专利名称：锁定式继电器开关装置的制作方法
技术领域：
本发明总的说来涉及锁定继电器开关装置，特别涉及一种线圈部分与开关部分密封隔离的锁定式开关装置。
本技术领域中周知的开关和继电器有好多种。这些开关和继电器往往组合在一起构成电磁线圈等。一般说来，继电器是利用一个电路中电流的变化作为另一个电路的控制因素的器件。举例说，一个电路中电流的变化可以根据某一中间继电器的动作而使另一电路有电流通过。本技术领域中周知的继电器、开关和/或电磁线圈实在太多了，这里不能一一列举。这些继电器历来应用面极广，特别是可应用于自动或半自动装置中，供保护或控制电力设备，或用于通信系统中。适当的继电器可以检测过电流、欠电流、过电压、欠电压、过载、逆电流、逆功率、异常频率、高温、短路、相位不平衡等。继电器可以是高度专用的保护继电器，这种继电器会检测不正常情况并(例如)断开(或接通)与该不正常情况相关的电路。通常，继电器是用作将电流从电源引到负载电路的装置。
但现有周知的继电器式开关制成装在一个盒中的单元式器件时，存在一些缺点。在许多应用场合下这是个问题，因为各控制电路(即线圈)、各开关电路和衔铁之间可能会相互作用。此外装置的转换部分可能会被线圈部分中使用的元件和材料所污染。因此即使在紧密密封着的装置中，还会发生因腐蚀等引起的故障。根据历史观点，与制造线圈通常需用的有机材料有关的放出的气体或蒸汽产物已导致开关的接点表面形成有机膜，这些有机膜使接触电阻变大，在某些情况下甚至还引起开路。同样，从线圈组件剥落的细粒也是个问题。此外现有周知的超小型结构的继电器通常因衔铁悬挂系统的摩擦力而停在零位。
这里引用了由F A Dumistra于1989年8月28日申请的题为《非锁定继电器式开关装置》的待审专利申请07/399，013作为对比文件。
本发明涉及一种锁定式继电器开关，其中开关装置的磁性部分(包括磁铁、铁芯和线圈)与开关装置的开关部分(包括衔铁和触点)是分开的。这种配置方式使诸如线圈、绝缘导线之类包含有机化合物的元件与各触点隔离开来。
通过有选择地配置各铁芯、线圈和磁铁，就可以使继电器锁定运行。此外该装置的开关部分中的衔铁可以悬挂在一条紧带(taut band)上或装在铰链枢轴座上，以防止衔铁进入中性位置或零位。
在最佳实施例中，整个继电器式开关系装在一个紧密密封的外壳中，但为线圈部分与开关部分之间一个抗渗的界面隔板所隔开。
在一最佳实施例中，磁部分中并排配置着一对电磁铁。这些电磁铁的铁芯是共线安置的。一对永久磁铁毗邻配置在该电磁铁旁。永久磁铁共线地安置，但与电磁铁成正交关系。永久磁铁各顶端以及电磁铁各铁芯连接有一个共同的磁通桥接条。永久磁铁的下端连接到下磁通桥接条两端，电磁铁铁芯的下端则与开关装置的开关部分中可动衔铁的两端毗邻配置。
图1 是本发明锁定继电器式开关的示意剖视图。
图2A是该锁定继电器处于某一状态下时各基本元件的示意剖视图。
图2B是该锁定继电器处于另一状态下时各基本元件的示意剖视图。
图3 是本发明锁定继电器的磁性部分配置方式的等角示意图。
图4 是本发明锁定继电器开关(或触点)部分的部分开裂示意图。
图5 是紧带衔铁悬挂系统的部分剖视示意图。
图5A是图5所示的悬挂系统的部分剖视图。
图6 是摆动臂衔铁悬挂系统的部分打开示意图。
图6A是图6所示悬挂系统的部分剖视图。
现在参看图1，这是本发明的继电器式开关装置10的剖面简化示意图。
在该实施例中，显然继电器式开关装置10由两个分立的不同部分或部件组成。一部分为线圈组件100，另一部分为开关组件200这两部分由隔板50完全隔开并彼此密封。一般说来，隔板50由304L不锈钢(与外壳部件105和210、盖101和联箱(header)201相同的非磁性材料)制成。所有的气体包括用作检漏气体的氦气在内。由于线圈组件100系独立构成密封和进行试漏的，因此任何有机元素及其伴生的气体产物都密封在其中。这种结构确保可用以制造线圈组件100的任何有机材料不会污染开关组件200的触头表面。
在本实施例中，继电器组件的底座是由联箱201组合成的，一般由304L不锈钢制成。多个插脚202至207通过联箱201延伸。各插脚由带铜芯的合金52制成。各插脚是采用玻璃对金属的密封件(图中未示出)装入联箱201中的。该图中只看到六个插脚。但从其它视图中可以看到，采用了十(10)个插脚。当然，不言而喻，(在体积极限容许范围内)是可以采用任意数目的插脚的。一般说来，这些插脚有六个是供连接两个转换触点对用的，四个是供连接激励线圈用的(稍后即将谈到)。举例说，在图1所示的应用场合插脚202连接常闭触点，插脚205连接常开触点。同样，插脚203和204代表四个中的两个分别接到线圈116和102的插脚。插脚206和207是共同连接到可动触点209A和209B(见图4)的插脚。
开关机构的接线是直接经由联箱插脚连接的。线圈102和116的接线是从联箱插脚通过开关组件空腔200连接到通过界面隔板50的玻璃/金属穿通线55和57的。线圈102和116的接线分别连接到穿通线57和55的线圈组件侧。
更具体地说，线圈组件100是通过将线圈102装配到磁芯114上、将线圈116装配到磁芯115上制成的。线圈组件装在界面隔板50上。线圈102和116由磁导线(例如M型220级磁导线)制成，铁芯114和115则由例如低碳铁Carpenter Consumet、Vacumet、电工铁、或海波可50合金等制成。铁芯114和115沿组合件直径轴线彼此排成一直线。铁芯114和115的下端114a和115a分别通过隔板50延伸。铁芯114和115的下端114a和115a可以稍微倾斜以便与衔铁208配合，这稍后即将谈到。相反，衔铁208的端部可以倾斜，以便与铁芯的下端配合。在界面隔板50为铁芯114和115端部所穿透的地方，界面隔板50借助于例如激光焊焊接到铁芯上。
线圈接线，例如接线116a和102a，如上所述是经由穿通线55和57进行连接的。这些接线一般是借助于电阻焊将线圈引线焊接到穿通线接线柱上形成的。此外线圈组件100包括至少一个永久磁铁103。一般说来，线圈102和116的另一端上装有对应的永久磁铁128(见图3)。在一最佳实施例中，永久磁铁由Alnico(铝镍钴永磁合金)或等效材料制成。为使电磁线圈102和116具有最大的体积，将两个永久磁铁103和128(见图3)偏离继电器的中心线配置。
永久磁铁103及其对应件(即磁铁128)安装在下部桥接条212的两端，桥接条212则由与铁芯114和115有关的桥接条类似的磁性材料制成。因此永久磁铁103和128沿组合件的直径轴线共线地排列。永久磁铁103和128与铁芯114和115一样，其中心距在对角线方向上彼此相对。下部桥接条212通常呈蝴蝶结形，且其中间部分212A略呈V字形或凹槽形，如图1、5和6所示。中间部分212A起支点的作用，这稍后即将谈到。下部桥接条212的端部较扁平或成平面，用以支撑永久磁铁103和128(见图3)。凹口250是为接纳永久磁铁的下端而设的。下部桥接条212还为永久磁铁提供了磁通回路。
上部桥接条111大致上呈盘形，实质上是用与下部桥接条212同样的材料制成的。上部桥接条111安置在磁芯114和115的上端，以及永久磁铁103和128的端部。桥接条111的下部表面上形成有多个标号为251、252和253的凹口。这些凹口适宜接纳永久磁铁和铁芯的上端。上部桥接条111将来自两永久磁铁上端的磁通引向线圈芯114和115顶部。下部桥接条212则把来自两个永久磁铁下端的磁通引向衔铁208中心。衔铁208使磁路形成一个回路。
当线圈或铁芯安装就位并全面检查过后，上部外壳105就安置在线圈组件100上方，并用激光焊将其围绕隔板周边焊接到界面隔板50上。再次检查线圈组件的功能操作情况，这时将线圈外壳105充以适当的灌封材料，例如环氧树脂(埃庞828，连同Z固化剂和云母填充料)，实践证明，这是适用于灌封线圈组件的配方。然后把盘或盖101放在外壳105的孔上，再用激光焊焊接到其上。接着用任何适当的方法检查线圈组件100的密封性能，最好是用氦弹/质谱议法(军用标准202F，方法5.4.3，步骤Ⅲa)。开关机构的活动部分，即衔铁208，附装到公用触点209A和209B，并支撑着这些公用触点。衔铁208一般牢固地但可移动地支撑着公用触点209A和209B。触点209A和209B与衔铁208之间配置有一层绝缘层211，例如Kapton和Pyralux 222。活动的开关组件(包括衔铁和触点)附装到下部支撑桥接条212上。下部桥接条组件安置在联管箱201上方，桥接条212各端(如图1打开部分所示)则点焊就位到联箱201各边(如图4中所示)。
开关静触点202A和205A焊接到联箱201上的插脚202和205。从图4中可以看到，对应的触点292A和295A焊接到对应的插脚292和295上。线圈接线插脚203和204分别点焊到穿通线55和57上。如图4中所示，对应的插脚293和294是为连接到与各线圈有关的穿通线而设的。为方便起见，图中没有示出这些穿通线。
触点209A和209B的端部向下弯成一定的角度，并局部压在分别在联箱201中焊接到插脚202、292、205和295上的固定触点202A、292A、205A和295A上(也参看图4)。这些触点也是镀金的康希尔995拉制线或纯银导线，其表面经过受控的表面抛光和受控的处理，以确保没有杂质和裂纹。触点端部弯成一定的角度使触点可以进行弹性滑刷式接触(flexing brushing contact)。公共接线是从衔铁上的触点209和209B通过卷曲的铜带206A和207A引到联箱的适当插脚206和207的。两个铜带206A和207A反向装配和卷曲，使其在衔铁上的任何合成扭矩完全抵消。
然后将开关组件盖子210放到联箱201上方，并用激光焊焊接到界面隔板50周边和外壳105的下周边。接着把开关组件盖子210用激光焊焊接到联箱201周边。盖子210的安置和焊接就位通常是在含合适气体混合物(例如10%的氦、5%的氧，其余为干燥的氮气)的小室中进行的。
现在参看图2A和2B，图中示出了继电器式开关10中线圈组件100和转子组件200的内部元件的示意图。在此实施例中，与其它元件类似的元件标以类似的标号。此外在图2A和2B所示的实施例中，为方便起见，卸除了外壳和隔板。
本发明的锁定断电器的结构包括具有铁芯114和115以及相应的线圈102和116的电磁铁。如图2A所示，衔铁208借磁力被吸向铁芯114，且因铁芯114与衔铁208之间的磁吸力而固定就位。线圈不受激励时，永久磁铁103和128(图中只示出了磁铁103)产生的磁通将衔铁208固定在应有的位置上。由相反磁性所引起的横过铁芯114下极处的极小间隙作用的吸力，其大小的数量级大于横过铁芯115下极处的最大间隙起作用的吸力。因此使继电器有效地锁定在图示的位置。衔铁208是以中间位置为枢纽进行摆动的，因而当右边的间隙大致上为零时，左边的间隙变大。
继电器的转换，如图2B所示，是通过往线圈102(而不是线圈116)上加极性合适的电脉冲进行的。该脉冲在铁芯114中产生的磁通与永久磁铁103和128所产生的磁通的极性相反。于是电磁铁的磁通在铁芯114的下极处感应出推斥力。在线圈116上没有电脉冲时，铁芯115下极处的电磁铁同时使吸引力增强。若脉冲在线圈102上的持续时间长得足以使得衔铁208移过中间位置，则衔铁顺时针转动并与铁芯115接合。衔铁208(在无需再输入的情况下)继续锁定在该转换位置上，直到往线圈116上加脉冲时，(这时继电器的操作相反)为止。
也就是说，往线圈116上加极性合适的电信号时就有一种磁通产生，该磁通促使衔铁208被推离铁芯115，并将衔铁208吸向铁芯114。
可以看出，当电信号在各绕组中产生的磁通力图改变永久磁铁103和128所产生的磁通时，转接动作就发生了。除去线圈上的信号时，永久磁铁所产生的磁通足以使衔铁保持在如此既定的位置上。
当然，若电信号产生的磁通不改变永久磁铁所产生的磁通时，衔铁就不动，因而开关仍然处于锁定状态。这种情况是假定加到线圈102(图2A)的电信号，其极性能在铁芯114产生增强了的吸力(而不是斥力)。这里已无需详述信号/磁通/极性组合变化的其它情况。
现在参看图4，图中示出了一种装有能接通、断开并连续载流的双向双掷(DPDT)触点组的开关组件。有一对并联触点209A和209B就能够采用DPDT触点配置方式。在一最佳实施例中，截流量取1安，潜在截流量达2安。
开关组件的固定元件支撑在联箱201的接线柱上。活动衔铁组件208是由下部支撑桥接条212支撑的，桥接条212则连接到联箱201。
在本设计中，下部支撑桥接条212起许多重要的作用。它使线圈组件100可以永久装在敞开的开关组件上，从而便于装配和调节。它还构成磁路的一部分，将磁通从永久磁铁和电磁铁各端引到衔铁的支点212A上。此外桥接条的中心起衔铁支点的作用，将机械和磁性设计紧密结合起来。
衔铁208包括一软磁性铁条，例如Corpenter Consumet Vacumet电工铁，这种材料磁极化的剩磁低，可以减少磁滞现象。衔铁208支撑着镀金银(例如拉制和轧制的康希尔995丝线或纯轧制银)制成的独立开关触点209(或DPDT结构的209A和209B)。开关触点209A和209B安装在衔铁208上，并通过在最高工作温度下不会放出气体的绝缘层211使其与衔铁208绝缘。在本实施例中，触点209A和209B的端部弯成一定的角度，以便与触点202A、205A、292A和295A形成摩擦接触。
在一个实施例中，衔铁208借助于图5所示的经改进的紧带悬挂件501从下部桥接条212支撑。在该悬挂件中，下部桥接条212中央紧紧包绕有软磁铁薄带501、焊接到衔铁208上。下部桥接条212的中间部分212A包括起衔铁208的支点作用的略呈V形的结构。这种悬挂配置方式使操作过程在真正无摩擦情况下进行，而且还消除了衔铁208在任何情况下处于中性零位上的可能性。
由永久磁铁108和128以及电磁铁115和114组成、位于线圈组件100内的磁路通过下部桥接条212上的支点212A连接到衔铁208。一些磁性元件的表面形状使得磁通面积最大、气隙最小、漏磁少。
装配顺序是这样的先把固定触点202A、213A、205A和214A焊接到各自的联箱插脚上，借助于上述紧带501将衔铁组件208装到下部支撑桥接条上，然后将下部桥接条212焊接到联箱201上，再把公用狭带206A和207A焊接到各自的联箱插脚上;将该线圈组件成品安装并焊接到下部支撑桥接条212上，然后将线圈接线柱穿通线203B和204B焊接到联箱接线柱203和204上。
现在参看图6，图中示出了另一种摩擦力小的衔铁悬挂系统。这种悬挂系统采用两个尖尖地突出于下部桥接条612的插脚606。插脚606用激光焊从后面焊入桥接条612中。衔铁208有一个锥形空腔607。最后对下部桥接条612与衔铁208之间的间隙进行贯通和调节在各组成部件之间放上一薄金属装配垫片并将衔铁208压到桥接条插脚606上，一直压到垫片这个底为止。然后除去垫片，于是就在衔铁208与下部桥接条212之间得到一个经调节好的小间隙，并使插脚606与锥形空腔之间形成非标准的适配(custon fit)。
工作时，由于有一个磁吸力将衔铁吸到桥接条，因而使衔铁固定就位，但在震动非常大和加速度非常高时例外。限制块608是为防止枢销606在震动和加速过程中完全脱离锥形空腔而设的。枢销脱出锥形空腔时，可借助于装置的磁场使其复位。
到此为止，我们已经展示和说明了一种开关继电器装置的一种独特设计及其基本原理。这里所展示和说明的特定结构涉及一种锁定结构。尽管上述说明是就一具体实施例进行的，不言而喻，本技术的专业人士是可能对这里所展示和说明的特定实施例提出修改和/或更改方案的。任何这种属于本发明范围的修改和更改也应视为包括在本说明中。应该理解的是这里进行的说明仅仅是举例而已，并不是对本发明的限制。相反，这里所述的本发明范围仅由本说明书所附权利要求书限定。
权利要求
1.一种开关设备，它包括线圈组合装置；开关组合装置；外壳装置，环绕所述线圈组合装置和所述开关组合装置；和隔板装置，连接到所述外壳装置上，并配置在所述线圈组合装置与所述开关组合装置之间。
2.如权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述线圈组合装置包括至少一个装在可加以磁化的铁芯上的线圈绕组。
3.如权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述线圈组合装置包括至少一个永久磁铁。
4.如权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述线圈组合装置包括磁通回路装置。
5.如权利要求4所述的开关设备，其特征在于，所述磁通回路装置包括一对磁通磁路元件。
6.如权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述隔板装置不能为气体所渗透。
7.如权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述开关组合装置包括一衔铁装置，该衔铁装置的位置由所述线圈组合装置有选择地加以确定。
8.如权利要求7所述的开关设备，其特征在于，它包括装配装置，用以装配所述衔铁装置使其毗邻所述线圈组合装置。
9.如权利要求8所述的开关设备，其特征在于，所述装配装置包括一紧带悬挂系统。
10.如权利要求8所述的开关设备，其特征在于，所述装配装置包括一枢销悬挂系统。
11.如权利要求7所述的开关设备，其特征在于，所述外壳装置包括毗邻所述开关组合装置的联箱装置。
12.如权利要求11所述的开关设备，其特征在于，所述联箱装置中装有多个触点装置。
13.如权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述外壳装置连接有支撑桥接装置。
14.如权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述开关设备包括一锁定继电器。
15.如权利要求12所述的开关设备，其特征在于，它包括装在所述隔板装置中并将所述联箱装置中的所述触点装置连接到所述线圈组合装置的穿通连接装置。
16.如权利要求3所述的开关设备，其特征在于，所述永久磁铁偏离所述线圈组合装置的中心线。
17.如权利要求7所述的开关设备，其特征在于，所述衔铁装置可摆动地安装在所述开关组合装置中。
18.如权利要求17所述的开关设备，其特征在于，所述线圈组合装置包括两个电磁线圈构架，所述线圈构架各包括一电磁铁芯;所述电磁铁芯毗邻所述可摆动地安装的衔铁装置两端，以便有选择地吸引所述衔铁装置。
19.如权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述外壳装置紧密密封到所述隔板装置上。
全文摘要
一种开关设备，它包括线圈组合装置；开关组合装置；围绕所述线圈组合装置和所述开关组合装置的外壳装置；和连接到所述外壳装置上，并配置在所述线圈组合装置与所述开关组合装置之间的隔板装置。
文档编号H01H50/04GK1049936SQ9010749
公开日1991年3月13日 申请日期1990年8月28日 优先权日1989年8月28日
发明者弗雷德里克·阿里·杜伊姆斯特拉 申请人:弗雷德里克·阿里·杜伊姆斯特拉