КОНТАКТНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2019 года по МПК H01H1/42 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам автоматики, которые могут быть использованы для коммутации электрических цепей технических объектов ответственного назначения.

Известна контактная система, содержащая корпус, неподвижные упругие контакты, поворотный перемыкатель, с токопроводящими секторами, выполняющими функции подвижных контактов [патент РФ №2552349, МПК H01H 1/42, опубликовано 10.06.2015, бюл. №16].

Известная контактная система обеспечивает стабильное переходное электрическое сопротивление, обеспечивает надежную работу при ударных и вибрационных воздействиях. Однако ее применение возможно только в герметичных приборах, то есть область применения ограничена.

Известна контактная система инерционного включателя [патент РФ №2193800, МПК Н01Н 35/14, опубликовано 27.11.2002, бюл. №33], содержащая корпус, упругие контакты, поворотный перемыкатель с токопроводящими секторами, выполняющими функции подвижных контактов.

Контактная система достаточно миниатюрна, однако она также обеспечивает надежную работу только в герметичных приборах, то есть ее также применение ограничено. Применение известной контактной системы в негерметичных приборах и устройствах скажется на надежности обеспечения электрических параметров при эксплуатации.

Известна контактная система электромагнитного поляризованного переключателя [патент РФ №2599625, МПК H01H 51/22, опубликовано 10.10.2016, бюл. №28, фиг. 6], содержащая корпус из немагнитного материала, изолирующий внутренний объем переключателя, помещенные в корпус подвижные упругие контакты, неподвижные контакты и поворотный перемыкатель. Известная контактная система рассматривается в качестве прототипа. Каждый упругий контакт прототипа управляется (размыкается или замыкается) соответствующим толкателем, закрепленном на перемыкателе.

Известная контактная система достаточно миниатюрна, однако у нее те же недостатки, что и у аналогов. Кроме того в крайних угловых положениях (в конце поворота перемыкателя) она обеспечивает только размыкание контактов, в то время как в ряде областей применения требуется замыкание контактов. Указанная особенность сужает области применения известной контактной системы.

Задачей заявляемого изобретения является создание надежной герметичной контактной системы для приборов и устройств, коммутирующих электрические цепи в широких областях применения.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является расширение области применения с повышением надежности работы.

Указанный технический результат достигается тем, что в контактной системе, содержащей корпус из немагнитного материала, изолирующий внутренний объем контактной системы, помещенные в корпус подвижные упругие контакты, неподвижные контакты, поворотный перемыкатель, согласно изобретению подвижные упругие контакты выполнены S-образной формы с закругленной частью на конце, охватывающей неподвижный контакт и поджатой к внешней цилиндрической поверхности перемыкателя, оснащенного в зоне взаимодействия с упругими контактами изолятором, где для каждого подвижного упругого контакта выполнена выемка, совмещающаяся с закругленной частью подвижного упругого контакта в исходном или переключенном состоянии контактной системы, а перемыкатель оснащен расположенными диаметрально и соединенными кольцевым магнитопроводом постоянными магнитами чередующейся полярности, взаимодействующими с аналогичными дополнительными постоянными магнитами, соединенными дополнительным кольцевым магнитопроводом, размещенными на поворотной втулке, установленной снаружи на осевом выступе корпуса, причем угол поворота поворотной втулки превышает угол поворота перемыкателя, а угловая ширина магнитов не меньше половины разности угла поворота поворотной втулки и угла поворота перемыкателя.

Выполнение подвижных упругих контактов S-образной формы с закругленной частью на конце, охватывающей неподвижный контакт и поджатой к внешней цилиндрической поверхности перемыкателя, оснащенного в зоне взаимодействия с упругими контактами изолятором, где для каждого подвижного упругого контакта выполнена выемка, совмещающаяся с закругленной частью подвижного упругого контакта в исходном или переключенном состоянии контактной системы, позволяет реализовать в малогабаритной контактной системе значительное количество надежных контактов, технологичных при настройке, обеспечивающих необходимое контактное усилие, а следовательно и малое электрическое сопротивление в контакте при малых моментах вращения на переключение контактной системы. S-образная форма подвижных упругих контактов является наиболее оптимальной в заявляемой контактной системе, так как обеспечивает «закручивание» упругого элемента усилиями от взаимодействующих с ней деталей -токовыводов и изолятора.

Оснащение перемыкателя расположенными диаметрально и соединенными кольцевым магнитопроводом постоянными магнитами чередующейся полярности, взаимодействующими с аналогичными дополнительными постоянными магнитами, соединенными дополнительным кольцевым магнитопроводом, размещенными на поворотной втулке, установленной снаружи на осевом выступе корпуса, позволяет осуществлять переключение контактной системы через герметичную стенку корпуса, изолирующего контактную систему от воздействия внешней окружающей среды, зачастую с неконтролируемой влажностью, а также обеспечивает сохранение исходного и переключенного состояния контактной системы в условиях эксплуатации. Кроме того данное техническое решение для переключения контактной системы не требует строго определенного угла поворота внешнего привода, что расширяет область применения контактной системы.

Наличие того, что угол поворота поворотной втулки превышает угол поворота перемыкателя, а угловая ширина магнитов не меньше половины разности угла поворота поворотной втулки и угла поворота перемыкателя, обеспечивает взаимное смещение постоянных магнитов относительно друг друга с зоной перекрытия, создающее надежное удержание перемыкателя, а, следовательно, и упругих контактов в замкнутом и разомкнутом состояниях.

С целью осуществления настройки величины перемещения (ограничения перемещения) разомкнутых подвижных упругих контактов для исключения их дребезга (кратковременных замыканий) при значительных виброударных воздействиях контактная система снабжена ограничителями перемещения закругленной части каждого подвижного контакта от внешней цилиндрической поверхности перемыкателя, при этом закругленная часть каждого подвижного контакта размещена между соответствующим ей ограничителем и внешней поверхностью перемыкателя.

Каждый ограничитель может быть выполнен в виде эксцентрика.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизны».

Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 приведен осевой разрез контактной системы.

На фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, расположение упругих подвижных контактов и их взаимодействие с изолятором перемыкателя и ограничителями.

На фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг 1, расположение постоянных магнитов на перемыкателе.

На фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1, конструкция внешней поворотной втулки и взаимодействие постоянных магнитов. Контактная система в исходном состоянии.

На фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 1, взаимодействие постоянных магнитов. Контактная система в переключенном состоянии.

Устройство выполнено следующим образом.

Контактная система (фиг. 1-5) содержит корпус 1, в который установлена колодка 2 с неподвижными контактами, которыми являются токовыводы 3 на стеклоизоляторах 4. Корпус 1 выполнен из немагнитного материала, например нержавеющей хромо-никелевой стали типа 12Х18Н10Т, изолирующий внутренний объем контактной системы. В корпус 1 помещены установленные на токовыводах 3 подвижные упругие контакты 5 S-образной формы с закругленной частью 6 на конце, охватывающей токовывод 3. На оси 7, ввинченной в колодку 2, установлен составной перемыкатель 8. Каждый контакт 5 закругленной частью 6 на конце поджат к внешней цилиндрической поверхности перемыкателя 8, оснащенного в зоне взаимодействия с упругими контактами 5 изолятором 9. S-образная форма контактов 5 является наиболее оптимальной в заявляемой контактной системе, так как обеспечивает «закручивание» упругого элемента усилиями от взаимодействующих с ней деталей - токовыводов 3 и изолятора 9. При таком виде нагружения («закручивании») контактов 5 их возможная частичная раскрутка из-за стремления принятия первоначальной до изготовления формы не приведет к уменьшению создаваемых контактами 5 усилий. На изоляторе 9 для взаимодействия с закругленной частью 6 каждого упругого контакта 5 выполнены выемки 10, совмещающиеся с закругленной частью 6 каждого упругого контакта 5 в исходном или переключенном состоянии контактной системы. Закругленная часть 6 каждого упругого контакта 5 размещена соосно соответствующему токовыводу 3 при разомкнутом состоянии контакта. На перемыкателе 8 закреплены диаметрально два постоянных магнита 11 чередующейся полярности, выполненные, например, из самарий-кобальтового материала. Разноименные полюса магнитов 11 соединены кольцевым магнитопроводом 12, выполненным из магнитомягкого металла, например электротехнической стали. Кольцевая форма магнитопровода 12 является наиболее оптимальной при имеющемся пространстве в зоне продольной оси переключателя 8. Перемыкатель 8 выполнен из немагнитного материала, например латуни или бронзы. На осевом выступе 13 снаружи корпуса 1 установлена поворотная втулка 14, также из немагнитного материала, например из латуни или бронзы. На поворотной втулке 14 закреплены дополнительные постоянные магниты 15 чередующейся полярности, аналогичные постоянным магнитам 11 и взаимодействующие с ними. Разноименные полюса постоянных магнитов 15 также соединены дополнительным кольцевым магнитопроводом 16. В поворотной втулке 14 с магнитопроводом 16 выполнен паз 17 для кинематической связи поводковой муфтой с устройством привода или ручкой переключения ручного переключателя, в котором используется контактная система (последние на чертежах не показаны). Угол поворота поворотной втулки 14 превышает угол поворота перемыкателя 8, а угловая ширина магнитов 11, 15 не меньше половины разности угла поворота поворотной втулки 14 и угла поворота перемыкателя 8. Угол поворота перемыкателя 8 определяет (ограничивает) накладка 18, закрепленная на торце оси 7 и входящая в пазы 19 перемыкателя 8.

На фиг. 1-5 показан пример использования контактной системы в качестве концевого поворотного переключателя для контроля крайних угловых положений поворотного элемента технического объекта (на чертежах не показан). Угловая ширина постоянных магнитов 11 и 15, выполненных в виде секторов, например ф_м=30°. Угол поворота внешней поворотной втулки 14 ф_в=60°. Угол поворота перемыкателя 8 ф_n=30° (ограничен накладкой 18). При предложенных угловых размерах выполняется соотношение: ф_м≥(ф_в-ф_n)/2 и обеспечивается перекрытие постоянных магнитов 11 и 15 в исходном и переключенном состояниях Δф=15°, обеспечивающее удержание контактной системы в исходном и переключенном состояниях соответственно. Зона (площадь) перекрытия 20 показана на фиг. 4, 5 заштрихованной. Контактная система снабжена ограничителями перемещения закругленной части 6 каждого подвижного контакта 5 от внешней цилиндрической поверхности перемыкателя 8, выполненных в виде эксцентриков 21, установленных в колодку 2. При этом закругленная часть 6 каждого контакта 5 размещена между соответствующим ей ограничителем 21 и внешней поверхностью перемыкателя 8, тем самым ограничивая перемещения упругих контактов 5 и обеспечивая (как эксцентрики) регулировку величины перемещений их угловым разворотом при обычных допусках на изготовление деталей контактной системы (фиг. 2). Винт 22 ограничивает осевое перемещение поворотной втулки 14, не препятствуя ее повороту.

Контактная система работает следующим образом.

При повороте поворотной втулки 14 через паз 17 поводковой муфтой из состава прибора, в котором используется контактная система (на чертежах не показан), например на угол ф_в≈60°, расположенные на ней постоянные магниты 15, взаимодействуя с постоянными магнитами 11, повернут перемыкатель 8 на угол ф_n≈30°, обеспечиваемый накладкой 18. При этом закругленные части 6 размыкающих упругих контактов 5 отожмутся из соответствующих выемок 10 изоляторов 9, а закругленные части 6 замыкающих упругих контактов 5 наоборот опустятся в выемки 10 и прижмутся также к соответствующим токовыводам 3, выполняющим функции неподвижных контактов. Угол поворота поворотной втулки 14, превышающий угол поворота перемыкателя 8, обеспечит взаимное смещение постоянных магнитов 11, 15 относительно друг друга с зоной перекрытия 20, создающее надежное удержание в направлении Г перемыкателя 8 с изолятором 9, а, следовательно, и соответствующих упругих контактов 5 в замкнутом и разомкнутом состояниях.

При повороте внешней поворотной втулки 14 в противоположном направлении контактная система переключается в исходное состояние аналогичным образом.

Контактная система не требует строго определенного угла поворота внешнего привода ф_в, что расширяет ее область применения. В приведенном на чертежах варианте исполнения контактной системы угол поворота внешнего привода ф_в может значительно отличаться от 60° без сбоев в переключениях контактной системы.

При виброударных воздействиях ограничители в виде эксцентриков 21, установленные в колодку 2 в зоне закругленных частей 6 упругих контактов 5, ограничивают перемещения последних, исключая кратковременные замыкания разомкнутых упругих контактов 5 с соответствующими токовыводами 3. То есть использование ограничителей 21 повышает виброударостойкость контактной системы.

Представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в качестве контактной системы для коммутации электрических цепей технических объектов ответственного назначения;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить повышение надежности срабатывания при расширении области применения;

- для заявленной контактной системы в том виде, в котором она охарактеризована в формуле изобретения, подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленная контактная система соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам автоматики, которые могут быть использованы для коммутации электрических цепей технических объектов ответственного назначения. Контактная система содержит корпус из немагнитного материала, изолирующий внутренний объем контактной системы, помещенные в корпус подвижные упругие контакты, неподвижные контакты, поворотный перемыкатель. Подвижные упругие контакты выполнены S-образной формы с закругленной частью на конце, охватывающей неподвижный контакт и поджатой к внешней цилиндрической поверхности перемыкателя, оснащенного в зоне взаимодействия с упругими контактами изолятором, где для каждого подвижного упругого контакта выполнена выемка, совмещающаяся с закругленной частью подвижного упругого контакта в исходном или переключенном состоянии контактной системы. Перемыкатель оснащен расположенными диаметрально и соединенными кольцевым магнитопроводом постоянными магнитами чередующейся полярности, взаимодействующими с аналогичными дополнительными постоянными магнитами, соединенными дополнительным кольцевым магнитопроводом, размещенными на поворотной втулке, установленной снаружи на осевом выступе корпуса. Угол поворота поворотной втулки превышает угол поворота перемыкателя, а угловая ширина магнитов не меньше половины разности угла поворота поворотной втулки и угла поворота перемыкателя. Технический результат - повышение надежности срабатывания при расширении области применения. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Контактная система, содержащая корпус из немагнитного материала, изолирующий внутренний объем контактной системы, помещенные в корпус подвижные упругие контакты, неподвижные контакты, поворотный перемыкатель, отличающаяся тем, что подвижные упругие контакты выполнены S-образной формы с закругленной частью на конце, охватывающей неподвижный контакт и поджатой к внешней цилиндрической поверхности перемыкателя, оснащенного в зоне взаимодействия с упругими контактами изолятором, на котором для каждого подвижного упругого контакта выполнена выемка, совмещающаяся с закругленной частью подвижного упругого контакта в исходном или переключенном состоянии контактной системы, а перемыкатель оснащен расположенными диаметрально и соединенными кольцевым магнитопроводом постоянными магнитами чередующейся полярности, взаимодействующими с аналогичными дополнительными постоянными магнитами, соединенными дополнительным кольцевым магнитопроводом, размещенными на поворотной втулке, установленной снаружи на осевом выступе корпуса, причем угол поворота поворотной втулки превышает угол поворота перемыкателя, а угловая ширина магнитов не меньше половины разности угла поворота поворотной втулки и угла поворота перемыкателя.

2. Контактная система по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена ограничителями перемещения закругленной части каждого подвижного контакта от внешней цилиндрической поверхности перемыкателя, при этом закругленная часть каждого подвижного контакта размещена между соответствующим ей ограничителем и внешней поверхностью перемыкателя.

3. Контактная система по п. 2, отличающаяся тем, что каждый ограничитель выполнен в виде эксцентрика.