Коммутационное устройство в.и.яцкова

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ о|1809427

Ф" %

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 130276 (21) 2321313/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 280281, Бюллетень Но 8

Дата опубликования описания 280281 (51)М. Кл.

Н 01 Н 67/00

Государственный комитет

СССР. по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 31б, .542.9(088,8) (72) Автор изобретения

В.И, Яцков (71) Заявитель (54) КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО

В.И. ЯЦКОВА

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 системах 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.

Известно коммутационное устройство, в котором нажимной элемент, совершающий сложное движение, взаи-, модействует 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 функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в коммутационном устройстве якорь электромагнита установлен на выходном валу электропривода со15 ооно с нажимным элементом, имеет две степени свободы относительно него и связан через возвратную пружину с неподвижным основанием. Механизм сцепления содержит диск с 1та20 вами, выполненными на одинаковом расстоянии друг от друга, равном шагу поворота выходного вала, на котором он закреплен, постоянный магнит, фиксатор в виде подпружиненного

25 рычага, соединенного с якорем, и кольцо с прорезью, которое закреплено иа неподвижном основании и свободно охватывает диск с плоскости его вращения, при этом подпружинен30 ный рычаг установлен с возможностью

809427 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 воэможностью 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

A-A на фиг. 1, с двумя местными разрезами диска; на фиг. 3 — другой вариант исполнения устройства, общий вид, с местным разрезом электромагнита и без разреза электропривода; на фиг. 4 — разрез H-B на фиг. 3; на фиг. 5 — то же, что и на фиг.3, но якорь повернут на 180о от исходного положения и удержвиается силами включенного электромагнита, а штифт не совпадает со втулкой на кодовом кольце, что препятствует включению исполнительных контактов; на фиг. 6 — функциональная электри- ческая 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 основании 3 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,35) до нескольких десятков групп (фиг, 1 и 2). При наличии нескольких групп исполнительных контактов 1 и 2 они монтируются по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга, равном шагу поворота нажимного элемента 4 (фиг. 1 и 2).

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

1О

65 электропривода 8 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 воз-вратную 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 6.

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 охвачен кольцом 15 с прорезью 16. Кольцо 15 закреплено на неподвижной части основания 3 так, что 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.

809427

Рычаг .12 может быть закреплен на якоре 5. без оси 14 и пружины 13.

Для этого рычаг достаточно выполнить в виде пластинчатой пру жины так, чтобы прогиб ее осуществлялся только в плоскости поворота рычага (на чертеже не по5 казано) . 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 кольца

15 установлен упор 18, который может 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 20 элемента 4 с исполнительными контактами 1 и 2 необходима его фиксация от увода закрученной возвратной пружиной 9 при втянутом якоре 5 в электромагнит 6. С этой целью на 25 якоре 5 закрепляют направляющий штифт 19, а на основании 3 (фиг. .1 и 2) делают отверстия 20.

С целью использования коммутационного 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 угла поворота кодового 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 зэ 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 d0 электроприводом 8 эа определенный интервал времени. После необходимого поворота кодового кольца 21 (т.е. при установке шифра) она фиксируется от смещения, напРимеР, ф5 с помощью винтов 23. Наличием ко дового кольца 21 с втулкой достигается либо воэможность 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 взаимодействие 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 корпусе электромагнита 6 установлен указатель 26.

В коммутационном устройстве, кроме избирательных исполнительных контактов 1 и 2, могут устанавливаться 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 контактная группа имеет подвижный контакт 27, один неподвижный замыкающий контакт 28 и неподвижный размыкающий контакт 29.

Устройство может иметь и другие варианты исполнения. Например, в качестве вспомогательных контактов можно испольэовать магнитоуправляемые герконы (фиг. 8), а в качестве исполнительных элементов — кнопочные выключатели, осуществляющие переключение исполнительных контактов с позиции на позицию путем механического воздействия нажимного элемента на кнопку выключателя.

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 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 позволяет испольэовать устройство в качестве программного реле, реле счета импульсов и реле времени.

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

809427

25 бО через диоды 32, К общим управляющим каналам подключают одно или несколько управляющих устройств (УУ). Для избирательного подключения к общим каналам 30 любого исполнительного механизма 33 управляющее устройство (УУ) можно подключать на любом участке линии. Для взаимноизбирательной связи, например для взаимноизбирательного вызова телефонных аппаратов, необходимо в каждом пункте, где установлен коммутатор, иметь

csoe управляющее устройство (УУ), Максимальное число подключаемых исполнительных механизмов 33 ограничивается количеством шагов -диска 10 за один оборот или числом пазов в диске.

Управляющим устройством н простейшем случае может быть телефонный номеронабиратель с ключом 34, подключенный последовательно к источ- 2О инку 35 питания через переключатель

36, К управляющему каналу 30 можно подключать устройства по первому и второму вариантам исполнения.

Коммутационные устройства (Ку) подключены к трехпроводной линии связи (фиг, 7), где к одному управляющему каналу 30 подключены нсе элекнронриводы 8, а к другому каналу — ace электромагниты б. Исполнительные механизмы 33 избирательно подключаются к общему каналу 30 свя-. зи чЕрез контакты 1 и 2. Использоваояе трехпроводной линии позволяет примазать управляющие сигналы как постоянного, так и переменного тока.

Электрическая схема (фйг. 8) коммутационного устройства представлена с множеством управляющих каналов

ЗЖ, иоторые подключены к подвижным вспомогательным контактам 27 герконов (Г), Управляющие каналы переключаются переключателем 36. Нажимной магнитный элемент 4 последовательно переключает вспомогатель- 45 ные контакты 27-29 и выборочно коммутирует контакты 1 и 2 в зависимости от установки переключателя

Зб. Устройство может работать как реле счета импульсов, реле времени или программное реле в зависимости от применяемого типа электроприводе и упранляющих сигналов.

Данная электрическая схема может зийю4Ьэоваться в качестве устройства уйФащМяйй (УУ) для исполнительных 55 ме ьйиМнмов но трехпроводной линии связи (фиг. 7), В качестве примера работы коммутациойного устройства с электроприводом дискретного действия можно наяолъэовать конкретную электрическую схему (фиг. 6). При подключении устройства по фиг. 1 и 2 к управляюму каналу 30 к определенной групе контактов 1 и 2 подключают ис- д волнительные механизмы 33. Каждой группе контактов соотнетствует свой исполнительный механизм, причем вспомогательные группы контактов не используются. Г1ри использовании коммутационных устройств (фиг. 3-5) перед включением их в общий канал 30 связи (фиг. 6) необходимо для каждого из ННх установить свой шифр. Лучше всего его установить в соотнетстнии с порядковым номером удаления исполнительных механизмов 33 от управляющего устройства (УУ). Тогда н первом коммутационном устройстве (КУ) кодовое кольцо 21 поворачивают вместе с втулкой 22 вокруг электромагнита б на одно деление 25 относительно указателя 26, что будет соответст— новать смещению втулки 22 относительно штифта 19 на один шаг поворота от исходной его позиции. Фиксатором 33 закрепляют кодовое кольцо 21 .н этом положении.

Во втором коммутационнсу устройстве (КУ) кодовое кольцо 21 поворачивают на дна деления и также фиксируют винтом 33. Втулка 22 н этом устройстве будет смещена относительно штифта 19 на дна шага и т.д. Таким образом, в и-ном устройстве кодовое кольцо 21 поворачивается так, что втулка 22 смещается от штифта

19 на и шагов и каждому коммутационному устройству (КУ) задается свой шифр (код).

Для включения и-ного исполнительного механизма 33 подают с помощью ключа 34 через переключатель 36 и-ное число положительных импульсов постоянного тока н общую линию связи (по каналу 38), которые через диоды 31 поступают но нсе электроприводы 8, Электропривод 8 поворачивает на и 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 и 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 13 лишь поджимается к внутренней поверхности кольца 15 и не может выйти иэ зацепления (паза 11) диска 10.

От посланных и импульсов якорь 5 поворачивается так, что штифт 19 совпадает с втулкой 22 только в том устройстве (КУ), в котором она была смещена кодовым кольцом 21 от исходного положения штифта 19 на и шагов.

Для включения контактов 1 и 2 переключателем 36 меняют полярность источника питания, т.е. подают н

809427

10 канал 30 сигнал отрицательной полярности, который поступает одновременно во нсе электромагниты б. Одно( време нно во всех коммутационных устройствах (КУ) якорь втягивается в электромагнит 6, пружина 9 сжимается, однако только в и-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

5 в электромагнит 6 штифт 19 упирается в плоскость кодового кольца 15

21, чем,ограничиваются смещения якоря и нажимного элемента 4 в сто,— рону контактов 1 и 2, отчего контакты не замкнуты.

К источнику 35 питания избира- 20 тельно подключается только п-ный исполнительный механизм 33. Некоторое возвышение втулки 22 над плоскостью кодового кольца 21 устраняет случайное совмещение штифта 19 с 25 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 ныхода штифта 19 из втулки 22, а затем и вокруг вала 7 в исходную .,позицию вместе с нажимным элементом

4 и рычагом 12, который скользит по наружной части кольца и в области 40 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 устанавлива- 4 ются кнопочные выключатели, то при обесточивании электромагнита б его контакты остаются замкнутыми.

Для их размыкания повторяют управление вышеописанным образом. На50 жимной 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 сигнал, ко- ф) торый 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 ко- д торый 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 8 и включая электромагнит б. Якорь 5 вытягивается в электромагнит, а штифт 19 входит в одно из отверстий 20 основания 3 и удерживает якорь от вращения пружиной 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 нажимает на контакты 1 и 2. При снятии сигнала управления с выбранного канала 30 электромагнит обесточивается и якорь 5 вместе с установленными на нем элементами возвращается в исходное положение под дей- ствием пружины 9, после чего устройство вновь готово к работе.

При использовании синхронного двигателя с редуктором для механического замедления вращения электропривода (фиг. 3-5) для избирательной коммутации электрических цепей (фиг. 7) исполнительных механизмов

33 можно использовать кодовое кольцо 21 со втулкой 22 для установки шифра не по количеству импульсов, а по нремени. Так как синхронизация во всех коммутационных устройствах обеспечивается применением синхронных двигателей и началом отсчета времени при повороте якоря от исходного положения, то определенному углу поворота кодового кольца 21 вокург корпуса электромагнита 6 от начала отсчета соответствует строго определенное время работы электропривода, при котором штифт 19 выводится электроприводом 8 против втулки 22.

Таким образом, установив в различных КУ кодовое кольцо на необходимый угол, задают шифр по времени. При подаче управляющего сигнала н канал

30, к которому подключены синхронные электродвигатели всех коммутационных устройств, одновременно начинается их синхронное вращение вместе с.якорем 5. По истечении заданного времени с управляющего устройства (УУ) осуществляется переключение сигнала управления в другой канал

30, к которому подключены электромагниты 6. В том коммутационном устройстве, в котором по истечении заданного времени штифт 19 совпадает с отверстием нтулки 22, при включении электромагнита б происходит полное смещение якоря. вместе с нажимным элементом 4 вдоль вала 7 и осуществляется избирательное подключение контактами 1 и 2 нужного исполнительйого механизма 33 н задан"

809427 кайсе 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, содержащее неподвижное основание с исполнительными элементами, нажимной элемент с возвратной пружиной, механизм сцепления, приводом которого является якорь электромагнита, и электропривод с выходным валом,о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, якорь электромагнита установлен на выходном валу электропривода соосно с нажимным элементом, имеет две степени свободы относительно него и связан через возвратную пружину с неподвижным основанием.

2. Коммутационное устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я 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 н виде

2Q 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 воз— можностью введения его во втулку.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 481949, кл. Н 01 Н 63/02, 1972.

809427

Рис. 8

Тираж 795 Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

Заказ 444/71

I I . I

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель E. Сафонова

Редактор М. Митровка Техред С.Мигунова Корректор С. Щомак