CN104658801B - 双稳态电气连接转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双稳态电气连接转换装置，包括母接头(1)以及用于与所述母接头(1)连接的公接头(2)，所述母接头(1)包含母接头座(3)和圆周排布于所述母接头座(3)内的电磁铁(11)、限位栅(7)和静触点(9)，所述公接头(2)包含公接头座(4)、双稳态锁定机构(19)和旋转定位机构，所述双稳态锁定机构(19)为十字交叉双稳态弯曲梁，中间通过轴承(17)与旋转定位机构相连，四端固定于所述公接头座(4)内壁；本发明同现有技术相比，该装置结构紧凑、控制方便、手自动一体化，可使电气连接具有多档位转换、稳定可靠、响应快、节能等优点。

Description

双稳态电气连接转换装置

[技术领域]

本发明涉及电气连接转换技术领域，具体地说是一种双稳态电气连接转换装置。

[背景技术]

一些电气设备在工作过程中需要切换多个不同的工作模式或档位，这时就需要进行电路连接的转换，目前，通常需要手动改变电路连接方式或通过复杂的电路转换和控制系统；另外，在自动控制电路中经常要用到类似继电器的一些用较小的电流去控制较大电流的电子控制器件，传统的继电器工作时如果要保持吸附衔铁的状态就必须一直保持通电，从而耗费了大量电能。

由于双稳态结构具有两个稳定的平衡状态，且保持稳态不耗能，因此常用作电气开关的设计元件；另外利用磁吸方式来实现两个电气接头的连接具有省力、方便的特点，尽管专利CN 203631858U、CN 202550692U中公开了利用永磁铁自动定位吸附的电气连接装置，但是都只能一次定位吸附，只有一种固定连接方式。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种双稳态电气连接转换装置，实现了控制两电气接头多档位连接的功能，且使用双稳态结构实现连接的锁定，从而使电气连接具有多档位转换、稳定可靠、响应快、节能等优点。

为实现上述目的，本发明提供的双稳态电气连接转换装置，包括母接头1以及与母接头1可拆卸式连接的公接头2，所述母接头1包括母接头座3以及分别沿圆周排布于母接头座3内的电磁铁11、限位栅7和静触点9，所述电磁铁11、限位栅7、静触点9沿径向由内至外依次排开，所述公接头2包括公接头座4以及设置于公接头座4内的双稳态锁定机构19和旋转定位机构，所述双稳态锁定机构19为十字交叉的双稳态弯曲梁，所述双稳态锁定机构19固定于公接头座4内壁，所述双稳态锁定机构19具有上凸和下凹两个稳定状态，所述双稳态锁定机构19与旋转定位机构通过中部的轴承17相连，所述旋转定位机构包括转盘14以及安装在转盘14中心的旋转轴15，所述转盘14为十字形结构，所述转盘14上交叉固定有两个永磁铁12和悬臂13，所述悬臂13为金属弹性梁，所述悬臂13的端部设有与静触点9相配合的动触点10，所述永磁铁12朝外一侧的极性相反。

所述母接头座3、公接头座4均为中间设有隔板的上下端敞口的圆筒状，所述母接头座3边框上设有沿中心对称的L形槽5，所述公接头座4边框上设有与L形槽5相配合的扣合桩6，所述母接头座3与公接头座4通过L形槽5及扣合桩6扣合为一体。

所述母接头座3内限位栅7的内外两侧分别沿圆周方向分布有对应数量的电磁铁安装孔和静触点安装孔，所述电磁铁11和静触点9分别设于电磁铁安装孔和静触点安装孔内，所述电磁铁安装孔与限位栅7位置相对应，所述静触点安装孔交错分布于限位栅7的空隙方位。

所述公接头座4内隔板一侧的内壁上沿圆周方向分布有四个小凸台，所述双稳态锁定机构19四端固定于小凸台上，所述公接头座4内隔板另一侧表面沿圆周方向均匀分布有若干刻度线8，所述刻度线8的数量和位置与公接头2、母接头1对应扣合后的母接头1内静触点9的数量和位置相对应。

所述旋转轴15上连接有手柄20，所述旋转轴15通过轴承17与双稳态锁定机构19相连，所述轴承17通过轴承盖16和卡簧18定位在旋转轴15上，所述轴承盖16安装在双稳态锁定机构19中部。

所述双稳态锁定机构19、悬臂13均采用铝合金或不锈钢材料制成。

所述动触点10与静触点9之间采用贴合式或插拔式电气连接方式。

本发明同现有技术相比，结构新颖、紧凑、设计合理，利用磁铁同极相斥、异极相吸和电磁铁可控极性的特点，以及可自动旋转定位的结构设计，实现了多档位转换的简单可靠控制；并通过双稳态锁定机构实现机械锁定，从而使电气连接具有多档位转换、稳定可靠、响应快、节能等优点，保持稳态无需耗能；此外，本发明除了自动控制电气连接的档位转换外，亦可实现手动操作，功能多样。

[附图说明]

图1是本发明的外部结构示意图；

图2是本发明中母接头的结构示意图；

图3是本发明中公接头的结构示意图；

图4是本发明的总体结构爆炸示意图；

图5是本发明中旋转轴的结构示意图；

图6是本发明中触点断开状态结构剖视图；

图7是本发明中触点闭合状态结构剖视图；

图8是本发明的档位转换控制原理示意图；

图9是本发明中电磁铁绕组示意图；

图中：1、母接头 2、公接头 3、母接头座 4、公接头座 5、L形槽 6、扣合桩 7、限位栅 8、刻度线 9、静触点 10、动触点 11、电磁铁 12、永磁铁 13、悬臂 14、转盘 15、旋转轴 16、轴承盖 17、轴承 18、卡簧 19、双稳态锁定机构 20、手柄。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作以下进一步说明：

如附图所示，本发明包括：母接头1以及与母接头1可拆卸式连接的公接头2，母接头1包括母接头座3以及分别沿圆周排布于母接头座3内的电磁铁11、限位栅7和静触点9，电磁铁11、限位栅7、静触点9沿径向由内至外依次排开，公接头2包括公接头座4以及设置于公接头座4内的双稳态锁定机构19和旋转定位机构，双稳态锁定机构19为十字交叉的双稳态弯曲梁，双稳态锁定机构19四端固定于公接头座4内壁，双稳态锁定机构19具有上凸和下凹两个稳定状态，双稳态锁定机构19与旋转定位机构通过中部的轴承17相连，旋转定位机构包括依次连接的手柄20、旋转轴15、转盘14以及安装在转盘14上的两个永磁铁12、悬臂13和动触点10，旋转轴15安装在转盘14中心，旋转轴15上连接有手柄20，各部分通过粘接、过盈配合或螺纹等方式依次相连，其中，转盘14为十字形结构，永磁铁12和悬臂13对应地交叉固定于转盘14上，悬臂13为刚度适中的金属弹性梁，悬臂13的端部设有与静触点9相配合的动触点10，永磁铁12朝外一侧的极性相反；其中，双稳态锁定机构19、悬臂13均采用铝合金或不锈钢等材料制成，动触点10、静触点9形式多样，可为贴合式、插拔式等电气连接方式，材料为常用电触头材料。

本发明中，母接头座3、公接头座4均为中间设有隔板的上下端敞口的圆筒状，母接头座3边框上设有沿中心对称的L形槽5，公接头座4边框上对称分布有一对与L形槽5相配合的扣合桩6，母接头座3与公接头座4通过L形槽5及扣合桩6对位扣合为一体，公接头座4与母接头座3配合处的另一侧通过粘接或螺纹与所需控制的电气设备相连，或成型时作为电气设备的一部分。母接头座3凹槽内圆周均匀布置有若干限位栅7，在内限位栅7的内外两侧分别沿圆周方向分布有对应数量的电磁铁安装孔和静触点安装孔，电磁铁11和静触点9分别设于电磁铁安装孔和静触点安装孔内，电磁铁安装孔与限位栅7位置相对应，静触点安装孔交错分布于限位栅7的空隙方位。公接头座4内隔板一侧的内壁上沿圆周方向分布有四个小凸台，双稳态锁定机构19四端通过粘接或机械连接方式固定于小凸台上，公接头座4内隔板另一侧表面沿圆周方向均匀分布有若干表示连接档位的刻度线8，刻度线8的数量和位置与公母接头对位扣合后的母接头1内静触点9的数量和位置相对应。旋转轴15通过轴承17与双稳态锁定机构19相连，轴承17通过轴承盖16和卡簧18定位在旋转轴15上，轴承盖16安装在双稳态锁定机构19中部。

如附图1至附图3所示，当公母接头扣合时先将扣合桩6对准L形槽5的槽口，然后将公接头座4推到最低端后再顺时针旋转到位；公母接头可以固定在电气设备上作为其一部分，也可作为独立接头通过导线与电气设备相连。

附图2是根据本发明一实施例的双稳态电气连接转换装置的母接头结构示意图，母接头座3凹槽内分别圆周均匀布置着6个限位栅7、电磁铁11和静触点9，其中电磁铁11分布在最内圈，静触点9分布在最外圈，限位栅7与电磁铁11的位置相对应，静触点9交错分布于限位栅7的空隙方位，其中限位栅7、电磁铁11和静触点9的数量可根据实际需要的连接档位来制定。

如附图1和附图3所示，公接头座4内隔板一侧的内壁圆周均匀分布着四个小凸台，通过粘接或机械连接方式固定所述双稳态锁定机构19，隔板另一侧上面圆周均匀分布着6个表示连接档位的刻度线8，该刻度线8的数量和位置与公母接头对位扣合后母接头1内静触点9的数量和位置对应。

如附图4至附图7所示，完成动触点10的旋转定位和动静触点闭合断开任务的主要部件是旋转定位机构和双稳态锁定机构19，旋转定位机构由手柄20、旋转轴15、转盘14以及安装在所述转盘14上的两个永磁铁12、悬臂13和动触点10组成，各部分通过粘接、过盈配合或螺纹等方式依次相连，其中转盘14为十字形，永磁铁12和悬臂13对应地交叉固定于所述转盘14上，悬臂13为刚度适中的金属弹性梁，材料可为铝合金或不锈钢等。

此外，旋转轴15通过轴承17与双稳态锁定机构19相连，轴承盖16和卡簧18将轴承17定位于双稳态锁定机构19的中部；附图5中旋转轴中空且中部有一径向通孔，用来安置导线，连接动触点的导线通过旋转轴通孔和手柄中间通孔可以引到公接头座4外面。

双稳态锁定机构19为十字交叉的双稳态弯曲梁，具有上凸和下凹两个稳定状态，材料可为铝合金或不锈钢等；如附图6所示，当接头处于断开状态时，双稳态锁定机构19处于上凸稳态，此时包含动触点10的旋转定位机构悬置于包含静触点9的母接头1上，动触点10可以跟着旋转机构自由旋转；如附图7所示，当电路处于接通状态时，双稳态锁定机构19处于下凹稳态，动触点10与所需接通档位的静触点9相接触，此时悬臂13被限制在限位栅7的空隙之间，并且动触点10也锁定在静触点安装孔内；动触点10、静触点9形式多样，可为贴合式、插拔式等电气连接方式，材料为常用电触头材料。

附图8是根据本发明一实施例的双稳态电气连接转换装置的档位转换控制原理示意图，此图显示了去除公接头座4和双稳态锁定机构19后的该装置的俯视图，两动触点10分别用a、b表示，6个静触点9分为三组，并分别编号1+、1-、2+、2-、3+、3-，6个电磁铁11分为三组，同一条直径上的两个电磁铁为一组，并编组号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ；如附图9所示，同一组的电磁铁通电后同一侧极性相反，这样就会与两个永磁铁12同极相斥、异极相吸，磁力产生转矩，驱动旋转定位机构带动动触点10旋转定位到所需连接档位的静触点处，通过控制同一组电磁铁的电流方向，即可获得2种连接方式，如控制Ⅰ组电磁铁就有1+连a、1-连b和1+连b、1-连a两种连接方式，控制三组电磁铁就有6种连接方式。

利用本发明的一例电气连接转换过程如下：当需要动触点a和b分别与静触点1+和1-相连时，Ⅰ组电磁铁通电，转盘14上的两永磁铁12会被吸引到Ⅰ组电磁铁的位置，动触点a和动触点b则会随着旋转到1+和1-静触点处，旋转定位吸附过程中，限位栅7会阻止悬臂13在未到达指定位置时下移，进而阻止双稳态锁定机构19由于受到磁吸力而提前锁定，当悬臂13到达静触点1+和1-连线位置处，就会被吸引而下移从而带动双稳态锁定机构19完成锁定，连接锁定后Ⅰ组电磁铁即停止工作；当需要转换连接使动触点a和b分别与静触点2+和2-相连时，Ⅰ组电磁铁反向通电，对转盘14产生排斥力进而将双稳态锁定机构19顶起，此时Ⅰ组电磁铁断电，Ⅱ组电磁铁通电，转盘14受到磁力矩后会转动，两永磁铁12会被吸引到Ⅱ组电磁铁的位置，动触点a和动触点b则会随着旋转到2+和2-静触点处，定位后双稳态锁定机构19又被拉下完成连接锁定，Ⅱ组电磁铁随即停止工作；若需转换其它连接方式，同理亦然。

另外，本发明中旋转定位机构的手柄20提供了手动操作连接转换的功能，不需要电磁铁的控制，操作手柄20拉起、旋转、按下亦可实现所需的电气连接转换，其中公接头座4上的刻度线8对应地标示了6种不同的连接档位。

该双稳态电气连接转换装置的各部件，除标准件和上述有说明材料的部件，其它各部件材料可用电气设备中常用的有耐温和阻燃特性的塑料，如ABS或PC料等。此外，本发明不仅可以作为电气连接的换位开关，还可以当做继电器使用，用较小的电流去控制较大的电流。

本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双稳态电气连接转换装置，其特征在于：包括母接头(1)以及与母接头(1)可拆卸式连接的公接头(2)，所述母接头(1)包括母接头座(3)以及分别沿圆周排布于母接头座(3)内的电磁铁(11)、限位栅(7)和静触点(9)，所述电磁铁(11)、限位栅(7)、静触点(9)沿径向由内至外依次排开，所述公接头(2)包括公接头座(4)以及设置于公接头座(4)内的双稳态锁定机构(19)和旋转定位机构，所述双稳态锁定机构(19)为十字交叉的双稳态弯曲梁，所述双稳态锁定机构(19)固定于公接头座(4)内壁，所述双稳态锁定机构(19)具有上凸和下凹两个稳定状态，所述双稳态锁定机构(19)与旋转定位机构通过中部的轴承(17)相连，所述旋转定位机构包括转盘(14)以及安装在转盘(14)中心的旋转轴(15)，所述转盘(14)为十字形结构，所述转盘(14)上固定有两个永磁铁(12)和悬臂(13)，两个所述永磁铁(12)和悬臂(13)对应地交叉固定于转盘(14)上，所述悬臂(13)为金属弹性梁，所述悬臂(13)的端部设有与静触点(9)相配合的动触点(10)，所述永磁铁(12)朝外一侧的极性相反。

2.如权利要求1所述的双稳态电气连接转换装置，其特征在于：所述母接头座(3)、公接头座(4)均为中间设有隔板的上下端敞口的圆筒状，所述母接头座(3)边框上设有沿中心对称的L形槽(5)，所述公接头座(4)边框上设有与L形槽(5)相配合的扣合桩(6)，所述母接头座(3)与公接头座(4)通过L形槽(5)及扣合桩(6)扣合为一体。

3.如权利要求1或2所述的双稳态电气连接转换装置，其特征在于：所述母接头座(3)内限位栅(7)的内外两侧分别沿圆周方向分布有对应数量的电磁铁安装孔和静触点安装孔，所述电磁铁(11)和静触点(9)分别设于电磁铁安装孔和静触点安装孔内，所述电磁铁安装孔与限位栅(7)位置相对应，所述静触点安装孔交错分布于限位栅(7)的空隙方位。

4.如权利要求3所述的双稳态电气连接转换装置，其特征在于：所述公接头座(4)内隔板一侧的内壁上沿圆周方向分布有四个小凸台，所述双稳态锁定机构(19)四端固定于小凸台上，所述公接头座(4)内隔板另一侧表面沿圆周方向均匀分布有若干刻度线(8)，所述刻度线(8)的数量和位置与公接头(2)、母接头(1)对应扣合后的母接头(1)内静触点(9)的数量和位置相对应。

5.如权利要求4所述的双稳态电气连接转换装置，其特征在于：所述旋转轴(15)上连接有手柄(20)，所述旋转轴(15)通过轴承(17)与双稳态锁定机构(19)相连，所述轴承(17)通过轴承盖(16)和卡簧(18)定位在旋转轴(15)上，所述轴承盖(16)安装在双稳态锁定机构(19)中部。

6.如权利要求5所述的双稳态电气连接转换装置，其特征在于：所述双稳态锁定机构(19)、悬臂(13)均采用铝合金或不锈钢材料制成。

7.如权利要求6所述的双稳态电气连接转换装置，其特征在于：所述动触点(10)与静触点(9)之间采用贴合式或插拔式电气连接方式。