CN102683083A - 机械快速弹扣多触点开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速弹扣开关，该开关包括适于绕支轴“O”转动的按钮(2)，壳体结构(3)，约束到按钮(2)的一端且由弹性装置(41)相抵的至少一根杆(4)。开关包括致动机构，该致动机构包括交替作用在至少一个模块“M”的一个触点(5A、5B)上的第一振动弹扣装置(61)和由该杆(4)作用的第二振动弹扣装置(62)。该第二弹扣装置(62)作用在第一弹扣装置(61)上并使其切换，从而装置(61)作用在相对的触点(5A或5B)上。开关包括适于在行进端点处锁定第一弹扣装置(61)的互锁装置和适于当按钮(2)达到预定倾斜角“α”时脱离第一弹扣装置(61)的释放元件。

Description

机械快速弹扣多触点开关

技术领域

本发明涉及多触点机械开关，特别涉及优选应用于低功耗电路的快速弹扣开关(snap-fast switches)。

背景技术

在低功耗和高功耗电气/电子技术领域中，需要切换时间尽可能短的开关。

快速弹扣开关在低功耗电子领域是公知的，所述快速弹扣开关将切换时间减小到最少，并且防止以下的风险发生：由于缓慢致动或者施加到快速弹扣开关的杠杆上的极小作用力，开关可能返回初始位置。

在快速弹扣开关中必定存在的该第二个特性是难以解决的技术问题。

事实上，快速弹扣开关必须避免在施加致动力时，开关可能在没有切换的情况下返回初始位置。

应用到低功耗电子设备上的快速弹扣开关的另一个技术问题是消除弹跳(bounce)，特别是在数字电子电路中。

多触点快速弹扣开关是公知的，所述多触点快速弹扣开关包括弹簧和弹性元件的复杂系统，所述复杂系统非常昂贵并且难以实施，此外，还增加了开关本身的尺寸。

这种开关例如在专利申请EP1615249和EP0743664中进行了描述。

主要使用弹性力的这种技术方案并不可靠，原因在于系统的弹性常数随着时间发生的变化可减弱、甚至消除掉对于开关本身是根本特性的快速弹扣效应。

上述问题的一种解决方案在本申请人的专利申请IT020080675A中进行了描述。

现有技术其他未解决的问题是以下的风险：由于施加到开关按钮上的震动或力(即使是非常轻微的震动或力)，开关可能切换或者触点可能打开(即使是非常短的时间)。

现有开关的另一个问题是触点之间开始切换的状态的确定，所述状态的确定取决于触点本身的弹性常数，原因在于当作用力不再施加到触点本身上时，触点打开速度高度取决于所使用的材料和该材料的弹性常数。

通过使用不同弹性常数的不同材料制成的触点而生产的类似的开关将具有不同的切换时间，尽管操作原理是相同的。

因此，有利的是了解精确的切换状态，因为通过减小切换和执行时间的不确定性能够改进开关的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种适于解决上述问题的多触点机械快速弹扣开关。

本发明的一个方面涉及具有所附权利要求1的特征的多触点快速弹扣开关。

本发明的辅助特征在所附从属权利要求中列出。

附图说明

通过参照所附附图的所述开关的实施例的以下描述，所述开关的特征和优点将变得更明显。

图1A和1B示出根据本发明的处于两个相应的操作状态中的开关的剖视图；

图2是根据本发明的开关的分解图；

图3示出根据本发明的开关的触点的细部；

图4示出根据本发明的互锁装置的细部；

图5A和5B显示根据本发明的开关的可替代实施例，图5A示出开关的剖视图，图5B示出开关的内部的立体图。

图6A和6B示出根据本发明的处于不同操作构型的开关，图6A示出处于拉动构型的开关，图6B示出处于推动构型的开关。

具体实施方式

参照上述附图，优选用于低功耗电路的多触点机械快速弹扣开关包括：按钮2，所述按钮2固定到壳体结构3上，从而能够围绕支轴“O”转动，优选地水平枢接到支轴“O”上；至少一根杆4，所述杆4在一个端部处受按钮2约束并且与按钮2一体地运动，从而在引导件21内沿着按钮2自身的轴线“X”滑动，所述引导件21包括在按钮2中，并且由至少一个弹性装置41相抵。

适于确保开关部件的机械防护的所述壳体结构3包括杆和至少一个扩张结构，所述扩张结构优选地适于限定按钮2的振动角度。该结构还包括印刷电路33固定到其上的支撑部分31，所述支撑部分31由至少一个模块“M”作用，所述模块“M”包括优先彼此相对的第一触点5a和第二触点5b。

所述至少一个模块“M”由至少一个致动机构作用，所述致动机构与每个模块“M”电绝缘并且包括第一振动弹扣装置61和第二振动弹扣装置62，所述第一振动弹扣装置61优选地取决于按钮2的倾斜而优选地围绕第一支轴“S”可转动，所述第二振动弹扣装置62固定到第二支轴“T”上并且包括由相同的杆4作用的激活部分621。

所述第二弹扣装置62因为被制成为围绕支轴“T”振动，所以其作用在第一弹扣装置61上，由此导致第一弹扣装置61围绕支轴“S”振动，使得所述第一装置61将由于按钮2的倾斜而作用在触点5a或5b上，只有在达到按钮2的预定倾斜角“α”时才发生触点5a和5b的切换。

开关还包括：至少一个互锁装置，所述互锁装置适于在第一弹扣装置的至少一个行进端点处锁定第一弹扣装置61，由此防止第一弹扣装置的任何意外运动；和至少一个释放元件，所述释放元件适于在按钮2达到预定倾斜角“α”时使第一弹扣装置61从互锁装置脱离，由此允许第一弹扣装置再次运动。该方案允许确定在两个触点(5a，5b)之间切换的精确瞬间。

根据本发明的开关优选地在陆地和水上交通工具中用于致动电路，所述电路适于激活/停用安装在所述交通工具中的电机装置。

如图2所示，支撑部分31包括多个电连接件32，所述电连接件32适于电连接到其他的电子电路。

固定到支撑部分31上的印刷电路33包括多个导电轨(conductivetracks)，所述导电轨根据预定的电路图通过低阻抗路径电连接到所述电触点32。

如图1A、1B和2所示，所述印刷电路33由多个模块“M”作用，每个模块至少包括：布置成彼此相对的第一触点5a和第二触点5b；以及例如由硅基材料制成的绝缘垫，所述绝缘垫结合所述触点5a和5b。

所述第一触点5a和第二触点5b中的每一个均包括：至少一个导电部分51，所述导电部分51例如由金属材料制成；和至少一个圆顶52，所述触点部分51固定到所述圆顶52上。

每个圆顶52适于在自身被按压时作用在相关联的导电部分51上，从而降低导电部分51直到其接触印刷电路33的表面为止，由此产生电流能够流动的低阻抗路径，因此闭合相关联的触点5a、5b。

在根据本发明的开关的第二实施例中，如图3A和3B所示，模块“M”包括触点5A和5B，所述触点5A和5B包括优选由金属制成的箔53，所述箔53的形状被设计成当第一弹扣装置到达其行进端部时，所述箔53将按压抵靠在印刷电路33的表面上，由此闭合触点5a、5b。

所述箔53的第一端部被约束到第一弹扣装置61上，优选地约束到触点部分611上，而第二端部是自由的并且适于按压抵靠在印刷电路33的表面上。

如图1A和1B所示，第一弹扣装置61被定位于第一触点5a和第二触电5b之间，可围绕支轴“S”旋转，所述支轴“S”优选地定位于由印刷电路33的表面所限定的平面上方。

在本发明中，支轴“S”相对于和轴线“Z”平行且穿过支轴“O”的竖直直线偏移，由此为每个模块“M”产生通常关闭的触点(优选为5a)和通常打开的触点(例如5b)。

在可替代实施例中，支轴“S”和支轴“O”和平行于轴线“Z”的竖直直线对准，由此产生能够在两个触点5a、5b之间切换的转换开关。

包括在致动机构中的所述第一弹扣装置61优选地具有“V形”扩张形状，比如内部中空，其中，在所述弹扣装置61的每个横向端部处具有适于作用在所述圆顶52上的触点部分611。

第一弹扣装置61围绕其转动的第一支轴“S”相对于竖直轴线“Z”和由印刷电路33限定的平面(在图1A和1B中可见)横向布置。

第二弹扣装置62围绕其转动的第二支轴“T”优选地通过例如销构建在第一弹扣装置61中，所述销相对于竖直轴线“Z”横向安装并且平行于支轴“S”的轴线。

所述支轴“T”优选地位于由印刷电路33的表面限定的平面下方，所述支轴“T”根据第一弹扣装置61围绕支轴“S”的振动而改变其在开关的结构3内的相对位置。

上述的第二弹扣装置62可转动地固定到支轴“T”上并且优选地定位在第一弹扣装置61的扩张结构的内部，所述扩张结构限定第二弹扣装置62能够在其中围绕支轴“T”转动的角度。

第二弹扣装置62的激活部分621包括彼此相对的两个倾斜平面，由此在附图所示的实施例中产生形状像“Y”形的第二弹扣装置62。

根据本发明的开关的操作构型或步骤如下所列，并且主要包括：

●空载构型，其中按钮2定位在平衡状态中，在所述平衡状态中，杆4的轴线“X”平行于竖直轴线“Z”，如图1A所示。

●推动构型，其中按钮2围绕支轴“O”转动，由此向下运动，并且一旦按钮2相对于轴线“Z”超过某个倾斜角度“α”就激活致动机构，由此从空载构型改变包括在模块“M”中的触点5a、5b的状态，如图5B所示。

●拉动构型，其中按钮2围绕支轴“O”转动，由此向上运动并且一旦按钮2相对于轴线“Z”超过某个倾斜角度“α”就激活致动机构，由此从空载构型改变包括在模块“M”中的触点5a、5b的状态，如图5A所示。

如在附图所示，当处于空载操作状态时，第二支轴“T”处于相对于触点5a、5b之间的中间点偏移的位置，例如靠近通常打开的触点5b。

在推动或拉动操作步骤期间，第二支轴“T”改变其在壳体结构3中的相对位置，从而自身优选地定位成靠近触点5a、5b。由于触点本身的切换，其因此变成打开的触点，原因在于其固定到第一弹扣装置61上，所述第一弹扣装置61在推动操作步骤期间又围绕支轴“S”转动，如在图1B和6B中详细示出。

在推动或拉动操作构型期间，激活部分621由杆4作用，所述杆4倾向于对应于和按钮2运动的方向相反的方向、在包括在激活部分621中的倾斜平面上滑动。

当按钮2相对于竖直轴线“Z”的倾斜角“α”大致等于限制角度时，切换机构采用以下的构型：支轴“T”将其本身布置成与支轴“S”基本对准，且具有平行于轴线“Z”的竖直轴线。

为了本说明书的目的，词语“支轴‘T’将其本身布置成与支轴‘S’基本对准”是指：参照穿过支轴“T”的竖直轴线，支轴“S”没有相交，而是和所述竖直轴线相距一段较短的距离。

按钮2的限制倾斜角度小于20°，超过该限制倾斜角度时触点5a、5b会切换。

如果在超过限制角度之前释放按钮2，则致动机构将回到其初始的空载操作构型，而没有切换附图所示的模块“M”中的任何触点5a、5b，这是因为在达到限制角度之前，支轴“T”和“S”位置使得由杆4施加到激活部分621上的作用力沿着待切换的初始闭合触点的方向传送。

通过持续推动或拉动按钮2，一旦超过所述限制角度，模块“M”的触点将切换其操作状态，并且致动机构将自身定位在稳定点上，在所述稳定点上，支轴“T”和“S”将相对于轴线“Z”偏移。

当超过所述限制角度时，支轴“T”和“S”的位置使得由杆4施加到激活部分621上的作用力沿着切换后变成闭合触点的触点5a、5b的方向传送。

更具体来说，按钮2超过限制角度的额外位移允许第二弹扣装置62邻接并作用在第一弹扣装置61上，所述第一弹扣装置61接下来由于从面对杆4的弹性装置41接收的推力，又围绕支轴“S”朝向第二触点5b转动而改变其位置。

第一弹扣装置61的转动允许该第一弹扣装置到达其行进端点时，通过触点部分611作用在第二触点5b的圆顶52上，由此借助于导电部分51闭合触点5a或5b。

如图6A和6B所示，根据本发明的开关的优选实施例包括至少两个模块“M”，每个模块包括触点5a和5b，所述触点5a和5b以交替的方式布置，使得两个相邻的模块“M”具有相反的触点5a和5b，也就是说，当开关处于空载操作构型时，两个相邻模块“M”的两个相邻触点处于相反的操作状态中。

致动机构和每个模块“M”相关联；该机构布置成彼此相对，使得相邻致动机构的支轴“S”偏移。

优选的，每个致动机构能够切换仅在开关的一个操作构型中的相关联模块的触点5a、5b。

通过处于推动或拉动构型中的按钮2，一旦超过限制角度，只有属于以下条件的模块“M”的触点将切换：和适于在该构型中运动的致动机构相关联的模块“M”，也就是说，该致动机构将是空载构型中通常闭合的触点处于按钮2的倾斜方向上的机构；相反，相邻的致动机构将不会使包括在相关联的模块“M”中的触点切换，如图6A和6B所示。

在该后一个致动机构中，相关联的杆4将沿着第二弹扣装置62的倾斜平面滑动，从而继续按压抵靠在通常关闭的触点上并且累积势能，一旦没有作用力施加到按钮上，所述势能将把按钮2带回到空载构型。

对于包括在其中的每个模块“M”，根据本发明的开关包括互锁装置和释放装置，所述互锁装置和释放装置分别适于以受控方式锁定和释放与单个模块“M”相关联的每个第一弹扣装置61。

在推动或拉动操作步骤期间，当第二弹扣装置围绕支轴“T”转动并且按钮2超过所述限制角度时，第二弹扣装置62开始作用在第一弹扣装置61上。同时，释放元件使第一弹扣装置61脱离，使得施加到按钮2上的作用力能够通过杆4朝向致动机构传递，由此导致相关联的模块“M”的两个触点5a、5b的切换。

在第一弹扣装置的行进端点处，第一弹扣装置61通过互锁装置被锁定，所述互锁装置将所述弹扣装置61锁定从而防止其发生意外的切换。

优选的，每个开关包括用于每个模块“M”的至少两个互锁装置，即，一个互锁装置用于每个第一弹扣装置61的每个行进端点。

在图1A和1B所示的实施例中，具有相对于轴线“Z”布置在支轴“T”下的两个互锁装置，每个互锁装置包括至少一个成形箔7，所述成形箔7适于接合包括在第一弹扣装置61的下部分中的至少一个腔612，如图4所示。

箔7优选地平行于印刷电路33的平面，和第一支轴“S”等距，从而在弹扣装置61的两个行进端点处锁定第一弹扣装置61。

每个箔7的第一端部固定到支撑部分31上，由此产生悬臂，而自由的第二端部能够振动。

每个箔7的自由的第二端部的形状被设计成接合包括在第一弹扣装置61的下部分的腔612。

每个箔优选地由金属材料(比如铝)制成，或者作为替代由塑料材料制成。

在优选实施例中，每个第二弹扣装置62包括释放元件，比如在弹扣装置62本身的下部分中。

所述释放元件包括在弹扣装置62的下部分的侧部处的至少一个(优选为两个)突起71，所述突起71适于作用在相关联的成形箔7上，以使第一弹扣装置61脱离。

所述突起71的布置使得在按钮2已超过预定限制角度之后，在第二弹扣装置62围绕支轴“T”转动时，所述突起71沿着优选平行于轴线“Z”的轴线施加作用力到箔7上。

释放元件的所述突起71中的每一个优选地由塑料材料制成，正好和第二弹扣装置62一样。

在释放元件的突起71的作用下，箔发生弯曲并且从腔612脱离，因此在按钮2的倾斜角度已超过限制角度时释放第一弹扣装置61，由此使第二弹扣装置62和第一弹扣装置61邻接。

第一弹扣装置61直至其行进端点的振动允许触点部分611作用在触点5a、5b上，由此闭合触点；同时，定位在第一弹扣装置61的相对行进端点处的成形箔7将再次锁定第一弹扣装置。

为了使新的切换变得可能，按钮2必须达到大于限制角度的倾斜角“α”。

在附图所示的实施例中，一旦操作员停止朝着特定操作构型在按钮2上施加作用力，由与杆4相关联的弹性装置41累积的能量允许按钮2将其自身重新定位到空载操作构型，其中，所述杆4作用在紧接着发生切换的致动机构的致动机构上，所述发生切换的致动机构保持其自身的触点不变。这样，第一弹扣装置61通过突起71作用在与致动机构相关联的箔7上而脱离，其中，所述致动机构在按钮2倾斜时进行触点的切换。

成形箔7的刚度防止相关联的突起71的脱离，直到达到最小的作用力为止，所述最小的作用力允许突起71弯曲箔7并且使第一弹扣装置61脱离，由此防止由施加到按钮2上的轻微压力导致的任何意外切换。

在没有互锁装置和释放元件的情况下，在图1A和图5A所示的两个实施例中，发生触点5a、5b之间切换的时间将不同，原因如下：由于箔53的弹性常数大于圆顶52的弹性常数，由此需要更大的作用力来保持触点闭合，因此，具有箔53(图5A)的实施例的弹性常数将比图1A和1B的实施例更早地打开触点。

本技术方案允许获得能够在小于20ms的时间内切换且显著地减小启动时间不确定性的快速弹扣开关。

根据本发明的开关允许减小在一个触点和另一个触点之间的切换开始状态下的不确定性。

而且，具有互锁装置和释放元件的开关允许消除由触点的弹性常数引起的任何不确定性，这是因为切换动作的启动完全受限于按钮2的倾斜角度“α”。

最后，根据本发明的开关对摩擦和作用力变化不敏感。

Claims (5)

1.多触点机械快速弹扣开关，所述开关包括：按钮(2)和壳体结构(3)，所述按钮(2)固定到所述壳体结构上从而能够围绕支轴(O)转动；至少一根杆(4)，所述杆在一个端部处受所述按钮(2)约束并且和所述按钮一体地运动，所述杆由至少一个弹性装置(41)相抵，

所述壳体结构(3)包括支撑部分(31)，印刷电路(33)固定到所述支撑部分上，所述支撑部分由至少一个模块(M)作用，所述至少一个模块至少包括第一触点(5A)和第二触点(5B)；

所述模块由致动机构作用，所述致动机构包括第一振动弹扣装置(61)和第二振动弹扣装置(62)，所述第一振动弹扣装置交替地作用在每个模块的所述触点(5A，5B)中的一个上，所述第二振动弹扣装置包括由所述杆(4)作用的致动部分(621)，

在振动期间，所述第二弹扣装置(62)作用在所述第一弹扣装置(61)上并且导致所述第一弹扣装置的切换，使得所述第一装置(61)作用在相对的触点(5A或5B)上，由此允许所述开关换向，

所述开关的特征在于，所述开关包括：至少一个互锁装置，所述至少一个互锁装置适于在行进端点处锁定所述第一弹扣装置(61)，由此防止所述第一弹扣装置的任何意外运动；和释放元件，所述释放元件用于当所述按钮(2)达到预定倾斜角度(α)时使所述第一弹扣装置(61)脱离，由此允许所述开关以受控和快速的方式换向。

2.根据权利要求1所述的开关，其中，所述互锁装置包括至少一个成形箔(7)，所述至少一个成形箔适于接合包括在所述第一弹扣装置(61)中的至少一个腔(612)，并且所述释放元件包括在所述第二弹扣装置(62)中。

3.根据权利要求2所述的开关，其中，所述释放元件包括至少一个突起(71)，所述突起被布置在所述弹扣装置(62)的下部分的侧部处，以在所述第二弹扣装置(62)围绕所述支轴(T)转动时沿着平行于轴线(Z)的轴线向所述箔(7)施加作用力，由此利用所述互锁装置的动作释放所述第一弹扣装置(61)。

4.根据权利要求1或3所述的开关，其中当所述按钮(2)到达等于限制角度的倾斜角度(α)时，所述释放元件使所述第一弹扣装置(61)脱离，使得施加到所述按钮(2)上的作用力能够通过所述杆(4)朝向所述致动机构传递，由此导致包括在所述开关的至少一个模块(M)中的触点(5A、5B)的切换。

5.根据权利要求4所述的开关，其中，所述按钮(2)的限制倾斜角小于20°，超过所述限制倾斜角度时会发生所述触点(5a、5b)的切换。

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