CN103295835A - 一种加速度开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加速度开关，包括外壳（1）、盖板（2）、重力块（3）、弹性夹持装置（4）和簧片（5）；所述重力块（3）与簧片（5）设置于外壳（1）内部且成重力方向分布，其中重力块（3）位于簧片（5）的上方；所述弹性夹持装置（4）设置于外壳（1）内部并将重力块（3）夹持，其弹性伸缩方向与重力方向垂直；所述盖板（2）固定于外壳（1）的顶端，盖板（2）的中部设有通孔，该通孔位于重力块（3）的上方；所述簧片（5）固定于外壳（1）的底部内壁上，所述重力块（3）和簧片（5）分别连接开关的两极。上述结构可以使得开关始终触发。

Description

一种加速度开关

技术领域

本发明属于传感器领域，更具体地说是一种加速度开关。

背景技术

开关是用来接通、断开或转换电路，以控制电器电气装置的工作或停止的电子元件。根据不同的结构和用途，开关有不同的分类方法。在电子装置和设备中，机械开关应用广泛。

机械式加速度开关利用加速度使开关两极依靠实质性接触控制开关闭合，不需用开关电源，在一些对空间要求比较高条件下能够节省空间，而且能够满足长期使用。由于机械式加速度开关靠开关两极实质性接触来完成开关的导通，开关两极接触是否良好决定开关能否正常工作，保持开关两极始终接触是开关安全触发的必要保障。

专利申请号为200920247164.9，名称为《一种无需供电的机械式加速度开关》是一种利用加速度产生的惯性力控制开关闭合的加速度开关，这种结构利用惯性质量活动系统感受加速度并产生与加速度成比例的惯性力，使弹簧单元发生伸缩变形，当动触点随着惯性活动系统移动到静触点时，加速度开关输出导通信号。但是此结构缺点在于动触点与静触点接触后会立马分开，假如开关在动静触点接触的一瞬间由于接触问题没有使开关触发，且加速度在某一时间段后减小以至于产生的惯性位移不能使动静触点接触，换句话说，开关仅有一次触发的机会，则开关便不会再触发，导致整个系统不能工作。

发明内容

本发明解决的技术问题是适用于不同加速度并保持开关导通的加速度开关。

为解决上述技术问题，本发明一种加速度开关，包括外壳、盖板、重力块、弹性夹持装置和簧片；所述重力块与簧片设置于外壳内部且成重力方向分布，其中重力块位于簧片的上方；所述弹性夹持装置设置于外壳内部并将重力块夹持，其弹性伸缩方向与重力方向垂直；所述盖板固定于外壳的顶端，盖板的中部设有通孔，该通孔位于重力块的上方；所述簧片固定于外壳的底部内壁上，所述重力块和簧片分别连接开关的两极。

进一步地优选方案，本发明加速度开关中，所述弹性夹持装置为至少两个弹性机械抓手，所述弹性机械抓手包括弹簧和机械抓手，弹簧的一端固定于外壳的内壁上，另一端与机械抓手相连；当弹性机械抓手为两个时成对称分布，当为多个时，随意分布。

进一步地优选方案，本发明加速度开关中，所述弹性夹持装置为弧形弹性片，所述弧形弹性片的外沿中部固定于外壳的内壁上。

进一步地优选方案，本发明加速度开关中，所述弹性夹持装置为弧形弹性片，所述外壳的内壁上设有防止弧形弹性片掉落的凸台，所述弧形弹性片位于凸台上方。

进一步地优选方案，本发明加速度开关中，所述弧形弹性片的顶面两端角为倒圆角，底面两端角为直角。

进一步地优选方案，本发明加速度开关中，所述弧形弹性片为卡簧，所述卡簧为C型卡簧、E型卡簧或U型卡簧。

进一步地优选方案，本发明加速度开关中，所述重力块为圆柱体，该圆柱体上设有供弹性夹持装置夹持的凹槽，该凹槽的上部表面为圆弧面。

进一步地优选方案，本发明加速度开关中，所述重力块的圆弧面的曲率与重力块受到的惯性力满足以下关系：

式中，F_惯为重力块受到的惯性力；K₁=Fμ，K₃=δ-d+μh，F为重力块所受弧形弹性片压力，μ为摩擦系数，d为弧面上端点D到构造线的距离；所述构造线为过弧面下端点E且与连接线AD垂直相交的线；其中，连接线AD为重力块圆弧所在圆的圆点A与弧面上端点D的连线；δ为弧面上弧形弹性片与重力块的作用点C到构造线的距离；r为弧半径；h为点C到连接线AD的距离；

进一步地优选方案，本发明加速度开关中，在所述外壳上设有外部接线槽。

进一步地优选方案，本发明加速度开关中，所述簧片上设有四个接触脚；所述四个接触脚上均设有凸起焊点。

本发明与现有技术相比具有以下显著的优点：1）本发明的加速度开关利用弹性夹持装置与盖板的配合使用，使得当加速度达到或大于设定的加速度时，重力块将弹性夹持装置撑开向下运动，当与下方簧片接触后，开关触发，此时重力块继续向下运动将簧片压弯，直到重力块速度为0，此时簧片有一定的弯曲变形，随后簧片将重力块向上弹，由于弹性夹持装置的弹性伸缩性挡住重力块，同时由于盖板限制了弹性夹持装置上下运动；使得开关两极始终接触，加强了开关的稳定性；2）重力块上设有弧形面，弧形部分曲率的大小决定重力块由弹性夹持装置中拉出所需加速度值大小，增加了加速度开关针对不同加速度环境下的可选择性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的描述：

附图说明

图1为本发明的结构剖面图；

图2为本发明中盖板的结构示意图；

图3为本发明中簧片的结构示意图；

图4本发明一面两端角为倒圆角的弹性弧形片示意图;

图5本发明重力块剖面图;

图6为本发明重力块弧形部分受力分析图;

具体实施方式

如图1所示，本发明一种加速度开关，包括外壳1、盖板2、重力块3、弹性夹持装置4和簧片5；所述重力块3与簧片5设置于外壳1内部且成重力方向分布，其中重力块3位于簧片5的上方；所述弹性夹持装置4设置于外壳1内部并将重力块3夹持，其弹性伸缩方向与重力方向垂直；所述盖板2固定于外壳1的顶端，盖板2的中部设有通孔，该通孔位于重力块3的上方；所述簧片5固定于外壳1的底部内壁上，所述重力块3和簧片5分别连接开关的两极。

如图2所示，所述盖板2通过螺母或粘贴等方式固定于外壳1的顶端，盖板2的中部设有通孔，该通孔位于重力块3的上方；该通孔的直径比重力块3的外径略大以防止在对重力块3施加加速度时有干扰。

如图3所示，为了使得重力块收到加速度影响向下运动能够充分将簧片5压至弯曲变形，本发明中的簧片5设有充分与重力块接触的四个接触脚，当重力块向下运动时其边缘正好压在四个接触脚上。为了进一步方便重力块与簧片的充分接触，在所述簧片的四个接触脚上设有凸起焊点，本发明中的凸起焊点为白银焊点。

当本发明中的弹性夹持装置为弧形弹性片时，该弧形弹性片可以通过点焊式的方法将其外沿中部固定与外壳的内壁上；也可以通过在外壳的内壁上设置防止其掉落的凸台，将该弧形弹性片设置与凸台上方；该弧形弹性片的顶面和底面的两个端角可以均为倒圆角或直角也可一个为倒圆角另一个为直角；安装时，由于弧形弹性片的圆角面在上时所需加速度比圆角面在下时所需加速度小，因此本发明中采用顶面的两端角为倒圆角，底面的两端角为直角的方式进行安装；弧形弹性片可以为卡簧或其他任意一种弧形弹性片（例如图4所示）；

本发明中的重力块可以为圆柱体、长方体或其他形状，现以圆柱体为例，在圆柱体上设置供弧形弹性片夹持的凹槽，该凹槽的上部表面为圆弧面；通过设置弧形部分曲率来决定重力块由弹性夹持装置中拉出所需加速度值大小，增加了加速度开关针对不同加速度环境下的可选择性，如图5所示为重力块剖面图，由于设计重力块弧形面的存在，弧形面曲率和卡簧开关响应的外界加速度存在一定的对应关系，通过调节重力块上弧形面曲率的大小，可使整个卡簧开关系统响应不同的加速度值条件。

如图6所示分析重力块弧面上面一点所受的惯性力与弧面曲率之间的关系图。由于惯性力F_惯和加速度有F_惯=M_重力块·a关系，其中a为加速度；图6为重力块向下运动时，重力块弧面与弧形弹性片接触后的受力作用示意图，反映外界加速度与弧面曲率

的对应关系，其中r为弧半径。

以弧形弹性片与重力块的作用点C受力分析：

I为重力块圆弧，其上端点为D下端点为E；点A为重力块圆弧所在圆的圆点；r为点A与点C的连接线AC的长度（即弧半径）；点A与点D的连接线AD的长度与连接线AC的长度相等；线II为过下端点E且与连接线AD垂直相交的线；d为弧面上端点D到线II的距离；δ为点C到线II的距离；h为点C到连接线AD的距离；F为重力块所受弧形弹性片压力（可以测得，视为已知量）;F_f为点C摩擦力，F_N为点C法向力;设摩擦系数为μ;设AB段距离x，相应BC段距离为r-x;点B为连接线AC与线II的交点；θ为连接线AD与连接线AC的夹角。

具体分析如下：

在点C处分析，横向受力平衡得：

F_Ncosθ=F-F_fsinθ

F_N=μF_f

F_Ncosθ＝F-μF_Nsinθ

$F_N=\frac{F}{\cos \mathrm{\θ}+\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\θ}}$

$F_f=\frac{\mathrm{\μF}}{\cos \mathrm{\θ}+\mathrm{\μ}\sin \mathrm{\θ}}$

又由三角函数定理知：

$\cos \mathrm{\θ}=\frac{r-d}{x}=\frac{\mathrm{\δ}}{r-x}$

r²-rx-dr+dx＝xδ

$x=\frac{r(r-d)}{\mathrm{\δ}+r-d}$

$\⇒\cos \mathrm{\θ}=\frac{r-d}{x}=(r-d)\×\frac{\mathrm{\δ}+r-d}{r(r-d)}=\frac{\mathrm{\δ}+r-d}{r}$

$\sin \mathrm{\θ}=\frac{h}{r}$

点C处垂直方向受力平衡：

由于Fμ、Fμ-Fμd+Fh、δ-d+μh均为已知量

因此：令Fμ=K₁，Fμ-Fμd+Fh=K₂，δ-d+μh=K₃，

由于摩擦系数μ＜1所以F_惯随r的增大而减小，F_惯随曲线曲率增大而增大；每一个弧形面曲率对应一个响应开关系统的加速度值；因此通过调节重力块上弧形面曲率的大小，可使整个加速度开关系统响应不同的加速度值条件。

当本发明中的弹性夹持装置为弹性机械抓手时，该弹性机械抓手包括弹簧和机械抓手，弹簧的一端固定于外壳的内壁上，另一端与机械抓手相连；所述弹性机械抓手的数量至少为2个，当为两个时应对称分布；当为多个时，可以随意分布。

本发明不仅仅局限于上述弧形弹性片，同样适用于厚度不同、端角不同的其他弧形弹性片。

Claims (10)

1.一种加速度开关，其特征在于：包括外壳（1）、盖板（2）、重力块（3）、弹性夹持装置（4）和簧片（5）；所述重力块（3）与簧片（5）设置于外壳（1）内部且成重力方向分布，其中重力块（3）位于簧片（5）的上方；所述弹性夹持装置（4）设置于外壳（1）内部并将重力块（3）夹持，其弹性伸缩方向与重力方向垂直；所述盖板（2）固定于外壳（1）的顶端，盖板（2）的中部设有通孔，该通孔位于重力块（3）的上方；所述簧片（5）固定于外壳（1）的底部内壁上，所述重力块（3）和簧片（5）分别连接开关的两极。

2.根据权利要求1所述的加速度开关，其特征在于：所述弹性夹持装置（4）为至少两个弹性机械抓手，所述弹性机械抓手包括弹簧和机械抓手，弹簧的一端固定于外壳（1）的内壁上，另一端与机械抓手相连；当弹性机械抓手为两个时成对称分布，当为多个时，随意分布。

3.根据权利要求1所述的加速度开关，其特征在于：所述弹性夹持装置（4）为弧形弹性片，所述弧形弹性片的外沿中部固定于外壳（1）的内壁上。

4.根据权利要求1所述的加速度开关，其特征在于：所述弹性夹持装置（4）为弧形弹性片，所述外壳（1）的内壁上设有防止弧形弹性片掉落的凸台，所述弧形弹性片位于凸台上方。

5.根据权利要求3或4所述的加速度开关，其特征在于：所述弧形弹性片的顶面两端角为倒圆角，底面两端角为直角。

6.根据权利要求3或4所述的加速度开关，其特征在于：所述弧形弹性片为卡簧，所述卡簧为C型卡簧、E型卡簧或U型卡簧。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的加速度开关，其特征在于：所述重力块（3）为圆柱体，该圆柱体上设有供弹性夹持装置（4）夹持的凹槽，该凹槽的上部表面为圆弧面。

8.根据权利要求7所示的加速度开关，其特征在于：所述重力块（3）的圆弧面的曲率与重力块受到的惯性力满足以下关系：

式中，F_惯为重力块受到的惯性力；K₁=Fμ，K₃=δ-d+μh，F为重力块所受弧形弹性片压力，μ为摩擦系数，d为弧面上端点D到构造线的距离；所述构造线为过弧面下端点E且与连接线AD垂直相交的线；其中，连接线AD为重力块圆弧所在圆的圆点A与弧面上端点D的连线；δ为弧面上弧形弹性片与重力块的作用点C到构造线的距离；r为弧半径；h为点C到连接线AD的距离。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的加速度开关，其特征在于：在所述外壳（1）上设有外部接线槽。

10.根据权利要求9所述的加速度开关，其特征在于：所述簧片（5）上设有四个接触脚；所述四个接触脚上均设有凸起焊点。

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