УСТРОЙСТВО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Полезная модель относится к переключателям, приводимым в действие изменением магнитного поля.
В технике переключателей элементов существует необходимость обеспечение переключения при заданных значениях воздействующих внешних сил. Если сила меньше определенного значения, переключатель должен находиться в несмещенном состоянии, а при большем воздействии, сместиться на установленное расстояние. При этом, увеличение силы воздействия от первого состояния ко второму не должно сопровождаться заметным механическим смещением переключателя. Другими словами, требуется обеспечить заданную жесткость (упругость) механизма переключения.
Известен патент US 4489297, публикация 18.12.1984, МПК Н01Н 036/00 в котором описан магнитный переключатель, выполненный на двух постоянных магнитах. Один из магнитов закреплен на клавише, которая при физическом воздействии имеет возможность линейно (или по дуге большого радиуса) перемещаться. Другой магнит закреплен на пружинной металлической пластине. Оси магнитов находятся в одной плоскости, ортогональной плоскости перемещения клавиши, а сами магниты установлены друг к другу одноименными полюсами в положении, когда, при движении клавиши, их оси совпадают.
Известен патент ЕР 1925008, публикация 20.01.2010, МПК Н01Н 036/00 в котором описано устройство переключения электрической цепи, в котором неподвижный блок содержит магниты, расположенные не в линию, а распределенные по окружности и все неподвижные магниты одинаковым полюсом направлены к центру окружности.
Наиболее близким является решение, описанное в заявке CN 104576187, публикация 29.04.2015, МПК Н01Н-036/00. Магнитный переключатель содержит корпус с неподвижным магнитным блоком из постоянных магнитов и установленным в корпусе перемещаемый магнитный блок с одним постоянным магнитом. Перемещаемый магнитный блок связан с контактом переключения электрической цепи. Оси всех магнитов расположены в одной плоскости, а магнитные полюса перемещаемого магнитного блока и неподвижного магнитного блока расположены напротив друг друга.
Даная конструкция не всегда может обеспечить требуемое значение упругости переключателя. То есть, не для всех требуемых на практике значений упругости переключателя, и не для всех выбранных характеристик магнитов, переключатель заданной упругости (жесткости) механизма переключения может быть решен в данной конструкции.
Техническим результатом, достигаемым в заявляемой полезной модели, является расширение возможных реализаций конструкции переключателя для заданных значений упругости (жесткости) механизма переключения.
Устройство переключения электрической цепи содержит корпус с неподвижным магнитным блоком из постоянных магнитов и установленным в корпусе перемещаемый магнитный блок, по меньшей мере, с одним постоянным магнитом. При этом, в корпусе установлены контакты, выполненные с возможностью переключения электрической цепи при изменении положения перемещаемого магнитного блока. Оси всех магнитов расположены в одной плоскости, а магнитные полюса магнитов перемещаемого магнитного блока и неподвижного магнитного блока расположены напротив друг друга. При этом постоянные магниты неподвижного магнитного блока установлены последовательно, чередуясь полярностью.
В частности, магниты в неподвижном магнитном блоке расположены эквидистантно относительно друг друга
Помимо этого, перемещаемый магнитный блок содержит два и более постоянных магнитов, которые установлены последовательно, чередуясь полярностью.
Полезная модель поясняется рисунками.
На Фиг. 1 приведен вариант выполнения конструкции устройства переключения электрической цепи
На Фиг. 2 приведен другой вариант выполнения конструкции устройства переключения электрической цепи.
На Фиг. 3 приведена шкала расстояний для пояснения работы варианта конструкции, приведенной на Фиг. 1
На Фиг. 4 приведены суперпозиция сил магнитного взаимодействия между неподвижным и подвижным блоками вдоль линии перемещения и кривая, являющаяся производной функции суперпозиции указанной выше силы по величине смещения подвижного блока полученные математическим моделированием.
Устройство переключения электрической цепи содержит корпус 1 с неподвижным магнитным блоком 2, в котором постоянные магниты 3 установлены последовательно, чередуясь полярностью. В корпусе установлен перемещаемый магнитный блок 4 в первом варианте воплощения (фигура 1) с одним магнитом 5. Перемещаемый магнитный блок при перемещении замыкает те или иные контакты электрической цепи, расположенные в корпусе (на рисунке не показаны).
Оси всех магнитов неподвижного блока 2 и перемещаемого блока 4 расположены в одной плоскости, а магнитные полюса магнитов расположены напротив друг друга.
Неподвижный магнитный блок может иметь как линейную, так и кольцевую структуру. Подвижный блок при этом также должен быть расположен на радиальном основании.
Устройство переключения электрической цепи в первом варианте работает следующим образом.
На Фиг. 1 показан первый вариант воплощения с рядом магнитов 3 неподвижного блока 2, при этом магниты установлены последовательно, чередуясь полярностью. По сути дела, это трехпозиционный переключатель. Магнит 5 подвижного блока 4 стоит в среднем положении. При приложении силы к подвижному блоку 4 для его перемещения в ту или иную сторону, придется преодолеть сопротивление, возникающее за счет действия постоянного магнита 3 той же полярности, расположенного рядом с передвигаемым магнитом 5. При преодолении этой силы, магнит 5 встанет снова в устойчивое положение напротив разноименного полюса другого магнита 3 неподвижного блока магнитов 2.
В варианте, показанном на Фиг. 2, показан двух позиционный переключатель с усиленным значений упругости (жесткости) механизма переключения. Это достигается тем, что в подвижном блоке стоят рядом два магнита чередующейся полярности. Для перемещения подвижного блока 8 с магнитами 9 требуется приложить большую силу, чтобы преодолеть сопротивление магнитов 7 неподвижного блока 6. При этом переключатель переходит из одного положения в другое с большим ускорением.
На Фиг. 3 приведена схема переключения подвижного блока) из «0» положения по оси X в положения «2» или «-2». Работа устройства переключения иллюстрируется диаграммами, приведенными на Фиг. 4, которые иллюстрируют работу фрагмента схемы, приведенной на Фиг. 3, состоящего из одного подвижного и трех неподвижных магнитов.
На Фиг 4 показан график силы F(x) магнитного взаимодействия между неподвижным и подвижным блоками вдоль линии перемещения, где значение F0 равно значению внешней силы, необходимой для переключения переключателя из одного положения в другое. На графике также показаны значения упругости (жесткости) F(x)/dx фрагмента магнитной системы. Система имеет одно конечное устойчивое (т.е. когда F(x)=0, а упругость  <0) состояние при х=0 и два неустойчивых (т.е. когда упругость  >0) при х=±1. Из графика Фиг. 4 видно, что значение максимальной отрицательной крутизны (упругости) находится непосредственно в точке устойчивости х=0.
В устойчивом положении получен выигрыш по жесткости по сравнению с прототипом примерно на порядок.
Устройство переключения электрической цепи может быть использовано в различных переключателях. Особенно удобно применять такую конструкцию в переключателях, где требуется обеспечить заданную жесткость (упругость) переключающего механизма. Например, такие требования предъявляются к переключателям ручных пожарных извещателей. Следует также отметить, что для заданных значений упругости (жесткости) механизма переключения в предложенном устройстве можно использовать более слабые или боле сильные магниты, добиваясь снижения габаритов устройства или стоимости его изготовления.