極化電磁執行裝置的制作方法

專利名稱:極化電磁執行裝置的制作方法
本發明涉及一種極化電磁執行裝置，更具體地說涉及一種有利于以單穩態方式操作繼電器觸點的裝置。
已有的用于繼電器的極化電磁執行裝置，人們可以從美國專利4064471號及4134090號，還有西德專利公報(公開說明書)2148377號所公開的內容中了解到。在這些專利中，一個永久磁鐵與一個電磁鐵相結合組成一個磁鐵系統，該系統被用來獲得一種單穩態繼電器操作。如在本發明的附圖1中所示(該圖是對已有磁鐵系統的示意表示)，已有的裝置包括一個大致呈V型的銜鐵6，銜鐵6上帶有一個或多個活動的觸點，并以可樞軸的方式支撐，使其能相對于具有磁軛2和激磁線圈5的電磁鐵1進行角運動。永久磁鐵7被用來將銜鐵6偏轉到復原位置，并將其保持在這個位置，永久磁鐵7與電磁鐵1耦合，其方式是使永久磁鐵7的一個磁極與一個磁軛腿3相連，而另一個磁極遠離另一個磁軛腿4但緊挨著銜鐵6的樞軸。因此，這樣使用的永久磁鐵7構成了兩個獨立的磁力線迴路，一個是復原磁力線迴路，它從永久磁鐵7流出然后僅通過銜鐵6的一端，如帶箭頭的線A所示;另一個是設置磁力線迴路，它同樣從永久磁鐵7流出，然后延續到磁軛2的整個長度上，如圖中帶箭頭的線B所示。在這種情況下，復原磁力線迴路A比設置磁力線迴路B短得多，所短的數量為磁軛2的長度，因此它所施加的磁勢要比設置磁力線迴路的強，從而把銜鐵6偏轉到復原位置。這就是說，已有的裝置依靠第一和第二磁力線迴路A、B之間的長度即磁阻的差值來把銜鐵偏轉到復原位置。然而，這樣的差值與構成該裝置的元件的結構密切相關，然而，這樣的差別與構成該裝置的元件的結構密切相關，因此對元件的尺寸變化敏感，故很難提供磁特性一致的裝置。對于設計一種由該裝置與回位彈簧裝置結合的單穩態操作繼電器來說，上述情況是很不利的。回位彈簧裝置是用于使銜鐵從設置位置偏轉到復原位置。當由此裝配的執行裝置或繼電器需要小型化時，其中要靠磁路和回位彈簧裝置所施加組合力的細小差值使銜鐵在設置和復原位置之間運動時，上述問題更加嚴重。
本發明旨在解決上述問題。本發明提供了由獨特磁路構成的有利于獲得單穩態銜鐵操作的電磁執行裝置。按照本發明制作的執行裝置包括一塊銜鐵，該銜鐵被樞軸支撐以便繞一個樞軸運動;還包括一個電磁鐵，該電磁鐵有一個鐵芯和繞在鐵芯上的激磁線圈，還有一對磁極元件，磁極沿樞軸的兩側從鐵芯的兩端向銜鐵的兩端延伸。一個棒形的三磁極磁化永久磁鐵置于該磁極元件的自由端之間并且通常與銜鐵平行。上述永久磁鐵被磁化，使其沿縱向兩端磁極的極性相同，而居于兩端之間的中心磁極具有相反的極性，因此它與銜鐵一起產生相反方向的第一和第二磁力線迴路，其中第一磁力線迴路經過永久磁鐵的一端和銜鐵的相鄰端在中心磁極和一端磁極間循環，而上述第二個磁力線迴路經過永久磁鐵的另一端和銜鐵的相鄰端在中心磁極和另一端磁極間循環。
本發明的特點在于永久磁鐵被磁化后，其中心磁極沿永久磁鐵縱向偏離銜鐵的樞軸。由于永久磁鐵的這種偏移磁化，方向相反的第一和第二磁力線迴路可以在永久磁鐵和銜鐵之間、與上述樞軸的偏移相對應處有一段共用的空氣隙。在這個與樞軸偏移的空氣隙上，第一和第二磁力線迴路在同一方向伸展從而形成一個相加的磁勢，它可在銜鐵上形成一個扭矩，使銜鐵繞其樞軸在一個方向上旋轉，或者當永久磁鐵消磁時向角位移位置之一旋轉。這樣，銜鐵繞其樞軸失去磁平衡，由于永久磁鐵的偏移磁化使銜鐵向兩個不同的角位移位置之一旋轉，而這種旋轉不依賴于第一和第二磁力線迴路之間的磁阻之差，從而能夠提供具有一致磁特性的磁系統，它實際上不受所用元件的尺寸變化的影響。這種一致的磁特性有助于設計單穩態型繼電器，因此提高了單穩態繼電器操作的可靠性和精度。
因此，本發明的主要目的是提供一種極化的電磁執行裝置，它能提供一致的磁特性，從而有助于得到可靠的單穩態操作的繼電器。
在推薦的實施例中，永久磁鐵的構成是它的兩半部分具有相反傾斜的表面并與銜鐵相對，因此當銜鐵處于兩個角位移位置之間的中央位置時，在這里銜鐵的兩端與相應磁極元件之間的距離相等，永久磁鐵的中心部分比其縱向兩端更靠近銜鐵。永久磁鐵的兩半部分上的傾斜表面的優點在于在兩個角位移位置中的任一個上，銜鐵總有一半與相鄰傾斜表面平行，因此這一端與相應傾斜表面的距離相等，消除了在永久磁鐵和銜鐵中循環的磁力線迴路的磁損耗，并且能以最小的永久磁鐵磁功率在銜鐵和永久磁鐵間施加最大的磁勢，當把本發明的裝置用于繼電器中啟動繼電器觸點時，上述情況最適合以有限尺寸的永久磁鐵來獲得較大的觸點壓力。
因此，本發明的另一個目的是提供一個極化電磁執行裝置，其中銜鐵與永久磁鐵一起構成用來啟動銜鐵的有效磁系統。
上述的三磁極磁化永久磁鐵實際上是由含鐵鉻鈷(Fe-Cr-Co)合金的磁性材料構成的。眾所周知，這樣的磁性材料在它的各向異性方向及與該方向垂直的方向上有很高的回復導磁率(μr)，這一點很適合用來有效地磁化這種特殊類型的三磁極永久磁鐵，以及用來有效地對銜鐵的操作施加磁勢。
此外，這種材料可以經過滾壓成型。因此，在設計有效的磁系統、包括上述在永久磁鐵的每半部上具有相反傾斜表面的上述結構時，可以很容易地把它制成任何有利的結構。
因此，本發明的第三個目的是提供一種極化電磁執行裝置，這種裝置采用具有優良磁性的最適于銜鐵操作的永久磁鐵。
本發明的其它目的和優點，在下面結合附圖對本發明的一個推薦實施例的敘述中，可以看得很清楚。
圖1是對已有的極化電磁執行裝置的大致示意圖;
圖2是本發明的極化電磁執行裝置的示意圖;
圖3是對銜鐵處于中立位置時上述執行裝置的說明視圖;
圖4是對本裝置的永久磁鐵向銜鐵施加的力的圖示表示;
圖5和圖6是分別對上述裝置的銜鐵處于其復原和設置位置情況的解釋圖;
圖7是對采用本裝置的極化電磁繼電器的分解透視圖;
圖8是上述繼電器部分截面的前視圖;
圖9是上述繼電器部分截面的頂視圖，其中繼電器的尾銷在繼電器予裝情況下水平地沿伸;
圖10是銜鐵構件的透視圖，當從下面觀看時，銜鐵帶有一個上述繼電器的活動接觸彈簧;
圖11是銜鐵構件的局部平面圖;
圖12是在銜鐵構件動作期間作用在銜鐵上的彈簧力的圖形表示。
現在參考圖2，圖2表示實施本發明的一種極化電磁執行裝置。該執行裝置含有一個平板型的銜鐵10，它的中心處被支撐從而能繞一個中心樞軸作角運動;還有一個電磁鐵20及一個棒形三磁極磁化永久磁鐵30，30被組裝在電磁鐵20中。電磁鐵20有一個U型磁軛21，21有一對互相平行的磁極元件或稱為腿22和23，兩者用鐵芯24連接，激磁線圈25繞在鐵芯24上。上述永久磁鐵30一般以與銜鐵10平行的方式在磁極元件22和23的上端之間展開，30的縱向中心與銜鐵10的樞軸對準，30被磁化使其兩端磁極具有相同的極性，例如都是南極S，而位于兩端中間的中心磁極具有相反的極性，或者說是北極N。在永久磁鐵30的上表面開一個圓槽31，而銜鐵10下表面的中心凸緣11就置于這個圓槽中，使銜鐵10支撐在永久磁鐵30上。永久磁鐵30由鐵鉻鈷(Fe-Cr-Co)合金這樣的磁性材料制成，這種材料在其各向異性方向及與該方向垂直的方向上具有很高的回復導磁率(μr)，從而能很容易地對這種特定類型的三磁極磁鐵進行磁化，并且由于能在永久磁鐵30的縱向和與該方向垂直方向上形成較高的磁勢，所以能與銜鐵10組成有效的磁路。
銜鐵10可繞其中心軸旋轉，從而在兩個角位移位置之間運動。在每個角位移位置上，銜鐵10均有一端移到相鄰磁極元件22、23的上端，而銜鐵10的另一端則離開相鄰磁極元件23、22的上端。三磁極永久磁鐵30與銜鐵10一起組成方向相反的第一和第二磁力線迴路，這兩個迴路在圖3，5和6中分別用X和Y表示;上述第一個磁力線迴路X通過永久磁鐵30的一端和銜鐵10的相鄰端的磁極及中心磁極之間循環，而第二磁力線迴路Y通過永久磁鐵30的另一端及與之相鄰的銜鐵10的一端循環。在永久磁鐵30和銜鐵10之間與中心磁極對應的位置上形成一個共用的空氣隙，在這個空氣隙中第一和第二磁力線迴路在相同方向上伸展從而互相加強。
永久磁鐵30是這樣被磁化的，使其中心磁極或稱北極N處在偏離其中心的位置上，即銜鐵10的樞軸偏向具有南極S的右端，以便使上述共用空氣隙相應地移向銜鐵10的樞軸的左邊但又緊挨著樞軸的位置，因此在這個偏移的空氣隙上產生一個對銜鐵10的扭矩，使銜鐵10沿反時針方向旋轉，或使銜鐵10磁偏轉到兩個角位移位置之一中去，在這里當電磁鐵20去磁時，銜鐵10的左端被吸到相鄰磁極元件22上去。由此結果，銜鐵10相對于樞軸失去磁平衡，被穩定地偏轉了一個方向，作用在銜鐵10上樞軸相反一側的這種不平衡的磁勢通過圖4可以看清楚，作為在復原位置和設置位置之間的銜鐵動作的函數，該圖表示了僅由永久磁鐵30產生在銜鐵10上離開樞軸那部分上的力。
這種結構的電磁執行裝置是由與銜鐵10耦合的適用的機械回位彈簧裝置(在圖2，3，5和6中未示出)組合而成的，以便建立一個單穩態銜鐵操作。這種機械彈簧裝置可以是普通設計的產品，以便平穩地在繞著樞軸的相反方向上承受銜鐵10的載荷。
在操作中，當對磁鐵20消磁時，在永久磁鐵30和銜鐵10之間、分別在銜鐵10的左端與共用空氣隙上形成的磁勢(兩者都在樞軸的同一側)將互相加強地產生一個對銜鐵10的強扭矩，使得銜鐵10克服彈簧裝置的偏移作用繞樞軸旋轉到圖5所示復原位置，并靠第一磁力線迴路X產生的磁勢被保持在這個復原位置上。為了把銜鐵轉到設置位置，電磁鐵20沿這樣的方向被激磁，即為第二磁力線迴路Y附加一個由此形成的強磁力線迴路，在本實施例中是在右邊的磁極元件23上產生一個南極S。因此，由第二磁力線迴路Y產生的附加磁勢和由電磁鐵20產生的磁勢，使得銜鐵10克服彈簧裝置的偏移作用運動，抵消第一磁力線迴路X所產的磁勢，進入圖6所示的設置位置。當銜鐵10處于圖6所示設置位置時若對電磁鐵20去磁，則在共用空氣隙中形成的磁勢對銜鐵右端和相鄰磁極元件23之間形成的磁勢起相消作用，該相鄰磁極元件位于與共用空氣隙相反的樞軸一側，因此銜鐵10可以靠彈簧裝置的作用反向運動到圖5所示的復原位置，并被鎖在這里直到電磁鐵20被再次激勵為止。更準確地說，由于電磁鐵20去磁作用，彈簧裝置的恢復力作用在共用空氣隙上，它對抗由第二磁力線迴路Y產生的力，使銜鐵10從圖6所示設置位置回到中央位置，在此以后，銜鐵10靠以相反方向作用的彈簧裝置的偏轉被吸到圖5所示的復原位置。從這個意義上講，本發明的電磁執行裝置可以很方便地與彈簧裝置相結合，使銜鐵10繞其樞軸平穩地在相反方向上偏轉，從而獲得一個單穩態銜鐵操作。
與銜鐵10相對的永久磁鐵30的上表面的構成是具有相反傾斜的兩半部表面32和33，這兩個表面從中心向兩端做向外向下的延伸。利用這兩個傾斜的表面32和33，則銜鐵不論在復原位置還是在設置位置，總有一半保持與相鄰傾斜表面32，33平行，因此銜鐵10的每一半可以實際上與永久磁鐵30保持相等接近的距離，因此不論在第一還是第二磁力線迴路中均盡可能減小磁損耗，從而提高磁路效率。
現在參考圖7-11，作為采用本發明的執行裝置的一個典型例子，這些圖表示了一種單穩態操作的小型極化電磁繼電器。該繼電器有一個雙磁極雙擲觸點結構，并包括一對共用活動接觸彈簧41，每個彈簧41在42處均有兩個觸端，它們交替地與互補的固定觸點75接觸。上述的共用活動接觸彈簧41沿著銜鐵10的側面在其平面內展開，并由一個模制零件12將其完整、絕緣地連接到銜鐵10上，以構成一整片銜鐵構件40，它具有銜鐵10和接觸彈簧41。上述的電磁鐵20和永久磁鐵30也組裝成單個線圈構件50，50具有用塑料材料制作的凸緣51，51中的每一個上都裝有一對向上伸出的導體52，導體52的下端分別與構件50中所包括的激磁線圈25進行電耦合。上述電磁鐵20的磁極元件22和23通過端部凸緣51向上伸出，從而在它們各自的上端形成磁極表面，以便與銜鐵10進行磁耦合。如圖8所示，永久磁鐵30在固定于其上的磁極元件22和23的暴露的上端之間展開。
銜鐵和線圈構件40和50被裝在箱體60中，60是用塑料模壓而制成的、上邊開口的矩形薄壁箱子，四周由側壁61和端壁62圍起來。有若干尾銷70，71和72從箱體60中垂直向外伸出，尾銷的一部分被模壓在箱體60的側壁和端壁上。這樣的尾銷70，71和72各自形成完整的延長部分，如圖9的虛線部分所示它們從側壁61和端壁62中伸出來，從而對箱體60起加固作用，并在其內端面上形成一些獨立的元件，這些元件分別與電磁鐵20及活動接觸彈簧41進行電連接。上述的尾銷70，71和72在被模壓向下伸出后彎成與箱體60的平面成90°的樣子。
線圈構件50上的每對導體52，通過鉚接、釬焊或其它常規方法與每一端壁62上的相應的一對接頭73連接。接頭73是通過模壓在端壁62上的上述延長部分整個連接到各自的尾銷70上。這時應當指出上述線圈構件50包括一對激磁線圈，其中每個激磁線圈都與每一對導體52耦合，并被極性相反的控制電流激勵。使用兩個線圈的目的只是為了更經濟，這樣線圈構件50可以作為一個共用構件，用于要求具有設置和復原線圈的雙穩態操作繼電器中，這種雙穩態操作繼電器在結構上可以做成與本繼電器相似，其不同點只是其永久磁鐵在其縱向精確的中心處具有相反的磁極。這樣，在單穩態操作的本繼電器中只用一個激磁線圈為電磁鐵20激磁。這就是說，只有通向單線圈的一對尾銷70被用于所需要的繼電器操作。
兩套上述的固定觸點75固定在獨立的承受板76上，76支撐在箱體60的內角落里，它還通過嵌在側壁61上的延長部分整個地與相應的尾銷71連接。在每個側壁61的上端和內端、其長度的中心部分上形成一個腔64，在64內裝有接觸片77，77用來與上述共用的活動接觸彈簧41的每一個作電連接，上述接觸片77作為上述延長部分的組成部分，通過側壁61通向相應的尾銷72。
上述的每個共用活動接觸彈簧41為拉長的薄片彈簧，它的接觸端42被分叉以增加其柔性。用每個接觸彈簧41與一個樞桿43構成一體，43有一個展開的簧片44，它從其長度的中心起沿著與43的縱軸垂直的方向向外展開。這些樞桿43與銜鐵10下面的上述凸緣11對準，凸緣11與模壓零件12組裝并被可以旋轉地裝在上述槽31中，以便把銜鐵10支撐在永久磁鐵30上。
接觸彈簧41的中心部分嵌在沿與銜鐵10正交的方向展開的上述模壓零件12的兩端上，以便被12整個地支撐。正如從圖11所能清楚看到的，樞桿43從位于彈簧41中心的開槽部分45的底部伸出來，并且與接觸彈簧41的其余部分相比它的寬度較窄，整個樞桿43和開槽部分45的基本部分都被暴露在位于模壓零件12端部的凹槽13中。通過樞桿43，銜鐵10被樞軸支撐在箱體60上，而當電磁鐵20被激磁和消磁時，銜鐵10完成接觸動作。這就是說，銜鐵構件40被裝進繼電器中，而在樞桿43的自由端上的簧片44被固定安裝在位于側壁61上端的上述腔64中，當樞桿43繞它的軸彈性變形時，銜鐵構件40可繞樞桿43的軸作樞軸支撐。
就這個意義而言，具有較窄寬度的每個樞桿43本身構成一個具有有限變形性的彈性扭曲元件，借助它銜鐵10能夠繞軸在一定角度范圍內旋轉。這里應該指出，作為彈性扭曲元件的樞桿43與活動接觸彈簧41一起構成上述的機械彈簧裝置，它能把銜鐵10從其設置位置或復原位置偏轉到其中央位置，正如以前參看圖3，5和6所提到的那樣。
當銜鐵構件40安裝進箱體60時，上述簧片44進入分別與腔64中的接觸片77接觸的狀態，由此實現活動接觸彈簧41和相應尾銷72之間的電聯接。靠這種安排，樞桿43本身不僅可作為樞軸使用，而且還可以作為電導體裝置或共用觸點來用，這樣，除了樞桿43與活動接觸彈簧41完整構成外，將減少在銜鐵構件40中所用零件的數量。
同時，因為樞桿43對處于向設置或復原位置做反向動作過程中的銜鐵10施加扭曲彈簧力，所以可能靠調節其彈簧常數(例如通過選擇樞桿43的材料和/或結構)來完成把銜鐵操作平衡或調準到需要的響應電壓上。與此有關的是與接觸彈簧41正交展開的樞桿43可以具有繞其軸扭曲的彈簧特征，它實際上與為了提供適當的接觸壓力所要求的沿彈簧41的長度方向的彎曲運動無關。因此，響應靈敏度和觸點壓力的調節均可獨立地單獨完成，即使樞桿43是與接觸彈簧41整體構成也毫無影響。繞樞桿43的軸的扭曲彈簧力T，沿活動接觸彈簧41長度方向的彈簧彎曲力F，以及作用在銜鐵10上離開樞軸那部分上的上述力的合力C在圖12中示出，它們被表示成銜鐵作用過程的函數。
蓋在箱體60上的蓋子80配有若干絕緣壁81，如從圖9中可看出的，這些絕緣壁從頂部垂掛延伸到銜鐵10與每個接觸彈簧41的各個觸端之間的各個縫隙中，以實現它們之間的有效絕緣。
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參考數字代表的零件目錄
1.電磁鐵，2.磁軛，3.磁軛腿，4.磁軛腿，5.激磁線圈，6.銜鐵，7.永久磁鐵;10.銜鐵，11.凸緣，12.模制零件，13.凹槽;20.電磁鐵，21.磁軛，22.磁極元件(磁軛腿)，23.磁極元件(磁軛腿)，24.鐵芯，25.激磁線圈;30.永久磁鐵，31.槽，32.傾斜表面，33.傾斜表面;40.銜鐵構件，41.共用活動接觸彈簧，42.觸端，43.樞桿，44.簧片，45.開槽部分;50.線圈構件，51.端部凸緣，52.導體;60.箱體，61.側壁，62.端壁，64.腔;70，71，72.尾銷，73.接頭，75.固定觸點，76.承板，77.接觸片;80.蓋子，81.絕緣壁。
權利要求
1、一種極化電磁執行裝置，其特征在于它包括
一個銜鐵，它被樞軸地支撐，從而能繞一個樞軸在兩個不同的角位移位置間運動；
一個電磁鐵，它有一個鐵芯，一個繞在鐵芯上的激磁線圈，一對磁極元件，它們在樞軸的兩側從鐵芯的兩端伸展到銜鐵的兩端；
一個棒狀三磁極磁化永久磁鐵，它被安裝在磁極元件的自由端之間，沿著銜鐵展開并與銜鐵靠得很近，上述永久磁鐵被磁化后，在沿其長度的兩端的磁極具有相同的極性，而處于兩端中間的中心磁極具有與兩端磁極相反的極性，所以能在永久磁鐵與銜鐵之間產生相反方向的第一和第二磁力線迴路，上述第一磁力線迴路通過永久磁鐵的一端和銜鐵的相鄰端在中心磁極及一端磁極間循環，而上述第二磁力線迴路通過永久磁鐵的另一端及銜鐵的相鄰一端在中心磁極另一端磁極間循環；上述第一和第二磁力線迴路通過位于永久磁鐵和銜鐵之間并靠近樞軸處的共用空氣隙；上述中心磁極在沿著永久磁鐵長度方向上與銜鐵的樞軸有一個偏移量，因此上述的共用空氣隙與樞軸也有相應的偏移，因此在銜鐵上產生一個扭矩，從而使銜鐵能繞其樞軸向上述角位移位置之一旋轉。
2、根據權利要求
1所述的極化電磁執行裝置，其特征在于銜鐵是拉長的偏平形元件，永久磁鐵中面對銜鐵的表面是傾斜的，當銜鐵處在中央位置，即其縱向兩端距相鄰的永久磁鐵的縱向兩端等距離時，則永久磁鐵在樞軸處比在縱向兩端處更靠近銜鐵。
3、根據權利要求
1所述的極化電磁執行裝置，其特征在于永久磁鐵是由實質上含有鐵鉻鈷(Fe-Cr-Co)合金的磁性材料組成的。
專利摘要
便于單穩態銜鐵操作的極化電磁執行裝置，含被樞軸支撐從而能繞其在兩不同角位移位置間運動的銜鐵，一對向位于樞軸兩側并沿銜鐵兩端伸出的相反磁極元件的電磁鐵；及三磁極的棒形磁化永久磁鐵放在相反磁極元件的自由端之間，其縱向兩端磁極有相同極性，而中心磁極有相反極性，以產生反向的第一和第二磁力線回路。銜鐵與永久磁鐵間有共用磁力線回路，上述兩磁力線回路通過該回路時為同一方向，因此在銜鐵上產生扭矩，使它繞樞軸朝兩角位移位置之一旋轉。
文檔編號H01H51/22GK86101911SQ86101911
公開日1986年11月19日 申請日期1986年3月24日
發明者小野健治, 信時和弘 申請人:松下電工株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan