Поворотный электрический переключатель Российский патент 2024 года по МПК H01H11/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам коммутации электрических сигналов, используемых в низковольтных подстроечных цепях аппаратуры.

Уровень техники

Известно «Электронное устройство циферблата и электронное устройство» (патент JP 2019105766, Япония, опубликовано 27.06.2019, МПК G03B 17/02, Н01Н 19/58). Указанное электронное устройство представляет собой поворотный переключатель и состоит из подвижного упругого контакта, скользящего по неподвижной плате. Плата содержит множество проводящих областей, изолированных друг от друга. Многоточечный подвижный контакт при своем вращении замыкает отдельные зоны на неподвижной плате и тем самым коммутирует электрические цепи.

Недостатком указанного аналога является сложность его использования в многопозиционных переключателях, в которых необходимо обеспечить несколько сотен дискретных положений коммутации в пределах одного оборота подвижного контакта. Недостаток способа коммутации, используемого в указанном устройстве, обусловлен тем, что в случае переключателя малого диаметра, во-первых, сложно обеспечить необходимое позиционирование точек соприкосновения упругого подвижного контакта относительно контактных площадок неподвижной платы и, во-вторых, на одной окружности неподвижной платы технологически сложно выполнить несколько сотен изолированных друг от друга контактных площадок.

Известен «Поворотный универсальный переключатель» (патент CN 102306582, Китай, опубликовано 04.01.2012, МПК H01H 19/58, H01H 19/08, H01H 19/10). Переключатель представляет собой пакет из двух неподвижных круглых печатных плат, обращенных проводящими рисунками друг к другу. Между печатными платами расположен вращающийся контроллер, выполненный по типу часовой стрелки. Контроллер снабжен множеством контактов, выступающих по обе его стороны в направлении каждой печатной платы. При вращении контроллер замыкает соответствующие контактные площадки печатных плат и осуществляет необходимую коммутацию электрических цепей.

Недостатком указанного технического решения является сложность позиционирования друг относительно друга разделенных контроллером плат в случае микроминиатюризации контактных площадок, а также снижение надежности из-за наличия промежуточного звена - контроллера.

Известен «Способ соединения печатной платы с несущей конструкцией» (патент RU 2476964, опубликован 10.12.2013, МПК H01R 4/00). В указанном способе предлагается неподвижное электрическое соединение токопроводящих слоев печатной платы и несущей конструкции, выполненной в виде диэлектрической пластины. Токопроводящие слои обращены и прижаты друг к другу. Соединение является неподвижным, так как стянуто крепежным элементом.

Недостатком указанного способа соединения является невозможность его использования в переключающих устройствах ввиду отсутствия возможности взаимного перемещения печатной платы относительно токопроводящих слоев диэлектрической пластины.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом является повышение точности взаимного позиционирования контактов переключателя и обеспечение возможности получения нескольких сотен дискретных режимов коммутации в пределах одного оборота подвижной части поворотного электрического переключателя.

Поворотный электрический переключатель представляет собой две круглые прижатые друг к другу печатные платы. На одной из сторон каждой печатной платы по одной или нескольким окружностям расположены печатные контактные площадки. Расположение, форма и количество контактных площадок выбрано в зависимости от конкретного назначения переключателя. Платы размещены соосно друг к другу и плотно прижаты одна к другой сторонами с проводящим рисунком с возможностью вращения одна относительно другой. Прижатие плат друг к другу обеспечивается с помощью упругих элементов, например, в виде пружин. При этом одна из печатных плат, на которую воздействует прижимное усилие со стороны упругих элементов, выполнена на диэлектрической подложке, имеющей меньшую изгибную жесткость, чем суммарная жесткость упругих элементов. Это необходимо для передачи прижимного усилия непосредственно в зоне контактных площадок и обеспечения надежного скользящего электрического контакта. Переключение электрических связей между контактными площадками одной печатной платы и контактными площадками другой печатной платы обеспечивается вращением плат относительно друг друга.

На печатных платах возможно получение очень точного рисунка проводящего слоя. Современная технология изготовления печатных плат позволяет обеспечить заданные размеры проводящего рисунка с отклонением не более 30 мкм (см. ГОСТ 23751-86), что дает возможность с высокой точностью позиционировать друг относительно друга контактные площадки обеих плат. Это свойство печатных плат позволяет увеличить плотность расположения контактных площадок, максимально увеличив их количество по окружности.

Выполнение с высокой точностью размеров контактных площадок в виде элементов проводящего рисунка соприкасающихся друг с другом печатных плат позволяет получить точное взаимное позиционирование скользящих контактов поворотного переключателя.

На одной из печатных плат контактные площадки могут быть выполнены с шагом, отличающимся от шага площадок на другой плате. Это позволяет при взаимном повороте печатных плат друг относительно друга, используя общеизвестный принцип Нониуса, получить большее количество сочетаний замкнутых и разомкнутых контактных площадок. Принцип Нониуса известен в технике как способ более точного определения количества долей делений основной шкалы измерительного инструмента - штангенциркуля (см. ГОСТ 166-89).

Количество вариантов коммутации, обеспечиваемое таким переключателем, будет определяться числом и шагом контактных площадок на нониусной плате и может почти на порядок превышать количество контактных площадок на первой печатной плате.

Расположение контактных площадок на второй, нониусной, печатной плате с шагом, отличающимся от шага на первой печатной плате, заданным в соответствии с принципом Нониуса, дает возможность получения нескольких сотен дискретных режимов коммутации при малых угловых перемещениях подвижной части электрического переключателя.

Техническая сущность изобретения поясняется чертежами.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана первая круглая печатная плата 1 с контактными площадками 3.

На фиг. 2 показана вторая круглая печатная плата 2 с ответными контактными площадками 4.

На фиг. 3 показаны в поперечном сечении прижатые друг к другу печатные платы 1 и 2 как с замкнутыми, так и разомкнутыми контактными площадками 3 и 4. Прижатие обеспечивают упругие элементы, условно показанные в виде пружин 5. Плата 2 свободно опирается на поверхность скольжения А плоской опорной детали 6.

На фиг. 4 показан пример взаимного расположения друг относительно друга контактных площадок 3 платы 1 и контактных площадок 4 платы 2 в случае, когда рассчитанный в соответствии с принципом Нониуса шаг к контактных площадок 4 отличается от шага t ответных контактных площадок 3. На плате 2 также показана дополнительная контактная площадка 7, назначение которой будет пояснено ниже. Размер l контактной площадки 7 больше расстояния s между контактными площадками 3 платы 1.

На фиг. 5 изображены графически разнесенные друг от друга печатные платы 1 и 2. Контактные площадки 4 и 7 нониусной платы 2 показаны для случая размещения контактов по одной окружности. Контактные площадки 3 расположены с нижней стороны печатной платы 1, которая показана прозрачной.

На фиг. 6 показаны, как и на фиг. 5, разнесенные печатные платы 1 и 2, но для случая расположения нониусных контактов 4 по двум окружностям.

На фиг. 7 показаны последовательные варианты коммутации контактных площадок 3 первой платы с ответными площадками 4 и 7 нониусной платы при размещении контактных площадок по одной окружности. Контакты 4 для наглядности объединены в одну группу из четырех контактов.

На фиг. 8 показаны последовательные варианты коммутации контактных площадок 3 первой платы с площадками 4 нониусной платы в случае, когда контактные площадки 4 объединены в две группы по три контакта и все площадки расположены по двум окружностям.

На фиг. 7 и 8 печатные платы, на которых размещены контактные площадки 3, как и на фиг. 5 и 6, условно показаны прозрачными. При этом контактные площадки 3 печатной платы 1 (см. фиг. 5 и 6), замкнутые с контактными площадками 4 и 7 нониусной платы, показаны закрашенными черным цветом.

Осуществление изобретения

Поворотный электрический переключатель состоит из двух круглых печатных плат 1 и 2. На платах рисунок проводящего слоя выполнен таким образом, чтобы контактные площадки обеих печатных плат позиционировались по окружности друг относительно друга. Платы размещены соосно и прижаты друг к другу сторонами с проводящим рисунком с помощью упругих элементов 5, например, в виде пружин. Подвижная плата 2 опирается на плоскую поверхность скольжения А опорной детали 6, изготовленной, например, из фторопласта. Коэффициент трения между опорной поверхностью А и платой 2 должен быть минимальным.

Изгибная жесткость диэлектрического основания неподвижной печатной платы 1, на которую воздействует прижимное усилие со стороны упругого элемента, выбрана такой, чтобы она не была больше суммарной жесткости прижимающих ее упругих элементов 5. При этом должны быть обеспечены как надежный скользящий электрический контакт, так и возможность вращения подвижной печатной платы 2 относительно неподвижной печатной платы 1.

Проводящий слой печатных плат покрыт стойким к окислению покрытием, например, иммерсионным золотом. Золотое покрытие обладает невысокой твердостью и позволяет получать достаточную фактическую площадь пятна контакта при соприкосновении печатных контактных площадок.

При вращении подвижной платы 2 относительно неподвижной платы 1, осуществляется необходимая коммутация электрических связей между контактными площадками печатных плат.

Увеличение с помощью принципа Нониуса количества дискретных положений поворотного электрического переключателя, определяющих число каналов коммутации, осуществляется следующим образом. На фиг. 5 и 7 показано, что на плате 1 по окружности равномерно расположены контактные площадки 3. На плате 2 на участке окружности такого же диаметра, как и на первой плате, располагается группа ответных контактных площадок 4 в количестве n штук в группе. В качестве примера на фиг. 5 и 7 показана группа ответных контактных площадок для n=4.

Шаг k нониусных контактных площадок 4 (см. фиг. 4) и шаг t базовых контактных площадок 3 задается в соответствии с принципом Нониуса. Как упоминалось выше, примером использования принципа Нониуса является шкала-нониус измерительного инструмента - штангенциркуля.

На фиг. 7 показаны примеры (7а) - (7и), как с помощью принципа Нониуса, используя, в частности, четыре нониусных контакта 4, можно в восемь раз увеличить количество дискретных положений переключателя по сравнению с простейшим случаем, в котором число положений переключателя определяется величиной шага t. При использовании принципа Нониуса величина дискретного шага переключателя уменьшается в 2п раз и составляет t/2n, а количество дискретных положений переключателя увеличивается соответственно в 2n раз. Например, для группы, из четырех нониусных контактов (n=4) количество дискретных положений переключателя увеличивается в 8 раз.

На фиг. 7д показано взаимное расположение печатных плат, при котором вся группа нониусных контактных площадок 4 находится со всеми базовыми контактными площадками 3 в разомкнутом состоянии. Такое взаимное расположение контактов повторяется через каждые 2n шага переключателя. Для коммутации электрической цепи в этом случае предназначена дополнительная контактная площадка 7, которая через каждые 2n шага замыкает две соседние контактные площадки 3 (на фиг. 7д закрашены черным цветом). Ширина l контактной площадки 7 (см. фиг. 4) должна быть больше расстояния s между контактными площадками 3, и в то же время такой, чтобы на следующем шаге переключателя обеспечить размыкание двух ранее замкнутых соседних контактных площадок.

В другом примере осуществления способа, для которого варианты коммутации контактных площадок показаны на фиг. 8, контактные площадки 3 и 4 размещены по двум окружностям. Пример приведен для случая, когда нониусные контактные площадки 4 объединены в две, по числу окружностей, группы при n=3 для каждой группы. Размещение контактных площадок 3 и 4 по двум окружностям позволяет уплотнить контактные площадки и при этом в 4n раз увеличить количество дискретных положений поворотного переключателя по сравнению с вариантом размещения контактных площадок по одной окружности без использования принципа Нониуса.

Использование в качестве контактов поворотного электрического переключателя проводящих слоев печатных плат позволяет получить точные контуры контактных площадок и обеспечить возможность точного взаимного позиционирования контактных площадок в подвижном соединении печатных плат, и, как следствие, обеспечить переключателем множество дискретных режимов коммутации в пределах одного оборота поворотного переключателя. Увеличение количества дискретных режимов коммутации достигается за счет использования общеизвестного принципа Нониуса.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам коммутации электрических сигналов, используемых в низковольтных подстроечных цепях аппаратуры. Техническим результатом является повышение точности взаимного позиционирования контактов переключателя и обеспечение возможности получения нескольких сотен дискретных режимов коммутации в пределах одного оборота подвижной части поворотного электрического переключателя. Поворотный электрический переключатель представляет собой две круглые прижатые друг к другу печатные платы. В качестве подвижного и неподвижного контактов используют непосредственно сами проводящие слои печатных плат. На одной из сторон каждой печатной платы по одной или нескольким окружностям расположены печатные контактные площадки. Платы размещены соосно друг к другу и плотно прижаты одна к другой сторонами с проводящим рисунком с возможностью вращения одна относительно другой. Прижатие плат друг к другу обеспечивается с помощью упругих элементов, например, в виде пружин. Увеличение количества дискретных режимов коммутации обеспечивают за счет использования принципа Нониуса. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Поворотный электрический переключатель, состоящий из двух круглых печатных плат, обращенных друг к другу сторонами с проводящим рисунком, отличающийся тем, что печатные платы имеют возможность вращаться относительно друг друга, проводящий рисунок на соприкасающихся сторонах печатных плат выполнен в виде контактных площадок, расположенных по одной или нескольким окружностям, контактные площадки обеих печатных плат позиционированы по окружности относительно друг друга, платы размещены соосно, прижаты друг к другу с помощью упругих элементов, при этом изгибная жесткость диэлектрического основания неподвижной печатной платы, на которую воздействует прижимное усилие со стороны упругих элементов, не больше суммарной жесткости прижимающих ее упругих элементов.

2. Поворотный электрический переключатель по п. 1, отличающийся тем, что на одной плате печатные контактные площадки расположены по окружности равномерно, а на другой плате расположена группа ответных контактных площадок с шагом, рассчитанным по принципу Нониуса.

3. Поворотный электрический переключатель по п. 1, отличающийся тем, что на одной плате печатные контактные площадки расположены равномерно по нескольким окружностям, а на другой плате так же по нескольким окружностям расположена группа ответных контактных площадок с шагом, рассчитанным по принципу Нониуса.