CN104538248B - 角度开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种角度开关包括一个或多个运动体(3)，把运动体(3)设置在由周壁(5)包围而成的容室(4)的内部，把所述容室(4)的形状设置为锥台形，其横截面的形状可以根据实际需要选择为圆形、椭圆形或多边形，通过恰当地设计左右倾斜动作角度，能够有效且灵活地控制角度开关的左右倾斜动作角度，特别是把本发明所述的锥台形容室设置为圆台形时，则本角度开关的左右倾斜动作角度与其前后倾斜动作无关。

Description

角度开关

技术领域

本发明涉及一种角度开关，涉及到倾斜角度开关的技术领域。

背景技术

现有的角度开关在使用过程中存在不能很好地控制动作角度的不足，具体归纳为两点，下面以图1所示的某常用且典型的角度开关为例分别加以说明：(1)、在图1a和图1b中，周壁b所包围的容室d为圆柱状，正常情况下，当此角度开关向右倾斜的角度达到并稍微超过角度α后滚珠a在自身重力作用下开始向右滚动，到达右端后接通电极c和周壁b,输出开关动作，角度α自然也就是此角度开关的动作角度，现有的角度开关要求其动作角度不变；在该图中，角度α＝arcsin(h/L),当此角度开关以平行于平面B的方向前后倾斜某角度θ时，容室a的倾角垂直高度会由h降低至h’，而容室a的倾斜边长度L不变，则α＝arcsin(h’/L),所以角度α会减小，干扰了此角度开关的正常动作角度，当前后倾斜到90度角时，则容室a的倾角垂直高度h会降低至零，角度α减至零，角度开关失效。

(2)在某些应用场合，需要根据不同的前后倾斜角度θ来人为设定角度开关的左右倾斜动作角度α，即角度开关的左右倾斜动作角度α是其前后倾斜角度θ的函数，α＝f(θ),很明显现有的角度开关没有此项功能。

尽管以上以某角度开关为例，但现有的角度开关均有以上不足。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种能够有效且灵活地设定或控制左右倾斜动作角度的角度开关。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种角度开关包括一个或多个运动体3，把运动体3设置在由周壁5包围而成的容室4的内部，在工作过程中，运动体3在自身重力的作用下可以在容室4内沿周壁5的内壁自由地移动，其特征在于：所述周壁5的内壁沿水平方向向所述角度开关的一端或两端逐渐缩小径口，使所述容室4的形状是单锥台形或双锥台形，所述容室4是水平放置，所述容室4的横截面的形状可以选择为圆形、椭圆形或多边形，在容室4的小径口端分别固定设置第一环形体1a和第二环形体2a,在第一环形体1a内设置第一绝缘物7a或红外发射二极管8，第一绝缘物7a包裹第一电极1，在第二环形体2a内设置第二绝缘物7b或红外接收管9，第二绝缘物7b包裹第二电极2，周壁5的部分外壁固定地设置在基座10上，周壁5、第一环形体1a和第二环形体2a可以用金属或非金属材料制作，当用金属材料制作时，周壁5、第一环形体1a和第二环形体2a可以作为本角度开关的电极。这种角度开关包括一个或多个运动体，把运动体设置在由周壁所包围的容室内，使运动体在自身重力的作用下可以沿周壁的内壁自由移动，本发明把运动体所在的容室的形状做成锥台形，该容室形状决定了本发明所述的角度开关的基本动作特性。

根据不同的实际需要，把所述容室的横截面的形状设置为圆形、椭圆形或多边形。

当所述的角度开关是单向角度开关时，则容室采用单锥台形，就是把包围所述容室的周壁的内壁向本发明所述角度开关的一端逐渐缩小径口，即所述容室的一端为大径口，另一端为小径口，并形成倾斜的侧面和相应的倾斜角度，以满足单向倾斜开关动作的需要。

所述的双向角度开关的容室采用双锥台形，就是把包围所述容室的周壁的内壁向本发明所述角度开关的左右两端逐渐缩小径口，即所述容室的中部为大径口，两端为小径口，形成左右两个锥台形容室，这两个锥台形容室之间连接且连通在一起组成了本发明所述的双锥台形容室，并形成相应的倾斜侧面和相应的倾斜角度，以满足双向开关动作的需要。

在所述锥台形容室的大径口处，其倾斜侧面与端面之间的连接夹角采用圆角，其倾斜侧面与倾斜侧面之间的连接夹角为尖角或圆角，尖角应为直角或大于90度的钝角，圆角的曲率半径应不小于所容纳运动体的直径，以防运动体在该连接夹角处卡死。

本发明所述的角度开关的左右倾斜动作角度α是其前后倾斜角度θ的函数，即α＝f(θ)。

当把所述锥台形容室设置为圆台形时，则α＝f(θ)＝不变的常数，本发明所述的角度开关的左右倾斜动作角度不受其前后倾斜角度的影响，也就是其左右倾斜动作角度得到了可靠地设定或控制；当把所述容室的形状根据实际需要人为设置为其它锥台形时，则α＝f(θ)≠不变的常数，本发明所述的角度开关的左右倾斜动作角度受其前后倾斜角度的调制或控制，以满足设备的控制需要。

在所述容室的两端分别设置一个或多个电极，与外电路连接，包围容室的周壁可以用金属或非金属材料制作，当用金属材料制作时，所述的周壁可以作为本角度开关的电极，选择金属球为运动体，在角度开关倾斜动作后，依靠运动体来接通或断开相应电极回路，向外电路输出开关动作信号；可以在所述容室的一端设置红外发射二极管，在所述容室的另一端设置红外接收管，选择金属球或非金属球为运动体，则所述运动体起到遮挡物的作用，在角度开关倾斜动作后，依靠运动体来遮挡或不遮挡红外发射二极管射向红外接收管的红外线，红外接收管根据能否接收到该红外线向外电路输出开关动作信号，以满足外电路对电隔离的需要。

本发明所述的角度开关所具有的有益效果为：本发明所述的角度开关的容室采用锥台形容室，可以非常有效且灵活地控制本角度开关的左右倾斜动作角度，可以更好地满足设备控制上的多种需要；本发明所述的角度开关的锥台形容室设置为圆台形时，则本角度开关的左右倾斜动作角度与其前后倾斜动作无关，消除了其前后倾斜动作的干扰，降低了安装要求；本发明所述的角度开关的容室的形状较现有的角度开关的容室的形状复杂，实际生产加工工艺要求和生产成本较之要稍微高一些，技术上可行，经济上合理。

附图说明

图1a和图1b所示为介绍现有技术背景而采用的角度开关原理图,其中图1a为表现角度开关正常工作时左右倾斜的正面视图，图1b为表现角度开关前后倾斜的侧面视图；

图2所示为本发明所述的双向角度开关的原理图；

图3所示为本发明所述的单向角度开关的原理图；

图4a和图4b分别所示为双向角度开关的两倾斜侧面之间连接夹角为圆角和尖角示意图；

图5所示为本发明所述的双向角度开关一个实施例的隐藏线可见的立体图；

图6所示为图5的部分剖面立体图；

图7所示为本发明所述的单向角度开关一个实施例的隐藏线可见的立体图；

图8所示为图7的部分剖面立体图

图9a所示为横截面是多边形的容室的实施例的隐藏线可见的立体示意图；

图9b所示为横截面是椭圆形的容室的实施例的隐藏线可见的立体示意图；

图9c所示为横截面是不规则的异形的容室的实施例的隐藏线可见的立体示意图；

图10所示为安装红外发射管和接收管的实施例的隐藏线可见的立体示意图；

图11所示为图10的部分剖面立体图；

其中，a、滚珠b、周壁c、电极d、容室L、L1、L2、L3、容室的倾斜边长度h、h’、h1、h2、h3、容室的倾角垂直高度1、2、电极1a、2a、环形体3、运动体4、容室5、周壁5a、5b、5c、倾斜侧面6a、端面7a、7b、绝缘物α、α1、α2、α3、倾斜侧面在平面A上的倾斜动作角度θ、角度开关相对于平面A的前后倾斜角度β、γ、夹角8、红外发射二极管8a、8b、红外发射二极管的电极9、红外接收管9a、9b、红外接收管的电极10、基座。

还有，平面A、平面B和平面C是三个相互正交的平面，平面C设定为水平面，运动体3和滚珠a的重心在平面A和平面B上，当运动体3和滚珠a为球形时，则球心就是它的重心。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述的角度开关的技术方案的具体实施方式做进一步的说明。

如附图所示，本发明所述的角度开关包括一个或多个运动体3，把运动体3设置在容室4的内部，所述容室4是由周壁5包围而成，运动体3在自身重力的作用下可以在容室4内沿周壁5的内壁自由运动，其特征在于所述的容室4的形状为单锥台或双锥台形，所述容室(4)是水平设放置。

如附图7和附图8所示，本发明所述的角度开关是单向角度开关时，所述的单向角度开关的容室采用单锥台形，把周壁5的内壁沿水平方向向本发明所述单向角度开关的一端逐渐缩小径口，并形成第三倾斜侧面5c，即容室4的一端为大径口，另一端为小径口，在容室4的大径口处安装有端面6a，以防运动体3脱离容室4的内部，在容室4的小径口端固定设置第二环形体2a，第二环形体2a内设置第二绝缘物7b，第二绝缘物7b包裹第二电极2，以起到绝缘和支撑第二电极2的作用，在本发明所述单向角度开关的下方设置基座10，以便于安装，基座10与周壁5为固定连接，运动体3采用金属球制作，周壁5、和第一环形体1a采用金属材料制作，同时担任本角度开关的电极的作用。

如附图5和附图6所示，本发明所述的角度开关是双向角度开关时，所述的双向角度开关的容室采用双锥台形，把周壁5的内壁沿水平方向向本发明所述角度开关的两端逐渐缩小径口，并在两侧分别形成第一倾斜侧面5a和第二倾斜侧面5b，即所述容室4的中部为大径口，两端为小径口，形成左右两个锥台形容室，两侧的锥台形可以选择为对称的或非对称的，这两个锥台形容室之间连接且连通在一起组成了本发明所述的双锥台形容室4，运动体3在自身重力的作用下可以自由地从一侧的锥台形容室进入另一侧的锥台形容室，在容室4的小径口端分别固定设置第一环形体1a和第二环形体2a，第一环形体1a和第二环形体2a内分别设置第一绝缘物7a和第二绝缘物7b，第一绝缘物7a和第二绝缘物7b分别包裹第一电极1和第二电极2，以起到绝缘和支撑电极的作用，在本发明所述双向角度开关的下方设置基座10，以便于安装，基座10与周壁5为固定连接，运动体3采用金属球制作，周壁5、第一环形体1a和第二环形体2a采用金属材料制作，同时担任本角度开关的电极的作用。

如附图10和附图11所示，为了满足光电隔离的需要，本发明所述的角度开关可采用光电耦合式角度开关，容室4也采用双锥台形，在第一环形体1a和第二环形体2a内分别设置红外发射二极管8和红外接收管9，在本角度开关的下方设置基座10，以便于安装，基座10与周壁5为固定连接，运动体3采用金属球或非金属球制作，周壁5、第一环形体1a和第二环形体2a采用金属材料或非金属材料制作。

本发明所述锥台形容室4的横截面的形状可以根据具体需要选择为圆形、椭圆形或多边形，如附图9a、附图9b和附图9c所示，如果锥台形容室4的横截面的形状选择多边形，则第一倾斜侧面5a、第二倾斜侧面5b和第三倾斜侧面5c会包括一个或多个平面或弧面。

如附图4a和附图4b所示，对于双向角度开关，第一倾斜侧面(5a)与第二倾斜侧面(5b)相连接的夹角β为尖角或圆角，对于单向角度开关，第三倾斜侧面(5c)与端面(6a)相连接的夹角γ为圆角，尖角应为直角或大于90度的钝角，圆角的曲率半径应不小于所容纳运动体(3)的直径，以防运动体(3)在该连接夹角处卡死。

运动体3为金属球或非金属球时，其直径应略小于第一环形体1a和第二环形体2a的最小内径，以保证本角度开关工作稳定可靠，并有利于缩小本角度开关的体积。

附图2和附图3分别为本发明所述的双向角度开关和单向角度开关的原理图，其中第一环形体1a和第二环形体2a采用金属材料制作，第一环形体1a和第二环形体2a作为两个电极，当周壁5采用金属材料制作时，第一环形体1a或第二环形体2a与周壁5相连接，则周壁5作为一个电极，运动体3为金属球，在第一环形体1a和第二环形体2a内分别设置第一绝缘体7a和第二绝缘体7b，第一绝缘物7a和第二绝缘物7b分别包裹第一电极1和第二电极2。

在图2中，容室4包括左右两个锥台形容室，这两个锥台形容室之间连接且连通在一起，在工作过程中，运动体3在自身重力的作用下可以从一个锥台形容室进入另一个锥台形容室，当本图所示的角度开关平行于纸面向左或向右倾斜的角度超过倾斜动作角度α1或倾斜动作角度α2后，运动体3向左或向右运动，运动体3的一部分会碰触到并进入到左端的第一环形体1a或右端的第二环形体2a，同时碰触到第一电极1或第二电极2，从而使第一环形体1a与第一电极1间或第二环形体2a与第二电极2间接通，输出动作信号，实现双向角度开关的功能。

在附图2中，由于周壁5的内壁分别向本角度开关的左右两端逐渐缩小径口，形成双锥台形容室4，从而使周壁5的内壁分别形成第一倾斜侧面5a和第二倾斜侧面5b，该倾斜侧面进而会在平面A上形成倾斜长度L1、倾斜长度L2、倾斜高度h1、倾斜高度h2、倾斜动作角度α1和倾斜动作角度α2，而并且倾斜动作角度α1＝arcsin(h1/L1)和倾斜动作角度α2＝arcsin(h2/L2),由于本发明所述的容室4采用锥台形，且容室4的横截面可选择圆形、椭圆形或多边形，则倾斜长度L1、倾斜长度L2、倾斜高度h1和倾斜高度h2都是本发明所述的角度开关相对于平面A的前后倾斜角度θ的函数，进而使倾斜动作角度α1和倾斜动作角度α2也是角度θ的函数，即α1＝f1(θ)和α2＝f2(θ),所以本双向角度开关的倾斜动作角度α1和倾斜动作角度α2受到其前后倾斜角度θ的控制，通过恰当地设计满足函数关系α1＝f1(θ)和α2＝f2(θ)即可实现此项功能。

在附图3中，容室4包括一个锥台形容室，当本图所示的角度开关平行于纸面向右倾斜的角度超过倾斜动作角度α3后，运动体3向右运动，运动体3的一部分会碰触到并进入到右端的第二环形体2a，同时碰触到第二电极2，从而使第二环形体2a与第二电极2间接通，输出动作信号，实现单向角度开关的功能。

在附图3中，由于周壁5的内壁向本角度开关的右端逐渐缩小径口，形成单锥台形容室4，从而使周壁5的内壁形成第三倾斜侧面5c，该倾斜侧面进而会在平面A上形成倾斜长度L3、倾斜高度h3、和倾斜动作角度α3，而并且倾斜动作角度α3＝arcsin(h3/L3)，由于所述的容室4采用锥台形，且容室4的横截面也可选择圆形、椭圆形或多边形，所以倾斜动作角度α3也是角度θ的函数，即α3＝f3(θ)，本单向角度开关的倾斜动作角度α3受到其前后倾斜角度θ的控制，通过恰当地设计满足函数关系α3＝f3(θ)即可实现此项功能。

特别是当本发明所述的角度开关的锥台形容室4设置为圆台形时，倾斜长度L1、倾斜长度L2、倾斜长度L3、倾斜高度h1、倾斜高度h2、倾斜高度h3、倾斜动作角度α1、倾斜动作角度α2和倾斜动作角度α3与本角度开关的前后倾斜角度θ无关，则本角度开关的倾斜动作角度与其前后倾斜动作无关，消除了其前后倾斜动作的干扰，降低了安装要求，提高了可靠性。

附图5和附图6所示的双向角度开关的工作原理与附图2所示的双向角度开关相同，附图7和附图8所示的单向角度开关的工作原理与附图3所示的单向角度开关相同。

附图10和附图11所示的双向角度开关采用光电耦合式角度开关，当本角度开关没有动作时，红外接收管9能够接收到红外发射二极管8发射的红外线而导通，当本角度开关动作后，运动体3的一部分进入第一环形体1a或第二环形体2a内，遮挡红外发射二极管8射向红外接收管9的红外线，使红外接收管9无法接收到红外线而截止，完成角度开关动作功能。

当然，在不脱离本发明的框架的情况下，还可以有其它的选择和发展以及我们能够预想得到的等效装置。

Claims (3)

1.一种角度开关包括一个或多个运动体(3)，把运动体(3)设置在由周壁(5)包围而成的容室(4)的内部，在工作过程中，运动体(3)在自身重力的作用下在容室(4)内沿周壁(5)的内壁自由地移动，其特征在于：所述周壁(5)的内壁沿水平方向向所述角度开关的一端或两端逐渐缩小径口，使所述容室(4)的形状是单锥台形或双锥台形，所述容室(4)是水平放置，所述容室(4)的横截面的形状选择为圆形、椭圆形或多边形，在容室(4)的小径口端分别固定设置第一环形体(1a)和第二环形体(2a),在第一环形体(1a)内设置第一绝缘物(7a)或红外发射二极管(8)，第一绝缘物(7a)包裹第一电极(1)，在第二环形体(2a)内设置第二绝缘物(7b)或红外接收管(9)，第二绝缘物(7b)包裹第二电极(2)，周壁(5)的部分外壁固定地设置在基座(10)上，周壁(5)、第一环形体(1a)和第二环形体(2a)用金属或非金属材料制作，当用金属材料制作时，周壁(5)、第一环形体(1a)和第二环形体(2a)是本角度开关的电极，所述的运动体(3)是金属球或非金属球，所述角度开关的左右倾斜动作角度是其前后倾斜角度的函数或所述角度开关的左右倾斜动作角度与其前后倾斜动作无关。

2.根据权利要求1所述的角度开关，其特征在于：当所述角度开关是双向角度开关时，容室(4)采用双锥台形，周壁(5)的内壁向所述角度开关的两端逐渐缩小径口，即所述容室(4)的中部为大径口，两端为小径口，形成左右两个锥台形容室，这两个锥台形容室之间连接且连通在一起组成了本角度开关的双锥台形容室(4)，使周壁(5)的内壁形成第一倾斜侧面(5a)和第二倾斜侧面(5b)以及相应的倾斜动作角度α1和α2，两侧的锥台形是对称的或非对称的；当所述角度开关是单向角度开关时，容室(4)是单锥台形，周壁(5)的内壁向所述角度开关的一端逐渐缩小径口，即所述容室(4)的一端为大径口，另一端为小径口，使周壁(5)的内壁形成第三倾斜侧面(5c)和相应的倾斜动作角度α3，在所述大径口处安装有端面(6a)，以防运动体(3)脱离所述容室(4)的内部。

3.根据权利要求2所述的角度开关，其特征在于：第一倾斜侧面(5a)与第二倾斜侧面(5b)相连接的夹角β为尖角或圆角，第三倾斜侧面(5c)与端面(6a)相连接的夹角γ为圆角，尖角应为直角或大于90度的钝角，圆角的曲率半径应不小于所容纳运动体(3)的直径，以防运动体(3)在连接夹角处卡死。