Переключатель Советский патент 1984 года по МПК H01H36/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматике, телемеханике и вычислительной технике для коммутации электрических цепей.

Известен переключатель, содержащий баллон с контактными- электродами, расположенное внутри баллона коммутирующее ферромагнитное тело, выполненное в виде постоянного магнита, и управляющий постоянный магнит 1.

Такой переключатель нетехнологичен и не обеспечивает возможности миниатюризации, поскольку его коммутирующее ферромагнитное тело выполнено в виде постоянного магнита.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является переключатель, содержащий баллон с контактными электродами, расположенное внутри баллона коммутирующее ферромагнитное тело, выполненное из предварительно ненамагниченного материала и имеющее возможность перемещаться только цдоль продольной оси баллона, систему постоянных магнитов с распределением модуля магнитной индукции вдоль продольной оси баллона в виде кривой с чередующимися максимальными и минимальными значениями, причем коммутирующее ферромагнитное тело расположено так, что центр его тяжести находится между точками минимального и одного из соседних максимальных значений модуля магнитной индукции, а баллон с контактными электродами выполнен так, что возможное перемещение коммутирующег9 ферромагнитного тела внутри баллона меньще, чем расстояние между точкой минимального и наиболее близко расположенной к ней точкой максимального значения модуля магнитной индукции 2.

Недостатком данного переключателя являются его малые функциональные возможности, поскольку он не имеет самовозврата в исходное положение и не может работать как кнопочный переключатель.

Цель изобретения - расщирение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в переключателе, содержащем баллон с контактными электродами, расположенное внутри баллона коммутирующее ферромагнитное тело, выполненное из 1предварительно ненамагниченного материала и имеющее возможность перемещаться только вдоль продольной оси баллона, систему постоянных магнитов с распределением модуля магнитной индукции вдоль продольной оси баллона в виде кривой с чередующимися максимальными и минимальными значениями, причем коммутирующее ферромагнитное тело расположено так, что центр его тяжести находится между точками минимального и одного из соседних максимальных значений модуля магнитной индукции, а баллон с контактными электродами выполнен ,так.

ЧТО возможное перемещение коммутирующего ферромагнитного тела внутри баллона меньще, чем расстояние между точкой минимального и наиболее близко расположенной к ней точкой максимального значения модуля магнитной индукции, система постоянных магнитов включает по крайней мере два постоянных магнита, по крайней мере один из которых установлен с возможностью изменения своего положения относительно других постоянных магнитов, и выполнена так, что возможное перемещение постоянных магнитов друг относительно друга вызывает смещение точки минимального значения модуля магнитной индукции в сторону центра тяжести коммутирующего ферромагнитного тела на расстояние больщее, чем расстояние от точки минимального значения модуля магнитной индукции до центра тяжести коммутирующего ферромагнитного тела.

На фиг. 1-8 - схематически показаны возможные конструктивные варианты выполнения переключателя с соответствующими графиками распределения магнитной индукции В.

Переключатель (фиг. 1) содержит один баллон 1, изготовленный из немагнитного изоляционного материала, например из стекла, с заваренными контактными электродами 2 и помещенным в нем коммутирующим ферромагнитным телом 3, выполненным, например, в виде щарика из магнитомягкого материала. Шарик 3 может перемещаться внутри баллона 1 вдоль его продольной оси, замыкая или размыкая при этом контактные электроды 2. Переключатель содержит также систему постоянных магнитов, включают щую два постоянных магнита 4 и 5. Эти постоянные магниты выполнены в виде колец, намагничены аксиально (вдоль оси вращения) и установлены одноименными полюсами друг навстречу другу и соосно с баллоном 1. Постоянные магниты 4 и 5 подвижны друг относительно друга, при этом магнит 4 вместе с баллоном 1 неподвижны, а магнит 5 может перемещаться вдоль своей оси вращения. Эти магниты установлены с таким зазором между собой, что распределение модуля магнитной индукции вдоль продольной оси баллона 1 имеет вид кривой с чередующимися максимальными и минимальными значениями. Как видно из фиг 1, имеется четыре максимальных и три минимальных значения. Одно из минимальных значений имеет место в точке, расположенной на оси магнитов 4 и 5 посередине зазора между ними (в точке О). В исходном положении щарик 3 расположен между точкой О с минимальным значением модуля магнитной индукции и точкой А с максимальным значением модуля магнитной индукции.

Поскольку ферромагнитное тело, выполненное из магнитного материала, стремится в точку с максимальным значением модуля магнитной индукции, то щарик 3 под действием электромагнитной силы прижат к левому торцу баллона L При этом контактные электроды 2 разомкнуты. При перемещении магнита 5 в сторону магнита 4, как показано на фиг. 1 стрелкой, точка О с минимальным значением модуля магнитной индукции также перемещается в сторону магнита 4, оставаясь посередине зазора между магнитами 4 и 5. На фиг. 1 пунктиром показано новое расположение магнита 5 и распределещ1е модуля магнитной индукции при этом. Как только точка О с минимальным значением модуля магнитной индукции окажется с противоположной стороны от центра тяжести щарика 3, на шарик будет дейСтвовать электромагнитная сила, направленная в противоположную сторону (в сторону магнита 5), и он скачком переместится в правую часть баллона 1, замкнув при этом контактные электроды 2. Перемеиление магнита 5 относительно магнита 4 и баллрна 1 должно обеспечивать смещение точки 6 с, минимальным значением модуля магнитной индукции в сторону центра тяжести шарика 3 на расстояние большее, чем расстояние от исходного положения точки О до исходного положения центра тяжести шарика 3. В данном варианте конструкции переключателя, при одинаковых магнитах 4 и 5, возможное перемещение магнита 5 должно быть больше, чем удвоенное расстояние от исходного положения точки О до исходного положения центра тяжести шарика 3. Для обеспечения радежного замыкания контактных электродов 2 необходимо, чтобы возможное перемещение шарика 3 внутри баллона 1 было меньше, чем расстояние между точкой О с минимальным значением магнитной индукции и точкой А (в рассматриваемом варианте переключателя) с максимальным значением модуля магнитной индукции. По окончании внешнего воздействия на магнит 5 переместившего его в сторону маг.нита 4 магнит 5, отталкиваясь от магнита 4, возвращается в исходное положение. При этом точка О с минимальным значением модуля магнитной индукции перемещается правее (фиг. 1) центра тяжести, шарика 3, и ои скачком возвращается в свое первоначальное положение, вйовь размыкая контактные электроды 2. На фиг. 2 показан вариант исполнения переключателя, когда он содержит три баллона 1 с контактными электродами 2 и цомещенными в них ферромагнитными шариками 3. Все баллоны расположены так, что их оси совпадают с общей осью магнитов 4 и 5, намагниченных аксиально и установленных одноименными полюсами друг навстречу другу, причем магнит 4 и все баллоны 1 неподвижны, а магнит 5-может перемещаться вдоль своей оси. Магниты 5 и 4 установлены с таким зазором между собой, что распределение магнитной индукции в таком переключателе имеет вид кривой с пятью минимальными и шестью максимальными значениями во всем диапазоне перемещения подвижного магнита 5. Баллоны 1 с расположенными в них ферромагнитными шариками 3 установлены вблизи магнита 5, имеющего возможность перемещаться, поскольку при перемещении этого магнита в больщей степени смещаются точки с минимальным значением модуля магнитной индукции, расположенные ближе к магниту 5. Точки с минимальным значениg модуля магнитной индукции, расположенные ближе к магниту 4, неподвижному относительно баллонов, перемещаются в меньшей степени. Поэтому в данной, как и в других описанных ниже конструкциях переключателя, возможно применение баллонов по числу точек с минимальным значением модуля магнитной индукции, однако в этом случае возможное перемещение ферромагнитного шарика в баллонах, установленных вблизи неподвижного магнита4, будет ограничено. Переключатель по фиг. 2 работает аналогично предыдущему, Возможен вариант конструкции переключателя (фиг. 3), когда он содержит два баллона 1 с контактными электродами 2 и помещенными в них ферромагнитными щариками 3. Система постоянных магнитов состоит из неподвижного 4 и подвижного 5 кольцевых магнитов, намагниченных диаметрально и установленных одноименными полюсами друг напротив друга. Работа этого переключателя подобна описанному выше, ,, , а фиг. 4 показан вариант конструкции переключателя с системой постоянных магнитов, выполненных в виде колец, намагниченных радиально. Работа такого переключателя подобна описанному выше. Переключатель (фиг. 5) может содержать один баллон 1 с контактными электродами 2 и установленным внутри ферромагнитным шаром 3 и систему постоянных магнитов, состоящую из неподвижного 4 и подвижного 5 магнитов, выполненных в виде колец, намагниченных встречно-тороидально (так, что намагниченность в таких магнитах направлена по дуге и встречно, при этом у каждого магнита имеется только одно нейтральное сечение, расположенное по диаметру). Работа такого переключателя подобна описанному выше. Возможен также вариант переключателя (фиг. 6), когда он содержит два баллона 1 с контактными электродами 2 и установленными внутри них ферромагнитными шариками 3 и систему постоянных магнитов, содержащую магниты 4 и 5. Баллоны 1 установлены соосно, причем их общая ось проходит перпендикулярно общей оси вращения магнитов 4 и 5 посередине зазора между ними. Магниты 4 и 5 имеют возможность перемещаться вдоль своей оси вращения друг навстречу другу относительно неподвижных баллонов 1 так, что общая ось баллонов 1 всегда проходит через середину зазора между магнитами 4 и 5. Система постоянных магнитов 4 и 5, в данном варианте намагниченных встречнотороидально, имеет распределение модуля магнитной индукции вдоль общей оси баллонов 1 и в виде кривой с тремя минимальными и четырьмя максимальными значениями. Причем при перемещении магнитов 4 и 5 друг навстречу другу точка с минимальным значением модуля магнитной индукции, расположенная на оси вращения магнитов 4 и 5, остается неподвижной, а дву другие точки с минимальным значением модуля магнитной индукции перемещаются вдоль оси баллонов 1. Поэтому, аналогично опйсанным выше вариантам переключателя, при перемещении магнитов 4 и 5 точки с минимальным значением модуля магнитной индукции смещаются вверх или вниз от центров тяжести ферромагнитных шариков 3, что приводит к их скачкообразному перескакиванию из одного положения в другое и замыканию или размыканию контактных электродов 2. Следует отметить, что в данном случае, также как и в предыдущих, для перехода ферромагнитного шарика 3 из одного положения в другое необходимо сместить точку с минимальным значением модуля магнитной индукции на расстояние большее, чем расстояние от этой точки до центра тяжести ферромагнитного щарика 3. Однако нет достаточно простой зависимости величины этого С1цещения от взаимного перемещения магнитов 4 и 5. Эта зависимость может быть определена путем довольно сложногорасчета либо с помощью эксперимента. Вариант переключателя на фиг. 7 содержит систему постоянных магнитов, которая состоит из двух магнитов, выполненных в виде колец и намагниче;нных диаметрально, и четыре баллона с контактными электродами и расположенными внутри них ферромагнитными шариками. Магниты 4 и 5 установлены с таким зазором между собой, что распределение модуля магнитной индукции вдоль продольной оси баллонов 1 имеет четыре минимальных и пять максимальных значений во всем диапазоне перемещения магнитов 4 и 5. В остальном этот вариант подобен предыдущему. Возможен вариант переключателя (фиг. 8), Содержащий систему постоянных магнитов, которая состоит из двух магнитов, выполненных в виде колец и намагниченных аксиально, и два баллона с контактными электродами и расположенными внутри них ферромагнитными щариками. Магниты 4 и 5 установлены с таким зазором между собой, что распределение модуля магнитной индукции вдоль продольной оси баллонов 1 имеет три минимальных и четыре максимальных значения во всем диапазоне перемещения магнитов 4 и 5. В остальном этот переключатель подобен переключателям по фиг. 6 и 7. Необходимо отметить, что поскольку системы постоянных магнитов, показанных на фиг. 7 и 8, осесимметричны, то точки с минимальным и максимальным значениями модуля магнитной индукции в объеме имеют форму не точек, а круговых линий с центром посередине зазора между магнитами 4 и 5 и осью вращения, совпадающей с осью вращения этих магнитов. При этом можно установить не четыре (фиг. 7) или два (фиг. 8) баллона, а значительно больше, располагая их по окружности. Следует отметить также, что на фиг. 1 - 8 показано схематическое изображение переключателя, здесь не показаны такие элемецты аналогичных устройств, как корпус основание переключателя, в котором должны размещаться баллоны 1 и который должен ограничивать перемещение магнитов 4 и 5 по заданной оси и в заданных пределах. Кроме того в переключателе по фиг. 6-8 необходимо обеспечить одновременное перемещение магнитов 4 и 5. Предлагаемый переключатель имеет расширенные функциональные возможности по сравнению с прототипом, поскольку он имеет самовозврат в исходное положение и может работать как кнопочный переключатель. Такое переключатель имеет простую конструкцию, технологичен в изготовлении и может быть выполнен миниатюрным, так как коммутирующее ферромагнитное тело нр требует предварительного намагничивания, т.е. оно выполняется из магнитомягкого материала. При коммутации цепи коммутирующее ферромагнитное тело движется скачкообразно, что обеспечивает высокую надежность и точность работы переключателя. Скачкообразное взаимодействие подвижного магнита и коммутирующего ферромагнитного тела создает,эффект «рывка, ощущаемый оператором при нажатии на кнопку. Конструкция переключателя позволяет выполнить баллон 1 маниатюрным и герметизированным, а контактные электроды 2, ртутносмоченными, что повышает стабильность и коммутационную способность переключателя.

5

s

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий баллон с контактными электродами, расположерное внутри баллона коммутирующее ферромагнитное тело, выполненное из предварительно ненамагниченного материала и имеющее возможность перемещаться только вдоль продольной оси баллона, систему постоянных магнитов с распределением модуля магнитной индукции вдоль продольной оси баллона в виде кривой с чередующимися максимальными и минимальными значениями, причем коммутирующее ферромагнитное тело расположено так, что центр его тяжести находится между точками минимального и одного из соседних максимальных значений модуля магнитной индукции, а баллон с контактными электродами выполнен так, что возможное перемещение коммутирующего ферромагнитного тела внутри баллона меньще, чем расстояние между точкой минимального и наиболее близко расположенной к ней точкой максимального значения модуля магнитной индукции, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, система постоянных магнитов включает по крайней мере два постоянных магнита, по крайней мере один из которых установлен с возможностью изменения своего положения относительно других постоянных магнитов, и выполнена так, что возможное перемещение постоянных магнитов друг относительно друга вызывает (Л смещение точки минимального значения модуля магнитной индукции в сторону центра тяжести коммутирующего ферромагнитного тела на расстояние большее, чем расстояние от точки минимального значения модуля магнитной индукции до центра тяжести коммутирующего ферромагнитного тела. to со

i

ФигЛ

f{

О