Магнитное коммутационное устройство

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для размещения в замкнутом объеме для подключения источника напряжения к электрической нагрузке путем замыкания контактов.
Известно контактное устройство типа тумблер [1]. Устройство содержит корпус, неподвижные контакты, рычаг переключения и постоянный магнит. Постоянный магнит смонтирован на рычаге переключения свободно, а сам рычаг закреплен на оси с возможностью контакта магнита с упорами из магнитного материала, установленными на боковых стенках корпуса. При повороте рычага переключения происходит замыкание контактов и фиксация рычага за счет притяжения магнита к упору из магнитного материала. Недостатками такого контактного устройства являются: большие габариты, препятствующие размещению контактного устройства на поверхности печатной платы, размещенной в малогабаритном замкнутом объеме; наличие рычага переключения, имеющего также значительные габариты.
Известно магнитное коммутационное устройство [2], содержащее ведущий элемент и ведомый элемент, имеющие магнитно-притягивающие поверхности, два элемента перемещаются под углом друг к другу так, чтобы приводить магнитные поверхности в контакт и из контакта друг с другом.
Недостатки - большие габариты, не позволяющие монтировать устройство на печатной плате; большое количество деталей.
Известно магнитное коммутационное устройство [3] содержащее первый коммутационный механизм, снабженный подвижным магнитом, соединенным с контактной перемычкой, и второй коммутационный механизм, снабженный магнитом, который соединен с подвижным коммутационным органом. Магниты имеют на обращенных друг к другу торцевых поверхностях одинаковую полярность, а между магнитами расположена разъединительная пластина, выполненная из ферромагнитного материала, которая меньше обращенных друг к другу торцевых поверхностей магнитов. При этом исполнительный орган выполнен с возможностью воздействия на коммутационный орган с люфтом движения. Технический результат - выполнение надежного процесса коммутации из определенного коммутационного состояния с сохранением при возникновении вибраций или относительных движений между отдельными элементами желаемого коммутационного состояния, например, электрического соединения или индикации. Недостатками такого коммутационного устройства являются большие габариты, не позволяющие монтировать устройство на печатной плате; большое количество деталей. Устройство используется в основном в автомобильной промышленности и монтируется в дверях автомобиля.
Наиболее близким к заявляемому решению является магнитное контактное устройство (магнитный переключатель) [4] - прототип, включает в себя гибкую металлическую полосу на внутренней стороне герметичной оболочки, имеющую первый и второй концы. Первый конец обеспечивает электрический контакт и проходит через стенку герметичной оболочки, причем полоса прочно закреплена стенкой оболочки в точке выхода, оставляя второй конец неподдерживаемым и имеющим прикрепленный магнитный чувствительный элемент. Первый дипольный магнит соединен с гибкой металлической полосой и расположен внутри герметичной оболочки, промежуточной между первым и вторым концами. Второй и третий дипольные магниты диаметрально противоположны и отделены друг от друга, где каждый из второго и третьего дипольных магнитов неподвижно соединен с внутренней поверхностью герметичной оболочки. Две электрические клеммы, соединенные соответственно со вторым и третьим дипольными магнитами, проходящими через герметичную оболочку. Магнитное активирующее устройство в скользящем зацеплении с наружной поверхностью герметичной оболочки воздействует на перемещение магнитного контакта путем скольжения в первое и второе положения, соответствующие выравниванию второго и третьего дипольных магнитов, создавая электрическую цепь, протекающую от гибкой металлической полосы к одному из указанных двух электрических выводов.
Недостатками такого коммутационного устройства являются большие габариты, не позволяющие монтировать устройство на печатной плате и невозможность размещения устройства в замкнутом объеме без вывода наружу замкнутого объема рычага переключения.
Цель полезной модели создание магнитного коммутационного устройства, монтируемого на печатной плате, размещаемой в замкнутом малогабаритном объеме, с четкой фиксацией контактов.
Магнитное коммутационное устройство представляет собой две тонкие гибкие полоски - пластины из токопроводящего материала с размещенными между ними тонкой подвижной прямоугольной диэлектрической пластиной, на одних концах гибких пластин из токопроводящего материала прикреплены с противоположной стороны от диэлектрической подвижной пластины плоские магниты с обращенными друг к другу разноименными полюсами.
Другие концы гибких токопроводящих пластин закреплены при помощи штырьков на контактных площадках печатной платы, которые включены в коммутируемую электронную схему. Тонкая подвижная диэлектрическая пластина закреплена одним из своих концов, противоположным по отношению к месту размещения плоских магнитов, в специальный прямоугольный корпус, снабженный отверстиями для закрепления этого корпуса в отверстиях на печатной плате при помощи тонких металлических или диэлектрических нитей и снабжена шнурком для выдергивания подвижной диэлектрической пластины. Специальный прямоугольный корпус соединенный с тонкой подвижной пластиной и закрепляемый к печатной плате представляет собой механизм, затрудняющий случайное включение магнитного коммутационного устройства. Описание работы механизма будет приведено ниже.
На фиг. 1 показано предлагаемое магнитное коммутационное устройство. Магнитное коммутационное устройство состоит из плоских магнитов 1 прикрепленных к гибким токопроводящим пластинам 2. Возможно использование тонких проводящих пластин из металла (медь, латунь, бронза) с покрытием в местах контактирования слоем золота или серебра, или из тонкого фольгированного диэлектрика. Пластина 2 припаивается к штырькам 3, которые в свою очередь припаиваются к контактным площадкам 4, расположенных на печатной плате 5. Между гибкими токопроводящими пластинами 2 размещена тонкая (0.1-0.5 мм) диэлектрическая пластина 6, которая прижимается к токопроводящим пластинам при помощи силы, создаваемой магнитами 1, обращенных друг к другу разноименными полюсами. Подвижная диэлектрическая пластина 6 закреплена одним из концов в прямоугольном корпусе 7, размещенным на печатной плате 5 и закрепленной к ней при помощи тонкой нити 8 (из металла, капрона и т.п.). Диаметр тонкой нити 8 выбирается из условия, чтобы усилие разрыва нити составляло 3-5 кг. Этого усилия вполне достаточно от случайного включения магнитного коммутационного устройства. При меньшем 3 кг значении усилия возможно несанкционированное включение устройства, а при большем 5 кг значении усилия может быть затруднено включение устройства. Форма корпуса 7 в виде прямоугольника препятствует нежелательному повороту вокруг оси подвижной диэлектрической пластины 6. В пазы на корпусе 7 вставлена петля 9, предназначенная для вытягивания подвижной диэлектрической пластины 6. Магнитное коммутационное устройство размещено в корпусе 10 (показан условно, верхняя крышка не показана).
Устройство работает следующим образом. К петле 9 прикладывается некоторое усилие Q (см. фиг. 1) (например, 3-5 кг, которое устанавливается для конкретного применения устройства). Это усилие определяется толщиной и материалом тонкой удерживающей нити 8. Происходит разрыв нити, пластина 6 выдергивается и происходит замыкание токопроводящих пластин 2 между собой.
Еще одним из вариантов этого магнитного коммутационного устройства может быть устройство в котором плоские магниты, прикрепленные к гибким токопроводящим пластинам, расположены параллельно плоскости печатной платы, а гибкие токопроводящие пластины одними из концов припаяны к контактным площадкам, расположенных на печатной плате. На фиг. 2 показан этот вариант магнитного коммутационного устройства. Здесь 1 - плоские магниты, 2 - гибкие токопроводящие пластины, 5 - печатная плата, 6 - подвижная диэлектрическая пластина.
В качестве примера было изготовлено малогабаритное магнитное коммутационное устройство с размерами в плане 9 мм × 2,5 мм и высотой 3 мм (см. фиг. 1). Использовались серийно выпускаемые прямоугольные магниты 1 из материала Nd-Fe-B с размерами 3 мм х 3 мм х 1 мм. Сила прижатия магнитов друг к другу составляла 400 г, что вполне достаточно для получения низкоомного электрического контакта между токопроводящими пластинами 2. В качестве удерживающей нити 8 использовалась капроновая леска диаметром 0.2 мм с усилием на разрыв 4,5 кг. При выдергивании диэлектрической пластины 6 с усилием более 4.5 кг происходил разрыв нити 8 и электрический контакт между собой токопроводящих пластин 2. Серийно также выпускаются круглые магниты с диаметром 1 мм и толщиной 1 мм, на основе которых можно изготовить малогабаритное контактное устройство с еще меньшими размерами, например, 5 мм × 3 мм × 1 мм.
Возможны и другие варианты построения магнитного коммутационного устройства в основе которых лежит суть предложенных выше решений.
Технический результат от использования предлагаемого решения - магнитное коммутационное устройство имеет малые габариты.
Источники информации:
1. Патент RU2248636C2. КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО. Опубл. 20.03.2005. Бюл. №8.
2. Patent US4296394A. MAGNETIC SWITCHING DEVICE FOR CONTACT-DEPENDENT AND CONTACTLESS SWITCHING. 1981-10-20.
3. Патент RU2450383C2. МАГНИТНОЕ КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО. Опубл. 10.05.2012 г, Бюл. №13.
4. Patent US6246307B1.MAGNETIC SWITCH. 2001-06-12.