專利名稱：低噪音繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及一種電磁式繼電器，尤其涉及一種在接通和斷開過程中噪聲降低的繼電器。更具體地說，本發(fā)明涉及一種帶有隔音裝置，如彈性體組合物、可固化樹脂或者其他機械阻尼組合物或材料的電磁式繼電器，其中，所述隔音裝置被置于繼電器銜鐵和繼電器內(nèi)的動簧片之間，以消除噪聲。
背景技術(shù)：
盡管從電和機械觀點來看是可靠有效的，但是，在現(xiàn)有技術(shù)中的繼電器(如在圖1-3示出的)用于特定場合時，其在配合和非配合過程中產(chǎn)生的噪音可能是不需要的。例如，這種型式的繼電器以及具有相似應(yīng)用的類似繼電器在用于機動車輛的車廂附近時，可能產(chǎn)生聲頻噪音。已經(jīng)采取了多種措施來降低車廂內(nèi)的噪音，特別是在豪華汽車內(nèi)的噪音，且用于這種環(huán)境下的傳統(tǒng)繼電器被認為是有害噪音的重要來源。
繼電器包括安裝在動簧片上的滑動觸點?；善３只瑒佑|點與通常閉合的觸點結(jié)合，直到線圈電流的增大造成磁力大于接通閾值。附到簧片上的銜鐵在磁力作用下被吸到鐵心上。銜鐵和線圈鐵心之間的碰撞產(chǎn)生聲頻噪音，該聲頻噪音由于繼電器外殼的蓋或其他部件的共振而被放大。在磁力降低時，簧片促使滑動觸點與通常閉合的觸點結(jié)合，所以發(fā)生了斷開過程中的噪音。這種與通常閉合的觸點的碰撞也可產(chǎn)生有害噪音，即使繼電器已經(jīng)正確地執(zhí)行了其開關(guān)功能。
圖4是包括銜鐵40和簧片42的部分子部件，其用于由Denso(Malaysia)Sdn Bhd制造和銷售的另一種現(xiàn)有技術(shù)的繼電器中。不知道用于這種繼電器的部件代號。繼電器具有置于銜鐵40和簧片42之間的模切的塑料或橡膠墊44。不清楚這種墊44的具體目的。然而，這種繼電器的制造將看來似乎比較復(fù)雜和昂貴，需要特殊設(shè)計的銜鐵，以及墊44在銜鐵40附接到簧片42上之前的精確放置。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的電磁式繼電器包括電磁子部件，所述電磁子部件包括繞在鐵心上的線圈。繼電器也包括帶有觸點的銜鐵。在電流被施加到線圈上時，產(chǎn)生強銜鐵吸到鐵心上的磁力?；善瑢曡F偏置離開鐵心，所以，在電流和磁場消失時，銜鐵和觸點返回到其最初位置。隔音裝置(例如，彈性組合物或者可固化的樹脂組合物)被置于銜鐵和簧片之間的結(jié)合處。在一個實施例中，隔音裝置被置于銜鐵和簧片之間。在另一個實施例中，隔音裝置被置于銜鐵的邊緣，銜鐵在該邊緣處與簧片相接。依照本發(fā)明的電磁式繼電器在接通和斷開過程中顯示出低噪聲特征。
粘附到簧片以及銜鐵上的顯示出機械阻尼特征的樹脂可以降低繼電器啟動時的噪聲。顯示出機械阻尼特征的樹脂或其他成分可被沉積在繼電器簧片的與銜鐵邊緣鄰接的表面上。樹脂在銜鐵已被機械附接到簧片上之后的沉積可以簡化這種低噪音繼電器的制造。


圖l是現(xiàn)有技術(shù)中的電磁式繼電器的分解透視圖，其沒有采用本發(fā)明中的低噪音特征。
圖2是示出現(xiàn)有技術(shù)中移去繼電器蓋的電磁式繼電器的裝配好的元件的透視圖。
圖3是圖2中示出的現(xiàn)有技術(shù)中使用的繼電器的簧片和銜鐵子部件的透視圖。
圖4是現(xiàn)有技術(shù)中的另一種繼電器的簧片和銜鐵子部件的局部視圖。
圖5是本發(fā)明的低噪音繼電器組件的頂視圖，示出了處于通常閉合的位置處的銜鐵和繼電器觸點。
圖6是類似于圖5的頂視圖，但是其僅僅示出了包括框架、線圈組、銜鐵和簧片和滑動觸點的部分組件。
圖7是類似于圖6的頂視圖，示出銜鐵在正常的開啟位置處與鐵心結(jié)合。
圖8示出依照本發(fā)明的第二個實施例的樹脂在繼電器簧片上固化之前的沉積。
圖9示出圖8中沉積的樹脂在沉淀或者流出和被固化之后，粘附到繼電器銜鐵和簧片上，在銜鐵被機械粘附到簧片上之后樹脂可被沉積，且其將為聲頻噪聲降低提供機械阻尼。
具體實施例方式
參考圖5-7，依照本發(fā)明的第一實施例的電磁式繼電器2包括置于繼電器銜鐵4和動簧片6之間的隔音裝置20。在操作中，在繼電器被通電時，銜鐵4被拉向繼電器電磁式子部件(其可包括繼電器線圈或者繞組10、繼電器鐵心8和繼電器繞線管22)。在繼電器被斷電時，簧片使銜鐵4返回到在圖5和6示出的其正常位置。隔音裝置20降低了由繼電器在通電(即“接通”)和斷電(即“斷開”)循環(huán)過程中產(chǎn)生的噪聲。由于繼電器結(jié)構(gòu)(包括底座、簧片、蓋和框架)所造成的共振能夠放大噪聲，所以，由于撞擊而產(chǎn)生的噪音的降低將會累積。
通過使用本發(fā)明的各種繼電器可以在不很大地增加繼電器的成本和復(fù)雜性的情況下使得噪聲降低。隔音裝置20可被加到許多型式的電磁式繼電器上，而沒有不利地影響到繼電器的操作。為了依照本發(fā)明的第一實施例說明隔音裝置的使用，在首先敘述這個現(xiàn)有技術(shù)中的繼電器的結(jié)構(gòu)和功能之后，還將附加敘述圖1-3示出的現(xiàn)有技術(shù)中的繼電器。
圖1-3中示出的現(xiàn)有技術(shù)中的電磁式繼電器是傳統(tǒng)的繼電器，其包括正常斷開和正常閉合的固定觸點。在存在或沒有由流過線圈或繞組的電流產(chǎn)生的電磁力的情況下，滑動觸點在兩個固定觸點之間移動。在電流被施加到線圈以產(chǎn)生拉力時，銜鐵與鐵心移動結(jié)合，且延伸穿過線圈或繞組。銜鐵被附在動簧片上，且由流過線圈的電流形成的電場所產(chǎn)生的電磁力必須足以克服動簧片所產(chǎn)生的恢復(fù)力。
在圖1-3示出的特定繼電器中，滑動觸點被安裝在動簧片的一端。動簧片的一部分延伸到銜鐵之外，其中，滑動觸點安裝在該動簧片上，銜鐵包括相對剛性的鐵磁體部件。L形可移動簧片的相對端被固定到框架上，其也包括相對剛性的部件。在這個電磁式繼電器中，銜鐵的后緣與框架的相鄰邊毗連，且動簧片繞著這些鄰接邊緣以至少直角延伸，所以簧片將產(chǎn)生傾向于將銜鐵移動離開線圈的恢復(fù)力。換句話說，在動簧片處于作用于簧片上的應(yīng)力相對較低的位置處時，銜鐵將與鐵心間隔開。
在附圖中說明的繼電器中，設(shè)置了銜鐵，所以，在銜鐵與鐵心結(jié)合時，銜鐵將會相對鐵心傾斜。換句話說，框架的鄰接邊緣橫向地間隔在鐵心的外表面之外。在圖7中可以更好的看出這種傾斜或歪斜，其示出含有隔音裝置20的銜鐵4。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中的繼電器中，在銜鐵與鐵心結(jié)合時其也是傾斜的。這種傾斜或歪斜確保了銜鐵和鐵心將在規(guī)定點結(jié)合，以確保在合適的尺寸制造公差內(nèi)可靠地操作。然而，應(yīng)該理解，依照本發(fā)明的隔音裝置能夠應(yīng)用在繼電器上，在該繼電器中，銜鐵和線圈的精確定向可不同于這兒所述的定向。例如，隔音裝置可用在繼電器上，其中，在該繼電器中，銜鐵和線圈在平的、基本上平行的平面上相互結(jié)合。
對于繼電器性能來說，銜鐵和鐵心之間在斷開開關(guān)操作的一端的直接接觸或近乎直接接觸很重要。直接接觸(所以，在銜鐵和鐵心之間僅僅存在非常小的間隙)提供了非常大的電磁力，該電磁力基本上將兩個元件鎖定在一起。高抗震性和抗沖擊性是主要的益處，其使得繼電器在其已被閉合之后對電壓波動較不敏感，其中，所述主要的益處是低斷開電壓。
在電流流過繼電器線圈或繞組時，銜鐵被磁附在鐵心上。由電磁場施加的足夠的力將克服傾向于保持滑動觸點與通常閉合的觸點結(jié)合的簧片力。由于銜鐵移動，與鐵心結(jié)合，滑動觸點將首先開始與通常斷開的觸點結(jié)合，且電流將在滑動觸點和通常斷開的觸點之間流動。電流將在附到動簧片上的共接頭和正常斷開端子之間流動。為了在足夠的法向力作用下維持滑動觸點和通常斷開的觸點之間的連續(xù)接觸，動簧片的超程(overtravel)也是需要的。因為所有的吸引力是由銜鐵上的電磁場的作用產(chǎn)生的，所以在現(xiàn)有技術(shù)中的繼電器中可以獲得這種超程，其中，所述銜鐵具有最大的動質(zhì)量。通過在銜鐵與鐵心結(jié)合之前使得滑動觸點與通常斷開的觸點結(jié)合，可以得到所述超程。
銜鐵進一步移動到達其在鐵心上的固定位置(seated position)，這一移動使得簧片在銜鐵和滑動觸點之間的部分彎曲，并在觸點之間產(chǎn)生了回彈力。這將在觸點上提供力，即使觸點磨損或者端子由于其膨脹或其他原因而移動離開。隨著銜鐵被這個電磁力拉近鐵心，簧片被彎曲，從而將更大的法向力傳遞到配合觸點上。當(dāng)然，作用于銜鐵上的力越大，銜鐵對鐵心的沖擊和滑動觸點對通常斷開的觸點的沖擊越大。實際上，由超程產(chǎn)生的力的方向與銜鐵移向鐵心的固定移動(seating motion)方向相反。同樣地，其實際上有助于在銜鐵沖擊鐵心之前降低該銜鐵的速度。然而，來自超程的力直接有助于降低噪音，這是由于盡管簧片在鉸鏈中心處的力起作用，從而在沒有電磁場時將觸點分開，但是，超程簧片在觸點仍結(jié)合時可容易地將分開力在短時間內(nèi)加倍。
隨著鐵心和銜鐵之間的間隙被降低，銜鐵上的電磁力幾乎按指數(shù)規(guī)律增大。通常在銜鐵的大部分移動范圍的電磁力以與簧片阻力類似的增大速率增加。然而，在超程的后半時過程中，電磁力相對簧片力戲劇性地增大。銜鐵和鐵心間的強烈沖擊將造成更大的噪聲，但是更大的吸引力也將產(chǎn)生更大的配合速度，這將降低配合過程中產(chǎn)生不希望有的電弧的可能性。高配合速度和力的快速增加確保了觸點具有充分的接觸面積，以在電光負荷固有的起動電流期間防止觸點過熱、熔融和熔接。因此，大吸引力是需要的，盡管其將造成更大的噪聲。
實施例所體現(xiàn)的電磁式繼電器的改進的聲音性能以這樣一個事實為條件，即，對噪聲做出重要和顯著貢獻的是由相對標準設(shè)計的繼電器中的銜鐵所產(chǎn)生的噪音。銜鐵對線圈鐵心的沖擊產(chǎn)生脈沖，所述脈沖將在接通過程中激勵繼電器。在斷開過程中，在一些設(shè)計中銜鐵將沖擊簧片臂。在其他設(shè)計中，觸點沖擊將是斷開過程中噪音產(chǎn)生的根源。與簧片的可能沖擊是預(yù)偏置的結(jié)果，且與銜鐵的斷開運動無關(guān)。在所有的設(shè)計中，必須用一些裝置將銜鐵停止。由于銜鐵到達其完全斷開或完全閉合位置，實施例通過吸收銜鐵和簧片之間的沖擊并阻尼了簧片振動而降低了由銜鐵造成的噪聲。
圖5-7示出在傳統(tǒng)電磁式繼電器2內(nèi)的夾在銜鐵4和簧片6之間的隔音裝置20。彈性簧片6附到框架16上。銜鐵4、隔音裝置20和簧片6形成了子部件，該子部件沿著包括線圈或繞組10、繞線管22、鐵心8和框架18在內(nèi)的磁性子部件的兩側(cè)延伸?；瑒佑|點12安裝在通常閉合的觸點14和通常斷開的觸點16之間的柔性動簧片6上。圖5示出在開啟或斷開位置處的組件，其中，滑動觸點12與通常閉合的觸點14結(jié)合，銜鐵4與鐵心8間隔開。在這個位置，存在不足的電磁力，以將銜鐵4拉向鐵心8。
圖6是在與圖5中示出的位置相同的位置處的元件的部分組件。沒有示出繼電器底座、觸點14和16，所以，更加易于看出與銜鐵4和鐵心8相關(guān)的隔音裝置20的位置。
圖7示出在全部接通位置處銜鐵相對鐵心的位置。在這個實施例中，鐵心8的橫截面形狀為圓形的，且銜鐵4和鐵心8之間的主要接觸點沿著在距框架18最遠的區(qū)域內(nèi)的鐵心8的周邊。清楚地示出銜鐵4相對鐵心8的傾斜的或歪斜的位置。在優(yōu)選地實施例中，銜鐵4的傾斜方向與標準繼電器的方向基本相同，其中，銜鐵4相對鐵心8以銳角局部延伸。
若干材料可被用于隔音裝置20。聚氨酯橡膠的額定溫度為155℃，其看起來足夠用于最大繼電器室溫為125℃的繼電器。然而，在一些應(yīng)用中，繼電器內(nèi)的內(nèi)部溫度在最壞條件時可以高達180℃。聚氨酯橡膠隨著時間流逝而產(chǎn)生的降解可由這些條件產(chǎn)生。最初的實驗表明，降解不影響繼電器性能，但是聲音降低能力受到不利地影響。聚氨酯橡膠在-30℃的操作溫度下開始基本變硬，其可對繼電器的性能存在有害作用。然而，盡管有這些缺點，在一些情況下，聚氨酯橡膠似乎是用于降低噪音的合適材料。
硅酮(silicone)顯示出用于形成隔音裝置20的幾乎理想的硬度和溫度范圍特征。然而，大多數(shù)硅酮能夠脫氣揮發(fā)未固化的材料。脫氣材料能夠沉積在附近表面上，其包括繼電器內(nèi)的觸點。在暴露于來自繼電器內(nèi)所產(chǎn)生的電弧的熱時，那兒的沉積物能在觸點上形成電絕緣玻璃涂層，其使得繼電器不起作用。然而，特殊配制的硅酮組合物是商業(yè)上可得的，其具有低的脫氣特征。多數(shù)這種配方被設(shè)計用于在高溫和真空的極限條件下與間距相關(guān)的應(yīng)用，所述極限條件傾向于極大的加速脫氣過程。這些和其他低速度硅酮可被以用于繼電器內(nèi)部，尤其是在需要實現(xiàn)本發(fā)明的非常小量中。
隔音裝置不必是連續(xù)的片材形式。實際上，從制造觀點來看，隔音裝置可由半液體材料如填料(caulk)形成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，置于銜鐵和簧片之間的兩滴低脫氣硅酮填料足以使噪音有重大的降低(即，在100mm從擴音器快速響應(yīng)的聲壓級(或SPL)RMS在60dBa之下)。
冷鑄多成分樹脂也可被用于形成隔音裝置20。多成分樹脂可被沉積在銜鐵和簧片之間，并隨后固化。一種基于不含異氰酸鹽和不含硅酮的樹脂的合適的碳氫化合物就是Guronic0FR0，其可從德國柏林的Paul JordanElektrotechnische Fabrik GmbH&Co.KG商業(yè)可得。這一標準組合可被優(yōu)化，以調(diào)節(jié)有效時間和固化時間，從而更加有效的制造簧片-銜鐵子部件。
在前述的實施例中，隔音裝置被置于銜鐵和簧片之間。盡管這些實施例結(jié)果使得繼電器內(nèi)的噪音明顯降低，但因為隔音裝置必須在銜鐵和簧片例如通過一對自旋鉚釘28相互附接在一起之前應(yīng)用，就使得制造過程復(fù)雜。為了解決這個潛在的不利之處，圖8-9的可替換實施例通過容許在銜鐵已被機械地附接在簧片上之后設(shè)置隔音裝置，簡化了銜鐵-簧片子部件的制造。
在圖8和9敘述的可替換實施例中，隔音裝置被置于簧片6的鄰接銜鐵4的邊緣30的表面上，如圖8所示。邊緣30相對沉積有隔音裝置的內(nèi)部簧片表面橫向延伸。邊緣30是面向附到簧片6一端上的滑動觸點12的銜鐵的邊緣。用于這些實施例的特別優(yōu)選的隔音裝置包括將被粘附到銜鐵4的邊緣30和簧片6上的樹脂。
在圖8中示出沉積合適的材料的一種方法，其中，兩滴樹脂材料32被沉積在鄰接銜鐵4的邊緣30的簧片6上。材料橫向流動，直到兩滴樹脂材料32聚結(jié)，從而形成覆蓋簧片6和銜鐵4的邊緣30之間的結(jié)合處的密封條34(bead)。樹脂材料然后以正常方式固化。
盡管一些材料也將能夠在銜鐵4和簧片6之間通過毛細作用傳送(wick)，多數(shù)樹脂將仍保持與銜鐵4的邊緣30和簧片6接觸。必須注意防止任何固化的樹脂被置于銜鐵4的暴露表面上，在該處，樹脂可能以其他方式與繼電器鐵心8接觸。形成密封條34的樹脂將粘附到銜鐵邊緣30和簧片6上，并將限制簧片6相對銜鐵4的移動、彎曲和振動，因此降低了與這種振動有關(guān)的噪聲。
樹脂密封條34被置于銜鐵4和繼電器滑動觸點12之間，該滑動觸點12將被安裝在簧片6一端上的孔36內(nèi)，如圖8和9所示。也由此可見，樹脂密封條34被置于機械圓頭螺釘28和滑動觸點12之間，其中，機械圓頭螺釘28形成了銜鐵到簧片上的主要機械附接。在滑動觸點12與其中一個固定觸點14、16結(jié)合時，簧片6的延伸在銜鐵4盒滑動觸點12之間的該部分將保持自由彎曲。
用在圖8和9中的實施例的合適的樹脂是Guronic D0FR0鑄塑樹脂，基于兩組分碳氫化合物的、不含異氰酸鹽和不含硅酮的可固化樹脂，其可從德國柏林的Paul Jordan Elektrotechnische Fabrik GmbH&Co.KG商業(yè)可得。這種樹脂在固化時仍保持相對柔軟以及大約30的Shore A硬度。該樹脂無毒、對環(huán)境安全、不需特別謹慎、具有極好的粘性、良好的耐溫性、高機械阻尼作用并且在固化過程中顯示出非常小的收縮率。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，上述的以這種方式沉積的相對粘性的材料顯示出足以降低繼電器在接通和斷開過程中產(chǎn)生的噪音的機械阻尼。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，采用參考附圖8和9所述的本發(fā)明的繼電器所產(chǎn)生的噪音被降低了與第一實施例中大致相同的量。繼電器的操作性能沒有受到任何負面影響。
這些實施例中的隔音裝置不限于參考附圖8和9的實施例所述的具體樹脂的使用。也可以使用其他材料。已經(jīng)事先敘述了聚氨酯和硅酮的不利之處，但是，在一些應(yīng)用中，可以使用這些可替換的材料。其他樹脂的或非樹脂的組合物也可以降低繼電器的聲頻噪聲，且也可以用優(yōu)選用于本發(fā)明的第二實施例的特殊材料代替。
由于這兒敘述的實施例已經(jīng)具體稱作代表性的實施例，且因為本發(fā)明同樣可應(yīng)用于若干標準繼電器構(gòu)造，且由于已經(jīng)敘述了若干優(yōu)化，所以，明顯可以看出，本發(fā)明由下述的權(quán)利要求限定，且不限于這兒示出或敘述的具體
權(quán)利要求
1.一種電磁式繼電器，包括a)電磁子部件，其包括繞在鐵心上的線圈；b)銜鐵，其可在與鐵心接觸的第一位置和與鐵心間隔開的第二位置之間移動，所述銜鐵響應(yīng)于鐵心內(nèi)的磁場的產(chǎn)生而移動；c)簧片，其將銜鐵偏置到第二位置；d)隔音裝置，其置于銜鐵和簧片之間的結(jié)合處。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁式繼電器，其特征在于，在銜鐵與鐵心結(jié)合時，銜鐵相對于鐵心傾斜。
3.如權(quán)利要求1所述的電磁式繼電器，其特征在于，滑動觸點被安裝在簧片之間，且該滑動觸點在銜鐵處于第一位置時與通常斷開的觸點電連接，在銜鐵處于第二位置時與通常閉合的觸點電連接。
4.如權(quán)利要求1所述的電磁式繼電器，其特征在于，繼電器產(chǎn)生低于60dBa的聲級。
5.如權(quán)利要求1所述的電磁式繼電器，其特征在于，隔音裝置包括置于簧片和銜鐵之間的隔音材料層。
6.如權(quán)利要求5所述的電磁式繼電器，其特征在于，隔音裝置包括一個半液體材料層。
7.如權(quán)利要求1所述的繼電器，其特征在于，隔音裝置沿著銜鐵與簧片鄰接的邊緣設(shè)置。
8.如權(quán)利要求7所述的電磁式繼電器，其特征在于，隔音裝置由樹脂組成。
9.如權(quán)利要求8所述的電磁式繼電器，其特征在于，樹脂由二元固化樹脂組合物組成。
10.如權(quán)利要求8所述的電磁式繼電器，其特征在于，銜鐵被機械連接到簧片上。
11.如權(quán)利要求10所述電磁式繼電器，其特征在于，樹脂被置于沿著簧片且與銜鐵到簧片上的機械附接間隔開的位置處。
12.如權(quán)利要求11所述的電磁式繼電器，其特征在于，沿著簧片設(shè)置所述樹脂，且樹脂被置于銜鐵到簧片上的機械附接和附到簧片上的滑動觸點之間。
13.如權(quán)利要求8所述的電磁式繼電器，其特征在于，沿著簧片設(shè)置所述樹脂，且樹脂被置于銜鐵接觸鐵心的點和安裝到簧片上的滑動觸點之間。
14.如權(quán)利要求8所述的電磁式繼電器，其特征在于，樹脂限制了簧片相對銜鐵的彎曲。
15.如權(quán)利要求8所述的電磁式繼電器，其特征在于，樹脂由基于無異氰酸鹽和無硅酮的二元冷鑄碳氫化合物的組合物組成。
16.如權(quán)利要求8所述的電磁式繼電器，其特征在于，樹脂僅僅出現(xiàn)在銜鐵上的不與鐵心結(jié)合的表面上。
全文摘要
一種電磁式繼電器(2)，包括置于繼電器銜鐵(4)和簧片(6)之間的結(jié)合處的隔音裝置(20，32，34)，如彈性插入物、隔音組分或材料或者樹脂，其中，隔音裝置(20，32，34)降低了噪音，所述噪音由于隨著繼電器(2)通電且銜鐵(4)被拉入鐵心(8)內(nèi)以及在繼電器(2)被斷電且簧片(6)將銜鐵(4)偏置離開鐵心(8)時，銜鐵(4)和簧片(6)之間的接觸而產(chǎn)生的。
文檔編號H01H50/28GK1666309SQ03815587
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月1日
發(fā)明者羅伯特·D·艾爾貝克, 羅杰·L·思拉什 申請人:蒂科電子公司