CN104425186B - 双稳态继电器与双稳态致动器 - Google Patents

双稳态继电器与双稳态致动器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种双稳态继电器与双稳态致动器，双稳态继电器包括双稳态致动器、撞击***、接触***及基壳。双稳态致动器包括磁保持机构以及电磁铁。磁保持机构包括转轴、圆柱状永久磁铁、柱状中空导磁物以及两轴承；适于在两稳态之间操作。柱状中空导磁物环绕包覆转轴的圆柱状永久磁铁，并且与圆柱状永久磁铁保持间隙，间隙随柱状中空导磁物的内侧表面不同位置而改变。电磁铁连接柱状中空导磁物，以驱动圆柱状永久磁铁顺时针或逆时针旋转，而使磁保持机构转换稳态。在磁保持机构转换稳态的过程中，转轴通过与磁保持机构同步旋转而带动连接双稳态致动器的撞击***相对于接触***移动，以使接触***的接触点彼此接触或断开。

Description

双稳态继电器与双稳态致动器
技术领域
本发明是有关于一种致动器，且特别是有关于一种双稳态继电器与双稳态致动器。
背景技术
继电器是一种电子控制器件，通常应用于自动控制电路中。继电器在两个状态中转换，以使接触***的接触点接触或断开，可视为是一种「自动开关」。因此，继电器在自动控制电路中提供自动调节、安全保护、转换电路等作用。
继电器的种类繁多，以现有的单稳态继电器为例，单稳态继电器的其中一状态不需要额外的驱动电力，可以直接通过金属弹力使接触***的接触点接触或断开，但另一状态需将其电磁线圈通电，以产生持续且大于金属弹力的电磁力，才能使接触***的接触点接触或断开。因此，此类单稳态继电器即使没有改变状态，仍然具有静态的电力耗损，且其总体积较大。以现有的双稳态继电器为例，双稳态继电器大多采用滑动式或翘翘板式的永久磁铁构成双稳态架构，或者通过单纯的机械栓锁架构来达成双稳态架构。虽然此类双稳态继电器相对于单稳态继电器具有省电的功效，但其机构较为复杂，加上电磁转换效率差，因而体积庞大不易缩小，应用有限。
发明内容
本发明提供一种双稳态继电器与双稳态致动器，该双稳态致动器具有良好的磁保持效率，高效电磁转换与体积小的特性。该双稳态致动器衍生的双稳态继电器，除具有双稳态致动器的特点，更能提高继电器的接触***的可靠度。
本发明的双稳态致动器包括磁保持机构以及电磁铁。磁保持机构适于在第一稳态以及第二稳态之间操作。磁保持机构包括转轴、圆柱状永久磁铁、柱状中空导磁物及两轴承。转轴沿轴向设置。圆柱状永久磁铁包覆在转轴上，并且包括至少一N磁极和至少一S磁极。被圆柱状永久磁铁包覆的转轴通过两轴承的支撑而摆放至柱状中空导磁物的内侧中。柱状中空导磁物环绕圆柱状永久磁铁，并且与圆柱状永久磁铁保持间隙。间隙随柱状中空导磁物的内侧表面不同位置而改变，并用来导引圆柱状永久磁铁旋转至稳态位置。柱状中空导磁物包括第一部分以及第二部分，分别位于圆柱状永久磁铁的相对两侧，其中在相对于轴向的径向上，第一部分以及第二部分分别与圆柱状永久磁铁具有第一距离以及第二距离，且第一距离为柱状中空导磁物在第一部分相对于圆柱状永久磁铁之间的最短距离，第二距离为柱状中空导磁物在第二部分相对于圆柱状永久磁铁之间的最短距离。在第一稳态下，圆柱状永久磁铁的S磁极以及N磁极分别对准柱状中空导磁物的第一部分以及第二部分，且在第二稳态下，圆柱状永久磁铁的S磁极以及N磁极分别对准柱状中空导磁物的第二部分以及第一部分。被圆柱状永久磁铁包覆的转轴通过两轴承的支撑而摆放至柱状中空导磁物的内侧中。电磁铁连接柱状中空导磁物，并通过导入不同方向的两电流至电磁铁，而产生作用于圆柱状永久磁铁的方向相反的两磁场，以驱动圆柱状永久磁铁带动转轴顺时针或逆时针旋转，以使磁保持机构从第一稳态转换至第二稳态，或从第二稳态转换至第一稳态。
本发明的双稳态继电器，包括上述的双稳态致动器、撞击***、接触***及基壳。撞击***连接双稳态致动器的转轴。接触***连接撞击***，并具有至少二接触点。在双稳态致动器的磁保持机构从第一稳态转换至第二稳态，或从第二稳态转换至第一稳态的过程中，转轴通过与磁保持机构同步旋转而带动撞击***相对于接触***移动，以使接触点彼此接触或断开。双稳态致动器、撞击***与接触***配置于基壳上。
在本发明的一实施例中，上述的电磁铁包括至少一柱状导磁物质以及线圈。柱状导磁物质连接柱状中空导磁物。线圈环绕在柱状导磁物质上，并通过导入不同方向的两电流至线圈而产生上述的两磁场。两磁场使圆柱状永久磁铁产生磁吸力或磁斥力，其中圆柱状永久磁铁通过磁吸力或磁斥力而相对于柱状中空导磁物旋转，以使磁保持机构从第一稳态转换至第二稳态，或从第二稳态转换至第一稳态。
在本发明的一实施例中，上述的电磁铁还包括至少一第一导磁导引片，位于柱状导磁物质上，并连接柱状导磁物质，用以通过导引两磁场而使柱状中空导磁物质相对于圆柱状永久磁铁产生磁吸力或磁斥力，其中圆柱状永久磁铁通过磁吸力或磁斥力而相对于柱状中空导磁物旋转，以使磁保持机构从第一稳态转换至第二稳态，或从第二稳态转换至第一稳态。
在本发明的一实施例中，上述的电磁铁还包括至少一第二导磁导引片，连接第一导磁导引片，用以提高电磁铁的电磁效率，以降低第一导磁导引片驱动磁保持机构所需的电能转态驱动力。
在本发明的一实施例中，上述的柱状中空导磁物通过压铸而一体成形，或者通过分离的多个导磁片组合而成。
在本发明的一实施例中，上述的柱状中空导磁物通过上下分离的两导磁片组合而成，且上下分离的两导磁片的两旁具有间隙。
在本发明的一实施例中，上述的撞击***包括旋转臂、敲击头以及旋转阻隔器。旋转臂配置在转轴的一端。敲击头配置在旋转臂上，其中旋转臂与转轴同步旋转，并带动敲击头相对于接触***移动而接近或远离接触***，以使接触点彼此接触或断开。旋转阻隔器配置在旋转臂的一侧，用以限制旋转臂的转动角度小于180°。
在本发明的一实施例中，上述的接触点包括至少一固定接触点以及至少一移动接触点。固定接触点固定在基壳上。移动接触点配置在弹性金属片上并对应于敲击头，且弹性金属片固定在基壳上，其中当敲击头通过转臂的带动而推动弹性金属片时，位于弹性金属片上的移动接触点适于接触固定接触点，而当敲击头通过旋转臂的带动而远离弹性金属片时，位于弹性金属片上的移动接触点通过弹性金属片的恢复力而远离固定接触点，以使移动接触点适于断开固定接触点。
在本发明的一实施例中，上述的撞击***包括敲击头以及移动轨迹导引器。敲击头配置在转轴的一端。移动轨迹导引器连接转轴，以将转轴沿径向切线旋转的旋转量转换成沿轴向移动的位移量，其中敲击头与转轴同步旋转，并沿轴向相对于接触***移动而接近或远离接触***，以使接触点彼此接触或断开。
在本发明的一实施例中，上述的移动轨迹导引器包括凸榫以及圆柱环面。凸榫垂直配置在转轴上。圆柱环面具有至少一开孔，用以提供移动轨迹，而凸榫位于开孔内，并沿移动轨迹移动，以在转轴沿轴向旋转时引导转轴沿轴向移动。
在本发明的一实施例中，上述的接触点包括至少一固定接触点以及至少移动接触点。固定接触点固定在基壳上。移动接触点配置在敲击头上，其中当敲击头接近固定接触点时，移动接触点适于接触固定接触点，而当敲击头远离固定接触点时，移动接触点适于断开固定接触点。
在本发明的一实施例中，上述的接触点包括至少一固定接触点以及至少一移动接触点。固定接触点固定在基壳上。移动接触点配置在敲击头上，其中当凸榫沿移动轨迹移动并引导转轴沿轴向移动，而使敲击头接近固定接触点时，移动接触点适于接触固定接触点，而当凸榫沿移动轨迹移动并引导转轴沿轴向移动，而使敲击头远离固定接触点时，移动接触点适于断开固定接触点。
在本发明的一实施例中，上述的接触点包括至少一固定接触点以及至少一移动接触点。固定接触点固定在基壳上。移动接触点配置在弹性金属片上，且弹性金属片对应于敲击头，其中当敲击头接近固定接触点时，移动接触点适于接触固定接触点，而当敲击头远离固定接触点时，移动接触点通过弹性金属片的恢复力而远离固定接触点，以使移动接触点适于断开固定接触点。
在本发明的一实施例中，上述的接触点包括至少一固定接触点以及至少一移动接触点。固定接触点固定在基壳上。移动接触点配置在弹性金属片上，且弹性金属片对应于敲击头，其中当凸榫沿移动轨迹移动并引导转轴沿轴向移动，而使敲击头接近固定接触点时，移动接触点适于接触固定接触点，而当凸榫沿移动轨迹移动并引导转轴沿轴向移动，而使敲击头远离固定接触点时，移动接触点通过弹性金属片的恢复力而远离固定接触点，以使移动接触点适于断开固定接触点。
基于上述，本发明的双稳态致动器适于在第一稳态以及第二稳态之间操作，其中柱状中空导磁物与圆柱状永久磁铁保持间隙，间隙随柱状中空导磁物的内侧表面不同位置而改变，并用来导引圆柱状永久磁铁旋转至稳态位置。此外，磁保持机构的柱状中空导磁物的第一部分以及第二部分分别与磁保持机构的圆柱状永久磁铁具有第一距离以及第二距离，且第一距离为柱状中空导磁物在第一部分相对于圆柱状永久磁铁之间的最短距离，第二距离为柱状中空导磁物在第二部分相对于圆柱状永久磁铁之间的最短距离，而电磁铁可驱动圆柱状永久磁铁沿轴向旋转，而使磁保持机构转换稳态。在磁保持机构转换稳态的过程中，转轴通过磁保持机构同步旋转。据此，本发明的双稳态致动器可通过柱状中空导磁物与圆柱状永久磁铁之间的吸引力而具有良好的磁保持效率与高效电磁转换，以加强双稳态继电器定位于稳态的稳定性。此外，当双稳态致动器应用于双稳态继电器时，在磁保持机构转换稳态的过程中，转轴通过磁保持机构同步旋转而带动双稳态继电器的撞击***相对于接触***移动，以使接触点彼此接触或断开。据此，本发明的双稳态继电器可提高其接触***的接触可靠度。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施例的双稳态继电器的示意图；
图2至图4依序是图1的磁保持机构的分解图、组合图与侧视图；
图5A至图5C是图2的转轴与圆柱状永久磁铁的组合示意图；
图6A与图6B是图2的柱状中空导磁物的示意图；
图6C与图6D是图2的转轴、圆柱状永久磁铁与柱状中空导磁物的组合示意图；
图7A、图7B、图8A、图8B、图9A与图9B是本发明其他实施例的柱状中空导磁物的示意图；
图7C、图7D、图8C、图8D、图9C、图9D是本发明其他实施例的转轴、圆柱状永久磁铁与柱状中空导磁物的组合示意图；
图10A是图2的磁保持机构于第一稳态的侧视示意图；
图10B与图10C是图10A的磁保持机构趋向第一稳态的侧视示意图；
图11A是图2的磁保持机构于第二稳态的侧视示意图；
图11B与图11C是图11A的磁保持机构趋向第二稳态的侧视示意图；
图12A与图12B依序是图3的磁保持机构于第一稳态与第二稳态的示意图；
图13A与图13B是图12A的磁保持机构趋向第一稳态的示意图；
图13C与图13D是图12B的磁保持机构趋向第二稳态的示意图；
图14A与图14B依序是图1的双稳态致动器的侧视图与前视图；
图15A与图15B依序是图14A与图14B的磁保持机构与部分电磁铁的侧视图与前视图；
图16A与图16B依序是本发明另一实施例的磁保持机构与部分电磁铁的侧视图与前视图；
图17与图18是本发明其他实施例的双稳态致动器的前视图；
图19A与图19B依序是图17的双稳态致动器于第一稳态与第二稳态的前视图；
图20A至图20D依序是本发明另一实施例的双稳态致动器的前视图、磁保持机构与部分电磁铁的前视图以及双稳态致动器于第一稳态与第二稳态的前视图；
图21A至图21D依序是本发明另一实施例的双稳态致动器的侧视图、磁保持机构与部分电磁铁的侧视图以及双稳态致动器于第一稳态与第二稳态的侧视图；
图22A至图22C依序是图1的双稳态致动器与部分撞击***的组合图、于第一稳态与第二稳态的示意图；
图23是图22A的凸榫与转轴的组合示意图；
图24A与图24B依序是图1的双稳态致动器与撞击***于第一稳态的侧视图与前视图；
图25A与图25B依序是图1的双稳态致动器与撞击***于第二稳态的侧视图与前视图；
图26是图24A至图25B的圆柱环面的展开图；
图27A与图27B依序是本发明另一实施例的双稳态致动器与撞击***于第一稳态与第二稳态的前视图；
图28是图27A与图27B的凸榫与转轴的组合示意图；
图29是图27A与图27B的圆柱环面的展开图；
图30A与图30B依序是图1的双稳态继电器于第一稳态与第二稳态的侧视图；
图31A与图31B、图32A与图32B、图33A与图33B以及图34A与图34B是本发明其他实施例的双稳态继电器于第一稳态与第二稳态的侧视图；
图35是本发明另一实施例的双稳态继电器的示意图。
附图标记说明：
100、100a、100b、100c、100d、200：双稳态继电器；
102、102a、102b、102c、102d：双稳态致动器；
110：转轴；
120：磁保持机构；
122：圆柱状永久磁铁；
122a：卡榫；
123、223、323、523：柱状中空导磁物；
123a、123b、223a、223b、323a、323b、523a、523b：导磁片；
126a、126b：轴承；
126c：开口；
130、230、130a、130b、130c、130d：电磁铁；
132a、132b、232a、232b、132c、132d：柱状导磁物质；
133：线圈；
133a、133b：端点；
136a、136b、236a、236b、236c、236d：第一导磁导引片；
136c、136d：第二导磁导引片；
150、150a、150b、150c、250：接触***；
152、152a、152b、152c、252：固定接触点；
153、153a、153b、153c、253：移动接触点；
156、156a、156b、156c、256：固定金属片；
158、158a、158b、158c：移动金属片；
159、258：弹性金属片；
160、260：撞击***；
162、263：敲击头；
163、166：移动轨迹导引器；
163a、166a：凸榫；
163b、166b：圆柱环面；
163c、166c：开孔；
202：基壳；
262：旋转臂；
266：旋转阻隔器；
d1、d2：距离；
S：移动轨迹；
S1：第一部分；
S2：第二部分；
P1：第一稳态；
P2：第二稳态。
具体实施方式
图1是本发明一实施例的双稳态继电器的示意图。请参考图1，在本实施例中，双稳态继电器100包括双稳态致动器102、撞击***160以及接触***150，其中双稳态致动器102具有转轴110与线圈端点133a与133b，其具体结构(包括磁保持机构120与电磁铁130)示出于后续的图中。双稳态继电器100适于配置在电路中，以作为连通或切断电路的开关。双稳态致动器102适于在第一稳态以及第二稳态(示出于后续图中)之间操作。转轴110沿轴向(例如是z轴)设置。通过导入电流至线圈端点133a与133b不同电流方向，以驱动双稳态致动器102从其中一稳态转换至另一稳态。撞击***160连接转轴110，而接触***150连接撞击***160。在双稳态致动器102从其中一稳态转换至另一稳态的过程中，双稳态致动器102中的转轴110会同步随不同的稳态而旋转至不同位置。转轴110通过撞击***160的移动轨迹导引改变接触***150连通或切断。以下将依序介绍本实施例的双稳态致动器102、撞击***160以及接触***150。
图2至图4依序是图1的磁保持机构的分解图、组合图与侧视图。图5A至图5C是图2的转轴与圆柱状永久磁铁的组合示意图。请参考图2至图4以及图5A至图5C，在本实施例中，磁保持机构120包括转轴110、圆柱状永久磁铁122、柱状中空导磁物123以及两轴承126a与126b。转轴110沿轴向(例如是z轴)设置。圆柱状永久磁铁122包覆在转轴110上，并且包括相对的至少一N磁极和至少一S磁极，如图5A与图5B所示。因此，圆柱状永久磁铁122与转轴110彼此连动。此外，圆柱状永久磁铁122具有卡榫122a，卡榫122a配置在圆柱状永久磁铁122的一侧，并且穿入转轴110，如图5C所示。如此，可以确保转轴110被圆柱状永久磁铁122带动而同步转动。然而，虽然图5C仅示出一个卡榫122a，但本发明不限制卡榫122a的数量以及设置与否，也即卡榫122a的数量可依据需求调整为多个，也可省略配置卡榫122a。再者，柱状中空导磁物123环绕圆柱状永久磁铁122，并以其内侧的表面面对圆柱状永久磁铁122，且柱状中空导磁物123与圆柱状永久磁铁122保持间隙。轴承126a与126b分别配置在柱状中空导磁物123的相对两侧，并且确保柱状中空导磁物123的内侧与圆柱状永久磁铁122间的间隙固定。各轴承126a与126b分别具有开口126c。转轴110配置在柱状中空导磁物123内，并且穿出两边的开口126c，以通过轴承126a与126b支撑并配置在柱状中空导磁物123内。换言之，被圆柱状永久磁铁122包覆的转轴110通过两轴承126a与126b的支撑而摆放至柱状中空导磁物123的内侧中。由于柱状中空导磁物123具有导磁功能，故柱状中空导磁物123可以导引圆柱状永久磁铁122定位于其中一稳态(详如后续说明)。
图6A与图6B是图2的柱状中空导磁物的示意图。图6C与图6D是图2的转轴、圆柱状永久磁铁与柱状中空导磁物的组合示意图。请先参考图2与图6A，在本实施例中，柱状中空导磁物123可以是通过上下分离的两导磁片123a与123b组合而成，其中上下分离的两导磁片123a与123b的两旁具有间隙，也即两导磁片123a与123b非接合在一起。在其他未示出的实施例中，柱状中空导磁物的两导磁片123a与123b可以完全接合在一起。或者，在其他未示出的实施例中，柱状中空导磁物也可以是由多个导磁片组合而成。再者，请参考图6B，在其他实施例中，柱状中空导磁物123也可以是通过压铸而一体成形。由此可知，本发明并不限制柱状中空导磁物的制作方式。此外，请参考图2、图6A至图6D。在本实施例中，圆柱状永久磁铁122与柱状中空导磁物123之间的距离可依据需求进行调整。在图6C所示的实施例中，圆柱状永久磁铁122与柱状中空导磁物123之间具有间隙，使得圆柱状永久磁铁122可相对于柱状中空导磁物123转动。在图6D所示的实施例中，圆柱状永久磁铁122与柱状中空导磁物123之间具有间隙，虽然此间隙相对于图6C中的间隙较小，而使圆柱状永久磁铁122与柱状中空导磁物123之间具有些微接触，但圆柱状永久磁铁122仍可相对于柱状中空导磁物123转动。
从图6A至图6D可以看出，柱状中空导磁物123的主要特征在于，柱状中空导磁物123呈现扁平状。因此，柱状中空导磁物123与圆柱状永久磁铁122之间的间隙会随柱状中空导磁物123的内侧表面不同位置而改变，并用来导引圆柱状永久磁铁122旋转至稳态位置。具体而言，请参考图6C，在本实施例中，柱状中空导磁物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分别位于圆柱状永久磁铁122的相对两侧，其中在相对于轴向的径向(例如是y轴)上，第一部分S1以及第二部分S2分别与圆柱状永久磁铁具有第一距离d1以及第二距离d2，且第一距离d1为柱状中空导磁物123在第一部分S1相对于圆柱状永久磁铁122之间的最短距离，且第二距离d2为柱状中空导磁物123在第二部分S2相对于圆柱状永久磁铁122之间的最短距离。
由于柱状中空导磁物123与圆柱状永久磁铁122之间的吸引力与彼此相对距离平方成反比，柱状中空导磁物123的第一部分S1以及第二部分S2分别与圆柱状永久磁铁122之间具有最短的第一距离d1以及第二距离d2，因此柱状中空导磁物123的第一部分S1在第一距离d1处以及第二部分S2在第二距离d2处与圆柱状永久磁铁122之间的吸引力最强。相对地，柱状中空导磁物123的第一部分S1与第二部分S2在其余部分与圆柱状永久磁铁122之间的距离较长，使得柱状中空导磁物123的第一部分S1与第二部分S2在其余部分与圆柱状永久磁铁122之间的吸引力较弱。基于上述特性，柱状中空导磁物123适于导引圆柱状永久磁铁122趋向定位，而使磁保持机构120位于稳态。更进一步地说，由于本实施例的柱状中空导磁物123的第一部分S1相对于圆柱状永久磁铁122具有最短的第一距离d1，且第二部分S2相对于圆柱状永久磁铁122具有最短的第二距离d2，故柱状中空导磁物123可以导引圆柱状永久磁铁122以S磁极以及N磁极分别对准第一部分S1具有第一距离d1之处以及第二部分S2具有第二距离d2之处，而使磁保持机构120位于稳态，或者以S磁极以及N磁极分别对准柱状中空导磁物的第二部分S2以及第一部分S1，而使磁保持机构120位于另一稳态。因此，本实施例的磁保持机构120具有两稳态。
图7A与图7B是本发明其他实施例的柱状中空导磁物的示意图。图7C与图7D是本发明其他实施例的转轴、圆柱状永久磁铁与柱状中空导磁物的组合示意图。请参考图7A至图7D，在本实施例中，柱状中空导磁物223为前述的柱状中空导磁物123的变化例，故柱状中空导磁物223也具有上述有关柱状中空导磁物123的特征。柱状中空导磁物223与123主要差异在于，柱状中空导磁物223的截面呈现椭圆形。同样地，柱状中空导磁物223可以是通过上下分离的两导磁片223a与223b组合而成(如图7A所示)，可以是通过压铸而一体成形(如图7B所示)，或者是由多个导磁片组合而成，本发明并不限制柱状中空导磁物的制作方式。此外，圆柱状永久磁铁122与柱状中空导磁物223之间的距离可依据需求进行调整，如图7C与图7D所示，其相关内容可参考前述的柱状中空导磁物123，在此不多加赘述。
图8A与图8B是本发明其他实施例的柱状中空导磁物的示意图。图8C与图8D是本发明其他实施例的转轴、圆柱状永久磁铁与柱状中空导磁物的组合示意图。请参考图8A至图8D，在本实施例中，柱状中空导磁物323为前述的柱状中空导磁物123的变化例，故柱状中空导磁物323也具有上述有关柱状中空导磁物123的特征。柱状中空导磁物323与123主要差异在于，柱状中空导磁物323的截面呈现六边形。同样地，柱状中空导磁物323可以是通过上下分离的两导磁片323a与323b组合而成(如图8A所示)，可以是通过压铸而一体成形(如图8B所示)，或者是由多个导磁片组合而成。此外，圆柱状永久磁铁122与柱状中空导磁物323之间的距离可依据需求进行调整，如图8C与图8D所示，其相关内容可参考前述的柱状中空导磁物123。
图9A与图9B是本发明其他实施例的柱状中空导磁物的示意图。图9C、图9D是本发明其他实施例的转轴、圆柱状永久磁铁与柱状中空导磁物的组合示意图。请参考图9A至图9D，在本实施例中，柱状中空导磁物523为前述的柱状中空导磁物123的变化例，故柱状中空导磁物523也具有上述有关柱状中空导磁物123的特征。柱状中空导磁物523与123主要差异在于，柱状中空导磁物523的截面呈现八边形。同样地，柱状中空导磁物523可以是通过上下分离的两导磁片523a与523b组合而成(如图9A所示)，可以是通过压铸而一体成形(如图9B所示)，或者是由多个导磁片组合而成。此外，圆柱状永久磁铁122与柱状中空导磁物523之间的距离可依据需求进行调整，如图9C与图9D所示，其相关内容可参考前述的柱状中空导磁物123。此外，经由上述的内容可知，本发明并不限制柱状中空导磁物的截面形状，其可依据需求调整外型，并提供相对于圆柱状永久磁铁122具有最短距离(第一距离d1以及第二距离d2)的两部分(第一部分S1以及第二部分S2)。
图10A是图2的磁保持机构于第一稳态的侧视示意图。图10B与图10C是图10A的磁保持机构趋向第一稳态的侧视示意图。请参考图10A至图10C，在本实施例中，由于圆柱状永久磁铁122具有N磁极和S磁极，且第一部分S1在第一距离d1处以及第二部分S2在第二距离d2处(柱状中空导磁物123的上下两端)与圆柱状永久磁铁122之间的吸引力最强，故在第一稳态P1下，圆柱状永久磁铁122的S磁极以及N磁极分别对准柱状中空导磁物123的第一部分S1具有第一距离d1之处以及第二部分S2具有第二距离d2之处，进而位于定位，如图10A所示。柱状中空导磁物123可以通过其吸引力导引圆柱状永久磁铁122位于上述的定位，而使磁保持机构120位于第一稳态P1。当圆柱状永久磁铁122如图10B所示并未位于上述的定位，而使磁保持机构120位于非稳态，例如是圆柱状永久磁铁122的N磁极与S磁极的连线非在y轴上时，受到柱状中空导磁物123吸引的圆柱状永久磁铁122与转轴110会逆时针趋向图10A所示的定位而使磁保持机构120位于第一稳态P1。同样地，当圆柱状永久磁铁122如图10C所示并未位于上述的定位，而使磁保持机构120位于非稳态时，受到柱状中空导磁物123吸引的圆柱状永久磁铁122与转轴110会顺时针趋向图10A所示的定位而使磁保持机构120位于第一稳态P1。
图11A是图2的磁保持机构于第二稳态的侧视示意图。图11B与图11C是图11A的磁保持机构趋向第二稳态的侧视示意图。请参考图11A至图11C，同样地，由于圆柱状永久磁铁122具有N磁极和S磁极，且第一部分S1在第一距离d1处以及第二部分S2在第二距离d2处(柱状中空导磁物123的上下两端)与圆柱状永久磁铁122之间的吸引力最强，故在第二稳态P2下，圆柱状永久磁铁122的S磁极以及N磁极分别对准柱状中空导磁物123的第二部分S2具有第二距离d2之处以及第一部分S1具有第一距离d1之处而位于定位，如图11A所示。柱状中空导磁物123可以通过其吸引力导引圆柱状永久磁铁122位于上述的定位，而使磁保持机构120位于第二稳态P2。当圆柱状永久磁铁122如图11B所示并未位于上述的定位，而使磁保持机构120位于非稳态，例如是圆柱状永久磁铁122的N磁极与S磁极的连线非在y轴上时，受到柱状中空导磁物123吸引的圆柱状永久磁铁122与转轴110会逆时针趋向图11A所示的定位而使磁保持机构120位于第二稳态P2。同样地，当圆柱状永久磁铁122如图11C所示并未位于上述的定位，而使磁保持机构120位于非稳态时，受到柱状中空导磁物123吸引的圆柱状永久磁铁122与转轴110会顺时针趋向图11A所示的定位而使磁保持机构120位于第二稳态P2。
图12A与图12B依序是图3的磁保持机构于第一稳态与第二稳态的示意图。请参考图3、图10与图11，如前所述，在本实施例中，磁保持机构120具有两个稳态，分别为图10A的第一稳态P1与图11A的第二稳态P2。若以在转轴110上配置黑点来表示圆柱状永久磁铁122与转轴110的位置，图12A所示出的黑点对应于柱状中空导磁物123上端的图可视为是磁保持机构120位于第一稳态P1(为对应于图10A)，而图12B所示出的黑点对应于柱状中空导磁物123下端的图可视为是磁保持机构120位于第二稳态P2(为对应于图11A)。更进一步地说，由于圆柱状永久磁铁122包覆在转轴110上，因此当柱状中空导磁物123通过其吸引力导引圆柱状永久磁铁122位于第一稳态P1或第二稳态P2时，转轴110与圆柱状永久磁铁122同步转动，而使位于其上的黑点对应于柱状中空导磁物123的第一部分S1或第二部分S2，如图12A或12B所示。
图13A与图13B是图12A的磁保持机构趋向第一稳态的示意图。图13C与图13D是图12B的磁保持机构趋向第二稳态的示意图。在本实施例中，当磁保持机构120如图13A所示位于非稳态，例如是位于转轴110前端的黑点的初始位置偏离y轴时，由于柱状中空导磁物123的上端与圆柱状永久磁铁122之间的吸引力最强，因此圆柱状永久磁铁122与转轴110会逆时针趋向图12A所示的定位而使磁保持机构120位于第一稳态P1。同样地，当磁保持机构120如图13B所示位于非稳态，例如是位于转轴110前端的黑点的初始位置偏离y轴时，圆柱状永久磁铁122与转轴110会顺时针趋向图12A所示的定位而使磁保持机构120位于第一稳态P1。类似地，当磁保持机构120如图13C所示位于非稳态，例如是位于转轴110前端的黑点的初始位置偏离y轴时，圆柱状永久磁铁122与转轴110会顺时针趋向图12B所示的定位而使磁保持机构120位于第二稳态P2。同样地，当磁保持机构120如图13D所示位于非稳态，例如是位于转轴110前端的黑点的初始位置偏离y轴时，圆柱状永久磁铁122与转轴110会逆时针趋向图12B所示的定位而使磁保持机构120位于第二稳态P2。
基于上述有关磁保持机构120的描述，可以得知，在未施加其他外力或磁场的情况下，圆柱状永久磁铁122可以受到柱状中空导磁物123的导引而位于定位，例如是以S磁极与N磁极分别对准柱状中空导磁物123的第一部分S1具有第一距离d1之处以及第二部分S2具有第二距离d2之处，或是以S磁极以及N磁极分别对准柱状中空导磁物123的第二部分S2具有第二距离d2之处以及第一部分S1具有第一距离d1之处，以使磁保持机构120位于第一稳态P1或者第二稳态P2。换言之，磁保持机构120通过将柱状中空导磁物123设计成扁平状而使柱状中空导磁物123的第一部分S1以及第二部分S2分别具有相对于圆柱状永久磁铁122距离最短的第一距离d1与第二距离d2，而使柱状中空导磁物123可以导引圆柱状永久磁铁122的N磁极与S磁极趋向第一部分S1具有第一距离d1之处与第二部分S2具有第二距离d2之处，进而磁保持机构120位于第一稳态P1或者第二稳态P2，并加强其位于稳态的稳定性。
图14A与图14B依序是图1的双稳态致动器的侧视图与前视图。图15A与图15B依序是图14A与图14B的磁保持机构与部分电磁铁的侧视图与前视图。请参考图14A至图15B，在本实施例中，双稳态致动器102由电磁铁130以及前述的转轴110与磁保持机构120组合而成。电磁铁130包括两柱状导磁物质132a与132b、线圈133以及两第一导磁导引片136a与136b，其中图15A与图15B省略示出图14A与图14B中的线圈133，以清楚表示柱状导磁物质132a与132b的位置与结构。电磁铁130的柱状导磁物质132a与132b例如是杆状的导磁物，分别连接磁保持机构120的柱状中空导磁物123(示出于前述的图)的上下两端。两第一导磁导引片136a与136b分别位于两柱状导磁物质132a与132b上，并分别连接两柱状导磁物质132a与132b。线圈133环绕在两柱状导磁物质132a与132b上，并通过从两端点133a与133b导入不同方向的两电流至电磁铁130的线圈133，而产生作用于圆柱状永久磁铁122的方向相反的两磁场。当线圈133与柱状导磁物质132a与132b之间产生磁场时，第一导磁导引片136a与136b通过导引两磁场而使柱状中空导磁物质123(示出于图12A与图12B)相对于圆柱状永久磁铁122产生磁吸力或磁斥力，其中圆柱状永久磁铁122通过磁吸力或磁斥力而相对于柱状中空导磁物123旋转，并带动转轴110沿z轴顺时针或逆时针旋转，以使磁保持机构120从图12A所示的第一稳态P1转换至图12B所示的第二稳态P2，或从图12B所示的第二稳态P2转换至图12A所示的第一稳态P1。
图16A与图16B依序是本发明另一实施例的磁保持机构与部分电磁铁的侧视图与前视图。请参考图16A与图16B，在本实施例中，电磁铁230的柱状导磁物质232a与232b的位置与结构类似于图15A与图15B所示的电磁铁130的柱状导磁物质132a与132b，其中图16A与图16B省略示出图14A与图14B中的线圈133，以清楚表示柱状导磁物质232a与232b的位置与结构。本实施例的电磁铁230与前述的电磁铁130的主要差异在于，电磁铁230包括四个第一导磁导引片236a至236d。其中，本实施例的第一导磁导引片236a与236b类似于前述的第一导磁导引片136a与136b，分别连接两柱状导磁物质232a与232b。另外，本实施例的第一导磁导引片236c位于磁保持机构120与柱状导磁物质232a之间，而第一导磁导引片236d位于磁保持机构120与柱状导磁物质232b之间。由此可知，本发明通过第一导磁导引片来导引线圈133与柱状导磁物质232a与232b所产生的磁场，以使磁保持机构120转换稳态，且本发明并不限制第一导磁导引片的数量与位置。
图17与图18是本发明其他实施例的双稳态致动器的前视图。请先参考图17，在本实施例中，双稳态致动器102a与前述的图14B的双稳态致动器102的主要差异在于，双稳态致动器102a的电磁铁130a还包括一个第二导磁导引片136c。图14B的电磁铁130的磁场的一端是经由空气传导所产生的磁路，具有高磁阻的问题。因此，本实施例以第二导磁导引片136c连接两第一导磁导引片136a与136b。由于第二导磁导引片136c的导磁系数远高于空气的导磁系数，因此通过配置第二导磁导引片136c，可以使电磁铁130a的磁场的总磁阻大幅下降。据此，第二导磁导引片136c可用以提高电磁铁130a的电磁效率，以降低电磁铁130a驱动磁保持机构120转换稳态所需的电能转态驱动力。同样地，在图18的实施例中，双稳态致动器102b与前述的图14B的双稳态致动器102以及图17的双稳态致动器102a的主要差异在于，双稳态致动器102b的电磁铁130b还包括两个第二导磁导引片136c与136d。第二导磁导引片136c与136d分别连接两第一导磁导引片136a与136b，且同样可用以提高电磁铁130b的电磁效率，以降低电磁铁130b驱动磁保持机构120转换稳态所需的电能转态驱动力。由此可知，本发明并不限制第二导磁导引片的数量与位置。
图19A与图19B依序是图17的双稳态致动器于第一稳态与第二稳态的前视图。请参考图19A与图19B，在本实施例中，若以在转轴110上配置黑点来表示转轴110与磁保持机构120的位置，图19A所示出的黑点对应于磁保持机构120上端的图可视为磁保持机构120位于第一稳态P1(为对应于图10A与图12A)，而图19B所示出的黑点对应于磁保持机构120下端的图可视为是磁保持机构120位于第二稳态P2(为对应于图11A与图12B)。如前所述，线圈133通过从两端点133a与133b导入不同方向的两电流至电磁铁130的线圈133，而产生方向相反的两磁场，而第一导磁导引片136a与136b通过导引两磁场而使磁保持机构120的柱状中空导磁物123(示出于图12A与图12B)相对于圆柱状永久磁铁122产生磁吸力或磁斥力，以使磁保持机构120转换稳态，例如是使磁保持机构120从图19A所示的第一稳态P1转换成图19B所示的第二稳态P2，或者使磁保持机构120从图19B所示的第二稳态P2转换成图19A所示的第一稳态P1。
图20A至图20D依序是本发明另一实施例的双稳态致动器的前视图、磁保持机构与部分电磁铁的前视图以及双稳态致动器于第一稳态与第二稳态的前视图。请先参考图20A与图20B，在本实施例中，双稳态致动器102c与图14B的双稳态致动器102的主要差异在于，双稳态致动器102c的电磁铁130c只有一个柱状导磁物质132c，其中柱状导磁物质132c位于磁保持机构120的侧边，且两第一导磁导引片136a与136b配置在磁保持机构120上。详细而言，柱状导磁物质132c位于磁保持机构120的侧边，并通过配置在磁保持机构120上的两第一导磁导引片136a与136b而连接磁保持机构120的上下两端。两第一导磁导引片136a与136b分别连接柱状导磁物质132c的两端。线圈133环绕在柱状导磁物质132c上，并通过从两端点133a与133b导入电流而产生磁场。第一导磁导引片136a与136b通过导引磁场而使磁保持机构120转换稳态。请参考图20C与图20D，在本实施例中，若以在转轴110上配置黑点来表示转轴110与磁保持机构120的位置，图20C所示出的黑点对应于磁保持机构120上端的图可视为是磁保持机构120位于第一稳态P1，而图20D所示出的黑点对应于磁保持机构120下端的图可视为是磁保持机构120位于第二稳态P2。如前所述，线圈133通过从两端点133a与133b导入电流而产生磁场，而第一导磁导引片136a与136b通过导引磁场而使磁保持机构120转换稳态，例如是使磁保持机构120从图20C所示的第一稳态P1转换成图20D所示的第二稳态P2，或者使磁保持机构120从图20D所示的第二稳态P2转换成图20C所示的第一稳态P1。
图21A至图21D依序是本发明另一实施例的双稳态致动器的侧视图、磁保持机构与部分电磁铁的侧视图以及双稳态致动器于第一稳态与第二稳态的侧视图。请先参考图21A与图21B，在本实施例中，双稳态致动器102d与图14A的双稳态致动器102的主要差异在于，双稳态致动器102d的电磁铁130d只有一个柱状导磁物质132d，其中柱状导磁物质132d位于磁保持机构120的后方，且两第一导磁导引片136a与136b配置在磁保持机构120上。详细而言，柱状导磁物质132d位于磁保持机构120的后方，并通过配置在磁保持机构120上的两第一导磁导引片136a与136b而连接磁保持机构120的上下两端。两第一导磁导引片136a与136b分别连接柱状导磁物质132d的两端。线圈133环绕在柱状导磁物质132d上，并通过从两端点133a与133b导入电流而产生磁场。第一导磁导引片136a与136b通过导引磁场而使磁保持机构120转换稳态。请参考图21C与图21D，在本实施例中，若以在转轴110上配置黑点来表示转轴110与磁保持机构120的位置，图21C所示出的黑点对应于磁保持机构120上端的图可视为是磁保持机构120位于第一稳态P1，而图21D所示出的黑点对应于磁保持机构120下端的图可视为是磁保持机构120位于第二稳态P2。如前所述，线圈133通过从两端点133a与133b导入两电流而产生磁场，而第一导磁导引片136a与136b通过导引磁场而使磁保持机构120转换稳态，例如是使磁保持机构120从图21C所示的第一稳态P1转换成图21D所示的第二稳态P2，或者使磁保持机构120从图21D所示的第二稳态P2转换成图21C所示的第一稳态P1。此外，上述的双稳态致动器102与102b也具有转换稳态的特征，其过程可参考上述的双稳态致动器102a、102c与102d，在此不多加赘述。
基于上述的各种变化例，本发明的双稳态继电器可依据需求调整双稳态致动器中的电磁铁的组成，例如是调整柱状导磁物质与第一导磁导引片的数量与位置，也可依据需求而选择性地配置第二导磁导引片，以通过在线圈133上导入不同方向的两电流产生不同磁性的磁场而使磁保持机构120转换稳态。由于本发明的双稳态继电器中的磁保持机构120具有两个稳态(第一稳态P1与第二稳态P2)，且磁保持机构120在转换稳态的过程中可以通过其圆柱状永久磁铁122带动其所包覆的转轴110同步旋转。据此，本发明的双稳态致动器可通过柱状中空导磁物与圆柱状永久磁铁之间的吸引力而具有良好的磁保持效率，以加强双稳态继电器定位于稳态的稳定性，并通过第一导磁导引片、第二导磁导引片来提高电磁铁的电磁转态效能，来降低磁保持机构120转态所需的电能。
图22A至图22C依序是图1的双稳态致动器与部分撞击***的组合图、于第一稳态与第二稳态的示意图。图23是图22A的凸榫与转轴的组合示意图。请先参考图22A与图23，在本实施例中，撞击***160(示出于图1)连接双稳态致动器102的转轴110，其中撞击***160包括敲击头162以及移动轨迹导引器163。敲击头162配置在转轴110的一端(例如是转轴110的前端)。敲击头162的材质为电绝缘物质。因此，若在其他实施例中，转轴110本身采用电绝缘物质，则撞击***160可以省略敲击头162，而直接以转轴110的端点代替敲击头162即可。移动轨迹导引器163连接转轴110。移动轨迹导引器163包括凸榫163a，垂直配置在转轴110上并穿入转轴110，如图23所示。凸榫163a位于敲击头162与双稳态致动器102之间，当双稳态致动器102内的磁保持机构120通过电磁铁130而转换稳态并带动转轴110同步转动时，凸榫163a也随着转轴110同步转动。同样地，在本实施例中，若以凸榫163a上的黑点来表示转轴110的位置，图22B所示出的黑点旋转至转轴110下方的位置可视为是磁保持机构120位于第一稳态P1，而图22C所示出的黑点旋转至转轴110上方的位置可视为是磁保持机构120位于第二稳态P2。通过电磁铁130所产生的磁场，转轴110与凸榫163a可以随着磁保持机构120转换稳态而移动，例如是从图22B转换至图22C，或者是从图22C转换至图22B。
图24A与图24B是依序图1的双稳态致动器与撞击***于第一稳态的侧视图与前视图。图25A与图25B依序是图1的双稳态致动器与撞击***于第二稳态的侧视图与前视图。图26是图24A至图25B的圆柱环面的展开图。请参考图24A至图26，在本实施例中，移动轨迹导引器163还包括圆柱环面163b。圆柱环面163b包围部分转轴110以及凸榫163a。圆柱环面163b具有开孔163c，用以提供移动轨迹S。凸榫163a位于开孔163c内，并沿移动轨迹S移动。开孔163c的位置请参考图26，其中由于本实施例的凸榫163a垂直穿入转轴110，且凸榫163a的两端都伸出转轴110外，故凸榫163a的两端都需通过对应的开孔163c而移动。此外，在本实施例中，开孔163c所构成的移动轨迹S所在的平面与图24B或图25B中的xy平面不平行，或者说是以xy平面为基准而相对于y轴前倾。因此，移动轨迹导引器163的凸榫163a与圆柱环面163b可用以将转轴110沿径向切线旋转的旋转量转换成沿轴向移动的位移量，例如是可以在转轴110沿z轴旋转时引导转轴110沿z轴移动，其中连接转轴110的凸榫163a沿移动轨迹S在开孔163c内移动，且凸榫163a在随着转轴110同步旋转的过程中同时沿z轴往前后移动，进而带动转轴110沿z轴往前后移动。
以图24A的凸榫163a与图24B的凸榫163a黑点所在的位置为第一稳态P1，而图25A的凸榫163a与图25B的凸榫163a黑点所在的位置为第二稳态P2作为举例说明。请先参考图24A与图24B，在本实施例中，双稳态致动器102可通过在电磁铁130导入第一种极性电压或等效电流，而使转轴110从第一稳态P1转换至第二稳态P2，也就是图24B中的凸榫163a上的黑点顺时针由下往上旋转至图25B的位置。之后，即使施加在电磁铁130的第一种极性电压或等效电流断电或停止，凸榫163a的黑点位置还是会稳定地固定在图25B的位置。在图25B中，虽然凸榫163a上的黑点所在的位置代表磁保持机构120并非处于如图22C所示的稳态，但磁保持机构120仍具有一个驱使转轴110带动凸榫163a朝向图22C所示的位置沿顺时针转动的磁吸力或磁斥力。因此，转轴110可以通过圆柱环面163b的开孔163c与凸榫163a之间的限制而使转轴110固定于图25B所示的位置。换言之，在通过电磁铁130的磁场而转换稳态之后，磁保持机构120还可以通过磁吸力或磁斥力来加强转轴110位于定位的稳定性。
同样地，请参考图25A与图25B，双稳态致动器102可通过在电磁铁130导入第二种极性电压或等效电流，而使转轴110从第二稳态P2转换至第一稳态P1，也就是图25B中的凸榫163a上的黑点逆时针由上往下旋转至图24B的位置。之后，即使施加在电磁铁130的第二种极性电压或等效电流断电或停止，凸榫163a的黑点还是会稳定地固定在图24B的位置。在图24B中，虽然凸榫163a上的黑点所在的位置代表磁保持机构120并非处于如图22B所示的稳态，但磁保持机构120仍具有一个驱使转轴110带动凸榫163a朝向图22B所示的沿逆时针旋转的磁吸力或磁斥力。因此，转轴110可以通过圆柱环面163b的开孔163c与凸榫163a之间的限制而使转轴110固定于图24B所示的位置。换言之，在通过电磁铁130的磁场而转换稳态之后，磁保持机构120还可以通过磁吸力或磁斥力来加强转轴110位于定位的稳定性。
在转轴110与凸榫163a转动的过程中，圆柱环面163b提供移动轨迹S，以将转轴110沿z轴旋转的旋转量转换成沿z轴前后移动的位移量。因此，当转轴110通过双稳态致动器102内的磁保持机构120与电磁铁130而转换于第一稳态P1与第二稳态P2时，位于转轴110上的敲击头162与转轴110同步旋转，并可如图25A所示沿z轴往前伸出，或如图24A所示沿z轴往后缩回。此时，将接触***150(示出于图1)配置于撞击***160的敲击头162上，即可使敲击头162沿轴向相对于接触***150移动而接近或远离接触***150，以通过敲击头162沿轴向伸出或缩回而改变接触***150连通或切断。
图27A与图27B依序是本发明另一实施例的双稳态致动器与撞击***于第一稳态与第二稳态的前视图。图28是图27A与图27B的凸榫与转轴的组合示意图。图29是图27A与图27B的圆柱环面的展开图。请参考图27A至图29，在本实施例中，移动轨迹导引器166与前述的移动轨迹导引器163的主要差异在于，移动轨迹导引器166的凸榫166a垂直配置在转轴110上，但未穿过转轴110。换言之，凸榫166a只有一端突出于转轴110上，如图28所示。因此，移动轨迹导引器166的圆柱环面166b只需配置一个开孔166c，如图29所示。移动轨迹导引器166同样可以提供移动轨迹S，其中凸榫166a穿入开孔166c而沿移动轨迹S移动，且转轴110通过电磁铁130与磁保持机构120(示出于图25A)而转换至第一稳态P1或第二稳态P2，如图27A与图27B所示。此时，转轴110与敲击头162同样能通过移动轨迹导引器166的导引而沿轴向(例如是前述的z轴)移动。
图30A与图30B依序是图1的双稳态继电器于第一稳态与第二稳态的侧视图。请参考图30A与图30B，在本实施例中，双稳态继电器100的接触***150连接撞击***160，并具有至少二接触点，例如是固定接触点152与移动接触点153。具体而言，本实施例的双稳态继电器还包括基壳，其中基壳可以是任何型态的承载构件，例如是基板、机箱或图35所示出的基壳202，而双稳态致动器102、撞击***160与接触***150配置于基壳上。接触***150包括固定接触点152、移动接触点153、固定金属片156与移动金属片158。固定接触点152通过固定金属片156固定在基壳上(例如是固定在基壳的侧壁上)。移动接触点153通过移动金属片158配置在敲击头162上。在双稳态致动器102的磁保持机构120通过电磁铁130而从第一稳态P1转换至第二稳态P2，或从第二稳态P2转换至第一稳态P1的过程中，转轴110通过与磁保持机构120同步旋转而带动撞击***160相对于接触***150移动，以使接触点(固定接触点152与移动接触点153)彼此接触或断开。换言之，由于本实施例的转轴110通过撞击***160的移动轨迹导引器163而沿z轴伸出或缩回，以使敲击头162可以沿z轴相对于接触***150移动而接近或远离接触***150，因此配置于敲击头162上的移动接触点153可相对于固定接触点152移动。由此可知，在本实施例中，通过敲击头162带动移动金属片158和移动接触点153远离固定接触点152，可以使移动接触点153断开固定接触点152。相对地，通过敲击头162带动移动金属片158和移动接触点153靠近固定接触点152，可以使移动接触点153接触固定接触点152。
更进一步地说，当凸榫163a沿移动轨迹S移动并引导转轴110沿z轴移动，而使敲击头162接近固定接触点152时，移动接触点153适于接触固定接触点152，如图30A至图30B所示。当凸榫163a沿移动轨迹S移动并引导转轴110沿z轴移动，而使敲击头162远离固定接触点152时，移动接触点153适于断开固定接触点152，如图30B至图30A所示。据此，本实施例的双稳态继电器100通过前述的电磁铁130所产生的磁场而使磁保持机构120转换稳态，以使磁保持机构120转换于第一稳态P1或第二稳态P2，并同步带动转轴110旋转，其中第一稳态P1例如是对应于图30A所示的接触***150的接触点彼此断开，而第二稳态P2例如是对应于图30B所示的接触***150的接触点彼此接触。据此，可以使双稳态继电器100切换于切断或导通电路的两种状态之间。此外，通过磁保持机构120中的柱状中空导磁物123相对于圆柱状永久磁铁122产生的封闭磁吸力，可以使磁保持机构120位于稳态并加强其固定力，进而提高接触***150中的固定接触点152与移动接触点153之间的接触可靠度。
图31A与图31B是本发明其他实施例的双稳态继电器于第一稳态与第二稳态的侧视图。请参考图31A与图31B，在本实施例中，双稳态继电器100a与前述的双稳态继电器100的主要差异在于，双稳态继电器100a的接触***150a包括两固定接触点152a与152b、两移动接触点153a与153b、两固定金属片156a与156b与两移动金属片158a与158b。固定接触点152a与152b分别通过固定金属片156a与156b固定在未示出的基壳上。移动接触点153a与153b分别通过移动金属片158a与158b配置在敲击头162上，其中移动接触点153a与153b分别对应于固定接触点152a与152b。同样地，本实施例的双稳态继电器100a也可通过前述的电磁铁130使磁保持机构120转换稳态，以使转轴110通过与磁保持机构120同步旋转而带动敲击头162沿z轴伸出或缩回，以相对于接触***150a移动而使固定接触点152a与152b与移动接触点153a彼此接近或远离。因此，接触***150a通过转轴110与磁保持机构120转换于第一稳态P1(如图31A所示)与第二稳态P2(如图31B所示)而彼此断开或接触。据此，双稳态继电器100a可切换于切断或导通电路的两种状态之间。
图32A与图32B是本发明其他实施例的双稳态继电器于第一稳态与第二稳态的侧视图。请参考图32A与图32B，在本实施例中，双稳态继电器100b与前述的双稳态继电器100与100a的主要差异在于，双稳态继电器100b的接触***150b包括三个固定接触点152a至152c、三个移动接触点153a至153c、三个固定金属片156a至156c与三个移动金属片158a至158c。固定接触点152a至152c分别通过固定金属片156a至156c固定在未示出的基壳上。移动接触点153a至153c分别通过移动金属片158a至158c配置在敲击头162上，其中移动接触点153a至153c分别对应于固定接触点152a至152c。同样地，本实施例的双稳态继电器100b也可通过前述的电磁铁130使磁保持机构120转换稳态，以使接触***150b通过转轴110与磁保持机构120转换于第一稳态P1(如图32A所示)与第二稳态P2(如图32B所示)而彼此断开或接触。据此，双稳态继电器100b可切换于切断或导通电路的两种状态之间。此外，由上述的双稳态继电器100至100b可知，本发明并不限制接触***中的接触点的数量。
图33A与图33B是本发明其他实施例的双稳态继电器于第一稳态与第二稳态的侧视图。请参考图33A与图33B，在本实施例中，双稳态继电器100c与前述的双稳态继电器100的主要差异在于，双稳态继电器100c的接触***150c包括固定接触点152、移动接触点153、固定金属片156与弹性金属片159。固定接触点152通过固定金属片156固定在未示出的基壳上。移动接触点153配置在弹性金属片159上，且弹性金属片159对应于敲击头162。本实施例的双稳态继电器100c也可通过前述的电磁铁130使磁保持机构120转换稳态，以使接触***150c通过转轴110与磁保持机构120转换于第一稳态P1(如图33A所示)与第二稳态P2(如图33B所示)而彼此断开或接触。更进一步地说，当凸榫163a沿移动轨迹S移动并引导转轴110沿z轴移动，而使敲击头162接近固定接触点152时，位于弹性金属片159上的移动接触点153适于接触固定接触点152，如图33A至图33B所示。相对地，当凸榫163a沿移动轨迹S移动并引导转轴110沿z轴移动，而使敲击头162远离固定接触点152时，位于弹性金属片159上的移动接触点153通过弹性金属片159的恢复力而远离固定接触点152，以使移动接触点153适于断开固定接触点152，如图33B至图33A所示。据此，双稳态继电器100c可切换于导通或切断电路的两种状态之间。
图34A与图34B是本发明其他实施例的双稳态继电器于第一稳态与第二稳态的侧视图。请参考图34A与图34B，在本实施例中，双稳态继电器100d与前述的双稳态继电器100的主要差异在于，双稳态继电器100d采用了图21A所述的双稳态致动器102d。双稳态致动器102d包括转轴110、磁保持机构120与电磁铁130d，其结构可参考前述内容，再此不多加赘述。由于双稳态致动器102d的电磁铁130d同样可以通过导入电流而产生磁场，因此本实施例的双稳态继电器100d也可通过电磁铁130d使磁保持机构120转换稳态，以使转轴110带动敲击头162相对于接触***150移动，而使固定接触点152与移动接触点153彼此接近或远离。据此，双稳态继电器100d可切换于导通或切断电路的两种状态之间。基于上述，本发明提供了多种双稳态致动器、磁保持机构、电磁铁、撞击***与接触***的变化例，因此本发明的双稳态继电器可依据需求调整选用上述的各构件。举例而言，前述的双稳态继电器100至100c中的双稳态致动器102也可以改用双稳态致动器102a至102c，而改变电磁铁的种类。或者，前述的双稳态继电器100d中的接触***150也可以改用接触***150a至150c。本发明并不限于上述的实施方式。由于本发明的双稳态致动器可通过柱状中空导磁物与圆柱状永久磁铁之间的吸引力而具有良好的磁保持效率与封闭性低磁阻的高效磁路，以加强双稳态继电器定位于一稳态的稳定性，故当双稳态致动器应用于双稳态继电器时，在磁保持机构转换稳态的过程中，转轴通过磁保持机构同步旋转而带动双稳态继电器的撞击***相对于接触***移动，以使接触点彼此接触或断开。据此，本发明的双稳态继电器通过高效的磁保持磁路，可提高其接触***的接触可靠度。
图35是本发明另一实施例的双稳态继电器的示意图。请参考图35，在本实施例中，双稳态继电器200同样包括转轴110、磁保持机构120与电磁铁130，其中转轴110、磁保持机构120与电磁铁130组合成双稳态致动器102。有关双稳态致动器102中的转轴110、磁保持机构120与电磁铁130的叙述可参考前述内容，且双稳态继电器200的磁保持机构120与电磁铁130可以依据需求更换为前述的各种磁保持机构与电磁铁的变化例，在此不多加赘述。双稳态继电器200与双稳态继电器100的主要差异在于，双稳态继电器200包括撞击***260与接触***250。具体而言，撞击***260包括旋转臂262、敲击头263以及旋转阻隔器266。旋转臂262配置在转轴110的一端。当转轴110通过磁保持机构120与电磁铁130而旋转时，转轴110可带动旋转臂262同步旋转。敲击头263配置在旋转臂262上。当旋转臂262与转轴110同步旋转时，旋转臂262可带动敲击头263相对于接触***250移动而接近或远离接触***250。旋转阻隔器266配置在旋转臂262的一侧，用以限制旋转臂262的转动角度小于180°。
另一方面，本实施例的接触***250连接撞击***260，且具有两接触点，其中接触点包括固定接触点252与移动接触点253。更进一步地说，在本实施例中，双稳态继电器200也可依据需求配置基壳202，而双稳态致动器102、撞击***260与接触***250配置在基壳202上。接触***250包括固定接触点252、移动接触点253、固定金属片256与弹性金属片258。固定接触点252通过固定金属片256而固定在基壳202上。移动接触点253配置在弹性金属片258上并对应于敲击头263，且弹性金属片258固定在基壳202上。同样地，双稳态继电器200的转轴110也可以通过磁保持机构120与电磁铁130而转换稳态，以使旋转臂262通过与转轴110同步旋转而带动敲击头263接近或远离接触***250。因此，当敲击头263通过旋转臂262的带动而推动弹性金属片258时，位于弹性金属片258上的移动接触点253适于接触固定接触点252。相对地，当敲击头263通过旋转臂262的带动而远离弹性金属片258时，位于弹性金属片258上的移动接触点253通过弹性金属片258的恢复力而远离固定接触点252，以使移动接触点253适于断开固定接触点252。据此，虽然双稳态继电器200的撞击***260的作动方式与前述的双稳态继电器100至100d的撞击***160的作动方式不相同，但双稳态继电器200也同样具有切换于导通或切断电路的两种状态之间的功效。
综上所述，本发明的双稳态致动器的磁保持机构具有相对的两稳态，且磁保持机构通过使柱状中空导磁物的第一部分与第二部分分别具有相对于圆柱状永久磁铁距离最短的第一距离与第二距离，以使柱状中空导磁物导引圆柱状永久磁铁趋向第一部分具有第一距离之处与第二部分具有第二距离之处，进而使柱状中空导磁物适于导引圆柱状永久磁铁旋转至其中一稳态。再者，本发明的双稳态致动器通过电磁铁所产生的磁场而使磁保持机构转换稳态，且转轴与磁保持机构同步旋转。据此，本发明的双稳态致动器可通过柱状中空导磁物与圆柱状永久磁铁之间的吸引力而具有良好的磁保持效率与封闭性低磁阻的高效磁路，以加强双稳态继电器定位于稳态的稳定性。此外，当双稳态致动器应用于双稳态继电器时，在磁保持机构转换稳态的过程中，转轴通过磁保持机构同步旋转，进而带动撞击***的敲击头相对于接触***移动，以使接触点彼此接触或断开。如此，本发明的双稳态继电器可用以连通或切断电路，并通过双稳态致动器的柱状中空导磁物与圆柱状永久磁铁之间的吸引力而提升磁保持效率，以加强双稳态继电器定位于稳态的稳定性，进而提高其接触***的接触可靠度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (20)

1.一种双稳态继电器，其特征在于，包括：
双稳态致动器，包括：
磁保持机构，适于在第一稳态以及第二稳态之间操作，该磁保持机构包括：
转轴，沿轴向设置；
圆柱状永久磁铁，包覆在该转轴上，并且包括至少一N磁极和至少一S磁极；以及
柱状中空导磁物，环绕该圆柱状永久磁铁，并且与该圆柱状永久磁铁保持间隙，该间隙随该柱状中空导磁物的内侧表面不同位置而改变，并用来导引该圆柱状永久磁铁旋转至稳态位置，该柱状中空导磁物包括第一部分以及第二部分，分别位于该圆柱状永久磁铁的相对两侧，其中在相对于该轴向的径向上，该第一部分以及该第二部分分别与该圆柱状永久磁铁具有第一距离以及第二距离，且该第一距离为该柱状中空导磁物在该第一部分相对于该圆柱状永久磁铁之间的最短距离，该第二距离为该柱状中空导磁物在该第二部分相对于该圆柱状永久磁铁之间的最短距离，其中在该第一稳态下，该圆柱状永久磁铁的该S磁极以及该N磁极分别对准该柱状中空导磁物的该第一部分以及该第二部分，且在该第二稳态下，该圆柱状永久磁铁的该S磁极以及该N磁极分别对准该柱状中空导磁物的该第二部分以及该第一部分；以及
两轴承，被该圆柱状永久磁铁包覆的该转轴通过该两轴承的支撑而摆放至该柱状中空导磁物的内侧中；以及
电磁铁，连接该柱状中空导磁物，并通过导入不同方向的两电流至该电磁铁，而产生作用于该圆柱状永久磁铁的方向相反的两磁场，以驱动该圆柱状永久磁铁带动该转轴顺时针或逆时针旋转，以使该磁保持机构从该第一稳态转换至该第二稳态，或从该第二稳态转换至该第一稳态；
撞击***，连接该双稳态致动器的该转轴；
接触***，连接该撞击***，并具有至少二接触点，在该双稳态致动器的该磁保持机构从该第一稳态转换至该第二稳态，或从该第二稳态转换至该第一稳态的过程中，该转轴通过与该磁保持机构同步旋转而带动该撞击***相对于该接触***移动，以使该些接触点彼此接触或断开；以及
基壳，该双稳态致动器、该撞击***与该接触***配置于该基壳上。
2.根据权利要求1所述的双稳态继电器，其特征在于，该电磁铁包括：
至少一柱状导磁物质，连接该柱状中空导磁物；以及
线圈，环绕在该柱状导磁物质上，并通过导入不同方向的该两电流至该线圈而产生该两磁场，该两磁场使该圆柱状永久磁铁产生磁吸力或磁斥力，其中该圆柱状永久磁铁通过该磁吸力或该磁斥力而相对于该柱状中空导磁物旋转，以使该磁保持机构从该第一稳态转换至该第二稳态，或从该第二稳态转换至该第一稳态。
3.根据权利要求2所述的双稳态继电器，其特征在于，该电磁铁还包括至少一第一导磁导引片，位于该柱状导磁物质上，并连接该柱状导磁物质，用以通过导引该两磁场而使该柱状中空导磁物质相对于该圆柱状永久磁铁产生该磁吸力或该磁斥力，其中该圆柱状永久磁铁通过该磁吸力或该磁斥力而相对于该柱状中空导磁物旋转，以使该磁保持机构从该第一稳态转换至该第二稳态，或从该第二稳态转换至该第一稳态。
4.根据权利要求3所述的双稳态继电器，其特征在于，该电磁铁还包括：
至少一第二导磁导引片，连接该第一导磁导引片，用以提高该电磁铁的电磁效率，以降低该第一导磁导引片驱动该磁保持机构所需的电能转态驱动力。
5.根据权利要求1所述的双稳态继电器，其特征在于，该柱状中空导磁物通过压铸而一体成形，或者通过分离的多个导磁片组合而成。
6.根据权利要求1所述的双稳态继电器，其特征在于，该柱状中空导磁物通过上下分离的两导磁片组合而成，且上下分离的该两导磁片的两旁具有间隙。
7.根据权利要求1所述的双稳态继电器，其特征在于，该撞击***包括：
旋转臂，配置在该转轴的一端；
敲击头，配置在该旋转臂上，其中该旋转臂与该转轴同步旋转，并带动该敲击头相对于该接触***移动而接近或远离该接触***，以使该些接触点彼此接触或断开；以及
旋转阻隔器，配置在该旋转臂的一侧，用以限制该旋转臂的转动角度小于180°。
8.根据权利要求7所述的双稳态继电器，其特征在于，该些接触点包括：
至少一固定接触点，固定在基壳上；以及
至少一移动接触点，配置在弹性金属片上并对应于该敲击头，且该弹性金属片固定在该基壳上，其中当该敲击头通过该旋转臂的带动而推动该弹性金属片时，位于该弹性金属片上的该移动接触点适于接触该固定接触点，而当该敲击头通过该旋转臂的带动而远离该弹性金属片时，位于该弹性金属片上的该移动接触点通过该弹性金属片的恢复力而远离该固定接触点，以使该移动接触点适于断开该固定接触点。
9.根据权利要求1所述的双稳态继电器，其特征在于，该撞击***包括：
敲击头，配置在该转轴的一端；以及
移动轨迹导引器，连接该转轴，以将该转轴沿径向切线旋转的旋转量转换成沿该轴向移动的位移量，其中该敲击头与该转轴同步旋转，并沿该轴向相对于该接触***移动而接近或远离该接触***，以使该些接触点彼此接触或断开。
10.根据权利要求9所述的双稳态继电器，其特征在于，该移动轨迹导引器包括：
凸榫，垂直配置在该转轴上；以及
圆柱环面，具有至少一开孔，用以提供移动轨迹，而该凸榫位于该开孔内，并沿该移动轨迹移动，以在该转轴沿该轴向旋转时引导该转轴沿该轴向移动。
11.根据权利要求9所述的双稳态继电器，其特征在于，该些接触点包括：
至少一固定接触点，固定在基壳上；以及
至少一移动接触点，配置在该敲击头上，其中当该敲击头接近该固定接触点时，该移动接触点适于接触该固定接触点，而当该敲击头远离该固定接触点时，该移动接触点适于断开该固定接触点。
12.根据权利要求10所述的双稳态继电器，其特征在于，该接触点包括：
至少一固定接触点，固定在基壳上；以及
至少一移动接触点，配置在该敲击头上，其中当该凸榫沿该移动轨迹移动并引导该转轴沿该轴向移动，而使该敲击头接近该固定接触点时，该移动接触点适于接触该固定接触点，而当该凸榫沿该移动轨迹移动并引导该转轴沿该轴向移动，而使该敲击头远离该固定接触点时，该移动接触点适于断开该固定接触点。
13.根据权利要求9所述的双稳态继电器，其特征在于，该接触点包括：
至少一固定接触点，固定在基壳上；以及
至少一移动接触点，配置在弹性金属片上，且该弹性金属片对应于该敲击头，其中当该敲击头接近该固定接触点时，该移动接触点适于接触该固定接触点，而当该敲击头远离该固定接触点时，该移动接触点通过该弹性金属片的恢复力而远离该固定接触点，以使该移动接触点适于断开该固定接触点。
14.根据权利要求10所述的双稳态继电器，其特征在于，该接触点包括：
至少一固定接触点，固定在基壳上；以及
至少一移动接触点，配置在弹性金属片上，且该弹性金属片对应于该敲击头，其中当该凸榫沿该移动轨迹移动并引导该转轴沿该轴向移动，而使该敲击头接近该固定接触点时，该移动接触点适于接触该固定接触点，而当该凸榫沿该移动轨迹移动并引导该转轴沿该轴向移动，而使该敲击头远离该固定接触点时，该移动接触点通过该弹性金属片的恢复力而远离该固定接触点，以使该移动接触点适于断开该固定接触点。
15.一种双稳态致动器，其特征在于，包括：
磁保持机构，适于在第一稳态以及第二稳态之间操作，该磁保持机构包括：
转轴，沿轴向设置；
圆柱状永久磁铁，包覆在该转轴上，并且包括至少一N磁极和至少一S磁极；以及
柱状中空导磁物，环绕该圆柱状永久磁铁，并且与该圆柱状永久磁铁保持间隙，该间隙随该柱状中空导磁物的内侧表面不同位置而改变，并用来导引该圆柱状永久磁铁旋转至稳态位置，该柱状中空导磁物包括第一部分以及第二部分，分别位于该圆柱状永久磁铁的相对两侧，其中在相对于该轴向的径向上，该第一部分以及该第二部分分别与该圆柱状永久磁铁具有第一距离以及第二距离，且该第一距离为该柱状中空导磁物在该第一部分相对于该圆柱状永久磁铁之间的最短距离，该第二距离为该柱状中空导磁物在该第二部分相对于该圆柱状永久磁铁之间的最短距离，其中在该第一稳态下，该圆柱状永久磁铁的该S磁极以及该N磁极分别对准该柱状中空导磁物的该第一部分以及该第二部分，且在该第二稳态下，该圆柱状永久磁铁的该S磁极以及该N磁极分别对准该柱状中空导磁物的该第二部分以及该第一部分；以及
两轴承，被该圆柱状永久磁铁包覆的该转轴通过该两轴承的支撑而摆放至该柱状中空导磁物的内侧中；以及
电磁铁，连接该柱状中空导磁物，并通过导入不同方向的两电流至该电磁铁，而产生作用于该圆柱状永久磁铁的方向相反的两磁场，以驱动该圆柱状永久磁铁带动该转轴顺时针或逆时针旋转，以使该磁保持机构从该第一稳态转换至该第二稳态，或从该第二稳态转换至该第一稳态。
16.根据权利要求15所述的双稳态致动器，其特征在于，该电磁铁包括：
至少一柱状导磁物质，连接该柱状中空导磁物；以及
线圈，环绕在该柱状导磁物质上，并通过导入不同方向的该两电流至该线圈而产生该两磁场，该两磁场使该圆柱状永久磁铁产生磁吸力或磁斥力，其中该圆柱状永久磁铁通过该磁吸力或该磁斥力而相对于该柱状中空导磁物旋转，以使该磁保持机构从该第一稳态转换至该第二稳态，或从该第二稳态转换至该第一稳态。
17.根据权利要求16所述的双稳态致动器，其特征在于，该电磁铁还包括至少一第一导磁导引片，位于该柱状导磁物质上，并连接该柱状导磁物质，用以通过导引该两磁场而使该柱状中空导磁物质相对于该圆柱状永久磁铁产生该磁吸力或该磁斥力，其中该圆柱状永久磁铁通过该磁吸力或该磁斥力而相对于该柱状中空导磁物旋转，以使该磁保持机构从该第一稳态转换至该第二稳态，或从该第二稳态转换至该第一稳态。
18.根据权利要求17所述的双稳态致动器，其特征在于，该电磁铁还包括：
至少一第二导磁导引片，连接该第一导磁导引片，用以提高该电磁铁的电磁效率，以降低该第一导磁导引片驱动该磁保持机构所需的电能转态驱动力。
19.根据权利要求15所述的双稳态致动器，其特征在于，该柱状中空导磁物通过压铸而一体成形，或者通过分离的多个导磁片组合而成。
20.根据权利要求15所述的双稳态致动器，其特征在于，该柱状中空导磁物通过上下分离的两导磁片组合而成，且上下分离的该两导磁片的两旁具有间隙。
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