Коммутационное устройство в.и.яцКОВА Советский патент 1981 года по МПК H01H67/00 

Изобретение относится к электромеханическим коммутационным устройствам и аппаратам со сложным движением нажимного органа, выборочно и избирательно взаимодействующего с исполнительными элементами, расположенными на неподвижном основании, и может быть использовано в система автоматики, телемеханики и в телефонной связи, например для избирательного вызова телефонных аппаратов или для управления большим количеством мишенных электрических установок на общей двухпроводной линии связи.

11эвестно коммутационное устройство, в котором нажимной элемент, совершающий сложное движение, вэаимодействует с исполнительными элементами выборочно путем подачи управляющих сигналов по нескольким каналам управления, содержащее следящее устройство, например, в виде платы с неподвижными и подвижными контактами, имеющими кинематическую связь с валом привода, механизм сцепления, приводом которого является якорь электромагнита, а также электропривод с выходным валом 1.

Однако такое устройство нельзя использовать для выборочной и избирательной коммутации электрических цепей путем подачи управляющих сигналов в электропривод нажимного органа по двухпроводной, в том числе и по общей для нескольких таких устройств, линии связи.

Цель изобретения - расширение

0 функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в коммутационном устройстве якорь электромагнита установлен на выходном валу электропривода со5осно с нажимным элементом, имеет двте степени свободы относительно негчэ и связан через возвратную пружину с неподвижным основанием. Механизм сцепления содержит диск с tia0scUi4H, выполненными на одинаковом расстоянии друг от друга, равном шагу поворота выходного вала, на котором он закреплен, постоянный магнит, фиксатор в виде подпружиненного

5 рычага, соединенного с якорем, и кольцо с прорезью, которое закреплено на неподвижном основании и свободно охватывает диск с плоскости его вращения, при этом подпружинен0 ;ный рычаг установлен с возможностью

введения его в паз диска через прорезь кольца, напротив которого установлен постоянный магнит. Кроме того, коммутационное устройство снабжено кодовым кольцом, штифтом и втулкой, а нажимной элемент выполнен в виде штока и закреплен на центральной части якоря, при этом втулка установлена на кодовом кольце, которое закреплено на электромагните с возможностью соосного вращения вокруг якоря, а штифт установлен с возможностью введения его во втулку

На фиг. 1 изображен один из вариантов исполнения предлагаемого устройства, общий вид, без разреза электропривода; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, с двумя местными разрезами диска на фиг. 3 - другой вариант исполнения устройства, общи вил, с местным разрезом электромагнита и без разреза электропривода; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - то же, что и на фиг.З, но якорь повернут на от исходного положения и удержвиается силами включенного электромагнита, а штифт не совпадает со втулкой на кодовом кольце, что препятствует включению исполнительных контактов; на фиг. б - функциональная электрическая схема управления несколькими коммутационными устройствами по двухпроводной линии связи, поясняющая принцип избирательного подключения исполнительных механизмов; на фиг . 7 - то же, по трехпроводной линии связи; на фиг. 8 - то же, с использованием нескольких управляющих каналов.

Коммутационное устройство состоит из контактной системы с выборочным (фиг. 1 и 2) и с избирательным (фиг. 3-5) включением исполнительных контактов 1 и 2, которые закреплены на основании3 и приводятся во взаимодействие нажимным элементом 4. Нажимной элемент 4 закреплен на якоре 5 электромагнита 6 и может быть выполнен в виде Штока (фиг. 3 и 5) или в виде рычага на штоке (фиг. 1). Контакты 1 и 2 образуют контактную группу. Количество контактных групп и контактов в группе в одном устройстве определяется необходимостью или областью использования устройства и может быть от одной группы (фиг.З5) до нескольких десятков групп (фиг, 1 и 2). При наличии нескольки групп исполнительных контактов 1 и 2 они монтируются по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга, равном шагу поворота нгйсимного элемента 4 (фиг. 1 и 2).

Якорь 5, выполненный цилиндрическим и круглым, расположен внутр и электромагнита 6 солиноидного типа и установлен на выходном валу 7

электропривода § центрально к расположенным на основании контактам 1 и 2, и имея две степени свободы, может перемещаться вдоль и вокруг вала 7, осуществляя избирательное или выборочное воздействие нажимным элементом 4 на контакты 1 и 2. Возвратная пружина 9 является общей как для якоря, так и для нажимного элемента, поэтому якорь 5 связан н через пружину 9 с неподвижным основанием, т.е. один конец пружины связан с якорем, а другой конец с корпусом электромагнита. Это позволяет снимать и скручивать возвратную пружину только через якорь, который, являясь общим звеном как для механизма сцепления, так и для нажимного элемента 4, одновременно управляет нажимным элементом и сцеплением во взаимосвязи с работой электромагнита 6 и электропривода 8

В зависимости от области применения устройства в качестве -электропривода можно использовать-, электродвигатель непрерывного действия с редуктором, или шаговый двигатель с механической связью между ротором (якорем) и выходным валом. Механизм сцепления предназначен для механического сцепления нажимного элемента 4 через якорь 5 с валом 7 электропривода 8 только в плоскости вращения при выведенном из электромагнита 6 якоре (фиг. 1-4) и для их рассцепления при втянутом в электромагнит якоре (фиг. 5). При этом сцепление нажимного элемента 4 с валом 7 осуществляется в определенной (исходной) позиции нажимного элемента, из которой начинается вращение нажимного элемента 4 электроприводом 8 после обесточивания электромагнита б.

Для выполнения этого назначения механизм сцепления имеет диск 10, который закреплен на валу 7 по периметру на одинаковом расстоянии друг от друга, равном шагу поворота вала 7, пазы 11 под фиксатор, который выполнен в виде рычага 12 на якоре 5 с пружиной 13 и с осью 14 вращения, а в плоскости вращения диск 10 свободно ох-вачен кольцом 15 с прорезью 16. Кольцо 15 закреплено на неподвижной части основания 3 так, чт в исходной позиции нажимного элемента 4 рычаг 12 находится в пазу 11 диска 10 против прорези 16 кольца 15, где фиксируется от выхода из паза действием постоянного магнита 17, причем пружина 13 деформируется силой взаимодействия постоянного магнита с ферромагнитным рычагом 12. Фиксацию рычага 12 в пазу диска можно осуществлять и без применения специального магнита 17, для чего достаточно иметь магнитный диск 10.

Рычаг .12 может быть закреплен на якоре 5, без оси 14 и пружины 13. Для этого рычаг достаточно выполнить в виде пластинчатой npv жины так, чтобы прогиб ее осуществлялся только в плоскости п ворота рычага (на чертеже не пказано) . Рычаг 12 на оси 14 может вращаться либо в плоскости, параллельной плоскости диска (фиг.1 и 2), либо в плоскости радиальной диску (фиг. 3-5). Для ограничения поворота якоря 5.и фиксации его в исходной позиции в прорези 16 кольц 15 установлен упор 16, который може быть закреплен на основании 3 (фиг. 3-5) либо на кольце 15 (фиг. 1 и 2) Упор 18 выполнен в виде дуги и является продолжением кольца, что способствует лучшему вводу рычага 12 при взаимодействии его с магнитом 17. При взаимодействии нажимного элемента 4 с исполнительными контактами 1 и 2 необходима его фиксация от увода з.акрученной возвратной пружиной 9 при втянутом якоре 5 в электромагнит 6. С этой целью на якоре 5 закрепляют направляющий штифт 19, а на основании 3 (фиг. 1 и 2) делают отверстия 20.

С целью использования коммут-ационного устройства в избирательных системах с общим управляющим каналом, где требуется осуществлять избирательное подключение лишь одного объекта с применением одной пары исполнительных контактов 1 и 2 отпадает необходимость в наличии большого числа контактов. В таком случае пара исполнительных контактов 1 и 2 может быть установлена центрально к нажимному элементу 4 (фиг. 3-5), а избирательность их включения достигается наличием кодового кольца 21, установленного соосно якорю, например на корпусе электромагнита 6, с возможностью его вращения вокруг корпуса. В этом случае нажимной элемент 4 воздействует на исполнительные контакты 1 и 2 в зависимости от угл-а поворота кодбвого кольца 21 с закрепленной на нем втулкой 22, т.е. нажимной орган 4 избирательно воздействует на исполнительные контакты 1 и 2 и реагирует на перестановочный код кольца. Для установки необходимого кода (шифра) втулка 22 путем поворота кодового кольца 21 вокруг корпуса электромагнита 6 удаляется от штифта 19 на угол, равный числу шагов поворота выходного вала 7 с диском 10, либо на угол, который отрабатывается электроприводом 8 за определенный интервал времени. После необходимого поворота кодового кольца 21 (т.е. при установке шифра) она фиксируется от смещения, например.

,с помощью винтов 23. Наличием кодового кольца 21 с втулкой достигается либо возможность избирательного взаимодействия нажимного элемента 4 с контактами 1 и 2, либо запрет этого взаимодействия.

Если штифт 19 после обработки определенного угла поворота электроприводом 8 совпадает с отверстием втулки 22, что возможно лишь в единственном случае, то взаимодей0ствие нажимного элемента 4 с исполнительными контактами 1 и 2 обеспечивается при включении электромагнита 6. Кодовое кольцо 21 снабжено шкалой 24 с делениями 25, а на кор5пусе электромагнита 6 установлен указатель 26.

В коммутационном устройстве, кроме избирательных исполн-ительных контактов 1 и 2, могут устанавли0ваться вспомогательные группы контактов. Количество таких групп зависит от области использования устройства, В приведенном примере (фиг. 1) и на электрической схеме (фиг. 8) показано, что каждая кон5тактная группа имеет подвижный контакт 27, один неподвижный замыкающий контакт 28 и неподвижный размыкающий контакт 29.

Устройство может иметь и другие

0 варианты исполнения. Например, в качестве вспомогательных контактов можно использовать магнитоуправляемне герконы (фиг. 8), а в качестве исполнительных элементов - кнопочные

5 выключатели, осуществляющие переключение исполнительных контактов с позиции на позицию путем механического воздействия нажимного элемента на кнопку выключателя.

0 Для переключения герконов постоянный магнит можно закреплять на якоре 5 по аналогии нажимного элемента (фиг,1). На фиг. 3-5 вспомогательные контакты не показаны, но они могут быть установлены на

5 кодовом кольце 21 с возможностью перемещения их вместе со втулкой 22 при установке шифра. Наличие вспомогательных контактов на кодовом кольце 21 или на основании 3 позво0ляет использовать устройство в качестве программного реле, реле счета импульсов и реле времени.

Электрические схемы (фиг. 6-8) являются ВОЗМОЖНЕ04И вариантами схем

5 управления коммутационным устройством и служат для иллюстрации избирательной и выборочной коммутации электрических цепей исполнительных механизмов,

Общим управляющим каналам 30 (фиг. 6), образующим двухпроводную линию связи, подключено несколько коммутационных устройств (КУ), Все .электроприводы 8 подключены через диоды 31, а все электромагниты 6 через диоды 32, К общим управляющим каналам подключают одно или нескол ко управляющ11х устройств (УУ) . Для избирательного подключения к общим кангшам 30 любого исполнительного механизма 33 управляющее устройство (УУ) можно подключать на любом участке линии. Для взаимноизбирател ной связи, например для взаимноизби рательного вызова телефонных аппара тов, необходимо в каждом пункте, где установлен коммутатор, иметь свое управляющее устройство (УУ), (Максимальное число подключаемых исполнительных механизмов 33 ограничивается количеством шагов-диска за о;с1ин оборот или числом пазов в диске. Управляющим устройством в простейшем случае может быть телефонный номеронабиратель с ключом 34, подключенный последовательно к источни-ку 35 питания через переключатель 36., К управляющему каналу 30 можно подк-ягючать устройства по первому и второму вариантам исполнения. Коммутационные устройства (КУ) по;цкЛючены к трехпроводной линии связи (фиг. 7) , где к одному управляющему каналу 30 подключены все электроприводы 8, а к другому каналу - все электромагниты 6. Исполнительные механизмы 33 избирательно подключаются к общему каналу 30 свя зи контакты 1 и 2, Использование трехпроводной линии позволяет примейеять управляющие сигналы как постоянного, так и переменного тока. Электрическая схема (фй-г. 8) ком мутационного устройства представле с мнсфееством управляющих каналов ЗОс, шййгорые ,лючены к подвижным вспомогательным контактам 27 герконов (Г), Управляющие каналы переключаются переключателем 36. Нажимной магнитный элемент 4 последовательно переключает вспомогатель ные контакты 27-29 и выборочно коммутирует контакты 1 и 2 в завис-имости от установки переключателя 36. Устройство может работать как реле счета импульсов, реле времени или программное реле в зависимости от применяемого типа электропривояа и управляющих сигналов. Данная электрическая схема может ,э О ват вся вГ качестве устройс т уг5 авзйьвя гя (УУ) для исполнительных М1в д1ПФ9Мов по трехпроводной линии связи (фиг. 7). В качестве примера работы комму тационвого устройства с электропри во-дом дискретного действия можно иеяользовать конкретную электрическую схему (фиг. 6). При подключении устройства по фиг. 1 и 2 к управляю лвму к-аналу 30 к определенной груп пе контактов 1 и 2 подключают истолнительные механизмы 33. Каждой руппе контактов соответствует вой исгтолнительный механизм, прием вспомогательные группы контаков не используются. При использовании коммутационных устройств (фиг. 3-5) перед включением их в бщий канал 30 связи (фиг. 6) необходимо для каждого из них установить свой шифр. Лучше всего его установить в соответствии с порядковЕлм номером удаления исполнительных механизмов 33 от управляющего устройства (УУ). Тогда в первом коммутационном устройстве (КУ-) кодовое кольцо 21 поворачивают вместе с втулкой 22 вокруг электромагнита 6 на одно деление 25 относительно указателя 26, что будет соответствовать смещению втулки 22 относительно штифта 19 на один шаг поворота от исходной его позиции. Фиксатором 33 закрепляют кодовое кольцо 21 в этом положении. Во втором коммутационно устройстве (КУ) кодовое кольцо 21 поворачивают на два деления и- также фиксируют винтом 33. Втулка 22 в этом устройстве будет смещена относительно штифта 19 на два шага и т.д. Таким образом, в п-ном устройстве кодовое кольцо 21 поворачивается так, что втулка 22 смещается от штифта 19 на п шагов и каждому коммутационному устройству (КУ) задается свой шифр (код). Для включения п-ного исполнительного механизма 33 подают с помощью ключа 34 через переключатель 36 п-ное число положительных импульсов постоянного тока в общую линию связи (по каналу 38), которые через диоды 31 поступают во все электроприводы 8. Электропривод 8 поворачивает на п шагов выходным валом 7 диск 10, который передает это вращение на якорь 5 через рычаг 12 и ось 14. Якорь 5 вместе со штифтом 19 поворачивается на п шагов и закручивает пружину 9. После первого шага поворота диска 10 рычаг 12 отходит внутри кольца 15 от прорези 16, отчего взаимодействие магнитных сил рычага 12 и магнита 17 уменьшается. Рычаг 12 под действием пружины КЗ лишь поджимается к внутренней поверхности кольца 15 и не может выйти из зацепления (паза 11) диска 10. От посланных п импульсов якорь 5 поворачиваетсятак, что штифт 19 совпадает с втулкой 22 только в том устройстве (КУ), в котором она быпа смещена кодовым кольцом 2i от исходного положения штифта 19 на п шагов. Для включения контактов 1 и 2 переключателем 36 меняют полярность источника питания, т.е. подают в

канал 30 сигнал отрицательной полярности, который поступает одновременно во все электромагниты 6. Одновременно во всёх коммутационных устройствах (КУ) якорь втягивается в электромагнит б, пружина 9сжимается, однако только в п-ном устройстве (КУ) штифт 19 совпадает с отверстием втулки 22, якорь 5 полностью тянется в электромагнит и нажимной элемент 4 замыкает контакты 1 и 2. В остальных коммутационных устройствах (.КУ) штифт 19 не совпадает с отверстием втулки 22 (фиг. 5) и при втягивании якоря

5в электромагнит 6 штифт 19 упирается в плоскость кодового кольца 21, чем. ограничиваются смещения якоря и нажимного элемента 4 в сто.рону контактов 1 и 2, отчего контакты не замкнуты.

К источнику 35 питания избирательно подключается только п-ный исполнительный механизм 33. Некоторое возвыиение втулки 22 над плоскостью кодового кольца 21 устраняет случайное совмещение штифта 19 с отверстием втулки. При всех случаях включения электромагнита 6 якорь 5 смещается вдоль вала 7 на такую величину, при которой рычаг 12 выходит из плоскости кольца и пружиной 13 переводится из внутренней области кольца- во внешнюю область (фиг. 5). При обесточивании электромагнита 6 якорь (во всех устройствах КУ) под действием пружины 9 смещается сначала вдоль вала 7 до выхода штифта 19 из втулки 22, а затем и вокруг вала 7 в исходную .позицию вместе с нажимнь1М элементом 4 и рычагом 12, который скользит по наружной части кольца и в област прорези, где под действием сил постоянного магнита 17 вновь вводится в другой паз 11 диска 10, а контакт 1 и 2 размыкается. Если вместо контактов 1 и 2 устанавливаются кнопочные выключатели, то при обесточивании электромагнита

6его контакты остаются замкнутьй и. Для их размыкания повторяют управление вышеописанным образом. Нажимной элемент 4 вторично нажимает на кнопку выключателя и цепь исполнительных механизмов размыкается,

В качестве примера использования устройства с электроприводом непрерывного действия можно использовать электрические схемы, приведенные на.фиг. 7 и 8.

С помЬщью переключателя 36 (фиг, 8) в один из управляющих каналов 30 подают электрический сигнгш, который через замкнутые контакты 27 и 29 поступает в электропривод 8, Электропривод поворачивает нажимной элемент 4 вокруг вала 7 до сближения его с контактом 27, через который проходит управляющий сигнал к электроприводу. При сближении с контактом 27 механической или магнитной силой, если использованы герконы (Г), нажимной элемент переключает контакт 27 на контакт 28, отключая электропривод В и включая электромагнит 6. Якорь 5 вытягивается в электромагнит, а штифт 19 вхсэдит в одно из отверстий 20 основания 3 и удерживает якорь от вращения пру10жиной 9, Рычаг .12 выходит из зацепления с диском и из плоскости кольца 15, Пружиной 13 рычаг 12 перебрасывается во внешнюю часть кольца, а нажимной элемент 4 выборочно

15 нажимает на контакты 1 и 2, При снятии сигнала управления с вЪбранного канала 30 электромагнит обесточивается и якорь 5 вместе с установленными на нем элементами возвраща0ется в исходное положение под дейст ием пружины .9, после чего устройство вновь готово к работе.

При использовании синхронного двигателя с редуктором для механического замедления вращения электро5привода (фиг. 3-5) для избирательной коммутации электрических цепей (фиг. 7) исполнительных механизмов 33 можно использовать кодовое кольцо 21 со втулкой 22 для установки

0 шифра не по количеству импульсов, а по времени. Так как синхронизация во всех коммутационных устройствах обеспечивается применением синхронных двигателей и началом отсчета

5 времени при повороте якоря от исходного положения, то определенному углу поворота кодового кольца 21 вокург корпуса электромагнита 6 от начала отсчета соответствует строго

0 определенное время работы электропривода, при котором штифт 19 выводится электроприводом 8 против втулки 22.

Таким образом, установив в различных КУ кодовое кольцо на необходимый

5 угол, задают шифр по времени. При подаче ущэавляющего сигнала в канал 30, к которому подключены синхронные электродвигатели всех коммутационных устройств, одновременно начина0ется их синхронное вращение вместе с.якорем. 5, По истечении заданного времени с управляющего устройства (УУ) осуществляется переключение сигнала управления в другой канал

5 30, к которому подключены электромагниты 6, В том коммутационном устройстве, в котором по истечении заданного времени штифт 19 совпадает с отверстием втулки 22, при включении электромагнита 6 происходит

О полное смещение якоря вместе с нажимньш элементом 4 вдоль вала 7 и осуществляется избирательное подключение контактами 1 и 2 нужного исполнительного механизма 33 в задан5Гное время, например, к источнику питания, который в приведенном примере является общим для всех устройств и подключен к тому же каналу 30. Далее весь процесс .работы устройства повторяется. Предлагаемое коммутационное устройство мбжет использоваться как реле времени, реле счета импульсов, программное реле и избирательное коммутационное устройство. Формула изобретения 1. Коммутационное устройство, со держащее неподвижное основание с исполнительными элементами, нажимно элемент с возвратной пружиной, механизм сцепления, приводом которого является якорь электромагнита, и электропривод с выходным валом,о т личающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, якорь электромагнита установлен на выходном валу электр привода СООСН.О с нажимным элементо имеет две степени свободы относительно него и связан через возврат пружину с неподвижным основанием. 2. Коммутационное устройство по п. 1, отличающееся тем что механизм сцепления содержит диск с пазами, выполненными на одинаковом расстоянии друг от друга, равном шагу поворота выходного вала, на котором он закреплен, постоянный магнит, фиксатор в виде подпружиненного рычага, соединенного с якорем, и кольцо с прорезью, которое закреплено на неподвижном основании и свободно охватывает диск в плоскости его вращения, при этом подпружиненный рычаг установлен с возможностью введения его в паз диска через прорезь кольца, напротив которого установлен постоянный магнит. 3. Коммутационное устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено кодовым кольцом, штифтом и втулкой, а нажимной элемент выполнен в виде штока и закреплен на центральной части якоря, при этом втулка установлена на кодовом кольце, которое закреплено на электромагните с возможностью соосного вращения вокруг якоря, а штифт установлен с возможностью введения его во втулку. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 481949, кл. Н 01 Н 63/02, 1972.

(Риг. г

УУ

ХУ &.

КУ 33

(риг. 7

1 - 2

1 1 ,

Г