CN113574625B - 电子开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于打开和/或关闭电气设备的电子开关，并且为此在开关外壳中设有有接触系统。通过手动操作元件或者遥控致动器，实现切换操作。

Description

电子开关
【技术领域】
本发明涉及一种电子开关，特别是一种可以在两个开关位置手动操作和远程操作的电子开关。
【背景技术】
已知的电子开关通常用于切换电子设备的开启和/或关闭，为此开关外壳中设有一个触点系统。通过一个手动操作元件，如翘板或滑块，实现切换操作。摇杆或滑块的位置指示开关的打开或关闭位置。
从DE19802332B4和DE102013008128A1中，描述了通过与操作元件主动连接的可控致动器来移动摇杆的解决方案。然而，接触系统的这种切换仅在其中一个开关位置实现。此外，当手动打开和关闭时，该翘板开关的行为也不尽相同。然而，需要在开启和关闭的切换过程中具有统一触觉的翘板开关。
此外，为了将电气设备集成到物联网中，设备之间必须相互联网。对于这样的系统(IOT)，先决条件是翘板开关可以在操作元件的两个开关位置由致动器控制。这需要能够在两个方向上主动产生运动的致动器，这对于上述致动器是不可能的。在文件DE102016101016和DE102016101017中描述了这种遥控翘板开关。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种开关，它可以在两个开关位置手动操作和远程操作，两种开关操作的效果相同，即具有相同的开关力和相同的开关触觉。
新型的电子开关具有一个操作元件，例如翘板或滑块，用于手动操作，所述操作元件可移动安装并可以设有两个不同的操作位置。具有至少一个可动触点和至少一个固定触点的触点系统设置在所述外壳中。电连接端子从这些触点引出所述外壳。所述操作元件不直接连接到所述可动触点。为了在致动操作元件时将手动运动传递到保持有所述可动触点的接触元件，提供一方面与所述操作元件相互作用另一方面与所述可动触点相互作用的传动机构，用于在对应于开关位置，例如接通位置的致动位置，闭合一负载电路，并在对应于另一开关位置，断开位置的致动位置，中断负载电路。
此外，除了如上所述的按钮的手动操作之外，还可以通过远程控制所述开关从一个开关位置切换到另一个开关位置。这种远程控制的切换通过布置在开关外壳中的双稳态致动器的方式实现。所述致动器有一个E形磁芯，其由两个半磁轭组成并且中间设置有一个永磁体。
在一个实施方式中，所述开关具有一个翘板作为操作元件。传动机构是所述致动器上的枢转控制杆，其与其驱动头接合在布置于其枢轴下方的翘板上的槽引导件中。代替这种直接耦合，通过中间元件的间接耦合也是可能的，以适应传动比。所述控制杆还直接或间接地连接到设置有所述可动触点的接触弹簧。枢转控制杆具有两个臂。根据所述控制杆的枢转位置，一个臂接触所述双稳态致动器并通过接触形成闭合磁路。所述永磁体产生永磁通量，以保持所述控制杆的开关位置。该开关位置可以通过产生另一个磁场来取消。为此，在执行器的两侧设置了一个励磁绕组。通过激励所述励磁绕组可以产生电磁通量。所述励磁绕组的缠绕方式是在通电过程中产生电磁通量，该电磁通量与永久磁通量方向相反，因此该闭合磁路在磁轭的一半处熄灭，所述控制杆的臂不再被吸引。存在于磁轭另一半中的磁通量对所述控制杆的另一臂施加吸引力，从而导致所述控制杆枢转。有利地所述控制杆与所述接触弹簧耦合，进而在相应的接触位置产生支持切换的力。
在所述开关的另一个实施方式中，手动操作是通过一个滑块与所述双稳态致动器上的枢转控制杆相互作用的。同样，所述致动器上的枢转控制杆作为传动机构，该传动机构与其驱动头接合在滑块上的容座中。除了这种直接耦合，间接耦合也是可能的。所述控制杆也直接或间接连接到所述接触弹簧。
在另一个实施方式中，所述开关包括一个外壳和至少两个位于外壳内部的触点，每个触点作为电连接端子引出所述外壳，一个触点设计为固定触点，另一个设计为可动触点。新的电子开关包括具有对应于两个不同开关位置的两个不同致动位置的操作组件，还包括集成在开关外壳内的用于远程控制的双稳态致动器，其中操作组件直接或间接地与所述致动器的控制部件相互作用。所述操作组件、所述双稳态致动器的控制部件和所述可动触点彼此强制耦合，使得新的电子开关可以从一开关位置远程切换到另一个开关位置。
本发明电子开关的核心是带有两个半磁轭和永磁体的双稳态致动器。在励磁绕组的被动状态下，即当这些线圈未被激活时，永磁通量将所述控制杆的臂保持在致动器上并将其稳定地拉到相应的磁轭上。根据哪个臂固定在致动器上，所述操作元件指示开关的断开或接通位置，即由于其与控制杆的主动连接，例如通过所述翘板中槽引导件中的开关头。
为了支持所述双稳态致动器的切换，所述接触弹簧有利地设计成使得它产生沿所述致动器的端部位置的另一个开关位置的方向上的预加载力。
另一方面，所述控制杆作用在具有所述可动触点的所述接触弹簧上。特别地，在本发明的一个实施方式中，所述控制杆的一个臂延伸超过其与所述致动器的接触点并且在其端部连接到与所述接触弹簧连接的传动元件。在这种方式下，带有可动触点的接触弹簧在所述控制杆的一个枢转位置被压靠至所述固定触点上，并在控制杆的另一个枢转位置被拉离该固定触点。所述触点弹簧被设计为使得弹簧舌作为可动触点的载体。通过释放所述弹簧舌，使得即使在触点闭合之后，该触点弹簧仍可继续运动，产生所谓的过冲程。这会在触点闭合时产生适当的接触力。
为了切换接触系统，一方面可以通过所述翘板或者滑块进行手动操作，这通过其与所述控制杆的主动连接引起所述控制杆的枢转运动进而实现接触系统的切换。另一方面，对于开关的远程控制，根据回路激活一个或两个线圈，从而相应的闭合磁路被熄灭，并且在另一个轭上，磁路吸引所述控制杆的臂，这意味着控制杆被枢转。在所述线圈与其控制电压断开后，这个现在完全闭合的永久磁路也会保持被吸引的控制杆，从而保持新的开关位置。
新的电子开关可以将电气设备集成到“物联网”系统中，也可以实现远程切换。本实施方式中还确保该切换在遥控期间也随操作元件的位置可见，因为即使所述致动器被遥控，所述翘板或滑块也改变了其操作位置。此外，新的电子开关可以以常规的手动方式同时操作。远程和手动操作等效的切换功能，例如，当手动操作所述翘板时，提供满意的触觉。这受到两个开关操作中双稳态执行器的等效运动行为的影响，无论是在断开时还是在接通时。特别地，在两个致动方向上可以产生一个精确的切换点，并在手动致动时感测。从文件DE102010017874B4已知双稳态致动器及其操作模式。其描绘了高能谱和高保持力，因此整个按钮开关可以高度小型化。
所述电子开关的所有可移动部件，如操作元件、控制杆、接触弹簧，都强制耦合以切换接触系统，并且这些部件之一的运动导致其他部件的运动。这允许从外部清楚地识别开关状态，即从所述操作元件的操作位置处。所述双稳态致动器确保所述接触系统只能呈现两个定义的状态。
【附图说明】
图1是本发明实施方式中翘板开关的立体示意图；
图2是无外壳的翘板开关处于断开位置的侧视图；
图3是无外壳和翘板的按钮开关的透视图；
图4是无外壳的按钮开关处于接通位置的侧视图；
图5示出了滑动开关的立体示意图。
【具体实施方式】
图1示出了本实施方式中电子开关10为翘板开关以及其外壳11的示意图。手动操作元件20，即翘板22，安装在所述外壳11上并且可以枢转。该翘板22具有不同的操作位置，在一个操作位置，如图4所示，对应于所述开关10的接通位置，而在另一位置，对应于所述开关的断开位置，如图2所示。四个电连接件端子15、16、17、18从所述外壳11突出。所述电连接端子17、18是双稳态致动器30的控制连接端子。所述电连接端子15通过印刷电路板19连接到接触弹簧40，如从图2中可以更好地看到的，其中示出了没有外壳的开关10。接触弹簧40在弹簧舌42的端部保持有可动触点41。电连接端子16连接到固定触点61。
所述电子开关10在图2中处于断开位置并且可以通过沿箭头方向手动操作所述翘板22移动到接通位置。所述翘板22绕枢轴21枢转。在该枢轴21下方有一个安装在所述翘板22上的槽引导件23。控制杆50或称为控制部件的驱动头51接合在该槽引导件23中。如果操作所述翘板22，则所述驱动头51的位置通过所诉槽引导件23改变，这导致控制杆50或控制部件枢转。在本实施方式中，所述控制杆50可枢转地安装在所述双稳态致动器30上。枢转轴55位于所述驱动头51下方。所述控制杆50具有两个臂53、54。臂54与一传动元件52耦合。所述接触弹簧40的一成角度的臂43接合在该传动元件52上，使得所述翘板22的操作可以导致所述控制杆50枢转并且使得接触弹簧40降低。当可动触点41被压到固定触点61上时，进而导致接触。
上述手动切换的操作可以通过遥控方式相同的实现，因为所述控制杆50不仅与所述所述翘板22连接，还与双稳态致动器30连接。该致动器30布置在所述外壳11中并且在用于保持中心腿36的两个半磁轭34、35之间的居中位置具有永磁体32。以这种方式，形成了E形磁芯。在致动器30的两侧，均设置有一个励磁绕组31。在被动状态下，即当励磁绕组31未被激活并因此不产生附加磁场时，永磁体32用于保持所述控制杆50的臂53、54。在图2中，保持的是臂53。在所示的致动器30的左半部中，通过接触所述控制杆50的臂53而存在闭合的磁路A，由此永磁磁通流经所述永磁体32、所述中心腿36、所述磁轭34和所述臂53。由所述永磁体32输送的永磁磁通将致动器30上的臂53稳定地保持到磁轭34上。如图2所示的所述控制杆50的这个位置，所述接触弹簧40通过传动元件52被向上拉使得所述可动触点41与所述固定触点61相距一段距离。在手动或远程控制至开关的断开位置，如图2所示，控制杆50向左倾斜，所述翘板22向右倾斜。
如果此时激活线圈31，本实施方式中是磁轭34上的励磁绕组31，由于线圈31的磁场与磁路A相反，则磁轭34中的磁路A被抵消。永磁体产生的磁路A从左侧并联电路移入右侧并联电路。这会使得控制杆50的臂54上施加磁吸引力，导致控制杆50向右枢转，从而闭合磁轭35处的间隙。如果将磁轭34处的线圈31的控制电压断开，则臂54保持在致动器30处。由于其磁路B，永磁体32产生保持臂54的磁力。该位置如图4所示。随着臂54下降，传动元件52也下降，进而接触弹簧40的臂43移动。通过降低接触弹簧40，在可动触点41和固定触点61之间建立接触。在手动或远程控制至开关的接通位置，本实施方式中的控制杆50向右倾斜并且所述翘板22向左倾斜。所述翘板22可按照箭头方向操作以断开触点的接触。同样地，可以通过产生磁场来激励与磁轭35相邻的励磁绕组31以触发该切换过程。
可动触点41由接触弹簧40提供，如图2至图4中所示。接触弹簧40的形状较佳的在图3的透视图中示出。接触弹簧40的形状被设计成具有可动触点41的载体的弹簧舌42。本实施方式中，接触弹簧40的一端通过印刷电路板19连接到电连接端子15并且在该端被牢固地夹紧。所述接触弹簧40的另一端与臂43成角度，臂43具有接合在传动元件52中的接合端44。该传动元件52耦合到控制杆50，使得控制杆50的枢转运动可以引导接触弹簧40降低或升高。由于弹簧舌42的释放，当接触弹簧40下降时，该接触弹簧40也可以在触点闭合后进一步向下移动并产生所谓的过冲程，见图4。这会在触点闭合时产生合适的接触力。在断开位置，如图2所示，弹簧舌42的一端靠在止动件33上；这里同样也没有阻止接触弹簧40的继续运动。所示接触弹簧40的优点在于，由于弹簧舌42的释放，即使接触弹簧40的端部位置由于制造和组装公差而变化，接触41也可以安全地接触固定接触61。此外，还抑制了不希望的接触反弹。
接触弹簧40可具有多个带有可动触点41的弹簧舌42，触点41相应地与多个对应固定触点61相互作用，即触点系统可以包括多对触点41、61。这样，对于相同安装控件的开关10，触点的跳动可以最小化，并且电流承载能力或开关容量可以增加。
此外，既可以在接通位置也可以在断开位置向双稳态致动器30提供预设的弹簧力，从而支持切换运动的开始，并且使得切换可以更快和更安全。需要说明的是，在其他实施方式中，控制杆50可以替换为任何其他形状的控制件。
对于按钮开关10的其他实施方式，可以提供另一个触点来代替之前描述的止动件33以形成转换开关。
图5示出了根据本发明的开关10'的另一实施方式，图5中没有示出外壳。其中所述手动控制元件20是滑块24。开关10'的其他结构对应于上述翘板开关10的结构。所述滑块24在其下侧具有用于安装在所述双稳态致动器30上控制杆50驱动头51的容座25。当所述滑块24被致动时，所述驱动头51的位置改变，进而导致所述控制杆50枢转并且所述接触弹簧40降低或升高以与所述翘板开关10相同的方式切换。
本发明不限于所示的实施方式。按钮开关10可以包含提供照明、通信、时间控制或声音信号的另外的电子元件。
10，10' 开关
11 外壳
15 41的电连接端子
16 61的电连接端子
17、18 30的电连接端子
19 印刷电路板
20 操作元件
21 枢轴
22 翘板
23 槽引导件
24 滑块
25 容座
30 双稳态致动器
31 励磁绕组、线圈
32 永磁铁
33 止动件
34、35 磁轭
36 中心腿
40 接触弹簧
41 可动触点
42 弹簧舌
43 臂
44 接合端
50 控制杆
51 驱动头
52 传动元件，耦合器
53、54 臂
61 固定触点
A、B 磁路

Claims (14)

1.一种具有外壳(11)的电子开关(10)，包括：
一手动操作元件(20)，其中所述操作元件(20)被可移动的安装并具有对应于两个不同开关位置的两个不同操作位置；
所述外壳(11)内部至少包括两个触点(41、61)，每个触点(41、61)作为电连接端子(15、16)被引出所述外壳(11)，其中一个触点为固定触点(61)，另一个触点为可动触点(41)；
其特征在于，
所述外壳(11)中还设有用于远程控制的双稳态致动器(30)；
所述操作元件(20)直接或间接地与所述双稳态致动器(30)的控制杆(50)相互作用；
所述操作元件(20)、所述双稳态致动器(30)的控制杆(50)和所述可动触点(41)相互耦合；
所述双稳态致动器(30)在两个半磁轭(34、35)之间设有永磁体(32)；
其中，通过所述致动器(30)与所述控制杆(50)的臂(53、54)的接触，由于永磁体(32)产生的具有永久磁力的磁通，形成闭合磁路(A、B)，使得所述控制杆(50)处于自保持位置；
其中在所述致动器(30)的两侧有各自的励磁绕组(31)，其在通电时产生电磁磁通，其方向与永磁通的方向相反；
所述控制杆(50)包括与所述操作元件(20)联结的驱动头(51)，所述控制杆(50)枢转地安装在所述双稳态致动器(30)上，当操作所述操作元件(20)时，所述操作元件(50)带动所述驱动头(51)，进而驱动所述控制杆(50)枢转，或者当所述励磁绕组(31)通电以产生作用于所述控制杆(50)时，所述控制杆(50)产生枢转。
2.根据权利要求1所述的开关，其特征在于，所述控制杆(50)的位置通过所述致动器(30)的半磁轭(34、35)与所述控制杆(50)的一个臂(53、54)的接触中产生的电磁通而切换，由此，即使没有电磁通，所述控制杆(50)的任一臂(53、54)在每个位置通过闭合永磁通路保持在所述致动器(30)上。
3.根据权利要求1所述的开关，其特征在于，电连接端子(17、18)用于激活所述励磁绕组(31)，所述电连接端子(17、18)连接到布置在所述外壳中的印刷电路板(19)。
4.根据权利要求3所述的开关，其特征在于，所述控制杆(50)的一个臂(54)延伸超过其与所述致动器(30)的接触点，所述控制杆(50)通过该臂(54)耦合至连接所述可动触点(41)的传动元件(52)。
5.根据权利要求4所述的开关，其特征在于，所述可动触点(41)设置在一接触弹簧(40)上，其中，所述接触弹簧(40)上成角度的臂(43)的接合端(44)与所述传动元件(52)接合，所述接触弹簧(40)的另一端与所述印刷电路板(19)连接或直接与一电连接端子(15)连接。
6.根据权利要求5所述的开关，其特征在于，所述接触弹簧(40)上的触点设置在一弹簧舌(42)的自由端。
7.根据权利要求6所述的开关，其特征在于，在断开位置，所述弹簧舌(42)与所述接触弹簧(40)保持分离，即在向所述固定触点(61)的方向上分离，分离由所述致动器(30)上的止动件(33)实现。
8.根据权利要求6所述的开关，其特征在于，在接通位置，所述接触弹簧(40)与所述弹簧舌(42)保持分离，分离由所述固定触点(61)实现，这种过冲程进而会增加触点接触力。
9.根据权利要求7所述的开关，其特征在于，所述外壳(11)内设置有另外的触点作为固定触点以实现转换开关的功能，另外的固定触点替代所述致动器(30)的止动件(33)，所述弹簧舌(42)的两侧均设置有触点(41)。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的开关，其特征在于，所述操作元件(20)为翘板(22)，所述翘板(22)在其枢轴(21)的下方设有槽引导件(23)，所述控制杆(50)的驱动头(51)接合在所述槽引导件中；
其中，所述翘板(22)通过槽引导件(23)连接到所述控制杆(50)，使得所述翘板(22)限定的两个开关位置和所述翘板(22)两个特定的被分配的位置来自当所述磁轭闭合时所述控制杆的两个可能的稳定位置。
11.根据权利要求10所述的开关，其特征在于，所述控制杆(50)的枢转支承点位于所述驱动头(51)下方和所述致动器(30)上方。
12.根据权利要求1-9中任意一项所述的开关，其特征在于，所述操作元件(20)是滑块(24)，所述滑块(24)具有用于容纳所述控制杆(50)的驱动头(51)的容座。
13.根据权利要求1所述的开关，其特征在于，无论采用手动操作还是遥控切换，所述操作元件(20)的一个位置指示接通位置，所述操作元件(20)的另一位置指示断开位置。
14.根据权利要求1所述的开关，其特征在于，所述外壳(11)之中或者所述外壳之上还设置有额外的电子控制或显示元件。
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