一种用于极化电磁继电器的双稳态驱动器的制作方法

【技术领域】

本发明涉及一种用于极化电磁继电器的双稳态驱动器，尤其适用于传导和转换高稳定负荷电流的小型继电器，例如，用于120a/230v交流以内的智能电能表的隔离继电器中。

背景技术：

de102010017874b4公开了一种具有极化磁性电路以及平行工作气隙的双稳态激励驱动器，其包括对称设置的两个外支腿，每个外支腿上设置有激励线圈。通过在其中一个外支腿上设置额外的激励线圈来增加对摆动电枢的吸引力，以实现不对称的触发力。该种方案结构复杂，体积较大。

de2148377a公开的双稳态激励驱动器通过在永磁体与摆动电枢之间设置不对称导磁片实现不对称的触发力。该种方案很可能因为制造公差等原因变成单稳态激励驱动器。

de19544520a1公开的双稳态激励驱动器通过在永磁体与摆动电枢之间设置不对称不导磁的隔离箔实现不对称的触发力。该种方案中，隔离箔可能会被摆动电枢击中从而产生阻尼效应。

ep1081733a2公开的双稳态激励驱动器通过不对称的摆动电枢实现不对称的触发力。该线条一个翼部较宽，另一个翼部较窄。较窄的翼部很容易磁饱和。

因此，亟需一种改进的并且能实现不对称触发力的双稳态激励驱动器。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种具有简化结构并且能实现不对称触发力的双稳态激励驱动器。

本发明所提供的一种可用于高电流承载的小型极化电磁继电器的双稳态驱动器，包括e形磁轭、安装到磁轭的两个激励线圈、被激励线圈驱动的摆动电枢。所述e形磁轭具有磁芯主体、分别位于磁芯主体两端的两个外支腿以及位于两个外支腿之间的一个中心支腿，中心支腿具有扁平永磁体或者单独由永磁体形成，e形磁轭用于将永磁通量施加到关于中心支腿转动的摆动电枢上。所述两个激励线圈位于中心支腿两侧用于为摆动电枢提供切换脉冲。e形磁轭的两个外支腿的极面到摆动电枢的工作气隙厚度不同，因此可实现所预定的不对称性，使其中一个外支腿对摆动电枢具有更大的拉力。

摆动电枢在切换位置时总会与其中的一个外支腿相接触。其中一个外支腿与摆动电枢的工作气隙更薄，从而具有更小的磁阻，从而对摆动电枢具有更大的吸引力。本发明在不需要附加部件(例如导磁片、隔离箔、调节弹簧等)的情况下就实现了不对称性的切换行为，并降低了接触部件的反弹效应，能快速地实现开关且降低了接触损耗。每个切换位置都可以由永磁体来吸引保持。

作为本发明的一种优选方案，其中一个外支腿比另一个外支腿更靠近中心支腿。两个外支腿的主体具有相同或不同的横截面。

作为本发明的一种优选方案，其中一个外支腿的端部具有朝向中心支腿伸出的延伸部，从而具有朝中心支腿延伸扩大的更大的极面。

作为本发明的一种优选方案，两个外支腿的极面彼此不对称，两个外支腿的横截面不同。

作为本发明的一种优选方案，外支腿的极面和中心支腿的极面齐平，并且摆动电枢为略微的v形，优选150至175度的范围，更优选160至170度的范围。这使得摆动电枢的双翼能完全接触到外支腿的水平极面。

作为本发明的一种优选方案，外支腿的极面可以低于中心腿的极面，并且外支腿的极面具有向下和向外延伸倾斜的斜面，使得摆动电枢的双翼能完全接触地搁置在外支腿的极面上，从而增加摆动电枢与中心支腿的接触面积。

作为本发明的一种优选方案，外支腿的极面内边缘是直的并且平行于摆动电枢的摆动轴线，与圆形的内边缘相比，该设计改善了磁通量的特性。

作为本发明的一种优选方案，其中一个外支腿的极面比另一个外支腿的极面更靠近中心支腿，从而使摆动电枢更容易从关闭位置切换到打开位置。

作为本发明的一种优选方案，其中一个外支腿的极面比另一个外支腿的极面更远离中心支腿，从而使摆动电枢更容易从打开位置切换到关闭位置。

作为本发明的一种优选方案，e形磁轭的磁芯由一个或几个冲压形成的弯折件组成，或者由一个或多个冷成形件组成，或者由一个或多个相同的切割金属薄板叠置而成。

作为本发明的一种优选方案，所述两个激励线圈分别套设到两个外支腿，两个激励线圈之间彼此平行。

作为本发明的一种优选方案，所述两个激励线圈安装到磁芯主体，并分别位于两个外支腿与中心支腿之间。

作为本发明的一种优选方案，两个激励线圈分别独立地通过直流脉冲或正弦半波驱动。

作为本发明的一种优选方案，两个激励线圈串联成一个线圈，通过直流脉冲或正弦半波交替驱动。

作为本发明的一种优选方案，其中的一个激励线圈的电磁力强于另一个激励线圈电磁力，以便增强驱动器的不对称性能。

【附图说明】

下面将结合通过具体实施方式和说明书附图对本发明进行详细的描述。

附图中：

图1以爆炸图方式示出具有成角度的摆动电枢的驱动器，

图2示出图1中移除激励线圈后的驱动器的主视图，

图3为另一实施例所改进的磁芯的主视图，

图4以爆炸图方式示出具有笔直摆动电枢的驱动器，

图5示出了具有可拆分式磁芯的驱动器。

上述附图中，各数字标记表示的部件名称如下：

1磁轭；2a，2b外支腿；3支撑座；4永磁体；5摆动电枢；6a，6b激励线圈；7a，7b极面；8磁芯主体；11磁芯；13中心支腿；a，b外支腿的极面与中心支腿之间的净距离；la，lb工作气隙；fm1，fm2磁力；s摆动电枢的摆动轴线。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1所示的双稳态驱动器包括e形磁轭1、安装到磁轭1的两个激励线圈6a、6b以及被激励线圈6a、6b驱动的摆动电枢5。磁轭1包括磁芯11和永磁体4，磁芯11包括磁芯主体8、从磁芯主体8伸出的支撑座3和位于支撑座3两侧的两个外支腿2a、2b。永磁体4被支撑座3支撑从而形成中心支腿13。外支腿2a、2b分别与中心支腿13具有不同的净距离a和b，并且该两个外支腿2a、2b的主体横截面积也不同。较窄的外支腿2a到中心支腿13的净距离a小于较宽的外支腿2b到中心支腿13的净距离b。磁芯11的三个支腿2a、2b、13远离磁芯主体8的端面为极面。该三个支腿2a、2b、3从磁芯主体8到它们的极面的主体部为长方体。因此，外支腿2a到中心支腿13的净距离a等于外支腿2a的极面7a到中心支腿13的净距离，外支腿2b到中心支腿13的净距离b等于外支腿2b的极面7b到中心支腿13的净距离。

较小的激励线圈6a套设在较窄的外支腿2a上，较大的激励线圈6b套设在较宽的外支腿2b上。支撑座3的上端为具有相同横向尺寸的永磁体4。组装后永磁体4的顶面与外支腿2a、2b的极面7a、7b对齐。永磁体4支撑摆动电枢5，摆动电枢5的两个翼部形成轻微的v形并与磁芯11的尺寸适配，两个翼部形成150度至175度的v形角，优选是160度至170度的v形角。在本实施例中，位于外支腿2b上方的摆动电枢翼部比位于外支腿2a上方的摆动电枢翼部长。摆动电枢5的脊部可直接由永磁体4的中心支撑，或者由驱动器的壳体(图中未显示)引导和支撑。在图1所示的实施例中，两个并联回路的磁通量为两个外支腿2a，2b的极面到中心支腿13的净间距a，b的函数以及两个交替激励的激励线圈6a、6b的函数。

图2是图1所示驱动器的在移除激励线圈6a，6b后的主视图。可以看到，两个外支腿2a、2b分别以不同的净距离a、b与中心支腿13隔开。净距离a小于净距离b。支撑座4支撑着永磁体4，永磁体4的顶面与两个极面7a、7b对齐。摆动电枢5在摆动轴线s的位置被永磁体4直接支撑，图2所示的摆动电枢5位于中性平衡的位置，然而，摆动电枢5在实际的继电操作中不会停留在该位置，因为摆动电枢5总是接触外支腿2a或外支腿2b，也就是两个开关位置的其中一个位置，这是任何一个双稳态开关位置受永磁力作用的结果。因为外支腿2a到中心支腿13的净距离a小于外支腿2b到中心支腿13的净距离b，所以外支腿2a的工作气隙la厚度小于与外支腿2b的工作空气隙lb厚度。

v形摆动电枢5朝向两侧的摆动角度相同。外支腿2a比外支腿2b更靠近摆动电枢5的摆动轴线s，外支腿2a的工作气隙la比外支腿2b的工作气隙lb更小。因为工作气隙la的磁阻比工作气隙lb的磁阻更小，所以穿过工作气隙la的磁通比穿过工作气隙lb处磁通更多。这产生了不对称的牵拉效应，可用于触发接触装置。

如图3所示，本发明的另一个实施例中，磁芯11为一体式。磁芯11的一个外支腿2a比另一个外支腿2b更靠近中心支腿13。外支腿2a的顶端还具有朝向中心支腿13伸出的延伸部，从而使外支腿2a具有朝中心支腿13延伸增大的极面7a，导致极面7a和中心支腿13之间的净距离a明显小于外支腿2b的极面7b与中心支腿13之间的净距离b。因此，在激励线圈具有相同数量线圈时，安装在摆动轴线s上的v形摆动电枢(图中未示出)将因为外支腿2a的工作气隙更小而被拉向外支腿2a。

图4是另一个实施例提供的驱动器的爆炸示意图。该驱动器具有一体式的磁芯11以及平直的摆动电枢5。从磁芯11的磁芯主体8看过去，左外支腿2a的横截面小于右外支腿2b的横截面，左外支腿2a与中心支腿13净距离a小于右外支腿2b与中心支腿13的净距离b。因此，右外支腿2b可以装载不同尺寸的激励线圈6b并保持与左侧激励线圈6a的磁动势相同。优选地，左外支腿2a套设的激励线圈具有更大的尺寸。永磁体4安装到支撑座3，永磁体4的四角都位于外支腿2a、2b的上方。摆动电枢5安装到永磁体4上，并可关于摆动轴线s摆动，直到其搁置在外支腿2a的极面7a或外支腿2b的极面7b上。磁极面7a、7b的内边缘是直的并且平行于摆动电枢5的摆动轴线，使水平的摆动电枢5能够完全接触地贴靠在极面7a，7b上，使得磁通量特性的到改善。

永磁体4顶面具有两个斜面4a和4b，该两个斜面4a和4b形成倒v形。斜面4a与极面7a共面，斜面4b与极面7b共面。

图5示出了本发明的另一种实施例。本实施例中，磁芯11包括两个部件，其中，磁芯主体8与右侧外支腿2b构成一个部件，左侧外支腿2a是另一个部件。中心支腿13由安装到磁芯主体8的永磁体4形成，永磁体4从磁芯主体8延伸到与外支腿2a的极面7a、外支腿2b的极面7b平齐的位置。外支腿2a、2b的端面都具有朝向中心支腿13伸出的延伸部，从而分别具有朝向中心支腿13扩大的极面7a、7b。

因为磁芯11包括两个部件，所以在磁芯11完成之前要将两个激励线圈6a，6b顺次装配在磁芯主体8上。外支腿2a、2b的主体部到中心支腿13的间距相同，外支腿2a、2b主体部横断面尺寸也相同。但是，极面7a，7b具有不同的尺寸，使永磁体4所形成的中心支腿13与极面7a的净距离a大于中心支腿13与极面7b的净距离b。因此，在两个相等尺寸的激励线圈6a、6b的情况下，由于工作气隙不同，外支腿2b对v形摆动电枢5的拉力更大，上面结合图1时已经阐述了相关的原理，此不赘述。本实施例中，两个激励线圈6a，6b沿共同的绕线方向缠绕。如果该两个激励线圈6a、6b串联连接，则可通过改变激励脉冲的极性将摆动电枢5从一个位置切换到另一个位置。如果激励线圈6a，6b可单独驱动的，则摆动电枢5的切换方向与每个激励线圈的绕线方向、通电方向有关。因为激励线圈6a、6b的磁通量会叠加到永磁体4的磁通量。因此，永磁体4在e形磁芯11内的磁通量可能被削弱或增强，直至摆动电枢5被触发。优选地是前者，因为该方案更高效节能。本实施例中，提供相关的尺寸作为参考。装配好的磁芯11的尺寸为小于10毫米×10毫米×24毫米。所述磁芯11由一个或多个冲裁及弯曲的形成件或一个或多个冷成形件组成，所述磁芯11的铁芯也可由若干叠片层叠构成。如磁芯11由若干叠片叠置而成的情况下，每个金属叠片的厚度为0.5毫米，公差为+/-0.05mm。每个直流触发脉冲为几毫秒的持续时间，可从交流电压电源的正弦半波获得所需要的触发脉冲。

本发明中，所述两个激励线圈6a，6b位于中心支腿两侧用于为摆动电枢提供切换脉冲。e形磁轭的两个外支腿的极面到摆动电枢的工作气隙厚度不同，因此可实现所预定的不对称性，使其中一个外支腿对摆动电枢具有更大的拉力。本发明无需额外的激励线圈以及校准工作进而实现不对称性的切换行为，节省了其他组件的额外费用。

摆动电枢在切换位置时总会与其中的一个外支腿相接触。其中一个外支腿与摆动电枢的工作气隙更薄，从而具有更小的磁阻，从而对摆动电枢具有更大的吸引力。本发明在不需要附加部件(例如导磁片、隔离箔、调节弹簧等)的情况下就实现了不对称性的切换行为，并降低了接触部件的反弹效应，能快速地实现开关且降低了接触损耗。每个切换位置都可以由永磁体来吸引保持。

以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，如对各个实施例中的不同特征进行组合等，这些都属于本发明的保护范围。