Переключатель

 

Оп ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1ii) 474059

Союз Советских

Социалистических

Реслтблик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 26.11.71 (21) 1718129/24-7 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 14.06.75. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 10.09.75 (51) М. Кл. Н 01h 36/00

Н Olh 51/27

Государственный комитет

Совета Министров СССР но делам изобретений (53) УДК 621.316.56 (088.8) и открытий (72) Авторы изобретения

В. К. Шибанов, Ю. С. Коробков, В. М. Рассадин и В. H. Шоффа

Московский ордена Ленина энергетический институт (71) Заявитель (54) ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЪ

Изобретение относится к элементам управления, предназначенным для коммутации электрических цепей, и может быть использовано в схемах автоматики, телефонии, контрольно-измерительной техники, связи и в других областях техники.

Известны переключатели, содержащие магнитоуправляемые контакты (МК) с преимущественно параллельным расположением продольных осей, минимум одно возбуждающее устройство, включающее в себя магнит, по крайней мере один полюс которого приближен к магнитоуправляемым контактам вне перекрытия их сердечников, и узел относительного перемещения магнитоуправляемых контактов и возбуждающего устройства.

Для уменьшения габаритов переключателя и сужения зоны включенного состояния каждого магнитоуправляемого контакта в предлагаемом переключателе в области перекрытия сердечников к магнитоуправляемым контактам приближен полюс магнита, расположенный с отставанием по отношению к полюсу, размещенному вне перекрытия контактных сердечников.

Кроме того, в области перекрытия сердечников может быть установлен полюс магнита с опережением по отношению к полюсу, расположенному вне перекрытия сердечников, а проекции полюсов, расположенных в области перекрытия сердечников, на плоскость, нормальную к их продольным осям, не имеют общих участков.

Магнитоуправляемые контакты размещены

5 в эквидистантных рядах, по меньшей мере в двух, а возбуждающие устройства, выполненные в виде стержневых магнитов, расположены между указанными рядами. Плоскости, нормальные к траектории относительного пе10 ремещения возбуждающего устройства и проходящие через продольные оси магнитоуправляемых контактов одного и другого ряда, между указанными рядами расположены поочередно.

15 Сердечники магнитоуправляемых контактов выполнены из магнитотвердого материала средней магнитной жесткости.

На фиг. 1 схематично изображен описываемый переключатель, в котором магниты воз20 буждающего устройства расположены внутри ряда МК, установленных по образующей цилиндра; на фиг. 2 — схема, поясняющая образование несимметричной зоны замкнутого состояния одного возбуждаемого магнитом

25 МК с отличным от единицы коэффициентом возврата; на фиг. 3 — зоны замкнутого состояния двух установленных вплотную друг к другу и возбуждаемых магнитом МК переключателя; на фиг. 4 — взаимное расположение

30 магнитных полюсов, приближенных к MK в

474059

1О области перекрытия, и вне его; на фиг. 5— схема, иллюстрирующая сокращение зон замкнутого состояния двух соседних, вплотную установленных МК переключателя при расположении полюса магнита в области перекрытия сердечников МК; на фиг. 6 — схема поворотного переключателя, магниты возбуждающего устройства которого расположены по разные стороны ряда МК; на фиг. 7 — то же, магниты возбуждающего устройства которого расположены с наружной стороны ряда МК; на фиг. 8 — конструктивная схема переключателя с МК, имеющими возможность перемещения относительно возбуждающего устройства; на фиг. 9 — двухрядный линейный переключатель с уменьшенным расстоянием между поочередно коммутируемыми МК; на фиг. 10— схема поворотного переключателя с возбуждающим устройством, перемещающимся между двумя рядами МК, установленных в соответствии с заданной программои; на фиг. 11 расположение магнитов в возбуждающем устройстве в случае размещения по разные стороны перекрытия сердечников МК двух полюсов П-образного магнита; на фиг. 12 — то же, в случае размещения по разные стороны перекрытия сердечников МК двух полюсов стержневого магнита; на фиг. 13 — взаимное расположение двух полюсов, приближенных к

МК в области перекрытия их сердечников, и полюса, приближенного к МК вне перекрытия; на фиг. 14 — трехстержневой магнит; на фиг. 15 — программный переключатель, в котором сердечники МК изготовлены из реманентного материала, а каждый из магнитов возбуждающего устройства имеет свой независимый узел перемещения; на фиг. 16 — переключатель, в котором для размещения магнитных полюсов в области перекрытия сердечников МК и вне ее применен стержневой магнит, установленный под углом к продольным осям МК.

В переключателе (см. фиг. 1) МК 1, продольные оси которых расположены параллельно по образующей цилиндра, вплотную приближены друг к другу и управляются возбуждающим устройством 2, перемещаемым относительно МК при помощи узла 3 перемещения. Направление перемещения возбуждающего устройства или МК показано фигурной стрелкой. МК могут быть расположены с необходимым технологическим зазором (или прокладкой) между ними на цилиндрической поверхности любой кривизны, в том числе и на плоскости. В последнем случае переключатель будет линейным.

Возбуждающее устройство 2 включает в себя магниты 4 и 5. В качестве магнитов могут быть использованы как постоянные, так и электромагниты. В данном случае использованы стержневые постоянные магниты с прямоугольной формой сечения, хотя в общем случае магниты могут иметь сечения любой другой формы. Магнит 4 предназначен для замыкания сердечников 6 МК, осуществляемого

1>r

ЗО

35 ао

65 им при последовательном перемещении от одного МК к другому. Приближенный к МК полюс магнита 4 по отношению к перекрытию сердечников 6, размещен так, чтобы часть связанного с ним магнитного потока, ответвляющаяся в рабочий зазор замыкаемого МК, была достаточна для замыкания сердечников указанного МК. Для повышения надежности замыкания МК и лучшего использования магнита приближенный к МК полюс магнита 4 располагается вне перекрытия сердечников 6.

Размещение полюса магнита в области перекрытия сердечников 6 достигается .введением в возбуждающее устройство 2 магнита 5, основным назначением которого является повышение надежности размыкания каждого из

МК переключателя в заданном положении возбуждающего устройства.

В переключателе, который должен обеспечивать поочередную коммутацию даже вплотную расположенных МК, размыкание каждого из них происходит в момент времени, предшествующий замыканию следующего за размыкаемым по направлению перемещения возбуждающего устройства МК.

Приближенный к МК в области перекрытия их сердечников 6 полюс магнита 5 при перемещении располагается с отставанием по отношению к полюсу магнита 4, приближенному к МК вне перекрытия сердечников, и имеет одинаковую с ним полярность, хотя в общем случае эти полюса могут быть и разнополярными. Величину отставания приближенного к МК в области перекрытия их сердечников полюса магнита 5 от полюса магнита 4, приближенного к МК вне перекрытия их сердечников, определяют расстоянием в направлении перемещения между крайними передними точками проекций указанных полюсов магнитов 4 и 5 на плоскость, нормальную к продольным осям МК. Полюс, приближенный к

МК в области перекрытия сердечников 6, может принадлежать тому же магниту 4, что и полюс, приближенный к МК вне перекрытия нх сердечников.

На фиг. 2 изображен один из МК переключателя, управляемый полем магнита 4, последовательно занимающего при перемещении относительно МК в направлении, показанном фигурной стрелкой, положения 1 и II. Положение I магнита соответствует моменту замыкания сердечников МК, положение II — моменту их размыкания, а заштрихованная зона (с границами А — А и Б — Б) между положениями 1 и II — замкнутому состоянию МК (на фиг. 3 и 5 буквенные обозначения границ зон замкнутого состояния двух соседних МК имеют соответствующие индексы) .

Несимметричность расположения на фиг. 2 зоны замкнутого состояния МК относительно его оси обусловлена различием величин н. с. срабатывания и отпускания (т. е. неравенством единице его коэффициента возврата) .

Чем меньше величина н. с. отпускания по сравнению с величиной н. с. срабатывания, тем

474059

5 больше задерживается момент размыкания сердечников МК по мере удаления магнита и расширяется зона замкнутого состояния МК.

При расположении в переключателе вплотную друг к другу МК с равными значениями н. с. срабатывания, по не равными единице коэффициентами возврата, и управлении ими при помощи одного магнита 4 зоны замкнутого состояния соседних МК взаимно перекрываются (см. фиг. 3), т. е. в замкнутом состоянии могут находиться одновременно, по крайней мере, два МК.

Магнит 5, устанавливаемый в возбуждающем устройстве переключателя, дает возможность ускорить момент размыкания сердечников МК, замкнувшегося ранее под действием потока от движущегося впереди магнита 4.

Влияние магнита 5 на момент размыкания МК переключателя иллюстрируется фиг. 4, где в один из моментов времени показано взаимное расположение МК и приближенных к ним магнитов 4 и 5, а также условное распределение в плоскости чертежа созданных ими магнитных потоков.

Поток каждого из магнитов 4 и 5, выхопя из их приближенных к МК полюсов IV, разветвляется от некоторой нейтрали в противоположные стороны по сердечникам 6 МК. В дальнейшем часть потока магнита 4, ответвляющуюся от нейтрали pãо полюса, приближенного к МК, в сторону рабочего зазора МК, называют замыкаюптим потоком, а часть потока магнита 5, ответвлятощуюся от нейтрали его полюса, приближенного к МК, и направленную встречно замыкающечу потоку магнита

4, — размыкающим потоком. МК, который в данный момент должен перейти из разомкну.того состояния в замкнутое, — замыкаемып, а МК, который дол>т<ен перейти пз замкнутого состояния B разомкнутое, — раз>тьтт<ае>?ьт?т.

Нейтраль полюса магнита 5, приближенного к МК, располагается нап перекрытием сердечников 6 (или вне его границ, но вблизи их), так, что в рабочем зазоре близлежащих

МК замыкающий потот< магнита 4 и размьп<ающий поток магнита 5 направлены встречно, По мере приближения к размыкаемому МК магнита 5 его размыкающий поток все более препятствует прохождению встречно направленного замыкающего потока магнита 4 в рабочий зазор размыкаемого МК. Благодаря этому электроматчтитная сила, удерживатощая сердечники указанного МК в замкнутом состоянии, уменьшается.

В определенный момент времени оба сердечника размыкаемого MK поп влиянием разветвляютцихся по ним в разные стороны от перекрытия потоков магнита 5 проявляют себя как магниты, однои>тенньте полюса которых, образующие перекрытие, стремятся оттолкнуться друг от друга. Под действием упругих сил и э<т>ет<та отталкивания концов сердечников МК размыт<ается.

Поскольку нейтраль приближенного к МК полюса магнита 5 расположена над перекры30

6 тием сердечников МК или вблизи его границ, то составляющая его потока в рабочих зазорах МК, соседних с размыт<аемьтм, минимальна, что предотвратцает опасность непредусмотренного (ошибочного) замыкания МК от потока магнита 5 даже при величине его магнитной энергии, превышающей величину энергии магнита 4. Таким образом. магнит 5 не вызывает замыкания сердечников каждого из близлежащих МК. а создает условия для взаимного отталт<иван?ля перекрывающихся концов сердечников.

С уменьшением величины отставания приближенного к МК полюса магнита 5 от приближенного к МК полюса магнита 4 соотношение между их встречно направленными потока в размыкаемом МК меняется в сторотт увеличения размыкающего потока магнита 5. что приводит к ускорению размыкания сердечников МК. При Ike? n opтьвт в направлении относителт-ного перемещения возбуждающего устройства, т. е. коммутация МК переключателя происходит поочередно.

Фиг. 5 иллюстрирует поочерепную коммутацию МК переключателя. олшествляемуто при помощи возбуждатоттгго устройства 2. содержащего ? I HI . I -1 ?I >, т>асположенные так, как показано т à ch??r. и 4. Введение в возбуждающее . стройство ? магнита 5 позволяет устранить перекрытие зон за ??

Момент размыкания МК можно изменять в небольтттттх прете.пах (например, при регулировке пепеклю? ателя1 т<екоторьт. т смещением перекрытий сердеч пт ов МК в направпении их продольны.: осей от?1остттепт.но нейтрали приблин<енного к МК по,птос", ...агппта 5.

Магштты 4 тт 5 возбужла?ошего устройства

2 могх.т быть расположены с обеих сторон ряда МК (см. <т>?тг. 6) т?ли с внешней его стороны (см. фпг, 7 и Rl, напрютер. при необходимости использован.тя переклточателя малых габаритов с пебольцш числом коммутируемьгх цепей.

Особенностью конструкции переключателя, изображенного на фпг. 8. является и то, что относительное переметцение возбу >кдающего устройства 2 и МК может быть осуществ,чеHо за счет вращения последних прп помощи узла

3 перемещения относительно неподвижного (или перемещатотпегося) возбужпаютцего устройства.

Перек,чючатели на МК могут быть использованы для контроля положения какого-.чибо перемещающегося элемента. Контро,пируемый пере тептатощттттся э,че ?еттт в этом случае должен быть соединен с узлом перемещения переключателя, ос .тттествчятотт??тат, например, перемещение возбуждаютпего устроттства. Тогда

МК. поочередно срабг-,ывая по мере продвижения возбуждающего устройства, выдают

474059

7 информацию об изменении положения контролируемого элемента.

Чем меньше расстояние между поочередно коммутируемыми МК, т. е. чем меньше величина перемещения возбуждающего устройства, на которую любых два соседних поочередно коммутируемых МК переключателя реагируют изменением своего состояния — первый из них размыкается, второй (по ходу возбуждающего устройства) замыкается, тем чувствительнее такой, выполненный на МК датчик перемещений.

В переключателе (см. фиг. 9) возбуждающее устройство с магнитами 4 и 5 перемещается между двумя рядами МК. МК в рядах размещены так, что продольные оси MK одного и другого ряда располагаются в плоскостях, нормальных к траектории перемещения возбуждающего устройства 2, пересекающего поочередно указанные плоскости то одного, то другого ряда. При этом МК по мере продвижения возбуждающего устройства срабатывают поочередно, по одному из каждого ряда.

Таким образом, расстояние между поочередно коммутируемыми МК в направлении перемещения возбуждающего устройства может быть сокращено до величины, меньшей поперечного размера колбы МК.

Программный переключатель, показанный на фиг. 10, применяется, например, для подачи в выходные цепи последовательности импульсов, следующих во времени в соответствии с циклически повторяющейся заданной программой. Программа в данном случае задается расположением каждого МК переключателя на соответствующей образующей цилиндра.

На фиг. 11 показано расположение магнитов в возбуждающем устройстве при выполнении магнита 4 П-образным. Оба полюса магнита 4 в этом случае приближены к МК вне перекрытия их сердечников 6 по обе стороны от него и расположены на одной, параллельной продольным осям МК линии. Выполнение магнита 4 П-образным позволяет при той же величине его магнитной энергии использовать в переключателе МК с более высоким значснием н. с. срабатывания.

Магнит 4, будучи выполнен стержневым, может быть расположен в возбуждающем устройстве 2 параллельно продольным осям МК (см. фиг. 12). При этом его полюса распо.чагаются по обе стороны зоны перекрытия сердечников 6 МК.

Врассмотренны,х переключателях расположение плоскостей сердечников по отношению к направлению перемещения возбуждающего устройства может быть любым (см. фиг. 6и 9).

В переключателях с возбуждающим устройством, содержащим магниты 4 и 5, предьявляются повышенные требования к идентичности свойств используемых МК, в частности в них пречпочтитечьно применение МК с равными н. с. срабатывания, С другой стороны, при .изменении направления перемещения IIîa10

so

8 буждающего устройства на противоположное в таких переключателях поочередная коммутация МК не гарантируется, т. е. возбуждающее устройство 2 не имеет возможности реверсивного перемещения относительно МК, необходимого в некоторых устройствах автоматики.

Для использования в переключателе промышленных МК, имеющих обычно даже в пределах одного типа технологический разброс параметров срабатывания, и уменьшения влияния различия в величинах н. с. срабатывания

МК на очередность их коммутации независимо от направления взаимного перемещения возбуждающего устройства 2 и МК в области перекрытия сердечников 6 к МК дополнительно приближен полюс магнита 7 (см. фиг. 13).

В направлении относительного перемещения возбуждающего устройства 2 полюс магнита

7 расположен с опережением по отношению к полюсу, приближенному к МК вне области перекрытия их сердечников 6, а проекции полюсов, расположенных в области перекрытия сердечников, на плоскость, нормальную к продольным осям МК, не имеют общих участков.

Магниты 5 и 7 своими потоками, направленными встречно замыкающему потоку магнита 4, препятствуют проникновени:о его в рабочие зазоры сердечников 6, расположенных по обе стороны МК, находящегося в данный момент напротив промежутка, образованного полюсами магнитов 5 и 7, приближенными к

МК в области перекрытия их сердечников.

Независимо от направления перемещения магнит 5 или 7, отстающий от магнита 4, осуществляет ускоренное размыкание сердечников МК, ранее замкнувшегося под воздействием замыкающего потока магнита 4. Магнит

7 или 5, находящийся при том же направлении перемещения впереди магнита 4, не позво.чяет также МК замкнуться рaíI-ø, чс» они окажутся напротив промежутка междх приближенными к МК полюсами магнитов 5 и 7, даже в том случае, если указанные МК имеют í. е. срабатывания меньшую, чем н. с, срабатывания МК, находящегося в данный момент напротив упомянутого промежутка.

Таким образом, замкнуться от замыкающего потока магнита 4 могут лишь сердечники

МК, находящегося напротив промежутка, образованного приближенными к МК полюсами магнитов 5 и 7. Это позволяет использовать в возбуждающем устройстве магнит 4 с энергией.,чостаточной чля обеспечения замыкания сердечников наихудшего по чувствительности

МК переключателя с необходимым по величине контактным нажатием.

Функции магнитов возбуждающего устройства может выполнять один. изготовленный специальным образом, магнит. На фиг. 14 изображен трехстержневой магнит для случая, когда возбуждающее устройство переключателя содержит магниты 4, 5 и 7. Назначение и расположение стержней трехстержневого магнита соответствуют назначению и распо474059

5

I0

9 ложению отдельных магнитов возбуждающего устройства на фиг. 13.

Необходимое взаимное расположение магнитов в возбуждающем устройстве обеспечено их жесткой связью, хотя в общем случае магниты могут иметь свои независимые один от другого узлы 3 и 3 перемещения (см. фиг. 15), обеспечивающие магнитам заданное расположение в возбуждающем устройстве.

В переключателе на МК, сердечники которых выполнены из магнитомягкого материала. при больших относительных скоростях перемещения возбуждающего устройства может наступить момент, когда один или несколько

МК переключателя из-за непродолжительности воздействия поля магнита 4 останутся разомкнутыми. Дальнейшее увеличение скорости перемещения возбуждающего устройства может привести к тому, что ни один из МК не замкнется, так как для замыкания МК время воздействия на него магнитного поля определенной величины должно быть не меньше некоторого критического. Для МК, сердечники которых выполнены из магнитомягкого материала, это время сравнительно велико. Поэтому при больших скоростях перемещения возбу>кдатошего устройства целесообразно использовать МК, сердечники котот>ьтх выполнены из реманентного материала. При этом такие сердечники дополнительно выполняют функции элемента магнитной памяти (ЭМП) . а МК с ЭМП приобретает способность реагировать на воздействие возбх >кдающего поля длительностью несколько >тикросекчнд. В переключателе (см. фиг. 15) ка>т<чый МК с ЭМП срабатывает под влияним замыкающего потока магнита 4 и под действием остаточной энергии, запасенной в ЭМП, остается в замкнутом состоянии до подхода к нему полтоса магнита 5, приближенного к МК в области перекрытия их сердечников.

При подходе к размьткаемомм МК с ЭМП магнит 5 (или 7) перераспределяет магнитныс потоки в ЭМП, что обеспечивает надежное отпускание МК в залаттнт,тй момент вре тени, определяемый величиной отставания пт>ибли>тсенного к МК полтоса магнита 5 (или 7) от прибли>кенного к МК полюса магнита 4.

Известны програ тътттьте переключатели (командоаппараты), выходные цепи которых разделены и коммутируются в соответствии с определенной. циклически повторяющейся программой (т. е. не обязательно поочередно).

Продолжительность замкнутого состояния цепей такого переключателя обьтчтто регулируется и изменяется в широких пределах. В программно т переключателе (см. фиг. 10 и 15) требуемый широкий диапазон изменения длительности импульсов, приводящих в дейс вис выходные устройства, достигается при IckIcEIIIем MK с ЭМП, В этом случае кажчое из Izz,zходных устройств подключают K выходу соответствующего МК с ЭМП, а последовательность приведения в действие этих устройств

65 задается

МК.

С изменением величины отставания полюса магнита 5 (или 7), приближеттного к МК с

ЭМП в области перекрытия их сердечников, от полюса магнита 4, приближенного к МК вне перекрытия их сердечников, изменяется длительность импульсов и соответственно продолжительность работы выходных устройств, приводимых в действие указанными импульсами.

На фиг. 16 изображен переключатель МК с ЭМП, управление которым осуществляется при помощи одного стержневого постоянного магнита. Для того, чтобы полюса этого магнита находились в области перекрытия сердечников МК и вне его, продольная ось магнита расположена в плоскости, проходящей через ось вращения переключателя, под углом к продольным осям МК.

Предмет изобретения

1. Переключатель, содержащий магнитоуправляемые контакты с преимущественно параллельным располо>тсение т продольных осей, минимум одно возбуждающее устройство, включающее в себя магнит, по крапней мере один полюс которого приближен к магнитоуправляемьтм контактам вне перекрытия их сердечников. и узел относительного перемещения магнитоуправляемых контактов и возбуждающего устройства, отличающийся, тем, что, с целью ухтсньтпения габартттов переключателя и л жсния зоны включенного состояния каждого магнитоуправляемого контакта, в области перекрытия сердечников к магнитоуправляе>тьт т котттактам приб.чижен полтос магнита. причем он располо>кен с отставанием по отношенгпо к полюсу, размещенному вне перекрытия тсонтактных сердечников.

2. Переключатсль по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что B области перекрытия сердечников установлен полюс магнита с опережением по отношеHIIEo к полюсу, pàñïîëîæåkzíîìó вне перекрытия сердечников, а проекции полюсов, располо>кенных в области перекрытия серде тников. на плоскость. нормальную к их продольным осям, нс имеют общих участков.

3. Переклто татсль по пп. 1 и 2, от л и ч à Ioшийся тем, что магнитоуправляемые контакты размецтены в эквидистантных рядах, по меньшей мере в двмх, а возбуждающие устройства, выполненные в вттде стержневт.тх магнитов. расположены между указанными рячами, причем плоскости, нормальные к траектории относительного перемещения возбужлающего устройства и прохочящие через прочольные оси магттитоуправляс тьтх контатстов одного и другогп ряда, между указанными рядами располо>кс поочередно.

4. Переклточатель по птт. 1 — 3, о т л и т а юшийся тем, что сер.чечники магнитоуправляемых контактов выполнены из магнитотвердого м атер и ал а.

474050 иг.

Составитель С. Гордон

Тскред Т. Миронова

Редактор А. Пейсоченко

Корректор Е. Рогайлина

Типографии, пр. Сапупо 3а, 2

Заказ 2186/16 Изд. № 1504 Тираж 833 Подпнсно .

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, iK,-35, Раушская паб., д. 4/5