摘要： 文章介紹一種低高度高耐壓中功率繼電器的磁路系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、接觸系統(tǒng)的潛在失效模式分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)工藝難點(diǎn)及材料選用進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。 關(guān)鍵詞：電磁繼電器；設(shè)計(jì)；高耐壓 [b][align=center]Development of one Relay with Low Height and High Dielectric Strength Zhang Renyi （Xiamen Hongfa Electroacoustic Co.,Ltd.，Xiamen，F(xiàn)ujian 361021）[/align][/b]Abstract This article introduces the potential failure mode analysis and optimized design on the magnetic system, driving system and contact system of one medium power relay with low height and high dielectric strength, and makes brief introduction on technique difficulties and material selection. Key words：electromagnetic relay；design；high dielectric strength 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(dòng)控制器的安全》標(biāo)準(zhǔn)，家用電器、自動(dòng)控制器按電擊防護(hù)等級(jí)分為0類、Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。在歐洲，人們對(duì)安全性能要求較高，對(duì)于額定電壓為安全電壓以上的產(chǎn)品，越來(lái)越多地要求其滿足Ⅱ類器具或控制器的電擊防護(hù)需要，也就是能提供雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣的安全防護(hù)措施。為滿足該要求，并降低成本，越來(lái)越多客戶要求提供達(dá)到加強(qiáng)絕緣要求的電磁繼電器，同時(shí)，為實(shí)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(chǎng)上絕大部分中功率繼電器無(wú)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(jì) 3.1 總體結(jié)構(gòu)（見(jiàn)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(jiàn)圖2）。 最常用的是圖2（a）方案，零件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有較高的成本優(yōu)勢(shì)，但因動(dòng)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(qiáng)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(wú)法滿足客戶的低高度要求。如果縮短推動(dòng)卡長(zhǎng)度，降低高度，磁路系統(tǒng)與接觸系統(tǒng)間很難滿足加強(qiáng)絕緣要求。 本產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用圖3 方案，臥式磁路系統(tǒng)裝入單向開(kāi)口的底座腔體中，利用底座的側(cè)墻實(shí)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(qiáng)絕緣要求。 為避免了軛鐵、鐵心鉚接時(shí)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(guò)合理設(shè)計(jì)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(jìn)行前后限位。銜鐵在壓簧面上轉(zhuǎn)動(dòng)，避免在塑料面上轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生塑料屑，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活。 3.3 驅(qū)動(dòng)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(jì)了一個(gè)沿長(zhǎng)度方向的推動(dòng)卡（圖7）。銜鐵吸合，帶動(dòng)推動(dòng)卡向接觸系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，使得動(dòng)觸點(diǎn)與常開(kāi)靜觸點(diǎn)接觸。推動(dòng)卡沿底座側(cè)面移動(dòng)，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(jì)中，采用沖制斜臺(tái)的銜鐵（圖8）過(guò)盈插入推動(dòng)卡（圖7）缺口的方式實(shí)現(xiàn)銜鐵與推動(dòng)卡的定位和連接，容易產(chǎn)生塑料屑或造成推動(dòng)卡開(kāi)裂。本產(chǎn)品利用銜鐵的凸臺(tái)與推動(dòng)卡的斜面配合實(shí)現(xiàn)推動(dòng)卡上下方向的定位（如圖9），避免過(guò)盈裝入產(chǎn)生塑料屑或造成推動(dòng)卡開(kāi)裂。 （1）如圖10（a）先將銜鐵與推動(dòng)卡擺成銳角，讓銜鐵凸臺(tái)穿過(guò)推動(dòng)卡。因推動(dòng)卡的空隙大于銜鐵凸臺(tái)的厚度，所以不會(huì)產(chǎn)生塑料屑或造成推動(dòng)卡開(kāi)裂。 （2）如圖10（b）旋轉(zhuǎn)銜鐵，使銜鐵與推動(dòng)卡擺成接近直角，銜鐵凸臺(tái)與推動(dòng)卡斜面接觸。由于此時(shí)推動(dòng)卡與銜鐵的間隙小于銜鐵的凸臺(tái)高度，因此，銜鐵不會(huì)脫落。 （3）如圖1 將銜鐵與推動(dòng)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(shí)，銜鐵與推動(dòng)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(dòng)簧變形是沿著長(zhǎng)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(diǎn)，也可采用平面U 型動(dòng)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(méi)有得到充分利用。本產(chǎn)品采用如圖11（c）的動(dòng)簧片，動(dòng)簧片在三維方向上均可產(chǎn)生變形，充分利用空間，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的柔性。 圖11（b）動(dòng)簧結(jié)構(gòu)與圖11（c）動(dòng)簧結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量結(jié)果如圖12。 由圖12 可以看出，參考動(dòng)簧的柔性比本產(chǎn)品動(dòng)簧差。同時(shí)，參考動(dòng)簧在推動(dòng)點(diǎn)受力后，向前傾斜，造成觸點(diǎn)上端接觸，降低電壽命性能。 本產(chǎn)品動(dòng)簧在推動(dòng)點(diǎn)受力后，向前變形，動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)接通，此時(shí)，繼續(xù)將動(dòng)簧片向前推，則動(dòng)簧上部以觸點(diǎn)為支點(diǎn)，向前產(chǎn)生一個(gè)扭轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生觸點(diǎn)跟蹤，并使用觸點(diǎn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，有效地將動(dòng)、靜觸點(diǎn)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(huì)向后傾斜，使得觸點(diǎn)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。 [b] 4 工藝難點(diǎn)[/b] 本產(chǎn)品采用一體化鐵心，為保證產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)安匝值，鐵心小截面設(shè)計(jì)為寬2.2mm，厚1.8mm。因?yàn)閷捄癖冉咏?，在沖制時(shí)容易出現(xiàn)扭曲變形，經(jīng)多次試驗(yàn)，利用公司先進(jìn)的精密磨具制造技術(shù)，制造出合格零件，并實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。 5 新材料的運(yùn)用 該產(chǎn)品研制成功后，主要銷往歐洲、美國(guó)等地區(qū)，因而材料選用必須符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)VDE0435/0110、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)UL508 等的要求。 VDE 標(biāo)準(zhǔn)要求： （1）熱球壓試驗(yàn)：溫度高于125℃。 （2）灼熱絲試驗(yàn)： 溫度高于850℃。 （3）耐漏電起痕指數(shù)：高于PTI 250。 （4）燃燒性試驗(yàn)符合要求。 UL 標(biāo)準(zhǔn)要求： （1）燃燒性試驗(yàn)符合要求。 （2）線圈絕緣等級(jí)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(dòng)塊絕緣件的用料。 6 結(jié)論 該產(chǎn)品性能符合設(shè)計(jì)任務(wù)要求，達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平，通過(guò)VDE、UL 認(rèn)證。產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過(guò)程中，較好地開(kāi)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(jìn)行。產(chǎn)品大量出口歐美，質(zhì)量穩(wěn)定，得到客戶好評(píng)。