在右侧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，衔铁组开始转动，同时永磁小气隙磁路中气隙逐渐增大，永磁体3作用在衔铁组上的永磁吸力减小，加快衔铁1转动速度，直至与铁芯6接触，完成转换过程。由于永磁体3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功耗；亦可以在相同线圈功耗条件下，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。
当继电器处于置位状态通以特定方向电流时，参见图8，电磁回路路径为铁芯6(右)→轭铁7→铁芯6(左)→衔铁1→铁芯6(右)，工作原理同图7。
继电器电磁结构吸力和触簧结构反力之间的匹配关系参见图9。
本发明提出了一种双稳态机车车载继电器电磁结构，以永磁体替代 传统反力弹簧/弹片用以增强继电器释放为状态下的保持力，使继电器能够在两种状态下保持(即双稳态)，能够有效提高双稳态机车车载继电器的可靠性，并降低功耗，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。

Claims (9)

  1. 一种双稳态机车车载电磁继电器，其特征在于：包括衔铁(1)、铁芯(6)、线圈(8)、轭铁(9)，所述衔铁(1)底部固定设有隔磁垫片(2)，隔磁垫片(2)将衔铁(1)底部完全覆盖，衔铁(1)与隔磁垫片(2)组装后的中部下方与永磁体(3)相连，永磁体(3)置于永磁体框架(4)的通槽内，永磁体框架(4)所述永磁体(3)下方与导磁块(5)相连，导磁块(5)底部与轭铁(9)相连，所述衔铁(1)与隔磁垫片(2)组装后的左右两侧与下方的轭铁(9)之间分别设有铁芯(6)、线圈架(7)、线圈(8)组装，线圈(8)绕制在线圈架(7)上，铁芯(6)穿过线圈架(7)与线圈组共同固定在轭铁(9)上。
  2. 根据权利要求1所述的一种双稳态机车车载电磁继电器，其特征在于：所述衔铁(1)的一端与拉杆(16)相连，所述拉杆(16)与反力系统相连。
  3. 根据权利要求1所述的一种双稳态机车车载电磁继电器，其特征在于：所述线圈架(7)底部设有不导磁的引线片(10)。
  4. 根据权利要求1所述的一种双稳态机车车载电磁继电器，其特征在于：所述永磁体材料为钕铁硼、钐钴或铝镍钴。
  5. 根据权利要求1所述的一种双稳态机车车载电磁继电器，其特征在于：铁芯(6)顶部的极面直径大于铁芯(6)直径及线圈架(7)内径，铁芯(6)顶部的极面置于线圈架(7)顶部，将线圈架(7)卡住。
  6. 根据权利要求1所述的一种双稳态机车车载电磁继电器，其特征在于：所述隔磁垫片(2)、永磁体框架(4)、线圈架(7)均采用不导磁材料。
  7. 根据权利要求1所述的一种双稳态机车车载电磁继电器，其特征在于：所述永磁体(3)与导磁块(5)相连的面为S极，与衔铁(1)相连的面为N极。
  8. 根据权利要求1所述的一种双稳态机车车载电磁继电器，其特征在于：所述导磁块(5)两侧设有条型槽，条型槽内设有轭铁组固定螺钉 (12)，轭铁组固定螺钉(12)穿过轭铁(9)，顺着导磁块(5)两侧的条型槽与永磁体框架(4)中的螺纹孔相配合，穿过永磁体框架(4)、隔磁垫片(2)两侧，顶部经衔铁组固定螺钉(13)固定相连。
  9. 根据权利要求1所述的一种双稳态机车车载电磁继电器，其特征在于：所述继电器未通电，继电器线圈不施加激励时，两侧永磁回路依次经过永磁体(3)、衔铁(1)、铁芯(6)、轭铁(9)、导磁块(5)、永磁体(3)；当复归状态下置位通以特定方向电流时，电磁回路依次经过左侧铁芯、轭铁(7)、右侧铁芯、衔铁(1)、左侧铁芯；当继电器处于置位状态通以特定方向电流时，电磁回路依次经过右侧铁芯、轭铁(7)、左侧铁芯、衔铁(1)、右侧铁芯。
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