低噪音继电器的制作方法

专利名称：低噪音继电器的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及一种电磁式继电器，尤其涉及一种在接通和断开过程中噪声降低的继电器。更具体地说，本发明涉及一种带有隔音装置，如弹性体组合物、可固化树脂或者其他机械阻尼组合物或材料的电磁式继电器，其中，所述隔音装置被置于继电器衔铁和继电器内的动簧片之间，以消除噪声。
背景技术：
尽管从电和机械观点来看是可靠有效的，但是，在现有技术中的继电器(如在图1-3示出的)用于特定场合时，其在配合和非配合过程中产生的噪音可能是不需要的。例如，这种型式的继电器以及具有相似应用的类似继电器在用于机动车辆的车厢附近时，可能产生声频噪音。已经采取了多种措施来降低车厢内的噪音，特别是在豪华汽车内的噪音，且用于这种环境下的传统继电器被认为是有害噪音的重要来源。
继电器包括安装在动簧片上的滑动触点。簧片保持滑动触点与通常闭合的触点结合，直到线圈电流的增大造成磁力大于接通阈值。附到簧片上的衔铁在磁力作用下被吸到铁心上。衔铁和线圈铁心之间的碰撞产生声频噪音，该声频噪音由于继电器外壳的盖或其他部件的共振而被放大。在磁力降低时，簧片促使滑动触点与通常闭合的触点结合，所以发生了断开过程中的噪音。这种与通常闭合的触点的碰撞也可产生有害噪音，即使继电器已经正确地执行了其开关功能。
图4是包括衔铁40和簧片42的部分子部件，其用于由Denso(Malaysia)Sdn Bhd制造和销售的另一种现有技术的继电器中。不知道用于这种继电器的部件代号。继电器具有置于衔铁40和簧片42之间的模切的塑料或橡胶垫44。不清楚这种垫44的具体目的。然而，这种继电器的制造将看来似乎比较复杂和昂贵，需要特殊设计的衔铁，以及垫44在衔铁40附接到簧片42上之前的精确放置。

发明内容
依照本发明的电磁式继电器包括电磁子部件，所述电磁子部件包括绕在铁心上的线圈。继电器也包括带有触点的衔铁。在电流被施加到线圈上时，产生强衔铁吸到铁心上的磁力。簧片将衔铁偏置离开铁心，所以，在电流和磁场消失时，衔铁和触点返回到其最初位置。隔音装置(例如，弹性组合物或者可固化的树脂组合物)被置于衔铁和簧片之间的结合处。在一个实施例中，隔音装置被置于衔铁和簧片之间。在另一个实施例中，隔音装置被置于衔铁的边缘，衔铁在该边缘处与簧片相接。依照本发明的电磁式继电器在接通和断开过程中显示出低噪声特征。
粘附到簧片以及衔铁上的显示出机械阻尼特征的树脂可以降低继电器启动时的噪声。显示出机械阻尼特征的树脂或其他成分可被沉积在继电器簧片的与衔铁边缘邻接的表面上。树脂在衔铁已被机械附接到簧片上之后的沉积可以简化这种低噪音继电器的制造。


图l是现有技术中的电磁式继电器的分解透视图，其没有采用本发明中的低噪音特征。
图2是示出现有技术中移去继电器盖的电磁式继电器的装配好的元件的透视图。
图3是图2中示出的现有技术中使用的继电器的簧片和衔铁子部件的透视图。
图4是现有技术中的另一种继电器的簧片和衔铁子部件的局部视图。
图5是本发明的低噪音继电器组件的顶视图，示出了处于通常闭合的位置处的衔铁和继电器触点。
图6是类似于图5的顶视图，但是其仅仅示出了包括框架、线圈组、衔铁和簧片和滑动触点的部分组件。
图7是类似于图6的顶视图，示出衔铁在正常的开启位置处与铁心结合。
图8示出依照本发明的第二个实施例的树脂在继电器簧片上固化之前的沉积。
图9示出图8中沉积的树脂在沉淀或者流出和被固化之后，粘附到继电器衔铁和簧片上，在衔铁被机械粘附到簧片上之后树脂可被沉积，且其将为声频噪声降低提供机械阻尼。
具体实施例方式
参考图5-7，依照本发明的第一实施例的电磁式继电器2包括置于继电器衔铁4和动簧片6之间的隔音装置20。在操作中，在继电器被通电时，衔铁4被拉向继电器电磁式子部件(其可包括继电器线圈或者绕组10、继电器铁心8和继电器绕线管22)。在继电器被断电时，簧片使衔铁4返回到在图5和6示出的其正常位置。隔音装置20降低了由继电器在通电(即“接通”)和断电(即“断开”)循环过程中产生的噪声。由于继电器结构(包括底座、簧片、盖和框架)所造成的共振能够放大噪声，所以，由于撞击而产生的噪音的降低将会累积。
通过使用本发明的各种继电器可以在不很大地增加继电器的成本和复杂性的情况下使得噪声降低。隔音装置20可被加到许多型式的电磁式继电器上，而没有不利地影响到继电器的操作。为了依照本发明的第一实施例说明隔音装置的使用，在首先叙述这个现有技术中的继电器的结构和功能之后，还将附加叙述图1-3示出的现有技术中的继电器。
图1-3中示出的现有技术中的电磁式继电器是传统的继电器，其包括正常断开和正常闭合的固定触点。在存在或没有由流过线圈或绕组的电流产生的电磁力的情况下，滑动触点在两个固定触点之间移动。在电流被施加到线圈以产生拉力时，衔铁与铁心移动结合，且延伸穿过线圈或绕组。衔铁被附在动簧片上，且由流过线圈的电流形成的电场所产生的电磁力必须足以克服动簧片所产生的恢复力。
在图1-3示出的特定继电器中，滑动触点被安装在动簧片的一端。动簧片的一部分延伸到衔铁之外，其中，滑动触点安装在该动簧片上，衔铁包括相对刚性的铁磁体部件。L形可移动簧片的相对端被固定到框架上，其也包括相对刚性的部件。在这个电磁式继电器中，衔铁的后缘与框架的相邻边毗连，且动簧片绕着这些邻接边缘以至少直角延伸，所以簧片将产生倾向于将衔铁移动离开线圈的恢复力。换句话说，在动簧片处于作用于簧片上的应力相对较低的位置处时，衔铁将与铁心间隔开。
在附图中说明的继电器中，设置了衔铁，所以，在衔铁与铁心结合时，衔铁将会相对铁心倾斜。换句话说，框架的邻接边缘横向地间隔在铁心的外表面之外。在图7中可以更好的看出这种倾斜或歪斜，其示出含有隔音装置20的衔铁4。然而，在现有技术中的继电器中，在衔铁与铁心结合时其也是倾斜的。这种倾斜或歪斜确保了衔铁和铁心将在规定点结合，以确保在合适的尺寸制造公差内可靠地操作。然而，应该理解，依照本发明的隔音装置能够应用在继电器上，在该继电器中，衔铁和线圈的精确定向可不同于这儿所述的定向。例如，隔音装置可用在继电器上，其中，在该继电器中，衔铁和线圈在平的、基本上平行的平面上相互结合。
对于继电器性能来说，衔铁和铁心之间在断开开关操作的一端的直接接触或近乎直接接触很重要。直接接触(所以，在衔铁和铁心之间仅仅存在非常小的间隙)提供了非常大的电磁力，该电磁力基本上将两个元件锁定在一起。高抗震性和抗冲击性是主要的益处，其使得继电器在其已被闭合之后对电压波动较不敏感，其中，所述主要的益处是低断开电压。
在电流流过继电器线圈或绕组时，衔铁被磁附在铁心上。由电磁场施加的足够的力将克服倾向于保持滑动触点与通常闭合的触点结合的簧片力。由于衔铁移动，与铁心结合，滑动触点将首先开始与通常断开的触点结合，且电流将在滑动触点和通常断开的触点之间流动。电流将在附到动簧片上的共接头和正常断开端子之间流动。为了在足够的法向力作用下维持滑动触点和通常断开的触点之间的连续接触，动簧片的超程(overtravel)也是需要的。因为所有的吸引力是由衔铁上的电磁场的作用产生的，所以在现有技术中的继电器中可以获得这种超程，其中，所述衔铁具有最大的动质量。通过在衔铁与铁心结合之前使得滑动触点与通常断开的触点结合，可以得到所述超程。
衔铁进一步移动到达其在铁心上的固定位置(seated position)，这一移动使得簧片在衔铁和滑动触点之间的部分弯曲，并在触点之间产生了回弹力。这将在触点上提供力，即使触点磨损或者端子由于其膨胀或其他原因而移动离开。随着衔铁被这个电磁力拉近铁心，簧片被弯曲，从而将更大的法向力传递到配合触点上。当然，作用于衔铁上的力越大，衔铁对铁心的冲击和滑动触点对通常断开的触点的冲击越大。实际上，由超程产生的力的方向与衔铁移向铁心的固定移动(seating motion)方向相反。同样地，其实际上有助于在衔铁冲击铁心之前降低该衔铁的速度。然而，来自超程的力直接有助于降低噪音，这是由于尽管簧片在铰链中心处的力起作用，从而在没有电磁场时将触点分开，但是，超程簧片在触点仍结合时可容易地将分开力在短时间内加倍。
随着铁心和衔铁之间的间隙被降低，衔铁上的电磁力几乎按指数规律增大。通常在衔铁的大部分移动范围的电磁力以与簧片阻力类似的增大速率增加。然而，在超程的后半时过程中，电磁力相对簧片力戏剧性地增大。衔铁和铁心间的强烈冲击将造成更大的噪声，但是更大的吸引力也将产生更大的配合速度，这将降低配合过程中产生不希望有的电弧的可能性。高配合速度和力的快速增加确保了触点具有充分的接触面积，以在电光负荷固有的起动电流期间防止触点过热、熔融和熔接。因此，大吸引力是需要的，尽管其将造成更大的噪声。
实施例所体现的电磁式继电器的改进的声音性能以这样一个事实为条件，即，对噪声做出重要和显著贡献的是由相对标准设计的继电器中的衔铁所产生的噪音。衔铁对线圈铁心的冲击产生脉冲，所述脉冲将在接通过程中激励继电器。在断开过程中，在一些设计中衔铁将冲击簧片臂。在其他设计中，触点冲击将是断开过程中噪音产生的根源。与簧片的可能冲击是预偏置的结果，且与衔铁的断开运动无关。在所有的设计中，必须用一些装置将衔铁停止。由于衔铁到达其完全断开或完全闭合位置，实施例通过吸收衔铁和簧片之间的冲击并阻尼了簧片振动而降低了由衔铁造成的噪声。
图5-7示出在传统电磁式继电器2内的夹在衔铁4和簧片6之间的隔音装置20。弹性簧片6附到框架16上。衔铁4、隔音装置20和簧片6形成了子部件，该子部件沿着包括线圈或绕组10、绕线管22、铁心8和框架18在内的磁性子部件的两侧延伸。滑动触点12安装在通常闭合的触点14和通常断开的触点16之间的柔性动簧片6上。图5示出在开启或断开位置处的组件，其中，滑动触点12与通常闭合的触点14结合，衔铁4与铁心8间隔开。在这个位置，存在不足的电磁力，以将衔铁4拉向铁心8。
图6是在与图5中示出的位置相同的位置处的元件的部分组件。没有示出继电器底座、触点14和16，所以，更加易于看出与衔铁4和铁心8相关的隔音装置20的位置。
图7示出在全部接通位置处衔铁相对铁心的位置。在这个实施例中，铁心8的横截面形状为圆形的，且衔铁4和铁心8之间的主要接触点沿着在距框架18最远的区域内的铁心8的周边。清楚地示出衔铁4相对铁心8的倾斜的或歪斜的位置。在优选地实施例中，衔铁4的倾斜方向与标准继电器的方向基本相同，其中，衔铁4相对铁心8以锐角局部延伸。
若干材料可被用于隔音装置20。聚氨酯橡胶的额定温度为155℃，其看起来足够用于最大继电器室温为125℃的继电器。然而，在一些应用中，继电器内的内部温度在最坏条件时可以高达180℃。聚氨酯橡胶随着时间流逝而产生的降解可由这些条件产生。最初的实验表明，降解不影响继电器性能，但是声音降低能力受到不利地影响。聚氨酯橡胶在-30℃的操作温度下开始基本变硬，其可对继电器的性能存在有害作用。然而，尽管有这些缺点，在一些情况下，聚氨酯橡胶似乎是用于降低噪音的合适材料。
硅酮(silicone)显示出用于形成隔音装置20的几乎理想的硬度和温度范围特征。然而，大多数硅酮能够脱气挥发未固化的材料。脱气材料能够沉积在附近表面上，其包括继电器内的触点。在暴露于来自继电器内所产生的电弧的热时，那儿的沉积物能在触点上形成电绝缘玻璃涂层，其使得继电器不起作用。然而，特殊配制的硅酮组合物是商业上可得的，其具有低的脱气特征。多数这种配方被设计用于在高温和真空的极限条件下与间距相关的应用，所述极限条件倾向于极大的加速脱气过程。这些和其他低速度硅酮可被以用于继电器内部，尤其是在需要实现本发明的非常小量中。
隔音装置不必是连续的片材形式。实际上，从制造观点来看，隔音装置可由半液体材料如填料(caulk)形成。已经发现，置于衔铁和簧片之间的两滴低脱气硅酮填料足以使噪音有重大的降低(即，在100mm从扩音器快速响应的声压级(或SPL)RMS在60dBa之下)。
冷铸多成分树脂也可被用于形成隔音装置20。多成分树脂可被沉积在衔铁和簧片之间，并随后固化。一种基于不含异氰酸盐和不含硅酮的树脂的合适的碳氢化合物就是Guronic0FR0，其可从德国柏林的Paul JordanElektrotechnische Fabrik GmbH&Co.KG商业可得。这一标准组合可被优化，以调节有效时间和固化时间，从而更加有效的制造簧片-衔铁子部件。
在前述的实施例中，隔音装置被置于衔铁和簧片之间。尽管这些实施例结果使得继电器内的噪音明显降低，但因为隔音装置必须在衔铁和簧片例如通过一对自旋铆钉28相互附接在一起之前应用，就使得制造过程复杂。为了解决这个潜在的不利之处，图8-9的可替换实施例通过容许在衔铁已被机械地附接在簧片上之后设置隔音装置，简化了衔铁-簧片子部件的制造。
在图8和9叙述的可替换实施例中，隔音装置被置于簧片6的邻接衔铁4的边缘30的表面上，如图8所示。边缘30相对沉积有隔音装置的内部簧片表面横向延伸。边缘30是面向附到簧片6一端上的滑动触点12的衔铁的边缘。用于这些实施例的特别优选的隔音装置包括将被粘附到衔铁4的边缘30和簧片6上的树脂。
在图8中示出沉积合适的材料的一种方法，其中，两滴树脂材料32被沉积在邻接衔铁4的边缘30的簧片6上。材料横向流动，直到两滴树脂材料32聚结，从而形成覆盖簧片6和衔铁4的边缘30之间的结合处的密封条34(bead)。树脂材料然后以正常方式固化。
尽管一些材料也将能够在衔铁4和簧片6之间通过毛细作用传送(wick)，多数树脂将仍保持与衔铁4的边缘30和簧片6接触。必须注意防止任何固化的树脂被置于衔铁4的暴露表面上，在该处，树脂可能以其他方式与继电器铁心8接触。形成密封条34的树脂将粘附到衔铁边缘30和簧片6上，并将限制簧片6相对衔铁4的移动、弯曲和振动，因此降低了与这种振动有关的噪声。
树脂密封条34被置于衔铁4和继电器滑动触点12之间，该滑动触点12将被安装在簧片6一端上的孔36内，如图8和9所示。也由此可见，树脂密封条34被置于机械圆头螺钉28和滑动触点12之间，其中，机械圆头螺钉28形成了衔铁到簧片上的主要机械附接。在滑动触点12与其中一个固定触点14、16结合时，簧片6的延伸在衔铁4盒滑动触点12之间的该部分将保持自由弯曲。
用在图8和9中的实施例的合适的树脂是Guronic D0FR0铸塑树脂，基于两组分碳氢化合物的、不含异氰酸盐和不含硅酮的可固化树脂，其可从德国柏林的Paul Jordan Elektrotechnische Fabrik GmbH&Co.KG商业可得。这种树脂在固化时仍保持相对柔软以及大约30的Shore A硬度。该树脂无毒、对环境安全、不需特别谨慎、具有极好的粘性、良好的耐温性、高机械阻尼作用并且在固化过程中显示出非常小的收缩率。已经发现，上述的以这种方式沉积的相对粘性的材料显示出足以降低继电器在接通和断开过程中产生的噪音的机械阻尼。例如，已经发现，采用参考附图8和9所述的本发明的继电器所产生的噪音被降低了与第一实施例中大致相同的量。继电器的操作性能没有受到任何负面影响。
这些实施例中的隔音装置不限于参考附图8和9的实施例所述的具体树脂的使用。也可以使用其他材料。已经事先叙述了聚氨酯和硅酮的不利之处，但是，在一些应用中，可以使用这些可替换的材料。其他树脂的或非树脂的组合物也可以降低继电器的声频噪声，且也可以用优选用于本发明的第二实施例的特殊材料代替。
由于这儿叙述的实施例已经具体称作代表性的实施例，且因为本发明同样可应用于若干标准继电器构造，且由于已经叙述了若干优化，所以，明显可以看出，本发明由下述的权利要求限定，且不限于这儿示出或叙述的具体
权利要求
1.一种电磁式继电器，包括a)电磁子部件，其包括绕在铁心上的线圈；b)衔铁，其可在与铁心接触的第一位置和与铁心间隔开的第二位置之间移动，所述衔铁响应于铁心内的磁场的产生而移动；c)簧片，其将衔铁偏置到第二位置；d)隔音装置，其置于衔铁和簧片之间的结合处。
2.如权利要求1所述的电磁式继电器，其特征在于，在衔铁与铁心结合时，衔铁相对于铁心倾斜。
3.如权利要求1所述的电磁式继电器，其特征在于，滑动触点被安装在簧片之间，且该滑动触点在衔铁处于第一位置时与通常断开的触点电连接，在衔铁处于第二位置时与通常闭合的触点电连接。
4.如权利要求1所述的电磁式继电器，其特征在于，继电器产生低于60dBa的声级。
5.如权利要求1所述的电磁式继电器，其特征在于，隔音装置包括置于簧片和衔铁之间的隔音材料层。
6.如权利要求5所述的电磁式继电器，其特征在于，隔音装置包括一个半液体材料层。
7.如权利要求1所述的继电器，其特征在于，隔音装置沿着衔铁与簧片邻接的边缘设置。
8.如权利要求7所述的电磁式继电器，其特征在于，隔音装置由树脂组成。
9.如权利要求8所述的电磁式继电器，其特征在于，树脂由二元固化树脂组合物组成。
10.如权利要求8所述的电磁式继电器，其特征在于，衔铁被机械连接到簧片上。
11.如权利要求10所述电磁式继电器，其特征在于，树脂被置于沿着簧片且与衔铁到簧片上的机械附接间隔开的位置处。
12.如权利要求11所述的电磁式继电器，其特征在于，沿着簧片设置所述树脂，且树脂被置于衔铁到簧片上的机械附接和附到簧片上的滑动触点之间。
13.如权利要求8所述的电磁式继电器，其特征在于，沿着簧片设置所述树脂，且树脂被置于衔铁接触铁心的点和安装到簧片上的滑动触点之间。
14.如权利要求8所述的电磁式继电器，其特征在于，树脂限制了簧片相对衔铁的弯曲。
15.如权利要求8所述的电磁式继电器，其特征在于，树脂由基于无异氰酸盐和无硅酮的二元冷铸碳氢化合物的组合物组成。
16.如权利要求8所述的电磁式继电器，其特征在于，树脂仅仅出现在衔铁上的不与铁心结合的表面上。
全文摘要
一种电磁式继电器(2)，包括置于继电器衔铁(4)和簧片(6)之间的结合处的隔音装置(20，32，34)，如弹性插入物、隔音组分或材料或者树脂，其中，隔音装置(20，32，34)降低了噪音，所述噪音由于随着继电器(2)通电且衔铁(4)被拉入铁心(8)内以及在继电器(2)被断电且簧片(6)将衔铁(4)偏置离开铁心(8)时，衔铁(4)和簧片(6)之间的接触而产生的。
文档编号H01H50/28GK1666309SQ03815587
公开日2005年9月7日 申请日期2003年6月19日 优先权日2002年7月1日
发明者罗伯特·D·艾尔贝克, 罗杰·L·思拉什 申请人:蒂科电子公司