一种应用于接触器的双稳态电磁系统及其接触器的制作方法

本发明涉及低压电器技术领域，具体涉及一种应用于接触器的双稳态电磁系统及其接触器。

背景技术：

传统的交、直流接触器的电磁系统主要由动铁芯、静铁芯、反力弹簧、触头弹簧、线圈组成。从接触器的工作原理可见，合闸后必须不间断的给线圈通电流才能使动铁芯保持在合闸状态，即动铁芯合闸位置的保持是以能量的消耗为代价的，消耗电能大，接触器在闭合时也会产生较大的工作噪声，并不可避免的产生触头的弹跳，这些触头弹跳降低了接触器的电气寿命。

随着低压电器的快速发展，市场对接触器的性能要求越来越高，传统接触器的电磁系统体积大，响应速度慢，能耗高已不能满足行业的发展。为此，现在市场上已经涌现出多种不同结构带永磁铁的电磁系统设计，通过双稳态电磁系统可以解决传统磁路系统带来的困扰。目前市场上的双稳态电磁系统大多都是采用双磁钢结构，主要有两种结构形式，一种是将两颗永磁铁分别放置在电磁系统的两端，并与静磁极一起固定在端部，另一种是将两颗永磁铁和磁极放置在电磁系统的中间两侧。

例如中国专利文献cn212062315u公开了一种磁保持接触器，包括接触器本体、电磁系统、触头系统，电磁系统包括电磁铁组件，电磁铁组件包括底板、轭铁组件、线圈架、铁芯、芯杆、磁极座以及磁钢，线圈架具有线圈绕组槽以及用于安装磁钢的磁钢槽，线圈绕组槽安装有线圈绕组，线圈架、线圈绕组、磁钢组成线圈组件，线圈组件通过底板封堵在轭铁组件内，轭铁组件内安装有磁极座，磁极座端面与铁芯下端面相配合，芯杆一端伸出底板外与动触点组件相连接，另一端固定连接铁芯，线圈架的线圈绕组槽设有两个，磁钢槽位于线圈绕组槽之间，磁钢以线圈架中部为中心对称的设置在磁钢槽内形成双磁钢结构。

从上述磁保持接触器的结构可以看出，该电磁系统就采用双磁钢形式，即为两个磁钢是对称设置在线圈组件中间两侧的磁钢槽中，这种双磁钢结构复杂，需要用到两个永磁铁，装配零部件多，物料成本高，安装起来较为繁琐，装配效率低，制造成本也高。因此需要对电磁系统重新设计，对产品品类不断的扩充，以备后期使用，提升产品使用性能和市场竞争力。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的双磁钢结构的电磁系统结构设计复杂，需要用到两个永磁铁，装配零部件多，物料成本高，安装起来较为繁琐，装配效率低，制造成本也高的问题，从而提供一种结构简单，安装起来方便，降低成本，实现双稳态磁保持功能的应用于接触器的的双稳态电磁系统及其接触。

为解决上述问题，本发明提供一种应用于接触器的双稳态电磁系统，包括：

轭铁壳架，具有封闭式的安装空间；

线圈结构，安装在所述安装空间内，包括沿其轴向延伸设置的中部空腔，所述中部空腔的两端分别限制于所述轭铁壳架的上、下端部；

磁极，固定在所述中部空腔内，并与所述轭铁壳架的下端部相连；

动铁芯组件，可活动设置在中部空腔中，其包括沿所述中部空腔的轴向依次相连的上铁芯、永磁体和下铁芯，所述上铁芯、永磁体和下铁芯通过注塑成型为一体结构，所述上铁芯具有沿所述中部空腔的轴向延伸穿出所述上端部的驱动杆，所述驱动杆连接接触器的动触头组件；

当所述线圈结构施加正向脉冲信号时，所述动铁芯组件在所述线圈结构产生的电磁力作用下沿中部空腔的轴向上移并与所述上端部保持吸持；当所述线圈结构施加反向脉冲信号时，所述动铁芯组件在所述线圈结构产生的电磁力作用下沿中部空腔的轴向下移并与所述磁极保持吸持。

上述的双稳态电磁系统中，所述上铁芯、永磁体和下铁芯的外侧上注塑成型有一层与所述中部空腔内壁配合滑动接触的润滑防护层。

上述的双稳态电磁系统中所述上铁芯、永磁体和下铁芯通过聚四氟乙烯材料注塑成一体结构，所述永磁体被聚四氟乙烯材料成型的润滑防护层密封包裹在所述上铁芯与下铁芯之间。

上述的双稳态电磁系统中，所述轭铁壳架的上端部为与所述上铁芯相对设置的导磁挡板，所述导磁挡板设有可供所述驱动杆穿过的通孔结构，所述上铁芯在永磁体的作用下可吸持在所述导磁挡板上。

上述的双稳态电磁系统中所述通孔结构内设置有隔磁环，所述驱动杆穿过所述隔磁环。

上述的双稳态电磁系统中所述轭铁壳架包括具有凹槽腔的轭铁本体，所述导磁挡板可拆卸遮盖在所述凹槽腔的开口位置以形成封闭的安装空间，所述轭铁本体的底面部分为所述轭铁壳架的下端部。

上述的双稳态电磁系统中所述轭铁本体与所述磁极之间对应成型有连通所述中部空腔的排气孔，所述排气孔沿所述中部空腔的轴向延伸设置。

上述的双稳态电磁系统中所述永磁体随所述动铁芯组件在所述中部空腔内作往复移动，并形成由永磁体n极经所述上铁芯、导磁挡板、轭铁壳架、磁极、下铁芯到永磁体s极的磁力线回路，所述线圈结构施加正向或反向脉冲信号时产生电磁场的磁力线回路方向与所述永磁体的磁力线回路方向相同或相反。

上述的双稳态电磁系统中所述线圈结构包括具有所述中部空腔的线圈骨架，和绕制在所述线圈骨架上的线圈，所述线圈骨架的底端内部成型有限位台阶，所述磁极的一端抵接于所述限位台阶，其另一端抵接于所述所述轭铁本体的底面。

本发明还提供一种接触器，包括上述中任一项所述的应用于接触器的双稳态电磁系统。

本发明技术方案相比现有技术具有如下优点：

1.本发明提供的应用于接触器的双稳态电磁系统，动铁芯组件是由上铁芯、永磁体和下铁芯通过注塑工艺一体结构成型，结构稳定性好，该永磁体具有固定的永磁场，根据线圈结构产生的电磁力方向是由电流方向所决定的，因此，动铁芯组件在线圈结构施加正向或反向脉冲信号时受到两次相反方向的磁场力，以使动铁芯组件上移与轭铁壳架的上端部保持吸持，或使其下移与所述磁极保持吸持，通过驱动杆与接触器的动触头组件相连，从而可靠实现接触器的吸合与释放动作，采用本技术方案的电磁系统具有双稳态磁保持功能，有着良好的抗冲击性和抗振性，线圈结构采用正负脉冲激励的方式即可工作，通电时间短，响应速度快，可大大降低线圈结构的功耗，以及在上、下铁芯之间只需设置一个永磁体便可满足功能需求，相比于传统双磁钢结构形式，这种电磁系统结构设计更简单，成型制作方便，装配效率高效，有利于缩小电磁系统体积，产品性能稳定，批次合格率高，降低生产成本，进而提升接触器的使用性能和市场竞争力。

2.本发明提供的应用于接触器的双稳态电磁系统，根据动铁芯组件的加工方式采用注塑工艺制造成型，具体的，所述上铁芯、永磁体和下铁芯通过聚四氟乙烯材料注塑成一体结构，这种结构设置，使上铁芯、永磁体和下铁芯在成型后的聚四氟乙烯塑料的嵌合下保持紧密相连，结构稳定性好，通过由聚四氟乙烯材料注塑成型的润滑防护层将上铁芯、永磁体和下铁芯外壁包覆住，这种聚四氟乙烯材料具有很好的柔韧性、压缩回弹性、耐蠕变性、耐高低温性及自润滑性好，可以减小动铁芯组件在线圈结构中滑动的摩擦阻力，根据永磁体是由硬磁材料组成，通过聚四氟乙烯塑料对永磁体起到较好防护作用，注塑后的动铁芯组件在聚四氟乙烯塑料的缓冲下，可以避免铁芯在运动时对永磁体的撞裂，同时也可以避免磁钢在撞击时对其磁性的减弱，有利于延长永磁体使用寿命。

3.本发明提供的应用于接触器的双稳态电磁系统，所述轭铁壳架的上端部为与上铁芯相对设置的导磁挡板，根据动铁芯组件在线圈结构的电磁力作用下向靠近导磁挡板向上移动，使上铁芯在永磁体的作用下吸附在导磁挡板上，同时，上铁芯会带动驱动杆在所述导磁挡板的通孔结构中移动，通过在通孔结构内设置位于在导磁挡板与驱动杆之间的隔磁环，这样设计使驱动杆穿过隔磁环时不会与导磁挡板发生直接接触，加入隔磁环可有效的避免驱动杆对导磁挡板的吸附，以防止驱动杆对导磁挡板进行吸附以阻碍动铁芯组件的运动，从而保证动铁芯组件沿中部空腔轴向正常的作往复运动。

4.本发明提供的应用于接触器的双稳态电磁系统，通过在轭铁本体与磁极之间对应成型有连通中部空腔的排气孔，这种排气孔设计，使动铁芯组件在线圈结构的中部空腔内运动时动作更顺畅，动作时间更短，不会因为内部气压阻碍所述动铁芯组件的运动。

5.本发明提供的应用于接触器的双稳态电磁系统，通过在所述线圈骨架的底端内部成型有限位台阶，将磁极装入到线圈骨架的中部空腔内受到限位台阶的抵挡，从而将磁极可靠的限位抵接在中部空腔底端与所述轭铁本体的底面之间，不再采用传统的轭铁与磁极铆接的形式，这样能够防止磁极在线圈骨架内发生安装位置偏移及晃动，安装稳定性好，起到限位安装作用，安装结构简单，提高装配效率。

6.本发明提供的接触器中，其设置有如上所述的双稳态电磁系统，因而自然具有因设置上述双稳态电磁系统而带来的一切优点，双稳态电磁系统通过动铁芯组件的驱动杆与接触器的动触头组件相连，通过动铁芯组件在线圈结构内上下动作时实现动触头组件与静触头组件的接触和分离，响应速度快，噪音小，消耗电能低，提升接触器的使用性能和电气寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的应用于接触器的双稳态电磁系统的平面结构示意图；

图2为图1所示双稳态电磁系统的局部放大结构示意图，特别示出限位台阶；

图3为本发明的动铁芯组件的结构示意图；

图4为本发明的双稳态电磁系统施加正向脉冲信号时的结构示意图；

图5为本发明的双稳态电磁系统施加反向脉冲信号时的结构示意图；

附图标记说明：1、轭铁壳架；11、轭铁本体；12、导磁挡板；13、通孔结构；2、线圈结构；21、中部空腔；22、线圈骨架；23、线圈；3、磁极；4、动铁芯组件；41、上铁芯；42、永磁体；43、下铁芯；44、驱动杆；5、润滑防护层；6、隔磁环；7、排气孔；8、限位台阶。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供如图1-5所示的一种应用于接触器的双稳态电磁系统，包括：轭铁壳架1，具有封闭式的安装空间；

线圈结构2，安装在所述安装空间内，包括沿其轴向延伸设置的中部空腔21，所述中部空腔21的两端分别限制于所述轭铁壳架1的上、下端部；

磁极3，固定在所述中部空腔21内，并与所述轭铁壳架1的下端部相连；

动铁芯组件4，可活动设置在中部空腔21中，其包括沿所述中部空腔21的轴向依次相连的上铁芯41、永磁体42和下铁芯43，所述上铁芯41、永磁体42和下铁芯43通过注塑成型为一体结构，所述上铁芯41具有沿所述中部空腔21的轴向延伸穿出上端部的驱动杆44，所述驱动杆44连接接触器的动触头组件；

当所述线圈结构2施加正向脉冲信号时，所述动铁芯组件4在所述线圈结构2产生的电磁力作用下沿中部空腔21的轴向上移并与所述上端部保持吸持；当所述线圈结构2施加反向脉冲信号时，所述动铁芯组件4在所述线圈结构2产生的电磁力作用下沿中部空腔21的轴向下移并与所述磁极3保持吸持。

上述实施方式中，所述动铁芯组件4是由上铁芯41、永磁体42和下铁芯43通过注塑工艺一体结构成型，结构稳定性好，该永磁体42具有固定的永磁场，根据线圈结构2产生的电磁力方向是由电流方向所决定的，因此，动铁芯组件4在线圈结构2施加正向或反向脉冲信号时受到两次相反方向的磁场力，以使动铁芯组件4上移与轭铁壳架1的上端部保持吸持，或使其下移与所述磁极3保持吸持，通过驱动杆44与接触器的动触头组件相连，从而可靠实现接触器的吸合与释放动作，采用本技术方案的电磁系统具有双稳态磁保持功能，有着良好的抗冲击性和抗振性，线圈结构2采用正负脉冲激励的方式即可工作，通电时间短，响应速度快，可大大降低线圈结构2的功耗，以及在上、下铁芯43之间只需设置一个永磁体42便可满足功能需求，相比于传统双磁钢结构形式，这种电磁系统结构设计更简单，成型制作方便，装配效率高效，有利于缩小电磁系统体积，产品性能稳定，批次合格率高，降低生产成本，进而提升接触器的使用性能和市场竞争力。

下面结合图1-3对动铁芯结构的具体设置方式作详细说明：

根据所述动铁芯组件4的加工方式采用注塑工艺制造成型，所述上铁芯41、永磁体42和下铁芯43的外侧注塑成型有一层与所述中部空腔21内壁配合滑动接触的润滑防护层5，通过润滑防护层5可减小所述动铁芯组件4与中部空腔21之间的运动摩擦阻力，具体的，所述上铁芯41、永磁体42和下铁芯43通过聚四氟乙烯材料注塑成一体结构，所述永磁体42被聚四氟乙烯材料成型的润滑防护层5密封包裹在所述上铁芯41与下铁芯43之间，这种结构设置，使上铁芯41、永磁体42和下铁芯43在成型后的聚四氟乙烯塑料的嵌合下保持紧密相连，结构稳定性好，通过由聚四氟乙烯材料注塑成型的润滑防护层5将上铁芯、永磁体和下铁芯外壁包覆住，这种聚四氟乙烯材料具有很好的柔韧性、压缩回弹性、耐蠕变性、耐高低温性及自润滑性好，可以减小动铁芯组件4在线圈结构2中滑动的摩擦阻力，根据永磁体42是由硬磁材料组成，通过聚四氟乙烯塑料对永磁体42起到较好防护作用，注塑后的动铁芯组件4在聚四氟乙烯塑料的缓冲下，可以避免铁芯在运动时对永磁体42的撞裂，同时也可以避免磁钢在撞击时对其磁性的减弱，有利于延长永磁体42使用寿命。

作为一种优选实施方式，如图1所示，所述轭铁壳架1的上端部为与所述上铁芯41相对设置的导磁挡板12，所述导磁挡板12设有可供所述驱动杆44穿过的通孔结构13，根据动铁芯组件4在线圈结构2的电磁力作用下向靠近导磁挡板12向上移动，所述上铁芯41在永磁体42的作用下可吸持在所述导磁挡板12上，并带动所述驱动杆44在通孔结构13中移动，为了防止所述驱动杆44在通孔结构13处与所述导磁挡板12相互吸持，所述通孔结构13内设置有隔磁环6，所述驱动杆44穿过所述隔磁环6，通过隔磁环6隔挡在所述驱动杆44与所述导磁挡板12之间，这样设计使所述驱动杆44穿过隔磁环6时不会与导磁挡板12发生直接接触，加入所述隔磁环6可有效的避免驱动杆44对导磁挡板12的吸附，以防止驱动杆44对导磁挡板12进行吸附而造成阻碍动铁芯组件4的运动，从而保证动铁芯组件4沿中部空腔21轴向正常的作往复运动。

结合图1-3所示，所述轭铁壳架1包括具有凹槽腔的轭铁本体11，所述导磁挡板12可拆卸遮盖在所述凹槽腔的开口位置以形成封闭的安装空间，所述轭铁本体11的底面部分为所述轭铁壳架1的下端部，这种结构设计方便线圈结构2在轭铁壳架1内的安装拆卸，简单结构，安装便捷。进一步优选的，所述轭铁本体与所述磁极3之间对应成型有连通所述中部空腔21的排气孔7，所述排气孔7沿所述中部空腔21的轴向延伸设置，这种排气孔7设计，使动铁芯组件4在线圈结构2的中部空腔21内运动时动作更顺畅，动作时间更短，不会因为内部气压阻碍所述动铁芯组件4的运动。

作为一种具体结构设置，如图4-5所示，所述线圈结构2包括具有所述中部空腔21的线圈骨架22，和绕制在所述线圈骨架22上的线圈23，所述线圈骨架22的底端内部成型有限位台阶8，所述磁极3的一端抵接于所述限位台阶8，其另一端抵接于所述所述轭铁本体的底面。将所述磁极3装入到线圈骨架22的中部空腔21内受到限位台阶8的抵挡，从而将磁极3可靠的限位抵接在所述中部空腔21底端与所述轭铁本体的底面之间，避免采用传统的轭铁与磁极铆接的形式，这样能够防止磁极3在线圈骨架22内发生安装位置偏移及晃动，安装稳定性好，起到限位安装作用，安装结构简单，提高装配效率。

在本实施例中，参考图3-5，所述永磁体42随所述动铁芯组件4在所述中部空腔21内作往复移动，并形成由永磁体n极经所述上铁芯41、导磁挡板12、轭铁壳架1、磁极3、下铁芯43到永磁体s极的磁力线回路，根据线圈结构2产生的电磁力方向是由电流方向所决定的，例如，所述线圈结构2施加正向脉冲信号时产生电磁场的磁力线回路方向与所述永磁体42的磁力线回路方向相同，这时驱动所述动铁芯组件4沿轴向向上移动，以使动铁芯组件4的上铁芯41与所述导磁挡板12相吸；反之，所述线圈结构2施加反向脉冲信号时产生电磁场的磁力线回路方向与所述永磁体42的磁力线回路方向相反，这时驱动所述动铁芯组件4克服永磁体42沿轴向向下移动，以使动铁芯组件4的上铁芯41与所述导磁挡板12相吸。由此可知，也就是通过给电磁系统施加两次方向相反的脉冲激励，以驱动所述动铁芯组件4在所述线圈结构2内沿中部空腔21的轴向作上下往复移动。

以下对所述双稳态电磁系统的工作原理进行说明：

当给电磁系统施加正向脉冲信号时，如图4所示，所述线圈结构2产生的电磁力与永磁体42的永磁场相互作用，以驱动所述动铁芯组件4克服永磁体42与磁极3的吸合力沿中部空腔21的轴向上移，在脉冲信号关断后，所述上铁芯41在永磁体42的磁力作用下与所述导磁挡板12仍保持吸持状态，实现接触器线圈23断电后触头仍正常接通的状态；反之，当给电磁系统施加反向脉冲信号时，参考图5，所述线圈结构2产生的电磁力驱动所述动铁芯组件4克服永磁体42对导磁挡板12的吸持力向下移动，即动铁芯组件4带动永磁体42沿所述中部空腔21的轴向下移，在脉冲信号关断后，所述下铁芯43在永磁体42的磁力作用下与磁极3仍保持吸持状态，实现接触器线圈23断电后触头保持断开状态，设计合理，配合传动可靠，实现电磁系统的双稳态磁保持功能。

实施例2

本实施例提供一种接触器，包括实施例1中所述的应用于接触器的双稳态电磁系统，本实施例的接触器设置有如上所述的双稳态电磁系统，自然具有因设置上述双稳态电磁系统而带来的一切优点，双稳态电磁系统通过动铁芯组件4的驱动杆44与接触器的动触头组件相连，在二者间起到传递运动和力的作用，通过所述动铁芯组件4在线圈结构2内上下动作时实现动触头组件与静触头组件的接触和分离，响应速度快，噪音小，消耗电能低，提升接触器的使用性能和电气寿命。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。