CN105190818A - 弱电开关 - Google Patents

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Abstract

一种具有柔韧的活动触头的弱电开关，其能够通过致动器而偏向。在一些实施例的开关中，允许在不需要大量贵金属的情况下，使用强电开关元件制造弱电开关。柔韧的活动触头可被设置成一个或多个悬臂，其使用摇摆的致动器而偏向。致动器与活动触头的相互作用使得操作者获得与具有刚性的活动触头的强电开关可相比的触觉反馈。还描述了一组弱电和强电开关，弱电开关元件以及制造弱电开关的方法。

Description

弱电开关
技术领域
本发明涉及电子开关的设计，更具体地涉及弱电开关的设计。
背景技术
在许多电气系统中，通常在仪表盘上将弱电开关放在与强电开关相邻的位置。例如如果一个特定子系统使用强电开关作为功率控制和弱电开关作为信令控制时，这是有意义的。
通常情况下，还希望对这种开关具有相同的功能性的“感觉”，以便对操作者保持一个共同的触觉响应。在开关具有相似或一致的外观设计的情况下尤其如此。如果转换过程中这些开关“感觉不同”，操作者可能错误的认为其中一个开关开始出现故障或也可能认为系统的整体配合和完成较差。
在这些美学约束下，简单地用一个复制的强电开关用于弱电流应用是很有诱惑力的，假设其将能够一样好的处理弱电流。然而，弱电开关的设计与强电开关区别很大。出于这个原因，用这种方式来替代开关通常是不可能的或不切实际的。接下来面临的挑战是设计一种经济的方式来创造弱电开关，其具有与相应的强电开关匹配到一个可接受程度的“感觉”。
为了解决这个问题，重要的是要考虑这些开关每一类的设计要求。一些弱电开关和强电开关之间的主要设计差异涉及腐蚀和开关弹跳的效果。
弱电开关与使用在强电流应用中的开关相比更易于受到接触表面的腐蚀，所以必须设计更为积极的减少腐蚀。弱电开关也经常用在对噪声信号转变敏感的应用中，并且最好设计成减少这种影响，在强电流应用中，这通常不是问题。这些不同的要求对开关的结构，“感觉”，和制造成本有影响。
使用标准的材料，接触表面的腐蚀会随着时间的过去而加强，尤其是在潮湿或腐蚀性环境中。这种腐蚀形成了绝缘屏障，其增加了电阻并干扰电接触。
强电开关能够忍受在接触表面上的一定程度的污点或腐蚀，因为强电流足够“穿通”腐蚀。对于一个给定的开关设计，所需的最小电流突破预期的耐腐蚀性通常被称为“湿性电流”。
湿性电流是电子线路能够运转的最小电流。低于湿性电流，电流将根本不会流动。然而，在弱电流应用中，电流通常低于标准的强电开关的湿性电流。这意味着系统中的电流可能不足以穿透在接触表面形成的腐蚀，最终引起开关的故障。
为了解决弱电流应用中的这个问题，开关之内的接触点和某种类型的传导接头(比如枢轴或轴承表面)必须由最小腐蚀物质制成或涂覆有最小腐蚀物质以防止污点或其他腐蚀的逐步积累。
镀金是提供高度传导性和抗蚀性表面的标准选择。然而黄金非常昂贵，近些年来成本正急剧地增加。
由于其如此昂贵，以至于在开关中使用镀金通常非常薄以减小成本。然而，如果涂层太薄，使开关极度地易磨透并最终腐蚀，这可能会对可靠性产生负面影响。
这意味着，通过简单地增加镀金来使典型的旋转式强电触点开关应用于低电流应用中代表着材料成本显著的增加，并且可能不足以制造出具有足够长的寿命的弱电开关。
由于这些问题，基于强电流的弱电开关设计必须在结构上重新设计以减小黄金需要的量。然而，这些修改有改变开关的触感的可能性。
弱电流应用通常易受开关触点颤动的影响。这在数字电路中尤其如此。在数字电路中信号电平之间的明确转变对于正常工作可能是重要的。
当开关触头打开或关闭时，会发生开关弹跳。当触头碰到一起时，在关闭的位置停止移动之前，触头的质量，惯性和表面特性引起触头“弹跳”或很快地打开和关闭多次。在触头打开并停留在打开的位置之前，也会发生类似的情况。
由于强电流电路对嘈杂的开关信号通常不是特别敏感，这样的开关通常目的在于处理预期的电流负荷而不考虑弹跳。因此，强电开关的结构会产生对于一些弱电流数字信号应用来说太嘈杂的信号。
为了在弱电流应用中使用这样的开关，电路切换需要使用附加的组件“去抖动”以便创建可靠的信号。然而，去抖动电路需要额外的制造成本。在一些高速数字应用中，设计用于强电流应用的充分防反跳开关中引入了延时机制。
由于这些问题，基于强电流设计的弱电开关必须在结构上重新设计以尽可能减小开关的弹跳。但是就像用最少的镀金减少腐蚀的重设计一样，这些修改对改变开关的触感有影响。
因此，希望提供一种解决这些不足之处的弱电开关。
发明内容
本发明的目的通过提供具有固定地附接在壳体内的柔性元件的开关来实现，其从固定附接部分延伸到独立端部并且与第一端子电连通；与第二端子电连通的触头；致动器，其配置成在第一位置和第二位置之间移动并且当所述致动器从第二位置移动到第一位置时，偏置所述柔性元件使得独立端部弯曲朝向所述触头；具有与所述致动器接触的把手支承面的开关把手，配置成在第二位置和第一位置之间移动所述致动器；以及附接到所述柔性元件的返回辅助件，配置成偏置独立端部远离所述触头。所述柔性元件可包括片弹簧。
在一些实施例中，所述返回辅助件包括附接到所述柔性元件的独立端部上并且伸向所述固定附接部分的舌头，。所述开关可以包括布置成与返回辅助件接触的凸出部，所述凸出部可配置成偏置所述柔性元件远离所述触头。
在一些实施例中，当所述致动器在第一位置时，所述柔性元件与所述触头电连通。所述致动器可包括配置成防止所述致动器从第二位置行进通过第一位置的止动面。
在一些实施例中，所述把手支承面包括滚轴。在一些实施例中，所述把手支承面被配置成相对所述致动器滑动。在一些实施例中，所述开关把手包括弹簧活塞，所述弹簧活塞可以相对致动器偏置把手支承面。在一些实施例中，所述柔性元件通过固定铆接或者视情况铆固到第一端子上。
本发明的另外的目的通过提供具有刚性地附接到壳体内的柔性元件的开关来实现，其从刚性附接部分延伸到独立端部并且与第一端子电连通；与第二端子电连通的触头；致动器，其配置成在第一位置和第二位置之间移动并且当所述致动器从第二位置移动到第一位置时，偏置所述柔性元件使得独立端部弯曲朝向所述触头；具有与所述致动器接触的把手支承面的开关把手，配置成在第二位置和第一位置之间移动所述致动器；以及附接到所述柔性元件的返回辅助件，配置成偏置独立端部远离所述触头。
本发明的进一步的目的通过提供具有相对于壳体非枢轴连接的柔性元件的开关来实现，其从非枢轴连接部分延伸到独立端部并且与第一端子电连通；与第二端子电连通的触头；致动器，其配置成在第一位置和第二位置之间移动并且当所述致动器从第二位置移动到第一位置时，偏置所述柔性元件使得独立端部朝向所述触头；具有与所述致动器接触的把手支承面的开关把手，配置成在第二位置和第一位置之间移动所述致动器；以及附接到所述柔性元件的返回辅助件，配置成偏置独立端部远离所述触头。
本发明还有其它的目的是通过提供具有设置在壳体中的柔性元件的开关来实现，其与第一端子电连通；与第二端子电连通的触头；致动器，其配置成在第一位置和第二位置之间移动并且当所述致动器从第二位置移动到第一位置时，偏置所述柔性元件朝向所述触头；具有与所述致动器接触的把手支承面的开关把手，配置成在第二位置和第一位置之间移动所述致动器；以及附接到所述柔性元件的返回辅助件，配置成偏置独立端部远离所述触头；其中开关致动器包括第一支承面，致动器被配置成在第一位置和第二位置之间围绕该面枢转，还包括用于将压力施加到所述柔性元件的第二支承面和与开关把手相互作用的第三支承面。
在一些实施例中，所述致动器包括第四支承面，配置成与止动件相互作用，使得所述致动器被阻止从第二位置转动超出第一位置。
根据本发明的另一方面，提供了一种开关的制造方法，包括提供固定地附接在壳体内的柔性元件，其从固定附接部分延伸到独立端部并且与第一端子电连通；提供与第二端子电连通的触头；提供致动器，其配置成在第一位置和第二位置之间移动并且当所述致动器从第二位置移动到第一位置时，偏置所述柔性元件使得独立端部弯曲朝向所述触头；提供具有与所述致动器接触的把手支承面的开关把手，其配置成在第二位置和第一位置之间移动所述致动器；以及提供附接到所述柔性元件的返回辅助件，其配置成偏置独立端部远离所述触头。
参照以下附图和随附的详细描述，本发明的进一步的目的和其特定的特征和优点将变得更加明显。
附图说明
图1是根据本发明的一个方面的开关的剖视图；
图2是图1所示的开关的另一个剖视图，示出了开关的第二个位置；
图3是图1所示的开关部件的立体图；
图4是图1所示的开关的另一个剖视图。
具体实施方式
图1示出了本发明开关100的一个例子的剖视图。
开关100是一个单刀双掷(“SPDT”)开关,具有壳体110，第一、第二以及第三端子120，130，140，和附接到端子130上的柔性元件150。开关100可适于作为弱电开关使用，例如，在额定28毫安12V或14毫安24V，或更低的应用中。
在开关100的一个例子中，柔性元件150是板簧，其由适当的导电材料制造。例如，柔性元件150可由弹簧铜或其他适当的金属组成，或可以由具有所需的回弹性(resiliency)、柔韧性、弹性(spring)和导电性能的金属化塑料组成。
致动器160设置在壳体110内并且如图所示处于第一位置，在那里它偏置柔性元件150和触头180朝向触头170，使得端子130和端子120电连通。在一些实施例中，触头170和180可包括“接触带”。在一些实施例中，触头170和180可以各包括一个延长形的角式结构，其被配置使得所述长形角式结构大体上彼此成直角，这样使得他们在交点相接触。这可以有减少开关弹跳和增加触头的寿命的优点。使用这种方式的角式结构也有助于冲破在接触带上形成的任何氧化物的优点，所述氧化物的形成是由于集中在小的接触点上的压力增强的原因。另外，使用角式的结构由于具有小的接触表面面积，也可以具有减少由于颗粒物落到触点上，产生干扰的可能性的优点。触头180在一些结构中可被省略。
开关把手190与致动器相互作用使得它在所示的第一位置和另一位置之间移动。所示开关把手设有弹簧活塞装置，其结合了与致动器160的表面197相接合的滚轴195。
致动器160具有支承面165，当致动器160在所示的第一位置时，其压在柔性元件150上，以将柔性元件150偏压向触头170。
在一些实施例中，使用支承面偏置柔性元件这种方式通过吸收来自机构的冲击能量，具有减少施加在触头170，180上的弹力大小的优点。
致动器160还具有止动面167，其防止致动器160在一个方向行进通过第一位置。这具有防止超过柔性元件150上的张力的优点，然而在不偏离本发明某些方面的情况下，止动面167可以省略。
所示的柔性元件150具有返回辅助件155，其与凸出部135相互作用进一步偏置柔性元件远离触头170。这在致动器160移出图1所示的第一位置时具有改善所述柔性元件的“打破接触”性能的优点，可增加柔性元件150的耐用性，并且可以抵抗材料疲劳倾向的影响，减少触点间隙，延长了开关的寿命。然而,在一些实施例中，在不偏离本发明某些方面的情况下，返回辅助件155和凸出部135可以省略。在一些实施例中，凸出部135可以一体形成，或被锚定或附接到端子130上。在一些实施例中，凸出部135可以一体形成，或被锚定或附连到壳体110上。
图2是开关100的另一个剖视图，示出了开关100的第二位置。
在所示的第二位置，所示的开关把手190和致动器160在第二位置的中间。致动器160上设有棘爪999，其与滚轴195相接合用来辅助提供一个稳定的“中心通断”位置。然而，本领域的技术人员将理解所述棘爪999可被省略，比如配置开关100在没有稳固的中心通断位置的情况下操作时。当致动器160从所述第一位置(图1所示)移动到第二位置后，支承面165不再偏置柔性元件150(或者减小偏置)。柔性元件150的弹簧作用使柔性元件150和触头180都偏离触头170，使得端子130和端子120不再电连通。返回辅助件155也与凸出部135相互作用使得柔性元件150和触头180偏离触头170。
在图1中，致动器160包括坐在壳体110的枢轴表面131上的摇摆表面161。摇摆表面161可以根据所需为圆形或尖形，以便配置开关作为双位开关。图2显示摇摆表面261，其被配置为具有两个角的平面。摇摆表面261的配置可以单独地或与棘爪组合起来，用来配置开关100作为三位中心通断开关。然而，也可以使用其它枢轴结构。
如图1和2所示，开关100也可以包括具有触头270的端子140，触头280，支承面265，止动面267，返回辅助件255以及凸出部235。其中每一个部件分别与端子120，触头170，触头180，支承面165，止动面167，返回辅助件155以及凸出部135一样用同样的方式运转和相互作用，使得开关(未示出)从第二位置移动到第三位置，将引起支承面265将柔性元件150和触头280偏向触头270，以使端子140和端子130电连通。第三位置(未示出)与图1所示的第一位置功能上对称。在该配置中，端子130是开关100的公共端。
图2所示的第二位置表示开关100的单刀双掷(SPDT)装置的中心通断位置；然而，本领域的技术人员将理解该组件可以被配置成去掉稳定的中心通断位置。
此外，本领域的技术人员将理解所述开关100通过省略与第三位置(未示出)关联的结构，能够被重新配置作为单刀单掷(“SPST”)开关(未示出)。
图3是立体视图，示出了开关100的一些部件。
所示的支承面165通过开关把手190作用在致动器160的沿箭头300方向力，偏置柔性元件150和触头180朝向触头170。同时，返回辅助件155和柔性元件150的其他部分都抵抗该作用力。在一些实施例中，支承表面165在顺从(compliant)的位置接触柔性元件150。这有减少触点颤动的优点。支承面165还可以包含多个支承面其各自偏置柔性元件150。
所示的柔性元件150通过连接件350被锚定在端子130的一部分上。连接件350可以铆固柔性元件150到端子130上而形成，但是也可以是其他连接形式，比如超声焊接，点焊或者钎焊。因为桩连接件被认为是高压金属对金属接头，该接头对于弱电流应用不需要镀金。
开关100的电接触部份，即触头170，180以及280被电镀，包覆，或用黄金或别的难腐蚀性材料以其他方式覆盖。因为只有开关100的这些表面在弱电流应用中需要保护防止接触氧化。开关100可具有通过减少所需贵金属的量减小开关生产成本的优点。
在开关100的一个例子中，柔性元件150可以被描述为形成一对悬臂弹簧，一个向端子120延伸，另一个向端子140延伸，每个来自通过连接件350形成的固定端。开关100可以由开关内去除一个悬臂及其相关元件和几何结构重新配置为一个单掷开关，这对于本领域技术人员来说将是显然的。
返回辅助件155能够被描述为具有从柔性元件150的自由端形成的固定端部的另一悬臂，并且具有向连接件350延伸的自由端部。所述自由端部和返回辅助件155的侧部通过穿过柔性元件150的间隙、切口和/或裂缝与柔性元件的其他部分相隔离，返回辅助件155可以被机器加工，冲压，蚀刻，或以其它方式从或用柔性元件150形成。在替代的配置中，返回辅助件可以从一个单独件(未示出)焊接并附接到柔性元件150上。
图4是图1所示的开关100的另一剖视图，进一步地示出了柔性元件150的几何结构。
虽然已经参照具体的部件布置、特征等等对本发明做了说明，其意图并非是穷尽所有可能的布置或特征，而事实上许多修改和变形对本领域技术人员都将可确定的。

Claims (20)

1.一种开关，包括：
固定地附接在壳体内的柔性元件，其从固定附接部分延伸到独立端部并且与第一端子电连通；
与第二端子电连通的触头；
致动器，其配置成在第一位置和第二位置之间移动并且当所述致动器从第二位置移动到第一位置时，偏置所述柔性元件使得所述独立端部弯向所述触头；
具有与所述致动器接触的把手支承面的开关把手，配置成在第二位置和第一位置之间移动所述致动器；以及
附接到所述柔性元件的返回辅助件，配置成偏置所述独立端部远离所述触头。
2.如权利要求1所述的开关，其中所述返回辅助件包括附接到所述柔性元件的独立端部上并且伸向所述固定附接部分的舌头。
3.如权利要求1所述的开关，还包括凸出部，其设置成与所述返回辅助件接触。
4.如权利要求3所述的开关，其中所述凸出部配置成偏置所述柔性元件远离所述触头。
5.如权利要求1所述的开关，其中当所述致动器在第一位置时，所述柔性元件与所述触头电连通。
6.如权利要求1所述的开关，其中所述柔性元件包括片弹簧。
7.如权利要求1所述的开关，其中所述致动器包括配置成防止所述致动器从第二位置行进通过第一位置的止动面。
8.如权利要求1所述的开关，其中所述把手支承面包括滚轴。
9.如权利要求1所述的开关，其中所述把手支承面配置成相对所述致动器滑动。
10.如权利要求1所述的开关，其中所述开关把手包括弹簧活塞。
11.如权利要求10所述的开关，其中所述弹簧活塞偏压所述把手支承面靠在所述致动器上。
12.如权利要求1所述的开关，其中所述致动器包括致动器支承面，配置成接触所述柔性元件。
13.如权利要求12所述的开关，其中所述致动器支承面在顺从的位置接触所述柔性元件。
14.如权利要求1所述的开关，其中所述柔性元件通过铆固固定。
15.如权利要求1所述的开关，其中所述柔性元件被铆固到第一端子。
16.一种开关，包括：
刚性地附接到壳体内的柔性元件，其从刚性附接部分延伸到独立端部并且与第一端子电连通；
与第二端子电连通的触头；
致动器，配置成在第一位置和第二位置之间移动，并且当所述致动器从第二位置移动到第一位置时，偏置所述柔性元件使得所述独立端部弯向所述触头；
具有与所述致动器接触的把手支承面的开关把手，配置成在第二位置和第一位置之间移动所述致动器；以及
附连到所述柔性元件的返回辅助件，配置成偏置所述独立端部远离所述触头。
17.一种开关，包括：
与所述壳体非枢轴连接的柔性元件，其从非枢轴连接部分延伸到独立端部并且与第一端子电连通；
与第二端子电连通的触头；
致动器，配置成在第一位置和第二位置之间移动，并且当所述致动器从第二位置移动到第一位置时，偏置所述柔性元件使得所述独立端部弯向所述触头；
具有与所述致动器接触的把手支承面的开关把手，配置成在第二位置和第一位置之间移动所述致动器；以及
附连到所述柔性元件的返回辅助件，配置成偏置独立端部远离所述触头。
18.一种开关，包括：
设置在壳体中的柔性元件，其与第一端子电连通；
与第二端子电连通的触头；
致动器，配置成在第一位置和第二位置之间移动，并且当所述致动器从第二位置移动到第一位置时，偏置所述柔性元件弯向所述触头；
具有与所述致动器接触的把手支承面的开关把手，配置成在第二位置和第一位置之间移动所述致动器；以及
附连到所述柔性元件的返回辅助件，配置成偏置独立端部远离所述触头；
其中所述开关致动器包括第一支承面，所述致动器配置成在第一位置和第二位置之间绕所述第一支承面枢转，还包括配置成将压力施加到所述柔性元件的第二支承面，和配置成与开关把手相互作用的第三支承面。
19.如权利要求18所述的开关，其中所述致动器还包括第四支承面，配置成与止动件相互作用，使得防止所述致动器从第二位置转动超出第一位置。
20.一种制造开关的方法，包括步骤：
提供固定地附接在壳体内的柔性元件，其从固定附接部分延伸到独立端部并且与第一端子电连通；
提供与第二端子电连通的触头；
提供致动器，其配置成在第一位置和第二位置之间移动，并且当所述致动器从第二位置移动到第一位置时，偏置所述柔性元件使得所述独立端部弯向所述触头；
提供具有与所述致动器接触的把手支承面的开关把手，其配置成在第二位置和第一位置之间移动所述致动器；以及
提供附接到所述柔性元件的返回辅助件，其配置成偏置独立端部远离所述触头。
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