Коммутатор Советский патент 1984 года по МПК H01H29/00 

Изобретение относится к жидкостным коммутационным аппаратам и может быть использовано в качестве многопозиционного коммутационного изделия в измерительновычислительных комплексах для программной коммутации электрических цепей. Известен жидкометаллический контактный узел, содержащий электроды в виде вращающегося кольца или диска и неподвижного кольца, межэлектродный объем между которыми заполнен эластичным пористым материалом пропитанным жидким металлом I. Недостатком указанного устройства сострит в том, что в нем возможны процессионные колебания дискового подвижного электрода, из-за которых нарушается равномерность проводимости межэлектродного объема. Известен также коммутатор, содержащий цилиндрический корпус, в котором расположены кольцевой статор и ротор с контактными площадками, рабочие поверхности которых покрыты рабочей жидкостью, причем ротор выполнен в виде немагнитного диска с расположенным на нем магнитопроводом 2. Однакб недостатками известного устройства являются прецессионные колебания диска ротора относительно статора коммутатора, в результате чего понижается стабильность контактного сопротивления и виброустойчивость коммутатора. Цель изобретения - повыщение стабильности контактного сопротивления и виброустойчивости коммутатора. Поставленная цель достигается тем, что коммутатор, содержащий цилиндрический корпус, в котором расположены кольцевой статор и ротор с контактными площадками, рабочие поверхности которых покрыты рабочей жидкостью, причем ротор выполнен в виде немагнитного диска с расположенным на нем магнитопроводом, снабжен направляющими ротор опорными элементами, расположенными у его краев и установленными с возможностью перемещения относительно ротора и статора при смещении последних относительно друг друга. Опорные элементы выполнены в виде жидких полукапель и/или твердых тел вращения, причем часть их является контактдеталями коммутатора. При этом опорные элементы распределены равномерно осесимметрично коаксиальными рядами. Опорные элемент,1 могут быть распределены равномерно осесимметрично в углублениях статора и ротора. Кроме того, опорные элементы могут быть расположены в углублениях статора и ротора. На фиг. 1 изображен коммутатор, разрез, эбнхий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; га фиг. 3 - один из вариантов выполнения коммутатора в разрезе; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - ротор коммутатора; на фиг. 6 и 7 - варианты сопряжения ротора и статора коммутатора посредством твердотельных опорных элементов. Коммутатор (фиг. ) содержит статор и ротор. Статор (фиг. 2) содержит плоский кольцевой магнитоп 5овод, который выполнен из пластинчатых сегментов 1, размещенных в магнитном диэлектрическом основаНИИ 2 статора коммутатора. Сегменты 1 являются одновременно элементами контактной системы статора. Участки сегментов 1, находящиеся с наружной стороны основания 2, являются внешними токовводами контактной системы, коммутатора. Участки 3 сегментов 1,. находящиеся внутри основания 2 и обращенные к ротору 4, представляют собой контактные электроды, рабочая поверхность которых выравнена с поверхностью полости 5 основания 2 и имеет ггримерно квадратную форму. На участках 3 сегментов 1 размещены полукапельки 6 электропроводной рабочей жидкости (например ртути), не смачивающей диэлектрическ1.-й субстрат основания 2 и ротора 4. Основание 2 снабжено крыщками 7 и 8 (предпочтительно немагнитными), которые могут быть выполнены из диэлектрического и электропроводного материала (крышки могут также являться элемента.ми контактной системы статора коммутатора и иметь п;1он1адкп, смоченные рабочей жидкостьро). Ротор 4, размещенный в полости 5 основания 2 статора коммутатора с зазорами капиллярных размеров (предпочтительно 10--20 мкм), трехслойный и содержит утопленные в его теле магнитопровод 9 и контакт-детали К), рабочая поверхность которых выравнена с. поверхностью диска ротора 4, причем рабочая поверхность контакт-деталей 10 смочена рабочей жидкостью и взаимодействует с участками 3 посредством контактных мостиков, образованных за счет соответствующих полукапелек 6 силами когезии рабочей жидкости. Кроме того, диск ротора 4 снабжен полукапельками II и 12 рабочей жидкости, фиксированно сцепленными с соответствующими металлическими участка.ми, расположенными у краев (кромок) диска, на боковой и торцовой поверхностях ротора 4. Полукапельки II и 12, а также полукапельки 6, взаимодействующие с боковой поверхностью ретора, за исключением взаимодействующих с рабочей поверхностью контакт-деталей 10, являются направляющими ротор опорными элементами, установленными с возможностью перемещения (переката) относительно ротора и статора коммутатора при смещении последних относительно друг друга. Полукапельки 6, 11 и 12, а также другие элементы-ротора распределены осесимметрично (сбалансированно) по массе периметрам скрепления и взаиморас гюложению их на элементах коммутатора. Масса полуканелек Bi i6paiia такой, чтс) они находятся в прижатом состоянии поверхносг ными силами к фобизирующим рабоПю жил кость участкам иоверхностей статора и ротора коммутатора. Г1оэтому они обеспечивают центрирование (равномерность зазора) ротора 4 в полости 5. В другом варианте коммутатора (фиг. 3 и 4) сегменты I выполнены в виде цилиндрических сердечников, расположенных но кругу коаксиально оси основания 2 (выполняющего одновременно функции крышки 7 предыдущей конструкции статора коммутатора), обхваченного металлическим кольцом 13. облегчающим соедир)ение крьилки 8 с основанием 2. Крышка 8 коммутатора выполнена в виде чащки (колпачка), герметизирующей образованную между основанием 2 с кольцом 13 и крышкой полость 5, в которой расположен ротор 4. Ротор 4 (фиг. 5) центрирован в полости 5 направляющими его опорными элементами, которыми, как и в предыдущем варианте конструкции (фиг. 1 и 2), являются полукапельки 6, 11 и 12. Возможны варианты, в которых нолукапельки 1 и 12 могут быть фиксированно сцеплены не с диском ротора, а со статором, а магнитопровод 9 ротора выполнен многополюсным, причем из магнитомягкого и магнитотвердого материала. Возможны и другие варианты выполнения конструкции коммутатора. Особенно это касается опорных элементов, направляющих ротор 4, которые могут быть выполнены не только в виде жидких, но также и в виде твердых тел вращения. Например, у кромки диска ротора 4 и в стеиках полости 5 статора могут быть выполнены выемки (углубления) 14 и 15 (фиг. 6) под твердые элементы 16 - шарики и ролики, зажатые между соответствующими элементами конструкции ротора и статора коммутатора, смоченные рабочей жидкостью и введенные при необходи- мости в контакт с контакт-деталями 10. В случае кольцевых выемок 14, опорные элементы 16 могут быть установлены в них последовательным рядом. Для вариантов многопозиционных коммутаторов с многоцелевыми, многонаправленными контактными полями выемки 14 и 15 для опорных элементов 16, используемых одновременно в качестве раздельных промежуточных мостиковых контакт-деталей, взаимодействующих с токосъемными (щеточными) контакт-деталями 17 (фиг. 7) основания 2 целесообразно выполнять гнездовыми. Возможны варианты коммутатора, в которых многие (за исключением магнитопровода ротора) металлические детали выполнены из немагнитного материала и часть опорных элементов не :мочена рабочей жидкость.ю. К()ммутато|) лейстнует c.ic.TyKiiuMM образом. В исхожгом состоянии коммугатора безосный ротор 4 покоится на направляющих его 01К))Р1ЫХ элементах (жидких полукапельках б, 11, 12 и твердых 16). Фиксяцин его ио.чожер)ия в ио.Юсти 5 обеспечена си.чами капиллярной природы поверхностной энергии рабочей жидкости и углом смачивания ею поверх Ч)стей элементов коммутатора. В частности, угловое положение ротора 4 фиксировано в основном силами, действующими в контактных мостиках между ротором 4 и участками 3 сегментов 1 статора. При необходимости фиксация ротора может быть дополнительно усилена за счет сил магнитного взаимодействия магнитопровода 9 с магнитными элементами статора (сегментами 1) и приводами (не показано) коммутатора, особенно при сообн1ении им ре.ма1гентных свойств. Изменение устойчивого углово i положения ротора 4 коммутатора осршвано на общеизвестных принципах действия шаговых двигателей, т.е. на дискретном изменении состояний магнитного либо электромагнитно го поля в зазоре между сегментами магнитопровода статора и магнитопровода ротора посредством механического перемещения постоянных магнитов, либо возбуждения электрическим током соответствующих обмоток управления, магнитосвязываемых с сегментами 1 статора (не показано). При перемагничивании сегментов 1 статора магнитопровод 9 под действием синхронизирующего момента поворачивает на niar ротор 4, осуществляя тем самым размыкание одних и замыкание других полукапелек 6 с рабочими поверхностями контакт-деталей 10 ротора (в зависимости от их формы и места расположения). При снятии и отсутствии управляющего сигнала (воздействия) коммутатор запоминает конечные координаты дискретного состояния ротора 4. Преимущества изобретения по сравнению с прототипом заключаются в повышении стабильности контактного сопротивления и надежности работы коммутатора (виброудароустойчивости) путем более жест кой фиксации ротора в полости статора, уменьшения массы и габаритов как ротора, гак и коммутатора в |елом. Концентрация магнитного потока позволяет повысить чувствительность и точность позиционирования ротора. Конструкция коммутатора более технологична, так как позволяет применять как двигательный, так и ручной привод, отделять от них герметизированную часть коммутатора, а также использовать любой диэлектрический субстрат (стек.40. керамику, полимер).

i Д

фц. 2.

5

1. КОММУТАТОР, содержащий цилиндрический корпус, в котором расположены кольцевой статор и ротор с контактными площадками, рабочие поверхности которых покрыты рабочей жидкостью, пр.ччем ротор выполнен в виде немагнитного диска с расположенным на нем магнитопроводом, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности,контактного сопротивления и виброустойчивости коммутатора, он снабжен направляющими ротор опорными элементами, расположенными у его краев и установленными с возможностью перемещения относительно ротора и статора при смещении последних относительно друг друга. 2.Коммутатор по п. 1, отличающийся тем, что опорные элементы выполнены в виде жестких полукапель и/или твердых тел вращения, причем часть их является контакт деталями коммутатора. 3.Коммутатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что опорные элементы распределены раЕшомерно осесимметриппо коаксиальными рядами. 4.Коммутатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что опорные элементы распределены i равномерно осесимметрично в углублениях статора и ротора. (Л 5.Коммутатор по im. 1, 2 и 3, отличающийся те.м, что опорные элементы распело жены в углублениях статора и ротора. 11 о -vi О5 СО l fpiji.f 12

(Риг. 7