Бесконтактный клавишный перключатель Советский патент 1977 года по МПК H03K17/00 

(54) БЕСКОНТАКТНЫЙ КЛАВИШНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

1

Изобретение предназначено дпя использования в электронно-вычислительной технике, автоматике и других областях техники, где требуется высокая надежность коммутации, взрьшобезопасность, отсутствие вибрации

контактов (дребезга ).

Известны конструкции бесконтактных переключателей, в которых датчиками являются магниточувствительные полупроводниковые элементы, а воздействующим элементом - магнит. Эти датчики подключены к элек- тронным схемам, на выходе которых при изменении воздействующего магнитного поля на датчик возникает изменение напряжения или тока,т.е. происходит коммутация напря- женин или тока.

В известных конструкциях бесконтактных переключателей используется наиболее эффек тивная магнитная система -кольцевой магнит с зазором.

Недостатком этих устройств является наличие пружины возврата магнита и отсутствие быстродействия. Отсутствие быстродействия приводит к тому, что при выполнении простейпшго электронного ключа натра№

зисторе, вход которого подключен к магип точувствительному элементу, транзистор не может использоваться в пределылзгх режимах по коммутируемому току и напряжению.

Из известных бесконтактных перекиюча- телей наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является бескоитокт- ный переключатель, содержащий подвнж1п,й стержневой магнит, непосредственно связанный с клавишей, магнитопроводы, между ко.торьпи и размещен магниточувствительпый датчик, корпус, на котором разметены магни- топроводы,

i Переключатель работает следующим образом В одном из двух устойчивых положений магнита его полюса притянуты к магнигоп))О воду, образуя с ним замкнутую магнитную цепь. Магнитный поток п юходит, в основном через магниточувствительный элемент, нахо дяшийся в этой цепи. При переводе ма -нита в другое устойчивое состояние (этот переход совершается быстро - щелчком) образуется другая замкнутая магнитная депг., п к(торой может быть также размешен ar гмт точувствительный элемент. Однако в этом переключателе полюса магнита находятся на неизменном расстоянии друг от друга , и, следовательно, для создания замкнутой магнитной цепи длина магнитопровода должна быть по крайней ме- j ре соизмерима или больше расстояния межцу полюсами магнита, что приводит к потеРе магнитной энергии в магнитопроводе, уменьшению магнитного потока в нем, увели чению габаритов магнитной системы. Цель изобретения - уменьшение габаритов переключателя. Эта цель достигается тем, что в бесконтактном переключателе, содержащем корпус, магнит, магнитопроводы, между которыми расположен магниточувствительный элемент, клавишу, жестко связанную с магнитом, магнит выполнен в виде двух неполных полуколец, обращенных навстречу друг другу то) цами, являющимися полюсами противоположной полярности, одно из полуколец неподвижно закреплено в корпусе и на одном из его торцов лежит торед другого полукольца, ра. мешенного с возможностью перемещения по нар окной поверхности втулки, расположенной в пространстве, образуемом внутренними поверхностями полуколец, при этом свободный конец одного магнитопровода прилегает к участку, лежащему вблизи торца неподвиж- зо

ного магнита, а свободный конец другого магнитопровода - к участку вблизи противолежащего торцу неподвижного магнита торца подвижного магнита.

На фиг. 1 показана конструкция описываемого бесконтактного клавишного переключателя в одном из устойчивых положений, до переключения; на фиг. 2 - конструкция бесконтактного клавишного переключа- теля в другом устойчивом положении, после 40 переключения; на фиг. 3 - конструкция бесконтактного тумблера; на фиг. 4 - индукционное переключающее устройство. Бесконтактный клавишный переключатель содержит клавишу 1, жестко связанную с подвижным магнитом 2, выполненным в виде неполного полукольца, торцы которого противолежат торцам противоположной полярности неподвижного магнита 3, выполненного так виде неполного полуколь- so ца. В пространстве, образуемом внутренними поверхностями полуколец 2 и 3, размещена втулка 4, выполненная из немагнитного материала. Между направленными друг к другу концами магнитопроводов 5 и 6 рас- 55 положен магниточувствительный элемент 7, свободный конец магнитопровода 5 прилегает к участку, лежащему вблизи торца подвижного магнита 2, а свободный конец магнитопровода 6 прилегает к участку, ле- 60

сила трения покоя подвижного магнита, относительно втулки клавиша и подвижный магнит придут в движение.

С началом движения, с одной стороны, уменьшается сила трения и резко уменьшается сила притяжения между полюсами при отрыве их друг от друга, с другой стороны, увеличивается притяжение между другими полюсами, между которыми раньше был за- 45 жашему вблизи торца неподвижного магнита 3. Данная конструкция может быть использована для создания бесконтактного тумбпера (см. фиг. З), а также для создания бесконтактных индукционных переключателей (см. фиг. 4), где вместо магнитопроводов с магниточувствительным элементом используется магнитопроводящий сердечник 8 с катушкой 9, Переключатель работает следующим образом. Пусть исходное состояние бесконтактного клавишного переключателя такое, как изображено на фиг. 1. Тогда магнитный поток, создаваемый магнитом, образованным двумя неполными полу кольцами 2 и 3, с помощью магнитопроводов 5 и 6 подается к магниточувствитель- ному элементу (магниторезистору, датчику Холла, магнитодиоду и т.п.). В этом случае образована замкнутая магнитная цепь, магнитный поток в которой максимальный. Если к клавише 1, жестко связанной с подвижным магнитом 2, приложить силу в направлении его свободного движения, то при достижении силы большей, чем сила притяжения между соприкасающимися полюсами подвижного и неподвижного магнитов, плюс зор. В результате подвижный магнит и клавища переходят в новое устойчивое положение очень быстро - щелчком. Это положение показано на фиг. 2. В этом случае замкнутая магнитная цепь образована лишь частью магнита, находящегося между свободными концами магнито- проводов 5 и 6. Учитывая, что величина зазора между свободными концами магнитопроводов много меньше общей длины магнита. образованного двумя неполными полукольцами, магнитный поток, проходящий через маг ниточувствительный элемент 7, на фиг. 2 будет много меньше, чем в положении, показанном на фиг. Д. Изображенный на фиг. 3 бесконтактный тумблер на базе конструкции, показанной на фиг. 1 и 2, работает следующим образом. В одном из устойчивых положений, магнитный поток через один из магниточувствитепьиыл элементов максимальный, а через другой - минимальный.

При переключении магнитный поток в магниточувствительных элементах изменяется с минимального на максимальны и, и наоборот На фиг. 4 показано применение данной конструкции для создания бесконтактных индукционных переключателей, где вместо магнитопроводов с магниточувствительным элементом используется магннтопрс одяший серде ник 8 с катушкой 9.

Как известно,наведенная в каждом витке катушки ЭДС, равнаd4 /dfc , Чем быстрей происходит изменение магнитнохю потока, тем больше ЭДС.

Как уже сказано ранее, описываемая конструкция имеет релейную характеристику переключения, т.е. при приложении силы, меньшей, чем необходимо для срабатывания, клавиша не перемещается, а при силе, превышаюшей порог срабатывания, происходит быстрое переключение и, следовательно, быстрое изменение магнитного потока. Полученное напряжение с катушки может быть подано на ключевую схему, выполненную на тран- .зисторах, тиристорах и т.п.

Описываемая конструкция, обладая высоким быстродействием и малыми габаритами, обусловленными эффективным использованием магнитной энергии постоянных магнитов, может быть легко совместима с простейшими схемами электронных ключей, не требующих их усложнения триггерами, туннельными диодами и другими элементами, реализующими электронным способом быстродействие переклю чателей. Отсутствие пружины возврата увеличивает надежность и долговечность.

Формула изобретения

Бесконтактный клавишный переключатель, содержащий кортус, магнит, магнитопроводы, между которыми расположен по меньшей мере один магниточувствительный элемент, клавишу, жестко связанную с магнитом, отличающийся тем, что с целью уменьшения габаритов переключателя, он снабжен втулкой из немагнитного материала, магнит выполнен в виде двух неполных полуколец, обращенных навстречу друг другу торцами, являющимися полюсами противоположной полярности, одно из полуколец неподвижно закреплено в корпусе и на одном из его торцов лежит торец другого полукольца, размешенного с возможностью перемещения по наружной поверхности втулки, расположенной в пространстве, образуемом внутренними поверхностями полуколец, причем свободный конец одного магнитопровода прилегает к участку неподвижного ма1 нита вблизи его торца, а свободный конец другого магнитопровода - к участку вблизи противолежащего торцу неподвижного магнита торца подвижного магнита.