CN112614745A - 一种适用于磁场环境的旋转式电磁继电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于磁场环境的旋转式电磁继电器，包括：外壳、第一线圈、衔铁、弹簧、轴、磁场分流器和第二线圈；第一线圈位于外壳的横梁上，衔铁位于轴上用于在电磁力矩的作用下绕轴运动；弹簧位于轴上用于当第一线圈断电后将衔铁拉回初始位置实现电磁继电器的开断作用；轴位于外壳的开口中间且轴置于衔铁中间位置，用于支承转动衔铁并与之回转以传递运动；磁场分流器设置于外壳的对侧位置，用于通过改变磁场在旋转式电磁继电器上的磁路来实现外磁场在继电器内部电磁力的分流，进而降低外部磁场对继电器运动特性的影响；第二线圈位于磁场分流器的横梁上，用于为衔铁提供电磁力矩。本发明具有抗磁场干扰效果好、结构简单、易加工等的优点。

Description

一种适用于磁场环境的旋转式电磁继电器

技术领域

本发明属于电磁兼容技术领域，更具体地，涉及一种适用于磁场环境的旋转式电磁继电器。

背景技术

旋转式电磁继电器是一种受磁场作用而改变导通或断开状态的电子控制器件，它利用电磁力矩驱动衔铁运动来实现电路转换，由于具有很强的耐外部机械冲击性以及物理隔离性，被广泛运用于小型无线电电子设备、军事设备、航天器件中。但是磁场环境对电磁继电器的影响较大，而当今科学技术高速发展，电子设备集成度越来越高，电磁环境日益复杂，电磁继电器的工作环境已成为影响它可靠性的因素之一。当旋转式电磁继电器位于较强的磁场环境下时，外部磁场将在衔铁上产生额外的电磁力矩，影响电磁继电器的分合闸功能。干扰磁场会在衔铁上产生额外的电磁力矩，使其在未通电的状态下发生误动作；抑或，在旋转电磁继电器闭合状态下，需要通过停止供电，使衔铁受弹簧力作用回复至初始位置，由于磁场的作用，衔铁上存在额外的电磁力矩，当这个力矩大于弹簧产生的力矩时，将导致衔铁无法与外壳分离，从而导致继电器失去分闸的功能。

因此，亟待发明一种适用于磁场环境的旋转式电磁继电器。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于磁场环境的旋转式电磁继电器，旨在解决现有的旋转式电磁继电器在磁场下误动作或不动作导致旋转式电磁继电器无法在强磁场环境下正常工作的问题。

本发明提供了一种适用于磁场环境的旋转式电磁继电器，包括：外壳、第一线圈、衔铁、弹簧、轴、磁场分流器和第二线圈；所述外壳呈开口方形结构，第一线圈位于外壳的横梁上，当对第一线圈通电后周围产生的磁场在衔铁上产生电磁力矩使衔铁绕轴运动；衔铁位于轴上，用于在电磁力矩的作用下绕轴运动；弹簧位于轴上，用于当第一线圈断电后将衔铁拉回初始位置实现电磁继电器的开断作用；轴位于外壳的开口中间，且轴置于衔铁中间位置，用于支承转动衔铁并与之回转以传递运动；磁场分流器设置于外壳的对侧位置，用于通过改变磁场在旋转式电磁继电器上的磁路来实现外磁场在继电器内部电磁力的分流，进而降低外部磁场对继电器运动特性的影响；第二线圈位于磁场分流器的横梁上，用于为衔铁提供电磁力矩。

更进一步地，外壳由铁磁材料制成，当第一线圈通电时衔铁绕轴向外壳运动直至两者相接触后停止，外壳与衔铁形成磁阻最小的回路。

更进一步地，第一线圈由铜导线缠绕而成；第二线圈由铜导线缠绕而成且位于磁场分流器的横梁上；衔铁由磁铁材料制成；磁场分流器由铁磁材料构成。

更进一步地，弹簧是扭矩弹簧。

当旋转式电磁继电器处于开断状态的初始位置时，第一线圈与第二线圈同时通电，衔铁动作；当旋转式电磁继电器要完成从闭合状态到开断状态的过程，第一线圈和第二线圈停止通电。

工作时，当第一线圈通电产生磁场，衔铁受到磁场力作用绕轴向外壳作旋转运动，以闭合磁路工作气隙并形成最低磁阻的磁路；当旋转式继电器断电时，衔铁受到弹簧的弹簧力而回复到初始位置；当旋转式电磁继电器处于磁场环境时，干扰磁场在衔铁上产生额外的电磁力矩使其在未通电的状态下发生误动作；通过磁场分流器改变干扰磁场在电磁继电器上形成的磁路，实现干扰磁场在继电器内的分流，进而降低外界磁场对其的干扰，有效提高旋转式电磁继电器抗磁场干扰能力。

在本发明实施例中，电磁继电器的线圈在通电后产生磁场，衔铁是磁性材料，它在磁场的作用下绕轴向外壳作旋转运动，以闭合工作磁路气隙；当旋转式继电器断电时衔铁受到弹簧力而回复到初始位置；当旋转式电磁继电器处于磁场环境时，上述情况会发生改变，磁场对电磁继电器的影响体现在两个方面：(1)干扰磁场会在衔铁上产生额外的电磁力矩，使其在未通电的状态下发生误动作；(2)完成旋转电磁继电器从闭合状态到分断状态的转变，需要停止给线圈供电，使衔铁受弹簧力作用回复至初始位置。但是由于外磁场的存在，衔铁上受到额外的电磁力矩，当这个额外的电磁力矩大于弹簧产生的力矩时，将导致衔铁无法与外壳分离，使电磁继电器失去分断的功能。为此，本发明设计了一种适用于磁场环境的旋转式电磁继电器，它的结构中包括磁场分流器，磁场分流器能改变干扰磁场在电磁继电器上形成的磁路，实现干扰磁场在继电器内的分流，进而降低外界磁场对其的干扰，有效提高旋转式电磁继电器抗磁场干扰能力。这种新型的旋转式电磁继电器具有抗磁场干扰效果好、结构简单、易加工等的优点。

本发明从继电器本身解决旋转式电磁继电器在磁场下误动作或不动作的问题，增强其抵抗磁场干扰的能力，具有优良的抗磁场干扰性。本发明对电磁继电器的改造方便，经济耗材少；可根据继电器尺寸等比例构建磁场分流器，改造灵活，能实现大批量生产。

附图说明

图1为本发明实施例提供的适用于磁场环境的旋转式电磁继电器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的适用于磁场环境的旋转式电磁继电器的结构侧视图；

图3为本发明实施例提供的适用于磁场环境的旋转式电磁继电器中线圈和外壳的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的旋转式电磁继电器与传统旋转式电磁继电器在不同磁场下的初始位置的电磁力矩曲线对比示意图；

图5为本发明实施例提供的旋转式电磁继电器与传统旋转式电磁继电器在不同磁场下的闭合位置的电磁力矩曲线对比示意图；

图6为本发明实施例提供的旋转式电磁继电器与传统旋转式电磁继电器在40mT磁场下不同角度的电磁力矩曲线对比示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明采用了对旋转式电磁继电器进行结构改造的技术手段，解决旋转式电磁继电器在磁场下误动作或不动作的技术问题，达到了增强旋转式电磁继电器抗磁场干扰能力的技术效果。

本发明提供了一种适用于磁场环境的旋转式电磁继电器，包括：外壳1、第一线圈2、衔铁3、弹簧4、轴5、磁场分流器6和第二线圈7；外壳1由铁磁材料制成，当第一线圈2通电时，衔铁3为了与外壳1形成磁路，而绕轴向外壳1运动，直至两者相接触后，停止运动，此时外壳1与衔铁3形成磁阻最小的回路。第一线圈2由铜导线缠绕而成，位于外壳1的横梁上。对第一线圈2通电后，其周围产生的磁场，将在衔铁3上产生电磁力矩，使衔铁3绕轴运动。衔铁3由磁铁材料制成，位于轴5上，在电磁力矩的作用下绕轴5进行运动。弹簧4是扭矩弹簧，位于轴5上，其目的在于第一线圈2断电后，将衔铁3拉回初始位置，实现电磁继电器的开断作用。轴5位于外壳1缺口中间，轴5置于衔铁3中间位置，其目的在于支承转动衔铁3并与之回转以传递运动。磁场分流器6由铁磁材料构成，设置于旋转式电磁继电器外壳对侧位置。磁场分流器6通过改变磁场在旋转式电磁继电器上的磁路，来实现外磁场在继电器内部电磁力的分流，进而降低外部磁场对继电器运动特性的影响。第二线圈7由铜导线缠绕而成，位于磁场分流器6的横梁上。由于磁场分流器6会改变磁场在继电器上的磁路，减少所有磁场在衔铁上产生的电磁力矩，会削弱旋转式电磁继电器自身第一线圈2通电产生的驱动电磁力矩，驱动电磁力矩的降低会影响继电器的动作，所以第二线圈7的目的在于为衔铁3提供电磁力矩。当旋转式电磁继电器处于开断状态的初始位置，第一线圈2与第二线圈7同时通电，衔铁3动作。当旋转式电磁继电器要完成从闭合状态到开断状态的过程，第一线圈2和第二线圈7停止通电。

作为本发明的一个实施例，磁场分流器6不仅是图1中提供的一种样式，类似这种延伸分流磁场性质的器件的都属于磁场分流器。

旋转式电磁继电器工作原理如下：第一线圈2通电产生磁场，由于衔铁3为磁性材料，它受到磁场力作用，绕轴5向同为铁磁材料的外壳1作旋转运动，以闭合磁路工作气隙，形成最低磁阻的磁路；当旋转式继电器断电时，衔铁受到弹簧4的弹簧力而回复到初始位置。

当旋转式电磁继电器处于磁场环境时，上述情况会发生改变，磁场对旋转式电磁继电器的影响体现在两个方面，(1)干扰磁场会在衔铁3上产生额外的电磁力矩，使其在未通电的状态下发生误动作；(2)完成旋转电磁继电器从闭合状态到分断状态的转变，需要通过停止给第一线圈2供电，使衔铁3受弹簧力作用回复至初始位置。但是由于外磁场的存在，衔铁3上受到额外的电磁力矩，当这个额外的电磁力矩大于弹簧4产生的力矩时，将导致衔铁3无法与外壳1分离，使电磁继电器失去分断的功能。设置磁场分流器6，能改变干扰磁场在电磁继电器上形成的磁路，实现干扰磁场在继电器内的分流，进而降低外界磁场对其的干扰，有效提高旋转式电磁继电器抗磁场干扰能力。

图1为本发明提供的旋转式电磁继电器第一实施例的结构示意图，图2示出了旋转式电磁继电器结构的侧视图，图3示出了线圈和外壳的结构。为了更进一步的说明本发明实施例提供的适用于磁场环境的旋转式电磁继电器，现结合附图1-3和具体实例详述如下：

旋转式电磁继电器包括外壳1、第一线圈2、衔铁3、弹簧4、轴5、磁场分流器6、第二线圈7。外壳1呈开口方形状，线圈3缠绕于外壳1的一侧边上。轴5置于衔铁3中间，支承转动衔铁3并与之回转以传递运动。弹簧4为扭矩弹簧，位于轴5上。第一线圈2和第二线圈7通电后产生磁场，磁场在衔铁3上产生电磁力矩，使衔铁3绕轴5旋转运动，直至与外壳1上的触点5接触后停止运动，此时形成了最低磁阻的磁通量路径，电磁继电器完成合闸功能。当第一线圈2和第二线圈7停止通电后，衔铁3在弹簧4的作用下，回复到初始位置。

该实施例中的旋转式电磁继电器的尺寸如图所示，阴影部分为磁场分流器6，其中外壳1、衔铁3、磁场分流器6皆为铁磁材料。

外磁场会在旋转式电磁继电器的衔铁上产生额外的电磁力矩，在旋转式电磁继电器还未通电时，外磁场的存在可能会使衔铁开始动作，从而产生继电器误动作事故。图4是传统旋转式电磁继电器的和本发明提供的旋转式电磁继电器在不同强度的磁场下的初始位置的电磁力矩对比图，从图中可以看出本发明提出的旋转式继电器所受磁场力矩小于传统电磁继电器，随着磁场的增强，它们的差异越大。可以看出，在磁场较强的环境下，传统旋转式电磁继电器会发生误动作的情况。本发明设计的旋转式电磁继电器的降低干扰磁场电磁力矩的效果可达73％～85％，这表示本发明提出的电磁继电器可以有效降低外磁场的影响，且随着磁场的增加，其降低磁场影响的效果越好。

外磁场对旋转式电磁继电器的影响，还体现在继电器由闭合状态转化为开断状态的过程，由于衔铁3上有额外的电磁力矩，在第一线圈2停止通电后，有可能由于额外的电磁力矩导致衔铁与外壳不能分离，导致继电器不动作的事故发生。图5为传统旋转式电磁继电器和本发明提供的旋转式电磁继电器在闭合位置所受电磁力矩的对比图，从图中可以看出本发明设计的旋转式电磁继电器，较传统旋转式电磁继电器降低磁场产生的电磁力矩的效果明显，最高可降低85％的干扰磁场产生的电磁力矩。

图6为传统旋转式电磁继电器和本发明提供的旋转式电磁继电器在40mT磁场下不同角度的电磁力矩曲线对比示意图，从图中可以看出本发明提供的旋转式电磁继电器降低干扰磁场产生的电磁力矩的效果可达85％左右，表示本发明的旋转式电磁继电器有优秀的降低磁场干扰的效果。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于磁场环境的旋转式电磁继电器，其特征在于，包括：外壳(1)、第一线圈(2)、衔铁(3)、弹簧(4)、轴(5)、磁场分流器(6)和第二线圈(7)；

所述外壳(1)呈开口方形结构，所述第一线圈(2)位于所述外壳(1)的横梁上，当对所述第一线圈(2)通电后周围产生的磁场在衔铁(3)上产生电磁力矩使所述衔铁(3)绕所述轴(5)运动；

所述衔铁(3)位于所述轴(5)上，用于在电磁力矩的作用下绕所述轴(5)运动；

所述弹簧(4)位于所述轴(5)上，用于当第一线圈(2)断电后将衔铁(3)拉回初始位置实现电磁继电器的开断作用；

所述轴(5)位于所述外壳(1)的开口中间且所述轴(5)置于衔铁(3)中间位置，用于支承转动所述衔铁(3)并与之回转以传递运动；

所述磁场分流器(6)设置于所述外壳(1)的对侧位置，用于通过改变磁场在旋转式电磁继电器上的磁路来实现外磁场在继电器内部电磁力的分流，进而降低外部磁场对继电器运动特性的影响；

所述第二线圈(7)位于所述磁场分流器(6)的横梁上，用于为所述衔铁(3)提供电磁力矩。

2.如权利要求1所述的旋转式电磁继电器，其特征在于，所述外壳(1)由铁磁材料制成，当所述第一线圈(2)通电时所述衔铁(3)绕所述轴(5)向所述外壳(1)运动直至两者相接触后停止，所述外壳(1)与所述衔铁(3)形成磁阻最小的回路。

3.如权利要求1或2所述的旋转式电磁继电器，其特征在于，所述第一线圈(2)由铜导线缠绕而成。

4.如权利要求1-3任一项所述的旋转式电磁继电器，其特征在于，所述衔铁(3)由磁铁材料制成。

5.如权利要求1-4任一项所述的旋转式电磁继电器，其特征在于，所述弹簧(4)为扭矩弹簧。

6.如权利要求1-5任一项所述的旋转式电磁继电器，其特征在于，所述磁场分流器(6)由铁磁材料构成。

7.如权利要求1-6任一项所述的旋转式电磁继电器，其特征在于，所述第二线圈(7)由铜导线缠绕而成且位于磁场分流器(6)的横梁上。

8.如权利要求1-7任一项所述的旋转式电磁继电器，其特征在于，当旋转式电磁继电器处于开断状态的初始位置时，第一线圈(2)与第二线圈(7)同时通电，衔铁(3)动作；当旋转式电磁继电器要完成从闭合状态到开断状态的过程，第一线圈(2)和第二线圈(7)停止通电。

9.如权利要求1-8任一项所述的旋转式电磁继电器，其特征在于，工作时，当第一线圈(2)通电产生磁场，衔铁(3)受到磁场力作用绕轴(5)向外壳(1)作旋转运动，以闭合磁路工作气隙并形成最低磁阻的磁路；当旋转式继电器断电时，衔铁受到弹簧(4)的弹簧力而回复到初始位置；

当旋转式电磁继电器处于磁场环境时，干扰磁场在衔铁(3)上产生额外的电磁力矩使其在未通电的状态下发生误动作；通过磁场分流器(6)改变干扰磁场在电磁继电器上形成的磁路，实现干扰磁场在继电器内的分流，进而降低外界磁场对其的干扰，有效提高旋转式电磁继电器抗磁场干扰能力。

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