CN106531565B - 一种节能型且可能量收集的双稳态电磁继电器 - Google Patents

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Abstract

一种节能型且可能量收集的双稳态电磁继电器，属于电磁继电器领域。所述的低压电源的两极分别连接双刀双掷开关的静触点一和静触点二电连接，所述的双刀双掷开关的动触点一和动触点二分别与电磁线圈的两端电连接，双刀双掷开关的静触点一与静触点三电连接，双刀双掷开关的静触点二与静触点四电连接，双稳态层板设置在电磁线圈的正上方，所述的永磁铁固定在双稳态层板的下表面，所述的多个压电陶瓷片固定在双稳态层板的上表面，所述的两个触点固定在双稳态层板下表面的另一端。本发明利用双稳态层板的两种稳定构型实现电磁继电器开关功能，在接通或断开工作电路中不需要低压电源持续维持能量，具有结构简单、功耗低、稳定性、重量轻的特点。

Description

一种节能型且可能量收集的双稳态电磁继电器
技术领域
本发明涉及一种双稳态电磁继电器，属于电磁继电器领域。
背景技术
电磁继电器在自动控制***及电子设备中有着广泛的应用，是自动控制***中的重要元件之一。目前，几乎所有电磁继电器主体均由电磁机构和接点结构构成，其接点动作和状态均由电磁铁驱动和保持，电磁铁在吸合或释放状态下还要保持通电，功耗较大，且线圈容易发热易出现安全隐患。
为改进单稳态继电器上述缺点，各种双稳态继电器应运而生。目前的双稳态继电器主要依靠附加永久磁铁提供吸力维持接通和分段状态。如公开号为CN 105023810A的发明专利申请公开了“一种带永磁双稳态拍合式电磁继电器”，公开号为CN 105161370A的发明专利申请公开了“一种新型带永磁双稳态拍合式电磁继电器”，利用永磁铁提高了吸和和释放稳态位置的保持力，提高了继电器的可靠性。但需要附加扼铁、衔铁、永磁铁等。公告号为CN204857593U的实用新型专利公开了“大触头开距的磁保持继电器”，磁保持继电器的常闭或常开状态完全是依赖永久磁铁的作用，其开关状态的转换是靠一定宽度的脉冲电信号触发而完成。授权公告号为CN103493166A的实用新型专利公开了“具有x-驱动电机的双稳态电磁继电器”，该实用新型专利提供了一种所谓双稳态电磁继电器组件，包括一可旋转的电磁线圈组件，第一和第二对相对的永磁体以及一开关组件。授权公告号为CN104425186A的发明专利公开了“双稳态继电器与双稳态致动器”，该发明专利包括磁保持机构以及电磁铁保持机构，结构设计上包括柱状磁铁、转轴等，结构较复杂。
以上双稳态继电器主要采用附加永久磁铁，依靠电磁场作用以及永磁铁的吸力实现双稳态电磁继电器功能，结构复杂，重量大，不具备能量收集或自供电功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种节能型且可能量收集的双稳态电磁继电器，以实现电磁继电器不需要强力保持又能稳定在工作状态的目的，且具有可靠性、低能耗、结构简单特点。
本发明利用双稳态层板的双稳态结构特性，即其在两个稳定构型下，依靠自身弹性即可维持其稳定形状，并能给两个触点提供足够的接触力。同时，还可以在状态改变时，收集结构变形产生的能量，能量可高达毫瓦级，用于给外部电池充电或为结构健康监测传感器提供电源等。
实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种节能型且可能量收集的双稳态电磁继电器，其组成包括：低压电源、双刀双掷开关、电磁线圈、双稳态层板、永磁铁、基座、线轴、两个触点及多个压电陶瓷片，所述的双刀双掷开关包括两个动触点和四个静触点，所述的两个动触点分别是动触点一和动触点二，所述的四个静触点分别是静触点一、静触点二、静触点三和静触点四；
所述的低压电源的两极分别连接双刀双掷开关的静触点一和静触点二电连接，所述的双刀双掷开关的动触点一和动触点二分别与电磁线圈的两端电连接，双刀双掷开关的静触点一与静触点三电连接，双刀双掷开关的静触点二与静触点四电连接，所述的电磁线圈缠绕于线轴上，所述的线轴竖直设置并固定在基座的底板上，所述的双稳态层板的一端与基座的立柱的顶端固定连接，双稳态层板设置在电磁线圈的正上方，所述的永磁铁固定在双稳态层板的下表面，所述的多个压电陶瓷片固定在双稳态层板的上表面，所述的两个触点固定在双稳态层板下表面的另一端，双稳态层板所述的另一端具有向上翘起和向下翘起两个对称的稳定状态；当双稳态层板另一端处于向下翘起的状态时，两个触点与高压电路的开关两端接触，高压电路接通；当双稳态层板另一端处于向上翘起的状态时，两个触点与高压电路的开关两端分离，高压电路断开。
进一步的，所述的多个压电陶瓷片以阵列排布形式固定在双稳态层板的上表面。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
1、本发明利用双稳态层板的两种稳定构型实现电磁继电器开关功能，在接通或断开工作电路中不需要低压电源持续维持能量，具有结构简单、功耗低、稳定性好特点，并且能够实现能量收集。
2、由于本发明中的双稳态层板为碳纤维层与金属材料层复合而成的层板状结构，双稳态层板通过永磁铁驱动变形，相比于使用更多永磁铁的复杂设计，本发明结构简单易实现，而且重量轻。
附图说明
图1为本发明的节能型且可能量收集的双稳态电磁继电器的工作原理示意图；
图2为本发明的节能型且可能量收集的双稳态电磁继电器的双稳态层板两种稳定构型示意图；
图3为本发明的节能型且可能量收集的双稳态电磁继电器的双稳态层板的俯视图；
图4为图3的A-A剖视图。
图中：1低压电源、2双刀双掷开关、2-1动触点一、2-2动触点二、2-3静触点一、2-4静触点二、2-5静触点三、2-6静触点四、3电磁线圈、4双稳态层板、4-1碳纤维复合材料层一、4-2金属板、4-3碳纤维复合材料层二、5永磁铁、6触点、7压电陶瓷片、8基座、8-1底板、8-2立柱、9线轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：如图1和图2所示，一种节能型且可能量收集的双稳态电磁继电器，其组成包括：低压电源1、双刀双掷开关2、电磁线圈3、双稳态层板4、永磁铁5、基座8、线轴9、两个触点6及多个压电陶瓷片7，所述的双刀双掷开关2包括两个动触点和四个静触点，所述的两个动触点分别是动触点一2-1和动触点二2-2，所述的四个静触点分别是静触点一2-3、静触点二2-4、静触点三2-5和静触点四2-6，
所述的低压电源1的两极分别连接双刀双掷开关2的静触点一2-3和静触点二2-4电连接，所述的双刀双掷开关2的动触点一2-1和动触点二2-2分别与电磁线圈3的两端电连接，双刀双掷开关2的静触点一2-3与静触点三2-5电连接，双刀双掷开关2的静触点二2-4与静触点四2-6电连接，所述的电磁线圈3缠绕于线轴9上，所述的线轴9竖直设置并固定在基座8的底板8-1上，所述的双稳态层板4的一端与基座8的立柱8-2的顶端固定连接，双稳态层板4设置在电磁线圈3的正上方，所述的永磁铁5（采用粘接方式）固定在双稳态层板4的下表面，所述的多个压电陶瓷片7（采用粘接方式）固定在双稳态层板4的上表面，所述的两个触点6（采用粘接方式）固定在双稳态层板4下表面的另一端，双稳态层板4所述的另一端具有向上翘起和向下翘起两个对称的稳定状态；当双稳态层板4另一端处于向下翘起的状态时，两个触点6与高压电路的开关两端接触，高压电路接通；当双稳态层板4另一端处于向上翘起的状态时，两个触点6与高压电路的开关两端分离，高压电路断开。
基座8包括底板8-1和立柱8-2，所述的立柱8-2的下端与底板8-1的上表面的一端固定连接。
两个触点6的接通与断开，是依靠双稳态层板4的自身弹性维持各自稳定形状，并保持两个触点6接通和断开状态。
利用双稳态层板6两个构型转变发生较大结构变形，并利用压电原理实现能量收集。
本实施方式中的双稳态层板4本身的结构为现有技术，与授权公告号为CN104065303B、授权公告日为2016年01月27日、名称为“压电双稳态能量收集器”的发明专利中公开的“双稳态圆弧板”结构相同。
具体实施方式二：如图2所示，具体实施方式一所述的一种节能型且可能量收集的双稳态电磁继电器，所述的多个压电陶瓷片7以阵列排布形式固定在双稳态层板4的上表面。
具体实施方式二的效果是：压电陶瓷片7随着双稳态层板4的上翘和下翘长生较大应变差，利用压电效应，可以产生毫瓦级电能，这些电能可以直接储存在电池或给传感器等供电，达到节能作用。
具体实施方式三：如图3及图4所示，具体实施方式一或二所述的一种节能型且可能量收集的双稳态电磁继电器，所述的双稳态层板4包括碳纤维复合材料层一4-1、金属板4-2以及碳纤维复合材料层二4-3；所述的金属板4-2的形状为长方形，金属板4-2的一侧板面上粘接有碳纤维复合材料层一4-1，金属板4-2的另一侧板面上粘接有碳纤维复合材料层二4-3，所述的碳纤维复合材料层一4-1位于金属板4-2一侧板面中部区域的碳纤维铺设方向与碳纤维复合材料层二4-3位于金属板4-2另一侧板面中部区域的碳纤维铺设方向一致，均平行于金属板4-2的长度方向铺设（即0°铺设），碳纤维复合材料层一4-1位于金属板4-2一侧板面两侧的碳纤维铺设方向与碳纤维复合材料层二4-3位于金属板4-2另一侧板面两侧的碳纤维铺设方向一致，均垂直于金属板4-2的宽度方向铺设（即90°铺设）。
具体实施方式三的效果是：该双稳态层板4由于采用金属中间层，相比于授权公告号为CN104065303B的圆弧板，具有更大刚度，使得触点6接触更牢固。
工作原理：本发明的节能型且可能量收集的双稳态电磁继电器利用双稳态层板4的双稳态与能量收集特性设计而成，通过低压电源1控制工作电路。具体为：
将双刀双掷开关2的动触点一2-1与静触头四2-6电连接，将双刀双掷开关2的动触点二2-2与静触头三2-5电连接，则供电电路接通，电磁线圈3产生磁场吸附永磁铁5，双稳态层板4的另一端向下变形，则两个触点6与高压电路的开关两端接触，则高压电路（工作电路）接通，此时切断低压电源1，即断开双刀双掷开关2，由于双稳态层板4的双稳定特性，仍能保持两个触点6与高压电路的开关两端紧密接触，使高压电路保持接通状态；
将双刀双掷开关2的动触点一2-1与静触头一2-3电连接，将双刀双掷开关2的动触点二2-2与静触头二2-4电连接，供电电路反向，电磁线圈3产生磁场与双稳态层板4上的永磁铁5排斥，双稳态层板4的另一端向上变形，则两个触点6与高压电路的开关两端分离，则高压电路（工作电路）断开。同理，此时双刀双掷开关2，工作电路断开，由于双稳态层板4的双稳定特性，仍能保持两个触点6与高压电路的开关两端分离，工作电路处于断开状态。在双稳态层板4上下跳变的过程中，使固定在双稳态层板4上表面的多个压电陶瓷片7产生应变，实现能量的收集，给外部电池供电。本发明的节能型且可能量收集的双稳态电磁继电器在接通或断开工作电路中不需要电源持续供应能量，不需要额外弹簧等，结构简单易实现，并且低能耗还可进行能量收集，从而实现自供电或能量补充，或为自身结构监测的传感器供电等，并且低能耗还可进行能量收集实现自供电或能量补充。

Claims (1)

1.一种节能型且可能量收集的双稳态电磁继电器，其组成包括：低压电源（1）、双刀双掷开关（2）、电磁线圈（3）、双稳态层板（4）、永磁铁（5）、基座（8）、线轴（9）、两个触点（6）及多个压电陶瓷片（7），所述的双刀双掷开关（2）包括两个动触点和四个静触点，所述的两个动触点分别是动触点一（2-1）和动触点二（2-2），所述的四个静触点分别是静触点一（2-3）、静触点二（2-4）、静触点三（2-5）和静触点四（2-6）；
其特征在于：所述的低压电源（1）的两极分别连接双刀双掷开关（2）的静触点一（2-3）和静触点二（2-4）电连接，所述的双刀双掷开关（2）的动触点一（2-1）和动触点二（2-2）分别与电磁线圈（3）的两端电连接，双刀双掷开关（2）的静触点一（2-3）与静触点三（2-5）电连接，双刀双掷开关（2）的静触点二（2-4）与静触点四（2-6）电连接，所述的电磁线圈（3）缠绕于线轴（9）上，所述的线轴（9）竖直设置并固定在基座（8）的底板（8-1）上，所述的双稳态层板（4）的一端与基座（8）的立柱（8-2）的顶端固定连接，双稳态层板（4）设置在电磁线圈（3）的正上方，所述的永磁铁（5）固定在双稳态层板（4）的下表面，所述的多个压电陶瓷片（7）固定在双稳态层板（4）的上表面，所述的两个触点（6）固定在双稳态层板（4）下表面的另一端，双稳态层板（4）所述的另一端具有向上翘起和向下翘起两个对称的稳定状态；当双稳态层板（4）另一端处于向下翘起的状态时，两个触点（6）与高压电路的开关两端接触，高压电路接通；当双稳态层板（4）另一端处于向上翘起的状态时，两个触点（6）与高压电路的开关两端分离，高压电路断开；
所述的多个压电陶瓷片（7）以阵列排布形式固定在双稳态层板（4）的上表面；
所述的双稳态层板（4）包括碳纤维复合材料层一（4-1）、金属板（4-2）以及碳纤维复合材料层二（4-3）；所述的金属板（4-2）的形状为长方形，金属板（4-2）的一侧板面上粘接有碳纤维复合材料层一（4-1），金属板（4-2）的另一侧板面上粘接有碳纤维复合材料层二（4-3），所述的碳纤维复合材料层一（4-1）位于金属板（4-2）一侧板面中部区域的碳纤维铺设方向与碳纤维复合材料层二（4-3）位于金属板（4-2）另一侧板面中部区域的碳纤维铺设方向一致，均平行于金属板（4-2）的长度方向铺设，碳纤维复合材料层一（4-1）位于金属板（4-2）一侧板面两侧的碳纤维铺设方向与碳纤维复合材料层二（4-3）位于金属板（4-2）另一侧板面两侧的碳纤维铺设方向一致，均垂直于金属板（4-2）的宽度方向铺设。
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