机电式可锁定型继电器及其使用方法
【专利说明】
[0001]【技术领域】
本发明涉及继电器。更确切地说，本发明涉及机电式可锁定型继电器及其使用方法。
[0002]【【背景技术】】
继电器是由电信号控制的机电开关。一个典型的继电器由一个电磁铁和软铁弹片组成。弹片上一般连着可移动的电接触点，弹片本身由弹簧扣住，在通电后，电磁铁会对软铁弹片产生作用力，并使其克服弹簧弹力，从而移动电接触点去关闭或打开一个电回路，当电磁铁断电后，电接触点弹回到原来位置。继电器有各种不同类型，有多接触点型、有密封型、有的内部有延迟电路、有的像早年电话通讯使用的多步多接触点型、还有可锁定型。
[0003]可锁定型继电器是指一类在电磁铁断电后，可以保持关闭和打开状态的继电器。开和关状态之间的转换是由送给电磁铁短暂的电流脉冲而实现的。可锁定型继电器一个重要的优点是在非开关状态没有任何功耗(甚至不需要电源)。
[0004]锁定性继电器也有多种类型，其中两种在ENGINEERS’ RELAY HANDBOOK第3— 24页[1]里有描述。一个永磁铁提供磁通并通过一个弹片在两个磁回路之一形成闭合回路。把弹片及其相关的接触从一个位置移到另一个位置是通过电磁铁的电流脉冲实现的。这种继电器要求电磁铁线圈圈数多，从而使得其它新工艺无法或非常困难实现。
显然，一个简单并容易生产和使用的继电器是令人向往的。
[0005]本发明目的是提供一种新的并改善了的继电器，而该继电器可以很容易地被做成锁定型或非锁定型。
[0006]【
【发明内容】
】
以下所述的继电器起码部分解决了以前的问题并达到上述目标。这种继电器由一个螺线管组成，该螺线管含有一个活塞组件和永磁铁组件。永磁铁组件包含一个被两个软磁体夹着的永磁体并形成两个磁极。活塞组件包含一个软磁体并且该软磁体至少有一端可在上述永磁体两个磁极中移动。活塞组件至少有两个稳定状态:其一对应于所述活塞软磁体端部被永磁体一个磁极吸引；其二对应于所述活塞软磁体端部被永磁体另一个磁极吸引。给螺线管通电将使软磁活塞磁化并在两个稳定状态之间活动。添加适当触点和反力弹簧结构可以形成锁定型或非锁定型继电器。
[0007]【【附图说明】】
本发明上述及其它的特性及优点在以下用例子及附图作出详细说明，其中所用相同的标号将指相同的部件。
[0008]图1A是本发明继电器一个实施例在活塞组件处于“下”状态的剖视图。
[0009]图1B是本发明继电器一个实施例在活塞组件处于“上”状态的剖视图。
[0010]图2是本发明一个单刀双掷(STOT)继电器的实施例剖视图。
[0011]图3是本发明一个继电器的实施例剖视图，其中该继电器的活塞是固定的，而永磁体组件相对于活塞移动。
[0012]图4A是本发明继电器一个实施例在活塞组件处于“下”状态的剖视图。
[0013]图4B是本发明继电器一个实施例在活塞组件处于“上”状态的剖视图。
[0014]【【具体实施方式】】
本说明书所用的某些实施例，只是本发明的一些例子，而没有任何意图从任何方面限制本发明的范围。为了简明起见，一些普通的电子制造及其它系统方面(制系统零部件)的说明未必详细。而且，本说明书常用电力及电子方面的例子来描述本发明，应被理解，很多其他制造方法可以被用来制作本继电器。而本说明书描述的方法，还可以被应用到机械传动器、光开关、液态控制以及其它开关器件。
[0015]另外这些方法也适合于电系统、光系统、消费电器、工业电子、无线通讯、宇航、液体控制、医疗系统及其他应用。本说明书所用的空间安排及尺寸说明只是为了示意而已，具体的锁定继电器可以有多种空间位置及取向安排，这些继电器还可以适当方式相连并形成阵列。
[0016]图1A和图1B显示了一个示例性实施例中的机电式继电器分别在其“下”和“上”两个稳定状态。参考图1A和1B，一个实例机电式继电器100适当包括螺线管10、可动活塞组件20、永磁体组件30和30B、以及固定导体61和62。
[0017]螺线管10 (电磁铁)是由多匝导线绕在一个线圈架11上形成的。电磁继电器100中螺线管10的作用之一是在其通电后提供一个垂直磁场并磁化软磁性活塞21，导致所述活塞组件20相对永久磁体组件30和30B移动。在螺线管电流方向改变时其磁场方向也随之改变，从而改变所述活塞组件20的运动方向。这一结构提供了一个外部电子控制机制使继电器在不同状态间进行切换，如下给出详细解释。
[0018]可动活塞组件20包含活塞21、弹片26、紧固件25、推杆41、和一个可动导体40。所述活塞21包括下列软磁体:主体22、上软磁盘23和下软磁盘23B、以及端盖24。上述软磁性体通过粘接或螺纹紧固在一起形成一个统一的刚性体。软磁体活塞21的首选材料包括铁、镍铁或任何其他具有高导磁率的软磁材料，其特性是很容易被外部磁场磁化。弹片26起着连接所述活塞21和推杆41的作用，而所述推杆连接着移动导体40。弹片26和导体40可以由任何金属(如铍铜等)材料制成。导体40表面最好镀金。推杆41可以由塑料材料制成。弹片26由紧固件25紧固在活塞21上。活塞21向下移动时将通过弹片26向下推动推杆41，导致导体40连接固定导体61和62，形成一个封闭的导电路径。在另一方面，当活塞21向上移动时，它通过弹片26向上拉推杆41，导致导体40离开固定导体61和62，断开导电路径。固定导体61和62可以由任何导电材料(如铜、铜合金等)制成，最好是镀金的。
[0019]永磁体组件30和30B分别包含永磁铁32和32B，分别夹在软磁铁31和33及31B和33B之间。永磁铁32和32B可由任何永久性的硬磁材料(如钕铁硼、钐钴、铝镍钴，陶瓷磁铁，CoPtP合金及其他)制成。软磁铁可由任何具有高导磁率(从大约100到105以上)软磁材料制成，其特性是很容易被外部磁场磁化。这些软磁材料的例子包括铁、镍铁合金、硅钢、FeCo合金、软磁铁氧体等。在本示例性实施例中，永磁体组件30和30B被安排成一个相对于螺线管中心镜像对称的配置，使上永磁体32北极向朝上，而下永磁体32B北极朝下(如图1A和1B中箭头指示)。在这种配置中，活塞组件20要么呆在“下”位置(图1A)，其中软磁盘23被软磁环33吸引而和软磁盘23B被软磁环31B吸引；活塞组件20要么呆在“上”位置(图1B)，其中软磁盘23被软磁环31吸引而软磁盘23B被软磁环33B吸引。当螺线管10通电并产生一个向下的磁场时，活塞21下端软磁盘23B被磁化成北极，同时活塞21上端软磁盘23被磁化成为南极，从而使软磁盘23被软磁环33排斥并吸引到软磁环31，同时使软磁盘23B被软磁环31B排斥并吸引到软磁环33B，形成一个合力向上推动活塞组件20。在另一方面，当螺线管10通反向电流并产生一个向上的磁场时，活塞21下端软磁盘23B被磁化成南极，同时活塞21上端软磁盘23被磁化成为北极，从而使软磁盘23被软磁环31排斥并吸引到软磁环33，同时使软磁盘23B被软磁环33B排斥并吸引到软磁环31B，形成一个合力向下推动活塞组件20。
[0020]框架结构71、72和73是由刚性材料(如铝、铜等)制成，并给继电器100中的各种组件提供支撑。框架71和72同时也形成一个封闭的腔体便于高频信号传输(例如同轴开关)。
[0021]本发明从广义方面来说，一个软磁活塞21具有至少一个端部(软磁盘23)，所述端部可以在一个永磁铁组件30的两个磁极(北极和南极)之间移动。软磁活塞21可以处于“下”位置，其中软磁盘23被永磁体组件30中的下端环33吸引；或处于“上”位置，其中软磁盘23被上端环31吸引。给螺线管10通电将产生一个垂直磁场使软磁活塞21磁化并使活塞组件20在其两个稳定态(“上”和“下”)之间相对于永磁体组件30移动。添加适当触点