CN102638256A - 无线开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线开关装置，其包括：可以沿着主轴(A)在休止位置和工作位置之间移动的致动元件(200)；在基本上平行于主轴的方向上被致动元件的力施压的弹簧(205)；开关组件(50)，该开关组件包括布置成被致动元件(200)触发的柱塞(502)和设置有天线(503)的无线发射器模块，该天线用于在柱塞上动作的情况下，向接收器模块发出消息，所述天线(503)被沿着基本上平行于主轴的方向突出地布置在开关组件(50)上，并且螺旋类型的弹簧(205)与天线(503)同轴地布置。

Description

无线开关装置

技术领域

本发明涉及一种无线开关装置，更具体地说，涉及一种例如按钮或限位开关类型的无线开关装置。

背景技术

在按钮中，开关通过人的直接动作产生，而对于限位开关，作为普遍情况，开关源于外部机械动作，例如，如门的运动或电缆的拉动。

无线技术在所有技术领域内的发展已经导致新的约束的出现，尤其是在工业按钮制作领域或在限位开关中。在这种类型的开关装置中，无线通信模块占据不得不加以关注的空间，这是因为它包括电路板、天线和电源，这个电源有可能是电池或适于将机械能转变成电能的电能发生器。现在，必须要考虑紧凑的需求，尤其是使得用户能够将他或她的有线版本的当前开关装置更换成通过无线技术工作的新的开关装置。

文件EP1625984公开了一种开关装置。这种开关装置包括设置有天线的读取器和致动器，如果位于读取器范围内的发射机应答器送出的编码对应于所存储的编码，则该致动器被控制。

文件FR2826160、US2002/190610和EP1607993描述了无线开关装置。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种无线开关装置，其是可靠的，并且具有特别紧凑的架构。

这个目的是利用如下的无线开关装置予以实现的，该无线开关装置包括：

致动元件，该致动元件能够沿着主轴在休止位置和工作位置见移动；

弹簧，该弹簧在基本上平行于主轴的方向上被致动元件的力施压；

开关组件，该开关组件包括布置成被致动元件触发的柱塞和设置有天线的无线发射器模块，该天线用于在柱塞上动作的情况下，向接收器模块发出消息；

所述天线被突出地布置在开关组件上；

所述致动元件包括形成中空轴向内部空间的部分，在该中空轴向内部空间内容纳天线。

根据本发明的装置的特定特征，所述弹簧与所述致动元件同轴地布置。

在按钮类型开关装置中，弹簧布置在致动元件中的形成内部空间的部分的外侧。按钮类型的开关装置包括设置有致动元件的控制组件和紧固到控制组件上并意在容纳开关组件的紧固底座。控制组件包括主体，在该主体内，致动元件被平动驱动，并且弹簧被定位成一方面承载在主体上，另一方面承载在致动元件上。

典型地，按钮类型的开关装置是通过在侧壁上形成的开口来组装的，控制组件和开关组件组装在该侧壁的任一侧上，并且天线被布置成穿过该侧壁形成的平面以便在所述侧壁的一侧或另一侧上延伸。

在限位开关类型的开关装置中，弹簧布置在致动元件中的形成内部空间的部分的内侧。这个装置包括封闭致动元件和开关组件的密封壳体。优选的是，所述弹簧一方面承载在开关组件上，而另一方面承载在致动元件上。

在限位开关类型的开关装置中，弹簧可以布置在致动元件中形成内部空间的部分的外侧。它也可以包括封闭致动元件和开关组件的密封壳体。在这种结构中，开关组件例如布置在壳体中，以便能够相对于致动元件与壳体一起滑动。

根据本发明，开关组件是单一件的，并且包括封闭电能发生器的壳体，该电能发生器适于与柱塞配合并且用于将柱塞所赋予的机械能转变成电能，该电能用于给无线发射器模块供电。电能发生器例如是电磁类型的，并且包括设置有固定部分和活动部分的磁路以及电磁线圈，磁路穿过该电磁线圈。

附图说明

其他特征和优点将从下面参照作为实例给出并由附图示出的实施方式的详细描述中呈现，附图中：

图1示出根据本发明的按钮类型的开关装置；

图2以半剖开视图示出图1的开关装置；

图3以分解视图示出根据本发明的限位开关类型的开关装置；

图4示出在轴线纵截面图中所看到的图3的开关装置；

图5以分解视图示出根据本发明的限位开关类型的开关装置；

图6和7示出沿着两个轴线纵截面图所看到的图5的开关装置；

图8示出在本发明的开关装置中采用的开关组件；

图9示出在横截面中所示的图8所示的开关组件；

图10以分解视图示出图8和9所示的开关组件；

图11以分解视图示出本发明中采用的能量发生器；

图12A和12B示出图11所示的能量发生器的两个工作位置。

具体实施方式

本发明涉及例如如图1和2所述的按钮类型的开关装置20或者如图3至7所示的限位开关类型的开关装置30、40。在图3至7中，两种类型的限位开关可以被识别，一种由枢转杆操作(图3和4)；另一种利用轴操作(图5至7)。

本发明的开关装置具有包括无线通信的特殊特征，以便消息可以通过无线通信网络发送到远程接收器模块。在它所有的实施方式中，开关装置包括致动元件200、300、400，该致动元件的触发用于致动专用于向远程接收器模块发送消息的开关组件50。

在按钮类型的开关装置20中，包括致动元件的控制组件例如可以与开关组件50分开。在限位开关类型的开关装置中，控制组件和开关组件50例如可以组合在一个相同的主壳体内侧。

参照图8至10，装置的开关组件50包括壳体500，例如为三个部分，该壳体封闭至少一个电子单元501，该电子单元501设置有无线发射器模块和用于给无线发射器模块供电的能源。该能源可以是电池、纽扣电池或者电能发生器1，该电能发生器1用于将机械能转变成电能。优选的是，开关组件50包括这种电能发生器，使得无线开关装置可以形成为完全独立。在下面的描述中，将更特别聚焦于设置有这种电能发生器1的开关组件50。

根据本发明，容纳在壳体100中的电能发生器1例如为电磁类型的或者压电类型的，因此能够用于将机械能转变成用来给电子单元501供电的电能。在本发明的装置中，机械能是通过柱塞502的运动所赋予的，该柱塞502是与开关装置的致动元件200、300、400相协作的。

电磁感应能量发生器1在图11中示出。它通过使得穿过线圈11的磁通量借助于外部机械运动发生改变，来在激励线圈11中产生电流。

参照图11，发生器1显著地包括所述激励线圈11和磁场可以通过其循环的磁路，所述磁路通过固定部分和活动部分10形成。

在磁路中的磁通量被活动部分10相对于固定部分的瞬时角位置来限定，使得活动部分10相对于固定部分的运动产生通过线圈11的磁通量的变化，这导致在线圈11中产生电流。通过磁通量的变化在线圈11的端子处产生的电压取决于时间，并因此，取决于活动部分10相对于固定部分的位移速度。

激励线圈11包括绝缘材料制成的电枢110，n匝导电的绕组111缠绕在电枢110上。电枢110具有中心开口，该中心开口沿着纵轴形成并且其尺寸被设计成能够被磁路穿过多次。在图11中，磁路的固定部分穿过线圈11的中心开口两次，而形成环路。磁路因此第一次通过线圈11的中心开口，然后围绕线圈11延伸而形成环路，并且第二次穿过线圈11的中心开口。

磁路的活动部分10例如是H形的，例如包括保持在铁磁材料的两个平行层101a、101b，即顶层101a和底层101b之间的永久磁铁100。这个活动部分10安装成围绕垂直于电枢110的中心开口的纵轴的水平旋转轴旋转。弹簧102布置成使活动部分10能够在致动之后回复到其初始位置。

磁路的固定部分由具有强导磁率材料，如铁磁材料制成。参照图11，固定部分包括跨在激励线圈11上的U形底座120。磁路的固定部分还包括第一臂121和第二臂122，它们是分开的、未连接并且不相同的，其中一个臂是另一个臂的镜像。第一臂121连接到底座120的第一端上，而第二臂122连接到底座120的第二端上。这两个臂121、122是L形的，并且沿着平行于线圈11的中心开口的纵轴线的两个平面单独地穿过电枢110的中心开口。每个臂121、122的第二端定位在活动部分10的永久磁铁100的每一侧上，并且在活动部分10的两个铁磁层101a、101b之间。每个臂121、122形成用于活动部分10的支座(abutment)，并且限定两个相对的承载区，顶部承载区和底部承载区。活动部分10在每个臂121和122形成的支座之间在旋转方面具有自由度。

由于底座120布置成定位在线圈11的每一侧上。在臂121、122内循环的磁场一直沿着相同方向穿过线圈11的中心开口。于是，磁场在相同方向上两次穿过激励线圈11的中心开口。

参照图12A和12B，可以看出活动部分10执行围绕其轴线的秋千运动并且采取支座限定的两个不同极限位置，在每个极限位置处，活动部分10被磁力所保持。当活动部分10从其一个极限位置释放并且移动超过中心平衡位置时，它瞬时被磁效应吸引到另一极限位置。这个现象在先前专利申请GB1312927中显著描述。

根据本发明，能量发生器1容纳在壳体500中，并且经活动柱塞502与致动元件200、300、400机械协作，该活动柱塞502可以被致动元件平移致动。这个柱塞502容纳在壳体500中，并且将致动元件在两个位置之间的运动转变成发生器1的活动部分10在其两个位置之间的运动。

发生器1的活动部分10从第一位置向第二位置的平移产生第一电压形式的第一量的能量，其在下游能够被电子单元501使用。取决于电子单元501内安装的电子器件，在发生器1的活动部分10从其第二位置向其第一位置平移时，也可以产生第二电压形式的第二量的能量。在发生器1的活动部分10的往复运动中产生的第一量的能量和第二量的能量可以分别被电子单元501采用来传送不同的消息。当发生器1的活动部分10执行往复运动时，实际上所产生的两个电压具有相反的符号，第一电压例如为正，而第二电压为负，这使得电子单元能够区分致动元件200、300、400是否被压下或释放并且针对每个动作发送两个不同的消息。对于往复运动的去的部分，发生器的活动部分10是被致动元件上的压力所促使运动，而在返回部分，活动部分10在弹簧102的作用下回复到其初始位置。

致动元件200、300、400沿着主轴(A)位移，并且可以采取两个不同位置，例如螺旋形式的复位弹簧205、305、405被释放的休止位置和复位弹簧被压缩的工作位置。致动元件的休止位置例如对应于能量发生器1的活动部分10的第一位置，而工作位置对应于能量发生器1的活动部分的第二位置。

此外，电子单元501包括用于累积发生器1产生的电能的装置和包括天线503的无线发射器模块。无线发生器模块例如为射频类型的，并且通过能量累积装置由发生器1产生的电流来供电。使用天线503，能够向远程接收器模块(未示出)发送消息，该接收器模块包括相应的天线，使得它能够接收该消息。在无线发射器模块和接收器模块之间使用的无线通信协议例如为ZIGBEE。在变型实施方式中，发射器模块可以为红外类型的。消息可以包括多个相同的连续的帧，并且可以显著地包括开关装置的独特的标识符，使得接收器模块能够识别已经被致动的装置。接收器模块将例如包括列出与它配对的所有装置和这些装置中每一个的状态的表。

根据本发明，开关组件50的壳体500包括凹陷，该凹陷在壳体上形成细长凸起504，且天线503容纳在其中。如图4和6所示，天线503例如形成为印刷电路上的电轨迹形式。如图2、9和10所示，天线503也可以采取容纳在壳体内形成的凹陷之中的弹簧的形式或者适于容纳在所提供的凹陷中的其他形式。紧固装置505也可以被采用来将开关组件50紧固到互补装置上。

根据本发明，开关组件的柱塞502定位在天线503的底座附近，并且其位移被形成为与天线503的轴线(X)相平行。这个柱塞502安装到两个弹簧506上，这两个弹簧506沿轴向安装在开关组件50中。

根据本发明，开关装置的致动元件200、300和400例如包括例如大致为圆柱形的一部分，具有开口面，其开口到致动元件的中空轴向内部空间201、301和401上。根据本发明，开关组件50布置在开关装置中，使得容纳天线503并形成在开关组件的壳体500上的凸起504沿着致动元件200、300、400的中空内部空间201、301、401的主轴(A)插入。以这种方式，开关装置被做得尤其紧凑。这种特殊布置对本发明的所有开关装置来说是共同的，无论是按钮类型的还是限位开关类型的。

此外，按钮类型的开关装置意在通过金属壁上形成的标准直径的圆形开口，如，例如配电柜的门，来紧固。包括致动元件200和开关组件50的控制组件意在紧固到这个壁的任一侧上。将天线503布置在致动元件200内所形成的内部空间201内侧使得天线503能够穿过壁所形成的平面。借助于这种布置方式，该装置因此能够从壁的两侧发射，也就是说，在壁是配电柜的门的情况下，能够向配电柜的内部和外部发射。更具体地说，在图1和2中，按钮类型的开关装置的控制组件包括大致圆柱形形式的主体202、布置在所述主体202中并且与致动元件200机械连接以驱动它在主体202内平移的控制按钮203。按钮类型的开关装置还包括一方面紧固到控制组件的主体202上并包括使开关组件50能够被其紧固装置505所容纳的接收装置的底座204(仅在图1中示出)。底座204位于壁上与开关组件50相同的一侧上，并且具有中心开口，该中心开口使得开关组件50的天线503能够穿过而进入到致动元件200的内部空间201中。该控制组件还包括螺旋形式的复位弹簧205，该复位弹簧与致动元件200的圆柱形部分同轴地定位在后者的外侧，一方面承载于控制组件的主体202的内部上，且另一方面承载于致动元件200上。由于弹簧205是装置工作所需要的，它的定位只能是致动元件200的外侧，内部空间201被天线503所占据。开关装置还包括紧固装置206，其使按钮能够被紧固到壁上。这种紧固装置在公布的专利EP0889564或者其对应专利US6050528中详细描述。对于本发明的开关装置，其他紧固方案明显可以被构想到。当开关组件借助于控制组件的底座来紧固时，致动元件200意在与开关组件50的柱塞502相协作，以便驱动它朝向开关组件的内部平移。

在图3至7中，限位开关类型的开关装置在其两种类型的实施方式中包括壳体302、402，该壳体例如为密闭的，封闭开关组件50和致动元件300、400。由于限位类型的装置不被紧闭在柜体中，因此该装置需要具有承受外部冲击的良好密封指标。自供电开关组件的使用意味着装置的密闭性得以增强，这是因为不需要电缆。电能发生器的使用也使得可以避免任何维护操作，如更换昂贵的纽扣电池或电池，并因此避免任何破坏装置的密闭性的壳体的开启。开关装置还包括螺旋类型的复位弹簧305、405，该弹簧与致动元件300、400的圆柱形部分同轴定位，并且一方面承载于开关组件50上，而另一方面承载于致动元件300、400上。在枢转杆限位开关中，复位弹簧305位于致动元件300的圆柱形部分的内侧。在轴向操作限位开关中，复位弹簧405定位在致动元件400的圆柱形部分的外侧。在枢转杆限位开关中，开关组件50的柱塞502的致动例如是通过致动元件的位移而产生，而在轴向操作限位开关中，柱塞502的致动是通过壳体402的位移而产生。

在枢转杆限位开关中，致动元件300被旋转安装到枢转控制头303上的凸轮平动致动。在轴向操作限位开关中，致动元件400被固定，而平移安装到开关组件50上的壳体50相对于致动元件400平移运动。在后者的结构中，致动元件400例如为定位在壳体402内侧的框架的形式，并且在其内侧定位开关组件50。壳体402包括用于相对致动元件400平动驱动开关组件50的装置。在致动元件400上形成的轴向开口403允许在装置被致动时，开关组件50的凸起504通过。利用这种结构，壳体402例如可以采取人类环境改造学的手柄(ergonomic handle)的形式。

在无线模式下的限位开关的结构可以实现与任何线缆无关，从而能够将该装置布置成多种类型的构型，例如用简单的线或缆绳悬挂它。

因此，本发明的开关装置能够提供一种无线并且完全独立的方案，而不会损害这种装置的紧凑性。在致动元件200、300、400内侧的天线以及复位弹簧205、305、405的布置方式实现了满足紧凑性目标，而不损害性能水平，尤其是在无线电传输方面。

显然，在不背离本发明的框架的前提下，可以构想到在细节上的其他变型和改进，类似地可以构想到使用等同手段。

Claims (14)

1.一种无线开关装置，包括：

致动元件(200、300、400)，该致动元件可以沿着主轴(A)在休止位置和工作位置之间移动；

弹簧(205、305、405)，该弹簧在基本上平行于主轴的方向上被致动元件的力施压；

开关组件(50)，该开关组件包括布置成被致动元件(200、300、400)致动的柱塞(502)和设置有天线(503)的无线发射器模块，该天线用于在柱塞上动作的情况下，向接收器模块发出消息，

其特征在于：

所述天线(503)被突出地布置在开关组件(50)上；

所述致动元件包括形成中空轴向内部空间(201、301、401)的部分，天线(503)容纳在该中空轴向内部空间内。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹簧(205)与所述致动元件(200、300、400)同轴地布置。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述弹簧布置在致动元件(200)中的形成所述内部空间(201)的部分的外侧。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，它包括具有致动元件(200)的控制组件和紧固到控制组件上并意在容纳开关组件(50)的紧固底座(204)。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，控制组件包括主体(202)，在该主体内，致动元件(200)被平动驱动，并且弹簧(205)被定位成一方面承载在主体(202)上，另一方面承载在致动元件(200)上。

6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，它是通过在侧壁上形成的开口来组装的，控制组件和开关组件组装在该侧壁的任一侧上，并且天线(503)被布置成穿过该侧壁形成的平面。

7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，弹簧(305)布置在致动元件(300)中的形成所述内部空间(301)的部分的内侧。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，它包括封闭致动元件(300)和开关组件(50)的密封壳体(302)。

9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述弹簧(305)一方面承载在开关组件(50)上，而另一方面承载在致动元件(300)上。

10.如权利要求2所述的装置，其特征在于，弹簧(405)布置在致动元件(400)中的形成所述内部空间(401)的部分的外侧。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，它包括封闭致动元件(400)和开关组件(50)的密封壳体(402)。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，开关组件(50)布置在壳体(402)中，以便能够相对于致动元件(400)与壳体(402)一起滑动。

13.如权利要求1至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述开关组件(50)包括封闭电能发生器(1)的壳体(500)，该电能发生器适于与柱塞(502)配合并且用于将柱塞所赋予的机械能转变成电能，该电能用于给无线发射器模块供电。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述电能发生器(1)是电磁类型的，并且包括设置有固定部分和活动部分(10)的磁路以及电磁线圈(11)，磁路穿过该电磁线圈。

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