电开关元件 |
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| 申请号 | CN200780012711.9 | 申请日 | 2007-03-05 | 公开(公告)号 | CN101421810B | 公开(公告)日 | 2011-06-15 |
| 申请人 | 泰科电子AMP有限责任公司; | 发明人 | 海因茨-迈克尔·埃尔利希; | ||||
| 摘要 | 一种电 开关 元件(1)，特别是继电器，具有 致动器 (5)，开关触点(2)，以及开关机构(7)。所述开关机构将致动器的驱动移动(6)转换成开关触点的开关移动(4)，使得开关触点与接合触点(3) 接触 或不接触。为了在只产生小升程的驱动移动的致动器情况下生成具有大升程的开关移动，所述开关机构具有通过所述致动器互相连接的至少两个转动杆(8)以及至少一个触点保持器(10)。所述触点保持器在其纵方向(15)上连接所述两个转动杆，并构造成可横截其纵向方向偏转。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电开关元件(1)，具有至少一个致动器(5)、至少一个开关触点(2)以及开关机构(7)，致动器(5)的驱动移动(6)通过开关机构(7)可转换成开关触点(2)的开关移动(4)，其中开关机构(7)具有通过致动器(5)互相连接的至少两个转动杆(8)以及至少一个触点保持器(10)，开关触点(2)布置在触点保持器(10)上，触点保持器(10)沿触点保持器(10)的纵向方向(15)用比致动器(5)大的杆臂(14)连接两个转动杆(8)，并构造成可横截所述纵向方向(15)偏转，其特征在于，所述至少一个致动器(5)具有至少一个驱动部件(23)，所述至少一个驱动部件(23)具有碳纳米管。 |
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| 说明书全文 | 电开关元件技术领域[0001] 本发明涉及一种电开关元件，具体地，一种继电器，具有至少一个致动器、至少一个开关触点、以及开关机构，致动器的驱动移动可通过开关机构而转换成开关触点的开关移动(switching movement)，其中开关机构具有通过致动器互相连接的至少两个转动杆以及至少一个触点保持器，触点保持器沿触点保持器的纵向方向用比致动器大的杆臂连接两个转动杆，并构造成可横截所述纵向方向偏转。 背景技术[0002] 这种类型结构的电开关元件已知为例如继电器。线圈-衔铁的组合通常被用作继电器的致动器，其中衔铁通过线圈产生的磁力而逆着弹簧力移动。当线圈被打开时，衔铁的移动即驱动移动被开关机构传递到开关触点，然后开关触点产生开关移动而与固定接合触点接触或不接触，所述开关机构通常是与线圈平行的简单的连接杆。用这种方式，连接开关触点和接合触点的电路通过致动器的作用而断路或接通。 [0003] 在这种已知结构中，开关移动的升程(lift)与致动器的驱动升程相同。在致动器因其结构只具有微小升程的情况下这是不利的，开关移动的升程会不足以将开关触点和接合触点彼此分离得足够远并防止开关触点和接合触点之间产生火花。 [0004] 因此，在一些电开关元件中通过杠杆增加致动器的升程，例如EP1626427A2所述的继电器。但是，由该文件所知的布置对于升程非常低的致动器仍然不足。 [0005] 在文献JP501753A第6页、US4570095A以及US4675568A中也可得知增加致动器的升程的方法，其中公开了利用压电元件驱动打印机针和电触点的机构，所述压电元件致动于保持板簧的杆臂上，所述打印机针和电触点布置于板簧上并且在压电元件膨胀或收缩时被驱动。 [0006] 因而本发明的目的是改进已知的电开关元件，使得即使升程非常低的致动器也可使用，而不存在产生不受控制的电火花的可能性。 发明内容[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种电开关元件，具有至少一个致动器、至少一个开关触点以及开关机构，致动器的驱动移动通过开关机构可转换成开关触点的开关移动，其中开关机构具有通过致动器互相连接的至少两个转动杆以及至少一个触点保持器，开关触点布置在触点保持器上，触点保持器沿触点保持器的纵向方向用比致动器大的杆臂连接两个转动杆，并构造成可横截所述纵向方向偏转，其特征在于，所述至少一个致动器具有至少一个驱动部件，所述至少一个驱动部件具有碳纳米管。 [0008] 优选地，开关机构相对转动杆之间的夹角的等分线对称地构造。 [0009] 优选地，两个转动杆在它们至少一个转轴的区域内互相连接成一体。 [0010] 优选地，在转动杆的所述至少一个转轴的区域中构造保持部分，转动杆在开关元件内部可移动地保持在保持部分上。 [0011] 优选地，所述至少一个转轴在至少一个转动杆内集成为一体。 [0012] 优选地，所述至少一个转轴由衰减区域形成，衰减区域中转动杆的变形能力相对与衰减区域相邻的区域增加。 [0013] 优选地，转动杆之间的距离在它们至少一个转轴的方向上减少。 [0014] 优选地，所述转动杆中的至少一个转动杆构造成能够与致动器的驱动移动相对地横截转动杆纵向范围弹性偏转的挠曲弹簧。 [0015] 优选地，所述至少两个转动杆一端可自由移动，而另一端被钳紧，并且触点保持器将转动杆的可自由移动的端部互相连接。 [0016] 优选地，触点保持器构造成与致动器的驱动移动相对的弹簧元件。 [0017] 优选地，触点保持器构造成板簧。 [0018] 优选地，开关触点位于等分线的区域中。 [0019] 优选地，触点保持器至少在特定区域中在开关移动的方向上延伸超过直线，所述直线连接触点保持器的连接所述至少两个转动杆的两个连接点。 [0020] 优选地，开关触点的开关移动大致沿等分线呈直线。 [0021] 优选地，所述至少一个驱动部件长度可变，并且被构造成当供给电源时可从第一操作状态转变成第二操作状态，驱动部件的沿致动器纵向的纵向尺寸在第二操作状态中与在第一操作状态中的不同。 [0022] 优选地，所述电开关元件是继电器。 [0023] 可根据本发明实现上述的电开关元件的这一目的，其中至少一个致动器具有至少一个驱动部件，所述驱动部件具有碳纳米管。碳纳米管比压电元件更优选，这是因为碳纳米管由于其更高的弹性而具有更高的操作力以及更高的耐磨性。 [0024] 根据本发明，开关机构因此形成一种类型的杠杆传递，其中致动器在转动杆之间被开关而例如朝向彼此或远离彼此地移动转动杆。由于触点保持器上的杆臂较大，致动器导致的转动杆移动被转换成触点保持器增大的横向偏转。该横向偏转引起开关移动。这种配置尤其适合用于低升程的致动器，并可通过以下所述的各有优点的结构改进。 [0025] 在一个结构中，开关机构可关于转动杆之间的角度的等分线对称地构造。具有杠杆的已知继电器，例如EP1626427A2中的另一个问题是开关移动不是直线地，而是以曲线进行，使得开关触点和接合触点必须被圆化以避免不均匀的接近所造成的电火花。但是这种结构使得生产成本增加，开关触点与接合触点之间的接触面积较小，因而增加开关触点与接合触点之间的传输阻抗。 [0026] 开关机构的对称结构意味着开关触点以简单的方式进行直线性开关移动。直线性开关移动防止比其它部分更快接近接合触点的开关触点的单独部分产生电火花。另外，由于开关移动的直线性，开关触点和接合触点的接触面可构造得又平又大。 [0027] 具体地，开关触点可布置在该结构的等分线上，而开关移动可在等分线上进行。 [0028] 为了减少电开关元件的结构中所用的部件数量，并且为了减少最终装配的成本，两个转动杆可在一端连接成一体。具体地，两个转动杆可配置成叉或剪的形式。 [0029] 保持部可构造成在转动杆的一端，可每个转动杆上一个或共用一个，在保持部上转动杆保持在开关元件内部，使得转动杆具有一个固定端和一个自由移动端。尤其是在刚性转动杆的情况下，驱动时没有或只有可忽略的弯曲弹性，保持部可使转动杆彼此相对移动并形成例如接合点。 [0030] 如果两个转动杆彼此连接成一件，则可提供共有的保持部，具体地在两个转动杆的连接区域。两个转动杆可都以这种方式简单地通过一个保持部固定在一个位置，这减少所需空间和装配时间。 [0031] 在另一个优选实施例中，如上所述，例如，通过在转动杆一端枢转地安装在销上的衬套，可使至少一个转动杆的转轴通过保持部上转动杆的接合部联结。但是，由于这在生产和装配技术上很昂贵，优选地，至少一个转动杆的转轴在转动杆中集成为一体。这可通过例如衰减区域实现。在这种情况下，相对于相邻区域变形增加的区域被认为是衰减区域。这种衰减区域可例如来自剖面减小，即来自转动杆的剖面中弯曲应力增加，利用应力集中，或通过例如在衰减区域中利用其它更软、更有弹性的材料使得材料弹性增加。 [0032] 如果在该结构中通过致动器移动转动杆，则优选地在衰减区域进行弹性变形，转动杆绕衰减区域枢转，衰减区域由此形成转轴。 [0033] 可通过在它们的至少一个转轴方向上减少转动杆之间的距离而减少该电开关元件中开关机构所占的空间量。这样在至少一个转轴区域中产生空间。另外，该实施例在远离至少一个转轴的转动杆的末端可产生更大的升程。 [0034] 在另一个优选实施例中，至少一个转动杆可构造成至少在特定区域中为可横截其纵向区域弹性偏转的挠曲弹簧。在优选的方式中，在过程中转动杆生成的回复力与致动器生成的驱动力相反。在本实施例中，转动杆因而同时起到回复弹簧的作用，当致动器关闭时可引导开关机构回到限定的初始位置。转动杆的转轴与连接点之间作为挠曲弹簧作用的部分优选地布置在转动杆和致动器之间和/或与衰减区域一致。 [0035] 该结构替代地或额外地，在作为挠曲弹簧的转动杆的至少特定区域，触点保持器还可构造成与致动器相对的弹簧元件，例如板簧，优选地安装在两个转动杆的两侧。 [0036] 在根据本发明的实施例中，致动器被致动时造成的开关触点的开关移动可与转动杆在同一平面，或与该平面成一角度。为了以简单的方式规定开关移动的方向，触点保持器至少在特定区域可在开关移动的方向上延伸超过直线，所述直线连接所述触点保持器连接到所述至少两个转动杆的两个连接点。 [0037] 所述至少一个致动器具有长度可变的至少一个驱动部件，其构造成当供给电源时可从第一操作状态转变成第二操作状态，所述驱动部件的在所述致动器的纵向上的纵向尺寸在第二操作状态上与在第一操作状态上的不同。这些类型的驱动部件可为例如压电开关元件或碳纳米管。附图说明 [0038] 以下参照附图用两个实施例说明本发明。两个实施例的不同特性以及通过它们实现的优点可任意互相组合或排除，如以上实施例。在附图中： [0039] 图1示出根据本发明的第一实施例的电开关元件的一部分的示意透视图； [0040] 图2示出根据本发明的第二实施例的电开关元件的一部分的示意透视图。 具体实施方式[0041] 首先用图1示意性示出的实施例说明根据本发明构造的电开关元件1(这里是继电器)的结构。电开关元件1用图1中的点线简单表示。 [0042] 电开关元件1具有例如片形触点形式的至少一个可移动开关触点2，以及可在开关移动4的方向上与导电触点互相接触或不接触的优选的固定接合触点3。 [0043] 电开关元件1还具有致动器5，致动器5被致动时产生驱动移动6。 [0044] 为了将驱动移动6转换成开关触点2的开关移动4，开关机构7在工作方向上布置在致动器5与开关触点2之间。从下文起，致动器5收缩时开关触点2的移动方向被称作开关移动4。 [0045] 开关机构7具有保持在电开关元件1内的至少两个转动杆8，从而绕公共转轴9或者每个转动杆的至少一个轴枢转。转动杆8通过致动器5沿致动器5纵向互相连接。 [0046] 开关机构7还具有至少一个触点保持器10，开关触点2布置在触点保持器10上。触点保持器10同样地将两个转动杆8彼此连接，并且触点保持器10平行于致动器5机械地开关。为了平衡转动杆8的枢转移动S，致动器5和触点保持器10被铰接到转动杆8。 [0047] 在这种情况下，转动杆8连接到触点保持器10的连接点12与各转动杆8的转轴9之间的杆臂11比致动器5用以接触转动杆8的杆臂14大。为此，触点保持器10可布置在转动杆8的自由端。触点保持器10优选地构造成可横截其纵向方向15弹性偏转，触点保持器10沿其纵向方向15在两个转动杆8之间延伸。触点保持器10可具体地形成为金属或合金的板簧，沿其横向可弹性变形，如图1所示。此时，偏转的方向与开关移动4一致，例如，如图1实施例所示。 [0048] 触点保持器10至少在特定区域在开关移动4的方向上延伸超过连接连接点12的假想直线16。开关触点2所处的部分优选地定位成超过直线16。 [0049] 两个转动杆8可互相连接成一体，特别是在转轴9的区域中。连接转动杆8的连接区域17可形成用于开关机构7的保持装置18，开关机构7在电开关元件1内部可移动地固定到保持装置18。连接区域17具体地可构造成空心柱钳18a，如图1所示，通过弹性扩张被轴向地推到安装在电开关元件1内部的销18b上并通过摩擦被固定。 [0050] 转动杆8之间的距离19在转轴9的方向上增加，直至触点保持器10，使得转动杆8形成大致平的叉，致动器5以及至少图1实施例所示的触点保持器10位于其平面上。 [0051] 开关机构7关于由转动杆8设置的角度21的等分线20，或者相对于沿与转动杆8的平面垂直通过等分线20的对称面对称地构造，开关触点2和接合触点3同样位于等分线20上或在对称面内。 [0052] 转动杆8不必有如图1所示的严格定义的或线性的转轴9。相反，转轴9可由更扩展的变形区域确定，其中转动杆8的变形由致动器5的驱动移动6限制。 [0053] 这种变形区域可例如通过形成衰减区域22而实现，衰减区域22由图1中一个转动杆8上阴影示出。例如通过转动杆8的剖面减小和/或材料性质变化为更小的弹性模量，衰减区域22内部相对于其它，特别是转动杆8的相邻区域的变形得以实现。在由驱动移动6导致转动杆8的弹性偏转的情况下，衰减区域22起到回复弹簧的作用，当致动器5不被致动时保持初始位置，与在开关移动末端所保持的开关位置相对，这表征了电开关元件1的停用初始条件。 [0055] 致动器5具有长度可变的至少一个驱动部件23，在图1中简单地示意性示出。长度可变的驱动部件23可为压电元件，但优选地是碳纳米管。 [0056] 在图1中所示的实施例中，具有转动杆8和触点保持器10的开关机构形成平的杠杆机构，由于其对称性，可沿等分线20或对称面以直线开关移动4移动开关触点2，其升程比致动器5的驱动升程更大，所述对称面通过等分线20横截杆机构。 [0057] 为了进一步增加开关触点2的移动超过杆臂11、14的比例(proportions)，由开关触点2与触点保持器10的两个连接点12之间的直线所确定的角度24可比由转轴9与连接点12之间的转动杆8所确定的角度21大。角度24在45°到90°之间，优选地在60°到90°之间。 [0058] 下文起将说明图1中实施例的功能。 [0059] 致动器5由来自电开关元件1外部的线25、26的开关电流致动。开关电流导致致动器5的驱动部件23的长度变化，引起驱动移动6。在驱动移动6中，转动杆8从其初始位置朝例如彼此移动。在此过程中转动杆8绕其转轴9朝彼此转动，使得它们之间的距离减少。由于开关机构7的结构对称，转动杆8的移动同样对称。由于与致动器5的杆臂14相比，触点保持器10的杆臂11较长，并且由于角度21的大小比例，在开关触点2的位置，驱动移动6的升程增加。 [0060] 转动杆8的移动由开关机构7转换成触点保持器10和安装在触点保持器10上的开关触点2的横向偏转，即转换成开关移动4。横向偏转方向由触点保持器10在开关移动4的方向上超过直线16的延伸而清楚地限定。 [0061] 由于触点保持器10的结构是板簧，其在开关移动4中的偏转可逆，并且导致逆着驱动移动6作用的回复力，当致动器5被关闭时该回复力使转动杆8移回初始位置。 [0062] 如果开关触点2在开关移动4的末端接触接合触点3，则导电连接到开关触点2和接合触点3的线27、28被互相连接。位于电开关元件1外部并连接到线27、28的开关电路对应形成。 [0063] 上述实施例对于下述电开关元件1的结构是对应成立的，其中致动器5执行驱动移动6，导致其延伸，或者开关触点2在开关移动4中从接合触点3移开，而当致动器关闭时位于接合触点3上的初始位置中。在这些变型中，只有开关移动4、驱动移动6或回复力F的方向发生改变。如果如图1的变型所示，例如，开关触点2移动到接合触点3上的初始位置中，则致动器5可根据一变型将转动杆8推开从而逆着触点保持器10的定位力使开关触点2从接合触点3移开。另外，在另一变型中，开关触点2通过转动杆8彼此远离的移动与接合触点3接触，而不是通过如图1所示转动杆8朝向彼此的移动。为此接合触点3必须布置在与图1所示相反的触点保持器10的另一侧上。 [0064] 除触点保持器10作为回复弹簧之外或者替代地，如果例如衰减区域22或布置在转轴9与致动器5连接到转动杆8的连接点之间的变形区域产生弹性回复力，转动杆8也可起到回复弹簧的作用。 [0065] 转动杆8上触点保持器10的空间位置可根据继电器的空间需要而固定。例如，触点保持器10可以90°的角度或其它角度布置在转动杆8的表面(图1中的上表面8a或下表面8b)上，使得开关移动4相对于转动杆8确定的平面垂直或成另一角度。 [0066] 在图2中示出具有致动器5的开关机构7的另一实施例。为简要起见，只考虑与图1中实施例的不同之处。若图2与图1中有关元件的功能一致，则使用与图1相同的附图标记。 [0067] 在图2的实施例中，触点保持器10不朝转动杆8之间的区域外延伸，如图1所示，即不远离转轴9，而是朝向转轴9进入转动杆8之间的区域。这形成一个非常紧凑的结构。这里开关触点2也位于开关移动4的方向上，超过触点保持器10连接到转动杆8的连接点 12的假想直线16。在这种情况下，缩短致动器5时由开关触点2进行的移动仍被描述成开关移动4。 [0068] 进一步地，在图2的结构中，转动杆8不彼此连接成一件，而是两个独立的刚性部件，枢转地安装在刚性连接到电开关元件1的销30。销30形成转轴9。如图2所示，转轴9位于转动杆8的一个固定末端。 [0069] 图1和2所示以及以上所述的实施例的进一步变化当然也是可能的。例如，如果致动器5能够自己实现回到其初始位置，可省略作为弹簧元件的触点保持器10的构造。另外，可由转动杆8同时致动多个开关触点2。这可由用各自不同地排列的开关移动4关联多个触点保持器10而实现。另外，转动杆8可沿转轴9延长。最后，致动器5还可布置成超过转轴9，使得开关机构7构造成像剪刀。 |
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