CN86101911A - 极化电磁执行装置 - Google Patents

Abstract

便于单稳态衔铁操作的极化电磁执行装置，含被枢轴支撑从而能绕其在两不同角位移位置间运动的衔铁，一对向位于枢轴两侧并沿衔铁两端伸出的相反磁极元件的电磁铁；及三磁极的棒形磁化永久磁铁放在相反磁极元件的自由端之间，其纵向两端磁极有相同极性，而中心磁极有相反极性，以产生反向的第一和第二磁力线回路。衔铁与永久磁铁间有共用磁力线回路，上述两磁力线回路通过该回路时为同一方向，因此在衔铁上产生扭矩，使它绕枢轴朝两角位移位置之一旋转。

Description

本发明涉及一种极化电磁执行装置，更具体地说涉及一种有利于以单稳态方式操作继电器触点的装置。

已有的用于继电器的极化电磁执行装置，人们可以从美国专利4064471号及4134090号，还有西德专利公报（公开说明书）2148377号所公开的内容中了解到。在这些专利中，一个永久磁铁与一个电磁铁相结合组成一个磁铁***，该***被用来获得一种单稳态继电器操作。如在本发明的附图1中所示（该图是对已有磁铁***的示意表示），已有的装置包括一个大致呈V型的衔铁6，衔铁6上带有一个或多个活动的触点，并以可枢轴的方式支撑，使其能相对于具有磁轭2和激磁线圈5的电磁铁1进行角运动。永久磁铁7被用来将衔铁6偏转到复原位置，并将其保持在这个位置，永久磁铁7与电磁铁1耦合，其方式是使永久磁铁7的一个磁极与一个磁轭腿3相连，而另一个磁极远离另一个磁轭腿4但紧挨着衔铁6的枢轴。因此，这样使用的永久磁铁7构成了两个独立的磁力线迴路，一个是复原磁力线迴路，它从永久磁铁7流出然后仅通过衔铁6的一端，如带箭头的线A所示;另一个是设置磁力线迴路，它同样从永久磁铁7流出，然后延续到磁轭2的整个长度上，如图中带箭头的线B所示。在这种情况下，复原磁力线迴路A比设置磁力线迴路B短得多，所短的数量为磁轭2的长度，因此它所施加的磁势要比设置磁力线迴路的强，从而把衔铁6偏转到复原位置。这就是说，已有的装置依靠第一和第二磁力线迴路A、B之间的长度即磁阻的差值来把衔铁偏转到复原位置。然而，这样的差值与构成该装置的元件的结构密切相关，然而，这样的差别与构成该装置的元件的结构密切相关，因此对元件的尺寸变化敏感，故很难提供磁特性一致的装置。对于设计一种由该装置与回位弹簧装置结合的单稳态操作继电器来说，上述情况是很不利的。回位弹簧装置是用于使衔铁从设置位置偏转到复原位置。当由此装配的执行装置或继电器需要小型化时，其中要靠磁路和回位弹簧装置所施加组合力的细小差值使衔铁在设置和复原位置之间运动时，上述问题更加严重。

本发明旨在解决上述问题。本发明提供了由独特磁路构成的有利于获得单稳态衔铁操作的电磁执行装置。按照本发明制作的执行装置包括一块衔铁，该衔铁被枢轴支撑以便绕一个枢轴运动;还包括一个电磁铁，该电磁铁有一个铁芯和绕在铁芯上的激磁线圈，还有一对磁极元件，磁极沿枢轴的两侧从铁芯的两端向衔铁的两端延伸。一个棒形的三磁极磁化永久磁铁置于该磁极元件的自由端之间并且通常与衔铁平行。上述永久磁铁被磁化，使其沿纵向两端磁极的极性相同，而居于两端之间的中心磁极具有相反的极性，因此它与衔铁一起产生相反方向的第一和第二磁力线迴路，其中第一磁力线迴路经过永久磁铁的一端和衔铁的相邻端在中心磁极和一端磁极间循环，而上述第二个磁力线迴路经过永久磁铁的另一端和衔铁的相邻端在中心磁极和另一端磁极间循环。

本发明的特点在于：永久磁铁被磁化后，其中心磁极沿永久磁铁纵向偏离衔铁的枢轴。由于永久磁铁的这种偏移磁化，方向相反的第一和第二磁力线迴路可以在永久磁铁和衔铁之间、与上述枢轴的偏移相对应处有一段共用的空气隙。在这个与枢轴偏移的空气隙上，第一和第二磁力线迴路在同一方向伸展从而形成一个相加的磁势，它可在衔铁上形成一个扭矩，使衔铁绕其枢轴在一个方向上旋转，或者当永久磁铁消磁时向角位移位置之一旋转。这样，衔铁绕其枢轴失去磁平衡，由于永久磁铁的偏移磁化使衔铁向两个不同的角位移位置之一旋转，而这种旋转不依赖于第一和第二磁力线迴路之间的磁阻之差，从而能够提供具有一致磁特性的磁***，它实际上不受所用元件的尺寸变化的影响。这种一致的磁特性有助于设计单稳态型继电器，因此提高了单稳态继电器操作的可靠性和精度。

因此，本发明的主要目的是提供一种极化的电磁执行装置，它能提供一致的磁特性，从而有助于得到可靠的单稳态操作的继电器。

在推荐的实施例中，永久磁铁的构成是：它的两半部分具有相反倾斜的表面并与衔铁相对，因此当衔铁处于两个角位移位置之间的中央位置时，在这里衔铁的两端与相应磁极元件之间的距离相等，永久磁铁的中心部分比其纵向两端更靠近衔铁。永久磁铁的两半部分上的倾斜表面的优点在于：在两个角位移位置中的任一个上，衔铁总有一半与相邻倾斜表面平行，因此这一端与相应倾斜表面的距离相等，消除了在永久磁铁和衔铁中循环的磁力线迴路的磁损耗，并且能以最小的永久磁铁磁功率在衔铁和永久磁铁间施加最大的磁势，当把本发明的装置用于继电器中启动继电器触点时，上述情况最适合以有限尺寸的永久磁铁来获得较大的触点压力。

因此，本发明的另一个目的是提供一个极化电磁执行装置，其中衔铁与永久磁铁一起构成用来启动衔铁的有效磁***。

上述的三磁极磁化永久磁铁实际上是由含铁铬钴（Fe-Cr-Co）合金的磁性材料构成的。众所周知，这样的磁性材料在它的各向异性方向及与该方向垂直的方向上有很高的回复导磁率（μ_r），这一点很适合用来有效地磁化这种特殊类型的三磁极永久磁铁，以及用来有效地对衔铁的操作施加磁势。

此外，这种材料可以经过滚压成型。因此，在设计有效的磁***、包括上述在永久磁铁的每半部上具有相反倾斜表面的上述结构时，可以很容易地把它制成任何有利的结构。

因此，本发明的第三个目的是提供一种极化电磁执行装置，这种装置采用具有优良磁性的最适于衔铁操作的永久磁铁。

本发明的其它目的和优点，在下面结合附图对本发明的一个推荐实施例的叙述中，可以看得很清楚。

图1是对已有的极化电磁执行装置的大致示意图;

图2是本发明的极化电磁执行装置的示意图;

图3是对衔铁处于中立位置时上述执行装置的说明视图;

图4是对本装置的永久磁铁向衔铁施加的力的图示表示;

图5和图6是分别对上述装置的衔铁处于其复原和设置位置情况的解释图;

图7是对采用本装置的极化电磁继电器的分解透视图;

图8是上述继电器部分截面的前视图;

图9是上述继电器部分截面的顶视图，其中继电器的尾销在继电器予装情况下水平地沿伸;

图10是衔铁构件的透视图，当从下面观看时，衔铁带有一个上述继电器的活动接触弹簧;

图11是衔铁构件的局部平面图;

图12是在衔铁构件动作期间作用在衔铁上的弹簧力的图形表示。

现在参考图2，图2表示实施本发明的一种极化电磁执行装置。该执行装置含有一个平板型的衔铁10，它的中心处被支撑从而能绕一个中心枢轴作角运动;还有一个电磁铁20及一个棒形三磁极磁化永久磁铁30，30被组装在电磁铁20中。电磁铁20有一个U型磁轭21，21有一对互相平行的磁极元件或称为腿22和23，两者用铁芯24连接，激磁线圈25绕在铁芯24上。上述永久磁铁30一般以与衔铁10平行的方式在磁极元件22和23的上端之间展开，30的纵向中心与衔铁10的枢轴对准，30被磁化使其两端磁极具有相同的极性，例如都是南极S，而位于两端中间的中心磁极具有相反的极性，或者说是北极N。在永久磁铁30的上表面开一个圆槽31，而衔铁10下表面的中心凸缘11就置于这个圆槽中，使衔铁10支撑在永久磁铁30上。永久磁铁30由铁铬钴（Fe-Cr-Co）合金这样的磁性材料制成，这种材料在其各向异性方向及与该方向垂直的方向上具有很高的回复导磁率（μ_r），从而能很容易地对这种特定类型的三磁极磁铁进行磁化，并且由于能在永久磁铁30的纵向和与该方向垂直方向上形成较高的磁势，所以能与衔铁10组成有效的磁路。

衔铁10可绕其中心轴旋转，从而在两个角位移位置之间运动。在每个角位移位置上，衔铁10均有一端移到相邻磁极元件22、23的上端，而衔铁10的另一端则离开相邻磁极元件23、22的上端。三磁极永久磁铁30与衔铁10一起组成方向相反的第一和第二磁力线迴路，这两个迴路在图3，5和6中分别用X和Y表示;上述第一个磁力线迴路X通过永久磁铁30的一端和衔铁10的相邻端的磁极及中心磁极之间循环，而第二磁力线迴路Y通过永久磁铁30的另一端及与之相邻的衔铁10的一端循环。在永久磁铁30和衔铁10之间与中心磁极对应的位置上形成一个共用的空气隙，在这个空气隙中第一和第二磁力线迴路在相同方向上伸展从而互相加强。

永久磁铁30是这样被磁化的，使其中心磁极或称北极N处在偏离其中心的位置上，即衔铁10的枢轴偏向具有南极S的右端，以便使上述共用空气隙相应地移向衔铁10的枢轴的左边但又紧挨着枢轴的位置，因此在这个偏移的空气隙上产生一个对衔铁10的扭矩，使衔铁10沿反时针方向旋转，或使衔铁10磁偏转到两个角位移位置之一中去，在这里当电磁铁20去磁时，衔铁10的左端被吸到相邻磁极元件22上去。由此结果，衔铁10相对于枢轴失去磁平衡，被稳定地偏转了一个方向，作用在衔铁10上枢轴相反一侧的这种不平衡的磁势通过图4可以看清楚，作为在复原位置和设置位置之间的衔铁动作的函数，该图表示了仅由永久磁铁30产生在衔铁10上离开枢轴那部分上的力。

这种结构的电磁执行装置是由与衔铁10耦合的适用的机械回位弹簧装置（在图2，3，5和6中未示出）组合而成的，以便建立一个单稳态衔铁操作。这种机械弹簧装置可以是普通设计的产品，以便平稳地在绕着枢轴的相反方向上承受衔铁10的载荷。

在操作中，当对磁铁20消磁时，在永久磁铁30和衔铁10之间、分别在衔铁10的左端与共用空气隙上形成的磁势（两者都在枢轴的同一侧）将互相加强地产生一个对衔铁10的强扭矩，使得衔铁10克服弹簧装置的偏移作用绕枢轴旋转到图5所示复原位置，并靠第一磁力线迴路X产生的磁势被保持在这个复原位置上。为了把衔铁转到设置位置，电磁铁20沿这样的方向被激磁，即为第二磁力线迴路Y附加一个由此形成的强磁力线迴路，在本实施例中是在右边的磁极元件23上产生一个南极S。因此，由第二磁力线迴路Y产生的附加磁势和由电磁铁20产生的磁势，使得衔铁10克服弹簧装置的偏移作用运动，抵消第一磁力线迴路X所产的磁势，进入图6所示的设置位置。当衔铁10处于图6所示设置位置时若对电磁铁20去磁，则在共用空气隙中形成的磁势对衔铁右端和相邻磁极元件23之间形成的磁势起相消作用，该相邻磁极元件位于与共用空气隙相反的枢轴一侧，因此衔铁10可以靠弹簧装置的作用反向运动到图5所示的复原位置，并被锁在这里直到电磁铁20被再次激励为止。更准确地说，由于电磁铁20去磁作用，弹簧装置的恢复力作用在共用空气隙上，它对抗由第二磁力线迴路Y产生的力，使衔铁10从图6所示设置位置回到中央位置，在此以后，衔铁10靠以相反方向作用的弹簧装置的偏转被吸到图5所示的复原位置。从这个意义上讲，本发明的电磁执行装置可以很方便地与弹簧装置相结合，使衔铁10绕其枢轴平稳地在相反方向上偏转，从而获得一个单稳态衔铁操作。

与衔铁10相对的永久磁铁30的上表面的构成是：具有相反倾斜的两半部表面32和33，这两个表面从中心向两端做向外向下的延伸。利用这两个倾斜的表面32和33，则衔铁不论在复原位置还是在设置位置，总有一半保持与相邻倾斜表面32，33平行，因此衔铁10的每一半可以实际上与永久磁铁30保持相等接近的距离，因此不论在第一还是第二磁力线迴路中均尽可能减小磁损耗，从而提高磁路效率。

现在参考图7-11，作为采用本发明的执行装置的一个典型例子，这些图表示了一种单稳态操作的小型极化电磁继电器。该继电器有一个双磁极双掷触点结构，并包括一对共用活动接触弹簧41，每个弹簧41在42处均有两个触端，它们交替地与互补的固定触点75接触。上述的共用活动接触弹簧41沿着衔铁10的侧面在其平面内展开，并由一个模制零件12将其完整、绝缘地连接到衔铁10上，以构成一整片衔铁构件40，它具有衔铁10和接触弹簧41。上述的电磁铁20和永久磁铁30也组装成单个线圈构件50，50具有用塑料材料制作的凸缘51，51中的每一个上都装有一对向上伸出的导体52，导体52的下端分别与构件50中所包括的激磁线圈25进行电耦合。上述电磁铁20的磁极元件22和23通过端部凸缘51向上伸出，从而在它们各自的上端形成磁极表面，以便与衔铁10进行磁耦合。如图8所示，永久磁铁30在固定于其上的磁极元件22和23的暴露的上端之间展开。

衔铁和线圈构件40和50被装在箱体60中，60是用塑料模压而制成的、上边开口的矩形薄壁箱子，四周由侧壁61和端壁62围起来。有若干尾销70，71和72从箱体60中垂直向外伸出，尾销的一部分被模压在箱体60的侧壁和端壁上。这样的尾销70，71和72各自形成完整的延长部分，如图9的虚线部分所示它们从侧壁61和端壁62中伸出来，从而对箱体60起加固作用，并在其内端面上形成一些独立的元件，这些元件分别与电磁铁20及活动接触弹簧41进行电连接。上述的尾销70，71和72在被模压向下伸出后弯成与箱体60的平面成90°的样子。

线圈构件50上的每对导体52，通过铆接、钎焊或其它常规方法与每一端壁62上的相应的一对接头73连接。接头73是通过模压在端壁62上的上述延长部分整个连接到各自的尾销70上。这时应当指出：上述线圈构件50包括一对激磁线圈，其中每个激磁线圈都与每一对导体52耦合，并被极性相反的控制电流激励。使用两个线圈的目的只是为了更经济，这样线圈构件50可以作为一个共用构件，用于要求具有设置和复原线圈的双稳态操作继电器中，这种双稳态操作继电器在结构上可以做成与本继电器相似，其不同点只是其永久磁铁在其纵向精确的中心处具有相反的磁极。这样，在单稳态操作的本继电器中只用一个激磁线圈为电磁铁20激磁。这就是说，只有通向单线圈的一对尾销70被用于所需要的继电器操作。

两套上述的固定触点75固定在独立的承受板76上，76支撑在箱体60的内角落里，它还通过嵌在侧壁61上的延长部分整个地与相应的尾销71连接。在每个侧壁61的上端和内端、其长度的中心部分上形成一个腔64，在64内装有接触片77，77用来与上述共用的活动接触弹簧41的每一个作电连接，上述接触片77作为上述延长部分的组成部分，通过侧壁61通向相应的尾销72。

上述的每个共用活动接触弹簧41为拉长的薄片弹簧，它的接触端42被分叉以增加其柔性。用每个接触弹簧41与一个枢杆43构成一体，43有一个展开的簧片44，它从其长度的中心起沿着与43的纵轴垂直的方向向外展开。这些枢杆43与衔铁10下面的上述凸缘11对准，凸缘11与模压零件12组装并被可以旋转地装在上述槽31中，以便把衔铁10支撑在永久磁铁30上。

接触弹簧41的中心部分嵌在沿与衔铁10正交的方向展开的上述模压零件12的两端上，以便被12整个地支撑。正如从图11所能清楚看到的，枢杆43从位于弹簧41中心的开槽部分45的底部伸出来，并且与接触弹簧41的其余部分相比它的宽度较窄，整个枢杆43和开槽部分45的基本部分都被暴露在位于模压零件12端部的凹槽13中。通过枢杆43，衔铁10被枢轴支撑在箱体60上，而当电磁铁20被激磁和消磁时，衔铁10完成接触动作。这就是说，衔铁构件40被装进继电器中，而在枢杆43的自由端上的簧片44被固定安装在位于侧壁61上端的上述腔64中，当枢杆43绕它的轴弹性变形时，衔铁构件40可绕枢杆43的轴作枢轴支撑。

就这个意义而言，具有较窄宽度的每个枢杆43本身构成一个具有有限变形性的弹性扭曲元件，借助它衔铁10能够绕轴在一定角度范围内旋转。这里应该指出，作为弹性扭曲元件的枢杆43与活动接触弹簧41一起构成上述的机械弹簧装置，它能把衔铁10从其设置位置或复原位置偏转到其中央位置，正如以前参看图3，5和6所提到的那样。

当衔铁构件40安装进箱体60时，上述簧片44进入分别与腔64中的接触片77接触的状态，由此实现活动接触弹簧41和相应尾销72之间的电联接。靠这种安排，枢杆43本身不仅可作为枢轴使用，而且还可以作为电导体装置或共用触点来用，这样，除了枢杆43与活动接触弹簧41完整构成外，将减少在衔铁构件40中所用零件的数量。

同时，因为枢杆43对处于向设置或复原位置做反向动作过程中的衔铁10施加扭曲弹簧力，所以可能靠调节其弹簧常数（例如通过选择枢杆43的材料和/或结构）来完成把衔铁操作平衡或调准到需要的响应电压上。与此有关的是：与接触弹簧41正交展开的枢杆43可以具有绕其轴扭曲的弹簧特征，它实际上与为了提供适当的接触压力所要求的沿弹簧41的长度方向的弯曲运动无关。因此，响应灵敏度和触点压力的调节均可独立地单独完成，即使枢杆43是与接触弹簧41整体构成也毫无影响。绕枢杆43的轴的扭曲弹簧力T，沿活动接触弹簧41长度方向的弹簧弯曲力F，以及作用在衔铁10上离开枢轴那部分上的上述力的合力C在图12中示出，它们被表示成衔铁作用过程的函数。

盖在箱体60上的盖子80配有若干绝缘壁81，如从图9中可看出的，这些绝缘壁从顶部垂挂延伸到衔铁10与每个接触弹簧41的各个触端之间的各个缝隙中，以实现它们之间的有效绝缘。

※    ※    ※

参考数字代表的零件目录

1.电磁铁，2.磁轭，3.磁轭腿，4.磁轭腿，5.激磁线圈，6.衔铁，7.永久磁铁;10.衔铁，11.凸缘，12.模制零件，13.凹槽;20.电磁铁，21.磁轭，22.磁极元件（磁轭腿），23.磁极元件（磁轭腿），24.铁芯，25.激磁线圈;30.永久磁铁，31.槽，32.倾斜表面，33.倾斜表面;40.衔铁构件，41.共用活动接触弹簧，42.触端，43.枢杆，44.簧片，45.开槽部分;50.线圈构件，51.端部凸缘，52.导体;60.箱体，61.侧壁，62.端壁，64.腔;70，71，72.尾销，73.接头，75.固定触点，76.承板，77.接触片;80.盖子，81.绝缘壁。

Claims (3)

1、一种极化电磁执行装置，其特征在于它包括：

一个衔铁，它被枢轴地支撑，从而能绕一个枢轴在两个不同的角位移位置间运动；

一个电磁铁，它有一个铁芯，一个绕在铁芯上的激磁线圈，一对磁极元件，它们在枢轴的两侧从铁芯的两端伸展到衔铁的两端；

一个棒状三磁极磁化永久磁铁，它被安装在磁极元件的自由端之间，沿着衔铁展开并与衔铁靠得很近，上述永久磁铁被磁化后，在沿其长度的两端的磁极具有相同的极性，而处于两端中间的中心磁极具有与两端磁极相反的极性，所以能在永久磁铁与衔铁之间产生相反方向的第一和第二磁力线迴路，上述第一磁力线迴路通过永久磁铁的一端和衔铁的相邻端在中心磁极及一端磁极间循环，而上述第二磁力线迴路通过永久磁铁的另一端及衔铁的相邻一端在中心磁极另一端磁极间循环；上述第一和第二磁力线迴路通过位于永久磁铁和衔铁之间并靠近枢轴处的共用空气隙；上述中心磁极在沿着永久磁铁长度方向上与衔铁的枢轴有一个偏移量，因此上述的共用空气隙与枢轴也有相应的偏移，因此在衔铁上产生一个扭矩，从而使衔铁能绕其枢轴向上述角位移位置之一旋转。

2、根据权利要求1所述的极化电磁执行装置，其特征在于：衔铁是拉长的偏平形元件，永久磁铁中面对衔铁的表面是倾斜的，当衔铁处在中央位置，即其纵向两端距相邻的永久磁铁的纵向两端等距离时，则永久磁铁在枢轴处比在纵向两端处更靠近衔铁。

3、根据权利要求1所述的极化电磁执行装置，其特征在于：永久磁铁是由实质上含有铁铬钴（Fe-Cr-Co）合金的磁性材料组成的。

Images