專利名稱：微功耗繼電器、接觸器的制作方法
現有的繼電器或接觸器在通電運行的過程中，其線圈要始終保持一定的維持電流，消耗一定的電能以維持其吸力，線圈發熱并伴有噪音，有時甚至因線圈發熱燒毀而不能工作，易于造成事故。
例如德國AEG公司所生產的LS4型低功耗直流接觸器消耗功率仍為6.5W，BBC公司生產的B37型接觸器功耗為12W，法國里昂(LYON)的LEM公司生產的IOR型磁保持式接觸器，雖然在運行期間不消耗電能，但在外電路停電時不能退出吸合狀態。
本發明提供了一種微功耗的直流繼電器、接觸器，在通電的瞬間吸合后，靠永磁體的磁力或機械力保持吸合狀態，在運行中受一檢測、控制電路的作用，一旦斷電，在此控制電路的作用下可使之退出吸合狀態，在運行中繼電器(或接觸器)的線圈不消耗電能，控制電路的功耗甚微，只相當于原繼電器(或接觸器)的幾百分之一甚至千分之一，由本人申請的專利(公開號GK91100774.1低功耗繼電器、接觸器)中控制電路使用的是PNP型三極管，本發明將使用的管子類別擴展為NPN型三極管、P溝道場效應管、N溝道場效應管，采用復合管(達林頓管)增大其輸出功率，用雙線圈鐵芯的吸引、排斥作用加快接通和分斷速度。
由本人申請的專利(專利號ZL87216224.9節能型接觸器)，用可控硅驅動接觸器線圈，可控硅易于感受雜波干擾，使其工作狀況不夠穩定，本發明改用小型常規的繼電器觸點對接觸器線圈加以控制，使其可靠性大為增加。
首先以磁保持式繼電器控制電路為例說明其工作過程，如圖(1)(虛框外部分)在外控制觸點接通的瞬間，從電源正端經二極管D1、電容器C2、繼電器線圈J、二極管D2至電源負端形成通路，經過鐵芯線圈的電流產生的電磁場極性和永磁體的極性相異，產生的吸力使二者相互吸引運動、帶動繼電器觸點吸合，C2充電完成后線圈不再消耗電能，靠永磁的力量保持吸合，外控制觸點斷電時，由C2的正極通過R1、穩壓管W、NPN型三極管的基極和繼電器線圈J形成基極電流，經放大后形成集電極電流，C2的電量經過三極管、線圈J很快的放電，在J上產生的電磁力的方向和通電時相反，永磁體和鐵芯相斥并帶動觸點釋放。在通電吸合后，只有R1耗電，而R1阻值較大，所以耗電甚微，可以是普通電磁繼電器的1/β(β為三極管放大倍數)，R1為檢測電阻，并和容量較小的C1組成RC延遲電路、吸收電源的雜波，壓敏電阻RV起穩壓作用，可吸收過高電壓。其電源為直流穩壓電源，交流電整流濾波作電源也可。
將上述電路的外控制觸點改為虛框內的操作系統即可成為微功耗磁保持式接觸器。
按動開關K1，C2充電過程中接觸器吸合，由永磁力保持吸合，常開觸點閉合給以維持電流。按動停止開關K2，C2通過三極管向線圈J放電，產生的斥力使接觸器釋放。
以上電路也可作為單線圈機械自鎖繼電器、接觸器電路使用。
這時無論線圈是正向或反向通電，皆表現為對動鐵芯的吸引，這種自鎖方式為動鐵每吸動一次，帶動機械系統使繼電器、接觸器改變一次狀態(原吸合狀態即改變為釋放態，原釋放狀態改變為吸合態)，和常規的電視機、收錄機電源開關相似(按動一次為接通，再按動一次為斷開……)，為節省篇幅，此種開關的動作、原理圖不作畫出。
將上述電路中的線圈J改置于發射極(或集電極)回路，可成為另一種機械自鎖式接觸器控制電路，如圖(2)。
電源接通時，電流經R3向C2充電，如果接觸器的初始狀態為釋放，按動開關K1，線圈J通電后吸合，并由機械保持吸合狀態，在K1抬起后線圈不再耗電，按動停止按鈕K2，電容器C2的儲能通過三極管、二極管D2向線圈J放電，動鐵芯吸動一次，使之退出吸合狀態，外電路停電時，三極管導通一次，C2的電量向線圈放電一次、吸合狀態時可使之釋放。
適當選擇C2的容量，使之在吸合狀態時有足夠的能量使之釋放，而在釋放狀態時，動、靜鐵芯的距離較大，這時即使外電路停電卻不能使之吸合(二者所需的能量與距離的平方成正比)。
在圖(2)中R3為限流電阻，R2和C3串聯后吸收線圈J兩端的感應高壓，RV為壓敏電阻，可吸收過電壓，D2的作用是防止J感應高壓對管子的沖擊、D3起續流作用。
按動K1，既可以開通，也可以停止，如果在K1的線路串入常閉觸點，則K1為開鈕，K2為停鈕，和常規的操作習慣就相同了。
為了加大驅動鐵芯的功率，可以用復合管(達林頓管)的形式增大輸出功率，可以是NPN-NPN復合，或者用PNP-NPN復合，也可用PNP-PNP復合，圖(3)是用PNP-NPN復合構成的控制電路。
如果接觸器初始狀態為釋放態，按動開關K1，線圈J通電后吸合并機械自保，按動停止按鈕K2，電容器C2通過T1基極、穩壓管W、R1形成基極電流，T1的集電極電流通過T2的基極，并在T2形成較大的集電極電流流過D2和線圈J，使動鐵芯吸動，從而接觸器釋放。其余元件、作用和圖(2)相同，D2的作用是隔離線圈J感應高壓對管子的沖擊，如果需要耐壓高也可以用硅堆代替。
如果用P溝道(或N溝道)增強型場效應管，也可以組成使接觸器(繼電器)在停電時將動鐵芯吸合一次的電路如圖(4)。
在正常運行時，R4兩端(即柵極、源極)的電壓相等，當外電路停電、或減壓時，C2的電量通過R4、R1放電，在R4二端((即柵極、源極之間)形成分壓，致使場效應管源極和漏極導通，流過D1、線圈J的電流使動鐵芯吸引運動一次。
如配上開關K1、K2即可成為直流接觸器，其各部作用和圖(2)相類比。
用N溝道增強型場效應管也可以做成直流接觸器如圖(5)所示，其動作過程分析從略。
用拉簧(或壓簧)的機械力使繼電器或接觸器穩定在接通或分斷狀態，其接通和分斷過程速度較快如圖(6)所示。
如果隨動鐵芯運動的連桿3運動到1的位置是分斷態，由于彈簧5的拉力作用使其保持在穩定狀態，當連桿3運動到2的位置時是接通狀態，由于彈簧的拉力作用將穩定在接通狀態，其中4為轉軸，6為固定彈簧的支點。(用壓簧的作用和拉簧相類似，論述從略)。其控制電路如圖(7)其中J1、J2分別為動、靜鐵芯線圈，其線圈的繞線方向相反，在通電的瞬間，靜鐵芯線圈J2產生的磁力吸合J1內的動鐵芯，并由彈簧的拉力(或壓力)作用保持吸合，失電時C2的電量通過三極管的集電極、D2、J1、J2放電，J1、J2串聯電流產生的斥力使繼電器分斷。
在電路中使用NPN型三極管或用壓簧的機械力皆可達到同樣效果。
圖(8)是用NPN三極管組成的接觸器控制電路。
按動K1，靜鐵芯J1得電吸引J2內的動鐵芯，并由彈簧拉力(或壓力)穩定在接通狀態，按動停止按鈕K2，J1、J2的串聯電流產生磁性相反的磁力使之分斷，在彈簧的作用下穩定在分斷狀態。
由本人申請的專利“節能型接觸器”(專利號ZL87216224.9)利用可控硅的電流驅動接觸器線圈，可控硅易于感受雜波，影響其工作的可靠性，利用常規的繼電器轉換觸點控制功率電容器的放電通路驅動接觸器線圈可大大的改善工作的可靠性，控制電路如圖(9)接通電源后，經過電容C1、C2的分壓并整流后向儲能電容C4充電，在充電過程中，因為柵極電壓高于源極，場效應管不導通，常規的繼電器J1也無電流通過。同時交流電源通過二極管D1、電阻R2向功率電容C5充電，做好運行的準備，按動K1，交流電經接觸器常閉觸點、繼電器常閉觸點向接觸器線圈C通電，交流電磁吸力使動鐵芯吸合并且由機械自保持吸合。在運行狀態時按動K2，線圈C通電后動鐵芯被吸動一次，當K2抬起時線圈C斷電，機械自鎖解除，由彈簧力使動鐵芯恢復至釋放狀態。當外電路停電時，繼電器J1動作吸合，常閉觸點脫離，常開觸點閉合，C5的儲能通過閉合了的常開觸點向線圈C放電，產生的吸力使接觸器釋放。如果在釋放狀態時停電，C5雖然也放電，但因動、靜鐵芯距離較大，C5的能量難能使之吸合，所以仍為釋放態。
大型接觸器其線圈的阻值較小，致使小型繼電器J1的觸點通過較大電流，可以在線圈C的外圍繞一段線徑較細的線圈J2，繞向和C一致，其二端分別接于電容的正端和常閉觸點間，可限制電流過大而燒壞繼電器觸點。
用圖(6)所示的利用拉簧(或壓簧)機械自鎖的方式也可以用圖(9)電路加以控制，這時C表示靜鐵芯線圈，J2表示為動鐵芯線圈，C和J2的線圈繞向相同，按動K1，交流電通過C產生的吸力吸動J2內的動鐵芯，并由彈簧機械自鎖。開關K2常開端的一端接于J1常閉觸點，另一端接于J1的轉換觸點，按動K2功率電容C5的電量經過J2、K2、C放電，動、靜鐵芯產生斥力使之分斷。
在圖(9)電路中，驅動繼電器J1的電路還可用PNP型三極管或NPN型三極管或N溝道增強型場效應管，其電路和動作原理已如前述。
直動式機械自鎖繼電器或接觸器，其鐵芯無論是園柱形或山形可以在動、靜鐵芯內配置導向的軸和孔，以保其定向相對運動。因為在運行期間線圈不發熱，只是在開停的瞬間耗電，設計線圈時可以讓其通導較大電流，鐵芯材料可以用硅鋼片送合而成，也可以用整塊的硅鋼或軟鐵制成，以利于機械自鎖滑道的制作和導向軸、孔的制作，導向的軸要用非磁性材料制作，以減小軸、孔之間的摩擦，如是交流電驅動，無論是整塊或迭片鐵芯都要配置有短路環以減少吸合過程中的振動和噪音，保持工作的穩定。
在圖(1)所示的磁保持繼電器(或接觸器)控制電路中，如果在C2的充電過程中繼電器(或接觸器)剛剛完成接通的瞬間突然斷電，C2的充電能量只是剛能夠完成返回，損耗一點能量即不能返回，為了避免這種臨界狀況的發生，可以在A、C兩端點依次接入電容C3，二極管D3，電阻R2，并且在電容C2和線圈J的交點與C3、D3的交點間接入二極管D4，如圖(10)所示;
在電路接通的瞬間，通過C3、D3、R2給C3充電，以作儲存電能的準備，在斷電時，C3的儲電將通過三極管、線圈J、二極管D4形成放電通路，增大了驅動線圈J的能量，即吸合時是用C2的能量，釋放時是用C2和C3的能量總和，這樣就有足夠的能量可靠的返還回到初始狀態。
圖(11)為用PNP型三極管的控制電路，其原理同上，分析從略。
同理，在圖(7)所示的用彈簧機械力自鎖的雙線圈控制電路中，在串聯的C2、J2兩端串接電容、二極管、電阻也可避免臨界狀況的發生，如圖(12)在通電的時候通過C3、D4、R2給C3充電，斷電時，C3的儲能通過三極管、D2、J1、J2、D5放電，增大了J1、J2的斥力，使之能更為可靠的分斷。
用NPN型三極管組成的控制電路其原理同上，從略。
權利要求
1.一種微功耗磁保持或機械保持式繼電器、接觸器，其特征是控制電路的二極管D1的正端接電源，其負端A和電源的負端B間并接有阻值較大電阻R1和容量較小的電容C1，①二極管D2的負端接于B點，正端C接有NPN型三極管的發射極，集電極接于A點，基極通過穩壓管接于B點；或②二極管正端接于A點，負端接有PNP型三極管的發射極，集電極接于B點，基極通過穩壓管W接于A點，在發射極和集電極二端(無論是NPN型或PNP型)串接有功率電容C2和鐵芯線圈J和接有壓敏電阻Rv，在D1的正端和電源間串接有外控制觸點，或者串接有開通按鈕K1(常開)、停止按鈕K2(常閉)，在K1兩端接有自身常開觸點。
2.如權利要求1所述的電路，將線圈J置于三極管的發射極或集電極電路中，發射極端串接有抗感應高壓的二極管，在線圈二端并聯接有續流二極管、電阻電容串聯雜波吸收回路、壓敏電阻，電源串接有限流電阻。
3.如權利要求1所述的電路，在三極管的集電極或發射極線路增加一動(或靜)鐵芯線圈，此線圈的繞向和與功率電容串聯的原線圈繞向相反，在動、靜鐵芯相對運動后由拉簧(或壓簧)穩住鎖定。
4.如權利要求2所述的繼電器控制電路，用于較高電壓交流接觸器，將其配置于經交流電容分壓整流的低壓直流電路中，接觸器線圈C經過繼電器的轉換常閉觸點、接觸器的常閉觸點、開通按鈕K1連接于交流電源二端，經過二極管、電阻半波整流的功率電容器的正極和繼電器轉換接點間接有停止按鈕K2。
5.如權利要求1、2、3所述的控制電路，其三極管可用復合管(達林頓管)替代以增大功率，其復合方式可以用NPN-NPN復合，PNP-PNP復合或PNP-NPN復合。
6.如權利要求1、2、3、4所述的電路，可用增強型場效應管替代晶體三極管，其代換方式相應為柵極-基極，源極-發射極，漏極-集電極，P溝道場效應管-PNP型三極管，N溝道場效應管-NPN型三極管，代換后柵極和源極間增加一柵源電阻，原穩管可以不用。
7.如權利要求1、2、3、4所述的各控制電路中的動、靜鐵芯，可由整塊硅鋼或軟鐵做成。并可分別配有導向的軸和孔，通以交流電時要在端面裝有短路環。
8.如權利要求1、2、3所述的電路，其電源可以是直流穩壓電源，也可以是交流電經整流濾波后的電源。
9.如權利要求4所述的控制電路，動鐵芯外增加附加線圈J2，J2一端接于功率電容正極，另一端接于繼電器的常開觸點，停止開關K2的常開觸點一端接于繼電器的常開觸點，另一端接于繼電器的轉換觸點。
10.如權利要求1、3所述的控制電路，在串接的電容C2和線圈J(J2)的二端，串接有電容C3、二極管D3(D4)、電阻R2，在C2和線圈的接點(正端)和C3與D3(D4)的接點(負端)接有二極管D4(D5)。
全文摘要
一種靠永磁力或機械力自保持的微功耗繼電器、接觸器，其特征在于，它的激磁電流控制電路使繼電器、接觸器在瞬間接通后的工作過程中線圈不再消耗電能，斷電時由于控制電路的作用使其自動的退出吸合狀態。此種繼電器、接觸器耗電只相當于原有繼電器、接觸器耗電的幾百分之一甚至千分之一。
文檔編號H01H47/02GK1073039SQ9111163
公開日1993年6月9日 申請日期1991年12月3日 優先權日1991年12月3日
發明者毛榮之 申請人:毛榮之