Путевой выключатель
Использование: электротехника, предназначено для коммутации исполнительных цепей постоянного тока по сигналам, выдаваемым в момент достижения контролируемым перемещающимся элементом заданного положения. Сущность изобретения: путевой выключатель содержит корпус с немагнитным плоским участком и размещенные, например, в корпусе источник управляющего напряжения постоянного тока на кремниевом стабилитроне, транзистор, первый и второй резисторы, первый и второй основные герконы и первый и второй дополнительные герконы. Путевой выключатель снабжен также основным и дополнительным подвижными управляющими магнитами. Герконы собраны в плоский прямоугольный пакет и размещены на поверхности плоского немагнитного участка, обращенной внутрь корпуса выключателя. Основной управляющий магнит перемещается вдоль контакт-деталей герконов, вызывая их одновременное срабатывание или отпускание. Направление перемещения дополнительного магнита перпендикулярно контакт-деталям герконов или продольной оси баллонов герконов. Перемещение дополнительного магнита приводит к поочередному срабатыванию или отпусканию контактов герконов. Оси намагничивания основного и дополнительного магнитов параллельны продольной оси герконов. Дополнительный магнит используется при контроле исправности герконов и технического состояния путевого выключателя. 1 табл., 6 ил.
Изобретение относится к электротехнике, а точнее к путевым выключателям и предназначено для коммутации исполнительных цепей постоянного тока по сигналам, выдаваемым в момент достижении контролируемым перемещающимся элементом заданного положения. Известен путевой выключатель, содержащий подвижное управляющее тело, корпус с немагнитным участком и геркон. Недостатком этого выключателя является низкая надежность работы в связи с характерным для механических контактов наличием единичных самоустраняющихся при последующих включениях отказов (сбоев) при замыкании и размыкании контактов геркона и хрупкостью стеклянного баллона, что препятствует применению этого выключателя в ответственных узлах и агрегатах, например, в системах уборки и выпуска шасси и механизации крыла летательных аппаратов. Наиболее близким к предложенному является выключатель, содержащий основной подвижной управляющий магнит, корпус с немагнитным плоским участком, источник управляющего напряжения постоянного тока, транзистор, первый и второй резисторы, первый основной геркон и второй основной геркон, первый вывод которого подключен к одному из выводов источника управляющего напряжения, другой вывод этого источника соединен с эмиттером транзистора, база которого соединена с первым выводом первого резистора, а коллектор транзистора подключен к выходу путевого выключателя, связанному с одним из выводов нагрузки, другой вывод которой подключен к первому выводу источника питания постоянного тока, при этом контакт-детали герконов расположены вдоль направления движения основного магнита. Недостатком этого выключателя также, как и у аналога, является низкая надежность работы в связи с характерным для механических контактов наличием единичных самоустраняющихся при последующих включениях отказов (сбоев) при замыкании и размыкании контактов герконов и хрупкостью стеклянного баллона герконов. Другим недостатком этого путевого выключателя является его низкая контролепригодность, т.к. для контроля работоспособности герконов и выявления отказавшего геркона необходимо введение в его схему дополнительных отводов и клемм, что также снижает надежность работы выключателя. Указанные недостатки ухудшают эксплуатационные характеристики путевого выключателя, что препятствует его применению в ответственных узлах и агрегатах, например, в системах уборки и выпуска шасси и механизации крыла летательных аппаратов. Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик путевого выключателя за счет повышения надежности работы и контролепригодности. Указанная цель достигается тем, что путевой выключатель, содержащий основной подвижной управляющий магнит, корпус с немагнитным плоским участком, источник управляющего напряжения постоянного тока, транзистор, первый и второй резисторы, первый основной геркон и второй основной геркон, первый вывод которого подключен к одному из выводов источника управляющего напряжения, другой вывод этого источника соединен с эмиттером транзистора, база которого соединена с первым выводом первого резистора, а коллектор транзистора подключен к выходу путевого выключателя, связанному с одним из выводов нагрузки, другой вывод которой подключен к первому выводу источника питания постоянного тока, при этом контакт-детали герконов расположены вдоль направления движения основного магнита, снабжен дополнительным подвижным управляющим магнитом и первым и вторым дополнительными герконами, первые выводы которых соединены вместе и подключены к соединенным между собой базе транзистора и первому выводу первого резистора, второй вывод первого дополнительного геркона соединен с первым выводом первого основного геркона, второй вывод которого и первый вывод второго резистора подключены к соединенным между собой первому выводу источника управляющего напряжения и первому выводу источника управляющего напряжения и первому выводу второго основного геркона, а второй вывод второго дополнительного геркона соединен с вторым выводом второго основного геркона, второй вывод первого резистора подключен к соединенным между собой эмиттеру транзистора и второму выводу источника управляющего напряжения, которые подключены к первому выводу на входе путевого выключателя, соединенному с вторым выводом источника питания постоянного тока, второй вывод второго резистора подключен к второму выводу на входе путевого выключателя, соединенному с первым выводом источника питания постоянного тока, герконы размещены параллельно друг другу в форме плоского прямоугольного пакета, расположенного на поверхности плоского немагнитного участка, обращенной внутрь корпуса выключателя, причем контакт-детали основных и дополнительных герконов расположены перпендикулярно направлению движения дополнительного магнита. На фиг. 1 схематично представлен путевой выключатель, в сечении которого видно размещение пакета геркона, транзистора и второго резистора; на фиг. 2 - сечение А-А путевого выключателя в плоскости, параллельной плоскому немагнитному участку корпуса выключателя; на фиг. 3 - электросхема путевого выключателя; на фиг. 4 - приспособление для перемещения дополнительного магнита; на фиг. 5 - сечение Б-Б этого приспособления в продольной плоскости, на котором представлено размещение приспособления на проверяемом путевом выключателе; на фиг. 6 - пакет герконов и диаграмма изменения напряжения на выходе путевого выключателя в зависимости от положения дополнительного магнита относительно пакета герконов. Путевой выключатель содержит основной подвижной управляющий магнит 1, корпус 2 с немагнитным плоским участком 3. Путевой выключатель содержит также размещенные, например, в корпусе 2 источник управляющего напряжения постоянного тока, в качестве которого используется, например, кремниевый стабилитрон 4, транзистор 5, первый 6 и второй 7 резисторы, первый основной геркон 8 и второй основной геркон 9. В схеме путевого выключателя применяется, например, биполярный транзистор 5 типа n-p-n. Первый вывод основного геркона 9 подключен к катоду стабилитрона 5, анод которого соединен с эмиттером транзистора 5. База транзистора 5 соединена с первым выводом первого резистора 6, а коллектор транзистора 5 подключен к выходу 10 путевого выключателя, связанному с одним из выводов нагрузки 11, другой вывод которой подключен к выводу положительной полярности источника питания постоянного тока (условно не показан). Путевой выключатель снабжен также дополнительным подвижным управляющим магнитом 12 и первым 13 и вторым 14 дополнительными герконами. Контакт-детали 15 первого 8 и второго 9 основных герконов и первого 13 и второго 14 дополнительных герконов расположены вдоль направления движения основного магнита 1 и перпендикулярно направлению движения дополнительного магнита 12. Первые выводы первого 13 и второго 14 дополнительных герконов соединены вместе и подключены к соединенным между собой базе транзистора 5 и первому выводу первого резистора 6. Второй вывод первого дополнительного геркона 13 соединен с первым выводом первого основного геркона 8, второй вывод которого и первый вывод второго резистора 7 подключены к соединенным между собой катоду стабилитрона 4 и первому выводу второго основного геркона 9. Второй вывод второго дополнительного геркона 14 соединен с вторым выводом второго основного геркона 9. Второй вывод первого резистора 6 подключен к соединенным между собой эмиттеру транзистора 5 и аноду стабилитрона 4, которые подключены к первому выводу 16 на входе путевого выключателя, соединенному с отрицательным выводом источника питания постоянного тока, второй вывод второго резистора 7 подключен к второму выводу 17 на входе путевого выключателя, соединенному с положительным выводом источника питания постоянного тока. Первый 8 и второй 9 основные герконы и первый 13 и второй 14 дополнительные герконы размещены параллельно друг другу в форме плоского прямоугольного пакета 18 (или матрицы), расположенного на поверхности 19 немагнитного участка 3, обращенной внутрь корпуса 2. Между баллонами герконов, а также с внешней стороны пакета 18 вдоль баллонов герконов установлены плоские шторки 20 из ферромагнитного материала, позволяющие концентрировать в нужном направлении управляющий магнитный поток. Каждая шторка 20 состоит из двух частей, размещенных по обе стороны от рабочего зазора между контакт-деталями 15. Корпус 2 имеет форму параллелепипеда и изготавливается, например, из алюминия или его немагнитных сплавов. При большой скорости перемещения управляющего магнита 1 для уменьшения влияния магнитного поля вихревых токов немагнитный плоский участок 3 корпуса 2 может быть выполнен из непроводящего немагнитного материала, например, из стеклопластика. Транзистор 5, например, типа 2Т506А, снабжен радиатором 21, к которому он крепится через тонкую электроизоляционную прокладку 22 из слюды, лавсана или фторопластика толщиной 0,03-0,06 мм. Корпус 2 снабжен фланцем 23, к которому крепится радиатор 21, соединения между корпусом 2 и фланцем 23, а также между фланцем 23 и радиатором 21 имеют малое тепловое сопротивление, поэтому корпус 2 и фланец 23 так же, как и радиатор 19, используются для отвода тепла, выделяемого транзистором 5. Электроизоляционная прокладка 22 обеспечивает электрическую изоляцию между электродом транзистора 5, потенциал которого имеет теплоотводящая поверхность этого транзистора (у транзистора 2Т506А таким электродом является коллектор), и радиатором 21 при минимальном тепловом сопротивлении между ними. К фланцу 23 может крепиться также второй резистор 7, выделяемая на котором мощность больше, чем на остальных элементах схемы (кроме транзистора 5). Внутри корпуса 2 при необходимости размещается экран из ферромагнитного материала для защиты путевого выключателя от влияния внешних посторонних магнитных полей (условно не показан). Фланец 23 имеет отверстия 24 для крепления путевого выключателя на изделии, перемещение элементов которого подлежит контролю. Выводы путевого выключателя выполняются гибким проводом 25 и имеют уплотнение 26 при проходе через стенку корпуса 2. Объем внутри корпуса 2 заполняется компаундом, чем обеспечивается герметизация путевого выключателя. Дополнительный управляющий магнит 12 используется при контроле технического состояния герконов и работоспособности путевого выключателя в целом. Дополнительный магнит 12 размещается на приспособлении 27, содержащем основание 28, направляющие 29, расположенные вдоль основания 28, винт 30 и планку 31 с резьбовым отверстием, укрепленную с одной стороны оснований 28. В центральной части основание 28 имеет прямоугольное отверстие 32, соответствующее размерам корпуса 2 путевого выключателя в сечении его плоскостью, параллельной плоскому немагнитному участку 3. К тыльной стороне основания 28 по периметру прямоугольного отверстия 32 прикреплена обойма 33, в которую помещается корпус 2 проверяемого путевого выключателя. Высота обоймы 33 выбирается такой, чтобы ее нижний край лежал на поверхности фланца 23 корпуса 2 путевого выключателя, а плоскость внешней поверхности немагнитного участка 3 корпуса 2 путевого выключателя совпадала с плоскостью поверхности 34 основания 28 приспособления 27, обращенной к дополнительному магниту 12, или была ниже ее на глубину не более 0,2-0,5 мм. Приспособление 27 снабжено отсчетным устройством, обеспечивающим считывание информации при контроле технического состояния геркона, содержащим первую пластину 35 со шкалой, укрепленную вдоль основания 28 приспособления 27, и вторую пластину 36 с индексом в форме стрелки, установленную на дополнительном магните 12. Дополнительный магнит 12 перемещается вдоль основания 28 приспособления 27 по направляющим 29 с помощью винта 30, проходящего через отверстие с резьбой в планке 31. Приспособление 27 изготавливается из немагнитных материалов. Герконы установлены в пакете 18 в следующем порядке. Вдоль одной из сторон пакета 18 размещается первый основной геркон 8, а затем параллельно ему установлены один за другим второй основной геркон 9, первый дополнительный геркон 13 и второй дополнительный геркон 14. Направление перемещения дополнительного магнита 12 перпендикулярно контакт-деталям 15 герконов (или продольной оси баллонов герконов). При этом длина дополнительного магнита 12 или его размер в направлении движения не менее расстояния между контакт-деталями 15 крайних герконов пакета 18, т.е. расстояния между контакт-деталями 15 первого основного геркона 8 и второго дополнительного геркона 14, что должно обеспечивать срабатывание всех герконов в одном из положений дополнительного магнита 12 при его перемещении вдоль основания 28 приспособления 27. В путевом выключателе используются, например, замыкающее микроминиапорные герконы типа МК-10-3 и кремниевый стабилитрон 4 типа 2С433А с напряжением стабилизации 3,3 В. При отсутствии воздействия магнитного поля основного 1 или дополнительного магнита 12 контакты герконов разомкнуты. Цепь базы транзистора 5 разомкнута и он закрыт. Нагрузка 11 при этом обесточена. Стабильность характеристик транзистора 5 в этом состоянии обеспечивается подключением параллельно цепи база-эмиттер первого резистора 6. Ток в цепи управления транзистором 5 протекает через последовательно включенные второй резистор 7 и стабилитрон 4. Величина напряжения на стабилитроне 4(3,3 B) определяет напряжение на разомкнутых контактах герконов. При замыкании контактов герконов под воздействием магнитного поля основного 1 или дополнительного 12 магнита ток в цепи управления транзистором 5 начинает протекать через контакты герконов и переход база-эмиттер транзистора 5. Стабилитрон 4 при этом запирается, т.к. падение напряжения в указанной цепи значительно ниже напряжения пробоя стабилитрона и составляет не более 1В. Транзистор 5 открывается и включает нагрузку 11. Реализуемая путевым выключателем переключательная функция имеет вид Y= Х8Х13 V Х9Х14 где Х8; Х9; Х13; Х14 - входные сигналы, определяющие наличие или отсутствие воздействия магнитного поля на контакт-детали 15 герконов. При замыкании контактов герконов, т.е. наличии управляющего магнитного поля, величина входного сигнала принимается равной логической единице. Тогда сигнал на входе транзистора 5 также равен логической единице, а сигнал на выходе путевого выключателя равен логическому нулю. Нагрузка 11, включенная последовательно в цепи коллектора транзистора 5, при этом включена, т.к. транзистор 5 открыт. При проверке технического состояния герконов дополнительный магнит 12 перемещается из исходного положения, при котором контакты всех герконов выключателя разомкнуты, в направлении от первого основного геркона 8 к второму дополнительному геркону 14, расположенному у противоположного края пакета 18 геркона. Значение переключательной функции в зависимости от величины входных сигналов, т.е. положения дополнительного магнита 12, а точнее его передней 35 и задней 36 кромки, относительно герконов указаны в таблице. Позиции А и М соответствуют исходному и конечному положению дополнительного магнита 12. В позиции А дополнительный магнит 12 выведен за пределы пакета 18 герконов и его передняя кромка 37 находится перед шторкой 20 первого основного геркона 8. В позиции М дополнительный магнит 12 также выведен за пределы пакета 18 герконов и его задняя кромка 28 находится за шторкой 20 второго основного геркона 9. В позициях Б, В, Г, Д передняя кромка 37 дополнительного магнита 12 последовательно устанавливается над герконами соответственно 8, 9, 13, 14, вызывая их поочередное срабатывание. При положении дополнительного магнита 12 в позиции Д его задняя кромка 36 находится над первым основным герконом 8, причем магнитный поток достаточен для удержания контактов геркона 8 в замкнутом состоянии. Дальнейшее продвижение дополнительного магнита 12 в позиции Е, Ж, К, Л, М вызывает последовательное отпускание контактов герконов соответственно 8, 9, 13, 14, т.к. при перемещении задней кромки 38 дополнительного магнита 12 на участке между контакт-деталями 15 и шторкой 20 геркона происходит уменьшение магнитного потока до величины потока отпускания. Переключательная функция принимает значения, равные нулю, при положении дополнительного магнита 12 в позициях Г, Д, Е. Нагрузка 11 при этом включена. Это свидетельствует об исправности герконов и нормальном функционировании путевого выключателя. Возникновение любых других сочетаний сигналов при перемещении дополнительного магнита 12 вдоль основания 28 пpиспособления 27 свидетельствует об отказе одного или нескольких герконов и дефекте путевого выключателя, а также позволяет выявить при необходимости отказавший геркон. Приспособление 27 позволяет производить контроль технического состояния герконов и путевого выключателя при эксплуатации без снятия выключателя с объекта, на котором он установлен. При контроле технического состояния герконов и путевого выключателя параллельно нагрузке 11 и вместо нее может подключаться индикатор 39, содержащий, например, светодиод 40 и элемент 41, ограничивающий ток через этот диод. При этом первый вывод элемента 41 соединен с катодом светодиода 40, а анод светодиода 40 и второй вывод элемента 41 соединены соответственно с положительным выводом источника питания постоянного тока и выходом 10 путевого выключателя. Таким образом, применение предлагаемого технического решения повышает контролепригодность выключателя, обеспечивая возможность контроля его технического состояния бесконтактными средствами. Основной магнит 1 укрепляется на поверхности механизма (условно не показано), перемещение которого контролируется. Передняя 42 и задняя 43 кромки этого магнита располагаются перпендикулярно контакт-детали 15 герконов, т. е. перпендикулярно продольной оси герконов, что обеспечивает одновременное срабатывание и отпускание всех герконов пакета 18 при управлении с помощью основного магнита 1. Ось намагничивания основного магнита 1, так же, как и дополнительного магнита 12, параллельна продольной оси герконов. В исходном состоянии основной магнит 1 удален от рабочего зазора между контакт-деталями 15 герконов и его магнитный поток через контакт-детали 15 недостаточен для срабатывания геркона. При приближении основного магнита 1 часть его магнитного потока протекает через рабочий зазор между контакт-деталями 15 и при достижении уровня потока срабатывания герконы замыкают свои контакты. При удалении основного магнита 1 от контактирующих участков контакт-деталей 15 его магнитный поток через эти участки уменьшается до величины потока отпускания, при котором контакт-детали 15 размыкаются и магнитный поток этого магнита начинает протекать только через одну контакт-деталь каждого геркона. При указанном выше выборе транзистора 5 путевой выключатель обеспечивает коммутацию электрических цепей постоянного тока с напряжением до 300 В и токе до 1 А. Предлагаемый выключатель может использоваться также в качестве концевого выключателя. В связи с этим в конструкции путевого выключателя для управления герконами может использоваться перемещение основного магнита 1 параллельно пакету 18 герконов при совпадении осей симметрии в вертикальной плоскости основного магнита 1 и пакета 18 герконов (условно не показаны). Предлагаемый путевой выключатель обеспечивает также повышение вероятности безотказной работы герконов, которое достигается за счет уменьшения влияния изменения параметров при разгерметизации стеклянного баллона геркона. Повышение надежности работы заявляемого путевого выключателя достигается также за счет снижения напряжения, коммутируемого герконами, до величины напряжения на выходе источника управляющего напряжения постоянного тока (стабилитроне 4), которое выбирается в пределах от 2 до 6 В, и снижения величины коммутируемого тока пропорционально коэффициенту усиления транзистора, т.е. в 10-40 раз, а для составного транзистора в 40-400 раз. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики путевого выключателя за счет повышения вероятности безотказной работы герконов и контролепригодности выключателя путем обеспечения контроля его технического состояния бесконтактными средствами.
Формула изобретения
ПУТЕВОЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий источник питания, выводы для подключения нагрузки, основной подвижной управляющий магнит, корпус, транзистор, первый резистор, первый и второй основные герконы, причем контакты герконов расположены вдоль направления движения основного магнита, первый вывод источника питания подключен к первому выводу для подключения нагрузки, второй вывод для подключения нагрузки подключен к коллектору транзистора, база транзистора подключена к первому выводу первого резистора, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик за счет повышения надежности работы и контролепригодности, он снабжен дополнительным подвижным управляющим магнитом, первым и вторым управляющими герконами, вторым резистором, стабилитроном, причем корпус содержит немагнитный плоский участок, герконы размещены параллельно друг другу в форме плоского прямоугольного пакета, расположенного на поверхности плоского немагнитного участка, обращенного внутрь корпуса выключателя, причем контакт - детали основных и дополнительных герконов расположены перпендикулярно направлению движения дополнительного магнита, первые выводы первого и второго основных герконов объединены и подключены к катоду стабилитрона и первому выводу второго резистора, вторые выводы этих герконов подключены соответственно к первым выводам первого и второго дополнительных герконов, вторые выводы которых объединены и подключены к базе транзистора, эмиттер транзистора подключен к второму выводу источника питания и к аноду стабилитрона, второй вывод второго резистора подключен к первому выводу источника питания.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000
Извещение опубликовано: 20.10.2000
