电气继电器的制作方法

本发明涉及通过电磁、气动、机械或其他方式致动的重型继电器(也称为接触器)的领域。特别地，本发明涉及解决了在继电器的致动期间形成的触点熔接的问题的继电器或接触器。

背景技术：

已经认识到，重型电气继电器或接触器可能经历触点熔接或触点粘结。这会导致触点在应当断开时仍保持闭合，这本身可能导致电路在应当断电时仍保持带电的潜在的危险情况。

触点熔接可由多种情况或情形引起，例如：在高强度电流以及快速上升时间时的触点闭合，触点的断开或闭合过程中的迟疑，存在固有可焊接的触点材料(例如铜或未改性银)，冲击和振动等。

通常，在正常闭合操作期间，触点多次弹跳式开闭，并且这种弹跳式开闭的循环通常在几毫秒内发生。可以看到，如果在这个弹跳循环中有较高强度电流流过，则可能拉出多个电弧，最终在接触点处形成熔融触点材料的球状体，使得当弹跳停止时，球状体固化，从而导致在两个触点表面之间形成熔接。

传统的单断式继电器和接触器、俗称为“铃锤式”类型、已经克服了这种情况，因为它们的铰接构型允许它们结合滚动或擦拭触点，这种滚动或擦拭触点首先抑制熔接，并且如果发生熔接，则机械地破坏熔接。然而，这种构型倾向于使继电器体积庞大，并且与在现代电气控制系统中更为普遍的更紧凑的双断式或多断式类型相比，其单断式触点在灭弧方面效率较低。

双断式继电器或接触器通常包括可动桥，该可动桥承载两个间隔开的接触区域，当受到诸如电磁线圈、气动缸或其他机械装置之类的启动力的激励时，所述接触区域与两个对应地间隔开的触点柱形成电接触，如图1所示。

当可动桥处于静止状态、即不发生接触时，可以看到存在两个触点间隙，每个固定柱和每个桥接触区域之间各有一个，因此使用术语“双断式”。双断式接触器的缺点是，当其触点在闭合周期中弹跳时，实际接触点在弹跳周期中保持在近乎相同的位置(轴向对齐)，然而在上述单断式铃锤类型的接触器的情况下，接触点相对于触点的表面移动。因此，如果存在可熔接条件，则双断式接触器的触点有保持闭合的趋势。

us2011/0279202公开了一种电磁开关，其中接触板形成有弯头，使得当在接触板的端部处进行接触时，板的变形导致端部稍微向外伸展，从而导致接触点向外行进，从而刮伤用以确保形成良好的电接触的在下面的接触表面。

技术实现要素：

本发明试图解决继电器、特别地轴向行进式继电器、尤其是移动桥式继电器中由触点熔接导致的器件失效的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种电气继电器，其包括第一构件、第二构件和致动机构，所述致动机构用于选择性地使所述第一构件与所述第二构件通过沿所述构件之间的接近路径行进而进行电接触，其中，所述第一构件和所述第二构件设置有用于形成所述电接触的至少一对对应的相关联的电接触表面。这些电接触表面相对于所述接近路径以及相对于彼此取向成使得能够在进行电接触时形成面对面的抵接。

所述构件中一者的至少一个电接触表面借助于弹性偏置装置相对于所述构件中另一者的对应的电接触表面倾斜，使得在所述电接触表面沿所述接近路径而向一起相接时，所述电接触表面以倾斜的取向形成初始接触，并且随着所述构件行进并进一步相接在一起，所述构件中所述一者朝向所述另一者的移动反作用于所述偏置装置，使得所述倾斜减小直到当所述表面被推压在一起而进行电接触从而得到面对面的正好相对的接触。

倾斜的程度可以根据具体实施方案的需要来选择，但优选的角度是与水平方向成12度角(即相对于倾斜的触点将抵接/作用的触点表面的取向)。其他角度当然可行，并且已经发现在1度到30度、优选地2度到20度的范围内倾斜是有用的。

所述电接触表面可以各自取向成使得相对于所述接近路径的取向为大体垂直的，并进行任何所施加的倾斜。所述电接触表面中的至少一者可以通过偏离所述垂直的取向而倾斜。

所述第一构件可以是响应于继电器启动的行进接触构件。所述第二构件可以是诸如端子或端子栓钉之类的固定构件，在致动时所述接触构件上行至所述固定构件。

在另一相关的方面，本发明提供一种电气继电器，其包括触桥部分、端子部分和致动机构，所述触桥部分承载至少两个间隔开的电接触表面，所述端子部分包括至少两个间隔开的对应的电接触表面，所述致动机构用于通过使所述部分中一者相对于所述部分中另一者沿所述部分之间的接近路径行进而选择性地使所述触桥部分的所述电接触表面与所述端子部分的所述电接触表面进行电接触，其中，所述部分中所述一者的所述电接触表面相对于所述接近路径以及所述部分中所述另一者的所述电接触表面取向成使得能够在所述桥部分的所述电接触表面和所述端子部分的所述电接触表面之间形成面对面的抵接。

所述部分中所述一者的至少一个电接触表面借助于弹性偏置装置相对于所述部分中所述另一者的对应的电接触表面倾斜，使得在所述电接触表面沿所述接近路径而向一起相接时，所述电接触表面以倾斜的取向形成初始接触，并且随着所述部分行进并进一步相接在一起，所述构件中所述一者朝向所述另一者的移动反作用于所述偏置装置，使得所述倾角减小直到所述表面被推压在一起而进行电接触从而得到面对面的正好相对的接触。

优选地，所述接近路径是相应的所述第一桥接构件和所述第二端子构件(或相应的所述桥接部分和所述端子部分)之间的直线型纵向位移轴线。

所述电接触表面可以各自取向成使得相对于所述接近路径的取向为大体垂直的，并进行任何所施加的倾斜。所述电接触表面中的至少一者通过偏离所述垂直的取向而倾斜。

所述桥部分可以设置有两个间隔开的接触表面，并且在所述端子部分中具有两个对应的固定端子构件，在致动时在所述两个对应的固定端子构件之间而形成电路。

在优选的布置中，所述致动机构包括附接到所述桥部分的致动柱塞，所述柱塞布置成响应于致动而沿所述接近路径轴向地移位，并且从而使所述桥部分移位成电接触。所述接近路径可以包括致动柱塞纵向位移轴线。

所述桥部分可以包括桥构件，所述桥构件承载所述两个间隔开的触点，所述触点设置成大体垂直于所述柱塞移位方向。所述桥构件可以布置成能够相对于所述柱塞有限地倾斜，使得所述电接触表面能够随所述桥构件一起相对于所述柱塞行进方向倾斜。

所述桥构件可以设有孔，所述柱塞以松配合的方式容置在所述孔中，所述松配合允许所述桥构件相对于所述柱塞倾斜。优选地，所述偏置装置能够在所述柱塞和所述桥构件之间操作，以将所述桥接构件推压至倾斜的取向。所述孔通常在所述接近路径的方向上延伸(以便允许柱塞在该方向上行进)，并且设置在所述桥接构件的中央区域中，所述桥接构件相对于所述柱塞横向地设置。

在优选的布置中，提供有能够在所述柱塞和所述桥接构件之间操作的突出特征，所述突出特征使所述桥接构件从垂直的取向移位到所述倾斜的取向。所述突出特征可以设置在所述柱塞上以便作用于所述桥接构件。可替代地，所述突出特征可以设置在所述桥接构件上以便抵靠所述柱塞而作用。所述突出特征可以为起到使所述桥接构件倾斜的作用的小块或块体。所述突出特征可以包括具有楔状轮廓的特征。在优选的布置中，所述突出特征是具有用于所述柱塞的中央孔的楔状轮廓垫片。

所述偏置装置还可以包括弹簧(优选地螺旋弹簧)，所述弹簧起到推靠所述桥接构件的作用，所述桥接构件由此保持成相对于所述柱塞倾斜。螺旋弹簧可以在其线圈内容置所述柱塞的下部区域，并且可以由诸如弹簧夹或固定垫片之类的保持器保持在所述柱塞上。

所述致动机构可以是本领域已知的、本领域技术人员应当知晓的任意致动机构的布置。例如，所述机构可以包括以下一者或多者：电磁体、螺线管、气动致动器、马达或者机械杆或按钮。

所述电接触表面通常由大体平面的触垫提供。所述电接触表面或触垫中的一者或多者可以具有圆顶形的构型。优选地，每对相互作用的电接触面中的至少一者呈圆顶形。更优选地，每对相互作用的电接触面中的两个接触面均呈圆顶形。可以根据装置的要求来选择圆顶轮廓半径(在直径的截面上)，但、举例来说、已经发现100mm的圆顶轮廓半径是有用的。下面更详细地描述在使用本发明的继电器或接触器形成电接触时发生的摇摆、滚动和/或滑动/擦拭动作。

所述垫可以具有任意平面形状，例如圆形、方形、矩形、其他规则形状或不规则形状。

所述垫通常由通过焊接、烧结、软焊或铆接固定在下面的基底(例如，端子栓钉或桥构件)上的金属材料制成。优选的垫材料是银或银合金(如本领域已知的)，但其他材料是可能的，如铜或铜合金。无论载体是固定的还是移动的，垫可以集成到触点载体中或者与触点载体为一整体。因此，垫可以一体地形成为模制的、铸造或锻造特征、或机加工特征。铜或铜合金优选用于集成/整体垫。

附图说明

下文仅以示例的方式并参照以下附图说明实施本发明的模式。

在附图中：

图1是部分切开的四分之三透视图，其示出了常规的现有技术的电磁致动的接触器。

图2是作为图1的接触器的电接触机构的一部分的触桥组件的示意性侧视图。

图3是触桥组件的示意性端视图。

图4a至图4c是示出桥和接触栓钉上的替代性触垫布置的实施例的示意性侧视图。

图5是本发明第一实施例中使用的触桥-柱塞组件的四分之三分解透视图。

图6a是柱塞-桥构件组件的示意性端视图，在图6a’处示出其细节。

图6b是柱塞-桥构件组件的示意性侧视图。

图7是图6所示的触桥-柱塞组件的示意性端视图，该组件可位于图1所示的一般类型的接触器中。

图8至图10示出了与图7相同的视图，但是柱塞位移逐渐更长(向上)。

图11是本发明第二实施例中使用的触桥-柱塞组件的四分之三分解透视图。

图12至图15是图11中所示的触桥-柱塞组件的示意性端视图，该触桥-柱塞组件可位于图1所示的一般类型的接触器中。

图16是本发明第三实施例中使用的触桥构件-柱塞组件的四分之三分解透视图。

具体实施方式

现有技术

图1示出了现有技术的电磁致动的直流(dc)接触器10(例如，可从英国汉普郡albrightinternational公司获得的sw80)。该装置具有呈直立的带螺纹的栓钉11、12形式的两个固定端子，每个端子均设有相应的螺母13。上壳体部分14由绝缘塑料材料制成，并设有用于容置带螺纹的栓钉的下部区域的两个竖向孔。下壳体部分15包括磁体框架19和线圈(不可见)。四个线圈连接部分从壳体的侧部伸出而形成为铲形触点16。当在适当的情况下通电时，触点使附接有具有横向、长矩形截面的触桥构件18的内部竖直柱塞17向上行进，从而与设置在栓钉11、12的下端处的触帽20、21形成电接触。这在图2的示意图中最佳示出。当线圈通电时，柱塞a被向上推压并沿方向a行进。这使触桥构件18向上移动，从而使得触桥的端部区域上所承载的面向上的触垫22、23接近并接触端子栓钉11、12的触帽20、21的下端上的对应的面向下的触垫24、25。因此，在栓钉端子之间形成电接触桥。如图3所示，触点栓钉11和柱塞17竖向地对齐，使得桥构件18相对于柱塞垂直地取向。

触垫可以具有任意合适的形状。在图4a中，触点全部略呈圆顶形。在图4b和图4c的实施例中，一个表面上的触点为圆盘26，另一表面上的触点呈圆顶形。

第一实施例

图5示出了根据本发明的由触桥构件18和柱塞17组成的组件。触桥构件具有居中定位的竖向孔27，该竖向孔27的尺寸(直径)略微超过柱塞的柱形体部28的外径。柱塞具有头部区域29，该头部区域29设有环形台阶30。头部区域的环形底面35在其外部区域处设置有向下且径向突出的块体31。柱塞容置于中央的孔中，使得头部区域位于桥的上侧，柱形体部部分穿过孔突出至桥的下方。如图6a和图6b所示，柱塞通过螺旋压缩弹簧32和c形夹式弹簧保持器33而被推靠在桥的上侧上。隔离环形隔片34将弹簧与桥构件隔离开。

由于尺寸稍大的孔，桥构件可以相对于柱塞稍微摆动或倾斜。因此，块体31防止桥构件在由弹簧32推压时正好相对地坐置于柱塞头部的底面35上。桥构件18从而以相对于与柱塞行进轴线正交的平面倾斜(绕其纵向轴线)地坐置(即相对于水平平面倾斜)，倾斜角度为t，如图6a’所示。因此，根据sin(t)＝d/w，角度t取决于块体31(的内侧边缘)的深度(d)和桥构件的宽度(w)。在这个示例中，倾斜角度是12度。由于桥构件倾斜，因此桥构件的上表面上所承载的触垫也倾斜(如图6b所示)。桥构件由螺旋弹簧偏置，从而在没有外部作用的情况下其保持倾斜的取向。

在图7中示出了基本上如关于图5和图6所述的由柱塞17和触桥构件18组成的组件。柱塞下端区域具有肩部39和相对较窄的插塞部分36，该插塞部分36以滑动配合的方式位于大体环形钢衬套37中。环形肩部39限制了柱塞能够下降的程度。在图7中，柱塞示出为响应于由启动线圈(未示出)提供的电磁脉冲而竖向移位。倾斜的触桥上的下触垫22以偏离的取向(由倾角t表示)接近触帽20下侧上的对应的触垫24。因此，每个触垫(上触垫和下触垫)的周向周缘在触点相接触时首先相接。随着柱塞进一步向上行进(见图8)，由固定栓钉11(以及相关的帽20和触垫24)提供的约束意味着触桥朝向水平方向(垂直)逐渐偏转回来。因此，随着倾斜角t’减小(t’<t)，有效接触表面在整个触垫上朝向垫表面的中央向内地滚动。在发生进一步的竖向位移的情况下(图9)，触垫正对地彼此抵接，使得桥构件现完全居中(即倾角为零)。允许柱塞有少量的竖向位移越程38(在图10中)，这意味着螺旋弹簧保持触垫(包括在图7至图10中不可见的第二对垫)被强力地推压在一起，以便帮助防止桥构件反弹(以及相关的瞬时脱离接触和可能产生电弧)。

根据本发明，可以看到，通过确保不使触垫正对地接近并接触，而实际上相对于彼此倾斜地接近并接触，使得接触整个从垫的边缘向中央逐渐行进。这意味着，在接触行程期间横跨垫表面而产生电弧的可能性比在垫正对地接近的情况下(如在现有技术中)要小，其中在垫正对地接近时，在每个垫的两侧保持均匀的、渐减的分离距离。

应当理解，当一个触垫或两个相互作用的触垫具有圆顶形的构型时，可以使相互作用的接触区域从外周到中央沿径向横跨触垫地滚动(或行进)。这意味着，如果在一个接触区域处形成了初始的电弧和熔接，那么当接触滚离时，该熔接将被破坏(分离)。

此外，如果适当地选择圆顶半径或曲率，则形成滑动(或刮擦式)接触，其中随着倾角减小，一个垫接触区域相对于另一个垫接触区域滑动。这种滑动/刮擦的作用是确保在柱塞接触行程期间在触垫之间形成良好的接触以及剪切触垫之间的任何临时熔接。

可以理解，在断开电接触(通过缩回柱塞)时，倾斜、滚动和滑动动作反向发生，这可起到破坏任何熔接、清洁氧化物或碎屑、或者限制缩回期间的产生电弧的倾向的作用。

第二实施例

现在参照图11至图15描述本发明的第二实施例，其中也存在于第一实施例中的共同的部件或特征以相同的附图标记标示。在这种变型中，桥接构件18未设置有用以使桥接构件18倾斜的向下突出的块体31，而是设置有向上突出的块体40，如图11所示。该块体设置在穿过桥接构件的中央孔的一侧处。柱塞的头部区域29具有环形底面35，该底面35不具有任何向下的凸起。在这种情况下，块体被推靠在柱塞的底面35上，这导致桥接构件绕其纵向轴线倾斜(这由于尺寸较大的孔的公差而被允许)，进而导致桥构件的触垫相对于附接至栓钉11、12的下侧的固定的触垫倾斜。除了以上所述的，该装置以与第一实施例的装置相同的方式操作。

第三实施例

该实施例中具有如前面针对第一实施例和第二实施例所描述的组件，但是不具有相应的突出块体31和40。然而替代地，在柱塞头部底面35和触桥构件18的上表面之间插置有楔形形状垫片41(如图16所示)。楔状垫片具有孔以供柱塞以松配合的方式穿过。在使用中，螺旋弹簧32向上推靠在桥构件上，从而楔状件使桥采取倾斜的取向。倾斜的程度由楔状件的顶角决定。对于第一实施例和第二实施例，桥构件18所承载的触点将相对于固定栓钉的触点倾斜，导致首先在远离中央的位置处进行接触，然后横跨触垫的中央部闭合。

假设存在楔状轮廓，可以使用任何楔状的平面构型，例如，诸如大致的圆形、矩形、方形或不规则形状之类的平面构型。

在其他实施例中，楔状件可以固定到柱塞的底面35(或形成其表面特征)。可替代地，楔状件可以固定到桥构件18的上表面(或形成其表面特征)。

实现倾斜的桥和触点的其他方式当然是可能的，并且本发明不限于上述特定实施例的方法。

综上所述，本发明基本上依靠可动桥的触垫和触点柱的触垫来使接触最初在远离正常接触位置的中央的位置处进行。这通常是触点的边缘处或边缘附近处。这通过将可动的(行进的)触垫设置成与相互作用的触垫的行进方向呈一略大于或小于90度(垂直)的角度来实现。常规地，具有双断触点的接触器具有可动触点(在桥接构件上)，该可动触点将两个固定触点桥接起来，从而完成电路。用于可动触点的启动力可以由电磁铁、螺线管、气动致动器、马达或诸如杆的简单机构提供。

下文更详细地描述的本发明被设计成在电气触点的闭合周期期间引入擦拭(滑动)、摇摆以及滚动动作。该动作被设计成提供可变的电接触位置/面积以及在已经熔接的情况下提供剥离动作。同样地，在接触断开周期期间，存在擦拭、摇摆和滚动动作，这也提供可变的接触位置和剥离动作。

双断式或多断式接触器的可动桥构件常规地设置为与固定触点端子柱的纵向轴线成90度角。可动触点或固定触点柱中任一者或两者的接触位置将具有球面半径，或者将构造成使得圆顶形的轮廓与平坦的接触表面或另一圆顶形的形状相匹配。因此，当接触器闭合时，接触大约位于可动触点的中间点处。在本发明的布置中，接触器具有以与通常的90度、正对的取向相偏离的倾斜角度设置的可动触垫(或承载触点的桥构件)，使得初始接触位置将偏离可动触点的中心线。

根据本发明的继电器或接触器可以用于交流(ac)电源或直流(dc)电源。该继电器或接触器可以具有可动或桥接触点，当处于断开状态时，该触点相对于固定栓钉触点或端子的中心线以一小于或大于90度的角度倾斜。

可动触点(或桥接构件)组装在具有任意横截面的轴或柱塞上，例如圆形、矩形、方形或任意规则或不规则形状的横截面。

当触点处于断开构型时，可动触点可以直接地或通过弹簧和柱塞的有角度的、楔形形状的头部间接地保持处于其倾斜位置。

在触点的闭合行程期间，可以看到，最初触点梢端在其边缘或接近其边缘的位置处相触碰。然后，随着闭合行程进展，可动触点开始旋转(与桥一起)，并且随着倾斜的去除，角位移接近90度。最后，接近闭合行程的终点时，可动触点定位成正对固定触点柱/栓钉，并且梢端在其中央处或接近其中央的位置处进行接触。可能存在保持可动触点的轴或柱塞的附加运动，但这不会进一步影响可动触点的角度取向。

在接触器的断开行程期间，可动触点的取向将反转：最初成90度，然后逐渐成渐增的倾斜角、直到行程结束时可动触点处于其最终的角位置。