БЕСКОНТАКТНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H03K17/80 H01H36/00 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам бесконтактной коммутации электрических цепей, и может быть использовано в приборах автоматики, электроники и вычислительной техники.

Известен бесконтактный переключатель (БП), магниточувствительный элемент которого выполнен в виде микросборки с датчиком Холла [1].

Недостатками известного БП являются сложность конструкции, низкая термоустойчивость, необходимость в постоянном подключении к источнику питания с потреблением энергии, наличие остаточного напряжения после срабатывания на отключение, что не исключает возможность электрического удара.

Наиболее близким к заявленному техническим решением является бесконтактная клавиша [2], выбранная в качестве прототипа. Она содержит диамагнитный корпус, в котором установлена с возможностью перемещения и самовозврата клавишная головка, с одноименно расположенными полюсами две магнитные системы - подвижную, совмещенную с клавишной головкой, и неподвижную, установленную в основании корпуса, магниточувствительный элемент, выполненный в виде тонкой магнитоодноосной доменсодержащей пленки и снабженный датчиком считывания, причем плоскость пленки расположена так, что ее низкокоэрцитивные каналы параллельны магнитным силовым линиям обеих магнитных систем, при этом намагниченность подвижной магнитной системы больше намагниченности неподвижной магнитной системы.

Недостатками такой клавиши являются сравнительно большая масса и габариты, обусловленные конструкцией, предусматривающей выполнение магнитных систем, охватывающих датчик считывания, недостаточная эффективность, обусловленная невозможностью изменять величину выходного сигнала, недостаточная надежность, обусловленная собственной чувствительностью к магнитным полям и созданием внешних помех.

Цель изобретения - снижение массогабаритных характеристик, повышение надежности, улучшение коммутационной возможности путем увеличения величины выходного сигнала, а также стабилизация амплитуды выходного импульса.

Цель достигается тем, что в БП содержащем корпус, в котором установлена с возможностью перемещения и самовозврата клавишная головка, две магнитные системы: подвижную, жестко связанную с клавишной головкой, и неподвижную, закрепленную на корпусе , датчик считывания, выполненный в виде катушки, магниточувствительный элемент, размещенный внутри датчика считывания - внутри катушки, перпендикулярно ее оси установлен стержень, магниточувствительный элемент выполнен в виде дополнительной магнитной системы в форме пустотелого цилиндра, намагниченного диаметрально и установленного на стержне с возможностью поворота, неподвижная магнитная система размещена внутри катушки, причем ось катушки и ось намагниченности неподвижной магнитной системы совпадают с осью симметрии БП. Корпус БП и стержнеь выполнены из магнитомягкого материала. Ось намагниченности подвижной магнитной системы смещена на расстоляние Δl в плоскости, проходящей через ось симметрии БП и перпендикулярной оси стержня.

На фиг.1 показан БП с датчиком считывания, состоящим из одной катушки, общий вид; на фиг.2 показана клавиша в исходном состоянии с одной катушкой, вертикальный разрез; на фиг. 3 - то же, с двумя катушками; на фиг.4 показано положение элементов БП после нажатия на клавишную головку; на фиг.5 показана дополнительная магнитная система; на фиг.6 и 7 показаны два варианта коммутации выходов катушек в случае, когда датчик считываания состоит из двух катушек.

БП содержит корпус 1, в котором установлена с возможностью перемещения и самовозврата клавишная головка 2, две магнитные системы: подвижную 3, жестко связанную с клавишной головкой 2, и неподвижную 4, закрепленную на корпусе, датчик считывания - катушку 6 и магниточувствительный элемент 5, размещенный внутри катушки. Магниточувствительный элемент выполнен в виде дополнительной магнитной системы, расположенной между подвижной 3 и неподвижной 4 системами. Дополнительная магнитная система 5 выполнена в виде пустотелого цилиндра (фиг.5), намагниченного диаметрально и установленного на стержне 7 с возможностью поворота. Неподвижная магнитная система 4 размещена внутри катушки 6. Ось 8 катушки 6 и оси 8 намагниченности подвижной 3 и неподвижной 4 магнитных систем совмещены и совпадают с осью симметрии БП. Кроме того, ось подвижной магнитной системы 3 смещена на расстояние Δl в плоскости, проходящей через ось симметрии БП и перпендикулярной оси стержня 7. Стержень и корпус БК могут быть выполнены из магнитомягкого материала.

БП работает следующим образом.

В исходном состоянии (фиг.1,2,3) подвижная магнитная система 3 расположена на таком расстоянии от дополнительной магнитной системы 5, что сила взаимодействия между указанными системами меньше, чем сила взаимодействия между дополнительной 5 и неподвижной 4 магнитными системами, которые притягиваются друг к другу. При нажатии на клавишную головку 2 и перемещении системы 3 в нижнее положение сила отталкивания между системами 3 и 5 больше силы притяжения между системами 5 и 4. Система 5 находится в неустойчивом положении и резко поворачивается на стержне 7, переходя в устойчивое положение, поскольку сила теперь уже притяжения между системами 3 и 5, обращенными после поворота друг к другу разноименными полюсами, больше силы отталкивания между системами 3 и 4. При резком повороте системы 5 изменяется магнитный поток через датчик считывания - катушку 6 и в ней индуцируется выходной импульс.

При отпускании клавиши за счет упругих сил пружины 19 система 3 перемещается от системы 5. В верхнем положении системы 3, сила взаимодействия между системами 3 и 5 (притяжение) меньше силы отталкивания между системами 4 и 5. Система 5 находится в неустойчивом положении, и происходит резкий обратный поворот системы 5 вокруг стержня 7. В катушках 10 возникает импульс напряжения обратной полярности.

Использование в качестве материала для корпуса 1 магнитомягкого материала, например железа, позволит экранировать БП от внешних полей и уменьшить помехи, создаваемые самим БП.

Для ускорения процесса переброса системы 5 вокруг стержня 7 ось подвижной системы 3 смещена на расстояние Δl в плоскости, проходящей через ось симметрии БП и перпендикулярной оси 11 и стержня 7, что увеличивает момент сил магнитного взаимодействия.

Выполнение стержня 7 из магнитомягкого материала позволяет увеличить амплитуду выходного импульса за счет того, что при повороте системы 5 стержень перемагничивается и увеличивает изменение магнитного потока через витки катушки 6.

Использование: в импульсной технике, при бесконтактной коммутации электрических цепей. Сущность изобретения: в корпусе 1 установлены подвижная 3 и неподвижная 4 магнитные системы, катушка 6 и пустотелый диаметрально намагниченный цилиндр 5. При нажатии на клавишу 2 цилиндр 5 резко поворачивается вокруг стержня 7, что наводит импульс напряжения в катушке. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. БЕСКОНТАКТНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий корпус, установленную в нем с возможностью перемещения и самовозврата клавишную головку, две магнитные системы - подвижную, жестко связанную с клавишной головкой, и неподвижную, закрепленную на корпусе, датчик считывания, выполненный в виде катушки, магниточувствительный элемент, размещенный внутри датчика считывания, между подвижной и неподвижной магнитными системами, отличающийся тем, что, с целью снижения массогабаритных характеристик, повышения надежности, улучшения коммутационной возможности путем увеличения величины выходного сигнала, он снабжен стержнем, установленным внутри указанной катушки перпендикулярно к ее оси, магниточувствительный элемент выполнен в виде дополнительной магнитной системы в форме пустотелого диаметрально намагниченного цилиндра, установленного на стержне с возможностью поворота, неподвижная магнитная система размещена внутри катушки, причем ось катушки и ось намагниченности неподвижной магнитной системы совмещены и совпадают с осью симметрии переключателя. 2. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что, с целью стабилизации амплитуды выходного импульса, ось намагниченности подвижной магнитной системы смещена на расстояние Δl в плоскости, проходящей через ось симметрии устройства и перпендикулярной оси стержня. 3. Переключатель по п.1, отличающийся тем, что корпус и стержень выполнены из магнитно-мягкого материала.