TWI647730B - Relay with SMA wire drive - Google Patents

Abstract

一種具SMA線驅動機構的繼電器，現有機械式繼電器以電磁效應原理運作，卻也容易與其他電子元件產生磁場干擾進而影響彼此的作動，且機械式繼電器內的構件多且具有一定體積而使機械式繼電器內部空間受限，因此本發明利用SMA線形狀記憶特性，而達成變換繼電器工作狀態的目的，SMA線只要被加熱就能恢復原有形狀或長度，與機械式繼電器方式相比，本案不磁場干擾而得以恆保持有效作動，此外，本案繼電器不需設置鐵芯、線圈等，因此繼電器內的可容置空間變大，而可容設各種不同功能的電路單元，使繼電器得以被單獨控制也能記錄並回傳其作動狀態。

Description

具SMA線驅動機構的繼電器

一種繼電器，尤其是一種利用SMA線改變工作狀態的繼電器。

繼電器是一種電子控制器件，通常應用於自動控制電路中。繼電器在兩個狀態中轉換，以使接觸系統的接觸點接觸或斷開，可視為是一種自動開關或控制開關，而廣泛應用於電力保護、自動化、遙控、測量和通信等裝置中。

繼電器的按工作原理可區分為機械式繼電器與固態式繼電器等，其中機械式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常閉觸點）接合。當線圈斷電後，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點自靜觸點（常閉觸點）釋放而與靜觸點（常開觸點）接合。這樣接合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對於繼電器的「常開、常閉」觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處於斷開狀態的靜觸點，稱為「常開觸點」；處於接通狀態的靜觸點稱為「常閉觸點」。

然而，機械式繼電器通常是與大量的電子元件一起裝設於各種設備的各控制電路中，而許多電子元件也是利用電磁感應原理運作，因此電磁繼電器或多或少會與其他電子元件產生磁場干擾進而影響彼此的作動，此外，機械式繼電器內必須設置鐵芯、線圈等具有一定體積的構件，除了造成機械式繼電器的整體體積不能更小型化，機械式繼電器的內部空間的可設置的元件數量也有限，使繼電器仍只能作為開關的功能。

因此，本發明提供一種非透過電磁感應原理來變換接點的機械式繼電器，其中本發明是利用SMA線（Shape Memory Alloys, SMA）的形狀記憶特性，而達成變換接點而改變繼電器作動狀態的目的，SMA線只要被加熱就能恢復原有形狀或長度，比如只要對SMA通電就能對SMA線加熱並使其變形，與機械式繼電器利用線圈產生磁場的方式相比，本案完全不會與其他電子元件產生磁場干擾，此外，由於本案繼電器不需設置鐵芯、線圈等，因此繼電器內的可容置空間變大，內部因此可容納處理晶片、無線收發模組或控制電路，讓使用者得以透過無線方式控制繼電器的作動，以進而控制機台設備的作動或記錄並取得繼電器的作動狀態。

尤其，本發明之SMA線的兩端係固定於電路板，電路板除了本身的電路功能，同時也是給SMA線兩端固定的機構件，尤其電路板能直接供電或不供電給SMA線，而直接控制SMA線是否發生變形，與機械式繼電器相比，SMA線與電路板不論在尺寸或厚度都遠小於鐵芯、線圈，而且本案又透過適當結構配置，使電路板同時具有電路功能及作為SMA線的固定構件，結構極為精簡，而有利於容納更多的電子電路及電子元件。

因此，本發明在繼電器內的電路板的上得以設置如無線收發模組及積體電路等元件，積體電路可以是微處理器或控制晶片等，因此繼電器透過微處理器或控制晶片得以接收外部的控制指令而控制繼電器的工作狀態，或紀錄繼電器的工作狀態或資訊並傳送至外部裝置做數據分析或資訊彙整。

以下配合圖示及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

參閱圖1a，圖1a為本發明第一實施例的立體組立圖，參閱圖2，圖2為本發明第一實施例的立體分解圖。如圖1a與圖2所示，圖1a的具SMA線驅動機構的繼電器100至少包含一主體1與一SMA線驅動機構3；要注意的是，圖式中只顯示出與本發明特徵有關的組件，並不顯示出其它眾所周知的組件，以方便說明本發明內容，亦即，該繼電器當然還有外接電源的導電結構、殼體及其他構件，但不影響以下的說明。

該主體1具有一容置空間A，該容置空間A內不設置線圈，該容置空間A至少由一固定構件11、一可動構件13及一底座15所共同圍構而成；較佳的，該固定構件11為L型或ㄈ型的固定支架，亦即只要任何包含有一垂直部及/或一水平部的固定結構皆落在本發明的保護範圍內，並不僅限制於L型或ㄈ型，且垂直部及水平部不必是絕對的垂直或水平，只要是相對關係上是相對垂直或相對水平即可，該可動構件13是板狀或片狀，該底座15為絕緣或不導電的材質製成的座體；以相對位置而言，該固定構件11在該容置空間A的上側及前側、左側、右側、後側之一，該可動構件13則是位於該容置空間A之前側、左側、右側、後側之一，該可動構件13更設置於該固定構件11之相對側，亦即，該固定構件11與該可動構件13設於該容置空間A的相對兩側，當然亦可互為相鄰側；該底座15則位於該容置空間A的下側，該容置空間A是封閉性空間或部分開放性空間。

該可動構件13之頂側係活動式的設置於固定構件11，比如擺接於或掛接於固定構件11，該可動構件13之底側則為懸空狀並位於該底座15之上，該可動構件13係設置兩導電片131，兩導電片131之一端係連接電源（圖中未顯示），該底座15上係設置一對常開固定端子151及一對常閉固定端子153，該兩導電片131之另一端則分別位於該對常開固定端子151及該對常閉固定端子153之間，兩導電片131、該對常開固定端子151對及該對常閉固定端子153具導電性。

因此，該可動構件13得以其頂側作為該可動構件13偏擺時的支點，而使該可動構件13之底側能做一定幅度的擺動，比如使該可動構件13能朝向該容置空間A的方向擺動或遠離於該容置空間A的方向擺動，最主要的是使該兩導電片131能朝向該對常開固定端子151以及朝向該對常閉固定端子153的方向擺動並構成實質接觸。

較佳的，該兩導電片131的一部份係以插設或埋設等固定方式固定於該可動構件13，而另一部份則位於該可動構件13之底側之外並介於該對常開固定端子151及該對常閉固定端子153之間；該對常開固定端子151及該對常閉固定端子153之相對側上亦可進一步設置接點155。

如圖2所示，該SMA線驅動機構3是設置於該容置空間A之中，該SMA線驅動機構3主要包含一電路板31與一SMA線10，該SMA線10連接於該電路板31與該可動構件13之間；比如，如圖2所示，該SMA線10之一端係固定於該電路板31，比如利用焊接、壓接、膠合或夾持等其他各種固定方式，該SMA線10之另一端則固定於該可動構件13，比如利用焊接、壓接、膠合或夾持等其他各種固定方式，該SMA線10可以是直線之態樣，而該SMA線10之兩端可透過直接連接或間接連接方式而電性連接電源正負極 。

當該SMA線10受熱時，比如透過但不限制於通電而受熱時，該SMA線10則縮短變形，由於該可動構件13掛接於該固定構件之部分為可動構件13擺動時的支點，且該SMA線10時位於該容置空間A內，因此該SMA線10縮短時，該可動構件13的底側會朝該主體1的方向擺動，設於該可動構件13之底側之下的該兩導電片131則移向並頂抵該對常閉固定端子153（視實際需求亦能頂抵該對常開固定端子）而形成電性接觸，如圖1a所示，而當該SMA線10未受熱時，該兩導電片131則離開該對常閉固定端子153（視實際需求亦能離開於該對常閉固定端子）。

參閱圖3a，圖3a為本發明SMA線驅動機構的一較佳實施例的立體分解圖，如圖3a所示，係更包含兩固定部311與一架線部33，該電路板31係直接或間接固定於該固定構件11上並位於該容置空間A中，該電路板31的一面上或該可動構件13之一側上設置有該兩固定部311，該架線部33則配合該兩固定部311之設置位置而設置於該可動構件13或該電路板31上；該SMA線10之一部分繞過架線部33且兩端係固定於該兩固定部311中。

如圖3a所示，當兩固定部311是設置於該電路板31上時，該架線部33則設置於該可動構件13上；當然若兩固定部311係設置於該可動構件13上，則該架線部33是設置於該電路板31上；較佳的，當兩固定部311是設置於該電路板31上時，該兩固定部311可以是該電路板本身的導電部或固定於導電部上之固定件，如果導電部為固定部311，則SMA線10兩端可直接被焊接於導電部上，比如導電墊、導電線路或其他能導電的元件或構件，如果是以固定件作為固定部311，則將SMA線10兩端固定於固定件中，固定件可以是鎖接型、膠合型或壓接型等各種永久性固定件；其中， SMA線10可直接與電源正負極構成電性連接，或透過兩固定部或透過第一電路板的導電線路而電性連接於電源正負極。

該架線部33可以是一柱體，比如設置於電路板31之一側上或可動構件13之一側之上，如柱體是以獨立構件設置於可動構件13之一側面時，該柱體與可動構件33之間更設置有一延桿（圖未示），以使該柱體與該可動構件13之一側面相隔一空間以供SMA線10繞過，該柱體與可動構件13之間大致平行；或者，該架線部33是一穿孔或一缺口，比如在垂直於電路板31的方向上貫穿出讓SMA線能穿過的孔洞10，或該缺口係開設於該電路板31之邊緣，比如電路板.1之遠離於可動構件之一側，使SMA線10能以繞過缺口並以缺口為支點；或者該架線部33是配置有一柱體之一開口132，該柱體係配置於該開口132之中或該開口之外側，比如在可動構件13開設出該開口，該開口之中或之外並設置該柱體，如圖3b所示，因此SMA線10可以從該開口穿入而得以跨繞該柱體並穿出。

該電路板31可以是但不限於單面線路板或雙面線路板，但如果該電路板31是單面線路板時，該電路板31以未設導電線路的一面固定於該固定構件11，如果該固定構件11為L型的固定支架，該電路板31的未設有導電線路的一側則貼靠並直接固定於 L型的水平段，該電路板31之設有導電線路的一側則外露於該容置空間A中，此時該兩固定部311則設置於該電路板31之外露於該容置空間A之一面上。

該架線部33為柱體的形態時，柱體本身能做為獨立的單一構件再固設於該可動構件13，亦能經由減除工藝或沖壓等適當工藝而一體成型於該可動構件13上。

如圖3a所示，該SMA線10繞過該架線部33且兩端係固定於該兩固定部311，該SMA線10至少具有一轉折部C，該轉折部C在SMA線10的兩端之間，較佳的為SMA線10的中間處或正中間，該SMA線10在該轉折部C之兩側為至少部分相互對應之兩線段101、103，較佳的該SMA線10在該轉折部C之兩側為相互對稱設置兩對稱線段，比如ㄑ型或有此等特徵的形狀，較佳的該兩對稱線段101、103為直線且該兩對稱線段101、103的長度大致相同或相等，該轉折部C之形成係透過使該SMA線10的中間處繞過該架線部33而成；較佳的，該轉折部C與該架線部33之供該SMA10線繞過的一側皆為弧形，亦即柱體的一部分為弧形，如圖3b所示。

如圖1a所示，本發明更包含一彈性元件5，該彈性元件5係連結於該固定構件11與該可動構件13之間，該彈性元件5的設置位置是配合SMA線驅動機構3而定，因此在本實施例中，該彈性元件5係設置於該容置空間A之外，比如在該固定構件11及該可動構件13之上，如圖1所示，該固定構件11及該可動構件13之上係分別延設兩固定座11a、13a，該彈性元件5係呈水平設置且該彈性元件5的兩端則分別連結於該兩固定座11a、13a， 此時該可動構件13的頂側受該彈性元件5的彈力而朝向該主體1的方向移動，同時，該可動構件13的底側，即設置有該兩導電片131之側，會朝向該對常開固定端子的方向移動，以使該兩導電片131得以頂抵該對常開固定端子而形成電性接觸，如圖1b所示。

當該SMA線10受熱時，比如通電而受熱時，該SMA線10則縮短變形且有效對抗該彈性元件5的彈力，因此該可動構件13的頂側朝向遠離該主體1的方向移動，該可動構件13的底側，即設置有該兩導電片131之側，則朝向該對常閉固定端子的方向移動，以使該兩導電片131得以頂抵該對常閉固定端子而形成電性接觸，如圖1a所示；而當該SMA線10不再受熱時，比如斷電而降溫時，透過該彈性元件5的彈性恢復力，將令該兩導電片131回到頂抵該對常開固定端子的位置，並保持頂抵於該對常開固定端子的狀態。

較佳的，該彈性元件5與該SMA線驅動機構3係分別設置於該可動構件之作為擺轉支點之部分的上側與下側或下側與上側，比如分別位於可動構件13之掛接構造之上側或下側，藉使該SMA線驅動機構3與該彈性元件5能更有效率的帶動該可動構件5的該兩導電片131朝預定方向擺動。

參閱圖4，圖4為本發明第一較佳實施例的立體組立圖。如圖4所示，本發明更設置另一SMA線驅動機構7，SMA線驅動機構7的設置位置是配合SMA線驅動機構3而定，因此SMA線驅動機構7亦可設於該容置空間A之外或之內， SMA線驅動機構7與該SMA線驅動機構3完全相同，也包含一電路板71與一SMA線20，當然也包含架線部與兩固定部， SMA線驅動機構7之電路板71、SMA線20與架線部與兩固定部的具體結構、設置方式及彼此的連接關係請參前文有關該MA線驅動機構3的說明，兩者係完全相同，在此不再贅述。

較佳的，SMA線驅動機構3、7的架線部設置於相對應的位置，或者，透過適當調整架線部33的配置位置及尺寸，使SMA線驅動機構3、7能共用一個架線部33，如此就不須設置兩個架線部，架線部的配置數目及配置方式視實際需求而定，不限制於上述之實施例；SMA線驅動機構3、7的電路板31與該第二電路板71係設置於該固定構件13之水平部的底側與頂側，更理想的實施方式為兩SMA線驅動機構3、7係隔著該固定構件13之水平部呈現鏡像配置。

SMA線驅動機構7的設置目的與該彈性元件5是相同的，當SMA線驅動機構7受熱時，比如以通電方式對SMA線20加熱時， SMA線20則縮短變形，而帶動該兩導電片131同時移向該對常開固定端子，以頂抵該對常開固定端子移動而形成電性接觸，如圖4所式。

參閱圖5，圖5為本發明第二較佳實施例的立體分解圖。如圖5所示，本發明更進一步設置至少一個以上的吸引元件，本發明之實施例係使用兩兩成對的吸引元件30、40，要注意的是，上述的吸引元件數目視實際需要而定，在此僅是說明用的實例而已，並非用以限制發明的範圍；

其中一對吸引元件30係設置於該電路板31上之靠近該可動構件13處，另一對吸引元件40係設置於該電路板71上之靠近該可動構件13處，該可動構件13更進一步設置一金屬片133，該金屬片133係固設於該可動構件13的內側，當SMA線10或SMA線20被加熱而變形時，在該可動構件13內側的該金屬片133則會分別靠向該吸引元件30、40，而分別被吸引元件30、吸引元件40吸引並定位，分別如圖6a與圖6b所示，因此SMA線10或SMA線20可以不再需繼續通電受熱，也能被吸引元件30、40吸引定位，繼續保持於與常開固定端子或常閉固定端子實質電性接觸的位置中，有助於減少電能使用。

較佳的，吸引元件30、40為磁鐵，該金屬片133為能被磁鐵吸引的材質。

參閱圖7，圖7為本發明電路板上更設置有無線收發模組與積體電路的示意圖，上述的電路板31及/或電路板71更設置有一無線收發模組50與一積體電路60，因此使用者能透過無線傳輸方式將控制訊號傳給無線收發模組50與積體電路60，使繼電器根據控制訊號而作動，因此只要本發明的繼電器直接取代現有的繼電器，就能直接控制設備中之組件的作動，因此不需改變設備的內部電路，就能快速有效的達成透過無線控制繼電器進而控制設備特定組件的目的，而繼電器內的積體電路更能存取繼電器的各種作動資訊並透過無線收發模組50傳至各種具有資訊儲存功能之裝置，使用者根據各種作動資訊而得以做各種應用，比如監看設備的組件的作動資訊，並藉由累計數據的統計應用軟體達到分析生產資訊彙整的目的。

無線收發模組50可以是藍芽模組、Wi-Fi傳輸模組、ZigBee模組或無線射頻通訊模組

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

100‧‧‧具SMA線驅動機構的繼電器

1‧‧‧主體

11‧‧‧固定構件

15‧‧‧底座

13‧‧‧可動構件

131‧‧‧導電片

151‧‧‧常開固定端子

153‧‧‧常閉固定端子

11a、13a‧‧‧固定座

155‧‧‧接點

A‧‧‧容置空間

3‧‧‧SMA線驅動機構

31‧‧‧電路板

10‧‧‧SMA線

311‧‧‧固定部

33‧‧‧架線部

C‧‧‧轉折部

101、103‧‧‧線段

5‧‧‧彈性元件

7‧‧‧SMA線驅動機構

71‧‧‧電路板

20‧‧‧SMA線

30、40‧‧‧吸引元件

133‧‧‧金屬片

50‧‧‧無線收發模組

60‧‧‧積體電路

圖1a為本發明第一實施例的立體組立圖。 圖1b為本發明第一實施例之導電片頂抵常開固定端子的側視圖。 圖2為本發明第一實施例的立體分解圖。 圖3a為本發明第一SMA線驅動機構的一較佳實施例的立體分解圖。 圖3b為本發明之開口與柱體的示意圖。 圖4為本發明第一較佳實施例的立體組立圖。 圖5為本發明第二較佳實施例的立體分解圖。 圖6a為本發明第二較佳實施例之導電片頂抵常閉固定端子的側視圖。 圖6b為本發明第二較佳實施例的之導電片頂抵常開固定端子的側視圖。 圖7為本發明電路板上更設置有無線收發模組與積體電路的示意圖。

Claims (10)

1. 一種具SMA線驅動機構的繼電器，包含：一主體，具有一容置空間，該容置空間內不設置線圈，該容置空間至少由一固定構件、一可動構件及一底座所共同圍構而成，該可動構件之頂側係活動性設置於該固定構件，該可動構件之底側則懸空狀並位於該底座之上，該可動構件係設置兩導電片，兩導電片之一端係連接電源，該底座上係設置一對常開固定端子及一對常閉固定端子，該兩導電片之另一端則分別位於該對常開固定端子對及該對常閉固定端子之間；以及一SMA線驅動機構，設置於該容置空間之中或之外，包含：一電路板，係固定於該固定構件；一SMA線，連接於該電路板與該可動構件之間；當該SMA線受熱時，該SMA線則縮短變形，而帶動該兩導電片移向該對常開固定端子及該對常閉固定端子之其中之一，當該SMA線未受熱時，該兩導電片離開該對常開固定端子及該對常閉固定端子之其中之一。
2. 如請求項1所述之具SMA線驅動機構的繼電器，其中，該SMA線之一端係固定於該電路板，該SMA線之另一端則固定於該可動構件。
3. 如請求項1所述之具SMA線驅動機構的繼電器，其中，更包含有兩固定部與一架線部，該兩固定部係固設於該電路板或設置於該可動構件之一側上，該架線部則配合該兩固定部之設置位置而設置於該可 動構件或該電路板上，該SMA線繞過該架線部且兩端係固定於該兩固定部。
4. 如請求項3所述之具SMA線驅動機構的繼電器，其中，該兩固定部係與該SMA線構成電性連接，該兩固定部係為該電路板的導電部或固定於該電路板之導電部上之固定件。
5. 如請求項3所述之具SMA線驅動機構的繼電器，其中，該架線部是一柱體，該柱體係設於該電路板之一面上或設於該可動構件之一側面上，該柱體與可動構件之間更以一延桿連接；或者，該架線部是一穿孔或一缺口，該穿孔係貫穿於該電路板或該缺口係開設於該電路板之邊緣；或者，該架線部為配置有一柱體之一開口，該柱體係配置於該開口之中或該開口之外側。
6. 如請求項3所述之具SMA線驅動機構的繼電器，其中，該SMA線至少具有一轉折部，該轉折部位於該第一SMA線的兩端之間，該SMA線在該轉折部之兩側為至少部分相互對應之兩線段。
7. 如請求項1所述之具SMA線驅動機構的繼電器，其中，該轉折部與該架線部之供該SMA線繞過的一側為弧形。
8. 如請求項1所述之具SMA線驅動機構的繼電器，其中，更包含一彈性元件，該彈性元件係連結於該固定構件與該可動構件之間，當該SMA線未受熱時，透過該彈性元件的彈力使該兩導電片移向該對常開固定端子及該對常閉固定端子之其中另一，以頂抵該對常開固定端子及該對常閉固定端子之其中另一而形成電性接觸。
9. 如請求項1所述之具SMA線驅動機構的繼電器，其中更進一步設置至少一個以上的吸引元件，該至少一個以上的吸引元件係設置於該電路板上之靠近該可動構件處，該可動構件更進一步設置一金屬片，該金屬片係固設於該可動構件的內側，當該SMA線被加熱而變形時，在該可動構件內側的該金屬片則會靠向該吸引元件，而被該吸引元件吸引並定位。
10. 如請求項1所述之具SMA線驅動機構的繼電器，其中該電路板更設置有一無線收發模組與一積體電路。