一種低高度高耐壓繼電器的研制
　　1 引言

　　根據(jù)IEC335《家用及類似用途電器的安全》、IEC730《家用及類似用途電自動控制器的安全》標(biāo)準(zhǔn)，家用電器、自動控制器按電擊防護等級分為0類、Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。在歐洲，人們對安全性能要求較高，對于額定電壓為安全電壓以上的產(chǎn)品，越來越多地要求其滿足Ⅱ類器具或控制器的電擊防護需要，也就是能提供雙重絕緣或加強絕緣的安全防護措施。為滿足該要求，并降低成本，越來越多客戶要求提供達到加強絕緣要求的電磁繼電器，同時，為實現(xiàn)產(chǎn)品的小型化，要求繼電器高度低于12.5mm。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，市場上絕大部分中功率繼電器無法滿足該要求，因此，我司決定研制一種低高度高耐壓中功率繼電器。

2 產(chǎn)品性能指標(biāo)

　　產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。

　 　　3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　3.1 總體結(jié)構(gòu)(見圖1)

　　3.2 磁路系統(tǒng)

　　中功率繼電器采用的磁路結(jié)構(gòu)有以下形式(見圖2)。

　　最常用的是圖2(a)方案，零件少，結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的成本優(yōu)勢，但因動簧與軛鐵鉚接在一起，磁路系統(tǒng)與接觸系統(tǒng)間很難滿足加強絕緣要求。?

　　圖2(b)方案中，磁路系統(tǒng)與接觸系統(tǒng)采用垂直推桿連接，可以滿足高隔離的要求，但因磁路系統(tǒng)與接觸系統(tǒng)為上下放置，無法滿足客戶的低高度要求。如果縮短推動卡長度，降低高度，磁路系統(tǒng)與接觸系統(tǒng)間很難滿足加強絕緣要求。

　　本產(chǎn)品設(shè)計采用圖3 方案，臥式磁路系統(tǒng)裝入單向開口的底座腔體中，利用底座的側(cè)墻實現(xiàn)磁路系統(tǒng)與接觸系統(tǒng)的隔離，可以很好滿足磁路系統(tǒng)與接觸系統(tǒng)的電氣間隙大于8mm、爬電距離大于8mm、穿透距離大于2mm 的加強絕緣要求。

　　為避免了軛鐵、鐵心鉚接時的磁損耗，有效地提高磁路效率，將線圈功耗降低，其軛鐵、鐵心采用一體化結(jié)構(gòu)(圖4)。

　　線圈引出腳采用圓絲插入線圈架，與采用嵌件注塑相比，工藝難度低，成本低。通過合理設(shè)計圓絲的壓扁尺寸(圖5)，保證了引出腳的插拔力，減少塑料屑的產(chǎn)生。

　　銜鐵利用U 形缺口與線圈架(圖6)配合，并利用壓簧進行前后限位。銜鐵在壓簧面上轉(zhuǎn)動，避免在塑料面上轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生塑料屑，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動不靈活。

　　3.3 驅(qū)動系統(tǒng)

　　為滿足磁路系統(tǒng)與接觸系統(tǒng)高絕緣距離的要求，設(shè)計了一個沿長度方向的推動卡(圖7)。銜鐵吸合，帶動推動卡向接觸系統(tǒng)運動，使得動觸點與常開靜觸點接觸。推動卡沿底座側(cè)面移動，有效降低產(chǎn)品高度，滿足低于12.5mm 的要求。?

?

　　在已有的設(shè)計中，采用沖制斜臺的銜鐵(圖8)過盈插入推動卡(圖7)缺口的方式實現(xiàn)銜鐵與推動卡的定位和連接，容易產(chǎn)生塑料屑或造成推動卡開裂。本產(chǎn)品利用銜鐵的凸臺與推動卡的斜面配合實現(xiàn)推動卡上下方向的定位(如圖9)，避免過盈裝入產(chǎn)生塑料屑或造成推動卡開裂。

　 (1)如圖10(a)先將銜鐵與推動卡擺成銳角，讓銜鐵凸臺穿過推動卡。因推動卡的空隙大于銜鐵凸臺的厚度，所以不會產(chǎn)生塑料屑或造成推動卡開裂。?

　　(2)如圖10(b)旋轉(zhuǎn)銜鐵，使銜鐵與推動卡擺成接近直角，銜鐵凸臺與推動卡斜面接觸。由于此時推動卡與銜鐵的間隙小于銜鐵的凸臺高度，因此，銜鐵不會脫落。

　　(3)如圖1 將銜鐵與推動卡組合裝入磁路部分。由于受到軛鐵、底座限位，產(chǎn)品工作時，銜鐵與推動卡的夾角一直保持在90°左右。

　　3.4 接觸系統(tǒng)

　　一般情況下，繼電器的動簧變形是沿著長度方向產(chǎn)生的，如圖11(a)，但本產(chǎn)品由于高度很低，只在高度方向上的變形，柔性不夠。為克服該缺點，也可采用平面U 型動簧,如圖11(b)。雖然情況得到一定改善，但接觸系統(tǒng)型腔仍然沒有得到充分利用。本產(chǎn)品采用如圖11(c)的動簧片，動簧片在三維方向上均可產(chǎn)生變形，充分利用空間，以此來實現(xiàn)良好的柔性。

　　圖11(b)動簧結(jié)構(gòu)與圖11(c)動簧結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變測量結(jié)果如圖12。

　　由圖12 可以看出，參考動簧的柔性比本產(chǎn)品動簧差。同時，參考動簧在推動點受力后，向前傾斜，造成觸點上端接觸，降低電壽命性能。

　　本產(chǎn)品動簧在推動點受力后，向前變形，動觸點與靜觸點接通，此時，繼續(xù)將動簧片向前推，則動簧上部以觸點為支點，向前產(chǎn)生一個扭轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生觸點跟蹤，并使用觸點相對轉(zhuǎn)動，有效地將動、靜觸點可能發(fā)生的粘結(jié)拉斷。?

　　由于該產(chǎn)品的外形尺寸較小，底座(圖14)上固定上靜簧(圖13)后部的塑料較薄，在高溫下，上靜簧會向后傾斜，使得觸點超行程消失，造成產(chǎn)品失效，因此本產(chǎn)品采用上靜簧呈L 形與底座凹槽配合的方式，與采用平面固定的方式相比，具有較好的熱穩(wěn)定性。

　　4 工藝難點

　　本產(chǎn)品采用一體化鐵心，為保證產(chǎn)品的驅(qū)動安匝值，鐵心小截面設(shè)計為寬2.2mm，厚1.8mm。因為寬厚比接近1，在沖制時容易出現(xiàn)扭曲變形，經(jīng)多次試驗，利用公司先進的精密磨具制造技術(shù)，制造出合格零件，并實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。

　　5 新材料的運用

　　該產(chǎn)品研制成功后，主要銷往歐洲、美國等地區(qū)，因而材料選用必須符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)VDE0435/0110、美國標(biāo)準(zhǔn)UL508 等的要求。

　　VDE 標(biāo)準(zhǔn)要求：

　　(1)熱球壓試驗：溫度高于125℃。

　　(2)灼熱絲試驗： 溫度高于850℃。

　　(3)耐漏電起痕指數(shù)：高于PTI 250。

　　(4)燃燒性試驗符合要求。?

　　UL 標(biāo)準(zhǔn)要求：

　　(1)燃燒性試驗符合要求。

　　(2)線圈絕緣等級符合要求。

　　根據(jù)上述要求分析，UL 認(rèn)證側(cè)重于線圈架、外殼的用料，VDE 側(cè)重于底座、推動塊絕緣件的用料。?

　　6 結(jié)論

　　該產(chǎn)品性能符合設(shè)計任務(wù)要求，達到國際同類產(chǎn)品水平，通過VDE、UL 認(rèn)證。產(chǎn)品在設(shè)計過程中，較好地開展?jié)撛谑Ｊ脚c后果分析，保證產(chǎn)品試制、量產(chǎn)的順利進行。產(chǎn)品大量出口歐美，質(zhì)量穩(wěn)定，得到客戶好評。