ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ С ДВУМЯ УСТОЙЧИВЫМИ ПОЛОЖЕНИЯМИ
ELECTROMAGNETIC RELAY WITH TWO STEADY POSITIONS

Сведения о предшествующих заявках
В настоящей заявке испрашивается приоритет по находящейся на рассмотрении заявке на патент США No. 12/931,820, поданной в Бюро по патентам и товарным знакам США 11 февраля 2011 г., описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Раскрытое изобретение в целом относится к блоку электромагнитного реле, включающему поворотный узел катушка-сердечник. Более конкретно, раскрытое изобретение относится к блоку электромагнитного реле, имеющему приводимый в действие с помощью магнитного поля узел катушки, способный поворачиваться вокруг оси вращения, проходящей перпендикулярно по отношению к оси узла катушки.
Уровень техники
В общем случае, назначение электромагнитного реле заключается в использовании небольшого количества мощности в электромагните для перемещения якоря, способного коммутировать значительно большее количество мощности. Например, конструктору реле может потребоваться электромагнит, возбуждаемый током 50 миллиампер при напряжении 5 вольт (мощность 250 милливатт), при этом якорь должен поддерживать напряжение 120 вольт при токе 2 ампера (240 ватт). Реле часто применяются в бытовых электроприборах, в которых имеется электронный блок управления, включающий (или выключающий) какое-либо бытовое устройство, такое как электродвигатель или светильник. Ниже кратко описаны несколько примеров блоков электромагнитного реле, отражающих существующий уровень техники и раскрытых в патентах США.
В патенте США № 6,046,660 (патент 660), выданном Gruner, раскрыт блок реле с магнитной защелкой и с линейным двигателем. В патенте 660 описано реле с магнитной защелкой, способное передавать токи, превышающие 100 ампер, для использования при регулировании передачи электроэнергии или в других применениях, требующих коммутации токов, превышающих 100 ампер. Двигатель реле в сборе имеет продолговатый каркас катушки с полостью, проходящей в осевом направлении. Катушка возбуждения намотана на каркас. Ферромагнитная рама, имеющая, по существу, U-образную форму, снабжена секцией сердечника, которая расположена внутри и проходит через указанную полость в продолговатом каркасе катушки.
Две контактные секции в общем случае расположены перпендикулярно секции сердечника и выступают над двигателем в сборе. Узел исполнительного механизма подключен с помощью магнитного соединения к двигателю реле в сборе. Узел исполнительного механизма состоит из рамы исполнительного механизма, функционально соединенной с первым и вторым полюсными наконечниками из ферромагнитного материала, имеющими, по существу, U-образную форму, и постоянным электромагнитом. Контактный мостик, выполненный из листового электропроводного медного материала, функционально соединен с узлом исполнительного механизма.
В патенте США № 6,246,306 (патент 306), выданном Gruner, раскрыто электромагнитное реле с нажимной пружиной. В патенте 306 сообщается об электромагнитном реле, имеющем двигатель в сборе с каркасом, прикрепленным к корпусу. Расположенный рядом сердечник находится ниже каркаса, за исключением торца сердечника, который выступает из каркаса. Торец якоря соединяется за счет магнитного взаимодействия с торцом сердечника, когда на катушку подано питание. Исполнительный механизм входит в зацепление с якорем и набором центральных контактных пружинных узлов. Центральный контактный пружинный узел состоит из центральной контактной пружины, которая не является предварительно изогнутой и приварена методом ультразвуковой сварки к центральному соединительному контакту.
Нормально разомкнутая пружина расположена в целом параллельно центральной контактной пружине. Нормально разомкнутая пружина приварена методом ультразвуковой сварки к нормально разомкнутому контакту, образуя узел нормально разомкнутой наружной контактной пружины. Нормально замкнутая наружная контактная пружина расположена вертикально относительно центральной контактной пружины так, чтобы нормально замкнутая наружная контактная пружина находилась в контакте с узлом центральной контактной пружины, когда на центральную контактную пружину не воздействует исполнительный механизм. Нормально замкнутая пружина приварена методом ультразвуковой сварки к нормально замкнутому контакту, образуя нормально замкнутый узел. Когда исполнительный механизм не используется, нажимная пружина прижимает центральную контактную пружину над исполнительным механизмом.
В патенте США № 6,252,478 (патент 478), выданном Gruner, раскрыто электромагнитное реле. В патенте 478 описано электромагнитное реле, имеющее двигатель в сборе с каркасом, прикрепленном к раме. Сердечник расположен внутри каркаса, за исключением торца сердечника, который выступает из каркаса. Торец якоря соединяется за счет магнитного взаимодействия с торцом сердечника, когда на катушку подано питание. Исполнительный механизм входит в зацепление с якорем и набором подвижных ножевых контактов в сборе. Подвижный ножевой контакт в сборе состоит из подвижного ножевого контакта, приваренного методом ультразвуковой сварки к центральному соединительному контакту.
Нормально разомкнутый ножевой контакт расположен в целом параллельно подвижному ножевому контакту. Нормально разомкнутый ножевой контакт приварен методом ультразвуковой сварки к нормально разомкнутому зажиму, образуя узел нормально разомкнутого контакта. Узел нормально разомкнутого контакта состоит из заклепки третьего контакта и нормально замкнутого зажима. Узел нормально замкнутого контакта расположен вертикально относительно подвижного ножевого контакта так, чтобы узел нормально замкнутого контакта находился в контакте с узлом подвижного контакта, когда на подвижный контакт не воздействует исполнительный механизм.
В патенте США № 6,320,485 (патент 485), выданном Gruner, раскрыт блок электромагнитного реле с линейным двигателем. В патенте 485 описано электромагнитное реле, способное передавать токи, превышающие 100 ампер, для использования при регулировании передачи электроэнергии или в других применениях, требующих коммутации токов, превышающих 100 ампер. Двигатель реле в сборе имеет продолговатый каркас катушки с полостью, вытянутой в осевом направлении. Катушка возбуждения намотана на каркас. Ферромагнитная рама, обычно имеющая U-образную форму, снабжена секцией сердечника, расположенной внутри и проходящей через вытянутую в осевом направлении полость в продолговатом каркасе катушки.
Две контактные секции в общем случае расположены перпендикулярно секции сердечника и выступают над двигателем в сборе. Узел исполнительного механизма подключен с помощью магнитного соединения к двигателю реле в сборе. Узел исполнительного механизма состоит из рамы исполнительного механизма, функционально соединенной с первым и вторым полюсными наконечниками из ферромагнитного материала, обычно имеющими U-образную форму, и постоянным электромагнитом. Контактный мостик, выполненный из листового электропроводного медного материала, функционально соединен с узлом исполнительного механизма.
В патенте США № 6,563,409 (патент 409), выданном Gruner, раскрыт блок реле с магнитной защелкой. В патенте 409 описано реле в сборе с магнитной защелкой, содержащее двигатель реле с первым каркасом катушки, имеющим первую катушку возбуждения, намотанную на него, и вторым каркасом катушки, имеющим вторую катушку возбуждения, намотанную на него, причем первая катушка возбуждения и указанная вторая катушка возбуждения идентичны, и указанная первая катушка возбуждения электрически изолирована от указанной второй катушки возбуждения; узел исполнительного механизма, соединенный с помощью магнитной связи с указанным двигателем реле, при этом указанный узел исполнительного механизма имеет первый конец и второй конец; и одну или две группы контактных мостиков в сборе, каждая из которых содержит контактный мостик и пружину.
Другие описания изобретений, представляющие особый интерес, содержатся в патентах США № 4,743,877, выданном Oberndorfer и др.; № 5,568,108, выданном Kris; № 5,910,759; № 5,994,987; № 6,020,801; № 6,025,766, все из которых были выданы Passow; № 5,933,065, выданном Duchemin; № 6,046,661, выданном Reger и др.; № 6,292,075, выданном Connell и др.; № 6,426,689, выданном Nakawaga и др.; № 6,661,319 и № 6,788,176, выданном Schmelz; № 6,949,997, выданном Bergh и др.; № 6,940,375, выданном Sanada и др., и публикации заявки на патент США № 2006/0279384, составленной Takayama и др.
Описания изобретений в патентах Schmelz, Duchemin и некоторые из описаний в патентах Gruner были в особенности связаны с предметом изобретения, описанным в патентах США № 7,659,800 (патент 800) и 7,710,224 (патент 224), выданных Gruner и др. В патентах 800 и 224 описаны электромагнитные реле, включающие, по существу, узел катушки, ротор или мостик в сборе и переключатель в сборе. Узел катушки содержит катушку и C-образный сердечник. Катушка намотана на ось катушки, проходящую через сердечник. Сердечник содержит концы сердечника, параллельные оси катушки. Мостик в сборе содержит H-образный мостик и исполнительный механизм.
Мостик содержит средний, боковой или поперечный пути распространения поля. Исполнительный механизм расположен сбоку от бокового пути распространения поля. Выводы катушки лежат в одной плоскости с осью вращения и находятся в промежуточном положении между средним и боковым путями распространения поля. Исполнительный механизм взаимодействует с переключателем в сборе. Катушка создает магнитное поле, направляемое через мостик в сборе при помощи выводов катушки для сообщения мостику вращения вокруг оси вращения. Вращение мостика смещает исполнительный механизм с целью размыкания и замыкания переключателя в сборе.
Примечательно, что в патенте №5,568,108, выданном Kirsch; патенте № 6,046,661, выданном Reger и др.; патенте №6,426,689, выданном Nakagawa и др.; патентах №6,661,319 и №6,788,176, выданных Schmelz, и патентах 800 и 224, выданных Gruner, представлены или описаны якоря в сборе, имеющие H-образную часть с возможностью вращения вокруг оси вращения, причем эта H-образная часть включает или иным образом присоединена к продолговатому рычагу исполнительного механизма, идущему от H-образной части.
Следует отметить, что проблема, присущая традиционным электромагнитным реле, содержащим узел катушки и якорь описанного выше типа (типов), заключается в том, что они в значительной степени подвержены несанкционированному воздействию с помощью магнитного поля. Это преимущественно обусловлено тем, что вращающийся якорь вмещает постоянный магнит. Эти постоянные магниты реагируют на магнитное поле, формируемое катушкой, и либо отталкиваются, либо притягиваются, создавая механическое движение для размыкания и (или) замыкания контактов.
Это делает реле уязвимыми к несанкционированному воздействию путем использования очень большого магнита (т.е. позиционирования сильного встречного магнитного поля), внешнего по отношению к реле. Поскольку постоянные магниты помещаются во вращающемся пластмассовом корпусе, они будут сохранять свое состояние только до тех пор, пока к реле не будет приложена какая-то другая магнитная или механическая сила, превышающая магнитную удерживающую силу постоянных магнитов.
Следует отметить, что некоторые международные стандарты требуют, чтобы реле сохраняло свое состояние в разомкнутом или замкнутом положении, когда магнитное поле с индукцией, составляющей по меньшей мере 5000 гауссов, подводится к реле на расстояние до 40 мм. Во время испытания многие реле не могли работать из-за встречного магнитного поля с индукцией 5000 гауссов. Этот тип несанкционированного воздействия часто применяют в развивающихся странах или в районах с более низким уровнем дохода для повторного включения счетчика электрической энергии после того, как коммунальная компания отключила его дистанционным способом.
Таким образом, существующий уровень техники позволяет выявить потребность в электромагнитном реле, устойчивом к несанкционированному воздействию при помощи магнитного поля, в котором постоянные магниты фиксированы или закреплены, при этом сам узел катушки вращается с минимальными смещениями таким образом, чтобы усилить рабочее магнитное поле, присущее в противном случае магнитам такого размера.
Раскрытие изобретения
Таким образом, одной из целей настоящего изобретения является предложение так называемого блока электромагнитного реле с двумя устойчивыми положениями, в котором постоянные магниты неподвижно закреплены внутри пластмассового корпуса, а сама катушка вращается, в отличие от традиционных реле, включающих неподвижные катушки и подвижные постоянные магниты, взаимодействующие с вращающимися якорями. Для достижения этой и других очевидных целей, настоящее изобретение, по существу, предлагает блок электромагнитного реле для выборочного пропускания тока через выводы переключателя, при этом реле содержит вращающийся узел электромагнитной катушки, первую и вторую пары расположенных напротив друг друга постоянных магнитов и переключатель в сборе.
Вращающийся узел катушки содержит токопроводящую катушку, идущий в осевом направлении сердечник катушки и вращающийся корпус катушки. Катушка намотана на сердечник, который расположен коллинеарно или параллельно оси катушки. Катушка содержит выводы для управления электромагнитами, сердечник содержит противоположные концы сердечника, а корпус катушки имеет ось вращения, перпендикулярную оси катушки.
Первая и вторая пара расположенных напротив друг друга постоянных магнитов неподвижно расположены рядом с соответствующими концами сердечника, обеспечивая концам сердечника возможность перемещения между парами магнитов. Переключатель в сборе содержит первый и второй соединительные рычаги и первый и второй пружинные рычаги. Соединительные рычаги связывают концы сердечника и пружинные рычаги. Каждый из пружинных рычагов содержит противоположные пары контактов и вывод переключателя.
В процессе работы катушка создает магнитное поле, направляемое через сердечник для придания корпусу катушки вращения вокруг оси вращения корпуса за счет притяжения к позиционированным/закрепленным постоянным магнитам. Концы сердечника смещают соединительные рычаги, при этом соединительные рычаги приводят в движение пружинные рычаги между разомкнутым положением переключателя и замкнутым положением переключателя, последнее из которых позволяет току проходить через переключатель в сборе при помощи контактов и выводов переключателя.
К числу некоторых второстепенных характеристик базового блока электромагнитного реле относятся, например, некоторые пружинные средства для демпфирования вибрации между контактами при переключении из разомкнутого положения в замкнутое. В связи с этим предполагается, что каждый из пружинных рычагов предпочтительно может содержать пространственно-разнесенные первую и вторую пружинные секции, взаимодействующие с соединительными рычагами и пространственно-разнесенные в поперечном направлении относительно контактов, чтобы максимально усилить эффект демпфирования при переключении переключателя в сборе из разомкнутого положения в замкнутое.
В связи с последним следует отметить, что одной из основных проблем во всех электромеханических коммутационных устройствах является дребезг контактов при подключении электрической нагрузки. Для устранения этого явления во многих случаях добавляют пластинчатые или цилиндрические пружины с целью амортизации дребезга контактов. В настоящем изобретении используется простой процесс штамповки, который позволяет устанавливать встроенную пружину для уменьшения дребезга на обеих сторонах контактной площадки, а не только на одной.
Хотя при срабатывании реле свободный конец пружины представляет собой место, которое размыкается с наибольшей вероятностью, тем не менее, возможно также размыкание контактов, даже если свободный конец пружины установлен в замкнутое положение. В целях устранения этого недостатка в настоящее изобретение включена дополнительная процедура штамповки, чтобы давление было приложено как к левой, так и к правой стороне контакта, обеспечивая равное контактное давление и гарантируя, что контакты останутся замкнутыми при срабатывании реле.
Другие цели настоящего изобретения, а также его конкретные признаки, элементы и преимущества будут разъяснены или станут понятными из следующего описания и прилагаемых чертежей.
Краткое описание чертежей
Другие признаки моего изобретения станут более понятными из рассмотрения следующего краткого описания чертежей к патенту.
На фиг. 1 представлен перспективный вид сверху собранного предпочтительного (однополюсного) варианта блока реле согласно настоящему изобретению со снятой крышкой корпуса, позволяющей видеть внутренние компоненты.
На фиг. 2 представлен перспективный вид сверху с пространственным разделением деталей предпочтительного блока реле согласно настоящему изобретению, показывающего сверху вниз кронштейн, собранный узел катушки, соединительные конструкции, контактные пружинные узлы, постоянные магниты и нижнюю часть корпуса реле.
На фиг. 3 представлен перспективный вид сверху с пространственным разделением деталей узла катушки согласно настоящему изобретению.
На фиг. 4 представлен вид в плане собранного предпочтительного варианта блока реле согласно настоящему изобретению со снятой крышкой корпуса, позволяющей видеть внутренние компоненты при разомкнутом положении переключателя в сборе.
На фиг. 5 представлен вид в плане собранного предпочтительного варианта реле согласно настоящему изобретению со снятой крышкой корпуса, позволяющей видеть внутренние компоненты при замкнутом положении переключателя в сборе.
На фиг. 6 представлен увеличенный вид в плане поворотного (вращающегося) узла катушки, расположенного между парами неподвижно закрепленных постоянных магнитов, и контактных пружинных узлов при разомкнутом положении переключателя в сборе.
На фиг. 7 представлен увеличенный вид в плане поворотного узла катушки, расположенного между парами неподвижно закрепленных постоянных магнитов, и контактных пружинных узлов при замкнутом положении переключателя в сборе.
На фиг. 8 представлено увеличенное схематическое изображение поворотного узла катушки, расположенного между парами неподвижно закрепленных постоянных магнитов при разомкнутом положении переключателя в сборе.
На фиг. 9 представлено увеличенное схематическое изображение поворотного узла катушки, расположенного между парами неподвижно закрепленных постоянных магнитов при замкнутом положении переключателя в сборе.
На фиг. 10 представлено увеличенное изображение контактных пружинных узлов при разомкнутом положении переключателя в сборе.
На фиг. 11 представлено увеличенное изображение контактных пружинных узлов при замкнутом положении переключателя в сборе.
На фиг. 12 представлен увеличенный вид в плане поворотного узла катушки многополюсного альтернативного варианта осуществления согласно настоящему изобретению, показывающий поворотный узел катушки при разомкнутом положении переключателя в сборе.
На фиг. 13 представлен увеличенный вид в плане поворотного узла катушки многополюсного альтернативного варианта осуществления согласно настоящему изобретению, показывающий поворотный узел катушки при замкнутом положении переключателя в сборе.
На фиг. 14 представлен местный перспективный вид сверху с пространственным разделением деталей предпочтительного варианта блока реле с разрезом вдоль оси вращения узла катушки.
На фиг. 15 представлен местный перспективный вид с пространственным разделением деталей конструкций, изображенных на фиг. 14, показывающий ось катушки, проходящую перпендикулярно оси вращения узла катушки.
На фиг. 16 представлен перспективный вид сверху собранного альтернативного многополюсного варианта блока реле согласно настоящему изобретению со снятой крышкой корпуса, позволяющей видеть внутренние компоненты.
На фиг. 17 представлен перспективный вид сверху с пространственным разделением деталей альтернативного многополюсного варианта блока реле согласно настоящему изобретению, показывающего сверху вниз кронштейн, собранный узел катушки, соединительные конструкции, контактные пружинные узлы, постоянные магниты и нижнюю часть корпуса реле.
На фиг. 18 представлен вид сверху собранного альтернативного многополюсного варианта блока реле согласно настоящему изобретению со снятой крышкой корпуса, позволяющей видеть внутренние компоненты при разомкнутом положении переключателя в сборе.
На фиг. 19 представлен вид сверху собранного альтернативного многополюсного варианта блока реле согласно настоящему изобретению со снятой крышкой корпуса, позволяющей видеть внутренние компоненты при замкнутом положении переключателя в сборе.
На фиг. 20 представлено схематическое изображение плоских границ, расположенных крестообразным образом, которые определяют пределы перемещения концов сердечника между неподвижно расположенными постоянными магнитами согласно настоящему изобретению.
Осуществление предпочтительного варианта изобретения
Обратившись теперь к чертежам, отметим, что предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения относится к так называемому блоку электромагнитного реле 10 (с двигателем подачи по оси X) с двумя устойчивыми положениями, которое в общем виде изображено и указано на фиг. 1, 2, 4 и 5. Блок 10 представляет основные конструктивные решения, на которые опирается настоящее изобретение, причем эти основные конструктивные решения могут быть приложены как к однополюсным блокам, которые в общем виде изображены и обоснованы при помощи блока 10, так и к многополюсным блокам. В связи с последним, пример четырехполюсного блока 20 в общем виде изображен и указан на фиг. 16-19.
По существу, в процессе функционирования блок электромагнитного реле 10 выборочно разрешает прохождение тока через выводы переключателя 11. Блок электромагнитного реле 10 предпочтительно содержит узел электромагнитной катушки 12, первую и вторую пары расположенных напротив друг друга постоянных магнитов 13 и переключатель в сборе, содержащий различные компоненты, включая первый и второй соединительные рычаги 14 (содержащие одну или несколько Г-образных частей), и первый и второй пружинные рычаги 15, которые электрически связаны или, в ином случае, представляют собой (гальванически) связанные и прикрепленные удлинители выводов 11 переключателя в сборе.
Узел катушки 12 предпочтительно можно считать содержащим токопроводящую катушку 16 (с каркасом 26), сердечник катушки 17, корпус катушки 18, содержащий крышку катушки 18 (a), оснащенную проводником(-ами) 25 крышки катушки, и основание катушки или коробку катушки 18 (b)). Катушка 16 намотана вокруг сердечника 17, который расположен коллинеарно оси катушки, показанной позицией 100. Катушка 16 содержит выводы для управления электромагнитами, показанные позицией 19, а сердечник 17 содержит (линейно) противоположные концы сердечника, показанные позицией 21.
Следует отметить, что корпус катушки 18 имеет ось вращения корпуса 101, которая проходит перпендикулярно относительно оси катушки 100. Ось вращения корпуса 101 проходит через штифты 22, выполненные соосно на крышке катушки 18 (a) и коробке катушки 18 (b) корпуса 18, причем эти штифты 22 вставляются в детали 23 для ввода штифтов, выполненные в кронштейне 27 и корпусе реле 24.
Первая и вторая пары находящихся напротив друг друга постоянных магнитов 13 жестко под наклоном расположены (при помощи фиксирующих элементов 28 корпуса) рядом с концами сердечника 21 так, чтобы концы сердечника 21 обладали возможностью перемещения между соответствующими парами магнитов 13. Каждая из противоположных пар постоянных магнитов 13 содержит практически плоские находящиеся напротив друг друга внешние стороны магнитов 29, причем эти внешние стороны 29 расположены в пересекающихся плоскостях 102, представляя тем самым крестообразную плоскую конфигурацию, показанную позицией 103 на фиг. 20 и определяющую в целом границы перемещения концов сердечника 21.
В связи с последним следует отметить, что сердечник 17 имеет толщину, показанную позицией 104, а магниты 13 расположены при помощи фиксирующих элементов 28 соответственно так, чтобы надлежащим образом контактировать с концами сердечника 21. Иными словами, сердечник 17 предпочтительно содержит практически плоские противоположные внешние стороны сердечника, показанные позицией 30, такие, что внешние стороны сердечника 30 и внешние стороны магнита 29 расположены под одинаковым углом, контактируя друг с другом, в целях максимального увеличения площади поверхности контакта и усиления тока, протекающего через максимально увеличенную площадь поверхности контакта между сердечником 17 и постоянными магнитами 13.
Из рассмотрения рисунков понятно, что назначение соединительных рычагов 14 (или соединительных рычагов 14 (a) многополюсного варианта осуществления) заключается в соединении концов сердечника 21 и пружинных рычагов 15. Каждый из пружинных рычагов 15 содержит (т.е. электрически связан или гальванически соединен) противоположные пары контактов 31 и выводы переключателя, обозначенные позицией 11. Противоположные пары контактов 31 соединяются рядом друг с другом, как в общем виде показано на фиг. 5, 7, 11 и 19. И наоборот, разомкнутое положение переключателя в сборе показано в общем виде для сравнения на фиг. 4, 6, 10 и 18.
Катушка 16, когда через нее протекает ток, создает магнитное поле, обозначенное позицией 105, причем магнитное поле 105 направляется через сердечник 17 и взаимодействует с магнитами 13, выставленными согласно полюсам и изображенными на фиг. 8 и 9, с целью придания корпусу катушки (поворотного типа) вращения, показанного позицией 106, вокруг оси вращения 101 корпуса. Таким образом, назначение концов сердечника 21 состоит в смещении соединительных рычагов 14, которые, в свою очередь, приводят в действие пружинные рычаги 15 между открытым и закрытым положением, как указывалось выше. В закрытом положении ток может проходить через контакты 31 и концы (выводы) переключателя 11.
Как уже отмечалось, соединительные рычаги блока 10 на виде сверху предпочтительно являются Г-образными и, таким образом, содержат первое соединительное звено 32 и второе соединительное звено 33. В блоке 20 соединительные рычаги 14 содержат первое соединительное звено 34 и ряд вторых соединительных звеньев 35 (или ряд взаимосвязанных Г-образных элементов). Вторые соединительные звенья 33 и 35 каждого блока 10/20 соответственно идут в направлении друг к другу перпендикулярно первым соединительным звеньям 32 и 34 каждого блока 10/20. Концы сердечника 21 подключаются к первым соединительным звеньям 32 или 34, а пружинные рычаги 15 идут практически параллельно вторым соединительным звеньям 33 или 35 при открытом положении переключателя в сборе.
Пружинные рычаги 15 предпочтительно параллельны друг другу как при открытом, так и при закрытом положении переключателя в сборе, при этом каждый из них имеет противоположные стороны 40, причем внутренние стороны 40 каждого из рычагов обращены друг к другу, как в общем виде изображено и указано на фиг. 10 и 11. Противоположные внутренние стороны 40 притягиваются друг к другу под действием магнитного поля (как в общем виде показано позицией 107) при реализации короткого замыкания, и, таким образом, притягивающиеся под действием магнитного поля стороны 40 поддерживают контакты 31 переключателя в сборе в замкнутом положении в ходе реализации короткого замыкания.
В связи с последним следует отметить, что во время короткого замыкания магнитные поля, генерируемые внутри реле, возрастают по мере увеличения тока. Однако во время броска тока контакты стремятся разделиться. В целях конструктивного решения этой проблемы настоящее изобретение позволяет производителю изготовить один тип контактного пружинного узла и использовать этот узел дважды, как в общих чертах представлено и изображено при помощи пружинных рычагов 15, концов 11 и контактов 31.
Следует отметить, что половина тока будет протекать через верхний контактный пружинный узел, а другая половина - через нижний контактный пружинный узел. Поскольку эти узлы проводят один и тот же ток в одном и том же направлении, формируемые при этом магнитные силы оказываются равными. Это означает, что, когда нижняя часть верхней пружины формирует магнитное поле южной полярности, верхняя часть нижней пружины формирует магнитное поле северной полярности. Поскольку север и юг притягиваются друг к другу (как показано позицией 107), сила притяжения заставляет контакты 31 находиться в замкнутом положении во время короткого замыкания. Чем больше ток, протекающий во время короткого замыкания, тем сильнее будет магнитное поле; поэтому магнитное притяжение 107, поддерживающее контакты 31 в замкнутом положении, максимально увеличивается.
Описанный контактный пружинный узел аналогичен существующим узлам постольку, поскольку концы 11 и пружинные рычаги 15 предпочтительно изготовлены из меди, причем пружинный рычаг 15 помещают сверху на медный вывод, а затем склепывают при помощи кнопочных контактов 31. Благодаря расположению пружинных рычагов 15 таким образом, чтобы стороны 40 находились напротив друг друга, полученная система контактов позволяет принимать общий входной ток от медного вывода, затем разделяет нагрузку по двум пружинам, а затем снова объединяет выходную нагрузку на другом медном выводе. Поскольку две пружины (т.е. пружинные рычаги 15) предпочтительно идентичны в отношении своей технологичности, они будут иметь очень близкое, если не идентичное сопротивление. Кроме того, эти две пружины идут в прямом направлении параллельно друг другу, в результате чего вокруг пружинных рычагов 15 образуются одинаковые магнитные поля.
Пружинные рычаги 15 предпочтительно содержат первые и вторые пружинные части или средства для реализации двух устойчивых положений. Обычно предполагается, что первые пружинные части или средства представлены упругими отгибами рычагов 15, как в общем виде изображено и указано позицией 36. Первые пружинные средства предпочтительно расслаблены при разомкнутом положении переключателя в сборе и предпочтительно приведены в действие при замкнутом положении переключателя в сборе, хотя это и необязательно. Предполагается, что приведенные в действие первые пружинные части могут хорошо способствовать демпфированию вибраций между контактами 31 при переключении переключателя в сборе из разомкнутого положения в замкнутое.
В общем случае предполагается, что вторые пружинные части или средства представлены упругими выступами пружины, изображенными в общем виде и указанными позицией 37. Вторые пружинные части или средства 37 предпочтительно расслаблены при разомкнутом положении переключателя в сборе и предпочтительно приведены в действие при замкнутом положении переключателя в сборе, хотя эта конфигурация не обязательна. Предполагается, что приведенные в действие вторые пружинные части могут хорошо способствовать усиленному демпфированию вибраций между контактами 31 при переключении переключателя в сборе из разомкнутого положения в замкнутое.
Следует отметить, что первые пружинные части предпочтительно могут приводиться в действие рядом с первыми соединительными звеньями 32 или 34, и что вторые пружинные части предпочтительно могут приводиться в действие рядом со вторыми соединительными звеньями 33 или 35. Таким образом, первые и вторые пружинные средства обеспечивают пространственно-разнесенные средства демпфирования для каждой пары контактов. Предполагается, что приведенные в действие пространственно-разнесенные демпфирующие средства могут хорошо способствовать дополнительному усилению демпфирования вибраций между контактами 31 при переключении переключателя в сборе из разомкнутого положения в замкнутое.
В связи с последним следует также отметить, что каждая пара контактов предпочтительно расположена между пространственно-разнесенными первым и вторым средствами демпфирования, которые, таким образом, представляют собой поперечно противоположные средства демпфирования для еще большего усиления демпфирования вибраций между контактами 31 при переключении переключателя в сборе из разомкнутого положения в замкнутое.
Как отмечалось выше, одной из основных проблем во всех электромеханических коммутационных устройствах является дребезг контактов при подключении электрической нагрузки. Типовым конструктивным способом устранения этого явления является включение дополнительных пластинчатых или цилиндрических пружин с целью амортизации дребезга контактов. В настоящем изобретении используется простой процесс штамповки, который позволяет устанавливать встроенную пружину для уменьшения дребезга, примерами которой являются упругие отгибы 36 и упругие выступы 37, причем эти конструктивные элементы разнесены в поперечном направлении относительно контактов 31. Таким образом, настоящая конструкция позволяет прикладывать давление как к левой, так и к правой стороне контакта, обеспечивая равное контактное давление и гарантируя, что контакты останутся замкнутыми при срабатывании реле.
Хотя в приведенных выше описаниях содержится много особенностей, эти особенности должны рассматриваться не в качестве ограничивающих объем изобретения, а, скорее, в качестве иллюстративных примеров его реализации. Например, можно говорить о том, что изобретение практически представляет или раскрывает блок электромагнитного реле, содержащий поворотный узел катушки, противоположные пары притягивающихся магнитов и переключатель в сборе.
Узел катушки содержит катушку, сердечник, некоторые средства поворота сердечника, примером которых является корпус поворотной катушки с периферийными элементами шарнирного типа, обеспечивающими поворот. Сердечник предпочтительно является коллинеарным или параллельным оси катушки и содержит открытые противоположные концы сердечника. Следует отметить, что средство поворота сердечника имеет ось вращения, проходящую перпендикулярно относительно оси катушки.
Противоположные пары притягивающихся магнитов неподвижно расположены рядом с соответствующими концами сердечника так, чтобы концы сердечника обладали возможностью перемещения между парами магнитов. Назначение катушки заключается в создании магнитного поля, направляемого через сердечник к противоположным магнитам для придания вращения относительно оси вращения. Концы сердечника вызывают срабатывание переключателя в сборе между разомкнутым и замкнутым положением, последнее из которых позволяет току проходить через переключатель в сборе.
Блоки электромагнитных реле содержат также некоторые средства соединения и противоположные пружинные узлы. Средства соединения, примерами которых являются соединительные рычаги 14 и 14 (a), соединяют концы сердечника и пружинные узлы. Назначением пружинных узлов, по существу, является демпфирование вибраций контактов при переключении из разомкнутого положения в замкнутое. Пружинные узлы предпочтительно содержат пружинные средства, которые предпочтительно расслаблены при разомкнутом положении и предпочтительно приведены в действие при замкнутом положении, однако обратная структурная конфигурация, а именно, такая, при которой первые и вторые пружинные средства могут быть расслаблены при замкнутом положении и приведены в действие при разомкнутом положении, также относится к обоснованным альтернативным вариантам.
Первые и вторые пружинные средства пространственно разнесены относительно друг друга с противоположных сторон контактов для получения пространственно-разнесенных поперечно противоположных средств демпфирования в целях дополнительного большего усиления демпфирования вибраций контактов переключателя в сборе при переключении из разомкнутого положения в замкнутое. Пружинные рычаги пружинных узлов предпочтительно расположены параллельно друг другу и содержат противоположные стороны рычагов, обозначенные позицией 40. Противоположные стороны рычагов 40 притягиваются друг к другу под действием магнитного поля при реализации короткого замыкания, при этом притягивающиеся под действием магнитного поля стороны рычагов поддерживают переключатель в сборе в замкнутом положении в ходе реализации короткого замыкания.
Притягивающиеся магниты имеют противоположные внешние стороны, которые являются практически плоскими и находятся в пересекающихся плоскостях, при этом (концы) сердечника имеют практически плоские противоположные внешние стороны сердечника. Контактирующие внешние стороны сердечника и внешние стороны магнитов расположены под одинаковым углом в целях максимального увеличения площади поверхности контакта и дополнительного усиления тока, протекающего через площадь поверхности контакта между сердечником и внешними сторонами магнитов.
В дополнение к приведенным выше конструктивным соображениям представляется также, что обсуждаемые идеи изобретения поддерживают определенные методологии и (или) процессы. В связи с этим предполагается, что приведенные выше конструктивные соображения обеспечивают осуществление способа переключения электромагнитного реле, включающего шаги оснащения узла катушки средствами для вращения узла катушки вокруг оси вращения, перпендикулярной оси узла катушки, после чего при помощи катушки может быть создано магнитное поле, направляемое через узел катушки к противоположным магнитам для придания вращения вокруг оси вращения. После этого узел катушки вращается (или поворачивается) вокруг оси вращения, а переключатель в сборе срабатывает, переключаясь между разомкнутым и замкнутым положениями под действием вращающегося узла катушки.
Предполагается, что способ также включает шаг демпфирования вибраций контактов при помощи противоположных контактных пружинных узлов при переводе переключателя в сборе из разомкнутого состояния в замкнутое, который может включать шаг разнесения средств демпфирования в поперечном направлении относительно контактов переключателя в сборе перед шагом демпфирования вибраций контактов. Некоторые внешние стороны (как показано позицией 40) контактных пружинных узлов могут быть размещены напротив друг друга перед шагом демпфирования вибраций контактов так, чтобы противоположные стороны притягивались друг к другу под действием магнитного поля при реализации короткого замыкания в целях поддержания переключателя в сборе в замкнутом положении при реализации указанного сценария.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на ряд вариантов осуществления, новое устройство или реле не ограничивается ими, поэтому изобретение будет включать все модификации, которые соответствуют сущности и входят в объем вышеприведенного описания и прилагаемых чертежей. Например, описанные выше технические характеристики обеспечивают функционирование блока электромагнитного реле, преимущественно предназначенного для использования в качестве однополюсного блока реле, как показано позицией 10. Предполагается, однако, что сущность изобретения может применяться в многополюсных блоках реле, как в общем виде изображено и указано блоком 20, которые сами по себе имеют уникальную конструкцию и функции, но которые могут быть реализованы на основе идей однополюсного варианта осуществления, преимущественно изложенного в настоящем описании изобретения.